DE19911665A1

DE19911665A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Entfernung von auf der Fahrbahn vorhandenen Objekten zu einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE19911665A1
Application number: DE19911665A
Authority: DE
Inventors: Ralf Bergholz; Joerg Hoellermann; Rudolf Mai; Tim Weis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: DE19911665B4

Abstract

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Bestimmung der Entfernung von vor einem Fahrzeug vorhandenen Objekten, insbesondere von anderen Fahrzeugen, werden die Bilder von zwei Bildsensoren mit erheblichem Aufwand verglichen und die Entfernung berechnet. Erfindungsgemäß kann die Entfernung von vor oder hinter einem Fahrzeug vorhandenen Objekten mit Hilfe eines Rasters (11) aus horizontalen parallelen Linien, denen bestimmte Entfernungen zugeordnet sind und das dem von nur jeweils einer Kamera (10) aufgenommenen und auf einer im Fahrzeug vorhandenen Anzeigeeinrichtung dargestellten Bild (12, 13) überlagert ist, erkannt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung von auf der Fahrbahn vorhandenen Objekten zu einem Fahrzeug.

Aus DE-A-43 45 147 ist bekannt, den hinter einem Fahrzeug liegenden Raum mittels einer vorzugsweise am Heck befindlichen Videokamera zu beobachten, die ein Bild auf einem im Fahrzeug befindlichen Monitor erzeugt. In EP-B-04 82 604 ist eine Entfernungsmeßvorrichtung für ein Fahrzeug beschrieben, welche durch rechnerischen Vergleich der von zwei Bildsensoren erfaßten Bilder eines vor dem Fahrzeug liegenden Objekts dessen Entfernung bestimmt. Eine solche Einrichtung erfordert einen beträchtlichen Aufwand zur Aufnahme und Verarbeitung der Bildsignale. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem einfachen Verfahren, das dem Fahrzeugführer die Bestimmung des Abstandes von vor oder hinter dem Fahrzeug auf der Fahrbahn befindlichen Objekten gestattet.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen dem Führer eines Fahrzeugs die Entfernung von vor und/oder hinter dem Fahrzeug auf der Fahrbahn befindlichen Objekten angezeigt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Hauptanspruch und eine Vorrichtung nach dem unabhängigen Nebenanspruch gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Fahrbahnbereich vor und/oder hinter dem Fahrzeug durch mindestens eine Kamera erfaßt. Das Bildsignal einer jeden Kamera wird auf je eine Anzeigeeinrichtung oder einem der Kamera zugeordneten Bereich einer für mehrere Kameras vorgesehenen Anzeigeeinrichtung dargestellt. Als Anzeigeeinrichtung kann jede Vorrichtung dienen, die ein Bildsignal visuell beobachtbar macht, beispielsweise ein LCD (Flüssigkristallanzeige), ein Monitor oder ein Head-up Display. Jedes der Bilder wird mit einem Raster aus parallelen horizontalen Linien überlagert, von denen jede einer bestimmten Entfernung zugeordnet ist. Da ein auf der Anzeigeeinrichtung dargestelltes Objekt, beispielsweise ein vorausfahrendes oder nachfolgendes Fahrzeug, je nach seiner Entfernung in unterschiedlicher Höhe über dem unteren Rand der Anzeigeeinrichtung bzw. des Anzeigebereichs dargestellt wird, kann der Fahrzeugführer diese Entfernung unmittelbar an der die Abbildung des Objekts berührenden Rasterlinie ablesen. Zur Erleichterung können die den Rasterlinien zugeordneten Entfernungen neben diesen auf der Anzeigeeinrichtung angegeben werden.

Die Signale für die Darstellung der Rasterlinien können in einer einfachen Bilderzeugungseinheit generiert werden, wobei die Positionen der Linien durch einfache geometrische Berechnungen aus der Richtung der optischen Achse der Kamera, deren Höhe über der Fahrbahn, dem Abbildungsmaßstab und erforderlichenfalls anderen verfügbaren Daten festgelegt werden können.

Da bei der visuellen Beurteilung des Anzeigebildes durch den Fahrzeugführer am leichtesten die in der Nähe der Fahrbahn liegenden Unterkante des vorausfahrenden oder nachfolgenden Fahrzeugs erkannt wird, legt man vorzugsweise für die Berechnung der Rasterlinien die von der Kamera zu den in den entsprechenden Entfernungen liegenden Punkten der Fahrbahn gerichteten Sehstrahlen zugrunde. Dadurch wird das Verfahren auch bei Dunkelheit anwendbar, wenn statt des Umrisses nur die in Fahrbahnnähe liegenden Scheinwerfer bzw. Rücklichter des nachfolgenden bzw. vorausfahrenden Fahrzeugs erkennbar sind.

Bevorzugt wird in dieser Berechnung eine Korrektur angebracht, wenn der Nickwinkel des Fahrzeugs vom Normalwert abweicht, z. B. durch ungleichmäßige Beladung. In einem solchen Falle würde nämlich, wenn die Kamera starr mit dem Fahrzeug verbunden ist, bei einer Veränderung des Nickwinkels der Winkel zwischen der optischen Achse der Kamera und der Fahrbahn ebenfalls verändert und dadurch das Bild des Objekts auf dem Monitor vertikal verschoben, wodurch die abzulesende Entfernung verfälscht würde. Einrichtungen zur Erfassung des Nickwinkels sind bekannt, beispielsweise zur automatischen Nachstellung der Scheinwerfer. Aufgrund eines von einer Nickwinkelerfassungseinrichtung gelieferten Signals kann in der Bilderzeugungsvorrichtung die vertikale Position der Rasterlinien dem aktuellen Nickwinkel entsprechend korrigiert werden, so daß die abzulesenden Entfernungswerte korrekt sind.

Alternativ kann auch die Kamera durch eine Nachführeinrichtung in Abhängigkeit vom Nickwinkel so auf und ab geschwenkt werden, daß der Winkel zwischen ihrer optischen Achse und der Fahrbahn konstant bleibt. Hierdurch wird der Einfluß des Nickwinkels auf die Position des Objektbildes ausgeglichen, so daß korrekte Entfernungswerte ablesbar sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die vertikale Position der Rasterlinien korrigiert, um Fehler durch eine Krümmung der Fahrbahn in Fahrtrichtung zu kompensieren. Wenn beispielsweise vor dem Fahrzeug eine Steigungsstrecke liegt, dann wird das Bild eines auf der Steigung befindlichen Objekts in einer höheren vertikalen Position auf dem Monitor erscheinen und eine größere Entfernung abgelesen. Dieser Effekt kann in der Bilderzeugungsvorrichtung korrigiert werden, wenn der Höhenunterschied in Abhängigkeit von der Entfernung bekannt ist. Solche Daten können beispielsweise aus digitalen Straßenkarteninformationen in Verbindung mit einer Positionsbestimmung des Fahrzeugs durch GPS bereitgestellt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand konkreter Ausführungsformen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein am Heck mit einer Videokamera ausgerüstetes Fahrzeug mit einem nachfolgenden Fahrzeug in zwei unterschiedlichen Entfernungen,

Fig. 2 einen Monitor im Fahrzeug mit Bildern des nachfolgenden Fahrzeugs,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Das in Fig. 1 gezeigte Fahrzeug 1 bewegt sich in Pfeilrichtung auf der Fahrbahn 6 und trägt am Heck eine rückwärts gerichtete Videokamera 21. Die optische Achse 9 der Videokamera verläuft in diesem Falle parallel zur Fahrbahn 6. Zwei nachfolgende Fahrzeuge 2, 3 sind alternativ in zwei verschiedenen Entfernungen dargestellt.

Auf dem in Fig. 2 dargestellten Monitor 10 ist das nachfolgende Fahrzeug 2 als Bild 12 und entsprechend Fahrzeug 3 als Bild 13 zu erkennen. Die Oberkante 15 und die Unterkante 14 des Monitors entsprechen den das wirksame Bildfeld der Videokamera 21 begrenzenden Sehstrahlen 5 bzw. 4. Man sieht, daß der zur Unterkante des Fahrzeugs 2 führende Sehstrahl 7 unter dem Sehstrahl 8 liegt, der auf die Unterkante des Fahrzeugs 3 gerichtet ist. Entsprechend liegt die Unterkante des Bildes 12 auf dem Monitor unter der des Bildes 13. Eine Schar 11 horizontaler Rasterlinien, die mit den Entfernungszahlen 10, 15, 20, 50, 100 und ¥ bezeichnet sind, ist dem Bild überlagert. Durch Vergleich der Fahrzeugunterkanten im Bild mit dem Rasterliniensystem erkennt man, daß die Entfernung des Fahrzeugs 2 zwischen 15 und 20, etwa 18 m und die des Fahrzeugs 3 zwischen 50 und 100, etwa 80 m beträgt.

Fig. 3 zeigt die Komponenten einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Vorrichtung. Diese umfaßt eine Videokamera 21, die mit einem Monitor 10 verbunden ist. Eine Bilderzeugungsvorrichtung 22 berechnet die Positionen für Rasterlinien und überträgt ein entsprechendes Signal an den Monitor 22. Bevorzugt ist eine Nickwinkelerfassungseinrichtung 23 vorhanden, die alternativ entweder mit der Bilderzeugungsvorrichtung 22 oder mit einer Stellvorrichtung 24 verbunden ist. Letztere schwenkt die Videokamera 21 um eine horizontale quer zum Fahrzeug liegende Achse. Weiter bevorzugt ist ein Speicher 25 vorhanden, der eine digitalisierte Straßenkarte einschließlich der topographischen Höhen enthält. In diesem Fall erhält die Bilderzeugungsvorrichtung 22 auch Information vom Positionsbestimmungssystem (GPS) 26 und ruft die zur Position und den entsprechenden Entfernungen gehörenden Höhenwerte aus dem Speicher 25 ab.

Vorteilhaft ist der in dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung vorgesehene Monitor 10 ein Head-up Display. Bei einem solchen beispielsweise in der DE-A-195 39 799 beschriebenen Display wird ein virtuelles Bild erzeugt, das in das Gesichtsfeld des Fahrzeugführers eingespiegelt und seiner Ansicht des Außenbereichs überlagert wird. Vorteilhaft ist der in dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung vorgesehene Monitor 10 ein Head-up Display. Bei einem solchen beispielsweise in der DE-A-195 39 799 beschriebenen Display wird ein virtuelles Bild erzeugt, das in das Gesichtsfeld des Fahrzeugführers eingespiegelt und seiner Ansicht des Außenbereichs überlagert wird.

Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

,

3

nachfolgendes Fahrzeug

4

unterer bildfeldbegrenzender Sehstrahl

5

oberer bildfeldbegrenzender Sehstrahl

6

Fahrbahn

7

,

8

Sehstrahlen zur Fahrzeugunterkante

9

optische Achse der Videokamera

10

Monitor, Anzeigeeinrichtung

11

Rasterlinienschar

12

,

13

Fahrzeugbilder

14

Unterkante des Monitors

15

Oberkante des Monitors

21

Videokamera, Kamera

22

Bilderzeugungsvorrichtung für Rasterlinien

23

Nickwinkelerfassungseinrichtung

24

Stellvorrichtung

25

Speicher mit digitaler Straßenkarte

26

Positionsbestimmungssystem (GPS)

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Entfernung von auf der Fahrbahn vorhandenen Objekten zu einem Fahrzeug, insbesondere von nachfolgenden und/oder vorausfahrenden Fahrzeugen, mit Hilfe einer Kamera und einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere eines Monitors, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Anzeigeeinrichtung ein Raster paralleler Verfahren horizontaler Linien erzeugt wird, die bestimmten Entfernungen zugeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Position der Linien auf der Anzeigeeinrichtung aus dem Winkel zwischen der optischen Achse der Kamera und dem auf den in der entsprechenden Entfernung liegenden Fahrbahnpunkt gerichteten Sehstrahl errechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Position der Rasterlinien oder des Objektbildes korrigiert wird, um den Einfluß des Nickwinkels des Fahrzeugs auszugleichen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Position der Rasterlinien aufgrund des Nickwinkels korrigiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Position des Objektbildes durch Verstellung der Kamera entsprechend dem Nickwinkel korrigiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Position der Linien korrigiert wird, um den Einfluß der Fahrbahnkrümmung in Fahrtrichtung auszugleichen.

7. Verfahren nach einem der vor Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kamera den Bereich hinter dem Fahrzeug aufnimmt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kamera den Bereich vor dem Fahrzeug aufnimmt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei als Anzeigeeinrichtung ein Head up Display verwendet wird.

10. Vorrichtung zur Bestimmung der Entfernung von auf der Fahrbahn vorhandenen Objekten zu einem Fahrzeug, insbesondere von nachfolgenden und/oder vorausfahrenden Fahrzeugen, umfassend eine Anzeigeeinrichtung, mit dem eine Kamera und eine Bilderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Bildsignals für eine Rasterlinienschar verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 mit einer Nickwinkelerfassungseinrichtung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 mit einer auf die Kamera wirkenden Stellvorrichtung.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung mit einem eine digitalisierte Straßenkarte enthaltenden Speicher und ggf. einer Positionsbestimmungseinrichtung (GPS) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Anzeigeeinrichtung ein Head-up Display ist.