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Die Erfindung betrifft ein Kamerabasiertes Fahrerassistenzsystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
JP 2007 064 888 A ist ein Zustandsdetektor für eine Fahrbahnoberfläche bekannt, welcher mit einer Polarisationsvorrichtung ausgebildet ist, deren Polarisationsebene zwischen einer horizontalen Richtung und einer vertikalen Richtung schaltbar ist. Mittels einer Kamera werden die von der Polarisationsvorrichtung horizontal und vertikal polarisierten Bilder detektiert, die von einer Auswerteeinheit zur Bestimmung einer nassen oder trockenen Fahrbahnoberfläche ausgewertet werden.
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Des Weiteren ist ein Wasserflächendetektor in der
DE 10 2010 020 537 A1 beschrieben, welcher zur Erzeugung von Bilddaten derselben Szene mit zwei Bildsensoren ausgebildet ist, denen jeweils Polarisationsfilter mit senkrecht aufeinander stehenden Polarisationsebenen zugeordnet sind. Als Optik dient ein Objektiv, dem ein polarisierender Strahlteiler zugeordnet ist, so dass die von diesem Strahlteiler erzeugten Strahlen senkrecht linear aufeinander polarisiert werden.
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Ein solcher Zustandsdetektor oder Wasserflächendetektor kann mittels einer Kamera eines Fahrerassistenzsystems nicht realisiert werden, da die mit dem Polarisationsfilter gefilterten Bilddaten nur eine ungenaue Szenenkonstruktion bzw. eine unzureichende Objektdetektion erreicht wird.
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Ferner ist auch aus der
DE 10 2011 051 583 A1 eine einen Bildsensor aufweisende Monokamera zur Detektion von Nässe auf einer Fahrbahn bekannt. In zumindest einem ersten Teilbereich vor dem Bildsensor der Monokamera ist ein erster Polarisationsfilter und in zumindest einem zweiten Teilbereich ein weiter Polarisationsfilter angeordnet, die unterschiedliche Polarisationsrichtungen aufweisen. Mittels einer Auswerteeinheit wird durch Vergleich der Intensitäten der unterschiedlich polarisierten Teilbereiche des Bildsensors polarisiertes Licht detektiert und auf das Vorhandensein einer nassen Fahrbahn geschlossen, da die unterschiedlichen Intensitäten das Resultat der unterschiedlichen Reflexion der unterschiedlich polarisierten Anteile des Lichts auf der nassen Fahrbahn sind. So wird parallel polarisiertes Licht stärker transmittiert, während senkrecht polarisiertes Licht stärker auf der nassen Fläche reflektiert wird und somit in höherem Maße vom Bildsensor detektiert werden kann.
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Auch eine solche Monokamera gemäß der
DE 10 2011 051 583 A1 ist für den Einsatz in einem Fahrerassistenzsystem hinsichtlich einer robusten Objekterkennung unzureichend geeignet.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2012 018 121 A1 eine gattungsbildende Bilderfassungsvorrichtung zum Erfassen der Umgebung eines Fahrzeugs mittels einer zwei Bildsensoren umfassenden Stereokamera bekannt, bei der einem der beiden Bildsensoren ein Polarisationsfilter zugeordnet ist, welches zwischen einer Gebrauchsstellung, in der das Polarisationsfilter im Erfassungsbereich des einen Bildsensors angeordnet ist, und einer Nichtgebrauchsstellung, in der das Polarisationsfilter außerhalb des Erfassungsbereichs des einen Bildsensors angeordnet ist, verstellbar ist. Zum einen wird in dieser
DE 10 2012 018 121 A1 angegeben, dass mittels eines solchen Polarisationsfilters unerwünschtes und bspw. von einer nassen Fahrbahn und/oder von einer Windschutzscheibe reflektiertes Licht absorbiert werden soll, um dadurch die 3D-Szenenkonstruktion zu verbessern, und zum anderen soll eine Detektion von Wasser auf der Fahrbahn oder eine Detektion von Sonneneinfluss realisiert werden.
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Eine solche Stereokamera mit einem verschwenkbaren Polarisationsfilter erfordert einen aufwändigen Verstellmechanismus und führt daher zu hohen Herstellungskosten der Stereokamera.
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Des Weiteren ist aus der
JP 000H02161337 A eine Straßenzustandsüberwachungsvorrichtung mit einer einen Polarisator aufweisenden Kamera für ein Fahrzeug bekannt, wobei diese Kamera mit einem Winkel von ca. 53° auf eine Fahrbahnoberfläche gerichtet ist. Der Polarisator kann zwischen einer Position mit einer vertikalen Polarisationsebene und einer horizontalen Polarisationsebene verdreht werden, wobei in jeder dieser beiden Positionen ein Bild der Fahrbahnoberfläche erzeugt und in einem Bildspeicher abgelegt werden. Nach einer Digitalisierung der Bilddaten und Differenzbildung werden die Daten einem Mikroprozessor zugeführt.
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Der Vollständigkeit halber wird auf die
DE 10 2010 023 856 A1 verwiesen, die einen Sensor zur Oberflächendetektion einer Fahrbahn für ein Fahrzeug beschreibt. Dieser Sensor umfasst eine Lichtquelleneinheit, einen ersten Detektor zum Erfassen von diffus reflektiertem Licht und einen zweiten Detektor zum Erfassen von reflektiertem Licht. Das an dem zweiten Detektor erfasste reflektierte Licht kann spiegelnd reflektiertes Licht und diffus reflektiertes Licht umfassen. Es sind zumindest zwei Polarisatoren vorgesehen, wobei ein erster Polarisator mit einer ersten Polarisationsrichtung dem ersten Detektor zugeordnet ist. Der Lichtquelleneinheit ist ein Lichtquellenpolarisator und/oder dem zweiten Detektor ein zweiter Polarisator zugeordnet, deren Polarisationsrichtungen senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung des ersten Polarisators ausgerichtet sind. Das an der Fahrbahnoberfläche diffus und spiegelnd reflektierte Licht wird über eine gemeinsame Fokussiereinrichtung mit einer optischen Achse fokussiert und mit einem Strahlteiler auf den ersten Detektor und auf den zweiten Detektor aufgeteilt. Eine optische Achse des von der Lichtquelleneinheit ausgesendeten Lichts bzw. Lichtstrahls ist mit der optischen Achse der Fokussiereinrichtung zumindest teilweise überlagert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein kamerabasiertes Fahrerassistenzsystem mit einer Kamera anzugeben, mit welcher der Zustand einer Fahrbahnoberfläche hinsichtlich Nässe bzw. Feuchtigkeit und Eis mit hoher Sicherheit und Robustheit detektiert werden kann, ohne jedoch die Leistungsfähigkeit hinsichtlich einer Szenenkonstruktion und einer Objektdetektion einzuschränken.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein kamerabasiertes Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Das kamerabasierte Fahrerassistenzsystem mit einer einen ersten und zweiten Bildsensor aufweisenden Stereokamera zur Erzeugung von Bilddaten der Fahrzeugumgebung, bei welchem die Bilddaten von einer Bildauswerteeinheit ausgewertet werden und dem ersten Bildsensor ein Polarisationsfilter vorgeschaltet ist, welcher horizontal polarisiertes Licht transmittieren lässt, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Bildauswerteeinheit ausgebildet ist, die Intensitäten der gleichzeitig von dem ersten und zweiten Bildsensor erzeugten Frames von Bilddaten zu vergleichen und in Abhängigkeit des Verhältnisses der Intensitäten den Oberflächenzustand der von der Stereokamera aufgenommenen Fahrbahn anzuzeigen.
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Bei diesem erfindungsgemäßen kamerabasierte Fahrerassistenzsystem, welches den Polarisationszustand des an der Fahrbahnoberfläche reflektierten Lichtes zur Detektion von Nässe und Eis nutzt, wird lediglich ein Polarisationsfilter mit waagerechter Polarisationsebene statisch in eine einzige Stereokamera eingebaut, ohne jedoch die für eine Objekterkennung und Szenenkonstruktion erforderliche Funktion einzuschränken, da trotz unterschiedlicher Intensitäten der Bilddaten der beiden Bildsensoren eine Disparitätskarte der aufgenommenen Fahrzeugumgebung erstellt werden kann und der zweite Bildsensor nicht polarisierte Rohdaten zur Durchführung einer Objekterkennung liefert.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Polarisationsfilter mit waagerechter Polarisationsebene statisch in die Stereokamera eingebaut.
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Das erfindungsgemäße kamerabasierte Fahrerassistenzsystem ist geeignet zur Detektion des Oberflächenzustandes der Fahrbahn hinsichtlich Nässe und/oder Feuchtigkeit und/oder Eis, so dass diese Zustände dem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt oder bei der Ausführung der Funktionen des Fahrerassistenzsystems berücksichtigt werden können.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte 1 näher erläutert.
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Diese 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems mit einer Stereokamera gemäß der Erfindung.
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Das Fahrerassistenzsystem 10 gemäß 1 für ein Fahrzeug (in der 1 nicht dargestellt) umfasst eine Stereokamera 1, eine Bildauswerteeinheit 2, eine Steuereinheit 3 zur Steuerung von Fahrerassistenzfunktionen über entsprechende Aktuatoren 4 sowie eine Anzeigeeinheit 5.
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Die Stereokamera 1 umfasst einen ersten Bildsensor 1.1 und einen zweiten Bildsensor 1.2, denen jeweils ein Objektiv 1.11 bzw. 1.21 zugeordnet ist. Mit dem Bezugszeichen L ist das an einer Fahrbahnoberfläche in die beiden Objektive 1.11 und 1.21 reflektierte Licht bezeichnet. Ferner ist zwischen dem zweiten Bildsensor 1.2 und dem diesen zugeordneten Objektiv 1.21 ein Polarisationsfilter P1 mit einer auf die x-y-Ebene des Fahrzeugs bezogene waagerechte Polarisationsebene angeordnet.
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Eine nasse und eine trockene Fahrbahnoberfläche ist durch Vergleich der Werte der Intensitäten der von den beiden Bildsensoren 1.1 und 1.2 aufgenommenen Bildern unterscheidbar, wobei für den Vergleich zeitgleich aufgenommenen Frames der Bilder verwendet werden. Für die von der Stereokamera 1 aufgenommenen Bildern wird idealerweise eine normalisierte Intensität von I = 1 angenommen.
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Die Auswertung der unterschiedlichen Intensitäten der zeitgleich aufgenommenen Bildframes wird anhand der nachfolgenden Tabelle 1 erläutert.
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Die erste Spalte der Tab. 1 gibt den Zustand der Fahrbahnoberfläche an, die zweite Spalte gibt den Zustand des einfallenden Lichtes L an, die dritte Spalte zeigt die waagerechte Polarisationsebene des Polarisationsfilters P1, die dritte und die vierte Spalte gibt die Intensität I1 bzw. I2 des mit dem ersten Bildsensor 1.1 bzw. dem zweiten Bildsensor 1.2 gleichzeitig aufgenommenen Bildframes und in der fünften und letzten Spalte ist das Intensitätsverhältnis I1/I2 der beiden von dem ersten und zweiten Bildsensor 1.1 bzw. 1.2 aufgenommenen Bildframes eingetragen.
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Bei einer trockenen Fahrbahnoberfläche ist das in die Stereokamera 1 reflektierte Licht L unpolarisiert, so dass aufgrund des Polarisationsfilters P1 nur der waagerecht polarisierte Anteil des einfallenden Lichts L auf den zweiten Bildsensor 1.2 fällt, so dass der Wert der Intensität I2 idealerweise nur den Wert 1/2 des normalisierte Wertes I = 1 beträgt, während von dem ersten Bildsensor 1.1 das Licht L ungefiltert, also unpolarisiert detektiert wird und daher idealerweise den Wert I1 = 1 aufweist. Somit ist das von dem zweiten Bildsensor 1.2 empfangene Bild wesentlich dunkler als jenes vom ersten Bildsensor 1.1.
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Die Auswertung des Verhältnisses der Intensitäten I1 und I2 durch die Auswerteeinheit 2 führt dazu, dass die Fahrbahnoberfläche als trocken bewertet wird.
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Bei einer nassen Fahrbahnoberfläche ist das auf die Stereokamera 1 reflektierte Licht L senkrecht zur Straßenoberfläche polarisiert und wird daher von dem Polarisationsfilter P1 im Wesentlichen ungefiltert durchgelassen. Die Intensitäten I1 und I2 zeigen daher im Wesentlichen das gleiche Niveau und weisen idealerweise entsprechend der Tab. 1 die Werte 1 auf, so dass im Wesentlichen auch keine Differenz zwischen den Intensitäten der zum gleichen Zeitpunkt aufgenommenen Bildframes des ersten und zweiten Bildsensors 1.1 und 1.2 detektiert wird und daher das Intensitätsverhältnis I1/I2 gemäß Tab. 1 den Wert 1 aufweist.
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Wird durch die Auswerteeinheit 2 im Wesentlichen keine Differenz zwischen den Intensitäten I1 und I2 detektiert, wird die Fahrbahnoberfläche als nass oder mit Eis bedeckt bewertet. Diese Information wird über die Steuereinheit 3 zum einen der Anzeigeeinheit 5 zur Information an den Fahrer zugeführt und zum anderen wird diese Information aufgrund des verringerten Reibwertes bei Bremsvorgängen im Rahmen der Durchführung von Fahrerassistenzfunktionen von der Steuereinheit 3 berücksichtigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stereokamera, Monokamera
- 1.1
- Bildsensor
- 1.11
- Objektiv
- 1.2
- Bildsensor
- 1.21
- Objektiv
- 2
- Auswerteeinheit
- 3
- Steuereinheit
- 4
- Aktuatoren eines Fahrzeugs
- 5
- Anzeigeeinheit
- 10
- Fahrerassistenzsystem
- L
- Licht, Lichtstrahl
- P1
- Polarisationsfilter
