车辆定位系统的制作方法

本发明涉及车辆定位系统。

背景技术：

如机动车辆的车辆可以配置用于自主驾驶操作。例如，车辆可以包括中央控制单元等，即具有处理器和存储器的计算装置，计算装置从如传感器的各种车辆数据收集装置以及总体也从如导航信息的外部数据源接收数据。之后中央控制单元可以将指令提供给各种车辆部件，例如致动器以及控制转向、制动、加速度等的类似部件，从而在不需要操作人员的动作或减少动作的情况下控制车辆操作。

无论是否在自主模式、半自主模式或手动模式操作，车辆都需要导航辅助以穿过如停车设施等的区域的路径。遗憾的是，由于现存可用引导系统的当前限制，缺乏以自引导方式为自主车辆或半自主车辆导航的现存机构。

技术实现要素：

根据本发明，提供一种方法，包含：

接收同步信号并且依靠传感器收集调制光的卷帘式快门图像(rolling shutter image)；

从卷帘式快门图像中确定主频率；以及

将主频率与预期的主频率图像比较以确定与车辆相关的定向运动。

根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含将卷帘式快门图像与像素数据集关联以确定车辆到光源的距离。

根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含基于转向方向指示使车辆执行右转向和左转向中的一个。

根据本发明的一个实施例，其中调制光是根据信号配置的，该信号为增加或降低频率斜坡波形信号。

根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含接收在频率斜坡波形信号的开始处的同步信号。

根据本发明的一个实施例，其中同步信号是蓝牙信号、无线保真信号和近场通信信号中的一种。

根据本发明的一个实施例，其中像素数据集和转向方向指示位于存储器中。

根据本发明的一个实施例，其中像素数据集和转向方向指示被包括在同步信号中。

根据本发明的一个实施例，其中同步信号是无线频率信号和第二光源中的一种。

根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含：

利用颜色滤波器滤波卷帘式快门图像；

将卷帘式快门图像转换为灰度图像；

模糊灰度图像；

将灰度图像转换为二进制图像；

从二进制图像遮盖噪点值；

通过平均二进制图像的亮度形成二进制图像的至少一个矢量平均值；

确定至少一个矢量平均值的能谱；以及

将至少一个矢量平均值的能谱与预定模板(mask)关联以确定设定方向。

根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含：

将主频率存储为第一存储值；

接收同步信号并且依靠传感器收集调制光的卷帘式快门图像；

从卷帘式快门图像中确定主频率；

将主频率存储为第二存储值；

从第一存储值中减去第二存储值并且将差存储为第三存储值；以及

使车辆执行右转向和左转向中的一个；其中在差是正值的情况下设定方向是右转向并且在差是负值的情况下设定方向是左转向。

根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含从行驶路径以及第一存储值和第二存储值的差确定设定方向。

根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含使用第一存储值和第二存储值的差从由例积分微分(PID)确定设定方向。

根据本发明，提供一种系统，包含位于车辆中的计算机，计算机包括处理器和存储器，存储器存储由处理器执行的指令以：

接收同步信号以及依靠传感器收集调制光的卷帘式快门图像；

从卷帘式快门图像中确定主频率；以及

将主频率与预期的主频率图像比较以确定与车辆相关的定向运动。

根据本发明的一个实施例，其中卷帘式快门图像与像素数据集(set of pixel data)比较以确定车辆与光源的距离。

根据本发明的一个实施例，其中车辆将基于转向方向指示执行右转向和左转向中的一种。

根据本发明的一个实施例，其中调制光是根据信号配置的，该信号为增加或降低频率斜坡波形信号，该同步信号处在该频率斜坡波形信号开始处。

根据本发明的一个实施例，其中计算机进一步通过处理器执行指令以：

利用颜色滤波器滤波卷帘式快门图像；

将卷帘式快门图像转换为灰度图像；

模糊灰度图像；

将灰度图像转换为二进制图像；

从二进制图像遮盖噪点值；

通过平均二进制图像的亮度形成二进制图像的至少一个矢量平均值；

确定至少一个矢量平均值的能谱；以及

将至少一个矢量平均值的能谱与预定模板关联以确定设定方向。

根据本发明的一个实施例，其中计算机进一步通过处理器执行指令以：

将主频率存储为第一存储值；

接收同步信号并且依靠传感器收集调制光的卷帘式快门图像；

从卷帘式快门图像中确定主频率；

将主频率存储在第二存储值中；

从第一存储值中减去第二存储值并且将结果存储在第三存储值中；以及

执行右转向和左转向中的一个；其中在差是正值的情况下设定方向是右转向并且在差是负值的情况下设定方向是左转向。

根据本发明的一个实施例，其中设定方向来自行驶路径和第一存储值与第二存储值的差。

附图说明

图1是示例性车辆定位系统的框图；

图2说明了来自卷帘式快门摄像机的图像传感器的示例性图像连同沿光的横向发射轴线不同位置的图像；

图3是在停车结构中纠正其行驶路径的示例性自主车辆的框图；

图4是利用确定主频率的预期信息的模板使用数字信号处理(DSP)技术接收光源定位确定的示例性程序的示意图；

图5是在不需要事先获知主频率的情况下使用数字信号处理(DSP)技术接收光源定位确定的示例性程序的示意图。

具体实施方式

系统概况

参照附图，其中在全部几幅视图中相同的附图标记表示相同的部分，图1是示例性车辆引导系统5的框图，车辆引导系统5包括路径检测和纠正机构。车辆10包括计算装置12，计算装置12配置用于接收数据，例如来自卷帘式快门摄像机14的图像以及同步信号。计算机12也可以可通信地连接到网关接口16和转向控制器20。光控制器25可通信地连接到光源15和脉冲发射器26。

计算机12总体包括存储在存储器19中用于自主和/或半自主地——即在完全或部分不需要操作者输入的情况下——操作车辆10的程序代码。计算机12可被编程用于分析从摄像机14收集到的图像。这样的图像可以表明车辆10穿过光源15的横向发射轴线28的位置，横向发射轴线28同样也被认为是正确的行驶路径，如图3所示。光源15可以是在车辆10穿过宽阔的区域时车辆10前方被照明的标志等。

返回参照图1，计算机12如在存储器19中总体包括用于如在计算机12和网关接口16、转向控制器20以及人机交互界面(HMI)17之间通信数据的指令。

光控制器25——通常为包括处理器和存储器的计算装置——可以包括用于调制和循环从光源15发射的光29的程序设计。光源15可以被结合到许多类型的被照明的标志中，例如信息标志、方向标志、识别标志和安全及监督标志。之后被照明的标志可以定位在车辆路径中或其附近以在车辆10穿过如停车场的区域时引导车辆10。被照明标志的光源可以是任何类型的光发射装置，例如发光二极管(LED)或荧光灯，仅列举几个。

可以利用重复模式调制光源15以产生调制光27。例如，光源15可以通过独特重复模式进行脉冲宽度调节(PWM)以专门识别从光源15发射的调制光27。光控制器25可以指示光源15在时间段60期间以调制光27的重复模式开启以及之后关闭(也被称作占空比)。此外，光源25可以指示脉冲发射器26在时间段60开始时传输同步信号55。车辆10接收同步信号55以及调制光27，并且相应地车辆10可以由光源15的调制频率确定相关的行驶路径。车辆10之后可以纠正其在自主模式中的路线或指导驾驶员在半自主操作模式中对其路线作出合适的调整。

示例性系统元件

车辆10包括车辆计算机12，车辆计算机12总体包括处理器和存储器19，存储器19包括一种或多种形式的计算机可读介质并且存储由处理器执行的用于实施包括这里所公开的各种操作的指令。进一步地，计算机12可以包括多于一个计算装置，例如包括在车辆10中用于监测和/或控制各种车辆部件的控制器或类似物，例如发动机控制单元(ECU)、变速器控制单元(TCU)等。计算机12总体配置为在控制器局域网(CAN)总线等上通信。计算机12也可以具有与车载诊断连接器(OBD-II)的连接。通过CAN总线、OBD-II和/或其它有线或无线机构，计算机12可以向车辆中的各种装置传输消息和/或从各种装置接收消息，各种装置是例如控制器、致动器、传感器等，其包括网关接口16、转向控制器20和HMI 17。可选或另外地，在计算机12实际上包括多个装置的情况下，CAN总线等可以用于在以如本发明的计算机12所表示的装置之间通信。此外，计算机12可以配置为与网关接口16通信，如下文所述，网关接口16可以包括各种有线和/或无线的网络技术，例如蜂窝、蓝牙、有线和/或无线分组网络等。

用于使车辆10实施一种或多种自主操作——即在不需要人员干涉或控制的情况下——的指令总体被包括在存储于存储器19中并且在计算机12的存储器19中执行的指令中。使用例如从数据摄像机14、网关接口16等接收在计算机12中的数据，计算机12可以在不需要驾驶员操作车辆10的情况下控制各种车辆10部件和/或操作。例如，计算机12可以控制车辆10速度、加速度、减速度、转向、如车灯的部件的操作等。

而且，存储器19可以包括用于解码来自调制光27的调制的指令，并且根据调制光27的评估确定车辆10的定向运动和/或通知驾驶员所需的操纵。例如，如果车辆10处于自主模式，从摄像机14接收的图像的计算机12分析可以表明转向纠正，例如需要左转向。计算机12之后向转向控制器20发送命令以使车辆10执行向左转向。在手动模式或半自主模式，计算机12可以通过HMI 17通知驾驶员需要向左转向。

光控制器25总体包括第二处理器和第二存储器，第二存储器包括一种或多种形式的计算机可读介质并且存储由第二处理器执行的用于实施包括这里所公开的各种操作的指令。进一步地，光控制器25可以包括多于一个计算装置，例如用于控制光源15和脉冲发射器26的控制器或类似物。

脉冲发射器26使用无线电频率信号传输同步信号55。可选地，同步信号55可以是第二光源或同步信号55可以被结合到从光源15发射的光中。脉冲发射器26包括使用IEEE 802.11类型传输的无线通信功能，例如Wi-Fi(无线保真)信号、蓝牙信号、近场通信(NFC)信号和/或蜂窝通信信号。进一步地，脉冲发射器26可以使用这样的通信能力通过同步信号55经由网关16直接与车辆计算机12通信，例如使用蓝牙或NFC。

光控制器25调制从光源15发射的光。例如，光控制器25可以将发射光脉冲宽度调节(PWM)为具有信号，例如具有增加或降低频率斜坡波形信号，从而产生PWM频率斜坡29，如图2中所示。此外，光控制器25可以保持脉冲宽度，该脉冲宽度使调制光27的强度在整个时间段60中对于车辆10的摄像机14而言保持可见。脉冲宽度调节或PWM是通过产生方波来进行光的数字控制的技术，其中信号或光启用的部分时间与信号或光关闭的时间的比，也被称为占空比。光控制器25协调每个频率斜坡周期开始时的同步信号55的传输，频率斜坡周期具有与时间段60相同的持续时间。

车辆10的摄像机14使用卷帘式快门以在摄像机14的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器上捕捉调制光27。卷帘式快门是图像捕捉中众所周知的技术，其中静止图像并非通过获取即时单个瞬间整个场景的快照来捕捉，而是通过竖直或水平快速扫描整个场景来捕捉。换言之，并非图像的所有部分都在同一瞬间被精确记录。这种方法的优势在于在采集过程期间图像传感器可以连续地收集光子，因此有效增加敏感度。卷帘式快门也可以产生由于光的快速闪烁所引起的可预测的失真，被称作“条纹”。条纹容许由被发射调制的光27所传输的复杂调制的增强的解码。

当车辆10摄像机14接收来自光源15的调制光27时，调制光27照明摄像机14的CMOS传感器。摄像机14卷帘式快门通过从网关16接收到的同步信号55与调制光27协调。换言之，卷帘式快门在接收到同步信号55时开始或协同计算机12从穿过CMOS传感器采集数据，接收到同步信号55时也是PWM频率斜坡29和时间段60的开始。

现在参照图2和图3，其中车辆10摄像机位于光源15的正前方，摄像机14的CMOS传感器接收第一频率图像70。第一频率图像70是来自上述PWM频率和PWM占空比的频率的表示。占空比通过不同竖直白(开启)和黑(关闭)列或带来示例。计算机12通过使用数字信号处理(DSP)分析第一频率图像70的频率和/或脉冲宽度来确定车辆10的位置。第一频率图像70的第一频率从第一频率图像70分离并且与已知存储的中心频率比较。例如，如果车辆10位于横贯的横向发射轴线28的左侧，那么摄像机14的CMOS传感器接收第二频率图像65并且向计算机12发送图像。计算机12确定第二频率图像65的第二频率表明车辆10位于横贯的横向发射轴线28的左侧。计算机12之后可以指示转向控制器20使车辆向右转向至摄像机14接收第一频率图像70，其表明车辆10再次位于横贯的横向发射轴线28上。相反地，如果车辆10位于横贯的横向发射轴线28右侧，那么计算机12对第三频率图像75的分析使车辆10向左转向并且继续向左转向至车辆位于横贯的横向发射轴线28上。

此外，同步信号55可以具有编码在同步信号55中的转向方向信号。转向方向信号表明车辆10在何时应该转向并且相对于光源15以什么方向转向。例如，同步信号55可以包括具有转向方向指示的转向方向信号以及像素数据集，当车辆10距离光源15在10米内时向左90度转向。

为了获得与光源15的距离，车辆10可以比较像素数据集与摄像机14中光源15图像。例如，光源15可以与信息标志结合，例如定位在停车结构中墙壁上的让车标志。让车标志具有物理尺寸，例如在水平方向上一米乘以竖直方向上50厘米。当让车标志的图像依靠摄像机14的CMOS传感器被捕捉时，图像会包含多个水平和竖直像素。由于与让车标志的距离以及让车标志的图像具有直接关系，因此计算机12可以通过将摄像机14图像与已知的像素数据集比较来确定与光源15的距离。像素数据集可以是以像素计的光源15尺寸、光源15的图像或使用数字信号处理由计算机12可以确定的光源15的特性。

像素数据集也可以是车辆10应该在什么位置转向的指示。例如，随着车辆10接近光源15，计算机将像素数据集与摄像机14图像关联。当存在关联时，计算机12会执行转向并且使用转向方向以作出合适的右转或左转。在一些情形中，转向方向和像素数据集可以已经位于存储器19中并且可以不需要从同步信号55中获得。

图4是使用数字信号处理(DSP)技术由来自光源15的调制光27进行定位确定的示例性程序的框图，其利用期望的主频率图像的模板。

程序100开始于框105中，如下文所述，框105也可以在框165、170或175之后。在框105中，计算机12等待来自网关16的参考同步信号55。一经接收到同步信号55，程序100就在框110中继续。

在框110中，摄像机收集卷帘式快门图像。如上文所述，卷帘式快门技术通过在整个CMOS传感器上竖直或水平扫描而从CMOS传感器获得卷帘式快门图像，例如逐行或逐列的，而并非收集图像数据在一个框中的CMOS传感器的数据。例如，摄像机14捕捉第一频率图像70并且将它发送给计算机12。

在框115中，计算机可以以光谱中特定颜色的光滤波卷帘式快门图像，从而产生有色图像。例如，调制光27可以位于红外光谱中，计算机12使用DSP数字滤波技术之后可以移除剩余的光谱，仅留下红外光。数字滤波是在如第一频率图像70的样品图像上执行数学运算以降低或增强图像的某些方面并且产生第一颜色滤波图像的技术。

框115之后，在框120中，计算机12将有色的图像转换为灰度图像。灰度图像是图像70的每个像素值使用DSP被转换为仅具有强度信息的图像的图像。这种图像也被称作黑白图像，这种图像仅由灰色色调构成，从强度最弱的黑变化到最强的白。例如，计算机12可以将框115中产生的第一颜色滤波图像转换为第一灰度频率图像。

框120之后，在框125中，计算机12使用DSP将灰度图像的亮带和暗带模糊以产生模糊图像。例如，计算机12可以将第一灰度频率图像模糊以产生第一模糊频率图像。当图像被模糊时，边缘信息降低，其平滑一种颜色到另一种的过渡。可以通过多种常见类型的滤波器实现模糊。例如，平均滤波器或加权平均滤波器或高斯滤波器可以执行图像模糊，仅列举可用于图像处理的几个滤波器。

框125之后，在框130中，计算机12使用DSP将模糊图像转变为二进制图像，其中模糊图像的每个像素单元或像素单元的组被量化，即分配数值。计算机12可以将框125中产生的第一模糊频率图像转换为第一二进制频率图像。例如，模糊图像的黑色像素单元可以被分配数值零，而白色像素单元可以被分配数值255，具有254灰度像素色调介于具有数值零的黑色和具有数值255的白色之间。此外，计算机12可以在第一二进制频率图像上执行概率质量函数(PMF)和累积分布函数(CDF)。PMF给出每个像素单元的计数或频率，并且CDF给出每个像素单元的计数或频率。从PMF和CDF中，计算机之后可以使用直方图均衡化来增强第一二进制频率图像的对比度。

框130之后，在框135中，计算机12使用DSP从二进制图像中遮盖噪点值，其从白带列周围和黑带列周围移除噪点以产生遮盖噪点的图像。计算机12忽视位于特定噪点阈值以下的任何像素单元。例如，噪点阈值可以是将车辆10内部系统噪音纳入考量的值，例如由车辆10电子元件所产生的无线电频率干扰。计算机12可以遮盖框130中产生的第一二进制图像以产生第一遮盖噪点图像。

接下来，在框140中，计算机12使用DSP确定遮盖噪点图像中的每列的平均亮度，从而产生亮带列和暗带列的平均矢量。例如，计算机12确认第一遮盖噪点图像中每列的平均亮度以产生亮带列的第一平均矢量以及暗带列的第二权重组矢量。换言之，计算机12使用DSP将竖直亮的列归类在一起并且将它们从暗的列中分离以产生亮和暗的竖直列的图案。

框140之后，在框145中，计算机12使用DSP测量并且计算亮带列和暗带列平均矢量的能谱。换言之，计算机使用DSP进一步改善亮带列和暗带列的区别。

接下来，在框150中，计算机12使用DSP将亮带列和暗带列的平均矢量的能谱与预定模板交叉关联。预定模板从预期主频率的评估中获得。如果评估的预定模板频率不正确，那么计算机12产生纠正并且重新限定预定模板以潜在地使用在该框150接下来的迭代中。

框150之后，在框155中，计算机12使用DSP确定列之间的空隙是否比参考列值更窄。更窄的列表明与宽的列相比更高的频率，这是由于列可以表示重复图案的峰和谷之间的相关时间段。可以在摄像机14与图3中所示的横贯的横向发射轴线28直接成一条直线时获取参考列值。如果列之间的空隙比参考列值窄，那么程序在框170中继续，否则程序在框160中继续。

在框160中，计算机12使用DSP确定列之间的空隙比参考列值宽。如果列之间的空隙比参考列值更宽，那么程序在框175中继续，否则程序在框165中继续。

在框165中，计算机12可以确认列之间的空隙与参考列值相同，以确认车辆位于横向发射轴线28上并且程序100在框175中继续。

在框170中，计算机12指示转向控制器20执行左转至特定方向，该方向使车辆10到达横向发射轴线28。之后程序100在框105中继续。

在框175中，计算机12指示转向控制器20执行右转至特定方向，该方向使车辆10到达横向发射轴线28。之后程序100在框105中继续。

图5是在不需要事先获知主频率的情况下用于接收软件控制光源定位确定的示例性程序200的示意图，其使用数字信号处理(DSP)技术。

程序200开始于框205中，其中执行程序100的单次迭代。接下来在框210中，存在于程序100的框150中的主频率的频率值被存储在第一存储器中。

框210之后，在框215中，框215也可以是在框250之后，再次执行程序100的单次迭代。

接下来在框220中，存在于程序100的框150中的主频率被存储在第二存储器中。

框220之后，接下来在框225中，计算机12确定从存储在第一存储器中的主频率值中减去存储在第二存储器内的主频率值的结果是否为正值。计算机12也将结果存储在第三存储器中。如果差是正的，程序200在框230中继续，否则程序200在框235中继续。

在框230中，处理器向转向控制器20发送指令，从而以框225中存在的主频率差值绝对值的比例值向右转向。例如，当车辆10与光源15的横向发射轴线28对齐时，主频率可以是1000Hz。如果车辆10位于横向发射轴线28左侧一米，那么主频率可以是900Hz。两个频率之间的差是100Hz或百分之十。计算机12可以指示转向控制器20使车辆10以最大向左转向能力的百分之十向右转向，直到车辆10与横向发射轴线28再次对齐。在另一示例中，比例值可以来源于比例积分微分(PID)计算。PID纠正是众所周知的控制回路反馈机制，该机制以所确定的车辆10的位置和沿着横向发射轴线28的所需行驶路径之间的差来计算误差值。程序200之后在框250中继续。

可选地，框225之后，接下来在框235中，计算机12确定从存储在第一存储器中的主频率值减去存储在第二存储器中的主频率值的结果是否为负值。如果该差为负值，程序200在框245中继续，否则程序200在框240中继续。

在框240中，处理器向转向控制器20发送指令，以存在于框235中的主频率差绝对值的比例值向左转向。程序200之后在框250中继续。

在框245中，计算机12确认两个主频率值之间的差值是正值或负值。程序200在框250中继续。

框230、240或245之后，在框250中，第二存储器数值取代第一存储器数值。程序200继续到框215。

如这里所用的，修饰形容词的副词“大体上”意思是形状、结构、测量值、数值、计算等可能由于材料、加工、制造、传感器测量、计算、处理时间、通信时间等的缺陷而偏离精确描述的几何形状、距离、测量值、数值、计算等。

如这里所述的那些计算装置总体各自包括电脑可执行指令，其中该指令可以由一个或多个例如上述类型的计算装置执行并且用于实施上述程序的框或步骤。计算机可执行指令可以由计算机程序编译或解释，计算机程序采用多种编程语言和/或技术创建，这些编程语言和/或技术包括但并不限于单独地或组合的Java^TM、C、C++、C#、Visual Basic、Java Script、Perl、HTML、PHP等。通常，处理器(例如微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行这些指令，由此完成一个或多个程序，包括这里所描述的一个或多个程序。这样的指令或其他数据可以采用各种计算机可读介质存储和传送。计算装置中的文件是存储在计算机可读介质上的数据的总体集合，例如存储介质、随机存取存储器等。

计算机可读介质包括参与提供数据(例如指令)的任何介质，该数据可以由计算机读取。这样的介质可以采用多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质等。非易失性介质包括例如光盘或磁盘以及其他永久性存储器。易失性介质包括例如典型地构成主存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。计算机可读介质的常规形式包括，如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM(只读光盘存储器)、DVD(数字化视频光盘)、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、任何带有孔图案的其他物理介质、RAM(随机存取存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、FLASH-EEPROM(闪速电可擦除可编程只读存储器)、任何其他存储器芯片或内存盒、或计算机可读取的任何其他介质。

关于这里所述的介质、程序、系统、方法等，应理解的是，虽然这样的程序等的步骤描述为按照一定的顺序排列发生，但这样的程序可以通过以这里描述的顺序之外的顺序完成的描述步骤来进行实施。进一步应该理解的是，某些步骤可以同时执行，可以添加其他步骤，或者可以省略这里所述的某些步骤。换言之，这里系统和/或程序的说明提供用于说明某些实施例的目的，并且不应该以任何方式解释为限制所公开的主题。

相应地，应理解的是，上面的说明书的目的是说明而不是限制。通过阅读上面的说明书，除了提供的示例外的许多实施例和应用对于本领域技术人员而言都是显而易见的。本发明的范围应参照所附权利要求和/或基于这里包括在非临时专利申请中的权利要求连同所述权利要求所享有的全部等效范围而确定，而不是参照上面的说明书而确定。可以预料和预期的是这里所讨论的技术将出现进一步的发展，并且所公开的系统和方法将会结合到这样未来的实施例中。总之，应理解的是，所公开的发明主题能够进行修正和变化。