作业车辆的周边监视装置 |
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| 申请号 | CN201280002726.8 | 申请日 | 2012-05-24 | 公开(公告)号 | CN103079891A | 公开(公告)日 | 2013-05-01 |
| 申请人 | 株式会社小松制作所; | 发明人 | 光田慎治; 原田茂; 田贯富和; 增谷荣伸; 中西幸宏; 栗原毅; 坪根大; 町田正臣; | ||||
| 摘要 | 周边监视装置(10)具有显示控制部（40），该显示控制部（40）将摄像图像和垂直投影到摄像图像中的地面上的表示车体外缘的车体外缘线（BL）显示在监视器（30）上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种作业车辆的周边监视装置，其特征在于，将作业车辆周围的图像显示在显示装置中，该周边监视装置包括： |
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| 说明书全文 | 作业车辆的周边监视装置技术领域[0001] 本发明涉及一种周边监视装置，特别涉及一种将作业车辆周围的摄像图像显示在显示装置中的周边监视装置。 背景技术[0002] 作为超大型的作业车辆，公知有用于在矿山等处搬运碎石的自卸卡车。此类自卸卡车因为与一般的卡车等车辆相比车身宽度明显宽，并且前后长度也长，所以，对驾驶员来说，利用侧视镜等掌握周边的状况是很困难的。 [0003] 在此，在非专利文献1中，为了使驾驶员容易把握周边的状况，提出了一种将车辆前方及左右的俯瞰图像和车辆后方的摄像图像显示在显示装置中的周边监视装置。具体而言，非专利文件1的周边监视装置具有拍摄车辆前方及左右的三个摄像机和拍摄车辆后方的后方摄像机。后方摄像机配置于具有货箱的车体下方，在拍摄图像中拍摄有车体后方的地面。 [0004] 现有专利文件 [0005] 非专利文件1：日立建機プレスリリース、“「オーバービューモニターシステム」をクラリオンと共同開発”）、［online］、2011年1月24日、［2011年6月1日检索］、〈URL：http://www.hitachi-kenki.co.jp/news/press/PR20110121113934973.html〉（日立建机新闻稿，“与歌乐公司共同开发‘超视野监视器系统’”，网络在线，2011年1月24 日，2011 年 6月 1 日 检 索）〈URL：http://www.hitachi-kenki.co.jp/news/press/PR20110121113934973.html〉 发明内容[0006] （发明要解决的技术课题） [0007] 但是，在非专利文件1的摄像图像中，因为在后方摄像机的上方存在车体，所以很难把握车体与车体周边的物体（例如人、车、建筑物等）之间的位置关系。即，通过摄像图像很难判断是否有人进入到车体下的空间或者车体接近建筑物的程度等。 [0008] 本发明鉴于上述状况而提出，目的在于提供一种周边监视装置，其能够通过摄像图像容易地判断出车体与车体周边的物体之间的位置关系。 [0009] （用于解决技术课题的技术方案） [0010] 本发明第一方面的作业车辆的周边监视装置是将作业车辆周围的图像显示在显示装置中的周边监视装置，包括被配置在作业车辆的车体下方用于取得作业车辆周围的摄像图像的摄像机和显示控制部，该显示控制部将摄像机所取得的摄像图像和表示在摄像图像中的地面上垂直投影的车体外缘的车体外缘线显示在显示装置中。 [0011] 通过本发明第一方面的作业车辆的周边监视装置，驾驶员能够以车体外缘线为基准容易地把握位于摄像机上方的车体与车体周边物体（例如人、车、建筑物等）之间的位置关系。因此，能够通过摄像机图像容易地判断例如是否有人进入了车体下的空间内或者车体接近建筑物的程度等。其结果，驾驶员能够简便地把握作业车辆周边的状况。 [0012] 本发明第二方面的作业车辆的周边监视装置在本发明第一方面的基础上，显示控制部在车体外缘线的外侧显示警告线，该警告线表示在摄像图像中的地面上从车体外缘线离开规定距离的位置。 [0013] 通过本发明第二方面的作业车辆的周边监视装置，因为能够表示车体外缘线的同时，阶段性地表示车体周围物体离车体多远的程度，所以能够使驾驶员容易地把握车体和车体周围物体之间的位置关系。 [0014] 本发明第三方面的作业车辆的周边监视装置在本发明第一方面或者第二方面的基础上，车体具有车架和配置于车架上的货箱，摄像机的摄像范围包括货箱的后端部。 [0015] 通过本发明第三方面的作业车辆的周边监视装置，因为通过摄像图像能够直接确认货箱的后端部，所以能够使驾驶员明确地把握货箱及货箱周围物体之间的位置关系。 [0016] 本发明第四方面的作业车辆的周边监视装置是将作业车辆周围的图像显示在显示装置中的周边监视装置，包括安装于作业车辆的车体用于分别取得作业车辆周围的摄像图像的多台摄像机和显示控制部，该显示控制部并排显示基于多台摄像机所取得的多幅摄像图像的作业车辆周围的俯瞰图像和多幅摄像图像中的特定的摄像图像，并且将表示在摄像图像中的地面上垂直投影的车体外缘的车体外缘线显示在摄像图像上。 [0017] （发明效果） [0019] 图1为表示自卸卡车整体构成的立体图。 [0020] 图2为表示周边监视装置构成的框图。 [0021] 图3为表示六台摄像机的安装位置和二维摄像范围的自卸卡车的俯视图。 [0022] 图4为表示六台摄像机拍摄的三维摄像范围的自卸卡车的立体图。 [0023] 图5为表示第六台摄像机的安装状态的立体图。 [0024] 图6为表示监视器构成的示意图。 [0025] 图7为表示监视器构成的示意图。 具体实施方式[0026] 以下参照附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，在以下的说明中，“前”“后”“左”“右”是以就坐于驾驶席的驾驶员为基准的用语，“车宽方向”与“左右方向”意思相同。 [0027] [自卸卡车的整体构成] [0028] 图1为表示基于本发明一实施方式的具有周边监视装置的自卸卡车1整体构成的立体图。自卸卡车1为在矿山作业等中所使用的自动行驶的超大型作业车辆。 [0029] 自卸卡车1主要具有车架2、驾驶室3、货箱4、两个前轮5、两个后轮6及基座7。另外，该自卸卡车1具有将车辆周围的图像显示在监视器中的周边监视装置10。关于周边监视装置10的构成，将于后文叙述。 [0030] 车架2支承未图示的柴油发动机和变速器等动力机构和其他的辅机。车架2的前部左右支承有前轮5（图1只图示了右前轮），后部左右支承有后轮6（图1中只图示了右后轮）。车架2在靠地面一侧具有下层平台2A，在下层平台2A的上方具有上层平台2B。下层平台2A与地面之间设置有两个可动式梯子2C，下层平台2A与上层平台2B之间设置有斜梯2D。在上层平台2B上的前部的左右、侧部及后部的一部分固定有栏杆状的扶手。 [0031] 驾驶室3被配置于上层平台2B上的车宽方向中央偏左的位置。该驾驶室3内设置有驾驶席、变速杆、控制器、监视器、方向盘、加速踏板、刹车踏板等。如后文所述，控制器、监视器及变速杆构成周边监视装置10的一部分。 [0032] 货箱4为用来承载碎石等重物的容器。货箱4后侧的底部经由旋转销（图中未图示）可旋转地连接于车架2的后部。由此，货箱4通过图中未图示的液压缸等执行器处于前部向上方旋动而排出装载物的立起姿态和如图1所示的前部位于驾驶室上部的装载姿态。 [0033] 基座7配置于上层平台2B上。基座7为用于设置从滑接（トロリー）用的架线受电的集电弓的供电装置。 [0034] 需要说明的是，在本实施方式中，车架2和货箱4构成自卸卡车1的“车体”。 [0035] [周边监视装置的构成] [0036] 图2为表示自卸卡车1具有的周边监视装置10构成的框图。 [0038] 〈摄像机〉 [0039] 图3为表示六台摄像机11～16的安装位置及二维摄像范围的自卸卡车1的俯视图。图4为表示六台摄像机11～16所拍摄的三维摄像范围的自卸卡车1的立体图。图5为表示第六台摄像机16的安装状态的立体图。六台摄像机11～16安装于自卸卡车1的外围，用于取得自卸卡车1的周围的图像。 [0040] 第一台摄像机11被配置于斜梯2D的上端部并固定成朝向车辆前方。第一台摄像机11的第一摄像范围11R为车辆前方。 [0041] 第二台摄像机12被配置于上层平台2B的前侧面的右端部并固定成朝向车辆的右斜前方。第二台摄像机12的第二摄像范围12R为车辆的右斜前方。 [0042] 第三台摄像机13被配置于与第二台摄像机12左右对称的位置，即被配置于上层平台2B的前侧面的左端部并固定成朝向车辆的左斜前方。第三台摄像机13的第三摄像范围13R为左斜前方。 [0043] 第四台摄像机14被配置于上层平台2B的右侧面的前端部并固定成朝向车辆的右斜后方。第四台摄像机14的第四摄像范围14R为右斜后方。 [0044] 第五台摄像机15被配置于与第四台摄像机左右对称的位置，即被配置于上层平台2B的左侧面的前端部并固定成朝向车辆的左斜后方。第五台摄像机15的第五摄像范围15R为左斜后方。 [0045] 如图5所示，第六台摄像机16被配置成藏在货箱4的下方并固定成朝向车辆后方。具体地说，第六台摄像机16位于后轴8的上方，被固定在安装于横梁9上的支架9a上。第六台摄像机16被固定成朝向后斜下方，后方摄像机16的摄像范围16R为货箱4的下方和车辆的后方。在此，在本实施方式中，与其他摄像机的摄像范围图像不同，第六台摄像机 16的摄像范围16R包含车体本身（货箱4的后端部）（参照图6）。 [0047] 〈帧存储器〉 [0048] 六台帧存储器11A～16A与六台摄像机11～16相连。六台摄像机11～16将从六台摄像机11～16接收到的摄像图像数据暂时储存。六台帧存储器11A～16A将储存的摄像图像数据发送到显示控制部40。 [0049] 〈操作开关〉 [0050] 操作开关20为用来从六台摄像机11～16的各自摄像图像中指定应该在监视器30中显示的摄像图像的操作工具。驾驶员通过操作操作开关20，将所希望的摄像图像显示在监视器30中。操作开关20将某个摄像图像的选择通知显示控制部40。 [0051] 〈监视器〉 [0052] 图6和图7为表示监视器30构成的示意图。 [0053] 监视器30被配置于驾驶室3内的驾驶员前方。如图6和图7所示，监视器30具有显示摄像图像的显示领域30。需要说明的是，图6表示将第六台摄像机16的摄像图像16G和俯瞰图像F显示在显示领域30a的示意图。图7表示将第五台摄像机15的摄像图像 15G和俯瞰图像F显示在显示领域30a的示意图。 [0054] 需要说明的是，在显示领域30a可以显示多幅摄像图像，也可以只显示俯瞰图像F。这样的监视器30显示也可以根据自卸卡车1的行驶状态自动切换。例如，在前进或者停止时显示第一台摄像机11的摄像图像和俯瞰图像F，在后退时可以只显示第六台摄像机16的摄像图像16G。而且，后退时，可以显示摄像图像16G和俯瞰图像F，也可以显示摄像图像16G和其他摄像图像。 [0055] 〈显示控制部〉 [0056] 显示控制部40根据操作开关20发来的通知，选择与所选择的摄像图像选择相对应的摄像图像数据。另外，显示控制部40通过对六台摄像机11～16的摄像图像数据进行坐标变换，将多幅图像投影在规定的投影面上，生成表示包围自卸卡车1的整体周围的俯瞰图像F的俯瞰图像数据。显示控制部40通过将摄像图像数据和俯瞰图像数据合成，生成与将所选择的摄像图像和俯瞰图像F并排的两幅画面图像相对应的两幅画面数据。 [0057] 另外，显示控制部40生成与车体外缘线BL相对应的车体外缘线数据，该车体外缘线BL表示所选择的摄像图像中的垂直投影在地面上的车体（包括车架2及货箱4）的外缘。显示控制部40，按照接下来说明的顺序，生成与目标摄像机的摄像图像的变形相对应的车体外缘线数据。 [0058] 首先，显示控制器40基于下列式（1）～（3）定义表示对象摄像机的朝向的三个矩阵Ra、Rb、Rc。 [0059] [式1] [0060] [0061] [0062] [0063] 其中， [0064] ca=cos(roll),sa=sin(roll) [0065] cb=cos(pitch),sb=sin(pitch) [0066] cc=cos(yaw),sc=sin(yaw) [0067] roll为与前后方向平行的轴的圆周上的目标摄像机的偏转角； [0068] pitch为与车宽方向平行的轴的圆周上的目标摄像机的偏转角； [0069] yaw为与垂直方向平行的轴的圆周上的目标摄像机的偏转角； [0070] pitch、roll、yaw储存在内置于显示控制部40的储存器中。 [0071] 接着，显示控制部40基于下列式（4）将垂直投影在地面上的车体外缘上的一点的物理坐标系上的三维坐标（Xr，Yr，Zr），作为垂直方向-前后方向-车宽方向的欧拉角，变换为以目标摄像机的朝向和位置为基准的摄像机坐标系中的三维坐标（x，y，z）。 [0072] [式2] [0073] [0074] 其中，（tx，ty，tz）为目标摄像机的物理坐标系中的坐标。 [0075] 接着，显示控制部40基于下列式（5）～（11），将摄像机坐标系中的三维坐标（x，y，z）变换为监视器30的显示领域30a上的二维坐标（u，v）。 [0076] 【式3】 [0077] x2＝x/z···(5) [0078] y2＝y/z···(6)2 2 2 [0079] r=x2+y2···(7)2 4 6 2 2 [0080] x3=x2(1+k1*r+k2*r+k3*r)+2*p1*x2*y2+p2(r+2*x2)···(8)2 4 6 2 2 [0081] y3=y2(1+k1*r+k2*r+k3*r)+p1(r+2*y2)+2*p2*x2*y2···(9) [0082] u=fx*x3+cx···(10) [0083] v=fy*y3+cy···(11) [0084] 其中，k1、k2、k3为半径方向的变形系数；p1、p2为剪切方向的变形系数；fx、fy为摄像机的焦点距离；cx、cy为以摄像机的焦点方向为Z轴，摄像面方向为X轴、Y轴的摄像坐标系。 [0085] 由此，显示控制部40取得垂直投影在地面上的车体外缘线上的一点在显示领域30a上的二维坐标（u，v）。显示控制器40通过用同样方法取得车体的外缘线上的多个点的二维坐标，生成与所需要的形状（虚线、点划线等）的车体外缘线BL相对应的车体外缘线数据。 [0086] 另外，显示控制器40同样利用上述的式（1）～（11），生成与第一～第三警告线L1～L3相对应的警告线数据，该第一～第三警告线L1～L3表示自车体外缘线BL向外侧离开规定距离的位置。在本实施方法中，第一警告线L1为自车体外缘线BL向外侧离开3m的线，第二警告线L2为自车体外缘线BL向外侧离开5m的线，第三警告线L3为自车体外缘线BL向外侧离开7m的线。 [0087] 显示控制部40通过将所生成的两幅图像数据、所生成的车体外缘线数据及所生成的警告线数据重叠，生成显示用图像数据。表示控制部40将所生成的显示用图像数据发送到监视器30。由此，如图6和图7所示，将表示垂直投影在地面上的车体外缘的车体外缘线BL和表示自车体外缘线BL向车体外侧离开3m、5m、7m的线的第一～第三警告线L1～L3与摄像图像15G，16G一同显示在监视器30中。 [0088] [作用及效果] [0089] （1）周边监视装置10具有显示控制部40，该显示控制部40将摄像图像和表示垂直投影在摄像图像中的地面上的车体（包括货箱4）外缘的车体外缘线BL显示在监视器30中。 [0090] 因此，驾驶员能够以车体外缘线为基准容易地把握位于摄像机上方的车体及车体周围的物体（例如人、车、建筑物等）的位置关系。因此，能够通过摄像图像容易判断例如是不是有人进入了车体下的空间内或者车体接近建筑物的程度等。其结果，驾驶员能够简便地掌握自卸卡车1周围的状况。 [0091] （2）显示控制部40将表示自车体外缘线BL离开规定距离的位置的第一～第三警告线L1～L3显示在监视器30中。 [0092] 因此，能够以车体外缘线BL为基准阶段性地表示车体周围的物体离车体多远的程度，从而能够使驾驶员容易地把握车体与车体周围物体的位置关系。 [0093] （3）如图6所示，在第六台摄像机16的摄像范围16R中，画面下方包括有地面，并且与地面相对的画面上方包括有构成车体一部分的货箱4的后端部的下面侧。 [0094] 因此，能够通过摄像图像16G直接地确认货箱4的后端部，从而能够使驾驶员明确地把握货箱与货箱周边物体间的位置关系。 [0095] [其他实施方式] [0096] 本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明范围内可以进行各种变形或修正。 [0097] （A）在上述实施方式中，显示控制部40将第一～第三警告线L1～L3显示在监视器30中，但是本发明不限于此。显示控制部40可以不显示第一～第三警告线L1～L3中的任一个，或者也可以显示四根以上的警告线。 [0098] （B）在上述实施方式中，显示控制部40用虚线表示车体外缘线BL以及第一～第三警告线L1～L3，但是不局限于此。显示控制部40也可以用实线或者点划线表示车体外缘线BL和第一～第三警告线L1～L3。另外，显示控制部40也可以用各自不同的颜色显示车体外缘线BL和第一～第三警告线L1～L3。 [0099] （C）在上述实施方式中，参照图6和图7说明了车体外缘线BL与第六台摄像机16的摄像图像16G或者第五台摄像机15的摄像图像15G一同被显示的情况，但是不局限于此。当驾驶员指定第一～第四台摄像机11～14中的任一台摄像机时，车体外缘线BL与第一～第四台摄像机的摄像图像一同被显示。 [0100] （D）在上述实施方式中，自卸卡车1具有基座7，但是也可以不具有基座7。 [0101] （E）在上述实施方式中，自卸卡车1具有六台摄像机11～16，但是不局限于此。自卸卡车1可以具有一台～五台摄像机，也可以具有七台以上摄像机。 [0102] 符号说明 [0103] 1 自卸卡车 [0104] 2 车架 [0105] 3 驾驶室 [0106] 4 货箱 [0107] 10 周边监视装置 [0108] 11～16 摄像机 [0109] 11A～16A 帧存储器 [0110] 20 操作开关 [0111] 30 监视器 [0112] 30a 显示领域 [0113] 40 显示用控制部 [0114] L1 第一警告线 [0115] L2 第二警告线 [0116] L3 第三警告线 |
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