DE102011016217A1

DE102011016217A1 - Verfahren und Kamerasystem zum Warnen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs vor einer Kollisionsgefahr und Kraftfahrzeug mit einem Kamerasystem

Info

Publication number: DE102011016217A1
Application number: DE102011016217A
Authority: DE
Inventors: Ciaran Hughes; Patrick McDaid; John Toner; Mike Togher
Original assignee: Connaught Electronics Ltd
Current assignee: Connaught Electronics Ltd
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warnen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs (1) vor einer Kollisionsgefahr mithilfe eines Kamerasystems (2) des Kraftfahrzeugs (1) durch Aufnehmen eines Bildes (12) eines Umgebungsbereichs (4) hinter dem Kraftfahrzeug (1) mittels einer Kamera (3) des Kamerasystems (2) und durch Warnen des Fahrers auf der Basis des aufgenommenen Bildes (12). Es wird ein durch das Kraftfahrzeug (1) zurückgelegter Pfad (13) in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit (v) und von einem Lenkwinkel (Θ) des Kraftfahrzeugs (1) ermittelt, und der Pfad (13) wird auf das aufgenommene Bild (12) projiziert. Das Warnen des Fahrers erfolgt anhand des Bildes (12) mit dem projizierten Pfad (13').

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warnen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs vor einer Kollisionsgefahr mithilfe eines Kamerasystems des Kraftfahrzeugs. Es wird ein Bild eines Umgebungsbereichs hinter dem Kraftfahrzeug aufgenommen, nämlich mittels einer Kamera des Kamerasystems. Der Fahrer wird dann auf der Basis des aufgenommenen Bildes gewarnt. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Kamerasystem, welches zum Durchführen eines derartigen Verfahrens ausgebildet ist, wie auch auf ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kamerasystem.
Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere – jedoch nicht ausschließlich – auf ein Kamerasystem mit einer Rückwärtskamera, mittels welchem der Fahrer vor der Gefahr eines Auffahrunfalls von hinten gewarnt werden kann. Solche Kamerasysteme sind bereits Stand der Technik. Es wird bekanntlich eine Kamera eingesetzt, welche die Umgebung hinter dem Kraftfahrzeug erfasst. Auf der Grundlage der aufgenommenen Bilder wird dann das Risiko einer Kollision eingeschätzt, und der Fahrer wird gegebenenfalls gewarnt oder nicht. In den aufgenommenen Bildern können nämlich andere, hinter dem eigenen Kraftfahrzeug fahrende Fahrzeuge erkannt werden, und das Risiko einer Kollision kann in Abhängigkeit von einer relativen Position eines im Bild erkannten Fahrzeugs in Bezug auf das eigene Kraftfahrzeug eingeschätzt werden.
Bekanntlich können im aufgenommenen Bild auch Straßenmarkierungen – insbesondere Längsmarkierungen – detektiert werden. Dann kann bei der Warnung des Fahrers auch die relative Position eines im Bild erkannten anderen Fahrzeugs in Bezug auf die detektierten Straßenmarkierungen im Bild berücksichtigt werden. An diesem Stand der Technik ist jedoch als nachteilig der Umstand anzusehen, dass Straßenmarkierungen nicht immer vorhanden sind und bei Fehlen von Straßenmarkierungen die Warnung des Fahrers nur unzureichend erfolgen kann.
Es kann auch vorkommen, dass im aufgenommenen Bild zwar ein anderes Fahrzeug erkannt wird, welches sich besonders nahe am eigenen Kraftfahrzeug befindet, jedoch auf einer benachbarten Fahrspur fährt. In diesem Falle ist eine Warnung nicht zwingend erforderlich; das Kamerasystem muss jedoch in der Lage sein, auch bei Fehlen der Straßenmarkierungen eine derartige Situation zu erkennen. Es sollen also auch unnötige Warnungen verhindert werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung der Fahrer besonders zuverlässig mithilfe des Kamerasystems vor gefährlichen Fahrsituationen – insbesondere vor dem Risiko eines Auffahrunfalls von hinten – gewarnt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, durch ein Kamerasystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 13 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs vor einer Kollisionsgefahr – insbesondere vor dem Risiko eines Auffahrunfalls von hinten – mithilfe eines Kamerasystems des Kraftfahrzeugs gewarnt. Eine optische Kamera des Kamerasystems nimmt ein Bild eines Umgebungsbereichs hinter dem Kraftfahrzeug auf. Das Kamerasystem warnt den Fahrer auf der Basis des aufgenommenen Bilds. Das Kamerasystem ermittelt einen durch das Kraftfahrzeug zurückgelegten Pfad in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit sowie von einem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs. Der zurückgelegte Pfad wird dann auf das aufgenommene Bild projiziert, und der Fahrer wird anhand des Bildes mit dem projizierten Pfad gewarnt.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht somit mit anderen Worten in der Ermittlung eines zurückgelegten Pfades – also einer zurückgelegten Trajektorie – des Kraftfahrzeugs, und zwar in Abhängigkeit von zumindest zwei spezifischen Parametern des Kraftfahrzeugs: der Geschwindigkeit einerseits und dem Lenkwinkel andererseits. Der Lenkwinkel kann mittels eines geeigneten Lenkwinkelsensors gemessen werden; ist ein solcher Sensor nicht vorhanden, so kann der Lenkwinkel auch aus Messwerten eines Gierratesensors mittels eines Differenzverfahrens bestimmt werden, oder aber aus Messwerten eines anderen vorhandenen Richtungssensors. Der ermittelte Pfad wird dann mit dem Bild des Umgebungsbereichs hinter dem Kraftfahrzeug verknüpft, sodass das Kamerasystem die Positionen von abgebildeten Objekten in Bezug auf den zurückgelegten Pfad des eigenen Kraftfahrzeugs vergleichen kann. Der Fahrer wird auf der Grundlage der Projektion des zurückgelegten Pfades auf das aufgenommene Bild gewarnt. Auf diese Weise kann die Kollisionsgefahr bzw. das Risiko eines Unfalls besonders zuverlässig und präzise eingeschätzt werden, und der Fahrer kann zuverlässig vor der Kollisionsgefahr gewarnt werden. Insbesondere können Fahrzeuge detektiert werden, die tatsächlich dem eigenen Kraftfahrzeug folgen und somit eine potentielle Gefahr darstellen. Die Gefahr einer Kollision mit anderen Fahrzeugen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch dann besonders realitätsgetreu eingeschätzt werden, wenn keine Markierungen – insbesondere keine Längsmarkierungen – auf der Straße aufgebracht sind. Nicht zuletzt ermöglichen die beiden Parameter Geschwindigkeit und Lenkwinkel eine besonders präzise und höchst genaue Ermittlung des zurückgelegten Pfades.
Die optische Kamera ist bevorzugt eine Video-Kamera, welche in vorbestimmten Zeitabständen – beispielsweise in zeitlichen Abständen von 33 ms – Einzelbilder (frames) aufzeichnen kann. Auch der zurückgelegte Pfad kann fortlaufend ermittelt werden, sodass beispielsweise für jedes aufgenommene Bild der zurückgelegte Pfad aktualisiert und projiziert wird. Auf diesem Weg gelingt es, die Kollisionsgefahr fortlaufend bzw. kontinuierlich zu überprüfen, sodass der Fahrer rasch gewarnt werden kann. Die Geschwindigkeit und der Lenkwinkel können auch zu Zeitpunkten aktualisiert bzw. erfasst werden, die von den Zeitpunkten der Bildaufnahme unterschiedlich sind – die Bildrate des Bildsensors kann unterschiedlich von der Frequenz der Messung der Geschwindigkeit und des Lenkwinkels sein.
Die Kamera kann in einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, etwa an einer Heckklappe oder einem hinteren Stoßfänger oder an einer Heckscheibe des Kraftfahrzeugs.
Die Kamera kann eine CMOS-Kamera (Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder aber eine CCD-Kamera (Charge Coupled Device) sein.
In dem aufgenommenen Bild kann ein fahrzeugexternes Objekt, insbesondere ein benachbartes Fahrzeug, erkannt werden. Die Kollisionsgefahr kann dann in Abhängigkeit von einer relativen Position des Objekts bezüglich des projizierten Pfades im Bild eingeschätzt werden. Dies bedeutet, dass der Fahrer in Abhängigkeit von dieser relativen Position des erkannten Objekts bezüglich des projizierten Pfades gewarnt werden kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Fehlwarnungen bzw. unnötige Warnungen verhindert werden können. Ein außerhalb des zurückgelegten Pfades befindliches anderes Fahrzeug stellt nämlich keine oder eine geringere Kollisionsgefahr als ein auf dem zurückgelegten Pfad befindliches Fahrzeug dar.
Es kann in dem aufgenommenen Bild ein für die Warnung relevanter Bereich definiert werden, nämlich entlang des projizierten Pfades. Dieser relevante Bereich erstreckt sich also parallel zum projizierten Pfad und kann eine derartige Breite aufweisen, die zumindest der Breite des Kraftfahrzeugs im Bild entspricht. Dann kann das Warnen des Fahrers unter der Voraussetzung erfolgen, dass einerseits sich das Objekt (benachbartes Fahrzeug) innerhalb des relevanten Bereichs – etwa auf dem zurückgelegten Pfad – befindet und andererseits auch ein Abstand des Objekts zum Kraftfahrzeug unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt. Die Warnung wird vorzugsweise bereits dann vorgenommen, wenn sich das Objekt nur bereichsweise innerhalb des relevanten Bereichs befindet bzw. in den relevanten Bereich hineinragt. Gerade dann besteht nämlich das Risiko eines Auffahrunfalls von hinten, und der Fahrer kann vor dieser Kollisionsgefahr gewarnt werden. Auf diesem Wege wird der Fahrer darüber informiert, dass ein plötzliches Abbremsen des eigenen Kraftfahrzeugs zu einem Auffahrunfall und somit zu einer Kollision führen kann. Das Risiko eines Unfalls wird somit auf ein Minimum reduziert. Das System kann auch dafür eingesetzt werden, um das Fahrzeug für einen bevorstehenden Unfall vorzubereiten, z. B. kann das System die Vorspannung eines Sicherheitsgurtes auslösen, wenn das System erkennt, dass ein Unfall bevorsteht und unvermeidbar ist.
Der Fahrer kann mithilfe des Kamerasystems auf verschiedene Art und Weisen gewarnt werden: Beispielsweise kann ein akustisches Warnsignal ausgegeben werden, mittels welchem der Fahrer auf akustischem Wege gewarnt wird. Ergänzend oder alternativ kann auch eine haptische Vorrichtung – etwa ein Vibrationsaktuator – angesteuert werden, mittels welchem der Fahrer auf haptischem Wege gewarnt wird. Noch zusätzlich oder alternativ kann das aufgenommene Bild zusammen mit dem projizierten Pfad auf einer optischen Anzeigeeinrichtung – etwa einem Display und/oder einem Rückwärtsspiegel – angezeigt werden, sodass der Fahrer vor einer möglichen Kollisionsgefahr optisch gewarnt wird. Mit den genannten Methoden kann der Fahrer besonders zuverlässig gewarnt werden; insbesondere kann das Anzeigen des Bildes auf der Anzeigeeinrichtung mit der akustischen und/oder haptischen Warnung kombiniert werden, sodass der Fahrer einerseits ein Bild der Umgebung hinter dem Kraftfahrzeug auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt bekommt und andererseits auch gegebenenfalls durch eine akustische und/oder haptische Warnung gewarnt wird.
Wie bereits ausgeführt, wird der zurückgelegte Pfad in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit sowie dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs ermittelt. Prinzipiell sind hier unterschiedlichste Methoden der Ermittlung des zurückgelegten Pfades denkbar, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Methode beschränkt. Es erweist sich jedoch als besonders vorteilhaft, wenn der zurückgelegte Pfad des Kraftfahrzeugs gemäß der nachfolgenden Beschreibung ermittelt wird:
Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs kann eine Vielzahl von Werten der Geschwindigkeit sowie zugeordneten Werten des Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs in vorbestimmten Zeitabständen aufgezeichnet werden. Es können also fortlaufend diskrete Werte der Geschwindigkeit einerseits und des Lenkwinkels andererseits aufgezeichnet werden, nämlich während der Fahrt des Kraftfahrzeugs. Dann liegt eine zeitliche Sequenz bzw. Abfolge von Wertepaaren aus Werten der Geschwindigkeit einerseits und Werten des Lenkwinkels andererseits vor. In vorteilhafter Weise kann der zurückgelegte Pfad abschnittsweise berechnet werden; es können Abschnitte des zurückgelegten Pfads jeweils in Abhängigkeit von zwei benachbarten, d. h. zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden Wertepaaren berechnet werden. Bevorzugt werden die einzelnen Abschnitte des Pfads ausschließlich in Abhängigkeit von den jeweiligen benachbarten Wertepaaren berechnet. Durch das „Zerlegen” des zurückgelegten Pfades in einzelne Abschnitte kann dieser Pfad mit geringem technischen Aufwand ermittelt werden. Es brauchen nämlich lediglich die einzelnen Abschnitte berechnet werden, nämlich jeweils in Abhängigkeit von zwei Werten der Geschwindigkeit sowie von zwei zugeordneten Werten des Lenkwinkels. Eine derartige Berechnung des zurückgelegten Pfads ist außerdem besonders präzise. Es gilt nämlich die Beziehung, dass, je größer die Frequenz der Aufzeichnung der Werte der Geschwindigkeit und des Lenkwinkels ist, desto höher die Auflösung des ermittelten Pfads.
Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs kann also eine zeitliche Abfolge von Werten der Geschwindigkeit und zugeordneten Werten des Lenkwinkels aufgezeichnet werden. Jedem Wert der Geschwindigkeit ist somit ein Wert des Lenkwinkels zeitlich zugeordnet. Dies bedeutet, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Wert des Lenkwinkels und ein Wert der Geschwindigkeit erfasst werden. Wird ein neues Wertepaar aus einem neuen Wert der Geschwindigkeit und einem neuen Wert des Lenkwinkels aufgezeichnet, so kann ein neuer Abschnitt des zurückgelegten Pfads zwischen der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs einerseits und der vergangenen (letzten) Position des Kraftfahrzeugs andererseits berechnet werden, in welcher das letzte Wertepaar erfasst wurde. Im Rahmen der Berechnung des neuen Abschnittes wird diese vergangene Position des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die aktuelle Position bestimmt, und diese beiden Punkte werden miteinander verbunden, sodass ein neuer Abschnitt des zurückgelegten Pfads entsteht.
Prinzipiell können die Zeitabstände, in denen die Werte der Geschwindigkeit und des Lenkwinkels aufgezeichnet werden, beliebig sein Diese Zeitabstände können auch variieren, sodass die Werte in unregelmäßigen Zeitabständen erfasst werden. Wie bereits ausgeführt, erweist es sich jedoch als vorteilhaft, wenn diese Werte mit einer relativ hohen Frequenz aufgezeichnet werden. Dann kann der zurückgelegte Pfad nämlich mit einer besonders hohen Auflösung und somit auch besonders präzise ermittelt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Werte der Geschwindigkeit und des Lenkwinkels mit einer – insbesondere konstanten – Frequenz aufgezeichnet, die gleich der Frequenz der Bildaufnahme durch die Kamera ist. Mit jedem Einzelbild steht dann ein aktualisierter Pfad für die Beurteilung der Fahrsituation zur Verfügung, und der Fahrer kann besonders rasch und frühzeitig gewarnt werden.
Die Werte der Geschwindigkeit und des Lenkwinkels können beispielsweise in zeitlichen Abständen aus einem Wertebereich von 20 ms bis 40 ms aufgezeichnet werden, insbesondere in Zeitabständen von 33 ms (Zeitabstände zwischen den Einzelbildern der Kamera).
Der Rechenaufwand bei der Berechnung einzelner Abschnitte des Pfads kann dann auf ein Minimum reduziert werden, wenn die einzelnen Abschnitte als ringsegmentförmige Abschnitte, also Abschnitte eines Ringes, berechnet werden. Der jeweilige Radius kann in Abhängigkeit von den jeweiligen benachbarten Werten des Lenkwinkels bestimmt werden. Hier kann beispielsweise ein Mittelwert des Lenkwinkels aus den beiden aufeinander folgenden Werten des Lenkwinkels berechnet werden. Aus diesem Mittelwert des Lenkwinkels kann dann der jeweilige Radius und somit auch die Krümmung des Abschnittes berechnet werden. Die Position des Mittelpunktes – also des Zentrums – des Rings bezüglich des Kraftfahrzeugs kann in Abhängigkeit von bekannten Fahrzeugdaten – etwa einem Abstand zwischen der vorderen und der hinteren Fahrzeugachse sowie einem Abstand zwischen dem linken und dem rechten Rad derselben Achse – sowie in Abhängigkeit von dem Mittelwert des Lenkwinkels bestimmt werden. Es können prinzipiell beliebige Methoden angewandt werden, welche die Berechnung des Lenkradius aus dem Mittelwert des Lenkwinkels ermöglichen. Um den Rechenaufwand weiterhin zu reduzieren, können die Abschnitte in einer Ausführungsform – anstatt als ringförmige Segmente – auch als lineare Abschnitte bzw. Segmente berechnet werden. Hier kann die Richtung der linearen Abschnitte auf der Basis des Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs berechnet werden, während die Länge der linearen Abschnitte auf der Basis der Geschwindigkeit berechnet werden kann.
Ist der Radius und somit die Krümmung des einzelnen Abschnitts des Pfads bekannt, so braucht nun lediglich die Länge dieses Abschnitts berechnet zu werden. Für die Berechnung der Länge wird bevorzugt eine für diesen Abschnitt konstante Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs angenommen. Diese Geschwindigkeit kann als Mittelwert aus den Werten der Geschwindigkeit der benachbarten Wertepaare berechnet werden. Die Länge des jeweiligen Abschnitts kann somit ohne viel Rechenaufwand berechnet werden, nämlich auch unter Berücksichtigung des Zeitabstands, in welchem die beiden benachbarten Wertepaare aufgezeichnet wurden.
Bei der Ermittlung des zurückgelegten Pfads können auch Positionsdaten des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden, die mittels eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Beispielsweise können die Positionsdaten des Kraftfahrzeugs für die Berechnung des genannten Lenkradius bei der Ermittlung der Krümmung eines einzelnen Abschnitts des Pfades berücksichtigt werden. Durch die Berücksichtigung der Positionsdaten kann der zurückgelegte Pfad noch genauer ermittelt werden bzw. der Pfad kann mit den Positionsdaten des Kraftfahrzeugs plausibilisiert werden.
Neben der oben beschriebenen Funktion des Warnens des Fahrers vor Auffahrunfällen von hinten kann das Kamerasystem auch weitere Funktionen übernehmen: Beispielsweise kann anhand des Bildes mit dem projizierten Pfad ein das eigene Kraftfahrzeug überholendes anderes Fahrzeug erkannt werden. Ein im aufgenommenen Bild erkanntes anderes Fahrzeug kann als überholendes Fahrzeug dann eingestuft werden, wenn sich das erkannte Fahrzeug neben dem projizierten Pfad befindet und sich der Abstand zwischen den beiden Kraftfahrzeugen verringert. In diesem Falle kann eine Warnung bzw. eine Information ausgegeben werden, dass ein überholendes Fahrzeug erkannt wurde. Der Fahrer wird somit über dieses überholende Fahrzeug informiert, und das Risiko einer Kollision ist minimal.
Das Kamerasystem kann auch als ein Spurverlassenswarner verwendet werden. Anhand des aufgenommenen Bilds einschließlich des projizierten Pfads kann erkannt werden, dass das Kraftfahrzeug seine Fahrspur verlässt. Dies kann anhand des Verlaufs des zurückgelegten Pfads ohne viel Aufwand erkannt werden. Bei dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls auch die Information berücksichtigt werden, ob der Fahrer einen Blinker aktiviert hat oder nicht. Wird das Verlassen der Fahrspur ohne einen aktivierten Blinker erkannt, so kann der Fahrer gewarnt werden.
Es ist somit auch möglich, anhand des Bildes mit dem projizierten Pfad ein Überholmanöver des Kraftfahrzeugs zu detektieren. In diesem Falle weist der zurückgelegte Pfad nämlich ebenfalls einen spezifischen Verlauf auf.
Die Erfindung betrifft auch ein Kamerasystem für ein Kraftfahrzeug, nämlich zum Warnen eines Fahrers des Kraftfahrzeugs vor einer Kollisionsgefahr. Das Kamerasystem umfasst eine Kamera, welche zum Aufnehmen eines Bildes eines Umgebungsbereichs hinter dem Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Es sind Mittel bereitgestellt, welche zum Warnen des Fahrers auf der Basis des aufgenommenen Bildes dienen. Das Kamerasystem kann einen durch das Kraftfahrzeug zurückgelegten Pfad in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit und von einem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs ermitteln. Bei dem Kamerasystem wird der Pfad auf das aufgenommene Bild projiziert. Das Kamerasystem kann den Fahrer anhand des Bildes mit dem projizierten Pfad warnen.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug beinhaltet ein erfindungsgemäßes Kamerasystem.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kamerasystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einem Kamerasystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugs gemäß 1, wobei sich hinter dem Kraftfahrzeug ein weiteres Fahrzeug befindet;
3 ein beispielhaftes Bild eines Umgebungsbereichs hinter dem Kraftfahrzeug;
4 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf das Kraftfahrzeug, wobei die Bestimmung eines zurückgelegten Pfads gemäß einem Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird;
5 in abstrakter Darstellung zwei unterschiedliche Positionen des Kraftfahrzeugs, wobei die Berechnung eines einzelnen Abschnitts des Pfads näher erläutert wird;
6 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf das Kraftfahrzeug, wobei die Bestimmung des zurückgelegten Pfads näher erläutert wird; und
7 ein beispielhaftes Bild des Umgebungsbereichs hinter dem Kraftfahrzeug mit einem projizierten zurückgelegten Pfad des Kraftfahrzeugs
Ein in 1 dargestelltes Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 1 beinhaltet ein Kamerasystem 2, welches zum Warnen eines Fahrers des Kraftfahrzeugs 1 vor gefährlichen Fahrsituationen bzw. vor einer Kollisionsgefahr ausgebildet ist. Das Kamerasystem 2 umfasst eine optische Kamera 3, die zum Beispiel eine CMOS-Kamera oder eine CCD-Kamera ist. Die Kamera 3 ist eine optische Vorrichtung, die Licht im sichtbaren Spektralbereich detektieren und somit optische Bilder der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 erfassen kann. Die Kamera 3 ist im Heckbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet und in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten ausgerichtet. Die Kamera 3 kann zum Beispiel an einem hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 oder aber an einer Heckklappe angeordnet sein.
Die Kamera 3 erfasst Bilder eines Umgebungsbereichs 4 hinter dem Kraftfahrzeug 1. Die erfassten Bilder werden dann an eine Recheneinrichtung 5 des Kamerasystems 2 übermittelt, welche die aufgenommenen Bilder verarbeitet. Die Recheneinrichtung 5 empfängt auch Daten mit den jeweils augenblicklichen Werten einer Geschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs, wie auch eines momentanen Lenkwinkels O des Kraftfahrzeugs 1.
Diese Informationen kann die Recheneinrichtung 5 beispielsweise an einem Kommunikationsbus des Kraftfahrzeugs 1 abgreifen, etwa dem CAN-Bus. Die Recheneinrichtung 5 kann mit einer optischen Anzeigeeinrichtung 6 und/oder mit einer akustischen Ausgabeeinrichtung 7 und/oder mit einer haptischen Vorrichtung 8 elektrisch gekoppelt sein. Die Anzeigeeinrichtung 6 kann beispielsweise ein Display sein, welches im Sichtbereich des Fahrers angeordnet ist. Die haptische Vorrichtung 8 kann zum Beispiel ein Vibrationsaktuator sein, mittels welchem der Fahrer auf haptischem Wege gewarnt werden kann. Die akustische Ausgabeeinrichtung 7 kann ein Lautsprecher sein.
Optional kann die Recheneinrichtung 5 auch Positionsdaten P empfangen, welche mithilfe eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt werden. Diese Positionsdaten P charakterisieren die jeweils augenblickliche globale bzw. geographische Position des Kraftfahrzeugs 1.
Wie bereits ausgeführt, dient das Kamerasystem 2 zum Warnen des Fahrers vor gefährlichen Fahrsituationen, nämlich insbesondere vor Auffahrunfällen von hinten. In 2 ist eine Fahrsituation mit dem Kraftfahrzeug 1 dargestellt. Gezeigt ist eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugs 1 mit der daran angeordneten Kamera 3, welche den Umgebungsbereich 4 hinter dem Kraftfahrzeug 1 erfasst. Das Kraftfahrzeug 1 befindet sich auf einer Straße 9 und fährt vorwärts, nämlich gemäß der Pfeildarstellung 10. Hinter dem eigenen Kraftfahrzeug 1 befindet sich ein weiteres Fahrzeug 11, welches eine potentielle Gefahr für das Kraftfahrzeug 1 darstellt. Das weitere Fahrzeug 11 befindet sich im Erfassungsbereich der Kamera 3 und ist somit in den aufgenommenen Bildern abgebildet.
In 3 ist ein beispielhaftes Bild 12 dargestellt, wie es durch die Kamera 3 aufgenommen wird. Wie aus 3 hervorgeht, ist in dem Bild 12 das weitere Fahrzeug 11' abgebildet, das ebenfalls auf der Straße 9' gefahren wird. Eine besondere Herausforderung besteht nun darin, anhand der aufgenommenen Bilder 12 festzustellen, ob das weitere Fahrzeug 11 tatsächlich eine Gefahr für das eigene Kraftfahrzeug 1 darstellt oder nicht und ob der Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 tatsächlich vor einem Risiko eines Auffahrunfalls gewarnt werden soll oder nicht. Dazu wird im aufgenommenen Bild 12 nach einem gefährlichen Bereich gesucht, d. h. nach einem für die Warnung des Fahrers relevanten Bereich.
Um den genannten relevanten Bereich zu ermitteln, berechnet die Recheneinrichtung 5 zunächst einen durch das Kraftfahrzeug 1 zurückgelegten Pfad 13, wie er beispielhaft in
4 dargestellt ist. Der zurückgelegte Pfad 13 ist eine Trajektorie, entlang welcher das Kraftfahrzeug 1 gefahren wurde. Zum Berechnen des Pfads 13 erfasst die Recheneinrichtung 5 fortlaufend diskrete Werte der Geschwindigkeit v einerseits sowie des Lenkwinkels O andererseits. Es wird also eine zeitliche Sequenz von Wertepaaren aus Werten der Geschwindigkeit v einerseits und Werten des Lenkwinkels O andererseits aufgezeichnet. Die jeweiligen Wertepaare werden beispielsweise alle 33 ms erfasst, nämlich entsprechend der Frequenz der Bildaufnahme durch die Kamera 3. Jedem Wertepaar ist eine Position des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet. In 4 sind drei vergangene Positionen 14 des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt, wie auch eine aktuelle Position 15. In den vergangenen Positionen 14 wurde jeweils ein Wertepaar aus einem Wert der Geschwindigkeit v_–1, v_–2, ..., v_–n sowie einem Wert des Lenkwinkels Θ_–1, Θ_–2, ..., Θ_–n aufgezeichnet.
In 4 bezeichnet t die Zeitabstände, in denen die Wertepaare aufgezeichnet werden.
Für die Bestimmung des zurückgelegten Pfades 13 steht somit eine zeitliche Abfolge von Wertepaaren v, Θ zur Verfügung. Aus diesen Werten können nun vergangene Positionen 14 in Bezug auf die aktuelle Position 15 des Kraftfahrzeugs 1 berechnet werden. Dabei wird der Pfad 13 abschnittsweise berechnet, d. h. der Pfad 13 wird in eine Vielzahl von Abschnitten 13a, 13b, 13c unterteilt, die separat voneinander berechnet werden. Sind die vergangenen Positionen 14 in Bezug auf die aktuelle Position 15 bekannt, so können diese Positionen 14 zu einem vollständigen Pfad 13 zusammengefasst werden.
Bezugnehmend auf 5 wird nun die Bestimmung der vergangenen Position 14 des Kraftfahrzeugs 1 zu einem Zeitpunkt t_–1 in Bezug auf die aktuelle Position 15 zum aktuellen Zeitpunkt t₀ näher erläutert. Zum aktuellen Zeitpunkt t₀ wird das Wertepaar aus dem aktuellen Wert der Geschwindigkeit v₀ und dem aktuellen Wert des Lenkwinkels Θ₀ erfasst, während zum Zeitpunkt t_–1 das Wertepaar aus dem Wert der Geschwindigkeit v_–1 und dem Wert des Lenkwinkels Θ_–1 aufgezeichnet wurde. Der Abschnitt 13c des Pfads 13 wird als ringsegmentförmiger Abschnitt berechnet, wodurch der Rechenaufwand auf ein Minimum reduziert ist. Der ringförmige Abschnitt 13c ist durch seine Länge d₀ sowie durch einen Radius r₀ eindeutig definiert. Der Radius r₀ wird in Abhängigkeit von einem Mittelwert des Lenkwinkels Θ berechnet, welcher aus den beiden Werten Θ₀ und Θ_–1, berechnet wird. Aus dem Mittelwert des Lenkwinkels O kann der Radius r₀ berechnet werden, welcher dem Lenkradius des Kraftfahrzeugs 1 bei dem gegebenen Lenkwinkel entspricht. Dabei können auch weitere Fahrzeugparameter berücksichtigt werden, nämlich insbesondere ein Abstand zwischen den beiden Achsen sowie ein Abstand zwischen zwei Rädern derselben Achse. Methoden zur Berechnung des Lenkradius r₀ in Abhängigkeit vom Lenkwinkel O sind prinzipiell bekannt; es kann hier eine beliebige Methode angewandt werden.
Ist der Radius r₀ bekannt, so braucht lediglich noch die Länge d₀ des Abschnitts 13c berechnet zu werden. Diese Länge d₀ wird in Abhängigkeit von einem Mittelwert aus den Werten der Geschwindigkeit v₀ und v_–1 berechnet. Dieser Mittelwert kann auf einfache Weise mit dem zeitlichen Abstand t zwischen den beiden Positionen 14, 15 multipliziert werden.
Wie in 6 dargestellt ist, können auf diese Weise alle vergangenen Positionen 14 in Bezug auf die augenblickliche Position 15 des Kraftfahrzeugs 1 berechnet werden. In einem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs 1 bezeichnen:

– (x₀, y₀): die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 1; und
– (x_–1, y_–1), (x_–2, y_–2), (x_–n, y_–n): die vergangenen Positionen 14 des Kraftfahrzeugs 1 zu jeweiligen Zeitpunkten t_–1 bzw. t_–2 bzw. t_–n

Sind die vergangenen Positionen 14 im Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs 1 bekannt, so kann auch der gesamte Pfad 13 in das aufgezeichnete Bild 12 der Kamera 3 projiziert werden, wie dies in 6 anhand der Pfeildarstellung 16 angedeutet ist. In 6 ist auf der rechten Seite ein beispielhaftes Bild 12 der Kamera 3 dargestellt, nämlich mit dem projizierten zurückgelegten Pfad 13'. Bei dieser Projektion werden die Koordinatenwerte (x, y) der vergangenen Positionen 14 in Koordinatenwerte (u, z) des Bildes 12 umgerechnet, sodass der Pfad 13' realitätsgetreu überlagert wird. Dabei wird die Position der Kamera 3 am Kraftfahrzeug 1 berücksichtigt.
In 7 ist ein beispielhaftes Bild 12 dargestellt, wie es mit der Kamera 3 erfasst wurde. Abgebildet ist das andere Fahrzeug 11', wie auch der zurückgelegte Pfad 13' des Kraftfahrzeugs 1, der nun auf das Bild 12 projiziert wird. In Abhängigkeit von dem projizierten Pfades 13' wird nun der oben genannte Bereich bestimmt, der für die Warnung des Fahrers relevant ist. Dieser Bereich erstreckt sich parallel entlang des projizierten Pfades 13' und ist durch zwei Begrenzungslinien 18, 19 seitlich begrenzt. Der relevante Bereich besitzt dabei eine derartige Breite 17, welche zumindest der Breite des Kraftfahrzeugs 1 im Bild entspricht und beispielsweise ein wenig größer als die Breite des Kraftfahrzeugs 1 ist. Der tatsächliche zurückgelegte Pfad 13' befindet sich dabei mittig zwischen den beiden Begrenzungslinien 18, 19, welche entsprechend der Breite 17 zueinander beabstandet sind. Der Bereich zwischen den Begrenzungslinien 18, 19, also der Bereich innerhalb der Breite 17, definiert somit den oben genannten relevanten Bereich bzw. gefährlichen Bereich, welcher für die Warnung des Fahrers relevant ist. Die Recheneinrichtung 5 überprüft nun, ob sich das andere Kraftfahrzeug 11' in diesem relevanten Bereich befindet oder nicht. Die Warnung kann dann ausgegeben werden, wenn sich das Kraftfahrzeug 11' innerhalb dieses Bereichs – also innerhalb der Breite 17 – befindet und der Abstand zwischen den beiden Kraftfahrzeugen 1, 11 kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist.
Also dient das Kamerasystem 2 zum Warnen des Fahrers vor Auffahrunfällen von hinten. Das Kamerasystem 2 kann jedoch auch für weitere Funktionen verwendet werden: Beispielsweise können Überholmanöver des eigenen Kraftfahrzeugs 1 und/oder überholende Fahrzeuge erkannt werden. Ergänzend oder alternativ kann mithilfe des Kamerasystems 2 ein Verlassen einer Fahrspur durch das Kraftfahrzeug 1 detektiert werden, nämlich anhand des Bilds 12 mit dem projizierten Pfad 13.

Claims

Verfahren zum Warnen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs (1) vor einer Kollisionsgefahr mithilfe eines Kamerasystems (2) des Kraftfahrzeugs (1) durch – Aufnehmen eines Bildes (12) eines Umgebungsbereichs (4) hinter dem Kraftfahrzeug (1) mittels einer Kamera (3) des Kamerasystems (2) und – Warnen des Fahrers auf der Basis des aufgenommenen Bildes (12), gekennzeichnet durch – Ermitteln eines durch das Kraftfahrzeug (1) zurückgelegten Pfades (13) in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit (v) und von einem Lenkwinkel (Θ) des Kraftfahrzeugs (1), – Projizieren des Pfades (13) auf das aufgenommene Bild (12) und – Warnen des Fahrers anhand des Bildes (12) mit dem projizierten Pfad (13').
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – Erkennen eines fahrzeugexternen Objektes (11), insbesondere eines benachbarten Fahrzeugs, in dem Bild (12) und – Warnen des Fahrers in Abhängigkeit von einer relativen Position des Objektes (11) in Bezug auf den Pfad (13') im Bild (12).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des projizierten Pfades (13') im Bild (12) ein für das Warnen relevanter Bereich (18, 19) mit einer solchen Breite (17) definiert wird, die zumindest einer Breite des Kraftfahrzeugs (1) im Bild (12) entspricht, und das Warnen des Fahrers dann erfolgt, wenn sich das Objekt (11) innerhalb des relevanten Bereichs (18, 19) befindet und ein Abstand des Objektes (11) zum Kraftfahrzeug (1) unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warnen des Fahrers beinhaltet: – Ausgeben eines akustischen Warnsignals und/oder – Ansteuern einer haptischen Vorrichtung (8) und/oder – Anzeigen des Bildes (12) mit dem projizierten Pfad (13') auf einer optischen Anzeigeeinrichtung (6).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns des zurückgelegten Pfades (13) folgende Schritte umfasst: – Aufzeichnen von Werten der Geschwindigkeit (v) sowie zugeordneten Werten des Lenkwinkels (Θ) des Kraftfahrzeugs (1) in vorbestimmten Zeitabständen (t), so dass eine zeitliche Sequenz von Wertepaaren (v, Θ) aus Werten der Geschwindigkeit (v) einerseits und Werten des Lenkwinkels (Θ) andererseits vorliegt und – Berechnen des zurückgelegten Pfades (13) abschnittsweise jeweils, insbesondere ausschließlich, in Abhängigkeit von zwei benachbarten Wertepaaren (v, Θ).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Geschwindigkeit (v) und des Lenkwinkels (Θ) mit einer Frequenz aufgezeichnet werden, die gleich einer Frequenz der Bildaufnahme der Kamera (3) ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Abschnitte (13a, 13b, 13c) des Pfades (13) als ringsegmentförmige Abschnitte berechnet werden, deren jeweiliger Radius (r) in Abhängigkeit von den Werten des Lenkwinkels der benachbarten Wertepaare (v, Θ) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung einer Länge (d) eines einzelnen Abschnitts (13a, 13b, 13c) eine für diesen Abschnitt (13a, 13b, 13c) konstante Geschwindigkeit (v) des Kraftfahrzeugs (1) angenommen wird, welche als Mittelwert aus den Werten der Geschwindigkeit (v) der benachbarten Wertepaare (v, Θ) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des zurückgelegten Pfades (13) auch unter Berücksichtigung von mittels eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs (1) bereitgestellten Positionsdaten (P) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Bildes (12) mit dem projizierten Pfad (13') ein das Kraftfahrzeug (1) überholendes benachbartes Fahrzeug erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Bildes (12) mit dem projizierten Pfad (13') erkannt wird, dass das Kraftfahrzeug (1) eine Fahrspur verlässt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Bildes (12) mit dem projizierten Pfad (13) ein Überholmanöver des Kraftfahrzeugs (1) detektiert wird.
Kamerasystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1), zum Warnen eines Fahrers des Kraftfahrzeugs (1) vor einer Kollisionsgefahr, mit: – einer Kamera (3) zum Aufnehmen eines Bildes (12) eines Umgebungsbereichs (4) hinter dem Kraftfahrzeug (1) und – Mitteln (5) zum Warnen des Fahrers auf der Basis des aufgenommenen Bildes (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (2) dazu ausgelegt ist, – einen durch das Kraftfahrzeug (1) zurückgelegten Pfad (13) in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit (v) und von einem Lenkwinkel (Θ) des Kraftfahrzeugs (1) zu ermitteln, – den Pfad (13) auf das aufgenommene Bild (12) zu projizieren und – den Fahrer anhand des Bildes (12) mit dem projizierten Pfad (13') zu warnen.
Kraftfahrzeug (1) mit einem Kamerasystem (2) nach Anspruch 13.