专利名称：车辆的行驶方向、车速和/或车距的测定装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于测定路面上车辆的行驶方向、车速和/或车距的装置和方法。
技术背景
车辆的行驶方向和车速的测定在交通监控及安全中对于违规逆行者的探测和对 于车速限制的遵守，都具有十分重要的意义。车辆的车距的测定例如在隧道中使用，以便保 持最低限度的车距，确保避免追尾撞车事故发生。
为了测定车辆的行驶方向、车速或车距，当前采用了极不同的系统，如使用光垫 垒、埋置在路面中的感应回线、雷达扫描装置、激光扫描装置，等等。所有已知的系统的一个 共同点就是特别复杂感应回线要求打开路面表面，光垫垒需要安装在两个路面边缘上，雷 达扫描装置或激光扫描装置是结构复杂的、成本高昂的且可能发出非所希望的电磁干扰辐 射。发明内容
本发明的目标是提供确定车辆的行驶方向、车速和/或车距的装置和方法，这些 装置和方法与已知的解决方案相比可较简单地予以实现。
上述目标在按本发明的第一方面是利用这样一种装置达到的，该装置的特征在于 按照光切断法工作的、对准路面的用于拍摄车辆表面轮廓的探测器和与此探测器相连的分 析处理装置，该分析处理装置从在两个在时间上相继的拍摄图像中的车辆表面轮廓的位移 求出车辆的行驶方向和/或车速。
在第二方面，本发明的目标是利用这样一种装置达到的，该装置的特征在于按照 光切断法工作的、对准路面的区段的用于拍摄在该区段中的车辆表面轮廓的探测器以及与 该探测器相连的分析处理装置，该分析处理装置从各表面轮廓求出相继的各车辆的车距。
通过这种方式，在技术上已知的光切断法首次用于车辆的行驶方向、车速和车距 的测定。光切断探测器将结构光，例如单一光线(“光扇”或“光条纹”)、许多平行的光线 (“光帘(Lichtfransen) ”、所谓的“边缘散射投影(fringe projection)")或者甚至一个 完整的光栅，按第一个角度投射到一个待被探测的目的物上，并从一个偏离于投射方向的 角度将具有投射在其上的光结构的该目的物拍摄下来，由此从所拍摄的图像中的光结构的 畸变，便可求出目的物的表面轮廓。
本发明提出的装置根本不要求安装在路面中，可以只安装在路面的唯一一侧上， 并且与雷达扫描设备或激光扫描设备相比，本发明提出的装置只需要很简单的光投射机 构、摄像机构和图像加工处理机构。
因此，探测器包含至少一个光图案投射器，所述光图案投射器从一个第一地点出 发将光图案、优选光栅投射到路面上；以及摄像机，该摄像机从一个第二地点出发拍摄所投 射的光图案并且从光图案的畸变拍摄到车辆表面轮廓，如在技术上已知的。
用于隧道中路面的车距测定装置的一种特别有利的实施形式的特征在于在隧道的顶上依次相继安装多个光图案投射器，它们将光栅投射到路面上，该光栅被一个共同的 摄像机拍摄下来。这样，遂道顶可以用来安装光图案投射器，从而一个大的区段，如果不是 整个隧道的话，能够被光栅照射。
特别有利的做法是，光图案投射器是激光二极管辐射器或发光二极管辐射器，这 样便可获得高的亮度。
本发明还特别开辟了一个可行的途径，S卩，使用现有的交通监控摄像机作为摄像 机，这就大大减少了设计上的麻烦。
在第三方面，本发明达到其目标是利用一种用于测定路面上的车辆的行驶方向和 /或车速的方法，其包含以下步骤
a)将光图案、优选是光栅从一个第一地点出发投射到路面上并且从一个第二地点 出发将所投射的光图案拍摄下来，借以从光图案的畸变确定车辆的表面轮廓的一个第一拍 摄图像，
b)在一个较后的时间点重复步骤a)，借以确定车辆的表面轮廓的一个第二拍摄 图像，
c)从在两个拍摄图像中的车辆表面轮廓的位移求出车辆的行驶方向和车速。
在第四方面，本发明提出一种用于测定路面上的车辆的车距的方法，其包含以下 步骤
从至少一个第一地点出发，将光图案、优选是光栅投射到路面的一个区段上；
从一个第二地点出发，将所投射的光图案拍摄下来，借以从光图案的畸变获取路 面区段中的车辆的表面轮廓；
由所获得的车辆表面轮廓求出路面区段中相继的各车辆的车距。
关于本发明提出的方法的优点和其它特征，可参考前面述及的涉及本发明提出的 装置的实施形式。
在大的交通路面上，可使用多个探测器或装置，所述探测器或装置可联合工作并 跟踪车辆的运动。
下面将参照在附图中所示的实施例对本发明做详细说明。
附图表示
图1参照本发明提出的用于测定车辆行驶方向和/或车速的装置的示意透视图示 出该装置和相应方法；
图2在车辆在路面上经过时，对投射在路面上的光图案的两个在时间上相继的拍 摄图像；
图3参照本发明提出的用于测定隧道中车辆的车距的装置的示意透视图示出该 装置和相应方法；
图4利用图3所示装置测得的隧道中车辆表面轮廓的拍摄图像。
具体实施方式
图1中示出一种用于测定路面3上的车辆2的行驶方向和/或车速的装置1。装置1具有一个按光切断法工作的探测器4，该探测器被安装在一个跨越路面3的桥架5上并 且与一个分析处理装置6相连。探测器4 一方面包含一个光图案投射器7，该投射器从一个 第一地点(这里指的是从桥架5的一个上横梁8)将一个光图案9投射到路面3上；探测器 4另一方面包含一个摄像机10，该摄像机从一个第二地点出发(这里指的是从桥架5的一 个下横梁11)拍摄所投射的光图案9的图像12、13，如在图加和2b中按两个相继的时间点 所示的。
在上述两个时间点中的每个时间点，分析处理装置6从图像12、13中光图案9的 畸变求出车辆2的表面轮廓，那些畸变从摄像机10的偏离光投射方向的视角通过车辆2的 表面起伏引起。
然后，分析处理装置6根据在两个拍摄图像12、13中车辆2的表面轮廓的位移 As，确定车辆的行驶方向或(在考虑到两个拍摄图像12、13之间的时间差At的情况下) 确定车辆2的车速V = Δ s/At。
光图案9既可以是单一的光线(光条纹)、一组平行的光线(“光帘”、“边缘散射 投影”)，也可以是一个光栅，如图2中所示。光图案9例如可以由一个由多个按Im间隔的 光线所形成的光栅构成。光图案9的其它类型也是可能的，例如菱形模式或圆形模式或其 它投射形式。
可使用任一种光源作为光图案投射器7，只要它能够发射出光图案9即可。为此， 特别合适的是激光二极管辐射器，它的光例如是利用透镜或光阑被扇形放射，或者合适的 还有由高效发光二极管组组合成的辐射器。
为了改善即使在不利的环境光条件下，例如直接的阳光下，由光图案投射器7所 投射的光图案9的对比度，光图案投射器7可以有选择地以脉动的方式且以高的脉冲尖峰 功率工作，于是摄像机10也只需在光图案投射器7的光脉冲的时刻进行工作。
摄像机10可以是任一种照相机或录像机。作为摄像机10可优选使用已在路面3 上存在的交通监控摄像机，例如一种公路收费站用的摄像机，这种摄像机用于拍摄逃费行 为。
光图案投射器7和摄像机10都可以安置在任意不同的位置上，只要所投射的光图 案9能从一个与其投射方向相偏离的方向被拍摄到即可。还有一个可能性，就是在不同的 位置上安置多个光图案投射器7，例如以便从不同的角度照亮路面3或车辆2，借以避免出 现遮暗。
在此，光图案9也可由多个光图案投射器7的投影合成，这些光图案投射器例如可 将平行的光线(“光帘”)的交叉的光线群投射到路面上。为了使摄像机10或分析处理装 置6能够准确地将图像中的光线配属给各个光图案投射器，便可将那些光线群例如配以不 同波长在时分多路转换(time-division multiplex operation)中加以发射，或者配以不 同的调制或编码加以发射，如在现有技术中已知的。
图3中示出这样一种变体，它可以同时地(或仅仅)用于测定车辆的车距；但不言 而喻，在这里参考图3所示实施形式示出的车距测量也可以仅仅利用唯一一个光图案投射 器7来执行。
图3详细示出一条路面3，其一个区段14在一隧道15中延伸，在隧道顶上顺序安 置了多个光图案投射器7，借以共同地将一个光图案(这里是一个光栅)投射到路面3上。在最简单的情况下，唯一的一个摄像机10就够了，该摄像机与光图案投射器7 —起共同形 成光切断探测器4并且观察由于在区段14中经过的车辆2所造成的光图案9的畸变。
摄像机10例如可以从上面和后面望着路面3，或者如在替代方案中示出的变体 10'中那样，从侧面例如利用一个广角镜头以观察整个区段14。
从两个以这种方式探测出来的车辆2的表面轮廓的间距Aa，可以直接推断出两 部车辆2的车距。图4示出一个由摄像机10'所拍摄的图像12，利用分析处理装置6便可 从该图像中求出间距Δ a。
光切断探测器4也可用于断定路面3上有无车辆2存在，以触发下一步行动，例如 利用装置1随后进行车辆的行驶方向、车速和/或车距的测定。对于这种触发，在最简单情 况下，只需要投射出唯一一条光线，并监视其在图像12、13中的分布有无干扰，例如弯折或 中断，这种干扰就表明出现了车辆2且能够利用很简单的图像处理手段监控。
同样地，该装置例如也可用作触发单元，借以启动实际的测量方法，这就是说，在 一个点上对所投射的光图案的观察便可启动第二个方法步骤(第二次拍摄)。当没有车辆 在交通路面上时，通过将分析处理装置校准到交通路面的“空置”状态或“未被占用”状态， 便能够在“空白”状态下从被探测的表面轮廓的超出一预定阈值的变化或偏差探测出交通 路面上有车辆存在。通过对所投射的光图案的校准，便可从摄像的分析结果中读出校准的 车距，从此例如可测定车速。
在此，本发明并不局限于所示出的实施形式，而是包含所有在所附专利权利要求 范围中的变体和改进。
权利要求
1.用于测定路面C3)上的车辆( 的行驶方向和/或车速的装置，其特征在于，该装置 包含按照光切断方法工作的、对准路面(3)的探测器G)，用于拍摄车辆O)的表面轮廓； 以及与探测器(4)相连接的分析处理装置(6)，该分析处理装置从在两个在时间上相继的 拍摄图像(12，13)中的车辆表面轮廓的位移求出车辆(2)的行驶方向(r)和/或车速(ν)。
2.用于测定路面(3)上的车辆O)的车距的装置，其特征在于，该装置包含按照光切 断法工作的、对准路面⑶的区段(14)的探测器，用于拍摄在该区段(14)中的车辆(2) 的表面轮廓；以及与探测器(4)相连的分析处理装置(6)，该分析处理装置从各表面轮廓求 出相继的各车辆O)的车距(Aa)。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于探测器(4)包含至少一个光图案投 射器(7)，所述光图案投射器从一个第一地点出发，将光图案(9)、优选光栅投射到路面(3) 上；以及摄像机(10)，该摄像机从一个第二地点出发拍摄所投射的光图案(9)并且从光图 案的畸变拍摄到车辆的表面轮廓。
4.用于隧道(15)中的路面(3)的按权利要求2和3所述的装置，其特征在于在隧道 (15)的顶上依次相继安装多个光图案投射器(7)，这些光图案投射器将光栅(9)投射到路 面(3)上，所述光栅由一个共用的摄像机(10)拍摄下来。
5.按权利要求3或4所述的装置，其特征在于光图案投射器(7)是激光二极管辐射 器或发光二极管辐射器。
6.按权利要求3至5中任一项所述的装置，其特征在于摄像机(10)是交通监控摄像机。
7.按权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于多个并排地布置的装置(1)联 合一起工作，以跟踪车辆运动的进程。
8.按权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于多个并排地布置的探测器(4) 联合地被分析处理装置(6)加以控制和询问，以跟踪车辆运动的进程。
9.用于测定路面C3)上的车辆O)的行驶方向和/或车速的方法，包含以下步骤a)将光图案(9)、优选是光栅从一个第一地点出发投射到路面C3)上并且从一个第二 地点出发将所投射的光图案(9)拍摄下来，借以从光图案(9)的畸变确定车辆O)的表面 轮廓的一个第一拍摄图像(12)，b)在一个较后的时间点重复步骤a)，借以确定车辆( 的表面轮廓的一个第二拍摄图 像(13)，c)从在两个拍摄图像(12，1；3)中的车辆表面轮廓的位移(As)求出车辆(2)的行驶方 向和车速。
10.用于测定路面C3)上的车辆O)的车距的方法，包含以下步骤从至少一个第一地点出发，将光图案(9)、优选是光栅投射到路面(3)的一个路面区段 (14)上；从一个第二地点出发，将所投射的光图案(9)拍摄下来，借以从光图案(9)的畸变获取 路面区段(14)中的车辆O)的表面轮廓；由所获得的车辆表面轮廓求出路面区段(14)中相继的各车辆O)的车距(Aa)。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于光图案(9)是光栅，利用多个在路面区段 (14)中依次相继的光图案投射器(7)将所述光栅投射到路面C3)上。
12.按权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于 利用交通监控摄像机拍摄光图案(9)。
全文摘要
本发明涉及对路面(3)上的车辆(2)的行驶方向、车速和/或车距的测定，为此利用按照光切断法工作的、对准路面(3)定向的探测器(4)，以用于拍摄车辆(2)的表面轮廓；以及利用与探测器(4)相连的分析处理装置(6)，它可从所拍摄的图像中求出车辆(2)的行驶方向、车速和/或车距。
文档编号G08G1/052GK102034356SQ20101029788
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年10月1日
发明者A·利奥波德, A·舍霍拉, O·纳吉 申请人:卡波施交通公司