DE102009016562A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Objekterkennung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Objekten (O) in einem Umfeld eines Fahrzeugs (F), wobei mittels zumindest einer am Fahrzeug (F) angeordneten Kamera (K) an einer ersten Fahrzeugposition (FP1) ein erstes Bild (B1) des Umfeldes des Fahrzeugs (F) erfasst wird, an einer zweiten Fahrzeugposition (FP2) ein zweites Bild (B2) des Umfeldes des Fahrzeugs (F) erfasst wird und die beiden erfassten Bilder (B1, B2) in einer Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit ausgewertet werden. Erfindungsgemäß wird eine Positionsänderung des Fahrzeugs (F) zwischen der ersten Fahrzeugposition (FP1) und der zweiten Fahrzeugposition (FP2) durch eine Ermittlung eines optischen Flusses anhand zumindest eines in beiden Bildern (B1, B2) dargestellten charakteristischen Punktes (P(FP1), P(FP2)) und/oder durch Sensoren zur Ermittlung eines Fahrwegs des Fahrzeugs (F) ermittelt. Unter Verwendung der ermittelten Positionsänderung werden erfindungsgemäß weiterhin Positionen und Abmessungen von in den Bildern (B1, B2) dargestellter Objekte (O(FP1), (O(FP2)) im Umfeld des Fahrzeugs (F) ermittelt, wobei daraus eine dreidimensionale Umfeldkarte des erfassten Umfeldes des Fahrzeugs (F) mit einem Höhenprofil erzeugt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
- Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
US 2002/0005778 A1 - In der
US 2006/0055776 A1 - Aus der
US 2007/0206833 A1 - In der
US 2007/0285217 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die Aufgabe durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
- Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- In einem Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs wird mittels zumindest einer am Fahrzeug angeordneten Kamera an einer ersten Fahrzeugposition ein erstes Bild des Umfeldes des Fahrzeugs erfasst und an einer zweiten Fahrzeugposition wird ein zweites Bild des Umfeldes des Fahrzeugs erfasst. Die beiden erfassten Bilder werden in einer Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit ausgewertet.
- Erfindungsgemäß wird eine Positionsänderung des Fahrzeugs zwischen der ersten Fahrzeugposition und der zweiten Fahrzeugposition durch eine Ermittlung eines optischen Flusses anhand zumindest eines in beiden Bildern dargestellten charakteristischen Punktes und/oder durch Sensoren zur Ermittlung eines Fahrwegs des Fahrzeugs ermittelt. Unter Verwendung der ermittelten Positionsänderung werden erfindungsgemäß weiterhin Positionen und Abmessungen von in den Bildern dargestellter Objekte im Umfeld des Fahrzeugs ermittelt, wobei daraus eine dreidimensionale Umfeldkarte des erfassten Umfeldes des Fahrzeugs mit einem Höhenprofil erzeugt wird.
- Durch eine Auswertung derart erfasster Bildinformationen kann ein Fahrzeugführer vor Hindernissen gewarnt werden, welche das Fahrzeug beschädigen könnten. Dabei sind bereits im Fahrzeug vorhandene Kameras nutzbar. Durch das Verfahren wird auch eine Optimierung automatischer oder teilautomatischer Einparksysteme ermöglicht, da ein Umfeld des Fahrzeugs wesentlich genauer erfasst wird. Insbesondere ein Abstand von Fahrzeugreifen zu einem Bordstein ist bei automatischen oder teilautomatischen Einparksystemen durch Verwendung des Verfahrens deutlich verringerbar, ohne ein Risiko von Beschädigungen des Fahrzeugs zu erhöhen. Durch eine Kombination mit weiteren am Fahrzeug angeordneten Abstandssensoren, wie beispielsweise Ultraschallsensoren, wird eine Zuverlässigkeit weiter erhöht, da physikalisch bedingte Erfassungsungenauigkeiten ausgleichbar sind.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- Dabei zeigen:
-
1a ein mit einer Kamera ausgerüstetes Fahrzeug in einer ersten Fahrzeugposition, -
1b ein mit einer Kamera ausgerüstetes Fahrzeug in einer zweiten Fahrzeugposition -
2a ein erstes von der Kamera erfasstes Bild eines Objektes, -
2b ein zweites von der Kamera erfasstes Bild eines Objektes, und -
3 eine Auswertung der beiden Bilder in einer Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit. - Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
- Die
1a und1b zeigen ein mit einer Kamera K ausgerüstetes Fahrzeug F in einer ersten Fahrzeugposition FP1 und einer zweiten Fahrzeugposition FP2 vor einem Objekt O. Die Kamera K, mit welcher ein Umfeld des Fahrzeugs F überwachbar ist, ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Rückfahrkamera. Derartige Kameras K sowie weitere Kameras K an anderen Positionen des Fahrzeugs F, beispielsweise in einem Frontbereich des Fahrzeugs F oder in Außenspiegeln des Fahrzeugs F, sind bereits vielfach im Einsatz. Zur Durchführung des Verfahrens sind daher nicht notwendigerweise zusätzliche Kameras K zu installieren, es können bereits am Fahrzeug F installierte Kameras K genutzt werden, wodurch das Verfahren kostengünstig in Fahrzeuge F implementiert werden kann. Zusätzlich verfügt das dargestellte Fahrzeug F über Abstandssensoren A, beispielsweise Ultraschallsensoren in einer hinteren Stoßstange des Fahrzeugs F. - Nach dem Stand der Technik wird ein aktuell erfasstes Bild der Rückfahrkamera auf einer optischen Ausgabeeinheit dargestellt. Dabei sind insbesondere Abmessungen dargestellter Objekte O nur sehr schwer einzuschätzen. Zusätzlich kann vor Objekten O, an welche sich das Fahrzeug F annähert und welche mittels der Abstandssensoren A erfasst werden, beispielsweise optisch, akustisch und/oder haptisch gewarnt werden. Abstandssensoren A, beispielsweise auf Ultraschallbasis, haben allerdings einen begrenzten Erfassungsbereich E, so dass beispielsweise bei einer Annäherung an das hier dargestellte Objekt O, welches eine Bordsteinkante darstellt, bei Unterschreitung eines bestimmten Abstandes eine Erfassung des Objektes O durch die Abstandssensoren A ausfällt. Wenn sich das Fahrzeug F in der ersten Fahrzeugposition FP1 befindet, wie in
1a dargestellt, wird zunächst noch gewarnt, da das Objekt O noch im Erfassungsbereich E der Abstandssensoren liegt. Bei einer weiteren Annäherung verschwindet das Objekt O aus dem Erfassungsbereich E der Abstandssensoren A, beispielsweise, wie in1b dargestellt, wenn sich das Fahrzeug F in der zweiten Fahrzeugposition FP2 befindet, so dass die Warnung eingestellt wird. Dadurch kann ein Fahrzeugführer nicht beurteilen, wie hoch die Bordsteinkante ist, d. h. ob er sie überfahren kann, ohne das Fahrzeug F zu beschädigen. - Mittels des Verfahrens zur Erkennung von Objekten O im Umfeld des Fahrzeugs F werden Positionen und Abmessungen von Objekten O im Umfeld des Fahrzeugs F ermittelt, welche in mittels der Kamera K erfassten Bildern B1, B2 dargestellt sind. Auf diese Weise kann eine dreidimensionale Umfeldkarte mit einem Höhenprofil des erfassten Umfeldes des Fahrzeugs F erzeugt und intern ausgewertet und/oder auf der optischen Ausgabeeinheit ausgegeben werden, so dass bei einer Annäherung des Fahrzeugs F an Objekte O, welche von vorgegebenen Ausformungen und/oder Abmessungen abweichen, eine optische, akustische und/oder haptische Warnung ausgegeben wird. Im hier dargestellten Beispiel ist das Objekt O die Bordsteinkante.
- Mittels der Kamera K wird an der ersten, in
1a dargestellten Fahrzeugposition FP1 ein erstes Bild B1 des Umfeldes des Fahrzeugs F erfasst, wie in2a dargestellt. Darin ist das Objekt O(FP1) von der ersten Fahrzeugposition FP1 aus dargestellt. Zu einem späteren Zeitpunkt, nachdem sich das Fahrzeug F weiterbewegt hat und sich dadurch dessen Fahrzeugposition FP1 und daraus resultierend auch die Position der fest am Fahrzeug F angeordneten Kamera K verändert hat und sich das Fahrzeug F in einer zweiten, in1b dargestellten Fahrzeugposition FP2 befindet, wird mittels der Kamera K ein zweites Bild B2 des Umfeldes des Fahrzeugs F erfasst, wie in2b dargestellt. Darin ist das Objekt O(FP2) von der zweiten Fahrzeugposition FP2 aus dargestellt. Die beiden erfassten Bilder B1, B2 werden in einer Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit ausgewertet, wie in3 dargestellt. - Um aus den beiden erfassten Bildern B1, B2 eine dreidimensionale Umfeldkarte erstellen zu können, welche ein Höhenprofil des Umfeldes des Fahrzeugs F umfasst, muss zunächst eine Positionsänderung des Fahrzeugs F zwischen der ersten Fahrzeugposition FP1 und der zweiten Fahrzeugposition FP2 ermittelt werden. Diese Positionsänderung, d. h. sowohl eine Richtung als auch eine zurückgelegte Entfernung, sind beispielsweise mittels Sensoren zur Ermittlung eines Fahrwegs des Fahrzeugs F ermittelbar, welche nach dem Stand der Technik bereits als Bestandteil von Fahrerassistenzsystemen, wie beispielsweise ein elektronisches Stabilitätsprogramm, im Fahrzeug F installiert sind. Mittels derartiger Sensoren werden beispielsweise Raddrehzahlen, eine Geschwindigkeit, ein Lenkradwinkel, ein Gierwinkel, eine Gierrate, eine Längs- und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs F ermittelt, so dass daraus eine Positionsänderung des Fahrzeugs F und somit der Kamera K ermittelt werden kann.
- Eine weitere Möglichkeit, welche alternativ oder beispielsweise aus Redundanzgründen zusätzlich durchgeführt werden kann, ist die Bestimmung der Positionsänderung durch Bildauswertung der beiden mittels der Kamera K erfassten Bilder B1, B2 in der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit und, wie ebenfalls in
3 dargestellt, einer daraus resultierenden Ermittlung eines optischen Flusses zumindest eines charakteristischen Punktes P welcher im ersten Bild B1 als charakteristischer Punkt P(FP1) von der ersten Fahrzeugposition FP1 aus dargestellt wird, und im zweiten Bild B2 als charakteristischer Punkt P(FP2) von der zweiten Fahrzeugposition FP2 aus dargestellt wird. Im hier dargestellten Beispiel ist ein solcher charakteristischer Punkt P beispielsweise ein oberer Eckpunkt der Bordsteinkante. - Durch Vergleich der beiden Bilder B1, B2 ist zwischen dem im ersten Bild B1 dargestellten charakteristischen Punkt P(FP1) und dem im zweiten Bild B2 dargestellten, korrespondierenden charakteristischen Punkt P(FP2) ein Bewegungsvektor BV darstellbar. Eine Verschiebung des charakteristischen Punktes P(FP1), P(FP2) wird durch die Verschiebung eines Abbildungsbereiches der Kamera K hervorgerufen, welche fest am Fahrzeug F angeordnet ist. Das heißt, die Verschiebung, welche durch den Bewegungsvektor BV zwischen den dargestellten korrespondierenden charakteristischen Punkten P(FP1), P(FP2) dargestellt ist, korrespondiert mit der Positionsänderung des Fahrzeugs F. Um eine ausreichende Genauigkeit der auf diese Weise ausgeführten Positionsbestimmung des Fahrzeugs F zu erzielen, sollte der optische Fluss vorteilhafterweise anhand einer Mehrzahl solcher charakteristischer Punkte P bestimmt werden.
- Nachdem die Positionsänderung des Fahrzeugs F und somit die Positionsänderung der Kamera K zwischen den beiden erfassten Bilder B1, B2 ermittelt wurde, wird diese Positionsänderung in der Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit der Bildauswertung der beiden Bilder B1, B2 und der Erstellung der dreidimensionalen Karte aus diesen beiden Bildern B1, B2 zugrunde gelegt. Da die beiden Bilder B1, B2 in unterschiedlichen Positionen FP1, FP2 der Kamera K und somit aus unterschiedlichen Perspektiven erfasst wurden, sind durch Vergleich der beiden Bilder B1, B2 Abmessungen und Proportionen in den Bildern B1, B2 dargestellter Objekte O(FP1), O(FP2) vergleichbar und durch Zugrundelegung der ermittelten Positionsänderung sind daraus reale Abmessungen, Ausformungen und Positionen der erfassten Objekte O ermittelbar und damit die dreidimensionale Karte und das Höhenprofil des erfassten Umfeldes des Fahrzeuges F erstellbar.
- Auf diese Weise werden im hier dargestellten Beispiel eine Höhe und eine Ausformung des Objektes O im Umfeld des Fahrzeugs F, d. h. der Bordsteinkante, ermittelt. Die dargestellte Bordsteinkante weist eine Höhe von beispielsweise 8 cm auf und ist in Richtung einer Fahrebene FE des Fahrzeugs F senkrecht abfallend ausgeformt. Damit stellt das erfasste Objekt O ein Hindernis dar, welches nicht ohne eine Gefahr einer Beschädigung des Fahrzeugs F überfahren werden kann. Es wird daher bei einer Annäherung an das Objekt O, d. h. an die Bordsteinkante, eine optische, akustische und/oder haptische Warnung generiert. Dies kann beispielsweise ein Warnton, eine Vibrationswarnung in einem Fahrersitz, ein sukzessives Aufleuchten einer Mehrzahl von Leuchtmitteln bei zunehmender Annäherung und/oder beispielsweise eine farbliche Markierung des Objektes O auf dem auf der optischen Ausgabeeinheit angezeigten Kamerabild sein.
- Wäre das erfasste Objekt O beispielsweise ein abgesenkter Bordstein, so wird mittels des Verfahrens eine geringere, gefahrlos überfahrbare Höhe des Objektes O ermittelt, so dass keine Warnung ausgegeben wird. Wäre das Objekt O beispielsweise ein angeschrägter Bordstein, so wird mittels des Verfahrens ermittelt, dass die Bordsteinkante in Richtung der Fahrebene FE des Fahrzeugs F schräg abfallend ausgeformt ist, d. h. eine Steigung von beispielsweise 45° aufweist, welche von dem Fahrzeug F trotz der ermittelten Höhe der Bordsteinkante gefahrlos überfahren werden kann, ohne beispielsweise Reifen oder Felgen des Fahrzeugs F zu beschädigen. Daher würde auch in diesem Fall keine Warnung generiert werden.
- In einer weiteren Ausführungsform wird diese Ermittlung von Positionen und Abmessungen von Objekten O im Umfeld des Fahrzeugs F mit Sensordaten der Abstandssensoren A kombiniert, so dass eine Redundanz erzielbar ist, physikalisch bedingte Ungenauigkeiten, wie beispielsweise eine Nichterfassung von Objekten O außerhalb des Erfassungsbereichs E der Abstandssensoren A ausgleichbar sind und/oder mittels einer solchen Kombination eine vollständige Umfelderfassung um das Fahrzeug F herum ermöglicht ist.
- In einer weiteren Ausführungsform kann die ermittelte dreidimensionale Umfeldkarte mit den ermittelten Abmessungen und Positionen der Objekte O im Umfeld des Fahrzeugs F, vorzugsweise kombiniert mit den Sensordaten der Abstandssensoren A, auch für einen teil- oder vollautomatischen Einparkvorgang des Fahrzeugs F genutzt werden, indem anhand ermittelter Umfelddaten mittels einer Steuereinheit ein Antriebsstrang, eine Lenkung und/oder ein Bremssystems des Fahrzeugs F angesteuert werden. Ein solcher teil- oder vollautomatischer Einparkvorgang ist durch Verwendung von mittels des Verfahrens ermittelter Umfelddaten wesentlich exakter durchführbar.
-
- A
- Abstandssensoren
- B1, B2
- Bilder
- BV
- Bewegungsvektor
- E
- Erfassungsbereich
- F
- Fahrzeug
- FE
- Fahrebene
- FP1, FP2
- Fahrzeugpositionen
- K
- Kamera
- O, O(FP1), O(FP2)
- Objekt
- P, P(FP1), P(FP2)
- charakteristischer Punkt
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- - US 2006/0055776 A1 [0003]
- - US 2007/0206833 A1 [0004]
- - US 2007/0285217 A1 [0005]
Claims (10)
- Verfahren zur Erkennung von Objekten (O) in einem Umfeld eines Fahrzeugs (F), wobei mittels zumindest einer am Fahrzeug (F) angeordneten Kamera (K) an einer ersten Fahrzeugposition (FP1) ein erstes Bild (B1) des Umfeldes des Fahrzeugs (F) erfasst wird, an einer zweiten Fahrzeugposition (FP2) ein zweites Bild (B2) des Umfeldes des Fahrzeugs (F) erfasst wird und die beiden erfassten Bilder (B1, B2) in einer Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionsänderung des Fahrzeugs (F) zwischen der ersten Fahrzeugposition (FP1) und der zweiten Fahrzeugposition (FP2) durch eine Ermittlung eines optischen Flusses anhand zumindest eines in beiden Bildern (B1, B2) dargestellten charakteristischen Punktes (P(FP1), P(FP2)) und/oder durch Sensoren zur Ermittlung eines Fahrwegs des Fahrzeugs (F) ermittelt wird und unter Verwendung der ermittelten Positionsänderung Positionen und Abmessungen von in den Bildern (B1, B2) dargestellter Objekte (O(FP1), (O(FP2)) im Umfeld des Fahrzeugs (F) ermittelt werden und daraus eine dreidimensionale Umfeldkarte des erfassten Umfeldes des Fahrzeugs (F) mit einem Höhenprofil erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Annäherung des Fahrzeugs (F) an Objekte (O), welche von vorgegebenen Ausformungen und/oder Abmessungen abweichen, eine optische, akustische und/oder haptische Warnung ausgegeben wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfeldkarte auf einer optischen Ausgabeeinheit im Fahrzeug (F) dargestellt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Positionen und Abmessungen der Objekte (O) im Umfeld des Fahrzeugs (F) für einen teil- oder vollautomatischen Einparkvorgang verwendet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der zumindest einen Kamera (K) ermittelten Positionen und Abmessungen der Objekte (O) mit Sensordaten von Abstandssensoren (A) kombiniert werden.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend zumindest eine Kamera (K) und eine Bildverarbeitungs- und Auswerteeinheit.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, umfassend Abstandssensoren (A).
- Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, umfassend Sensoren zur Ermittlung eines Fahrwegs des Fahrzeugs (F).
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend optische, akustische und/oder haptische Ausgabeeinheiten.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, umfassend eine Steuereinheit zur Ansteuerung eines Antriebsstrangs, einer Lenkung und/oder eines Bremssystems des Fahrzeugs (F).
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