本發(fā)明涉及一種車用的環(huán)境辨識系統(tǒng)，特別是利用毫米波雷達(dá)偵測車外障礙物，再經(jīng)由應(yīng)用算法計(jì)算，以分辨出障礙物種類的車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在科技的突飛猛進(jìn)下，許多日常生活所需的產(chǎn)品技術(shù)也有了大幅提升，尤其隨著半導(dǎo)體技術(shù)的成熟，更造就了車用電子產(chǎn)品的出現(xiàn)及進(jìn)步，改善了早期駕駛者所駕駛的車輛，使得現(xiàn)今的車輛不僅具備“行”的功能，更增加了許多創(chuàng)新的科技技術(shù)在車輛上，以對現(xiàn)今車輛及駕駛員作出更進(jìn)一步的安全防護(hù)，從早期的防盜系統(tǒng)、倒車?yán)走_(dá)，到現(xiàn)今的障礙物或行人辨識、車外環(huán)景影像偵測、自動(dòng)駕駛等相關(guān)技術(shù)，皆有利于駕駛員的行車安全。

有鑒于此，駕駛員在運(yùn)用這些先進(jìn)的車用電子技術(shù)時(shí)，理應(yīng)具有更高的安全性及防護(hù)性，但現(xiàn)今的障礙物或行人辨識技術(shù)，卻不易于完全分辨出行人或其它障礙物。例如，如圖1a所示，一般車輛10可以運(yùn)用影像偵測人體輪廓的特征，以辨識出行人12，但影像辨識技術(shù)因?yàn)閿z影機(jī)安裝在車輛10的位置以及攝影機(jī)本身具有視角盲點(diǎn)，無法偵測出近距離的障礙物影像，例如，如果在車輛10前方有小狗14，則容易因?yàn)橐暯敲c(diǎn)而容易忽視并撞上。如圖1b所示，隨后在車輛10上又增添了短距離的雷達(dá)偵測，用以偵測近距離如小狗14等障礙物，以避免駕駛員的視角盲點(diǎn)。隨著雷達(dá)偵測技術(shù)的進(jìn)步，在雷達(dá)辨識上更可以辨識出障礙物寬度，再以此辨識出是行人、腳踏車、小客車或大卡車等障礙物。如圖1c所示，但一般的雷達(dá)偵測，因?yàn)閮H采納障礙物的寬度以進(jìn)行辨識，若駕駛車輛10行駛在路上時(shí)，則容易將路樹16或路燈、標(biāo)志燈等障礙物誤判為行人12，或是車輛10同時(shí)偵測到行人12與路樹16時(shí)，可能會(huì)因?yàn)樾腥?2與路樹16相似的寬度而使雷達(dá)產(chǎn)生誤判，一旦將此技術(shù)運(yùn)用在自動(dòng)駕駛或安全防撞措施上，則容易產(chǎn)生辨識錯(cuò)誤的情況，一旦撞上時(shí)，或是車輛10在自動(dòng)駕駛時(shí)無法辨識行人12或路樹16時(shí)，可能會(huì)造成執(zhí)行上的混亂，并產(chǎn)生無法預(yù)期的后果。

因此，本案發(fā)明人有鑒于一般障礙物辨識的不足，提出一種車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)，可以有效辨識行人、路樹、路燈或標(biāo)志燈等障礙物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)，利用具有不同算法的計(jì)算裝置對各種障礙物進(jìn)行辨識，以有效分辨出行人、路樹、路燈等車外障礙物，在行車執(zhí)行安全防撞措施時(shí)，會(huì)避免將路樹誤認(rèn)為行人，導(dǎo)致執(zhí)行錯(cuò)的安全防撞措施和影響駕駛員及其乘客的乘坐安全，徹底保障車內(nèi)所有人的行車安全。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)，駕駛員在行車時(shí)，可以利用毫米波雷達(dá)發(fā)現(xiàn)車外的各種障礙物，以避免車子移動(dòng)時(shí)會(huì)撞上肉眼容易忽視的障礙物，例如行車的視線死角所存有的障礙物，或是倒車及前進(jìn)時(shí)非?？拷嚿砦恢玫恼系K物，通過毫米波雷達(dá)皆可以有效的辨別出近距離的障礙，以避免駕駛員不慎碰撞上。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)，包含有一毫米波雷達(dá)裝置，其發(fā)射毫米波信號至車外環(huán)境，以偵測出車外的障礙物，毫米波雷達(dá)裝置再將毫米波信號的偵測結(jié)果轉(zhuǎn)換成一反射信息；一能量強(qiáng)度計(jì)算裝置，其連接毫米波雷達(dá)裝置，以接收反射信息及從反射信息中取得毫米波雷達(dá)裝置的截面積及功率信息，以計(jì)算出障礙物的能量強(qiáng)度信息；一抗噪聲計(jì)算裝置，其連接毫米波雷達(dá)裝置，以接收反射信息及過濾反射信息的信號與噪聲，以計(jì)算出障礙物的信號與噪聲的比例數(shù)值；一障礙物寬度計(jì)算裝置，其連接毫米波雷達(dá)裝置，以接收反射信息及由反射信息得知毫米波雷達(dá)裝置與障礙物的位置信息，利用這些位置信息計(jì)算出障礙物的寬度信息；一控制裝置，其連接能量強(qiáng)度計(jì)算裝置、抗噪聲計(jì)算裝置及障礙物寬度計(jì)算裝置，以接收能量強(qiáng)度信息、信號與噪聲的比例數(shù)值及寬度信息，控制裝置整合能量強(qiáng)度信息、信號與噪聲的比例數(shù)值及寬度信息，該控制裝置整合這些信息，以辨識出障礙物的種類。

在本發(fā)明中，毫米波雷達(dá)裝置將毫米波信號發(fā)射到車外環(huán)境中，毫米波信號遇障礙物反射后再度傳回到毫米波雷達(dá)裝置中，毫米波雷達(dá)裝置將反射后的毫米波信號轉(zhuǎn)換成反射信息。

在本發(fā)明中，能量強(qiáng)度計(jì)算裝置利用反射信息中的雷達(dá)截面積(radarcross-section，rcs)及雷達(dá)信息計(jì)算出障礙物的能量強(qiáng)度信息，抗噪聲計(jì)算裝置利用低通濾波過濾反射信息，以取得一信號振幅，并利用高通濾波過濾反射信息，以取得一噪聲振幅，抗噪聲計(jì)算裝置再利用信號振幅與噪聲振幅計(jì)算出障礙物的信號與噪聲的比例數(shù)值，最后障礙物寬度計(jì)算裝置利用反射信息中的毫米波雷達(dá)裝置與障礙物的方位角，以計(jì)算出方位角的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并利用方位角的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算出障礙物的寬度信息。

最后，本發(fā)明中還包含一影像辨識裝置，影像辨識裝置連接控制裝置，控制裝置控制影像辨識裝置并偵測出車外環(huán)境中的障礙物，偵測出的障礙物影像再顯示于影像辨識裝置中。

下面通過具體實(shí)施例配合所附的圖式詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。

附圖說明

圖1a～圖1c為現(xiàn)有的車輛辨識障礙物的示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)的方塊示意圖；

圖3為本發(fā)明利用小客車辨識障礙物的示意圖；

圖4為本發(fā)明辨識障礙物寬度的示意圖；

圖5為本發(fā)明的另一實(shí)施例的方塊示意圖。

附圖標(biāo)記說明：10-車輛；12-行人；14-小狗；16-路樹；20-車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)；22-毫米波雷達(dá)裝置；24-能量強(qiáng)度計(jì)算裝置；26-抗噪聲計(jì)算裝置；28-障礙物寬度計(jì)算裝置；30-控制裝置；32-障礙物；32a、32b、32c、32d-障礙物；34-小客車；36-影像辨識裝置；w1-寬度；w2-寬度。

具體實(shí)施方式

隨著車用電子產(chǎn)品技術(shù)的快速發(fā)展，以及為了使車輛自動(dòng)駕駛或安全防撞系統(tǒng)對于車輛外部的障礙物可以作出清楚及有效的辨識，因此本發(fā)明提供了一種車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)，用以克服目前車用雷達(dá)無法有效分辨車外障礙物種類的缺點(diǎn)。

首先，如圖2所示，本發(fā)明提供的車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)20包含有一毫米波雷達(dá)裝置22、一能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24、一抗噪聲計(jì)算裝置26、一障礙物寬度計(jì)算裝置28及一控制裝置30，在本實(shí)施例中，控制裝置30為電子控制單元(electroniccontrolunit，ecu)，毫米波雷達(dá)裝置22中具有可以發(fā)射毫米波信號的毫米波雷達(dá)。其中，毫米波雷達(dá)裝置22連接有能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24、抗噪聲計(jì)算裝置26、障礙物寬度計(jì)算裝置28，本發(fā)明并不限制連接方式為有線連接還是無線連接，且毫米波雷達(dá)裝置22、能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24、抗噪聲計(jì)算裝置26、障礙物寬度計(jì)算裝置28再連接至控制裝置30。

接著，如圖2、圖3所示，在說明完本發(fā)明的裝置架構(gòu)后，接著說明本發(fā)明提供的車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)20的工作方式，以更進(jìn)一步地了解本發(fā)明可以如何有效分辨車外障礙物32的種類。本發(fā)明提供的車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)20可裝載在各式車輛中，在本實(shí)施例中先以一般小客車34為例，毫米波雷達(dá)裝置22為了能夠發(fā)射毫米波信號，以偵測小客車34前方的障礙物32，通常會(huì)將毫米波雷達(dá)裝置22裝載在小客車34的車身前方位置，以向小客車34車身前方發(fā)射毫米波信號，至于毫米波雷達(dá)裝置22應(yīng)裝載在小客車34或是其它車種前方的何處，則由用戶或是一般車廠制造設(shè)計(jì)，本發(fā)明不以裝設(shè)位置為限制，另外，在本實(shí)施例中先以毫米波雷達(dá)裝置22連接至控制裝置30為例，通過控制裝置30啟動(dòng)毫米波雷達(dá)裝置22，以對小客車34外發(fā)射毫米波信號，但本發(fā)明不以此為限制，有可能控制裝置30與毫米波雷達(dá)裝置22皆連接至車用主機(jī)(圖中未示)，并利用車用主機(jī)控制毫米波雷達(dá)裝置22與控制裝置30，或是當(dāng)控制裝置30本身為車用主機(jī)時(shí)，則如實(shí)施例所述將毫米波雷達(dá)裝置22連接至控制裝置30。本實(shí)施例的障礙物32先以四種不同的障礙物32a、32b、32c、32d為例，其中障礙物32a為路樹、障礙物32b為行人、障礙物32c為標(biāo)志燈及障礙物32d為腳踏車及其駕駛者，但本發(fā)明中的障礙物32不以此數(shù)量及種類為限制。毫米波雷達(dá)裝置22會(huì)利用發(fā)射毫米波信號至小客車34外的環(huán)境中，以偵測障礙物32，隨著小客車34的移動(dòng)可以逐漸偵測到不同距離的障礙物32a、32b、32c、32d，其中障礙物32b及障礙物32d又屬于可能會(huì)移動(dòng)的障礙物，當(dāng)毫米波信號接觸到這些障礙物32a、32b、32c、32d后，部分會(huì)經(jīng)由反射回到毫米波雷達(dá)裝置22中，毫米波雷達(dá)裝置22可以將反射回來的毫米波信號的偵測結(jié)果轉(zhuǎn)換成一反射信息，在本實(shí)施例中毫米波雷達(dá)裝置22主要利用快速傅立葉變換(fastfouriertransform，fft)將反射后的毫米波信號轉(zhuǎn)換成反射信息。

承接上段，轉(zhuǎn)換成反射信息后，毫米波雷達(dá)裝置22則會(huì)將反射信息同時(shí)傳到能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24、抗噪聲計(jì)算裝置26、障礙物寬度計(jì)算裝置28中，能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24接收并從反射信息中取得毫米波雷達(dá)裝置22的截面積及功率信息，以計(jì)算出障礙物32的能量強(qiáng)度信息，抗噪聲計(jì)算裝置26接收并過濾反射信息中的信號及噪聲，以計(jì)算出障礙物32的信號與噪聲的比例數(shù)值，障礙物寬度計(jì)算裝置28接收并從反射信息中得知毫米波雷達(dá)裝置22與障礙物32的位置信息，以計(jì)算出障礙物32的寬度信息。

為了更進(jìn)一步說明能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24、抗噪聲計(jì)算裝置26、障礙物寬度計(jì)算裝置28如何計(jì)算出能量強(qiáng)度信息、信號與噪聲的比例數(shù)值及寬度信息，接著分別詳述能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24、抗噪聲計(jì)算裝置26、障礙物寬度計(jì)算裝置28的計(jì)算方式。能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24主要是利用經(jīng)轉(zhuǎn)換后的反射信息中的雷達(dá)截面積(radarcross-section，rcs)及雷達(dá)信息，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算出障礙物32的能量強(qiáng)度信息。在本實(shí)施例中，有關(guān)利用雷達(dá)截面積及雷達(dá)功率信息計(jì)算障礙物32的能量強(qiáng)度信息的原理，可經(jīng)由下列的公式(1)計(jì)算出：

其中，pr代表接收到毫米波雷達(dá)裝置22的發(fā)射功率，pt代表毫米波雷達(dá)裝置22的發(fā)射功率，gt代表毫米波雷達(dá)裝置22的天線增益，r代表毫米波雷達(dá)裝置22與障礙物32的距離，σ代表障礙物32的雷達(dá)截面積，aeff代表接收天線的有效面積，gr代表接收端的天線增益，λ代表波長，π代表圓周率。在本實(shí)施例中障礙物32a、32b、32c、32d會(huì)因?yàn)楸旧聿馁|(zhì)的不同，會(huì)具有不同能量范圍的能量強(qiáng)度信息，例如人類的身體、金屬制的標(biāo)志燈或路樹的樹干等，皆可以利用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)訓(xùn)練，以將不同種障礙物32a、32b、32c、32d的能量強(qiáng)度作不同范圍分類，以區(qū)分出不同種障礙物32a、32b、32c、32d，由于障礙物32種類繁多，本發(fā)明則不限制各種障礙物32的能量強(qiáng)度信息。

同時(shí)，抗噪聲計(jì)算裝置26利用低通濾波過濾反射信息，以取得一信號振幅，及利用高通濾波過濾反射信息，以取得一噪聲振幅，在本實(shí)施例中，抗噪聲計(jì)算裝置26中還可設(shè)有低通濾波器(圖中未示)及高通濾波器(圖中未示)，以作為低通濾波及高通濾波之用。接著，抗噪聲計(jì)算裝置26利用過濾出的信號振幅及噪聲振幅計(jì)算計(jì)算出信號與噪聲的比例數(shù)值，計(jì)算的原理可經(jīng)由下列的公式(2)計(jì)算出：

其中，snr代表信號與噪聲的比例數(shù)值，aobj代表信號振幅，anoise代表噪聲振幅。信號與噪聲的比例數(shù)值也會(huì)跟能量強(qiáng)度信息有關(guān)，會(huì)因?yàn)椴煌N障礙物32a、32b、32c、32d而具有不同的信號振幅及噪聲振幅，不同種障礙物32a、32b、32c、32d所反射的信號及噪聲，分別經(jīng)由過濾后，得到不同的信號振幅及噪聲振幅，并計(jì)算出信號與噪聲的比例數(shù)值，此時(shí)也可以利用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)訓(xùn)練將這些不同的信號與噪聲的比例數(shù)值歸類，以得出不同種障礙物32a、32b、32c、32d所形成的信號與噪聲的比例數(shù)值應(yīng)在何種范圍值中，由于障礙物32種類繁多，本發(fā)明則不限制各種障礙物32的信號與噪聲的比例數(shù)值。

障礙物寬度計(jì)算裝置28同時(shí)也利用反射信息中的毫米波雷達(dá)裝置22與障礙物32的方位角，以計(jì)算出方位角的標(biāo)準(zhǔn)偏差，此時(shí)的方位角標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算都為同一障礙物32的解析信息，在本實(shí)施例中主要是利用方位角正負(fù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差來計(jì)算障礙物32的寬度，在常態(tài)分布下，68.2％的障礙物32偵測點(diǎn)都會(huì)來自同一個(gè)反射物體，因此利用方位角的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算出障礙物32的寬度信息，計(jì)算的原理可經(jīng)由下列的公式(3)、(4)、(5)計(jì)算出：

width＝-dis×sin(θ-σ)+dis×sin(θ+σ)(3)

其中，width代表障礙物32的寬度信息，dis代表與障礙物的直線距離，θ代表障礙物的方位角，代表方位角的平均數(shù)，σ代表方位角的標(biāo)準(zhǔn)偏差。不同種障礙物32a、32b、32c、32d也可能具有不同的寬度范圍，由于障礙物32種類繁多，本發(fā)明則不限制各種障礙物32的寬度值為何。

最后，能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24、抗噪聲計(jì)算裝置26、障礙物寬度計(jì)算裝置28再將所計(jì)算的結(jié)果，傳輸至控制裝置30中，再利用控制裝置30的控制，同時(shí)整合及分析能量強(qiáng)度信息、信號與噪聲的比例數(shù)值及寬度信息，以辨識出小客車34車身前方的障礙物32種類。例如，當(dāng)駕駛員行駛小客車34時(shí)，車身前方具有障礙物32a、32b、32c、32d，此時(shí)可以偵測每一障礙物32a、32b、32c、32d的能量強(qiáng)度信息及信號與噪聲的比例數(shù)值，以得知障礙物32a、32b、32c、32d是否為人體、金屬或是植物等，同時(shí)也利用寬度信息判別障礙物32a、32b、32c、32d。

本發(fā)明可以有效避免現(xiàn)有的僅使用雷達(dá)偵測障礙物寬度的不足，如圖3、圖4所示，例如當(dāng)小客車34外同時(shí)具有如行人的障礙物32b、如路樹的障礙物32a及如金屬標(biāo)志燈的障礙物32c時(shí)，僅辨識的寬度可能會(huì)相似寬度的障礙物32a、32b混淆，例如遇到跟寬度范圍與行人差不多的障礙物32a，當(dāng)中所偵測到障礙物32a的寬度w1就可能與障礙物32b的寬度w2相似，因?yàn)樾腥说膶挾瓤衷?米左右的范圍，路樹可能也會(huì)有像行人的人體寬度般的范圍值，且另外較瘦弱的行人恐會(huì)因?yàn)閷挾忍徽`認(rèn)為標(biāo)志燈。因此，本發(fā)明會(huì)同時(shí)利用能量強(qiáng)度信息、信號與噪聲的比例數(shù)值的比較，辨別出所偵測到相似寬度的障礙物的種類，例如偵測出金屬材質(zhì)、植物或是一般人體，再加上寬度計(jì)算可以有效地分辨障礙物的種類。

如圖5所示，車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)20除了包含有毫米波雷達(dá)裝置22、能量強(qiáng)度計(jì)算裝置24、抗噪聲計(jì)算裝置26、障礙物寬度計(jì)算裝置28及一控制裝置30外，還可以包含一影像辨識裝置36，在本實(shí)施例中，影像辨識裝置36可為車用攝影機(jī)及車機(jī)屏幕等組合，但本發(fā)明不以此為限制。影像辨識裝置36連接至控制裝置30，使得車用毫米波雷達(dá)的環(huán)境辨識系統(tǒng)20除了僅利用毫米波信號進(jìn)行偵測障礙物32以外，也同時(shí)可以利用影像辨識裝置36偵測車外環(huán)境中的障礙物32，并可以將偵測出的障礙物影像顯示在影像辨識裝置36，好讓駕駛員可以通過屏幕畫面，清楚看到肉眼可視的障礙物32。

本發(fā)明主要是利用三種不同的辨識方式：能量強(qiáng)度信息、信號與噪聲的比例數(shù)值、寬度信息，以加強(qiáng)對障礙物種類的分辨，并不限制辨識的步驟，但亦可針對特殊需求作辨識步驟的說明，例如可以先辨識能量強(qiáng)度信息、信號與噪聲的比例數(shù)值，接著辨識障礙物的寬度，以確認(rèn)此一障礙物是否為行人，或是其它種類的辨識過程亦可。上述的障礙物種類僅為實(shí)施例的示范說明，不以上述的障礙物種類為限制，障礙物亦可為路燈或是各種路上可見的物體。本發(fā)明除了用于偵測肉眼容易忽略的障礙物外，更能精確辨識出不同種類的障礙物，例如更能輕易分辨障礙物是否為行人，以利于自動(dòng)駕駛或是執(zhí)行安全防撞措施的應(yīng)變，徹底保護(hù)駕駛員及乘客或是用路人的安全，避免因?yàn)檎系K物辨識錯(cuò)誤產(chǎn)生不可預(yù)期的后果。

以上所述的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在使熟習(xí)此項(xiàng)技藝的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，當(dāng)不能以的限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，即大凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍。