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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät gemäß Anspruch 8, sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 9.
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Kamerabasierte Systeme zu Detektion und Vermessung von Personen, Fahrzeugen und anderen Objekten werden derzeit in vielen Fahrzeugen integriert und bilden eine neue Klasse der Fahrerassistenz- und Sicherheitssysteme im Straßenverkehr. Die gängigen Systeme bestehen entweder aus einer oder mehreren Kameras, wobei ein prinzipielles Dilemma auftritt: Monokulare Systeme bieten systembedingt nicht die Möglichkeit einer direkten Entfernungsmessung. Aus der zweidimensionalen Abbildung lässt sich nur mit zusätzlichen Modellannahmen wie etwa dem Wissen über die Größe des detektierten Fahrzeugs eine Entfernung bestimmen. Stereokameras können hingegen relativ modellfrei über Triangulationsverfahren Entfernungen von einzelnen Bildpunkten bestimmen, sind aber vergleichsweise teuer und benötigen wertvollen Bauraum im Spiegelfußbereich.
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Darüber hinaus gibt es am Markt bereits monokulare Kamerasysteme zur Nachtsichtverbesserung mit aktiver Infrarotbeleuchtung, die für den Menschen unsichtbar ist, von der Kamera jedoch empfangen wird und auf das Bild Einfluss nimmt.
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Eine strukturierte Beleuchtung der Fahrzeugumgebung wird erfolgreich in der Vermessung durch kamerabasierte Systeme verwendet, wie dies beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2004 039 740 A1 offenbart ist. Hierbei wird jedoch eine punktuelle Beleuchtung verwendet, bei der der Beleuchtungsstrahl sehr schmal ist. Aus der Anwendung eines Triangulationsverfahrens kann dann eine Reflektion eines Beleuchtungspunktes auf einem Objekt vor dem Fahrzeug detektiert werden. Allerdings ist zur Ausführung des Triangulationsverfahrens eine präzise Erfassung des Reflexionspunktes erforderlich. Auch können nur Objekte von einer Größe erfasst werden, an denen zumindest ein Beleuchtungsstrahl reflektiert wird, was bei kleineren Objekten oder bei Objekten in bestimmten Bereichen vor dem Fahrzeug nicht immer zuverlässig gewährleistet ist. Hierdurch sind viele Beleuchtungsquellen zur möglichst guten Ausleuchtung des Erfassungsbereichs vor einem Fahrzeug erforderlich, was die Kosten für einen derartigen Ansatz erhöht.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 007 001 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Kraftfahrzeug und einem Hindernis.
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Die Druckschrift
WO 2004/095 071 A2 offenbart ein Objektdetektionssystem.
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Die Druckschrift
US 6 285 778 B1 offenbart einen Fahrzeugumgebungsmonitor mit einer Hindernisvermeidungsbeleuchtung.
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Die Druckschrift
EP 1 876 829 A1 offenbart ein Fahrzeugumgebungsüberwachungssystem.
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Die Druckschrift
DE 19507957 C1 zeigt ein Fahrzeug mit einer seitlich angebrachten optischen Abtasteinrichtung zur berührungslosen Abtastung eines seitlichen Fahrbahnbereichs und einer nachgeschalteten Auswerteeinheit.
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Die Druckschrift
DE 19730414 A1 bezieht sich auf ein Verfahren bzw. Vorrichtung zur vorausschauenden Beurteilung der Fahrbahn, wobei ein Laser-Lichtmuster im Triangulationsverfahren ausgewertet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln eines Abstandes eines Objektes von einem Fahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Empfangen eines Intensitätsmusters, das ein von einem monokularen Kamerasystem im Infrarot-Wellenlängen-Bereich aufgenommenes Bild von einer Umgebung vor oder hinter dem Fahrzeug repräsentiert;
- - Bestimmen von einer Breite und/oder einer Länge zumindest eines Intensitätsmusterbereichs auf einer Oberfläche des Objekts in der Umgebung des Fahrzeugs, wobei die empfangene Strahlungsintensität im Intensitätsmusterbereich im Wesentlichen homogen ist; und
- - Ermitteln des Abstandes des Objektes von dem Fahrzeug auf der Basis der bestimmten Breite und/oder Länge des Intensitätsmusterbereichs.
dadurch gekennzeichnet, dass
ferner ein Schritt des Beleuchtens der Fahrzeugumgebung vor oder hinter dem Fahrzeug mit einem Lichtmuster im Infrarot-Wellenlängenbereich durchgeführt wird, wobei zumindest zwei Bereiche der Fahrzeugumgebung mit einer unterscheidbaren Infrarot-Strahlungsintensität bestrahlt werden, um die Fahrzeugumgebung mit dem Lichtmuster im Infrarot-Wellenlängenbereich zu beleuchten, wobei der Schritt des Beleuchtens bei einem stehenden Fahrzeug unter Verwendung von mehreren nacheinander ausgesandten unterschiedlichen Intensitätsmustern ausgeführt wird, wobei ferner im Schritt des Empfangens nacheinander zwei unterschiedliche Intensitätsmuster empfangen werden und wobei ferner ein Schritt des Kalibrierens einer Abstandsmessung vorgesehen ist, in dem das Kalibrieren auf der Basis der zwei nacheinander empfangenen unterschiedlichen Intensitätsmuster erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass nun nicht mehr der Abstand eines Objektes vom Fahrzeug unter Verwendung eines aufwändigen und rechenintensiven Triangulationsverfahren eventuell auf der Basis von mehreren Messpunkten bestimmt zu werden braucht. Vielmehr kann ein flächiger Bereich auf einem Objekt in der Fahrzeugumgebung erkannt werden, von dem eine weitgehend homogene Strahlungsintensität reflektiert wird. Unter einer homogenen Intensitätsverteilung in diesem flächigen Bereich ist dabei eine Intensitätsverteilung zu verstehen, die höchstens um einen vorbestimmten Wert von beispielsweise 10 % gegenüber einer anderen Intensität in diesem Bereich abweicht. Aus der Größe dieses erkannten bzw. empfangenen flächigen Bereichs, insbesondere einer Breite und/oder einer Länge dieses Bereichs, kann dann der Abstand des Objektes vom Fahrzeug bestimmt werden. Besonders gut kann die Bestimmung des Abstandes des Objektes zu dem Fahrzeug dann erfolgen, wenn mehrere gleichartige flächige Bereiche und deren Ausdehnung oder Abstand zueinander erkannt werden können, da auf diese Weise die Grenzen der einzelnen flächigen Bereich mit der homogenen Intensitätsverteilung sicher unterscheidbar sind. Beispielsweise kann ein Bereich vor einem Fahrzeug mit Infrarotlicht mit einem Streifenmuster ausgeleuchtet werden, so dass an einem Objekt in diesem ausgeleuchteten Bereich ein entsprechendes reflektiertes Streifenmuster zu erkennen ist. Aus der Breite und/oder der Länge der Streifen auf dem Objekt lässt sich der Abstand des Objektes zum Fahrzeug bestimmen. Zur Bestimmung des Abstandes sollte auch eine Information in der Auswerteeinheit vorliegen, in welchem Winkel oder mit welcher Streifenbreite die Ausleuchtung des entsprechenden Bereichs vor oder hinter dem Fahrzeug von dem Fahrzeug aus erfolgt ist, um die entsprechende Auswertung der empfangenen Größen wie der Breite und/oder der Länge des empfangenen flächig Bereichs zu erleichtern. Beispielsweise kann eine solche Auswertung unter Verwendung des Strahlensatzes in einer dreidimensionalen Form erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass nun auch ein Abstand von einem Objekt zum Fahrzeug erkannt werden kann, wenn das Objekt klein ist und sich beispielsweise in einem Bereich befindet, der nicht durch einen entsprechenden Beleuchtungsstrahl entsprechend dem Stand der Technik ausgeleuchtet wird. Es sollte lediglich ein flächiger Bereich auf dem Objekt erkannt werden, der eine homogene Intensitätsverteilung aufweist. Dabei sollte ein flächiger Bereich auf dem Objekt erkannt werden, um durch die Ausdehnung der Fläche (beispielsweise die Breite oder Länge eines beleuchteten Streifens auf dem Objekt) die Entfernung und/oder die Position des Objektes von der Kamera oder dem Fahrzeug bestimmen zu können. Gegenüber dem Stand der Technik, in dem zur Überwachung eines breiten Bereichs vor oder hinter dem Fahrzeug mehrere (Infrarot-) Lichtquellen notwendig sind, die jeweils einen schmalen Lichtstrahl in den entsprechenden Überwachungsbereich aussenden, kann nun mit dem hier vorgestellten Ansatz auf einfache Weise ein sehr breiter Bereich überwacht werden. Ferner kann auch auf die Verwendung eines rechenintensiven Triangulationsverfahrens unter Berücksichtigung von unterschiedlichsten Winkeln und/oder mehreren Messpunkten verzichtet werden.
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Gemäß einer günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Ermittelns des Abstandes unter Verwendung einer Information über eine Form und/oder einen Winkel eines vom Fahrzeug auf das Objekt in der Umgebung des Fahrzeugs ausgesandten Beleuchtungsmusters erfolgen und/oder der Schritt des Ermittelns des Abstandes des Objektes von dem Fahrzeug auf der Basis einer Kenntnis erfolgen, aus welchem Blickwinkel im Fahrzeug die Breite und/oder Länge des zumindest einen Intensitätsmusterbereichs bestimmt wurde. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Verwendung von vorbekannten Informationen, beispielsweise über die Form oder den Winkel eines vom Fahrzeug ausgesandten Lichtmusters der numerische oder schaltungstechnische Aufwand für die Bestimmung des Abstandes deutlich einfacher wird. Unter der Kenntnis des Beleuchtungswinkels und/oder der Breite des Beleuchtungsstreifens beim Aussenden dieses Beleuchtungsstreifens kann dann eine Interpretation der Verzerrung des reflektierten Musters auf einer gekrümmten oder stufigen Oberfläche des Objektes vorgenommen werden. Insbesondere die Anwendung eines dreidimensionalen Strahlensatzes wird durch die genannten weiteren Informationen wesentlich erleichtert. Der gleiche Effekt kann auch erreicht werden, wenn eine Information verwendet wird, aus welchem Blickwinkel das vom Objekt reflektierte Intensitätsmuster im Fahrzeug empfangen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Bestimmens eine Bestimmung der Breite und/oder Länge dann erfolgen, wenn das empfangene Intensitätsmuster mit einem erwarteten Intensitätsmuster übereinstimmt, wobei eine Bestimmung der Breite und/oder Länge dann nicht ausgeführt wird, wenn das empfangene Intensitätsmuster nicht mit einem erwarteten Intensitätsmuster übereinstimmt. Hierzu ist anzumerken, dass zunehmend die Infrarottechnologie zur Bereitstellung von zusätzlichen Umweltdaten im Fahrzeug eingesetzt wird, so dass möglicherweise Störeffekte von externen Infrarotbeleuchtungseinheiten an dem Objekt auftreten könnten. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet dann den Vorteil, dass durch den Vergleich des empfangenen Identitätsmusters mit einem erwarteten Intensitätsmuster eine Unterscheidung zwischen einer gewünschten Infrarotbeleuchtung und einer Infrarotbeleuchtung durch andere, externe Infrarotbeleuchtungsquellen zuverlässig erkannt werden kann. Auf diese Weise kann die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Bestimmung des Abstandes zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug weiter reduziert werden.
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Auch kann im Schritt des Bestimmens der Breite und/oder einer Länge zumindest eines Bereichs des Intensitätsmusters eine Streifenbreite eines erkannten Streifens erfolgen, der gegenüber einem anderen Bereich des Intensitätsmusters eine höhere Intensität von empfangener Infrarotstrahlung aufweist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Ausleuchtung eines Bereichs vor oder hinter dem Fahrzeug mit einem solchen Streifenmuster (beispielsweise durch die Verwendung eines Gitters zur streifenförmigen Abschattung des Ausleuchtungsbereichs) sehr einfach durchführbar ist und bei Verwendung von sehr kleinen Streifen oder einem sehr kleinen Abstand der Streifen ferner auch eine sehr präzise Bestimmung des Abstandes zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug ermöglicht. Zugleich kann auch über eine Auswertung eines Abstands zwischen zwei Intensitätsstreifen auf dem Objekt sichergestellt werden, dass eine ausreichende Größe des Intensitätsmusterbereichs zur fehlerfreien Bestimmung des Abstandes zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug zur Verfügung steht.
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Erfindungsgemäß wird ein Schritt des Beleuchtens der Fahrzeugumgebung vor oder hinter dem Fahrzeug mit einem Lichtmuster im Infrarot-Wellenlängenbereich durchgeführt, wobei zumindest zwei Bereiche der Fahrzeugumgebung mit einer unterscheidbaren Infrarot-Strahlungsintensität bestrahlt werden, um die Fahrzeugumgebung mit dem Lichtmuster im Infrarot-Wellenlängenbereich zu beleuchten. Dies bietet den Vorteil, dass durch die Form des ausgestrahlten vordefinierten Lichtmusters eine präzise Auswertung des empfangenen Intensitätsmusters insbesondere unter Zuhilfenahme des Strahlensatzes sehr einfach möglich wird.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann im Schritt des Beleuchtens die Fahrzeugumgebung mit Lichtmustern verschiedener Struktur und/oder Intensität zu unterschiedlichen Zeitpunkten beleuchtet werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Verwendung der unterschiedlichen (Infrarot-) Lichtmuster, beispielsweise in Form von Kreisen, quadratischen Gittern, Streifen, Rauten oder ähnlichen Flächenbereichen eine Möglichkeit besteht, unterschiedliche Auflösungsgerade bei der Größe von zu erkennenden Objekten zu ermöglichen. Auch können Störungseffekte bei der Reflexion des Intensitätsmusters am Objekt kompensiert werden, die bei der Verwendung eines ersten Lichtmusters auftreten, nicht jedoch bei der Verwendung eines zweiten Lichtmusters, so dass eine präzisere Bestimmung des Abstandes zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug möglich wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann im Schritt des Beleuchtens die Fahrzeugumgebung nacheinander von zumindest zwei im Fahrzeug versetzt angeordneten Beleuchtungsquellen beleuchtet werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Beleuchtung des Objektes von unterschiedlichen Winkeln durch zwei im Fahrzeug versetzt angeordneten Beleuchtungsquellen Schatteneffekte erkannt und bei der Bestimmung des Abstandes zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug kompensiert werden können.
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Erfindungsgemäß wird auch der Schritt des Beleuchtens bei einem stehenden Fahrzeug unter Verwendung von mehreren nacheinander ausgesandten unterschiedlichen Intensitätsmustern ausgeführt, wobei ferner im Schritt des Empfangens nacheinander zwei unterschiedliche Intensitätsmuster empfangen werden und wobei ferner ein Schritt des Kalibrierens einer Abstandsmessung vorgesehen ist, in dem das Kalibrieren auf der Basis der zwei nacheinander empfangenen unterschiedlichen Intensitätsmustern erfolgt. Dies bietet den Vorteil, dass eine Kalibrierung der Abstandserkennung möglich wird, wenn die Abstandsmessung unter Verwendung eines ersten Licht-/Intensitätsmusters ausgeführt wird und der gemessenen der Abstand nachfolgend durch eine Abstandsmessung unter Verwendung eines zweiten Licht-/Intensitätsmusters kontrolliert wird. Sollte sich bei dieser Kontrolle eine Differenz zwischen den beiden mit den unterschiedlichen Intensitätsmustern gemessenen Abständen ergeben, so kann auch eine Warnung ausgegeben werden.
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Darüber hinaus kann die Anordnung auch zu einer automatischen Kalibrierung/ Kreuzkalibrierung zwischen Kamera und Umwelt und/oder Kamera und Scheinwerfer genutzt werden. Außerdem ermöglicht die Anordnung eine automatisierte Überwachung der Scheinwerferposition im laufenden Betrieb, um entweder eine automatische Anpassung bei steuerbaren Scheinwerfern zu verursachen oder den Fahrer zu einer mechanischen Korrektur in der Werkstatt aufzufordern. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst beispielswiese einen Schritt des Einlesens eines Abstandsreferenzwertes für die bestimmte örtliche Ausdehnung des Intensitätsmusterbereiches und einen Schritt des Kalibrierens einer Zuordnungsvorschrift der bestimmten örtlichen Ausdehnung zu einem Abstand des Objektes von dem Fahrzeug unter Verwendung des eingelesenen Abstandsreferenzwertes für die bestimmte örtliche Ausdehnung des Intensitätsmusterbereiches. Hierbei kann beispielsweise die örtliche Ausdehnung des Intensitätsmusterbereichs nicht skaliert eingelesen werden und mit einem Abstandsreferenzwert verknüpft werden, der für diese nicht-skalierte örtliche Ausdehnung gültig ist. Beispielsweise kann dies in einem Kalibrierungsmodus erfolgen, bei dem einer entsprechenden Auswerteeinheit eine Information über die örtliche Ausdehnung des Intensitätsmusterbereichs und den zugehörigen Abstandsreferenzwert über eine andere Schnittstelle zugeführt werden, als über die optische Schnittstelle beispielsweise mit der Kamera. In einem solchen Kalibrierungsmodus wird dann die Zuordnungsvorschrift, die im Schritt des Ermittelns des Abstands des Objekts von dem Fahrzeug verwendet wird, angepasst, so dass beim Ermitteln eines Abstands des Objekts von dem Fahrzeug in einem Messmodus der Abstandsreferenzwert als Abstand bestimmt wird, wenn im Schritt des Ermittelns die im Kalibrierungsmodus verwendete örtliche Ausdehnung des Intensitätsmusterbereichs verwendet wird. Eine solche Kalibrierung kann beispielsweise erforderlich sein, wenn Komponenten des Sensorsystems ausgetauscht werden müssen oder wenn Komponenten des Sensorsystems alterungsbedingt fehlerhafte Messwerte bereitstellen.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung von Komponenten eines Fahrzeugs zur Ausführung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine Darstellung eines Kamerabildes mit einem erfassten Intensitätsmuster auf verschiedenen Objekten vor einem Fahrzeug, wie sie durch eine Kamera aufgenommen werden, kann, die gemäß einer Anordnung aus 1 im Fahrzeug verbaut ist, wobei das Kamerabild zur Erkennung des Abstandes zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt ausgewertet werden kann; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweites Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Zu der nachfolgend näher beschriebenen Erfindung ist zunächst anzumerken, dass der hier vorgestellte Ansatz die exakte modellfreie Vermessung von unbekannten Objekten und Lebewesen im Straßenverkehr mit einem monokularen Kamerasystem unter der Zuhilfenahme einer unter Umständen schon vorhandenen Infrarotbeleuchtung im Fahrzeug ermöglicht. Unter einem Objekt sind hier beispielsweise auch die Fahrbahnoberfläche und/oder deren Verlauf zu verstehen. Damit wird die Realisierung von komplexeren und sicherheitskritischen kamerabasierten Funktionen mit einem monokularen Ansatz möglich. Der hier vorgestellte Ansatz erlaubt außerdem die Realisierung einer Negativaussage wie sie z. B. für eine Anfahrtfreigabe nötig ist, da kein Wissen über das zu detektierende Objekt angenommen werden muss.
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Im Vergleich zu einem Stereo-Kamerasystem spart die hier vorgeschlagene Realisierung Platz im wertvollen Bauraum beim Spiegelfuß im Innenraum und liefert einen Zusatznutzen einer bereits im Fahrzeug vorhandenen IR-Beleuchtung. Zudem liefert der hier vorgestellte Ansatz die Möglichkeit der modellunabhängigen Vermessung der Strassenszene vor oder hinter dem Fahrzeug. Das ist mit einem herkömmlichen monokularen Kamerasystem nicht möglich. Darüber hinaus liefert die Infrarotbeleuchtung die Möglichkeit, auch in schlechten Sichtverhältnissen und in ungünstigen Beleuchtungssituationen eine stabile Detektion durch das Kamerasystem zu erzielen, was mit einer Vermessung durch Stereokameras nicht möglich ist. Dies wiederum führt zu einer erhöhten Verfügbarkeit und Verlässlichkeit der Messung, wie sie z.B. für Systeme des Fußgängerschutzes bei Nacht nötig ist. Darüber hinaus lassen sich Funktionen realisieren, die mit einem herkömmlichen monokularen Kamerasystem nicht möglich sind. Eine generelle Detektion von Hindernissen jeglicher Art im Fahrschlauch ist ohne Zusatzinformation mit monokularer Vermessung nicht von aufgemalten Strukturen auf der Fahrbahn unterscheidbar; Werbetafeln und Aufdrucke von Lastwagenplanen können keine Fehldetektionen mehr auslösen, da der planare Untergrund durch die strukturierte Beleuchtung erkennbar wird. Je nach Wahl der Wellenlänge von Beleuchtung und Kamera lässt sich damit sogar eine Detektion im Nebel durchführen.
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In 1 ist ein Blockschaltbild von Komponenten eines Fahrzeugs zur Ausführung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Eine derartige Anordnung kann auch als eine Aufsichtsdarstellung von im Fahrzeug verbauten Komponenten aus der Vogelperspektive verstanden werden. Ein im Fahrzeug 100 eingebauter Infrarotscheinwerfer 110 liefert eine strukturierte Beleuchtung 120 der Szene vor (oder hinter) dem Fahrzeug 100, die für den Menschen unsichtbar ist. Eine Struktur bedeutet hier eine nicht homogene Beleuchtung, beispielweise in der Form von Streifen mit hoher Infrarot-(IR-) Intensität 130 und Bereichen (oder Streifen) 140 in denen eine niedrige Infrarot-Intensität vorliegt oder in denen keine Infrarot-Strahlung ausgesendet wird. Unter einem Bereich mit hoher Infrarot-Intensität wird dabei ein Ausstrahlungsbereich verstanden, in dem eine höhere Infrarotstrahlung vom Infrarotscheinwerfer 110 abgestrahlt wird, als in anderen Bereichen. Die Beleuchtung 120 des Fahrzeugumfeldes vor dem Fahrzeug erfolgt dabei in einem Bereich 150, der von einer infrarotempfindlichen Kamera 160 erfasst werden kann (Erfassungsbereich).
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An Objekten, die sich im Erfassungsbereich 150 der Kamera 160 befinden, wird das Muster aus den vom Infrarotscheinwerfer 110 abgestrahlten Intensitäten reflektiert. Beispielsweise kann sich auf der Oberfläche der Objekte 170 und 180 (die Fahrzeuge, Personen oder andere Hindernisse auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug 100 sein können) ein Muster im Infrarot-Wellenlängenbereich ausbilden, wie es in der Darstellung von strukturiert beleuchteten Rückseiten der Objekte 170 und 180 in 2 wiedergegeben ist. Dieses Infrarot-Intensitätsmuster lässt sich mit einer Auswerteeinheit 190 rechnerisch (d.h. durch die Auswertung der Kanten oder der flächigen Bereiche in diesem aufgenommenen Bild) erkennen, wobei die Auswerteeinheit 190 der im Fahrzeug 100 montierten Infrarotempfindlichen Kamera 160 nachgeschaltet ist und die von der Kamera 160 gelieferte Aufnahme verarbeitet. Die Auswerteeinheit 190 kann auch bei Verfügbarkeit von einer ausreichend großen numerischen Rechenkapazität in der Kamera 160 selbst implementiert sein.
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Die Struktur auf der Oberfläche eines Objektes im Erfassungsbereich 150 der Kamera 160 besitzt günstigerweise ein „periodisch“ wiederholtes Muster, von dem sich zumindest ein Teilbereich bei der Auswertung des von der Kamera 160 aufgenommenen Bildes erkennen lässt. Hierzu sollte bereits eine entsprechende Struktur von dem Infrarot-Scheinwerfer 110 in den Erfassungsbereich 150 ausgestrahlt werden. Aus dem vom Infrarot-Scheinwerfer 110 ausgestrahlten Muster, welches in der Auswertungseinheit 190 bekannt sein sollte, kann dann unter Verwendung des Strahlensatzes (in einer Fassung für den im dreidimensionalen Raum) aus einer Abmessung eines flächigen Bereichs, wie beispielsweise der Breite oder der Länge eines Streifens mit einer annähernd homogenen Infrarot-Intensität, der Abstand zwischen dem Objekt 170 oder 180 vor dem Fahrzeug und dem Fahrzeug selbst bestimmt werden. Die konkrete Vorgehensweise bei der Bestimmung des Abstandes unter Verwendung des Strahlensatzes ist für einen Fachmann bekannt.
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Es braucht weiterhin keine komplette Schwärzung in den dunkleren Bereichen des Musters im empfangenen, d.h. dem von der Kamera 160 aufgenommenen Bild vorzuliegen, so dass eine rechnerische Entfernung (beispielsweise von schwach beleuchteten Bereichen) im Kamerabild möglich wäre. Dies wäre vorteilhaft, wenn das Bild auch für darstellende Systeme wie Nachtsichtgerät oder Rückfahrkamera weiterverwertet werden soll. Die Aufnahme des bekannten Musters im Kamerabild ist dann verzerrt durch die beleuchtete Szene, d.h. sie ist auf die Straßenoberfläche und alle Objekte sowie Lebewesen im Bild projiziert. Unter Umständen kann das bekannte Muster nach der Detektion im Bild auch aus dem Bild rechnerisch wieder entfernt werden, so dass das derart korrigierte Bild auch anderen, zum Beispiel bildgebenden Systemen wie einem Nachtsichtsystem zur Verfügung gestellt werden kann. Diese bildgebenden Systeme können dann das korrigierte Bild als Eingangsdaten verwenden, so dass ein Bild von einem einzigen Sensor im Fahrzeug für verschiedene Zusatzfunktionen genutzt werden kann und somit ein Mehrwert dieses Sensors erreicht werden kann.
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Mit dem Wissen über das ursprüngliche (d.h. dem vom Infrarotscheinwerfer 110 ausgestrahlten) Muster kann auf diese Weise aus der von der Kamera 160 aufgenommenen Abbildung der Fahrzeugumgebung eine Tiefeninformation der Szene vor dem Fahrzeug errechnet werden. Die Struktur des vom Infrarotscheinwerfer 110 ausgestrahlten Musters kann hierbei fest oder variabel sein, je nach technischer Realisierung der Strukturierung über Filter vor der IR-Lichtquelle oder direkter Ansteuerung einzelner (beispielsweise IR-) LEDs oder Birnen mit verschiedenen Filtern, die sich wiederum überlagern können.
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Durch die alternative oder zusätzliche Verwendung von zwei IR-Scheinwerfern (wie dies exemplarisch in 1 durch die IR-Scheinwerfer 110 und 200 dargestellt ist) kann auch ein Wechselbetrieb der Beleuchtung der Fahrzeugumgebung zwischen den beiden IR-Scheinwerfern, beispielsweise synchron mit der Bildaufnahme, erfolgen. Dies bietet die Möglichkeit, Objekte in der Fahrzeugumgebung mit mehreren verschiedenen Mustern oder abwechselnd mit und ohne Beleuchtungsmuster zu beleuchten und die aus der Beleuchtung resultierenden Reflektionen aufzunehmen. Die Weiterverarbeitung dieser Information aus den Reflektionen der unterschiedlichen Infrarot-Intensitäten kann auf sehr viele verschiedene Arten und für diverse Funktionen erfolgen.
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In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann ein bereits im Fahrzeug 100 verbauter Infrarotscheinwerfer weiterverwendet werden, der beispielsweise für eine Night Vision- Anzeigeeinheit (d.h. eine Unterstützungseinheit für den Fahrer bei Dunkelheit) vorgesehen ist. In einem solchen Fall brauchen keine aufwändigen Modifikationen zu erfolgen, da lediglich eine Einheit zur Bereitstellung einer Strukturierung des IR-Lichts vorzusehen ist. Die Strukturierung der IR-Beleuchtung kann dabei vom Auge nicht wahrgenommen werden und bei der Aufbereitung und Ausgabe des empfangenen IR-Signals entsprechend unterdrückt werden, damit der Fahrer durch die „gemusterten“ Objekte nicht irritiert wird. Allgemein gesagt können somit bereits im Fahrzeug verbaute IR-Beleuchtungs- und Auswertungssysteme weiterverwendet werden, die beispielsweise aber nicht ausschließlich für die folgenden Assistenzfunktionen vorgesehen sind: Personendetektion, Fahrzeugdetektion (PKW, LKW, Motorräder, Fahrräder, ...), Detektion von Verkehrsschildern, Fahrspurdetektion, Detektion von Hindernissen, Automatische und halbautomatische Anfahrtfreigabe vorwärts, Automatische und halbautomatische Anfahrtfreigabe rückwärts, Automatische und halbautomatische Anfahrtunterdrückung vorwärts, Automatische und halbautomatische Anfahrtunterdrückung rückwärts, Notbremse, Kollisionswarnung, Vermessung der Fahrbahnverlaufs horizontal und vertikal, Scheinwerferregelung (Neigung des Lichtkegels bezüglich der Fahrbahnoberfläche), gezielte Ausleuchtung von Gebieten mit Hindernissen, Videobasiertes ACC, .... Dies bietet einen großen zusätzlichen Nutzen bei sehr geringen zusätzlichen Kosten.
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In 3 ist ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren 300 zum Ermitteln eines Abstandes eines Objektes von einem Fahrzeug dargestellt. Das Verfahren 300 umfasst einen ersten Schritt des Empfangens 310 eines Intensitätsmusters, das ein im Infrarot-Wellenlängen-Bereich aufgenommenes Bild von einer Umgebung vor oder hinter dem Fahrzeug repräsentiert. Ferner weist das Verfahren 300 einen weiteren Schritt des Bestimmens 320 von einer Breite und/oder einer Länge zumindest eines Intensitätsmusterbereichs auf einer Oberfläche des Objekts in der Umgebung des Fahrzeugs auf, wobei die empfangene Strahlungsintensität im Intensitätsmusterbereich im Wesentlichen homogen ist. Schließlich umfasst das Verfahren 300 einen Schritt des Ermittelns 330 des Abstandes des Objektes von dem Fahrzeug auf der Basis der bestimmten Breite und/oder Länge des Intensitätsmusterbereichs.
