DE102018000281A1 - Vorrichtung zum Erfassen von Objekten - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Objekten (2) in der Umgebung eines Fahrzeugs (1) mit wenigstens einer optischen Erfassungseinheit (3) und Mikrofonen. Erfindungsgemäß sind die Mikrofone als wenigstens ein Stereomikrofon (5) ausgebildet. Ergänzend zu den optisch erfassten Daten werden die Daten des Stereomikrofons (5) dahingehend ausgewertet, dass über eine Phasendifferenz und/oder Gruppenlaufzeitdifferenz der erfassten Signale der beiden einzelnen Mikrofone des Stereomikrofons(5) oder von wenigstens zwei Stereomikrophonen (5) die Richtung der Schallquelle bestimmt wird. Die erfassten Daten können klassifiziert werden, um aus der Klassifikation die Art des erfassten Objekts zu bestimmen oder zumindest einzuschränken.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch
1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von Objekten nach der im Oberbegriff von Anspruch2 näher definierten Art. - Den gattungsgemäßen Stand der Technik bildet die
DE 10 2016 006 802 A1 . Anhand eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Erfassen eines Einsatzfahrzeugs bzw. eines von dem Einsatzfahrzeug ausgehenden Sondersignals ist hier eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs beschrieben. Die dortige Vorrichtung umfasst eine 360°-Kamera sowie ein Rundum-Mikrofon oder mehrere Richtmikrofone. Die Idee hinter dem Einsatz einer solchen Vorrichtung ist das Erfassen von optischen Bildern einerseits und akustischen Signalen andererseits. Die optischen Bilder und die akustischen Signale werden dabei hinsichtlich ihrer Richtung ausgewertet, indem bei den Mikrofonen die Richtung der höchsten Amplitude ermittelt wird und bei der 360°-Kamera die Richtung eines optisches Sondersignal eines Einsatzfahrzeugs, insbesondere ein Blaulicht. - Insbesondere die Auswertung des akustischen Signals ist dabei relativ komplex und ungenau, sodass die Vorrichtung und das Verfahren sich fast ausschließlich für den beschriebenen Einsatzzweck zur Detektion von sehr lauten und auffälligen Sondersignalen von Einsatzfahrzeugen eignen.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche
1 und2 dahingehend zu verbessern, dass ein größeres Einsatzspektrum ermöglicht wird. - Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch
1 , und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs1 gelöst. Ferner löst ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch2 , und hier insbesondere mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs2 die Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Verfahrensansprüchen. - Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs umfasst wenigstens eine optische Erfassungseinheit und Mikrofone. Die optische Erfassungseinheit erfasst ein 360°-Umfeld mit einer oder mehreren Kameras. Bei der Vorrichtung ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Mikrofone als wenigstens ein Stereomikrofon ausgebildet sind. Insbesondere können mehrere Stereomikrofone, also jeweils Paare von Mikrofonen in definiertem Abstand und/oder definierter Anordnung zueinander Verwendung finden. Über ein solches Stereomikrofon als Paar von Einzelmikrofonen lässt sich dabei aus der Phasendifferenz der beiden über die einzelnen Mikrofone des Stereomikrofons erfassten Schallwellen die Richtung der Schallquelle ermitteln. Dies ist effizient und zuverlässig, sodass, insbesondere in einer Sensorfusion zwischen dem wenigstens einen Stereomikrofon und der optischen Erfassungseinheit eine sehr zuverlässige Erfassung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs möglich wird.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dementsprechend vorgesehen, dass die erfassten Daten des wenigstens einen Stereomikrofons bezüglich der Richtung der Schallquelle vom Stereomikrofon aus ausgewertet werden, wozu die Phasendifferenz der über die einzelnen Mikrofone des Stereomikrofons erfassten Signale und/oder der Differenz der Gruppenlaufzeiten der beiden Einzelmikrofone jedes Stereomikrofons oder auch zwischen den einzelnen Stereomikrophonen genutzt wird. Somit lässt sich über das erfindungsgemäße Verfahren eine vom Stereomikrofon aus gesehene Richtung einer Schallquelle sehr zuverlässig erfassen. Schon die Nutzung der Phasesdifferenz alleine um die Richtung der Schallquelle zu ermitteln ist recht effizient. Sie stößt nur dann an ihre Grenzen, wenn die Frequenzen sehr hoch werden, sodass die Wellenlänge der Schallsignale in den Bereich des Abstandes der Einzelmikrophone kommt oder sogar kleiner als diese wird. Speziell für diesen Fall bietet sich dann die Auswertung der Differenz von Gruppenlaufzeiten an. Diese kann sowohl anhand der Signale der Einzelmikrophone des Stereomikrophons erfolgen als auch anhand der Signale von mehreren Stereomikrophonen. Dieses Wissen kann dann beispielsweise einem Assistenzsystems eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden, welches auf die Schallquelle entsprechend reagieren kann.
- Ein günstige Weiterbildung der Idee sieht es dabei vor, dass, ergänzend zu der Phasendifferenz und/oder der Gruppenlaufzeitdifferenz, Amplitudendifferenzen zwischen den erfassten Signalen ausgewertet werden, um die Richtungsbestimmung weiter zu verbessern.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei vorgesehen, dass die über die erfassten Daten akustisch ermittelten Objekthypothesen klassifiziert werden, um somit die Art der akustisch erfassten Objekte weiter einschränken zu können. Die akustisch erfassten Daten ermöglichen über das Stereomikrofon eine räumliche Zuordnung, sodass die Richtung, aus welcher die akustischen Daten erfasst worden sind, bekannt ist. Zusätzlich kann die ermittelte Objekthypothese anhand der erfassten Geräusche klassifiziert werden, um beispielsweise Gruppen von Fußgängern durch das Erkennen von Sprache zu identifizieren oder dergleichen. Verschiedene Objekthypothesen haben dementsprechend verschiedene Geräusche, beispielsweise Sprache, das Hupen eines Fahrzeugs, das Klingeln eines Zweirads oder Ähnliches. Über eine Klassifikation kann somit neben der reinen Erfassung der Richtung auch die Art des erfassten Objekts weiter eingeschränkt werden. Im Idealfall lässt sich die Einschränkung so weit vornehmen, dass das Objekt, beispielsweise sprechende Fußgänger, unmittelbar erkannt werden kann.
- Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt diese Klassifikation dabei mittels neuronaler Netzwerke, welche die charakteristischen Geräusche klassifizieren. Der Einsatz eines neuronalen Netzwerks mit hoher Güte kann die Klassifikation optimieren, um so mit hoher Sicherheit das hinter der ermittelten Objekthypothese steckende Objekt zu identifizieren.
- Insbesondere in Kombination mit der Bilderfassung über die optische Erfassungseinheit lassen sich so qualitativ sehr hochwertige Daten generieren, sodass es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen ist, eine Fusion der Daten des Stereomikrofons mit den Daten der optischen Erfassungseinheit vorzunehmen. Insbesondere Gruppen von Fußgängern, welche durch eine Spracherkennung als solche identifiziert worden sind, sind durch das geführte Gespräch häufig vom Verkehrsgeschehen abgelenkt. Gleichzeitig sind Gruppen von Fußgängern über eine Bilderkennung nur schwer als solche zu erkennen, weil mehrere dicht beieinander gehende Fußgänger, welche im schlimmsten Fall noch Kleidung in vergleichbaren Farben tragen, nur schwer als einzelne Personen zu erkennen sind. Eine Fusion der Daten der optischen Erfassungseinheit einerseits und der Stereomikrofone andererseits ermöglicht aber auch hier eine zuverlässige Erfassung, was einen entscheidenden Sicherheitsgewinn für die die Daten nutzenden Assistenzsysteme darstellt. In letzter Konsequenz kann das Fahrzeug mit der Vorrichtung bzw. dem Verfahren beispielsweise auf schreiende Personen bzw. Fußgänger reagieren, indem die Assistenzsysteme des Fahrzeugs eine Notbremsung und/oder ein Ausweichmanöver einleiten. Vergleichbares gilt beispielsweise für ein hupendes Fahrzeug, ein klingelndes Fahrrad oder Ähnliches.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens ergeben sich außerdem aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.
- Die einzige beigefügte Figur zeigt dabei ein Szenario mit einem Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem exemplarischen Fall.
- In der Darstellung der Figur ist ein Fahrzeug
1 angedeutet, welches beispielsweise in Richtung einer Fußgängergruppe2 fährt. Diese besteht aus mehreren einzelnen Personen, welche sich angeregt miteinander unterhalten und beispielsweise aufgrund dieser Unterhaltung nicht in der eigentlichen gewünschten Art und Weise auf den Straßenverkehr achten. Die einzelnen Personen der Fußgängergruppe2 stehen dabei sehr dicht beieinander, sodass die Fußgängergruppe2 durch die sich teilweise überlappenden Konturen der einzelnen Personen für eine Kamera3 des Fahrzeugs1 nur sehr schwer als Personen erkannt werden können. - Die Kamera
3 , welche beispielsweise als Surround-View-Kamera ausgebildet sein kann, kann die gesamte Umgebung des Fahrzeugs erfassen, wobei in der Darstellung der Figur lediglich der in Fahrtrichtung F vor dem Fahrzeug liegende Bereich eingezeichnet ist. - Über ein Bildverarbeitungssystem werden die Bilder der Kamera entsprechend aufbereitet und einem Auswerte- und Steuerungssystem
4 zugeleitet, welches die Daten beispielsweise an hier nicht dargestellte Assistenzsysteme des Fahrzeugs1 , wie beispielsweise Systeme zum zumindest teilweise autonomen Fahren, einem Notbremsassistenten oder dgl., weitergibt. Das Fahrzeug1 weist ergänzend zu der Kamera3 wenigstens ein Stereomikrofon5 auf. Im Idealfall befinden sich um das Fahrzeug1 herum verteilt mehrere Stereomikrofone5 , um in alle Richtungen von dem Fahrzeug1 aus gesehen die Umgebung sowohl optisch über die Kamera3 als auch akustisch über das Stereomikrofon5 erfassen zu können. Vereinfachend ist in der Figur nur ein Stereomikrofon5 eingezeichnet. - In der Praxis ist es nun so, dass, wie bereits angesprochen, die Personen der Fußgängergruppe
2 sich aufgrund der überwiegend überlappenden Konturen der einzelnen Personen dieser Fußgängergruppe2 über die Kamera3 nur sehr schwer erkennen lassen. Über das Stereomikrofon5 können nun zusätzlich die von den Personen in der Fußgängergruppe2 geführten Gespräche erfasst werden. Durch die Stereomikrofonie lässt sich über eine Auswertung der Phasendifferenz der beiden Einzelmikrofone jedes Stereomikrofons5 und/oder der Differenz der Gruppenlaufzeiten der beiden Einzelmikrofone jedes Stereomikrofons5 oder auch zwischen den einzelnen Stereomikrophonen5 die Richtung erfassen, in welcher die Schallquelle für die erfassten akustischen Signale liegt. Ergänzend dazu können auch Amplitudendifferenzen zwischen den erfassten Signalen ausgewertet werden, um die Richtungsbestimmung zu verbessern oder zu verifizieren. - Die hinsichtlich der Richtung erfassten Daten erlauben es ferner anhand der erfassten Geräusche eine akustisch ermittelte Objekthypothese aufzustellen. Dazu werden die aufgenommenen Geräusche entsprechend klassifiziert, und zwar vorzugsweise über ein neuronales Netzwerk hoher Güte. Damit lässt sich anhand der Klassifikation der Geräusche die mögliche Art des Objekts weiter einschränken. Im Idealfall kann beispielsweise durch Gespräche von wenigstens zwei Personen das Objekt erkannt werden, in diesem Fall beispielsweise als Fußgängergruppe
2 , in welcher die Personen Gespräche miteinander führen. - Ergänzend zu den Daten der Kamera
3 lässt sich nun in dem Auswerte- und Steuerungssystem4 durch die Fusion der Daten der Kamera und des Stereomikrofons5 , bzw. der Daten des Stereomikrofons5 nach der erfolgten Klassifikation, mit hoher Sicherheit sagen, dass in der Richtung in Fahrtrichtung F vor dem Fahrzeug1 ein Objekt erkannt worden ist, bei welchem es sich um eine Fußgängergruppe2 mit mehreren miteinander redenden Personen handelt. Das Auswerte- und Steuerungssystem4 des Fahrzeugs1 kann nun dieses Objekt zuverlässig klassifizieren und somit eine geeignete Reaktion durch die Assistenzsysteme des Fahrzeugs1 ermöglichen. So muss beispielsweise davon ausgegangen werden, dass durch die Gespräche die Aufmerksamkeit der einzelnen Personen der Fußgängergruppe2 für den Verkehr gegebenenfalls gemindert ist, sodass der Fußgängergruppe2 mit erhöhter Vorsicht zu begegnen ist. In letzter Konsequenz lässt sich so beispielsweise auch auf eine aufschreiende Person, ein Hupen des Fahrzeugs oder dgl. reagieren, indem über die Assistenzsysteme eine Notbremsung, ein Ausweichmanöver oder Ähnliches eingeleitet wird, das letztlich dazu helfen kann, einen Unfall zu vermeiden und damit die Verkehrssicherheit eines mit der Vorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs1 deutlich erhöht. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016006802 A1 [0002]
Claims (6)
- Vorrichtung zum Erfassen von Objekten (2) in der Umgebung eines Fahrzeugs (1) mit wenigstens einer optischen Erfassungseinheit und Mikrofonen, wobei die optische Erfassungseinheit ein 360°-Umfeld mit einer oder mehreren Kameras (3) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone als wenigstens ein Stereomikrofon (5) ausgebildet sind.
- Verfahren zum Erfassen von Objekten (2) in der Umgebung eines Fahrzeugs (1) mittels einer Vorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Daten des wenigstens einen Stereomikrofons (5) bezüglich der Richtung der Schallquelle vom Stereomikrofon (5) aus ausgewertet werden, wozu die Phasendifferenz der beiden über die einzelnen Mikrofone des Stereomikrofons (5) erfassten Signalen und/oder die Differenz von Gruppenlaufzeiten zwischen den erfassten Signalen der einzelnen Mikrofone des Stereomikrofons (5) oder von wenigstens zwei Stereomikrophonen (5) genutzt wird. - Verfahren nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass ferner die Amplitudendifferenzen zwischen den erfassten Signalen der einzelnen Mikrofone des Stereomikrofons (5) oder von wenigstens zwei Stereomikrophonen (5) ausgewertet werden. - Verfahren nach
Anspruch 2 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass die über die erfassten Daten akustisch ermittelten Objekthypothesen klassifiziert werden, um die Art des akustisch erfassten Objekts weiter einschränken zu können. - Verfahren nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Klassifikation mittels neuronaler Netzwerke erfolgt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 2 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Fusion der Daten des wenigstens einen Stereomikrofons (5) mit den Daten der optischen Erfassungseinheit erfolgt.
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Cited By (2)
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2018
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