專利名稱：安全運動支持裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于支持車輛或其它運動物體安全地運動或行駛的安全運動支持裝置。
背景技術：
已經提出了一種車輛用預防性安全裝置，通過監控車輛的駕駛區來檢測障礙物，并基于車輛的速度和行駛方向算出由該障礙物所導致的危險度，由此將諸如接觸或碰撞的事故風險通知給駕駛者。根據該方案的裝置通過考慮到車輛附近存在的多個危險物體的尺寸、類型、可能未來動作、各駕駛者的駕駛狀態等，來評估、判斷和處理關于該多個危險物體的危險度，由此保證關于駕駛車輛的安全。還公開了使駕駛環境輸出部在與前方駕駛道路表面相對應的實際空間坐標系中，指示與障礙物的尺寸成正比標定的障礙物作為提取數據；根據車輛的駕駛狀態，在實際空間坐標系中設置危險因子的分布；并基于所提取的數據和危險因子獲得危險度的二維分布，由此使得即使多輛車在附近同時行駛時，也能夠同時評估多個方向中的危險度；并且說明由于在對危險度的評估中也考慮了障礙物尺寸，所以提高了安全性(參見專利文獻1)。
還公開了一種車輛用外部車輛監控裝置，用于使得能夠檢測側壁作為形成道路邊界(例如防護欄、灌木叢以及塔架)的連續三維物體；并使得能夠以容易進行處理的數據的形式檢測側壁的存在、位置和方向。根據該公開的聲明，使用這種數據實現了更高級的危險告警以及避免事故的功能(參見專利文獻2)。
另一公開的技術是，基于三角定理，根據車輛外物體的一對立體圖像中的對應位置的位移，算出整個圖像上的距離分布；計算與關于該距離分布的信息相對應的攝影主體的各部分的三維位置；通過使用關于所計算的三維位置的信息來檢測多個三維物體；并且算出所檢測到的多個三維物體中的每一個中的邊緣(即，面向車輛的邊緣)與車輛左側和右側的各側面延長線之間的最近距離作為間距，由此將關于所算出的左側和右側的間距的信息通知給駕駛者。該方案聲明可對駕駛方向上存在的各種三維物體進行確切檢測，并可在車輛通過窄路之前，將距車輛的間距通知給駕駛者，由此減輕了駕駛者的負擔并因此保證了安全。另外作為用于根據檢測結果(即，危險度)來警告駕駛者的示例顯示，公開了在照原樣繼續駕駛將引起接觸的適宜側顯示紅色警告燈；如果與障礙物的間距大于零并小于約二十厘米，則在駕駛者的不當駕駛將導致接觸危險的適宜側顯示黃色警告燈；而如果間距約為二十厘米或更大，則在適宜側顯示綠燈，表示照原樣繼續駕駛僅存在相當低的接觸危險(參見專利文獻3)。
用于與上述大致相同的目的的另一方案是關于一種車輛用障礙物檢測裝置，其使得能夠檢測車輛前方的障礙物，并同時自動判斷車輛是否能夠安全通過障礙物。該方案公開了以下內容在車輛前方的成像的畫面內設定車輛通過所需的在該車輛前方指定距離處的空間框；在該空間框內的多個指定位置處設定窗口，其成為作為比較主體的區域；檢測至由適宜窗口捕捉的物體的距離；基于對距離的檢測結果，判斷車輛在前方指定距離處的道路表面上通過的可能性；并且如果判斷結果表示車輛不能通過，則警告駕駛者。如果通過在空間框內的上述窗口檢測到比車輛前方的指定距離更短的距離，則判斷車輛不能通過。即，該方案用于檢測車輛前方的障礙物，在避開障礙物的同時自動判斷車輛是否能夠通過，并且如果不可能通過則通知不能通過(參見專利文獻4)。
又一公開方案是一種防碰撞裝置，用于通過準確且迅速地評估與車輛駕駛方向上存在的多個車輛或障礙物的碰撞的可能性，來試圖確保防止碰撞。該方案公開了以下內容通過利用存儲在存儲器中的三維位置信息單獨提取實際道路上的白線，并修改和/或改變內置道路模型中的參數以與實際道路形狀匹配，由此識別道路形狀；基于關于轉向角和車速的信息來估計車輛的駕駛路線；并且將根據駕駛速度的駕駛者的一般特性準確地反映到駕駛路線區域，由此通過利用微處理器來判斷與自然駕駛更相匹配的自然碰撞危險(參見專利文獻5)。
所提出的上述傳統技術全部集中于關于運動體(如車輛)的運動或行駛的障礙物識別和障礙避讓，或相關的告警顯示等，因此并不必然能夠充分響應于對以下功能的要求，即通過清晰而直接地給出其本身保證關于運動體的運動或行駛的安全性的路徑，在保證運動體的運動安全性的同時，積極支持該運動體運動。也沒有提出在下述情況中引發的已知技術問題，即如果算出多條假設可保證一定水平的安全的路徑，則通過識別并示出最優路線來積極支持運動或者行駛的情況；自然也沒有響應于這種問題而提出技術概念。
考慮到上述這一情況，本發明的目的是提供一種安全運動支持裝置及其相關方法，用于通過清晰且直接地顯示本身保證關于運動體的運動或行駛的安全的路徑來實現在保證運動安全的同時積極支持運動體運動的功能；并且另一目的是提供一種安全運動支持裝置及其相關方法，用于通過如果算出多條假設可保證安全性的路徑，則從該多條路徑中識別并顯示最佳路徑，來實現積極支持運動或行駛的功能。
日本專利公報No.3153839，第0001、0005和0015段；[專利文獻2]日本專利公報No.3324821，第0223段；[專利文獻3]日本專利申請公報No.H07-192199，第0021和0160段；[專利文獻4]日本專利公報No.3212235，第0009和0055段；以及[專利文獻5]日本專利申請公報No.H10-283593，第0025和0048段。

發明內容
根據本發明第一方面的安全運動支持裝置包括環境三維信息獲取單元，用于獲取與在以指定有限范圍包圍運動體或關于運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息；運動體狀態信息獲取單元，用于獲取關于運動體的運動體狀態信息；以及安全運動使能空間計算單元，用于基于從環境三維信息獲取單元獲得的環境三維信息和從運動體狀態信息獲取單元獲得的運動體狀態信息，來計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間。
另外，根據本發明第二方面的安全運動支持裝置包括環境三維信息獲取單元，用于獲取與在以指定有限范圍包圍運動體或關于運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息；紋理獲取單元，用于獲取關于虛擬空間的紋理；運動體狀態信息獲取單元，用于獲取關于運動體的狀態的運動體狀態信息；以及安全運動使能空間計算單元，用于基于從環境三維信息獲取單元獲得的環境三維信息、從運動體狀態信息獲取單元獲得的運動體狀態信息、以及從紋理獲取單元獲得的紋理，來計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間。
另外，根據本發明第三方面的安全運動支持裝置包括環境三維信息獲取單元，用于獲取與在以指定有限范圍包圍運動體或關于運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息；紋理獲取單元，用于獲取關于虛擬空間的紋理；運動體狀態信息獲取單元，用于獲取關于運動體狀態的運動體狀態信息；安全運動使能空間計算單元，用于基于從環境三維信息獲取單元獲得的環境三維信息、從運動體狀態信息獲取單元獲得的運動體狀態信息、以及從紋理獲取單元獲得的紋理，來計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間；以及穩定運動路徑計算單元，用于基于表示從安全運動使能空間計算單元獲得的安全運動使能空間的信息和從運動體狀態信息獲取單元獲得的運動體狀態信息，來計算推測運動體可在其上穩定運動的路徑。
并且，根據本發明第四方面的安全運動支持裝置包括運動體控制單元，用于進行控制以使得運動體沿推測運動體可在其上穩定運動的路徑運動，該路徑已由上述第三方面中的穩定運動路徑計算單元計算出。
同時，代替受限于上述安全運動支持裝置，本發明可包括安全運動支持方法。


通過參照附圖的以下詳細說明，本發明將變得更加明了。
圖1是根據本發明第一結構的安全運動支持裝置的功能框圖；圖2是例示出關于安全運動使能空間的計算的處理的流程圖，該安全運動使能空間是由根據第一結構的安全運動支持裝置所包括的安全運動使能空間計算單元來計算的；圖3示出了直到計算安全運動使能空間的處理進度的多個方面的圖像圖，該安全運動使能空間是由根據第一結構的安全運動支持裝置所包括的安全運動使能空間計算單元來計算的；圖4描述了根據已按時序獲得的多條環境三維信息所計算的預期稍后時間的環境三維信息的示例；圖5是根據本發明第二結構的安全運動支持裝置的功能框圖；圖6是例示出關于安全運動使能空間的計算的處理的流程圖，該安全運動使能空間是由根據第二結構的安全運動支持裝置所包括的安全運動使能空間計算單元來計算的；圖7示出了直到計算安全運動使能空間的處理進度的多個方面的圖像圖，該安全運動使能空間是由根據第二結構的安全運動支持裝置所包括的安全運動使能空間計算單元來計算的；圖8是根據本發明第三結構的安全運動支持裝置的功能框圖；圖9是根據本發明第四結構的安全運動支持裝置的功能框圖；圖10是根據本發明第五結構的安全運動支持裝置的功能框圖；圖11是根據本發明第六結構的安全運動支持裝置的功能框圖；圖12示出了當將根據本發明第六結構的安全運動支持裝置實際裝配到車輛上時的系統的具體示例；圖13示出了立體攝像機的示例結構；以及圖14例示了立體攝像機的裝配。
具體實施例方式
下面參照附圖，對本發明優選實施例進行詳細說明。
圖1是根據本發明第一結構的安全運動支持裝置的功能框圖。
圖1示出的安全運動支持裝置是用于支持車輛或其它運動體安全運動或行駛的裝置，其包括環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2以及安全運動使能空間計算單元3。
需要注意的是，環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2以及安全運動使能空間計算單元3可置于作為支持主體的運動體(以下稱“有關運動體”)內，或者前述單元中的一個或更多個可裝配在有關運動體外部。即，安全運動支持裝置不僅可用于安裝到有關運動體(如車輛)上的系統，而且可應用于用于執行對運動體條件的外部識別、安全判斷、必要控制等的系統(例如，監控攝像系統、交通控制系統等)中。
環境三維信息獲取單元1用于獲取與在以指定有限范圍包圍有關運動體或關于該有關運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息，將環境三維信息獲取單元本身構造為能夠根據需要按時序獲得環境三維信息。
這里，環境三維信息獲取單元1被構造為通過利用以下系統中的一個或多個來獲取環境三維信息，即利用激光或毫米波等的飛行時間系統、利用立體攝像機(包括多眼立體攝像機)的系統、根據運動成形(shapefrom motion)的系統、利用圖案投影方法的系統、或利用GPS(全球定位系統)和地圖信息的系統。例如，采用利用GPS和地圖信息的系統使得能夠基于通過GPS獲得的位置信息，從地圖信息中獲取諸如建筑物的環境三維信息。
需要注意的是，獲取的數據可以具有包括點群數據、體數據(例如，參見共立出版社出版的“Computer Visualization”；以下稱為“參考文獻1”)、表面數據(例如，參見參考文獻1)的任意格式。
運動體狀態信息獲取單元2被構造為獲取關于有關運動體狀態的運動體狀態信息，并能夠根據需要按時序獲取運動體狀態信息。
這里，將運動體狀態信息定義為關于有關運動體的、在動態范疇和靜態范疇內的一條或多條信息，動態范疇內的信息例如為位置&姿態、速度、角速度、體應變、轉向角、加速度、角加速度、驅動力、諸如制動器的制動力、驅動力傳輸系統的齒輪比、環境溫度(例如，有關運動體內外的溫度)和濕度(例如，有關運動體內外的濕度)、剩余燃料量、剩余電池容量；靜態范疇內的信息例如為最大扭矩、車輛尺寸(例如，總長度、寬度和高度、最小離地距離和天線高度)、地面接觸面積尺寸、重量、諸如ABS(防鎖制動系統)的專用功能的有無、以及最小回轉半徑。上述靜態信息可存儲在存儲器中。
安全運動使能空間計算單元3用于基于從環境三維信息獲取單元1獲得的環境三維信息和從運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息，來計算安全運動使能空間，即其中假設有關運動體可安全運動的、具有有限范圍的虛擬空間，該安全運動使能空間計算單元3包括下列單元中的一個或多個用于計算有關運動體能夠在其中運動的區域中的運動使能平面(即，對指定平面的投影)的單元；用于計算運動使能平面上的狀態的單元；用于計算運動使能平面內允許有關運動體存在的區域的單元；以及用于針對運動使能平面、運動使能平面上的狀態以及運動使能平面內允許有關運動體存在的區域中的至少任一個預測時間推移(transition)的單元。
這里，進一步來詳細描述用于計算由安全運動使能空間計算單元3計算的安全運動使能空間的處理。
圖2是例示了關于計算的處理的流程圖。
首先，安全運動使能空間計算單元3基于環境三維信息獲取單元1獲取的環境三維信息生成平面數據(S1)。需要注意的是，平面數據可由三角片、矩形片等(其為通過大量平面分片(fragment)近似的三維空間內的體表面)來表示，或者通過利用曲率函數或利用NURB等的近似來表示。
接著，基于由運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息，參考有關運動體的位置&姿態等，將有關運動體放入上述環境三維信息坐標系內，并預測與有關運動體的當前接觸點(S2)。
接著，基于S1中生成的平面數據和S2中預測的接觸點，通過跟蹤從預測接觸點延續的表面(包括平面或曲面，或兩者)來評估表面的連續性，并提取推測有關運動體能在其中運動的運動使能平面(S3)。這樣計算了運動使能平面，即有關運動體可運動于此的區域對指定平面的投影。
然后，基于上述運動體狀態信息，參考有關運動體的尺寸等，并在已在S3中提取出的運動使能平面上提取可以設置有關運動體的空間(S4)。這樣計算了運動使能平面內有關運動體可存在的區域。在S4中，如果有關運動體例如是車輛，則不提取關于有關車輛不能通過的隧道或道路的空間。
隨后步驟是參考上述運動體狀態信息，并在S4中提取的、有關運動體能置于其中的空間內提取有關運動體可在其中安全運動的安全運動使能空間(S5)。在步驟S5中，處理為參考上述有關運動體的運動體狀態信息，例如，位置&姿態、速度、角速度、體應變、轉向角、加速度、角加速度、驅動力、諸如制動器的制動力、驅動力傳輸系統的齒輪比、最大扭矩、諸如最小離地距離的車輛尺寸、重量、諸如ABS的專用功能的有無、最小回轉半徑等；計算允許安全運動或行駛的平面角、允許通過的突起等；通過指定閾值處理，在有關運動體可置于其中的空間內，判斷并提取有關運動體可在其中安全運動的安全運動使能空間；等等。
通過圖2所示的上述處理，安全運動使能空間計算單元3計算安全運動使能空間。
圖3示出了表示直到計算安全運動使能空間的處理進度的多個方面的圖像圖，安全運動使能空間是由安全運動使能空間計算單元3來計算的。需要注意的是，圖3例示了有關運動體是針對其計算安全運動使能空間的車輛的情況。
在圖3中，幀A示出了環境三維信息獲取單元1獲取的環境三維信息，即，與在以指定有限范圍包圍有關運動體或關于其的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息。
幀B示出了基于幀A示出的環境三維信息在上述步驟S1中生成的平面數據。
幀C示出了已通過在上述步驟S2中的處理進行預測的與有關車輛的當前接觸點4a和4b，上述處理例如為基于運動體狀態信息獲取單元2獲取的運動體狀態信息(即，關于有關車輛的狀態信息)參考有關車輛的位置&姿態等，將有關車輛置于幀A示出的環境三維信息坐標系中；并且幀C還示出了推測有關車輛可在其中運動(即，可駕駛)的運動使能平面(駕駛使能平面)5，該運動使能平面5已通過上述步驟S3中的處理提取出來，上述處理例如為基于幀B中示出的接觸點4a和4b以及平面數據來跟蹤從接觸點4a和4b延續的平面以評估平面的連續性，即，運動使能平面5為投影到指定平面表面上的允許有關車輛運動的區域。
幀D示出了在幀C所示的運動使能平面5上可將有關車輛置于其中的空間6a和6b，即其中有關車輛位于運動使能平面5內的區域6a和6b，該區域6a和6b已通過上述步驟S4中的處理提取出，該處理例如為基于上述運動體狀態信息參考有關車輛的尺寸等；并且已通過上述步驟S5中的諸如參考上述運動體狀態信息的處理，從空間6a和6b(有關車輛可置于其中)中提取出空間6a(即，允許有關車輛安全運動的安全運動使能空間)。
如上所述，本實施例被構造為通過執行圖2所示的上述處理，來計算允許有關車輛安全運動的安全運動使能空間6a。
并且，如果安全運動使能空間計算單元3包括用于針對運動使能平面、運動使能平面上的狀態以及運動使能平面內允許有關運動體存在的區域中的至少任一個預測時間推移的上述單元，則可以預測性地獲取允許有關運動體安全運動的未來安全運動使能空間。
在這種情況下，使安全運動使能空間計算單元3能夠基于已由環境三維信息獲取單元1按時序獲得的多條環境三維信息預測性地計算在預期稍后時間的環境三維信息，還基于已由運動體狀態信息獲取單元2按時序獲得的多條運動體狀態信息預測性地計算在預期稍后時間的運動體狀態信息，并且基于預測性地計算的環境三維信息和運動體狀態信息通過圖2中示出的上述處理來預測性地計算在預期稍后時間的安全運動使能空間。
圖4描述了根據按時序獲得的多條環境三維信息而計算的在預期稍后時間的環境三維信息的示例。
參照圖4，幀A是基于環境三維信息獲取單元1在時鐘時刻T1獲得的環境三維信息的距離數據的水平剖面圖，其中標號7表示環境三維信息的獲取范圍，而標號8和9a表示在時鐘時刻T1時的距離數據。
另外，如果基于環境三維信息獲取單元1獲得的環境三維信息和運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息計算出時鐘時刻T1時的運動使能區，則標號10a(即，幀A中的陰影區)表示臨時運動使能平面。
幀B是基于環境三維信息獲取單元1在T1之后的時鐘時刻T2時獲得的環境三維信息的距離數據的水平剖面圖，其中標號9b表示時鐘時刻T2時的距離數據。
另外，如果基于環境三維信息獲取單元1獲得的環境三維信息和運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息計算出時鐘時刻T2時的運動使能區，則標號10b(即，幀B中的陰影區)表示臨時運動使能平面。
并且幀C是基于環境三維信息獲取單元1在T2之后的時鐘時刻T3時獲得的環境三維信息的距離數據的水平剖面圖，其中標號9c表示時鐘時刻T3時的距離數據。而標號9d表示未來時鐘時刻T4時的距離數據，該距離數據是根據分別在時鐘時刻T1、T2以及T3時的距離數據9a、9b以及9c而預測性地計算出的。
如上所述，安全運動使能空間計算單元3被構造為基于由環境三維信息獲取單元1獲得的在時鐘時刻T1、T2以及T3時的各條環境三維信息，來預測性地計算在未來時鐘時刻T4時的環境三維信息。
另外，如果基于環境三維信息獲取單元1獲得的環境三維信息和運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息計算出時鐘時刻T3時的運動使能區，則標號10c(即，幀C中的陰影區)表示臨時運動使能平面。
并且安全運動使能空間計算單元3類似地基于由運動體狀態信息獲取單元2獲得的在時鐘時刻T1、T2以及T3時的各條運動體狀態信息，來預測性地計算在未來時鐘時刻T4時的運動體狀態信息，并基于所預測的環境三維信息和運動體狀態信息來計算安全運動使能空間，由此使得可以預測未來時鐘時刻T4時的安全運動使能空間。
如上所述，根據第一結構的安全運動支持裝置被構成為計算安全運動使能空間，由此使得能夠獲取保證關于運動體的運動或行駛的安全的空間，并支持運動體安全地運動或行駛。
接下來將說明根據本發明第二結構的安全運動支持裝置。
圖5是該安全運動支持裝置的功能框圖。
圖5示出的安全運動支持裝置是用于支持車輛等或另一運動體更安全地運動或行駛的裝置，其包括環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2、紋理獲取單元11以及安全運動使能空間計算單元3’。
需要注意的是，環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2、紋理獲取單元11以及安全運動使能空間計算單元3’可以位于作為支持主體的運動體(以下稱為“有關運動體”)內，或者上述單元中的一個或多個可裝配到有關運動體外部。即，與根據第一結構的安全運動支持裝置一樣，該安全運動支持裝置不僅可應用于安裝在有關運動體(如車輛)上的系統，而且可應用于用于執行對運動體條件的外部識別、安全判斷、必要控制等的系統(例如，監控攝像系統、交通控制系統等)中。
另外需要注意的是環境三維信息獲取單元1和運動體狀態信息獲取單元2與圖1中所示的相同，因此此處略去對其的說明。
設置紋理獲取單元11以獲取關于以指定有限范圍包圍有關運動體或關于其的假想運動軌跡的虛擬空間的紋理，并將紋理獲取單元11構造為根據需要按時序獲取用于表示紋理的數據。
這里，紋理獲取單元11可以被構造為通過利用下列中的一個或多個元件來獲取紋理即可見光成像元件、紅外光成像元件、高靈敏度成像元件、或高動態范圍成像元件；或者從預先排列的多個候選中選擇一個現有紋理，該紋理被判定為與通過利用前述元件獲取的畫面圖像具有最高相關性。
與圖1中示出的安全運動使能空間計算單元3一樣，安全運動使能空間計算單元3’被設置為基于從環境三維信息獲取單元1獲得的環境三維信息、從運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息以及從紋理獲取單元11獲得的紋理來計算安全運動使能空間(即，推測有關運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間)，該安全運動使能空間計算單元3’包括下列單元中的一個或多個即，用于計算使有關運動體能夠在其中運動的區域中的運動使能平面(即，對指定平面的投影)的單元；用于計算運動使能平面上的狀態的單元；用于計算運動使能平面內允許有關運動體存在的區域的單元；以及用于針對運動使能平面、運動使能平面上的狀態以及運動使能平面內允許有關運動體存在的區域中的至少任一個預測時間推移的單元。
這里，進一步來詳細描述用于計算由安全運動使能空間計算單元3’計算的安全運動使能空間的處理。
圖6是例示了關于計算的處理的流程圖。
參照圖6，步驟S1到S4中的處理與圖2中示出的步驟S1到S4中的相同，因此此處略去對其的詳細說明。
安全運動使能空間計算單元3’基于環境三維信息生成平面數據(S1)，預測與有關運動體的當前接觸點(S2)，提取推測有關運動體可在其中運動的運動使能平面(S3)，接著在運動使能平面上提取有關運動體可置于其中的空間(S4)，并且在運動使能平面上提取推測有關運動體可在其中安全運動的安全運動使能平面(S6)。
這里，步驟S6中的安全運動使能平面是通過以下步驟來提取的，即根據已在步驟S3中提取出的運動使能平面和用于表示紋理獲取單元11通過所謂的紋理分析(例如，參見參考文獻1)等已獲得的紋理的數據，來計算運動使能平面上的狀態(例如，凍結、潮濕、材料(如柏油、礫石、泥土、混凝土)以及溫度)，并且在運動使能平面內提取推測有關運動體可在其中安全運動的安全運動使能平面。
需要注意的是，可以并行地或串行地執行步驟S4和S6中的處理，并且在串行處理的情況下順序并不重要。
步驟S4和S6中的處理結束后，接著是根據運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息、在步驟S4中提取出的允許放置有關運動體的空間，以及在步驟S6中提取出的推測允許有關運動體安全運動的安全運動使能平面，提取推測有關運動體可在其中安全運動的安全運動使能空間(S7)。
安全運動使能空間計算單元3’通過圖6中示出的處理來計算安全運動使能空間。
圖7示出了表示直到計算安全運動使能空間的處理進度的多個方面的圖像圖，安全運動使能空間是由安全運動使能空間計算單元3’來計算的。需要注意的是，圖7例示了有關運動體是針對其計算安全運動使能平面的車輛的情況。
參照圖7，標號13示出了表示紋理獲取單元11獲取的紋理的數據。
標號14示出了環境三維信息獲取單元1獲取的環境三維信息。
標號15示出了推測允許有關車輛運動(即，行駛)的運動使能平面(即，行駛使能平面)，該運動使能平面是基于環境三維信息14，通過上述步驟S1到S3中的處理提取出來的。
標號16示出了凍結區，即運動使能平面15上的一種狀態，其是通過步驟S6中的處理基于運動使能平面15和表示紋理的數據13而獲得取的標號17示出了在運動使能平面15內推測允許有關車輛安全運動的安全運動使能平面，該安全運動使能平面是依據步驟S6中的上述處理提取出的。
如此，根據本實施例，圖6中示出的上述處理計算了推測允許有關車輛安全運動的安全運動使能平面，由此使得可以基于安全運動使能平面17、從運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息(即，關于有關車輛的狀態的信息)以及由上述步驟S4中的處理所提取的允許有關車輛放置的空間，來提取允許有關車輛安全運動的安全運動使能空間。
同時，如果安全運動使能空間計算單元3’包括用于針對運動使能平面、運動使能平面上的狀態以及運動使能平面內允許有關運動體存在的區域中的至少任一個預測時間推移的單元，則可以預測性地計算允許有關運動體安全運動的未來安全運動使能空間。
在這種情況下，使安全運動使能空間計算單元3’能夠基于已由環境三維信息獲取單元1按時序獲得的多條環境三維信息預測性地計算在預期稍后時間的環境三維信息，還能夠基于已由運動體狀態信息獲取單元2按時序獲得的多條運動體狀態信息預測性地計算在預期稍后時間的運動體狀態信息，還能夠基于表示已由紋理獲取單元11按時序獲得的紋理的多條數據預測性地計算表示在預期稍后時間的紋理的數據，由此能夠基于預測性地計算的環境三維信息、運動體狀態信息以及紋理通過圖6中示出的上述處理來預測性地計算在預期稍后時間的安全運動使能空間。
如到目前所述，根據第二結構的安全運動支持裝置被構成為進一步考慮針對運動體的運動使能平面或行駛使能平面的狀態，由此使得能夠獲取保證提高關于運動體的運動或行駛的安全的空間，并使得能夠支持運動體更安全地運動或行駛。
接下來將說明根據本發明第三結構的安全運動支持裝置。
圖8是該安全運動支持裝置的功能框圖。
圖8示出的安全運動支持裝置是進一步包括穩定運動路徑計算單元18的圖5中示出的上述安全運動支持裝置。
需要注意的是，環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2、紋理獲取單元11、安全運動使能空間計算單元3’以及穩定運動路徑計算單元18可以位于作為支持主體的運動體(以下稱為“有關運動體”)內，或者上述單元中的一個或多個可置于有關運動體外部。
環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2、紋理獲取單元11以及安全運動使能空間計算單元3’分別與圖5中示出的相同，因此這里將略去對其的說明。
穩定運動路徑計算單元18被構造為基于表示從安全運動使能空間計算單元3’獲得的安全運動使能空間的信息和從運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息，計算推測允許有關運動體安全運動的路徑。
例如，穩定運動路徑計算單元18參考運動體狀態信息中的速度、加速度、角加速度、尺寸等，并從計算出的一個或多個安全運動使能空間中檢索符合指定標準的最佳路徑，由此計算推測允許有關運動體穩定運動的路徑。
這里，指定標準包括對加速度或角加速度沿路徑的積分最小，有關運動體與安全運動使能空間的邊界間的最小距離最大(即，盡可能遠離障礙物)，運動使能平面的不規則度較小，等等。
需要注意的是，可通過常規數學公式表示的以及通用的標準來應用這些用于優化的標準。
根據第三結構的安全運動支持裝置被構成為，在計算了多個安全運動使能空間，即計算了推測保證一定水平的安全的多條路徑時，獲取最佳路徑。
接下來將說明根據本發明第四結構的安全運動支持裝置。
圖9是該安全運動支持裝置的功能框圖。
圖9示出的安全運動支持裝置是進一步包括運動體控制單元19的圖8中示出的上述安全運動支持裝置。
環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2、紋理獲取單元11、安全運動使能空間計算單元3’以及穩定運動路徑計算單元18與圖8中示出的相同，因此這里將略去對其的說明。
運動體控制單元19被構造為控制有關運動體，以使其沿穩定運動路徑計算單元18所計算的、推定允許有關運動體穩定地運動的路徑運動。這里的控制是在參考運動體狀態信息獲取單元2獲取的運動體狀態信息作為反饋信息的同時，使得有關運動體能夠沿穩定運動路徑計算單元18所計算的路徑運動。
另外，傳統上已經提出了各種方法，用于控制運動體沿指定路徑運動。
由此根據第四結構的安全運動支持裝置被構成為能夠在保證安全的同時積極支持運動體運動。
接下來說明根據本發明第五結構的安全運動支持裝置。
圖10是該安全運動支持裝置的功能框圖。
圖10中示出的安全運動支持裝置是進一步包括穩定運動路徑計算單元18’的圖1中示出的上述安全運動支持裝置。
需要注意的是，環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2、安全運動使能空間計算單元3以及穩定運動路徑計算單元18’可以位于作為支持主體的運動體(以下稱為“有關運動體”)內，或者上述單元中的一個或多個可置于有關運動體外部。
環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2、以及安全運動使能空間獲取單元3與圖1中示出的相同，因此這里將略去對其的說明。
穩定運動路徑計算單元18’被構造為基于表示從安全運動使能空間計算單元3獲得的安全運動使能空間的信息和從運動體狀態信息獲取單元2獲得的運動體狀態信息，計算推測允許有關運動體穩定運動的路徑，并執行與上述穩定運動路徑計算單元18(例如，參見圖8)相同的其它功能。
由此根據第五結構的安全運動支持裝置被構造為能夠獲得與根據上述第三結構的裝置相同的效果。
下面將說明根據本發明第六結構的安全運動支持裝置。
圖11是該安全運動支持裝置的功能框圖。
圖11中示出的安全運動支持裝置是進一步包括運動體控制單元19’的圖10中示出的上述安全運動支持裝置。
環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2、安全運動使能空間計算單元3以及穩定運動路徑計算單元18’分別與圖10中示出的相同，因此這里將略去對其的說明。
運動體控制單元19’被構造為控制有關運動體，以使其沿穩定運動路徑計算單元18’所計算的、推測允許有關運動體穩定地運動的路徑運動，并且具有與上述運動體控制單元19(參見圖9)相同的其它功能。
由此根據第六結構的安全運動支持裝置被構成為能夠獲得與根據上述第四結構的裝置相同的效果。
這里，對當將根據第五結構(或者也可以是第一結構和第四結構)的安全運動支持裝置裝配到實際車輛上時的系統的具體示例進行說明。
圖12示出了這種系統的構成。
該系統包括立體攝像機23(包括稍后描述的立體適配器21和成像裝置22)、處理裝置24、控制裝置25、輸入裝置26、告警裝置27、駕駛裝置28、顯示裝置29、車速傳感器30、距離測量雷達31、光強傳感器32、外部攝像機33、GPS 34、VICS 35、外部通信裝置36、立體攝像機支承裝置37、攝像機姿態傳感器38、以及車輛姿態傳感器39。VICS是車輛信息及通信系統的縮寫，該系統是用于傳輸道路交通信息(例如已在VICS中心編輯并處理過的交通擁堵和交通控制)并通過車載裝置(例如通過字符和圖像的汽車導航)進行顯示的系統。同時，立體攝像機支承裝置37裝備有立體攝像機連接裝置40和支承控制裝置41。
這里要注意的是，立體攝像機23和處理裝置24構成與環境三維信息獲取單元1相對應的構件，而車速傳感器30、距離測量雷達31、光強傳感器32、車輛姿態傳感器39以及控制裝置25構成與運動體狀態信息獲取單元2相對應的構件。并且控制裝置25還構成與安全運動使能空間計算單元3、穩定運動路徑計算單元18’以及運動體控制單元19’相對應的構件。
如圖13所示，安裝在諸如攝像機的成像裝置22內的成像光學系統22A前面的立體適配器21被用于在成像元件22B上形成視差圖像43，并裝配有一光學系統(即，鏡21B-1和21B-2)，該光學系統通過彼此之間分開預定距離的兩個光接收單元(即，鏡21A-1和21A-2)接收來自同一被攝主體44的光，將各接收光引入成像裝置22的成像光學系統22A中。
包括立體適配器21和成像裝置22(或除此之外的處理裝置24)的立體攝像機23被構造為在由立體攝像機支承裝置37支承的同時能夠在各個方向進行拍攝。
如圖14示出的圖A、B、C、D所示，立體攝像機23可被安裝在車輛42內外的任意位置(即，陰影區)上。在將其裝配到車輛42外部的情況下，可以裝配在遮光板、立柱、頭燈等上，由此使得能夠對車輛外的景象進行成像。另外，可在裝配在車輛42內部的情況下裝配立體攝像機23，并可將其裝配到儀表盤、后視鏡等上。
處理裝置24基于成像裝置22通過立體適配器21拍攝的圖像，執行三維重構等，并由此獲得環境三維信息。
內部包括例如CPU(中央處理單元)和存儲關于車輛的控制程序、規范數據等的存儲器的控制裝置25，用于通過CPU讀出控制程序并執行控制程序來全面控制本系統。
控制裝置25執行諸如上述步驟S1到S5中的處理的處理，即，從立體攝像機23和處理裝置24獲得的環境三維信息和關于有關車輛的狀態信息(即，運動體狀態信息)中提取允許有關車輛安全運動的安全運動使能空間，有關車輛的狀態信息例如為，車速傳感器30檢測到的速度、車輛姿態傳感器39檢測到的有關車輛的位置&姿態、以及可從上述規范數據中得到的有關車輛的尺寸數據；接著，基于表示安全運動使能空間的信息和關于有關車輛的上述狀態信息計算推測允許有關車輛穩定地運動的路徑；接著，控制駕駛裝置28以使得有關車輛可沿路徑運動等。另外，在這種情況下，該構成使得所提取的安全運動使能空間和/或所計算的路徑能根據需要顯示在顯示裝置29上。依據基于上述環境三維信息和已由上述車速傳感器30檢測到的關于有關車輛速度的信息對距離信息的分析，控制裝置25還能夠在需要時令告警裝置27啟動告警和/或控制駕駛裝置28以迫使駕駛者安全駕駛。這里，告警裝置27用于警告駕駛者，其包括聲音裝置27A和振動裝置27B，前者利用從揚聲器等發出的聲音，而后者利用駕駛者座椅中的振動。
并且輸入裝置26能夠通過利用諸如遠程控制器的輸入設備來指示控制裝置25，由此改變模式等。
并且構成立體攝像機支承裝置37的立體攝像機連接裝置40將立體攝像機23組裝并支承到車輛42上。同時，構成立體攝像機支承裝置37的支承控制裝置41將信號輸出到立體攝像機連接裝置40，以便控制立體攝像機23的拍攝方向。
并且車輛姿態傳感器39如上所述檢測車輛的姿態或位置，以及其相對于道路的傾角。支承控制裝置41控制立體攝像機23的成像范圍，即，基于車輛姿態傳感器39檢測到的值、處理裝置24處理的圖像信息以及來自GPS 34的信息來確定成像的視場。即，如果由于車輛傾斜導致成像視場從右范圍偏移，則將控制信號輸出至立體攝像機連接裝置40，以促使將成像視場校正到右范圍。在這種情況下，支承控制裝置41基于攝像機姿態傳感器38(即，用于檢測攝像機的姿態或位置的傳感器)檢測到的輸出值算出攝像機的當前狀態，并生成控制信號。然后，立體攝像機連接裝置40基于該控制信號驅動內置調整機構來將立體攝像機23設定到希望的方向上。
另外，通過控制裝置25將上述控制所必需的各種信息和檢測信號輸入到支承控制裝置41。然而，需要注意的是，實施例并不限于此，而是可采用如下結構，即可以使得支承控制裝置41直接接收控制所需的各種信息和檢測信號，或者另選地，控制裝置25和支承控制裝置41適當共享這些功能以分別接收控制所需的各種信息和檢測信號。
同時，在本系統中，可以設置與環境三維信息獲取單元1相對應的構件，來獲取關于處于相對運動(即，朝向或遠離水平面上的靜止構件(如監控攝像機)運動)中的運動體的環境三維信息。另選地，與環境三維信息獲取單元1、運動體狀態信息獲取單元2以及安全運動使能空間計算單元3相對應的一個或多個構件可被構造為裝配到車輛外部，在這種情況下，將通過外部通信裝置36執行與安裝在外部的組件的數據交換。
盡管已經詳細說明了根據本發明的安全運動支持裝置及其相關方法，但上述實施例并非限制本發明，另外，不言自明，可以在本發明范圍內進行各種改進和修改。
本發明能夠提供一種安全運動支持裝置及其相關方法，用于通過清晰且直接地示出本身保證關于運動的安全的路徑或駕駛運動體，在保證運動安全的同時，實現積極支持運動體運動的功能；并且能夠提供一種安全運動支持裝置及其相關方法，用于通過在計算出推測保證安全的多條路徑時在該多條路徑中識別并示出最佳路徑，來實現積極支持運動或駕駛的功能。
權利要求
1.一種安全運動支持裝置，包括環境三維信息獲取單元，用于獲取與在以指定有限范圍包圍運動體或關于運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息；運動體狀態信息獲取單元，用于獲取關于運動體的狀態的運動體狀態信息；以及安全運動使能空間計算單元，用于基于從環境三維信息獲取單元獲得的環境三維信息和從運動體狀態信息獲取單元獲得的運動體狀態信息，來計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間。
2.一種安全運動支持裝置，包括環境三維信息獲取單元，用于獲取與在以指定有限范圍包圍運動體或關于運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息；紋理獲取單元，用于獲取關于虛擬空間的紋理；運動體狀態信息獲取單元，用于獲取關于運動體的狀態的運動體狀態信息；以及安全運動使能空間計算單元，用于基于從環境三維信息獲取單元獲得的環境三維信息、從運動體狀態信息獲取單元獲得的運動體狀態信息、以及從紋理獲取單元獲得的紋理，來計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間。
3.一種安全運動支持裝置，包括環境三維信息獲取單元，用于獲取與在以指定有限范圍包圍運動體或關于運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息；紋理獲取單元，用于獲取關于虛擬空間的紋理；運動體狀態信息獲取單元，用于獲取關于運動體的狀態的運動體狀態信息；安全運動使能空間計算單元，用于基于從環境三維信息獲取單元獲得的環境三維信息、從運動體狀態信息獲取單元獲得的運動體狀態信息、以及從紋理獲取單元獲得的紋理，來計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間；以及穩定運動路徑計算單元，用于基于表示從安全運動使能空間計算單元獲得的安全運動使能空間的信息和從運動體狀態信息獲取單元獲得的運動體狀態信息，來計算推測運動體可在其上穩定運動的路徑。
4.根據權利要求3所述的安全運動支持裝置，進一步包括運動體控制單元，用于進行控制以使得運動體能夠沿推測運動體可在其上穩定運動的路徑運動，并且該路徑是由穩定運動路徑計算單元計算出的。
5.根據權利要求2所述的安全運動支持裝置，其中所述紋理獲取單元被構造為按時序獲取表示紋理的多條數據。
6.根據權利要求2所述的安全運動支持裝置，其中所述紋理獲取單元被構造為通過利用下列元件中的一個或多個來獲取紋理，這些元件例如為可見光成像元件、紅外光成像元件、高靈敏度成像元件、或高動態范圍成像元件。
7.根據權利要求1所述的安全運動支持裝置，其中所述環境三維信息獲取單元被構造為按時序獲取多條環境三維信息。
8.根據權利要求1所述的安全運動支持裝置，其中所述環境三維信息獲取單元被構造為通過利用如下系統中的一個或多個來獲取環境三維信息，這些系統例如為飛行時間系統、利用立體攝像機的系統、根據運動成形的系統、利用圖案投影方法的系統、或利用GPS和地圖信息的系統。
9.根據權利要求1所述的安全運動支持裝置，其中所述運動體狀態信息獲取單元被構造為按時序獲取多條運動體狀態信息。
10.根據權利要求1所述的安全運動支持裝置，其中所述運動體狀態信息獲取單元被構造為獲取關于以下信息中的一條或多條的運動體狀態信息，這些信息例如為關于運動體的位置和姿態、速度、角速度、體應變、轉向角、加速度、角加速度、驅動力、制動力、驅動力傳輸系統的齒輪比、環境溫度和濕度、剩余燃料量、剩余電池容量、最大扭矩、車輛尺寸和重量、專用功能的有無、以及最小回轉半徑。
11.根據權利要求1所述的安全運動支持裝置，其中所述安全運動使能空間計算單元包括如下單元中的一個或者多個，這些單元例如為用于計算使得運動體能夠在其中運動的區域中的運動使能平面的單元，該運動使能平面為對指定平面的投影；用于計算運動使能平面上的狀態的單元；用于計算運動使能平面內允許運動體存在的區域的單元；或者用于針對運動使能平面、運動使能平面上的狀態以及運動使能平面內允許運動體存在的區域中的至少任一個預測時間推移的單元。
12.根據權利要求1所述的安全運動支持裝置，其中車輛適合于運動體。
13.根據權利要求1所述的安全運動支持裝置，其中環境三維信息獲取單元、運動體狀態信息獲取單元以及安全運動使能空間計算單元中的一個或多個安裝在運動體的外部。
14.根據權利要求2所述的安全運動支持裝置，其中環境三維信息獲取單元、紋理獲取單元、運動體狀態信息獲取單元以及安全運動使能空間計算單元中的一個或多個安裝在運動體的外部。
15.根據權利要求3所述的安全運動支持裝置，其中環境三維信息獲取單元、紋理獲取單元、運動體狀態信息獲取單元、安全運動使能空間計算單元以及穩定運動路徑計算單元中的一個或多個安裝在運動體的外部。
16.一種安全運動支持方法，包括以下處理獲得與在以指定有限范圍包圍運動體或關于運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息，和關于運動體的狀態的運動體狀態信息；以及基于環境三維信息和運動體狀態信息，計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間。
17.一種安全運動支持方法，包括以下處理獲得與在以指定有限范圍包圍運動體或關于運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息、關于虛擬空間的紋理，以及關于運動體的狀態的運動體狀態信息；以及基于環境三維信息、運動體狀態信息以及紋理，計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間。
18.一種安全運動支持方法，包括以下處理獲得與在以指定有限范圍包圍運動體或關于運動體的假想運動軌跡的虛擬空間內的實際物體的狀態相對應的環境三維信息、關于虛擬空間的紋理，以及關于運動體的狀態的運動體狀態信息；基于環境三維信息、運動體狀態信息以及紋理，計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間；以及基于表示安全運動使能空間的信息和運動體狀態信息，來計算推測運動體可在其上穩定運動的路徑。
19.根據權利要求18所述的安全運動支持方法，進一步包括進行控制以使得運動體能夠沿所述路徑運動的處理。
全文摘要
一種安全運動支持裝置，包括環境三維信息獲取單元(1)，用于獲取與在以指定有限范圍包圍運動體或為運動體假想的運動軌跡的虛擬空間內的實際物體相對應的環境三維信息；運動體狀態信息獲取單元(2)，用于獲取關于運動體的狀態的運動體狀態信息；以及安全運動使能空間計算單元(3)，用于根據從環境三維信息獲取單元(1)獲得的環境三維信息和從運動體狀態信息獲取單元(2)獲得的運動體狀態信息，來計算安全運動使能空間，該安全運動使能空間為推測運動體可在其中安全運動的具有有限范圍的虛擬空間。
文檔編號B60R21/00GK1833263SQ20048002242
公開日2006年9月13日 申請日期2004年7月21日 優先權日2003年7月30日
發明者三由貴史, 巖城秀和, 荒井和彥 申請人:奧林巴斯株式會社