用於測量沿著導向軌道移動的車輛的速度和位置的裝置、及其對應的方法和電腦程式產品的製作方法

2023-10-26 04:48:42 2

用於測量沿著導向軌道移動的車輛的速度和位置的裝置、及其對應的方法和電腦程式產品的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種裝置（100），其用於日日夜夜測量沿導軌軌道移動的車輛（200）的速度和/或位置，並且無論氣候條件如何都是這樣做的。根據本發明，此類裝置包括：至少一個圖像採集設備（4），其對所述車輛（200）的環境的數字圖像的序列進行傳輸；用於在由所述圖像採集設備（4）傳輸的兩個圖像之間確定至少一個被稱作圖元的視覺指標的明顯運動的構件，以確定所述至少一個視覺指標的明顯的運動；基於所述至少一個視覺指標的所述明顯運動，對所述車輛（200）的速度和/或位置進行估計的構件。
【專利說明】用於測量沿著導向軌道移動的車輛的速度和位置的裝置、及其對應的方法和電腦程式產品
1.【技術領域】
[0001]本發明涉及一種方法，用於定位和/或測量沿著導軌移動的車輛的速度以及裝配有此類車輛尤其是火車機車的裝置的速度，所述導軌例如是由兩根鐵軌組成的鐵路軌道。
2.【背景技術】
[0002]用於監控和管理鐵路交通的當前系統的開發必須滿足歐洲鐵路交通管理系統(ERTMS)的要求，該系統試圖使歐洲的鐵路運輸的信令和速度的控制協調，且因此使得列車的循環運行更加可靠。 [0003]為了改進鐵路網絡中列車的循環運行的條件以及所有交通運輸的安全性，需要對鐵路網絡中的每輛列車的速度和地點(位置)的精確的了解。
[0004]為了滿足這種需求，列車裝配有不同類型的測距傳感器的組合，例如，加速器、都卜勒雷達以及車輪傳感器。這種解決方案是昂貴的並且需要複雜算法的應用來處理測量的信號。然而，這些傳感器所進行的測量的精確度並不令人滿意，尤其是由於它們對天氣條件、列車的低速、顫動、配置以及地面的顫動、配置、列車車輪在鐵軌上的滑動的敏感性。另外，從此類測距傳感器中獲得的測量易於發生漂移。此外，這些傳感器中的一些是固定在車輛下方的，並且會受到損害(例如，飛石)。
[0005]為了克服這些漂移並且改進列車位置測量的精確度，已經提出用地面系統對從測距傳感器中獲得的位置的測量進行「重新調節」，所述地面系統例如，發射器/信號燈(稱作「歐版應答器化111'必&1匕^)」)，其以規則的間隔(例如，在比利時是平均每1.51^)固定在軌道上。這種信號燈在列車通過時啟動並且將相對於綁在軌道上的絕對參考系的列車的確切地點發送給此列車。列車的嵌入式計算器隨後對列車位置誤差進行糾正，方法是通過對最後的信號燈遇到的測距傳感器位置進行重新調節。
[0006]這種方法的一個缺點在於信號燈放置在鐵軌之間的軌道上。在沒有監督的情況下，它們易於遭受故意毀壞。隨著列車的通過它們還會經受相對較高的機械應力，這可能會引起故障。除了維修這些信號燈帶來的成本之外，將這些信號燈安裝在整個鐵路網絡上以及管理庫存也會帶來相關的成本。此外，這種解決方案還引起了安全性的問題，因為如果一個信號燈不再運行的話，那麼測距傳感器的位置測量的兩個重新調節之間的間隔將會變大。
[0007]在一個替代性方案中，已提出用GPS接收器來裝配列車，以使得通過此類測距傳感器的測量更加可靠。然而，出於此目的，GPS接收器應該能夠不斷地從衛星中獲取信號以獲取列車的地點，而這在隧道、城市廊道以及非常陡峭的山谷中將是非常困難的。
[0008]另一基於光學系統的解決方案是用基於LED技術的傳感器來裝配列車的，所述光學系統的商品名為Correct?。然而，這種方法的一個缺點在於安裝在車輛的下方且靠近鐵路鐵軌的這些傳感器是比較脆弱的，且易於受到環境條件的影響。
[0009]測量列車「行進的距離」的又一解決方案描述於專利文檔FR2673901中。此方法實施了一直沿著軌道固定的可磁化的軌道以及用於對此類軌道進行磁性標記的至少一個線圈，所述線圈由電流脈衝發生器供電並且位於火車機車的前轉向架上，且此類磁性標記的至少一個檢測器位於火車機車的後轉向架上。這些元件是相對於車輛的移動的感測來實施的，線圈和檢測器以預定距離彼此隔開。此方法還提供了在每次檢測之後用於命令新的標記的構件，以及用於對表示火車機車行進的距離(因此是火車機車在軌道上的位置)的檢測到的標記的數目進行計數的構件。
[0010]然而，此方法的一個缺點是由於受到較高的機械應力，所述構件的實施和操作中的維修是昂貴的。
[0011]另一種已知的方法是實施放置在列車的一端的圖像採集裝置，隨後對圖像進行分析以確定列車的速度和位置。圖像分析的組成如下:在預先知道的位置處發現元素，例如，沿著鐵路軌道放置在地面上的條形碼；並且將檢測到的代碼與儲存在資料庫中的代碼進行比較，用於空間地定位列車。
[0012]此方法的一個缺點在於它需要將條形碼放置在整個鐵軌網絡上，其實施是昂貴的。
[0013]此方法的另一缺點在於它需要資料庫的管理。另外，圖像分析以及與儲存在資料庫中的數據的比較需要大量的處理時間。
[0014]換言之，用於測量列車的位置和速度的當前的解決方案並不完全令人滿意。
[0015]實際上，它們需要檢測設備的實施，也就是說:
[0016]-基於不同的技術並且測量不同類型的數量，這需要測量信號的複雜處理算法的實施，並且生成了相對較長的數據處理時間；
[0017]-嵌入(在火車機車的下方或者內部)或者放置在地面上(在鐵軌之間或者沿著軌道)，這使得設備易於受到損害；
[0018]-昂貴(尤其針對其維修)、不精確(尤其針對列車的低速)並且受到漂移。
[0019]3.發明目的
[0020]本發明尤其意圖克服現有技術的這些缺點。
[0021]更確切地說，本發明的一個目的在於提議一種精確且可靠的方法用於測量在導軌上移動的車輛的速度，並且如果必要的話也測量它們的位置而無需在它們的旅途中安裝特定的裝置，例如，信號燈。
[0022]本發明的目的還在於提供一種用於實施此方法的裝置，所述裝置是儘可能廉價的，其可以安裝在任何類型的車輛上並且無論環境條件如何都可以正確地運行。
[0023]本發明的另一目的在於提供一種用於測量在導軌上移動的車輛的速度和位置的解決方案，其尤其滿足ERTMS系統的互操作性以及安全性要求。
4.
【發明內容】

[0024]這些目的以及其他將在下文中變得顯而易見的目的的實現是藉助於無論氣候條件如何而用於日日夜夜測量沿著導軌移動的車輛的速度和/或位置的裝置。
[0025]根據本發明，此類裝置包括:
[0026]-至少一個圖像採集設備，其傳輸所述車輛的環境的數字圖像的序列；
[0027]-用於確定由所述圖像採集設備傳輸的兩個圖像之間的被稱作圖元的至少一個視覺線索的明顯運動的，以確定所述至少一個視覺線索的明顯運動，實施:
[0028]-藉助於所述環境的至少一個模型來簡化所述圖像的構件，確保了簡化圖像中的所述至少一個視覺線索的檢測；
[0029]-用於預測圖像區域的構件，在所述圖像區域中所述視覺線索將位於隨後的圖像中；
[0030]-用於在所述圖像區域中提取所述視覺線索中的一個的構件；
[0031]-用於估計移動的構件，方法是比較當前圖像與先前圖像中的所述視覺線索的實際位置；
[0032]-基於所述至少一個視覺線索的所述明顯運動對所述車輛的速度和/或位置進行估計的構件。
[0033]本發明的裝置能夠對沿著導軌移動(例如，在鐵路軌道上運行)的列車等車輛的速度和位置進行測量，方法是確定由圖像採集設備傳輸的連續的圖像中的運動，在一個實施例中，所述圖像採集設備尤其可以是攝像機形式的光學成像傳感器。
[0034]本發明的裝置實施了對來自相同序列的圖像的處理，所述序列是在結構化環境中採集的。它從圖像中實時或幾乎實時地提取由導軌和接近的物體組成的鐵路環境的投影的相關圖元(視覺場景)，在這些圖元的圖像中執行跟蹤和滾動運動計算。車輛的速度和「行進距離」的計算最終通過鐵路環境的一些實量的先驗知識(真實場景)而成為可能，環境的模型可能是，例如，簡化的動態模型。
[0035]取決於情況，所述至少一個圖像採集設備屬於尤其包含以下項的組(在非詳盡的列表中):
[0036]-景象米集設備；
[0037]-熱感攝像機；
[0038]-磁性攝像機等。
[0039]因此本發明能夠通過部分已知的先驗鐵路環境中的內部參考來測量列車的速度和「行進距離」(或者相對位置)，所述內部參考是從所採用的一個或一個以上圖像採集設備(或圖像傳感器)到，例如，可見光譜(景象採集設備)、紅外光譜(熱傳感器)和/或磁輻射(磁性攝像機)的。
[0040]必須注意的是在本發明中實施的圖像採集設備是無論氣候條件如何而日日夜夜的提供的，從中可以計算出此車輛的車輛速度和「行進距離」的圖像的序列(視頻、熱、磁或其他)可以根據本發明的原理來執行。
[0041]換言之，圖像採集設備是用於採集車輛在其中移動的環境的構建元素的裝置(通過光、熱、聲音、磁或其他類型的成像)。
[0042]此外，由圖像採集設備傳輸且由本發明的裝置處理的圖像可以是位於車輛的前方或者後方的場景中的圖像。
[0043]在一項特定的實施方案中，所述至少一個視覺線索表示了所述導軌的至少一個幾何特徵，例如，曲率半徑、鐵路軌距規、對準。
[0044]有利地是，所述至少一個視覺線索表示了沿著導軌的至少一個物體的至少一個幾何特徵，例如，杆子的垂直性。
[0045]因此，本發明使用了被稱作圖元的視覺線索或特徵，所述圖元是從圖像中提取的對象，所述圖像以簡潔的方式含有用於此圖像的分析的重要信息(通常這些視覺線索是圖像的輪廓或區域)，且其時間和空間的演進由一些小心地選擇的鐵路環境的實量來控制(鐵路軌距規、軌道的曲率、沿著軌道的杆子的垂直性等)，已知的是所述實量在整個圖像的相同序列中是恆定的或者緩慢地改變的。
[0046]因此對用於檢測鐵路軌道以及沿著它的物體的區域做出了規定。
[0047]從圖像中提取的圖元直接由本發明來使用，因此還能夠完全消除視覺信息的解讀階段的需求，而這種解讀階段在複雜場景的計算時間方面是昂貴的。
[0048]換言之，在圖像中直接使用圖元的事實極大地減少了運動估計過程中的待處理的數據的量以及算法的執行時間。
[0049]在本發明的一項實施例中，所述裝置實施了所述車輛的模型以及所述圖像採集設備的模型。
[0050]車輛的模型的組合以及圖像採集設備的組合、環境的模型、導軌車輛組的動態元素，例如涉及待執行的任務(在此情況下為在導軌上移動)的數據按照參數和算法的形式被整合到本發明的裝置的計算單元中，所述計算單元在操作中接收關於車輛的當前狀態的信息(本體感受信息)以及關於環境的當前狀態的信息(外界感受信息)。
[0051]車輛的模型以及圖像採集設備的模型結合在用於確定圖像採集設備(自動校準)的內部參數的過程中，所述圖像採集設備安裝於在導軌上移動的車輛中。環境的模型(導軌以及沿著導軌的物體)是在從圖像中提取視覺線索的階段(用於簡化圖像的階段)期間發生的。導軌車輛組的動態元素是在導軌上移動的車輛的速度和「行進距離」的估計中參與進來的。
[0052]所有的這些建模元素直接參與到圖像中的視覺信息改變與安裝於在導軌上移動的車輛上的圖像採集設備的真實空間中的運動之間的關係的表達中(交互矩陣)。
[0053]在實施方案的一個特定模式中，用於跟蹤和預測的構件實施卡爾曼濾波。
[0054]使得移動的列車的速度和「行進距離」永久地具有可靠的且可用的測量的約束要求通過例如一組概念的卡爾曼濾波的用於跟蹤系統和預測的系統的使用，所述概念是從圖像的中提取的，例如關注區域，所述概念對相關的縱向圖元以及鐵路的一些幾何特徵(曲率半徑、軌距規、對齊)進行實體化，其行為被稱作通過模型和仍然在內存中(即，儲存在裝置的存儲內存中)的其先前的估計的先驗。
[0055]因此本發明的裝置強調了就執行而言是簡單的且非常快速的模型並且通過卡爾曼濾波經由圖像中的系統的跟蹤和預測對建模誤差進行了補償。
[0056]卡爾曼濾波確保了基於物體的輪廓的從圖像中提取的一組概念的跟蹤和預測。
[0057]經典地，卡爾曼濾波具有兩個不同的階段，即，預測階段和更新階段。預測階段使用在先前的時刻估計的狀態來生成當前狀態的估計。在更新階段中，當前時刻的觀察用於對預測的狀態進行更正，以獲得更加精確的估計。
[0058]本發明在不需要對攝像機傳輸的圖像進行轉換方面是有利的(存在時間收益)。鐵路軌道的一些特徵以及車輛的一些特徵是足夠穩定的，以用作速度和位置的估計中的先決條件。
[0059]本發明的裝置是在安全的環境下發生的，方法是通過改進速度和位置的測量的精確度和可靠性，並且通過並非與難以從製造商處獲得的特定的模型相關聯的而是與其參數是通用的且穩定的模型相關聯的簡單且魯棒性算法的快速執行。
[0060]本發明並不需要將補充設備沿著鐵路軌道進行添加來對列車的速度和位置進行估計。它使用現有的基礎設施，所述基礎設施在相關信息方面是足夠密集的。它並不使用鐵路網絡地圖的任何資料庫，這使得它能夠在世界範圍內的所有的鐵路網絡上獨立地運作。
[0061]在本發明的一項實施例中，所述裝置包括適用於生成表示圖像採集設備的傾斜度的信號的傾斜傳感器以及用於以取決於生成的信號的角度對所述圖像採集設備傳輸的圖像進行旋轉的構件。
[0062]有利地是,所述傾斜傳感器實施Deriche濾波。
[0063]將攝像機用作用於測量列車的速度和位置的光學傳感器的實施要求攝像機傳輸的圖像的穩定。
[0064]實際上，當列車移動時，它經歷了使得嵌入式攝像機採集嘈雜的場景的升高，給出了所謂的「顫動的」圖像序列。當前用於對圖像序列中的運動進行分析的技術對於外部幹擾是敏感的。因此，當視覺傳感器的實際軌道是受到噪聲影響的，那麼移動的這種誤差會不可挽救地反映在環境的3D測量中。最終，檢測到的移動由相對於列車的移動組成(總體運動)，而相對於列車的移動自身由列車本身的移動(自我運動)以及稱作「噪聲」的移動(傾斜和滾動)組成。
[0065]稱作噪聲的移動可以在低振幅的情況下藉助於攝像機的電子學而得到減少或者直接得到消除，並且還可以通過在高振幅的情況下用於支持攝像機的機械裝置的補償而得到減少或者直接得到消除。
[0066]列車自身的移動是使用與環境相關聯的速度場通過圖像處理方法確定的。這些方法的原理是從相同的環境的平面投影的序列中發現圖像中的滾動的概念與列車自身的移動(或自我運動)的概念之間的一致性。
[0067]在圖像的特定的預先選定的區域中，移動的研究是關聯於優選方向(例如，縱向)的直線段的檢測的和它們的速度的。
[0068]一個方法由使用濾波器來檢測縱向元素組成。基於此基礎，修改過的Deriche濾波器用於確定圍繞其視線軸的攝像機的旋轉角，該角被稱作圖像中的最大數目的像素的角。
[0069]為了確定圖像中的縱向元素真正的與場景中的物體的縱向邊緣相對應而無需知道固定的絕對參考系中的攝像機的角度位置，所述想法並不是從圖像中提取縱向直線，而是提取圖像中最具代表性的且類似於重力的方向的縱向直線的方向。這些線是先前在由修改過的Deriche濾波器確定的優選方向中提取的，其確保了圖像中的最大數目的像素的角的計算(即，在圖像中方向最具代表性的角)，以從圖像中提取與此角的方向相同的輪廓，並且為本發明的系統提供垂直性的概念，且因此提供特定內部參考的概念。
[0070]在這種修改過的Deriche濾波器將此信息提供給裝置用於圖像去旋轉的情況下，在去旋轉之後在圖像中獲得的縱向元素隨後可以對應於真實場景的物體的縱向邊緣。
[0071]因此，一種方法能夠對圖像中的縱向元素或者偽縱向元素進行識別和定位。隨後它們中的每一個以矩形的關注區域的形式定位並且提供關於其長度、位置以及垂直性誤差的信息。
[0072]因此本發明的裝置為列車提供了平衡的概念，這一方面通過對相對於其自身的參考系統的圖像的旋轉角進行確定，且另一方面通過幾乎自然地對不平坦的地勢造成的一些外部幹擾進行抑制，所述不平坦的地勢即使在當前也仍然會阻止移動車輛上的計算機視覺設備對自然環境中的移動進行正確的分析。
[0073]這樣的解決方案不僅能夠對列車移動期間攝像機造成的暫時性不穩定進行測量而無需迴轉儀或傾斜計等傾斜傳感器的實施，而且還能夠區分場景中的旋轉與拍攝場景的攝像機的旋轉。
[0074]在一個替代性方案中，這種傾斜傳感器也可以整合到本發明的裝置中以滿足，例如在安全的框架中的信息的冗餘的約束。
[0075]換言之，對場景的圖像進行獲取和建立以對明顯的運動進行分析。圖像的穩定提供了缺少測距的平衡的概念，以使得循環中的每臺車輛具有與其相關聯的其自身的參考系統。
[0076]優選地，所述裝置實施了將實際空間中的圖像採集設備的運動與所述圖像中的所述至少一個線索的運動聯繫起來的交互矩陣。
[0077]有利地是，所述裝置包括用於校準所述圖像採集設備的構件。
[0078]這允許3D環境與2D環境之間的維度關係。
[0079]本發明的原理在於適用於結構化環境中的移動機器人的視覺伺服控制的鐵路行業。為此:
[0080]-視覺伺服控制不僅僅是移動車輛的駕駛員的工作，駕駛員的主要職責是按照儀錶盤上的顯示對車輛的速度進行調節，而且是EVC (歐洲安全計算機，即，車載計算機)的工作，當駕駛員的行為被視作是危險的且當需要的安全水平不再能夠達到時它會觸發緊急停止;
[0081]-受到控制的量主要是移動車輛的速度和加速度，此車輛的方向由導軌的曲率來約束；
[0082]-場景的圖像是通過單個攝像機獲取的並且得到了穩定以對明顯的運動進行分析；
[0083]-因此圖像的穩定提供了缺少測距的平衡的概念，以使得循環中的每臺車輛具有與其相關聯的其自身的參考系統。
[0084]根據本發明的一項特定實施例，所述裝置包括用於顯示由所述圖像採集設備傳輸的所述環境的數字圖像。
[0085]有利地是，所述圖像是顯示在至少一個IXD屏幕上的，所述屏幕位於所述車輛的擋風玻璃上或者位於所述車輛的擋風玻璃之前的透明的鏡子上。
[0086]在本發明的一項特定的實施例中，所述裝置包括用於輸入給定路線的構件。
[0087]有利地是，所述裝置包括用於儲存運輸網絡的至少一幅地圖的構件。
[0088]優選地，所述裝置包括用於指示所述車輛的地理位置的構件。
[0089]本發明還涉及用於日日夜夜測量沿導軌移動的車輛的速度和/或位置而無論氣候條件如何的方法。
[0090]根據本發明，此類方法包括以下步驟:
[0091]-藉助於圖像採集設備獲得所述車輛的環境的數字圖像的序列；
[0092]-確定在由所述圖像採集設備傳輸的兩個圖像之間的被稱作圖元的至少一個視覺線索的明顯運動，以確定所述至少一個視覺線索的明顯運動，這是根據以下步驟的:
[0093]-藉助於所述環境的至少一個模型來簡化所述圖像，確保了簡化圖像中的所述至少一個視覺線索的檢測；
[0094]-對圖像區域進行預測，在所述圖像區域中所述視覺線索將位於下一個圖像中；
[0095]-在所述圖像區域中提取所述視覺線索中的一個；
[0096]-對移動進行估計，方法是比較當前圖像與先前圖像中的所述視覺線索的實際位置；
[0097]-從所述至少一個視覺線索的所述明顯的運動中估計所述車輛的速度和/或位置。
[0098]另外，本發明涉及一種電腦程式產品，所述電腦程式產品可以從通信網絡中下載以及/或者儲存在計算機可讀媒介上以及/或者是可以由微處理器來執行的，所述電腦程式產品包括程序代碼指令，用於上文中描述的裝置中的上文中描述的方法的執行。
5.【專利附圖】

【附圖說明】
[0099]通過藉助於由簡單的說明性而非詳盡基礎給出的實例的下文對本發明的一項特定實施例的描述，並且通過附圖，本發明的其他特徵及優點將更加清楚，在這些附圖中:
[0100]-圖1是根據一項實施例的本發明的裝置的示意性透視圖；
[0101]-圖2是本發明的裝置的實施的功能圖；
[0102]-圖3描繪了在本發明的裝置中實施的跟蹤算法的各個步驟；
[0103]-圖4呈現了如同在本發明的裝置中實施的圖像中的偽縱向元素的特徵的實例；
[0104]-圖5呈現了根據本發明的列車的速度和「行進距離」(位置)的測量的一般原理；
[0105]-圖6描繪了如同在本發明的裝置中實施的圖像中的偽縱向元素的提取的多個步驟；
[0106]-圖7描繪了真實場景與由本發明的裝置的景象採集設備傳輸的圖像之間的相互作用的原理；
[0107]-圖8A至圖8E呈現了從中獲取移動車輛的幾何模型(圖8B至圖8E)以及導軌的幾何模型(圖8A)的不同的圖；
[0108]-圖9A至圖9C呈現了導軌切換系統的幾何模型(圖9A至圖9B)以及在通過由其對準軸建模的導軌的曲率過渡時減小到轉向架之間的恆定長度的單個區段的火車機車的空間演進的模擬(圖9C);
[0109]-圖1OA至圖1OC示出了從上方觀看的導軌的平坦的幾何圖案(圖10A)，以及與其漸近線呈透視投影的導軌的平坦的幾何圖案(圖10B)，以及火車機車的移動的模擬(圖10C)；
[0110]-圖1lA至圖1lC描繪了導航廊道的概念，所述廊道由最接近本發明的裝置的景象採集設備的兩個縱向元素的低端的圖像中的明顯的運動來界定。
6.【具體實施方式】
[0111]下文中，描述了本發明的一項實施例，其中藉助於本發明的裝置(傳感器)測量其速度和位置的移動車輛是在由兩根鐵軌組成的軌道上行進的列車。當然此類裝置也可以實施於在導軌上移動的其他類型的車輛上。
[0112]在以下實例中，本發明的裝置通過藉助於景象採集設備獲得的位於列車前方的場景的圖像對列車的速度和位置進行測量。
[0113]在一個替代性方案中，此速度也可以從位於列車的後方的場景的圖像中進行測量。
[0114]6.1發明原理
[0115]本發明的裝置能夠經由單眼視覺的嵌入系統通過在鐵路環境中尤其被稱作先驗(priori)的內部參考來測量列車的速度和「行進距離」。為此，本發明的裝置實施了對來自相同序列的圖像的處理，所述序列是在結構化環境中採集的。它從圖像中實時或幾乎實時地提取導軌的投影的相關圖元(視覺場景)，執行跟蹤並計算圖像中的這些圖元的滾動運動。車輛的速度的計算以及「行進距離」的計算最終通過導軌的一些實量的先驗知識(真實場景)而成為可能。
[0116]所述裝置放置在車輛的儀錶盤上，且在開始速度和位置的任何估計之前輸入取決於車輛的一些參數(通常使用的術語是「放置、插入以及啟動」裝置)。
[0117]移動車輛中的本發明的裝置的使用顯著地通過以下方面而增大了鐵路安全性:
[0118]-速度和位置測量的改進的精確性和可靠性，以及
[0119]-不與難以從製造商處獲得的特定模型相關聯的而是與其參數是通用的且穩定的模型相關聯的簡單且魯棒性算法的快速執行。
[0120]本發明的裝置完美地符合於通過設備的數量上的可觀的節省而降低成本的環境方法，所述設備傳統上配適在鐵軌上並且被要求通過常規的重新調節對當前車輛上的儀器帶來的測量中的漂移進行補償。
[0121]6.2用於測量速度和位置的傳感器
[0122]如圖1所示，本發明的傳感器裝置100採用了包括蓋子1、耐磨板2以及可移除的自動校準裝置9的緊湊型外殼的形式。
[0123]蓋子I提供在例如IXD類型的顯示單元的一側上，使得駕駛員在列車的速度由本發明的裝置測量時觀察此速度。
[0124]可移除的自動校準裝置9包括兩個大致平行的可移除墊片10和11，所述墊片由棒或蝸杆螺釘12交叉，所述棒或蝸杆螺釘由發動機13驅動。
[0125]在耐磨板2上分別安裝有藉助於固定板3的防振且防光暈攝像機4、預處理(濾波、標記等)板5、幀抓取器6、計算機7(用於圖像處理)以及ERTMS/ETCS兼容的輸入/輸出(I/O)板。
[0126]傳感器100可以放置在任何地方且以最穩定的方式面朝駕駛員的駕駛室的擋風玻璃位於儀錶盤上，且攝像機4朝向鐵路軌道向外指向。
[0127]如下文中的詳細描述，傳感器100意圖用於通過車輛的軌跡的簡單的分析以及沿著軌道定位的物體的圖像的滾動的簡單的分析來測量速度和「行進距離」。
[0128]為此，圖2所示的流程圖將傳感器100細分為視覺系統SV以及跟蹤系統SS，所述系統都連接到計算機7，對從攝像機4捕獲的圖像中提取的信息進行處理。
[0129]視覺系統SV包括板6 (或抓取器)用於獲取由攝像機4捕獲的圖像，舉例來說，所述攝像機可以是CCD (電荷耦合裝置)攝像機。並不排除這些圖像可以儲存在連接到計算機7的存儲內存中(未圖示)，但是本發明的迭代方法使得必須僅將兩個連續的圖像保存在內存中，這些圖像被稱作「當前圖像」和「先前圖像」，清除了任何不相關的信息。
[0130]傳感器100是完全的自主的，因為它包含能夠對鐵路軌道的跟蹤以及沿著它定位的物體的跟蹤中的任何誤差進行檢測和更正的跟蹤系統SS，這些誤差是由於在估計列車的速度和位置時實施的模型的自願選擇的簡單程度造成的。在一個替代性方案中，通過包含用於列車200的控制系統SC，跟蹤系統SS可以部分地或者完全地取代駕駛員。
[0131]在圖5所示的實例中，傳感器100的計算機7使用從列車攝像機對的以及鐵路環境的通用模型中獲得的算法，並且還使用從軌道/列車組的動態元素(例如，待執行的任務上的數據)(在此情況下是在鐵路軌道上運行)的通用模型中獲得的算法。在運行中，計算機7直接或間接地接收關於列車200的當前狀態的信息(本體感受信息)以及鐵路軌道的信息(外界感受信息)。唯一不同的參數是將列車200特徵化的那些，尤其是，攝像機4以及列車200循環運行的鐵路環境。
[0132]如果沒有本體感受傳感器，那麼從圖像中的鐵路環境(鐵路軌道、沿著軌道的杆子等)的滾動移動的分析中估計列車的狀態。
[0133]通過儲存在存儲內存中的這些參數並且通過由視覺系統SV提供的關於列車200以及鐵路環境的當前狀態的信息，在一個替代性方案中，從控制系統SC中計算機7對攝像機4以及視覺系統SV傳輸的圖像進行處理，並且藉助於跟蹤系統SS確定列車200的速度和「行進距離」。
[0134]在根據本發明的原理的速度和「行進距離」的估計中使用的且在下文中將要詳細描述的模型(或者表示)要求簡化的假設。這些假設可以被分類為兩種類別:
[0135]-場景的先驗知識(恆定的元素):比利時的普通軌道上的1.435m的軌距規在垂直性上是優選的，這是因為結構化場景中的重力、每秒中待處理的圖像的恆定的數目；
[0136]-列車的預期的行為(受限制的元素):局部恆定的具有較大曲率半徑的彎曲、局部平坦的鐵路軌道、列車的較低的滾動和縱搖運動。
[0137]6.3車輛的幾何模型
[0138]車輛的模型對於列車而言是特定的，本發明的傳感器裝置(圖SB至圖SE)位於所述列車中。根據線框模型，通過連接其兩個轉向架的旋轉中心的區段，可以在平面中簡單的表示火車機車。實際上，火車機車是由軌道的行進的鐵軌引導的車輛，且因此其空間配置取決於它在網絡中的位置。相對於軌道的定線曲線的切線的車輛的轉向角取決於其轉向架之間的實際距離。在鐵路軌道上的整個旅程中，按照假設，轉向架總是與鐵軌線的切線垂直。兩個轉向架中的每一個的旋轉中心位於火車機車的相同的縱向中心線上，近似地為一個在另一個之後，在軌道的兩根鐵軌之間具有相同的定線曲線。
[0139]攝像機放置在駕駛員的駕駛室的儀錶盤上且向外指向，位於對火車機車建模的區段的延伸中的前轉向架之前。在與火車機車相關聯的參考系中，其位置和其方向被假設為是不變的，或者改變的非常少。
[0140]校準操作，即，尋找形成攝像機拍攝的圖像的過程是藉助於針孔模型來執行的，這種模型是在圖像處理中使用的最為簡單且最為普遍的模型。
[0141]鐵路軌道的3D模型的透視投影按照以下方式使其變形:其漸近線在圖像平面中朝向被稱作「消失點」的單個點收斂。[0142]這個點的提取使得有可能發現實際空間中的火車機車的行為。
[0143]此外，攝像機的高度取決於火車機車的高度以及儀錶盤的高度。有可能部分地克服這種先驗知識的依賴性，尤其是火車機車駕駛室中的攝像機的位置，方法是藉助於自動校準裝置9 (參見圖1)提供攝像機的自動校準。
[0144]然而，應該輸入列車的一些尺寸參數或者甚至是行為參數以對系統進行配置，例如，轉向架之間的距離以及列車的最大加速度/減速度。
[0145]6.4攝像機的幾何模型
[0146]攝像機的建模是基於如下所述的簡化的假設的基礎的。攝像機的固有參數是恆定的。攝像機的傾斜角α是較小的(〈10° )。相對於軌道的主要方向的水平偏轉角Ψ是較小的(〈10° )。攝像機相對於其視線軸的旋轉角Θ與圖像中的像素的最大數目的角對應，方法是如下文所述計算修改過的Deriche濾波。攝像機的高度ζ0是恆定。
[0147]6.5鐵路軌道的幾何模型(圖8Α)
[0148]由於列車的速度，鐵路環境中的導軌具有確保某些假設的特徵，尤其是在其基礎設施上。鐵路軌道是局部平坦的且其曲率C是局部恆定的。鐵路軌道的寬度e是恆定的且已知的(它對應於兩根鐵軌之間的間距)。鐵軌是具有恆定的且已知的寬度L的連續的線。鐵路轉換遵循被稱作螺旋應變曲線(考紐螺旋或迴旋螺線)的軌道過渡曲線以減少乘客可能遭受的離心力的影響。正視圖中水平邊緣和縱向邊緣是平行於彼此的。沿著軌道的相同系列的杆子的幾何特徵是恆定的(兩個連續的杆子之間的間距、距離軌道的距離、寬度、高度、形狀)。
[0149]6.6鐵路環境的模型
[0150]對於穿過的每個國家而言，鐵路環境中的場景的先驗知識要求某些參數的輸入，例如，軌距規，以對本發明的裝置進行配置。
[0151]6.7通過對視覺線索的識別和定位的列車行進的速度和距離的計算
[0152]如上文所述，本發明的裝置實施的視覺系統包含視頻攝像機，所述攝像機的感知模型就視覺、平衡、場景解讀、圖像中的運動的分析以及決策制定而言應該更加接近人體模型，但是其操作限制應該由市場上現有的技術來界定。視頻攝像機傳輸的數據的解讀與實施一個或多個測距傳感器的方法而言得到了極大的簡化。
[0153]對於結構化環境中所需的場景的圖像而言，在這種情況下從中提取的鐵路環境、縱向直線是頻繁的構成特徵，其特性在整個相同的序列中得以保留。在一個特定的實施模式中，這些縱向直線可以由例如基於相關性的方法進行匹配(所述方法按照已知的方式確保了從兩個連續的圖像中提取的關注的點或區域之間的匹配)。
[0154]為了確定圖像中的縱向元素真正的與場景中的物體的縱向邊緣相對應而無需知道固定的絕對參考系中的攝像機的角度位置，所述想法並不是從圖像中提取縱向直線，而是提取圖像中最具代表性的且類似於重力的方向的縱向直線的方向。
[0155]本發明的裝置隨後使用了濾波器，用於檢測圖像中最具代表性的方向，所述濾波器採用的是修改過的Deriche濾波器的形式，其中僅有具有相同方向梯度的輪廓將被保留。因此在所關注的特定區域中實體化的在圖像中移動的一些特徵或圖元是先前在優選方向上提取的直線區段，其由修改過的Deriche濾波器確定，且其初始功能是梯度的估計和輪廓的提取。[0156]這種濾波器的修改不僅能夠從圖像中提取組成場景的縱向物體的輪廓，而且還能夠對圖像中的像素的最大數目的角度進行計算。此角度的值是傳送到圖像旋轉系統(硬體或軟體)的，以通過去旋轉對此角度進行穩定，並且提供本發明的裝置，因此基於垂直性的假設在其自身的內部參考中提供給列車。
[0157]換言之，修改過的Deriche濾波器確保了像素的提取，對於所述像素梯度方向是圖像中最常遇到的，並且使用此特性來確保對抗攝像機的旋轉機械幹擾的圖像的穩定性。
[0158]必須注意到相關的圖元的提取實施了將灰度圖像轉化為二進位圖像(黑與白)的步驟，所述二進位圖像僅包含輪廓。相對於那些處理原始圖像的算法而言，所述算法的複雜性得到了極大的簡化。
[0159]在一個替代性方案中，通過從修改過的Deriche濾波器中計算出的角度使圖像變直的去旋轉階段，此刻在所述階段之前直接提取了圖像元素的縱向輪廓。
[0160]此方法優選地在本發明的裝置中按如下方式實施:視覺場景(圖像)中的縱向元素真正的與真實場景(鐵路軌道)中的縱向元素對應。
[0161]考慮到將要建立的這種假設，隨後關注區域對來自從圖像中初步地提取的輪廓的縱向直線進行實體化(圖4)。為此，識別和定位的階段應該在提取的階段之後，以將每個保留的點分配到其各自的直線。
[0162]一種方法是使用普瑞維特卷積模板(Prewitt convolution mask)(具有x梯度近似)，以突出圖像中呈現的縱向邊緣(圖6)。這種卷積之後是閾值操作(例如，閾值為20)以及二進位化，在所述二進位化中保留的點具有的灰度等於255。
[0163]所獲得的結果是場景的圖像的縱向組分的粗略的繪圖而不僅僅是輪廓。中間步驟是在多於10個像素的連續的系列中僅保留按列分類的寬度等於一個像素的某些點。此中間步驟確保了孤立的點的消除以及過短的點系列的消除。這些點的排列繼而粘靠著彼聚集，並且最終隸屬於界定寬度和高度的結構。
[0164]此空間邊界由矩形表示，其方向是縱向的且其位置是由圖像中其左上角的坐標來確定的。在將縱向元素彼此區分開來之後，定位程序僅僅保留了滿足以下標準的那些:
[0165]-足夠的高度(h>10個像素)；
[0166]-不超過(Id I <或等於2個像素)的傾斜限制。
[0167]6.8軌道鐵軌的檢測
[0168]導軌模型的選擇、此導軌在圖像中的透視投影的原理、由圖像中的鐵軌形成的連續的線的對比以及最終在本發明的其自身的應用中的實時約束使得能夠將最好的且最快的方法用於檢測鐵軌，以用作處理區域，而不是所關注的多邊形區域，如同在上文中所見的縱向特徵的提取的情況下，而是在每次迭代中對簡單的水平線、圖像中的水平線的數目和排列進行了界定和調整，所述界定和調整是基於某些標準的，例如，列車的測量速度、質量圖像信息(熵)、鐵路軌道的消失點與圖像中的水平線之間的高度差、鐵路軌道的測量的曲率等。
[0169]考慮到待處理的非常少量的像素，這種信號處理的方法與更加傳統的方法相比對於快速檢測的目的而言是非常勝任的。基於以下原理，即，在鐵路環境中的圖像的相同的序列中，軌道的灰度中的統計離差(標準偏差)被假定為在所有的水平檢測線上的鐵軌的任一側之上或者附近為相同的。[0170]隨後足以在最具代表性的檢測線(最接近攝像機，S卩，圖像中最低的)上確定灰度的分布函數的標準偏差。隨後，在水平檢測線的每一條中，分布函數由高斯濾波來平滑化，並且減小到僅僅是其值超過特定自適應閾值的點，所述值由分布函數的平均值界定，並且將先前計算出的標準偏差值添加到所述平均值。
[0171]圖像處理環境中已知的這種技術使得能夠簡單地且可靠地克服可能在相同的圖像中發生的光照變化。
[0172]所得的分布函數的梯度隨後確定了軌道的每根鐵軌的軌跡的左邊緣和右邊緣。
[0173]在一個替代性方案中，完全可能在鐵路軌道附近的灰度中對分布函數進行空間限制，使得水平檢測線減小到單個區段。還可能在每個水平檢測線上將不同的檢測區段分配給每根鐵軌，例如，在圖像質量由於信息的局部損失而降級的情況下。
[0174]6.9 光流
[0175]在每個圖像獲取中，對有用的視覺線索進行識別和定位，隨後與相同的序列中的先前圖像的它們的相對應的部分進行匹配，以對圖像或光流中的它們的明顯的運動進行估計。
[0176]光流，S卩，圖像中的灰度的瞬時速度場(或運動場)是3D運動的2D表示。將與運動的方向、運動的速度和深度對應的速度矢量分配給這種表示的每個點。
[0177]除了通過圖像的強度的暫時的改變來計算光流之外，還可以考慮由各種局部操作因素引起的值的暫時的改變，例如，對比度、熵、圖像強度的平均值和空間導數。在每種情況下，對相對密集的光流進行估計，從而在必要的情況下在圖像的每個像素處確定運動場。然而，光流從不與真實的運動場對應，這是因為作為其主要誤差來源的照明變化反映在計算中。
[0178]隨後將光流與場景中的額外的約束或信息一起使用，以確定場景中的物體的3D運動參數。
[0179]6.10鐵路軌道的透視投影的線性模型
[0180]在存在於真實場景與圖像(視覺場景)之間的二元性關係中，火車機車攝像機模型(圖7)的結合能夠確定投影中心的坐標以及絕對參考系中的圖像平面的中心的坐標。與攝像機相關聯的場景的任何點的圖像平面中的投影的坐標表示在絕對參考系中，並且隨後表示在與攝像機關聯的參考系中。
[0181]在場景的建模以及交互矩陣的表達方面存在困難，這是圖像中的視覺信息變化與實際空間中的攝像機運動之間的關係。
[0182]通常，所採用的建模使用非常簡單的形式體系，所述形式體系僅實施在圖像平面的空間中線性地改變的軌道/車輛組的動態參數。
[0183]使左側鐵軌和右側鐵軌的投影特徵化的通過參數的卡爾曼濾波的跟蹤確保了沿著鐵路軌道的相關物體的滾動速度的同步估計。
[0184]列車的速度和「行進的距離」最終由相反的透視投影來計算，所述投影確保了簡化的鐵路軌道模型的3D構建，考慮到軌道/車輛組的某些特徵化幾何量的實際值的先驗知識，對於國家和車輛(軌距規以及車輛的長度)來說是特異性的。
[0185]考慮到這些假設，用於對軌道-車輛組的線性變量進行建模的候選參數的實例如下:[0186]-C:鐵路軌道的局部曲率；
[0187]-ψ:相對於鐵路軌道的主要方向的光軸的水平偏轉的角度；
[0188]-χ0:相對於鐵路軌道的定線曲線的攝像機的投影中心的橫坐標。
[0189]這些參數以及列車的速度和「行進距離」是針對圖像中的每根鐵軌檢測操作非常簡單地進行計算和更新的。
[0190]6.11鐵路軌道跟蹤算法
[0191]a)基於視覺信息的運動控制
[0192]對於給定的行程表而言，移動的列車在由鐵路鐵軌的轉換界定的一個方向上移動，而同時它的速度和加速度由駕駛員來控制，駕駛員藉助於針對操作的安全性部分(緊急制動)的ETCS的幫助而負責操縱控制。
[0193]根據本發明，嵌入在火車機車中的視覺系統的運動控制是通過在結構化環境中配適視覺伺服控制算法而獲得的。
[0194]在由攝像機獲得的兩個連續的圖像之間，在通過傳統上在鐵路環境中使用的傳感器進行測量的情況下，車輛從一個點向另一個點盲目地移動(這就是「觀看和移動」結構)。另一方面，視覺伺服控制系統的外部輸入(或參考)不再以傳感器(在此情況下是攝像機)與場景之間的情況的形式來表達，如同在用於場景分析算法的情況下，其中位置、速度以及加速度是在絕對參考系中表示的情況的一些概念。相反，它們用在圖像中將要達到的一個參考視覺情況(視覺主題)的形式來表達。在本發明使用的這種類型的算法中，選定的組成這種主題的視覺信息應該達到與分配給車輛的任務的成功執行對應的值。
[0195]此形式體系含有跟蹤迴路，所述迴路使用來自最簡單的現有圖像特徵(點、直線段)的視覺信息。此方法能夠完全避免解讀階段(即，場景的3D模型的重建階段)的需求，並且大量地減少計算時間，因為從圖像中提取的信息直接用在跟蹤迴路中。這也消除了情況估計誤差以及複雜的計算。此方法使用了場景的某些區域的特徵(幾何學、拓撲學)，所述特徵在車輛的整個前進過程中保持了基本上的穩定。
[0196]使得移動的列車的速度和「行進距離」永久地具有可靠的且可用的測量的約束要求通過一組概念的卡爾曼濾波的跟蹤系統和預測的實施，所述概念例如鐵路軌道的關注的區域以及一些幾何特徵(曲率半徑、軌距規、對準)，其行為被稱作通過模型和仍然在內存中的其先前的估計的先驗。
[0197]b)鐵路軌道的跟蹤
[0198]基於圖3的原理，所述方法因此包括用於使模型初始化的步驟E1、用於通過模型對檢測區域的位置進行預測的步驟E2、用於對所述區域的每一個中的鐵軌進行檢測的步驟E3，以及用於基於檢測到的鐵軌的各個部分的位置對模型的參數進行更新的步驟E4。
[0199]初始步驟(El)能夠設定模型的參數的先驗。
[0200]預測步驟(E2)能夠對圖像的關注區域進行定位，在所述區域中將沿著鐵路軌道檢測鐵軌和物體。這是通過在先前的迭代中計算的軌道/車輛組的模型來完成的。
[0201]通過知道鐵路軌道的曲率，很容易預測圖像中的鐵軌以及物體的位置。通過在此位置周圍固定足夠大的搜索區域，考慮到由於在先前迭代中計算的速度的近似值造成的建模的誤差，能夠對鐵軌以及物體中的一個的存在進行檢測。
[0202]表示了導軌和/或沿著導軌的至少一個物體的至少一個幾何特徵的針對一個或一個以上視覺線索的圖像的關注區域(即，圖像的一部分)的搜索簡化了處理操作。
[0203]檢測步驟(E3)確保了預測的區域中的鐵軌的定位和物體的定位。可以通過經典的方法在多邊形或線形形狀的關注區域或整個圖像中對鐵軌進行檢測，方法是提取它們的輪廓(輪廓分段)或者鐵路軌道的結構的輪廓(基於質地標準的區域分段)，隨後通過與2D鐵路軌道模型進行比較。
[0204]由於待檢測的鐵軌的特定的本質(連續性、充分的對比度以及覆蓋了圖像的一半以上)，實時應用要求做出從圖像中的隔開的簡單的水平線中進行檢測的選擇。一個方法是使用基於測量速度選定的少量的檢測行。
[0205]通過卡爾曼濾波(最小二乘法)從先前的測量中完成了模型參數的更新(E4)。
[0206]換言之，本發明的裝置偏好簡單的模型，所述模型在圖像中通過卡爾曼濾波在執行上是非常快速的並且通過跟蹤和預測的系統對建模誤差進行補償(卡爾曼濾波確保了從圖像中提取的一組概念的跟蹤和預測，這是基於物體的輪廓的)。卡爾曼濾波具有兩個不同的階段，即，預測階段(E2)和更新階段(E4)。預測階段使用在先前的時刻估計的狀態來生成當前狀態的估計。在更新階段中，當前時刻的觀察用於對預測的狀態進行更正，以獲得更加精確的估計。
[0207]6.12圖像中的明顯運動(導航廊道)
[0208]沿著火車機車在其上行進的軌道的鐵軌的任一側上的基礎設施由縱向元素表示(圖11A)。導航廊道由最接近攝像頭的兩個縱向元素的最底端的圖像中的明顯的運動來界定(圖11B)。
[0209]在鐵路的情況下，導航廊道是軌道的預先存在的模型的直接結果並且投影到運動中的火車機車上的攝像機的圖像平面中。
[0210]由圖像中的兩個運動矢量提供的信息的解讀在這些矢量具有相同符號的傾斜度時成為了問題。實際上，在這種情況下，簡要的分析並不能精確地確定很好的表示屬於軌道的相對側的物體(杆子)的明顯運動的兩個矢量。這就是為什麼在模糊的情況下(圖11C)，優選的是僅考慮最接近攝像機的縱向元素來表示導航廊道。
[0211]6.13其他方面和變體
[0212]在本發明的一項實施例中，本發明的裝置實施了模塊用於顯示對車輛在其中移動的環境進行構建的一個或一個以上元素，並且所述裝置用於計算在導軌上移動的車輛的速度和「行進距離」。
[0213]所述顯示模塊是，例如，IXD屏幕，其尤其適用於對環境進行監控。
[0214]在一項變體中，實際物體的組的圖像可以投影在或者包殼於車輛的擋風玻璃上或位於擋風玻璃的前方的透明的鏡子中(這也被稱作平視顯示器或平視觀察器)，以在視覺、速度、網絡擁堵等特定的情況下構成駕駛輔助。
[0215]換言之，顯示模塊顯示了直接從屏幕提取的相關元素以及來自相關元素的處理操作的額外的元素，並且構成了例如駕駛輔助(即，它確保駕駛員做出決策)。這些額外的元素向駕駛員提供了關於移動環境的信息。此信息可以是幾何的，例如，在圖像中連接兩個不同物體的直線和曲線，以及/或者數字的，例如，車輛的速度的值和/或車輛的位置等數據(當駕駛員按某個按鈕時這些元素可以可選地進行顯示)，和/或任何其他類型的信息。
[0216]必須注意本發明的原理並不僅僅適用於在導軌上運行的車輛，而且還更加廣泛地適用於沿著導軌移動的車輛(例如，磁懸浮列車)。
[0217]此外，在上述實施例中描述的本發明的原理也可以在採集設備並不是景象採集設備而是熱感攝像機、磁性攝像機或者任何其他類型的攝像機時應用。
[0218]必須注意，如上文所述，可以實施由本發明的裝置處理的視覺信息的原理，以能夠測量在導軌上移動的移動車輛的速度和行進距離，並且還能夠在任何時間在任何路面、鐵軌或者水路運輸網絡中對移動車輛進行定位，前提是此網絡是按照地圖的形式和已知的先驗構建的，並且含有關於位置和方向的任何類型的原位信息(標記物、板等)。
[0219]在一個特定的實施方式中，本發明的裝置的這種應用能夠在規劃好的路線上進行導航，所述路線的連續的交叉點界定了車輛在其中移動的或者車輛位於的各個局部參考系統(或相對參考系統)。一旦通過了交叉點「k」，那麼新的交叉點「k+Ι」將會接管並且組成了將要達到的新的目標。
[0220]這種定位解決方案是具有多種缺點的GPS系統的替代。實際上，藉助於GPS系統的定位計算連續地取決於衛星信號的接收質量，而衛星信號的接收可能由於較差的接收的外部原因(隧道、廊道、地形因素、不期望的信號、風暴、較高溼度等)而受到打斷或幹擾，所述打斷或幹擾是通過故意的或無意的無線電幹擾、通過接收被暫時掩蔽期間的操作、通過防止了精確計算的若干衛星的瞬間的對齊(暫時的幾何不確定性)，或者通過衛星中的事故。
[0221]有利地是，本發明的裝置的特定應用是用於規劃路線的以及用於在已知的由先驗構建的結構化運輸網絡中導航的自主系統。如上文所述，此系統根據如同本發明的裝置的相同的硬體和軟體原理計算車輛的位置，這是相對於物理特徵和標識符的，除了它們在運輸網絡中的位置之外，所述標識符含有關於採用的方向、覆蓋區域的拓撲學、或者將要採用的行為(轉動的方向、速度限制、交通燈)的多條信息。
[0222]此應用是基於賽車的副駕駛採用的語言的，使用針對給定路線的地圖已知的先驗。其實施可以包括用於更新運輸網絡地圖的服務，以及用於地圖規劃和路線規劃的服務，其包含交通的實時信息。
[0223]如上文所述，這種應用優選地實施顯示模塊，以及向使用者提供例如關於遵循的方向或者不要超過的速度的多條信息的聲音信號。
【權利要求】
1.裝置(100)，其用於日日夜夜測量沿導軌移動的車輛(200)的速度和/或位置，其無論氣候條件如何都是這樣做的，其特徵在於其包括: 至少一個圖像採集設備(4)，其傳輸所述車輛(200)的環境的數字圖像的序列； 用於確定由所述圖像採集設備(4)傳輸的兩個圖像之間的被稱作圖元的至少一個視覺線索的明顯運動的構件，以確定所述至少一個視覺線索的明顯運動，實施: 藉助於所述環境的至少一個模型來簡化所述圖像的構件，確保了所述簡化圖像中的所述至少一個視覺線索的檢測； 用於預測圖像區域的構件，在所述圖像區域中所述視覺線索將位於隨後的圖像中； 用於在所述圖像區域中提取所述視覺線索中的一個的構件； 用於估計移動的構件，方法是比較當前圖像與先前圖像中的所述視覺線索的實際位 置； 基於所述至少一個視覺線索的所述明顯運動對所述車輛(200)的速度和/或位置進行估計的構件。
2.根據權利要求1所述的裝置(100)，其特徵在於所述至少一個圖像採集設備(4)屬於尤其包括以下項的組: 景象採集設備； 熱感攝像機； 磁性攝像機。
3.根據權利要求1或2所述的裝置(100)，其特徵在於所述至少一個視覺線索表示了所述導軌的至少一個幾何特徵，例如，曲率半徑、軌距規、對準。
4.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的裝置(100)，其特徵在於所述至少一個視覺線索表示沿著所述導軌的至少一個物體的至少一個幾何特徵，例如，杆子的垂直性。
5.根據權利要求1至4中任一權利要求所述的裝置(100)，其特徵在於其實施了所述裝置(200)的模型以及所述圖像採集設備(4)的模型。
6.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的裝置(100)，其特徵在於所述用於跟蹤和預測的構件實施了卡爾曼濾波。
7.根據權利要求1至6中任一權利要求所述的裝置(100)，其特徵在於其包括適用於生成表示所述圖像採集設備(4)的傾斜度的信號的傾斜傳感器以及用於以取決於所述生成的信號的角度對所述圖像採集設備(4)傳輸的圖像進行旋轉的構件。
8.根據權利要求7所述的裝置(100)，其特徵在於所述傾斜傳感器實施了Deriche濾波。
9.根據權利要求1至8中任一權利要求所述的裝置(100)，其特徵在於其實施了將實際空間中的所述圖像採集設備(4)的運動與所述圖像中的所述至少一個線索的運動聯繫起來的交互矩陣。
10.根據權利要求1至9中任一權利要求所述的裝置(100)，其特徵在於其包括用於對所述圖像採集設備(4)進行校準的構件。
11.根據權利要求1至10中任一權利要求所述的裝置(100)，其特徵在於其包括用於顯示所述圖像採集設備(4)傳輸的所述環境的數字圖像的構件。
12.根據權利要求11所述的裝置(100)，其特徵在於所述圖像是顯示在至少一個IXD屏幕上的，所述屏幕位於所述車輛的擋風玻璃上或者位於所述車輛的所述擋風玻璃之前的透明的鏡子上。
13.根據權利要求1至12中任一權利要求所述的裝置(100)，其特徵在於其包括用於輸入給定路線的構件。
14.根據權利要求13所述的裝置(100)，其特徵在於其包括用於儲存運輸網絡的至少一幅地圖的構件。
15.根據權利要求13或14所述的裝置(100)，其特徵在於其包括用於指示所述車輛(200)的地理位置的構件。
16.一種方法，其用於日日夜夜測量沿導軌移動的車輛(200)的速度和/或位置，而無論氣候條件如何，其特徵在於其包括以下步驟: 藉助於圖像採集設備(4)獲得所述車輛的環境的數字圖像的序列； 確定在由所述圖像採集設備(4)傳輸的兩個圖像之間的被稱作圖元的至少一個視覺線索的明顯運動，以確定所述至少一個視覺線索的明顯運動，其包括以下步驟: 藉助於所述環境的至少一個模型來簡化所述圖像，確保了所述簡化圖像中的所述至少一個視覺線索的檢測； 對圖像區域進行預測，在所述圖像區域中所述視覺線索將位於下一個圖像中； 在所述圖像區域中提取所述視覺線索中的一個； 對移動進行估計，方法是比較當前圖像與先前圖像中的所述視覺線索的實際位置； 從所述至少一個視覺線索的所述明顯的運動中估計所述車輛的速度和/或位置。
17.一種電腦程式產品，所述電腦程式產品可以從通信網絡中下載以及/或者儲存在計算機可讀媒介上以及/或者是可以由微處理器來執行的，所述電腦程式產品的特徵在於其包括程序代碼指令，用於在根據權利要求1至15中任一權利要求所述的裝置(100)中執行根據權利要求16所述的方法。
【文檔編號】G01P3/36GK103733077SQ201280034122
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年6月8日 優先權日:2011年6月9日
【發明者】讓呂克·狄博德, 尼古拉斯·沙泰勒 申請人:Jmr公司, 讓呂克·狄博德