DE102018213515A1

DE102018213515A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen einer Grenze in einem Umfeld eines Objekts

Info

Publication number: DE102018213515A1
Application number: DE102018213515.0A
Authority: DE
Inventors: Pothuraju Chavali; Naveen Onkarappa; Gerrit Wischer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2019-07-25
Also published as: EP3514648B1; US10783383B2; CN110068348B; CN110068348A; US20190228237A1; EP3514648A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Erfassung einer Grenze in einem Umfeld. Dazu werden Informationen eines Belegungsrasters verwendet, wobei das Belegungsraster Informationen über die Belegungswahrscheinlichkeit in dem Umfeld liefert. Nach der Erfassung eines Anfangsübergangspunktes zwischen einer freien und einer belegten Rasterzelle im Belegungsraster wird ein Untersuchungsbereichsfenster um den Anfangsübergangspunkt herum analysiert, um weitere Übergangspunkte zu identifizieren. Die identifizierten Übergangspunkte werden zu einer oder mehreren Polygonketten kombiniert. Nachdem die Analyse der Grenze innerhalb des Untersuchungsbereichs durchgeführt wurde, können nachfolgende Untersuchungsbereiche analysiert werden. Zu diesem Zweck werden die nachfolgenden Untersuchungsbereiche basierend auf den Übergangspunkten und/oder Grenzinformationen eines aktuellen Untersuchungsbereichsfensters bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer Grenze in einem Umfeld eines Objekts. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein fortschrittliches Fahrerassistenzsystem, ein autonom fahrendes Fahrzeug und ein Industrierobotersystem.
Hintergrund
Die vorliegende Erfindung und ihr zugrunde liegendes Problem werden im Folgenden in Verbindung mit einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem beschrieben, obwohl sie prinzipiell auf jedes System anwendbar sind, das eine Freiraumerfassung anwendet.
Moderne Fahrzeuge wie Pkw oder Lkw umfassen in der Regel Fahrerassistenzsysteme, die den Fahrer eines Fahrzeugs bei Fahrmanövern unterstützen können. Für die Durchführung von automatischen Fahrmanövern muss ein Freiraum in dem Umfeld eines Fahrzeugs erfasst werden. Fahrmanöver können z. B. ein Manöver zur Navigation eines Fahrzeugs auf einem leeren Parkplatz, das Fahren innerhalb einer bestimmten Fahrspur oder ein Überholmanöver sein. Für alle diese Manöver ist eine schnelle und zuverlässige Bestimmung des Freiraumes um das Fahrzeug erforderlich.
Die Bestimmung des Freiraums in dem Umfeld eines Fahrzeugs und insbesondere die Bestimmung der Grenze zwischen freiem und belegtem Raum erfordert jedoch einen hohen Rechenaufwand und ist fehleranfällig. Daher ist eine effiziente und zuverlässige Bestimmung der Grenze zwischen dem freien Raum und dem belegten Raum in dem Umfeld eines Fahrzeugs erforderlich.
Kurzdarstellung
Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren zum Erfassen einer Grenze in einem Umfeld eines Objekts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Erfassen einer Grenze in einem Umfeld eines Objekts mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Dementsprechend ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Erfassen einer Grenze in einem Umfeld eines Objekts Das Verfahren umfasst einen Schritt der Bereitstellung eines Belegungsrasters. Das Belegungsraster besteht aus einer Mehrzahl von Rasterzellen. Jede Rasterzelle umfasst eine Wahrscheinlichkeit einer Belegung in dem Umfeld des Objekts. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Erfassens eines Anfangsübergangspunktes im Belegungsraster basierend auf den Werten der Rasterzellen in dem Belegungsraster und des Zuweisens eines Untersuchungsbereichsfensters in dem Belegungsraster um den identifizierten Anfangsübergangspunkt. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Erfassens weiterer Anfangsübergangspunkte im Belegungsraster basierend auf den Werte der Rasterzellen in dem Untersuchungsbereichsfenster und des Kombinierens des erfassten Anfangsübergabepunktes und der erfassten weiteren Übergabepunkte zu einer Anzahl von Polygonketten zur Festlegung einer Grenze in dem Belegungsraster.
Ferner ist vorgesehen:
Eine Vorrichtung zum Erfassen einer Grenze in einem Umfeld eines Objekts Die Vorrichtung umfasst einen Belegungsdetektor, einen Grenzdetektor und eine Grenzprozessor. Der Belegungsdetektor ist dazu ausgelegt, ein Belegungsraster bereitzustellen, das eine Mehrzahl von Rasterzellen umfasst. Jede Rasterzelle umfasst einen Wert für eine Belegungswahrscheinlichkeit in dem Umfeld des Objekts. Der Grenzdetektor ist dazu ausgelegt, einen Anfangsübergangspunkt in dem Belegungsraster basierend auf den Werten der Rasterzellen in dem Belegungsraster zu erfassen, ein Untersuchungsbereichsfenster in dem Belegungsraster zuzuweisen, der den identifizierten Anfangsübergangspunkt umgibt, und weitere Übergangspunkte in dem Belegungsraster basierend auf den Werten der Rasterzellen in dem Untersuchungsbereichsfenster zu erfassen. Der Grenzprozessor ist dazu ausgelegt, den erfassten Anfangsübergangspunkt und die weiteren erfassten Übergangspunkte zu einer Anzahl von Polygonketten zu kombinieren, um eine Grenze in dem Belegungsraster festzulegen.
Wie oben erläutert, ist die Detektion eines Freiraums in dem Umfeld eines Fahrzeugs, insbesondere die Erfassung einer Grenze zwischen dem freien und dem belegten Raum, sehr wichtig für die Durchführung von teil- oder vollautomatischen Manövern durch ein Fahrzeug. Zu diesem Zweck zielt die vorliegende Erfindung auf eine effiziente und zuverlässige Erfassung einer Grenze zwischen dem freien und dem belegten Raum in dem Umfeld ab. Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung auf eine effiziente und zuverlässige Erfassung einer Grenze basierend auf einem Belegungsrasters ab.
Die vorliegende Erfindung sieht daher die Erfassung einer Grenze zwischen freiem und belegtem Raum vor, indem sie bestimmte Fenster eines Untersuchungsbereichs bestimmt und die Belegungsrasterdaten in einem solchen Untersuchungsbereichsfenster analysiert. Dementsprechend kann durch die Beschränkung der Detailanalyse zur Erfassung der Grenze auf bestimmte Untersuchungsbereichsfenster die Erfassung des Übergangs zwischen freien und belegten Zellen im Belegungsraster verbessert werden. Insbesondere durch die Beschränkung der Analyse auf bestimmte Untersuchungsbereichsfenster ist es nicht mehr notwendig, die Daten des gesamten Belegungsrasters zu analysieren, sondern nur noch die Daten der identifizierten Untersuchungsbereichsfenster. So kann die Erfassung der Grenze zur Festlegung des Übergangs zwischen freien und belegten Zellen im Belegungsraster beschleunigt und der Rechenaufwand reduziert werden.
Darüber hinaus können durch eine sukzessive Analyse einer Mehrzahl von Untersuchungsbereichsfenstern die Informationen eines zuvor analysierten Untersuchungsbereichsfensters verwendet werden, um die erfasste Grenze in nachfolgenden Untersuchungsbereichsfenstern zu überprüfen und zu bestätigen. Dementsprechend kann die Zuverlässigkeit einer erfassten Grenze für die Festlegung des Übergangs zwischen freien und belegten Rasterzellen im Belegungsraster verbessert werden.
Die Rasterzellen im Belegungsraster können den Wert zur Beschreibung einer Wahrscheinlichkeit für den Belegungsgrad an einer entsprechenden Stelle in dem Umfeld umfassen. Beispielsweise kann ein hoher Wert in der Rasterzelle anzeigen, dass eine Belegung an der entsprechenden Stelle in dem Umfeld mit geringer Wahrscheinlichkeit vorliegt, während ein niedriger Wert in der Rasterzelle eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine Belegung an der entsprechenden Stelle in dem Umfeld anzeigt. Alternativ oder zusätzlich können Rasterzellen im Belegungsraster aber auch Werte zur Beschreibung der Wahrscheinlichkeit einer freien Position in dem Umfeld enthalten. In einem Beispiel kann die Summe aus der Wahrscheinlichkeit für die freie Position und der Wahrscheinlichkeit für eine Belegung in einer Rasterzelle 1 sein. Es kann aber auch möglich sein, eine Unsicherheit für die Belegung und/oder die freie Position zu berücksichtigen. In einem solchen Fall kann die Summe der Wahrscheinlichkeiten von derjenigen abweichend sein, insbesondere kleiner als 1. Darüber hinaus kann es auch vorkommen, dass für eine Rasterzelle keine Kenntnis eines Belegungsgrades vorliegt. In diesem Fall kann der Wert der jeweiligen Rasterzelle auf einen bestimmten Wert gesetzt werden oder die jeweilige Rasterzelle kann ein bestimmtes Flag enthalten, um anzuzeigen, dass für die jeweilige Rasterzelle kein zuverlässiger Wert verfügbar ist.
Abhängig von den Übergängen im Untersuchungsbereichsfenster können in jedem Untersuchungsbereichsfenster eine oder mehrere Polygonketten bestimmt werden. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine einzige Polygonkette in jedem Untersuchungsbereichsfenster beschränkt, auch wenn es in einigen Fällen möglich sein kann, die Übergangspunkte zu einer einzigen Polygonkette zu kombinieren. Außerdem ist es möglich, dass in einem Untersuchungsbereichsfenster mehr als eine Polygonkette bestimmt werden kann, d. h. nicht alle Übergangspunkte in einem Untersuchungsbereichsfenster werden zu einer einzigen Polygonkette zusammengefasst.
In einer möglichen Ausführungsform besteht das Belegungsraster aus einer zweidimensionalen Darstellung von Rasterzellen, die eine Belegungswahrscheinlichkeit entsprechend einer zugehörigen Position in dem Umfeld des Objekts angibt. Beispielsweise kann für jede Rasterzelle des Belegungsrasters eine Belegungswahrscheinlichkeit ermittelt und ein dieser Wahrscheinlichkeit entsprechender Wert einer jeweiligen Rasterzelle zugeordnet werden. Anhand dieser Wahrscheinlichkeit kann bestimmt werden, ob sich ein Objekt an einer der jeweiligen Rasterzelle entsprechenden Stelle befinden darf oder nicht. Durch den Vergleich der Werte, insbesondere der den jeweiligen Rasterzellen zugeordneten Wahrscheinlichkeiten, können somit Positionen im Belegungsraster identifiziert werden, an denen ein Übergang zwischen einem freien Raum und dem von einem Objekt belegten Raum stattfinden kann. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass auch jede andere Art von Belegungsraster zur Bestimmung des Belegungsgrades in dem Umfeld möglich ist.
In einer möglichen Ausführungsform kann das Belegungsraster nach der Dempster-Shafer-Theorie berechnet werden. Die Dempster-Shafer-Theorie ist ein sehr geeigneter Ansatz zur Bestimmung der Belegung im Umfeld des Objekts. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass auch jeder andere Ansatz zur Bestimmung und Spezifizierung der Belegung im Umfeld des Objekts möglich ist.
In einer möglichen Ausführungsform wird der erste Anfangsübergangspunkt senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objektserfasst. Insbesondere zur Erfassung einer Grenze auf der linken Seite des Objekts kann ein erster Startpunkt nach links senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts gerichtet werden. Dementsprechend kann zur Erfassung einer Grenze auf der rechten Seite des Objekts der weitere Anfangsübergangspunkt nach rechts in Bewegungsrichtung des Objekts gerichtet werden. Beispielsweise können die Werte im Belegungsraster, die auf einer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts verlaufenden Linie liegen, analysiert werden, um einen vorgegebenen Übergang zu identifizieren. Beispielsweise kann ein Startpunkt an einer Stelle bestimmt werden, an der ein Wert im Belegungsraster eine vorgegebene Schwelle überschreitet oder an der der Wert um ein vorgegebenes Verhältnis ansteigt. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass auch jedes andere Schema zur Bestimmung des Übergangs zwischen freien und belegten Rasterzellen im Belegungsraster möglich ist.
In einer möglichen Ausführungsform kann die Größe des Untersuchungsbereichsfensters basierend auf einem Abstand zwischen dem Objekt und einem Mittelpunkt des Untersuchungsbereichsfensters angepasst werden. Insbesondere, wenn eine Dimension eines Untersuchungsbereichsfensters fast senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts ist, kann die Größe dieser Dimension in Abhängigkeit vom Abstand zwischen einem Mittelpunkt des Untersuchungsbereichsfensters und dem Objekt angepasst werden. Darüber hinaus kann eine Dimension, die nahezu parallel zur Bewegungsrichtung des Objekts ist, konstant gehalten oder auch in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Mitte des Untersuchungsbereichsfensters und dem Objekt angepasst werden. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, eine feste, vorgegebene Größe für das Untersuchungsbereichsfenster zu verwenden. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass jeder andere mögliche Ansatz zur Auswahl der Größe oder mindestens einer Dimension des Untersuchungsbereichsfensters ebenfalls möglich ist.
In einer möglichen Ausführungsform kann ein Mittelpunkt für ein weiteres Untersuchungsbereichsfenster basierend auf den weiteren Übergangspunkten in einem aktuellen Untersuchungsbereichsfenster bestimmt werden. Weiterhin kann auch eine Richtung zwischen den beiden entferntesten Übergangspunkten einer Polygonkette im Bereich des Untersuchungsbereichsfensters berücksichtigt werden. Insbesondere kann ein gewichteter Durchschnitt aus der Mitte eines Untersuchungsbereichsfensters und den weiteren Übergangspunkten des Untersuchungsbereichsfensters oder einer Polygonkette berücksichtigt werden.
In einer möglichen Ausführungsform kann die Ausrichtung eines weiteren Untersuchungsbereichsfensters basierend auf den weiteren Übergangspunkten im aktuellen Untersuchungsbereichsfenster bestimmt werden. Beispielsweise kann es auch möglich sein, die Richtung zwischen den beiden entferntesten Übergangspunkten in einer Polygonkette des Untersuchungsbereichsfensters zu berücksichtigen. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass auch jeder andere Ansatz zur Auswahl der Ausrichtung des weiteren Untersuchungsbereichsfensters möglich ist. Durch Anpassung der Ausrichtung des Untersuchungsbereichsfensters und/oder des Mittelpunktes des Untersuchungsbereichsfensters kann es möglich sein, die Untersuchungsbereichsfenster anzupassen, auch wenn die Grenze zwischen den freien und den belegten Rasterzellen im Belegungsraster nicht geradlinig ist. Dadurch kann die Genauigkeit der Grenzerfassung verbessert werden.
In einer möglichen Ausführungsform basieren der Mittelpunkt und/oder die Ausrichtung eines weiteren Untersuchungsbereichsfensters auf einem gewichteten Durchschnitt der weiteren Übergangspunkte und der Mitte des aktuellen Untersuchungsbereichsfensters.
In einer möglichen Ausführungsform basieren der Mittelpunkt und/oder die Ausrichtung eines weiteren Untersuchungsbereichsfensters auf den weiteren Übergangspunkten bezogen auf die längste Polygonkette in dem aktuellen Untersuchungsbereichsfenster.
In einer möglichen Ausführungsform wird die Ausrichtung des weiteren Untersuchungsbereichsfensters nur angepasst, wenn eine Differenz zwischen der Ausrichtung des aktuellen Untersuchungsbereichsfensters und der gewünschten Ausrichtung des nächsten Untersuchungsbereichsfensters kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Durch die Beschränkung der Erfassung der Ausrichtung für das Untersuchungsbereichsfenster auf einen bestimmten Schwellenwert kann die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit weiter verbessert werden. Insbesondere können Ausfälle von Konturen (Konturlinien) aufgrund einer Ungenauigkeit oder eine Fehler bei der Erfassung des Umfelds kompensiert werden. Insbesondere kann der Schwellenwert zur Begrenzung der Übernahme der Ausrichtung für das Untersuchungsbereichsfenster dynamisch angepasst werden. Beispielsweise kann der Schwellenwert in Abhängigkeit von früheren Ausrichtungsänderungen für das Untersuchungsbereichsfenster angepasst werden. Treten also zwischen nachfolgenden Untersuchungsbereichsfenstern nur kleine Veränderungen hinsichtlich der Ausrichtung auf, so kann z. B. davon ausgegangen werden, dass sich die Grenze auf eine fast gerade Straße bezieht und somit keine scharfen Kurven vorkommen. Treten jedoch größere Veränderungen hinsichtlich der Grenze auf, kann davon ausgegangen werden, dass für die nachfolgenden Untersuchungsbereichsfenster auch größere Veränderungen hinsichtlich der Ausrichtung möglich sind.
In einer möglichen Ausführungsform wird eine Länge eines Untersuchungsbereichsfensters und/oder ein Abstand zwischen benachbarten Untersuchungsbereichsfenstern basierend auf der Ausrichtungsabweichung zwischen benachbarten Untersuchungsbereichsfenstern angepasst. Wenn sich die Ausrichtung zwischen benachbarten Untersuchungsbereichsfenstern zum Beispiel um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert verändert, kann eine Straßengrenze als kurvig angesehen werden. In diesem Fall kann die Größe/Länge der Untersuchungsbereichsfenster reduziert werden oder der Abstand zwischen benachbarten Untersuchungsbereichsfenstern verringert werden. Dadurch kann die Genauigkeit erhöht werden. Andernfalls, wenn sich die Ausrichtung zwischen benachbarten Untersuchungsbereichsfenstern nicht um mehr als den vorgegebenen Schwellenwert verändert, kann die Straßengrenze als weniger kurvig betrachtet werden und damit die Größe/Länge der Untersuchungsbereichsfenster vergrößert und/oder der Abstand zwischen benachbarten Untersuchungsbereichsfenstern vergrößert werden.
In einer möglichen Ausführungsform wird nur dann ein weiteres Untersuchungsbereichsfenster bestimmt, wenn ein aktuelles Untersuchungsbereichsfenster keine Grenze des Belegungsrasters überschreitet. Andernfalls, wenn das aktuelle Untersuchungsbereichsfenster eine Grenze des Belegungsrasters erreicht, kann die Bestimmung weiterer Untersuchungsbereichsfenster gestoppt werden, da das Belegungsraster keine weiteren Daten zur Identifizierung der Grenze liefern kann. Auf diese Weise kann die Bestimmung der Grenze Schritt für Schritt durchgeführt werden, indem die Daten im Belegungsraster nacheinander für jedes Untersuchungsbereichsfenster einzeln an einer Grenze des Belegungsrasters analysiert werden.
In einer möglichen Ausführung für die Vorrichtung zur Erfassung einer Grenze kann der Belegungsdetektor einen optischen Sensor, einen Radarsensor und/oder einen Ultraschallsensor umfassen. Aber auch jeder andere geeignete Sensor zur Abtastung des Umfelds des jeweiligen Objekts ist möglich. Insbesondere können Daten von mehr als einem Sensor und insbesondere Daten einer Mehrzahl von heterogenen Sensoren zur Abtastung des Umfelds und zur Bereitstellung der Belegungsrasterdaten verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung bietet außerdem ein fortschrittliches Fahrerassistenzsystem mit einer Vorrichtung zur Erfassung einer Grenze.
Darüber hinaus bietet die vorliegende Erfindung ein autonom fahrendes Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Erfassung einer Grenze.
Schließlich bietet die vorliegende Erfindung ein Industrierobotersystem, das die Vorrichtung zur Erfassung einer Grenze umfasst.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beispielhaften Ausführungsformen, die in den schematischen Abbildungen der Zeichnungen angegeben sind, näher erläutert:

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erfassung einer Grenze gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Belegungsraster, das zur Erfassung einer Grenze in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
3 zeigt ein Untersuchungsbereichsfenster, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Erfassung einer Grenze verwendet werden kann;
4 zeigt eine Zeichnung zur Erfassung einer Grenze in einem Untersuchungsbereichsfenster gemäß der vorliegenden Erfindung; und
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erfassung einer Grenze, das einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt.

Die beigefügten Zeichnungen sollen das Verständnis für die Ausführungsformen der Erfindung vertiefen. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und helfen, Grundsätze und Konzepte der Erfindung zu erklären. Weitere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile werden anhand der Zeichnungen deutlich. Die Elemente in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstäblich dargestellt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Erfassung einer Grenze. Die Vorrichtung 1 zur Erfassung einer Grenze umfasst einen Belegungsdetektor 10, einen Grenzdetektor 20 und eine Grenzprozessor 30. Der Belegungsdetektor 10 kann optische Sensoren 10-1, einen Radarsensor 10-2 und/oder einen Ultraschallsensor 10-3 umfassen. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass jeder andere Sensor, der das Umfeld abtastet und Daten über die Belegung in dem Umfeld liefert, ebenfalls möglich ist. Die Sensoren 10-i können das Umfeld abtasten und Sensordaten liefern, die analysiert werden können. Beispielsweise kann der Belegungsdetektor 10 die Sensordaten von den Sensoren 10-i empfangen und die Sensordaten verarbeiten, um ein Belegungsraster zu erzeugen. Das Belegungsraster kann z. B. eine zweidimensionale Darstellung sein, um an jeder Rasterzelle des Belegungsrasters eine Wahrscheinlichkeit für einen Belegungsgrad anzugeben. Beispielsweise kann das Belegungsraster eine zweidimensionale Matrix sein, wobei jedes Matrixelement einen Wahrscheinlichkeitswert für eine Belegung an der jeweiligen Position darstellt. In einer möglichen Ausführungsform kann das Belegungsraster nach der Dempster-Shafer-Theorie berechnet werden. Es kann aber auch jeder andere Ansatz zur Berechnung der Werte des Belegungsrasters möglich sein. Das Belegungsraster kann von einem im Belegungsdetektor 10 enthaltenen Prozessor berechnet werden. Es kann aber auch sein, dass das Belegungsraster außerhalb des Belegungsdetektors 10 berechnet wird und der Belegungsdetektor 10 die Daten des Belegungsrasters über eine entsprechende Schnittstelle erhält. Die Rasterzellen des Belegungsrasters können ferner eine Art und Weise zum In-Beziehung-Setzen zu einer Wahrscheinlichkeit einer freien Position an einer entsprechenden Stelle in dem Umfeld umfassen. Die Wahrscheinlichkeitswerte für „frei“ und „belegt“ können unabhängig voneinander bestimmt werden. In einem solchen Fall kann es vorkommen, dass die Summe der Wahrscheinlichkeit für eine freie und eine belegte Rasterzelle von 1 abweicht. Insbesondere kann es unmöglich sein, dass zumindest für einige der Grundsätze keine verlässliche Wahrscheinlichkeit ermittelt werden kann. In einem solchen Fall kann die jeweilige Rasterzelle auf einen vorgegebenen Wert gesetzt werden oder ein Flag, das der jeweiligen Rasterzelle entspricht, kann auf einen bestimmten Wert gesetzt werden, um anzuzeigen, dass kein zuverlässiger Wert ermittelt wurde.
Basierend auf den Daten der Rasterzellen des Belegungsrasters führt der Grenzdetektor 20 eine Bestimmung von Übergangspunkten durch, die sich auf einen Übergang zwischen Positionen des Belegungsrasters, die sich auf eine freie Rasterzelle beziehen können, und Positionen im Belegungsraster, die sich auf eine belegte Rasterzelle beziehen. Die Bestimmung der Übergangspunkte wird im Folgenden näher erläutert. Im Allgemeinen erkennt der Grenzdetektor 20 zunächst einen Anfangsübergangspunkt im Belegungsraster, der sich auf einen ersten Übergangspunkt eines Übergangs zwischen einer freien und einer belegten Rasterzelle im Belegungsraster bezieht. Als Nächstes wird basierend auf dem ermittelten Anfangsübergangspunkt ein Untersuchungsbereichsfenster zugewiesen. Beispielsweise kann das Untersuchungsbereichsfenster eine vorgegebene Größe haben, wobei der Anfangsübergangspunkt ein Mittelpunkt des Untersuchungsbereichsfensters ist. Nach der Zuweisung des Untersuchungsbereichsfensters werden weitere Übergangspunkte im Untersuchungsbereichsfenster ermittelt, indem die Werte der Rasterzellen im Belegungsraster innerhalb des Untersuchungsbereichsfensters analysiert werden. Dementsprechend werden eine Mehrzahl von Übergangspunkten, die sich auf einen Übergang zwischen einer freien und einer belegten Rasterzelle im Bereich des Untersuchungsbereichsfensters beziehen, bestimmt.
Basierend auf den ermittelten Übergangspunkten im Untersuchungsbereichsfenster kombiniert der Grenzprozessor 30 die erfassten Übergangspunkte, insbesondere den erfassten Anfangsübergangspunkt und die erfassten weiteren Übergangspunkte zu einer Anzahl von einer oder mehreren Polygonketten. Entsprechend gibt die Anzahl der Polygonketten der ermittelten Übergangspunkte die Grenze zwischen dem freien Raum und dem belegten Raum im Belegungsraster an.
Nachdem die Polygonketten zur Festlegung der Grenze zwischen den freien und den belegten Rasterzellen im Untersuchungsbereichsfenster erzeugt wurden, kann ein weiterer Mittelpunkt für ein nachfolgendes Untersuchungsbereichsfenster bestimmt und anschließend eine weitere Erfassung einer Anzahl von Polygonketten innerhalb des weiteren Untersuchungsbereichsfensters berechnet werden.
Im Folgenden werden die einzelnen Operationen zur Erfassung der Grenze näher erläutert.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Prozesses zur Bestimmung des Anfangsübergangspunktes S und des zugehörigen Untersuchungsbereichsfensters W. Beispielsweise ist ein Belegungsraster O mit Rasterzellen zur Angabe der Belegungswahrscheinlichkeit in dem Umfeld eines Fahrzeugs V vorgesehen. Weiterhin zeigt der auf das Fahrzeug V bezogene Pfeil die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs V. Ausgehend von diesem Szenario wird ein erster Anfangsübergangspunkt S ermittelt. Dazu werden die Werte in den Rasterzellen des Belegungsrasters entlang einer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs V verlaufenden Linie analysiert. Auch wenn in 2 nur eine Analyse der rechten Richtung des Fahrzeugs V dargestellt ist, so versteht man, dass die gleiche Analyse auch auf der linken Seite des Fahrzeugs V durchgeführt werden kann. Um den Anfangsübergangspunkt S zu identifizieren, können die Werte der einzelnen Rasterzellen entlang der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs V verlaufenden Linie, ausgewertet werden. Beispielsweise kann der Anfangsübergangspunkt S als ein Punkt entlang der Linie bestimmt werden, an der die Belegungswahrscheinlichkeit im Belegungsraster einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Es kann aber auch jede andere Regelung zur Bestimmung des Übergangspunkts möglich sein. Beispielsweise kann es auch möglich sein, ein Verhältnis zwischen benachbarten Rasterzellen des Belegungsrasters O zu analysieren oder eine beliebige andere Analyse zur Bewertung des Belegungsrasters und zur Identifizierung eines Anfangsübergangspunktes S durchzuführen. Darüber hinaus können auch Werte der Rasterzellen hinsichtlich einer Wahrscheinlichkeit für eine freie Position analysiert werden. Wenn für mindestens einen Teil der Rasterzellen keine verlässlichen Werte vorliegen, kann es auch möglich sein, dass an einem Übergang von einem bekannten zu einem unbekannten/unbestimmten Belegungswert einer Rasterzelle ein Übergangspunkt bestimmt wird.
Nach der Bestimmung des Anfangsübergangspunktes S wird ein Untersuchungsbereichsfenster W um den Anfangsübergangspunkt S herum zugewiesen. Beispielsweise kann das Untersuchungsbereichsfenster W eine rechteckige Form haben. Insbesondere kann der Anfangsübergangspunkt S in der Mitte des Untersuchungsbereichsfensters W liegen. Beispielsweise kann das Untersuchungsbereichsfenster W eine vorgegebene Größe haben, beispielsweise eine vorgegebene Länge x und eine vorgegebene Breite y. Insbesondere kann es möglich sein, immer ein Untersuchungsbereichsfenster W mit gleicher Größe zuzuweisen. Es kann aber auch möglich sein, die Größe des Untersuchungsbereichsfensters W anzupassen. Beispielsweise kann die Breite y in Abhängigkeit vom Abstand zwischen dem Fahrzeug V und dem Anfangsübergangspunkt S angepasst werden. Entsprechend kann auch die Länge x des Untersuchungsbereichsfensters W konstant gehalten oder angepasst werden. Beispielsweise kann die Größe des Untersuchungsbereichsfensters, insbesondere die Länge x des Untersuchungsbereichsfensters, abhängig von den Eigenschaften einer Straßengrenze angepasst werden. Wenn die Straßengrenze kurvig ist, kann die Länge x des Untersuchungsbereichsfensters W auf einen kleineren Wert gesetzt werden, und wenn die Straßengrenze fast gerade ist, wird die Länge x des Untersuchungsbereichsfensters W auf einen größeren Wert gesetzt. Beispielsweise kann die Form einer Polygonkette in einem Untersuchungsbereichsfenster W analysiert werden, und basierend auf einer Analyse der Polygonkette kann die Länge x unseres ursprünglichen Untersuchungsbereichsfensters W entsprechend angepasst werden. Es wird davon ausgegangen, dass auch jedes andere Schema zur Anpassung der Größe des Untersuchungsbereichsfensters W möglich ist. Obwohl im Beispiel von 2 ein rechteckiges Untersuchungsbereichsfenster W verwendet wurde, kann auch jede andere Form zur Auswahl eines Untersuchungsbereichsfensters W möglich sein.
3 zeigt ein Beispiel für die Bestimmung der Grenze B in einem Untersuchungsbereichsfenster W. Nachdem der Anfangsübergangspunkt S des Untersuchungsbereichsfensters W bestimmt und das Untersuchungsbereichsfenster W nacheinander zugewiesen wurde, können die Daten der Rasterzellen im Belegungsraster O innerhalb des Untersuchungsbereichsfensters W weiter analysiert werden. Insbesondere werden weitere Übergangsstellen T-i erfasst. Die Erfassung der weiteren Übergangspunkte T-i kann analog zur Erfassung des Anfangsübergangspunktes S durchgeführt werden. Dementsprechend kann eine Anzahl weiterer Übergangspunkte T-i im Bereich des Untersuchungsbereichsfensters W bestimmt werden. Die Anzahl der weiteren Übergangspunkte T-i kann variabel oder fest sein. Beispielsweise kann im Bereich des Untersuchungsbereichsfensters W eine vorgegebene Anzahl weiterer Übergangspunkte T-i identifiziert werden. Es kann aber auch möglich sein, die erforderliche Anzahl von Übergangspunkten T-i im Untersuchungsbereichsfenster W in Abhängigkeit von der Größe des Untersuchungsbereichsfensters W anzupassen. Weiterhin ist es möglich, möglichst viele Übergangspunkte T-i innerhalb des Untersuchungsbereichsfensters W zu identifizieren.
Nachdem die Übergangspunkte T-i im Bereich des Untersuchungsbereichsfensters W erfasst wurden, können die erfassten Übergangspunkte T-i im Untersuchungsbereichsfenster W zu einer Anzahl von einer oder mehreren Polygonketten B zusammengefasst werden. Beispielsweise kann ein Übergangspunkt T-i mit den nächstliegenden benachbarten Übergangspunkten T-i verbunden werden. Auf diese Weise stellt eine Kette der Übergangspunkte T-i eine Grenze zwischen dem freien und dem belegten Raum innerhalb des Untersuchungsbereichsfensters W dar.
Um die Freiraumgrenze zu erweitern, kann ein weiteres Untersuchungsbereichsfenster zugewiesen werden. Dazu muss ein Mittelpunkt eines weiteren Untersuchungsbereichsfensters W ermittelt werden und anschließend kann das weitere Untersuchungsbereichsfenster basierend auf dem ermittelten Mittelpunkt zugeordnet werden. Zu diesem Zweck kann der Mittelpunkt für ein weiteres Untersuchungsbereichsfenster W anhand der Übergangspunkte T-i innerhalb des Untersuchungsbereichsfensters W bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Richtung anhand einer Polygonkette B bestimmt werden, die durch die Übergangspunkte T-i des aktuellen Untersuchungsbereichsfensters W gebildet wird. Insbesondere, wenn mehr als eine Polygonkette im aktuellen Untersuchungsbereichsfenster bestimmt wurde, kann die längste Polygonkette verwendet werden. Beispielsweise kann eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) angewendet werden. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass auch jeder andere Ansatz zur Bestimmung der Richtung einer Polygonkette B, die durch die Übergangspunkte T-i gebildet wird, möglich ist. Weiterhin ist es möglich, eine Richtung aus den äußersten Übergangspunkten T-i einer bestimmten Polygonkette im Untersuchungsbereichsfenster W zu bestimmen, d. h. dem ersten und letzten Übergangspunkt T-i in Richtung der Bewegung des Fahrzeugs V. Es wird davon ausgegangen, dass auch jeder andere Ansatz zur Bestimmung der Richtung des nächsten Untersuchungsbereichsfensters W möglich ist. So kann z. B. der nächste Mittelpunkt eines Untersuchungsbereichsfensters W in Richtung der Bewegung des Objektes O bestimmt werden. Ein nächster Mittelpunkt kann gewählt werden, dessen Abstand zum aktuellen Mittelpunkt eines Untersuchungsbereichsfensters W nahezu gleich der Länge x des Untersuchungsbereichsfensters W ist. Auf diese Weise steuern sich benachbarte Untersuchungsbereichsfenster W gegenseitig. Es kann aber auch möglich sein, die Länge x des Untersuchungsbereichsfensters W anzupassen. Verändert sich beispielsweise die Ausrichtung des nachfolgenden Untersuchungsbereichsfensters W um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert, kann die Grenze B als kurvig angesehen werden. In diesem Fall kann die Länge x nach dem Untersuchungsbereichsfenster W verringert oder auf den niedrigeren Wert gesetzt werden. Andernfalls, insbesondere wenn die Grenze nicht als kurvig angesehen wird, d. h. die Ausrichtung zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Untersuchungsbereichsfenstern W sich nicht um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert verändert, kann die Länge x auf einen größeren Wert gesetzt werden.
Weiterhin kann die Ausrichtung des nachfolgende Untersuchungsbereichsfensters in Abhängigkeit von der Richtung der Polygonkette B im aktuellen Untersuchungsbereichsfenster W oder der durch die äußersten Übergangspunkte T-i in einer Polygonkette des aktuellen Untersuchungsbereichsfensters W vorgegebenen Richtung angepasst werden. Beispielsweise kann die durch die Polygonkette B vorgegebene Richtung als Ausrichtung für das nachfolgende Untersuchungsbereichsfenster verwendet werden, wenn die Abweichung zwischen der durch die Polygonkette B vorgegebenen Richtung und der Richtung zwischen den äußersten Übergangspunkten T-i kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Überschreitet die Abweichung zwischen den beiden Richtungen eine vorgegebene Schwelle, z. B. 30 Grad, kann dies im Übrigen auf eine hohe Unsicherheit hindeuten. In diesem Fall kann die Ausrichtung des aktuellen Untersuchungsbereichsfensters als Ausrichtung für das nachfolgende Untersuchungsbereichsfenster verwendet werden. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass auch jeder andere Ansatz zur Bestimmung der Ausrichtung des nachfolgenden Untersuchungsbereichsfensters verwendet werden kann. Beispielsweise ist es möglich, einen Mittelwert der Ausrichtungen der einzelnen Kanten innerhalb der Polygonkette B zu bestimmen und den Mittelwert aller Ausrichtungen innerhalb der Polygonkette als Grundlage für die Ausrichtung des nachfolgenden Untersuchungsbereichsfensters zu verwenden.
Nach der Zuweisung der nachfolgenden Untersuchungsbereichsfenster können die Übergangspunkte innerhalb dieses nachfolgenden Untersuchungsbereichsfensters auf die gleiche Weise berechnet werden, wie bereits oben für das aktuelle Untersuchungsbereichsfenster W beschrieben. Die Grenze zwischen dem freien Raum und dem belegten Raum kann also durch die Polygonkette B im nachfolgenden Fenster fortgesetzt werden.
Die Bestimmung weiterer Mittelpunkte und Polygonketten in weiteren Untersuchungsbereichsfenstern W kann fortgesetzt werden, bis eine Grenze des Belegungsrasters O erreicht ist. Auf diese Weise kann die Grenze zwischen dem freien Raum und dem belegten Raum im Belegungsraster von einer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs befindlichen Position bis zur Grenze des Belegungsrasters leicht bestimmt werden. Wie bereits oben erwähnt, kann diese Bestimmung der Grenze auf der linken und rechten Seite des Fahrzeugs V durchgeführt werden.
4 zeigt eine schematische Zeichnung zur Bestimmung der Grenzen in einem Belegungsraster O. Wie in 4 zu sehen ist, werden auf jeder Seite des Fahrzeugs V mehrere Mittelpunkte und Untersuchungsbereichsfenster W bestimmt. Das Verfahren, um die Mittelpunkte und nacheinander die Untersuchungsbereichsfenster W zu bestimmen, wird bis zum Erreichen einer Grenze des Belegungsrasters O durchgeführt.
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zur Erfassung einer Grenze an einem Umfeld gemäß einer Ausführungsform. In einem Schritt S1 ist ein Belegungsraster vorgesehen, wobei das Belegungsraster aus mehreren Rasterzellen besteht. Jede Rasterzelle kann einen Wert für die Belegungswahrscheinlichkeit in dem Umfeld eines Fahrzeugs V umfassen. In Schritt S2 wird basierend auf den Werten in den Rasterzellen des Belegungsrasters O ein Anfangsübergangspunkt S im Belegungsraster erfasst. In Schritt S3 wird ein Untersuchungsbereichsfenster W um den identifizierten Anfangsübergangspunkt S herum zugewiesen. In Schritt S4 werden weitere Übergangspunkte T-i zwischen den Rasterzellen des Untersuchungsbereichsfensters W erfasst. Schließlich werden in Schritt S5 der erfasste Anfangsübergangspunkt S und die weiteren erfassten Übergangspunkte T-i zur Festlegung der Grenze im Belegungsraster O zu einer Anzahl von Polygonketten B zusammengefasst.
Die vorliegende Erfindung kann z. B. zur Erfassung eines Freiraumbereichs, insbesondere einer Grenze zwischen einem freien Raum und einem belegten Raum in dem Umfeld eines Fahrzeugs, verwendet werden. Diese Grenze kann z. B. in einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem verwendet werden. Insbesondere können die Grenzinformationen genutzt werden, z. B. für die Spurhaltung.
Darüber hinaus können die Informationen über die Grenze in dem Umfeld des Fahrzeugs auch für ein völlig autonomes Fahren eines Fahrzeugs oder zumindest für eine autonome Spurhaltung eines Fahrzeugs verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben genannten Beispiele beschränkt. Darüber hinaus kann jede andere geeignete Anwendung, wie z. B. Gewährleisten eines Verbleibens auf der Fahrbahn, Manövrieren oder alternierendes Parken, möglich sein.
Es wird davon ausgegangen, dass sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf ein teilautonomes oder völlig autonomes Fahren eines Fahrzeugs beschränkt. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch auf jede andere Anwendung angewendet werden, die Informationen über Grenzen erfordert. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Industrieroboter-System angewendet werden, bei dem ein Roboterarm von einer Steuerung automatisch bewegt wird.
Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung die Erfassung einer Grenze in einem Umfeld. Dazu werden Informationen eines Belegungsrasters verwendet, wobei das Belegungsraster Informationen über die Belegungswahrscheinlichkeit in dem Umfeld liefert. Nach der Erfassung eines Anfangsübergangspunktes zwischen einer freien und einer belegten Rasterzelle im Belegungsraster wird ein Untersuchungsbereichsfenster um den Anfangsübergangspunkt herum analysiert, um weitere Übergangspunkte zu identifizieren. Die identifizierten Übergangspunkte werden zu einer oder mehreren Polygonketten kombiniert. Nachdem die Analyse der Grenze innerhalb des Untersuchungsbereichs durchgeführt wurde, können nachfolgende Untersuchungsbereiche analysiert werden. Zu diesem Zweck werden die nachfolgenden Untersuchungsbereiche basierend auf den Übergangspunkten und/oder Grenzinformationen eines aktuellen Untersuchungsbereichsfensters bestimmt.

Claims

Verfahren zum Erfassen einer Grenze in einem Umfeld eines Objekts (V), das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen (S1) eines Belegungsrasters (O) mit einer Mehrzahl von Rasterzellen, wobei jede Rasterzelle einen Wert für eine Belegungswahrscheinlichkeit in dem Umfeld des Objekts (V) umfasst; Erfassen (S2) eines Anfangsübergangspunktes (S) in dem Belegungsraster (O) basierend auf den Werten der Rasterzellen in dem Belegungsraster (O); Zuweisen (S3) eines Untersuchungsbereichsfensters (W) in dem Belegungsraster (O) um den identifizierten Anfangsübergangspunkt (S) herum; Erfassen (S4) weiterer Übergangspunkte (T-i) in dem Belegungsraster (O) basierend auf den Werten der Rasterzellen in dem Untersuchungsbereichsfenster (W); und Kombinieren (S5) des erfassten Anfangsübergangspunktes (S) und der weiteren erfassten Übergangspunkte (T-i) zu einer Anzahl von Polygonketten zur Festlegung einer Grenze (B) in dem Belegungsraster (O).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Belegungsraster (O) eine zweidimensionale Darstellung von Rasterzellen umfasst, die eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt, die einer zugeordneten Position in dem Umfeld des Objekts entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein erster Anfangsübergangspunkt (S) in der Richtung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Objekts (V) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Größe des Untersuchungsbereichsfensters (W) basierend auf einem Abstand zwischen dem Objekt (V) und einer Mitte des Untersuchungsbereichsfensters (W) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Mittelpunkt eines weiteren Untersuchungsbereichsfensters (W) basierend auf den weiteren Übergangspunkten (T-i) in einem aktuellen Untersuchungsbereichsfenster (W) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Ausrichtung eines weiteren Untersuchungsbereichsfensters (W) basierend auf den weiteren Übergangspunkten (T-i) in dem aktuellen Untersuchungsbereichsfenster (W) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Mittelpunkt und/oder die Ausrichtung eines weiteren Untersuchungsbereichsfensters (W) auf einem gewichteten Durchschnitt der weiteren Übergangspunkte (T-i) und der Mitte des aktuellen Untersuchungsbereichsfensters (W) basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Mittelpunkt und/oder die Ausrichtung eines weiteren Untersuchungsbereichsfensters (W) auf den weiteren Übergangspunkten (T-i) bezogen auf die längste Polygonkette in dem aktuellen Untersuchungsbereichsfenster (W) basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein weiteres Untersuchungsbereichsfenster (W) bestimmt wird, wenn ein aktuelles Untersuchungsbereichsfenster (W) eine Grenze des Belegungsrasters nicht überschreitet.
Vorrichtung (1) zum Erfassen einer Grenze in einem Umfeld eines Objekts (V), umfassend: einen Belegungsdetektor (10), der dazu ausgelegt ist, ein Belegungsraster (O) mit einer Mehrzahl von Rasterzellen bereitzustellen, wobei jede Rasterzelle einen Wert für eine Belegungswahrscheinlichkeit in dem Umfeld des Objekts (V) umfasst; einen Grenzdetektor (20), der dazu ausgelegt ist, einen Anfangsübergangspunkt (S) in dem Belegungsraster (O) basierend auf den Werten der Rasterzellen in dem Belegungsraster (O) zu erfassen, ein Untersuchungsbereichsfenster (W) in dem Belegungsraster (O) um den identifizierten Anfangsübergangspunkt (S) herum zuzuweisen und weitere Übergangspunkte (T-i) in dem Belegungsraster (O) basierend auf den Werten der Rasterzellen in dem Untersuchungsbereichsfenster (W) zu erfassen; und einen Grenzprozessor (30), der dazu ausgelegt ist, den erfassten Anfangsübergangspunkt (S) und die weiteren erfassten Übergangspunkte (T-i) zu einer Anzahl von Polygonketten zu kombinieren, um eine Grenze in dem Belegungsraster (O) festzulegen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei der Belegungsdetektor (14) einen optischen Sensor (10-1), einen Radarsensor (10-2) und/oder einen Ultraschallsensor (10-3) umfasst.
Fortschrittliches Fahrerassistenzsystem mit der Vorrichtung (1) zum Erfassen einer Grenze nach Anspruch 10 oder 11.
Autonom fahrendes Fahrzeug mit der Vorrichtung (1) zum Erfassen einer Grenze nach Anspruch 10 oder 11.
Industrierobotersystem mit der Vorrichtung (1) zum Erfassen einer Grenze nach Anspruch 10 oder 11.