DE19932779A1 - Rückfahrhilfe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rückfahrhilfe zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs insbesondere beim Einparken, umfassend mindestens eine am Heckbereich (10) des Kraftfahrzeugs angeordnete Sendeeinrichtung (12) zum Aussenden von Meßstrahlen (14) in den hinteren Gefahrenraum, mindestens eine am Heckbereich (10) des Kraftfahrzeugs angeordnete Empfangseinrichtung (16, 16a, 16b) zur Aufnahme von an zumindest einem erfaßten Objekt (18) reflektierten Strahlen (20), eine Abstand-Meßeinrichtung zur Ermittlung des Abstands (A) zwischen dem Fahrzeug und dem erfaßten Objekt (18), und eine Anzeigeeinrichtung (22) zur optischen Darstellung des Abstands (A) zum erfaßten Objekt (18). Weiterhin umfaßt die Rückfahrhilfe eine Meßstrahl-Horizontalführung für eine periodische Abtastung eines vorbestimmten Winkelbereichs in der Horizontalebene, eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Position des erfaßten Objekts in der Horizontalebene relativ zum Fahrzeugheck und der Breitenerstreckung des erfaßten Objekts, und eine Bildschirmeinrichtung (24) zur bildlichen Darstellung der Position und der Breitenerstreckung des erfaßten Objekts in der Horizontalebene relativ zum Fahrzeugheck (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückfahrhilfe zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs insbesondere beim Rückwärtsfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Beim Rückwärtsfahren ist es bei vielen Fahrzeugen oftmals schwierig oder sogar unmöglich, den Raum unmittelbar hinter dem Heck einzusehen. Beispielsweise ist es aufgrund von abfallenden Kofferraumabdeckungen bei Limousinen gar nicht möglich, das Ende des Fahrzeugs zu erkennen. Ähnliche Probleme ergeben sich bei Kombilimousinen mit steil abfallendem Heck. Das Überblicken des Gefahrenraums hinter dem Fahrzeug ist insbesondere bei ge­ schlossenen Kastenwagen oder Lastkraftwagen mit geschlossen Aufbauten nur eingeschränkt möglich, so daß insbesondere hier ein großer Totbereich verbleibt.

Beim Rückwärtsfahren z. B. in eine Parklücke ergeben sich also dadurch Probleme, daß der Fahrer nur ungenau erkennen kann, ob ein Hindernis im Weg steht, das durch unbeabsichtigte Berührung beschädigt werden oder am eigenen Fahrzeug Schäden verursachen könnte.

Zu diesem Zweck sind Hilfsmitteln bekannt, die es erlauben, Hindernisse im Gefahrenraum hinter einem rückwärts fahrenden Kraftfahrzeug zu erfassen und entsprechende Signale an den Fahrzeugführer auszugeben.

Eine Einparkhilfe beschreibt das Gebrauchsmuster DE 87 17 494 U1. An der Rückseite eines Kraftfahrzeugs ist ein Sender, der einen Infrarot- oder Laserstrahl aussendet, und ein Empfänger, der den von einem Objekt reflektierten Meßstrahl aufnimmt, an­ geordnet. Über eine Auswerteelektronik wird dem Fahrer mittels einer LED-Anzeigenkette der gemessene Abstand zum Objekt ange­ zeigt.

Mit dieser Einparkhilfe ist es zwar möglich, den Abstand zwi­ schen Sender/Empfänger und dem erfaßten Objekt zu bestimmen. Jedoch kann sich der Fahrer kein Bild vom eigentlichen Gefah­ renraum und der Anordnung von darin befindlichen Objekten ma­ chen. Der Fahrer führt mangels ausreichender Information mögli­ cherweise ein Fahrmanöver aus, das zu einem Anfahren eines nicht erfaßten Objekts führt. So sind insbesondere die hinteren Eckbereiche besonders gefährdet, wenn das Fahrzeug schräg zum erfaßten Objekt steht, aber eine bloße Abstandsmessung nur den Abstand zur Heckmitte ermittelt.

Eine weitere Parkhilfe beschreibt die DE 43 03 066 C2. Zur Er­ leichterung des Einparkens insbesondere von großen Fahrzeugen ist hierbei eine Abstandswarneinrichtung mit einem optischen Sensorsystem vorgesehen. Das Sensorsystem soll ein Hindernis in Form eines Gegenstandes oder eines Fahrzeugteils unter Berück­ sichtigung eines Mindestabstandes erfassen. Die verwendeten Strahlungssender und -empfänger sind schräg nach unten ausge­ richtet, wobei die entsprechend schräg nach unten gerichteten Strahlungskeulen den Bereich des Mindestabstands markieren. Bei Eindringen eines Hindernisses in die Strahlungskeule erfolgt eine Entfernungsmessung. Es werden die am Gegenstand reflek­ tierten Impulsstrahlungsanteile vom jeweiligen Strahlungssender erfaßt und einer entsprechenden Signalaufbereitung und Signal­ verarbeitung zugeführt.

Auch bei dieser Parkhilfe wird eine einfache Abstandsmessung durchgeführt. Der Fahrer wird gewarnt, wenn er zu nah an ein erfaßtes Objekt auffährt, kann sich aber wiederum kein Bild des hinteren Gefahrenraumes machen.

Die bekannten Hilfsvorrichtungen weisen gemeinsam den Nachteil auf, daß mehrere unterschiedlich positionierte und/oder ver­ schieden hohe Hindernisse im hinteren Gefahrenraum nicht mit ausreichender Sicherheit erfaßt werden können, wenn das betref­ fende Objekt von den statischen Meßstrahlen nicht vollständig erfaßt wird. Mit den bekannten Parkhilfen ist es dem Fahrer nicht möglich, festzustellen, wo sich das Fahrzeugheck relativ zu den im hinteren Gefahrenbereich befindlichen Objekten befin­ det. Mit dieser Kenntnis wäre es dem Fahrer möglich, sich für eine bestimmte Lenkbewegung und/oder eine bestimmte Fahrtrich­ tung zu entscheiden, um das ermittelte Objekt zu umfahren bzw. eine Kollision zu vermeiden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rückfahrhilfe anzugeben, die dem Fahrer insbesondere bei Rückwärtsfahrt zu­ verlässige Informationen über die jeweilige räumliche Anordnung von im hinteren Gefahrenraum befindlichen Objekten relativ zum Fahrzeug liefert. Darüber hinaus soll mit der erfindungsgemäßen Rückfahrhilfe die Objekterfassung und Informationsverarbeitung besonders einfach, robust, zuverlässig und kostengünstig reali­ sierbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Rückfahrhilfe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rückfahrhilfe.

Bei der Rückfahrhilfe nach der Erfindung ist am Heckbereich des Kraftfahrzeugs mindestens eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Meßstrahlen in den hinteren Gefahrenraum und mindestens eine Empfangseinrichtung zur Aufnahme von an zumindest einem erfaßten Objekt reflektierten Strahlen angeordnet. Eine Ab­ stand-Meßeinrichtung ermittelt den Abstand zwischen dem Fahr­ zeug und dem erfaßten Objekt, welcher mit einer Anzeigeeinrich­ tung optisch dargestellt wird.

Gemäß eines Grundgedankens der Erfindung weist die Rückfahrhil­ fe eine Meßstrahl-Horizontalführung für eine periodischen Abta­ stung eines vorbestimmten Winkelbereich in der Horizontalebene auf. Eine Auswerteeinrichtung bestimmt dabei die Position des erfaßten Objekts in der Horizontalebene relativ zum Fahrzeug­ heck und die Breitenerstreckung bzw. Breite der "Vorderkante" des erfaßten Objekts. Auf einer Bildschirmeinrichtung wird die Position und die Breitenerstreckung des erfaßten Objekts in der Horizontalebene relativ zum Fahrzeugheck dargestellt.

Da auf eine reale bildliche Darstellung des rückwärtigen Gefah­ renraums verzichtet wird, können abbildende optische Systeme stark vereinfacht und daher kostengünstig hergestellt werden. Fehler können auf einfache Weise herausgeeicht werden.

Die Rückfahrhilfe kann modifiziert auch zum Vorausschauen ver­ wendet werden, z. B. um für Lastkraftwagen die ausreichende lichte Weite von Tunnels oder Durchfahrten anzuzeigen.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wirkt die Meß­ strahl-Horizontalführung mit einer Meßstrahl-Vertikalführung zusammen. Durch die sich somit ergebende fächerförmige Ausbil­ dung eines Lichtbandes zusammen mit dessen Horizontalbewegung ist es möglich, einen vorbestimmten Raumwinkelbereich in hori­ zontaler und vertikaler Richtung nach Art eines Scan- bzw. Ra­ ster-Vorganges periodisch abzutasten. Die Auswerteeinrichtung umfaßt hierzu eine Höhenermittlungseinrichtung, um die Höhener­ streckung des erfaßten Objekts zu bestimmen, welche sich durch Darstellungsmittel der Bildschirmeinrichtung bildlich darstel­ len läßt.

Der Fahrer kann anhand einer Darstellung des Rückraumes mit relativen Positionen und Breiten der erfaßten Objekte zusammen mit einer Angabe über deren Höhe aufgrund seiner eigenen Intel­ ligenz eine realistische Beurteilung des hinteren Gefahrenrau­ mes vornehmen. Bei einer Rückwärtsfahrt kann er die Bewegung des eigenen Fahrzeugs bzw. seines Hecks anhand der bildlichen Darstellung verfolgen.

Um eine ausreichend genaue Aussage über die Höhe der erfaßten Objekte vornehmen zu können und den technischen Aufwand zu mi­ nimieren, kann der von der Meßstrahl-Vertikalführung abgetaste­ te Raumwinkelbereich in eine Mehrzahl von Höhenwinkelbereichen unterteilt sein. Dabei wird jedem in einem bestimmten Höhenwin­ kelbereich liegenden erfaßten Objektpunkt ein Höhenbereichswert zuordnet. Um unterschiedlich hohe Objekte voneinander zu unter­ scheiden und eine Zuordnung zu bestimmten Objekthöhen vorzuneh­ men, kann das Darstellungsmittel der Bildschirmeinrichtung für jeden der Höhenbereichswerte eine unterschiedliche farbige, schraffierte und/oder dergleichen unterscheidbare Darstellungs­ form aufweisen.

Der Abstand der erfaßten Objekt kann durch Auswertung der geo­ metrischen Vorgaben errechnet werden. Jedoch werden bei einer derartigen Berechnung keine Verzerrungen oder dergleichen Stö­ rungen berücksichtigt. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, den Abstand bzw. die Position und die Breitenerstreckung des erfaßten Objekts mit Hilfe von Look-Up-Tabellen mit vorbestimm­ ten Vorgabewerten aus den vorgegebenen optisch-geometrischen Gegebenheiten der Empfangseinrichtung zu ermitteln. In den Look-Up-Tabellen können die Störfaktoren berücksichtigt sein. Es wird keine nennenswerte Rechenleistung gebraucht, daher be­ steht auch kein Bedarf an Software. Bei sehr großen Stückzahlen lohnt sich die Integration der gesamten Auswerteelektronik in ein bis zwei Chips.

Um möglichst gut gegen Störlicht abgesichert zu sein, kann die Sendeeinrichtung mindestens eine schmalbandige oder monochroma­ tische Lichtquelle aufweisen. Ebenso sollen die Empfangskameras schmalbandig ausgeführt sein und nur in dem vom Sender verwen­ deten Wellenlängenbereich empfindlich sein.

Die Meßstrahl-Horizontalführung und/oder die Meßstrahl- Vertikalführung kann ein Spiegelrad und/oder LCD-Blenden und/oder dergleichen Hilfsmittel für die Meßstrahl-Abtastung aufweisen. Mit diesen Maßnahmen kann man den Meßlichtstrahl auf einfache Weise über den gewünschten Raumwinkelbereich fegen lassen. Der Einsatz unterschiedlicher abbildender Sensoren, z. B. für Ultraschall oder Radar, ist denkbar.

Die Empfangseinrichtung kann mindestens eine Abbildungsoptik mit einer in deren Bildebene angeordnete Mehrzahl von lichtemp­ findlichen Halbleitersensoren aufweisen. Die Halbleitersensoren sind billig und für den verwendeten Wellenbereich empfindlich.

In der Bildebene der Empfangseinrichtung kann eine Anzahl von Sensorzeilen angeordnet sein, welche mindestens der Zahl der Höhenwinkelbereiche entspricht, in die der abgetastete Raumwin­ kelbereich aufgeteilt ist. Durch geeignete Einschränkung der Zeilenzahl läßt sich bei ausreichender Höhenauflösung eine kleinbauende Empfangseinrichtung realisieren.

Lichtsender und Kamera(s) können als fertig montierte Bauein­ heit hergestellt und geeicht werden.

Anhand der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen werden weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung deutlicher.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Bildschirmdarstellung gemäß der Erfindung mit Sicht von oben auf den Gefahrenraum hin­ ter dem eigenen, rückwärts fahrenden Fahrzeug;

Fig. 2 eine Darstellung des Funktionsprinzips des Licht­ schnittverfahrens;

Fig. 3 eine schematisierte Draufsicht auf die Anordnung und das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Rückfahrhil­ fe;

Fig. 4 eine schematisierte Seitenansicht auf die Anordnung und das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Rückfahrhil­ fe;

Fig. 5 eine Darstellung des Funktionsprinzips des Abtastvor­ ganges;

Fig. 6 ein stark vereinfachtes, schematisiertes Blockschalt­ bild der Schaltungsanordnung für die erfindungsgemäße Rückfahrhilfe.

In der beschriebenen Ausführungsform wird dem Fahrer eine Vo­ gelperspektive (Fig. 1) des Gefahrenraums hinter dem rückwärts fahrenden Kraftfahrzeug auf einem Monitor 22 angezeigt. Die Darstellung auf dem Monitor 22 wie er z. B. aus der Heimcompu­ terwelt bekannt ist, zeigt Objekte 32a, 32b, 32c, 32d schema­ tisch an und weist durch Farbe auf deren Ausdehnung in drei Raumdimensionen hin. Hierzu werden Objektpunkte, deren reflek­ tiertes Licht durch Sensoren wahrgenommen werden, in einem dreidimensionalen Raumkoordinatensystem lokalisiert und am Mo­ nitor 22 dargestellt. Die Zusammenfassung der Bildpunkte am Monitor 22 zu Bildern ausgedehnter Strukturen wird der "Intel­ ligenz" des Fahrers überantwortet. Es wird auf eine semantische Erfassung des Objektraums verzichtet, wie dies beispielsweise bei bekannten Lichtschnittverfahren in der Robotik der Fall ist, wo die dort geforderten Leistungen nur über erheblichen Aufwand an Rechenleistung erzielt werden. Dadurch benötigt die erfindungsgemäße Rückfahrhilfe keine aufwendige Informations­ verarbeitung und ist robust und kostengünstig zu realisieren.

Fig. 1 zeigt schematisch die Monitoransicht des hinteren Ge­ fahrenraums, wie sie dem Fahrer angezeigt wird, wenn er den Totbereich hinter dem Fahrzeugheck 10, etwa beim Rückwärtsfah­ ren, einsehen möchte. Die angezeigten, erfaßten Objekte 32a, 32b, 32c, 32d sind je nach ihrer Höhe mit unterschiedlicher Farbe dargestellt. Die Höhenskala, die jedem Höhenbereich eine bestimmte Farbe 26a, 26b, 26c, 26d, 26e zuordnet, ist rechts neben der Darstellung des hinteren Gefahrenraums eingeblendet. Beispielsweise ist eine Absperrkette 32c gelb, einen Hauskante 32b blau und grün, ein Papierkorb 32d grün und ein Bordstein 32a rot dargestellt. Das Heck 10 des eigenen Kraftfahrzeuges ist fest eingeblendet. Die in ihrer Position relativ zum Fahr­ zeugheck und in ihrer Breitenausdehnung ermittelten Objekte 32a, 32b, 32c, 32d sind in einer standartisierten Tiefe darge­ stellt. Der Monitor 22 kann im Armaturenbrett oder in der Mit­ telkonsole integriert sein.

Die Arbeitsweise der Rückfahrhilfe beruht auf Triangulation nach dem Lichtschnittverfahren. Fig. 2 zeigt schematisch das mathematische Prinzip des angewendeten Lichtschnittverfahrens. Ein am (in Fig. 2 nur angedeutet) Heckbereich 10 des Fahrzeugs angeordneter Sender 12 sendet einen Lichtstrahl 14 in die zu überblickende Szene. Die Abstrahlrichtung des Lichtstrahls ist durch den Abstahlwinkel α bestimmt. In dem in Fig. 2 darge­ stellten Beispiel ist α < 0 und β < 0. Der Abstahlwinkel α va­ riiert mit der Zeit. Der Lichtstahl streicht oder fegt in der Horizontalebene periodisch über einen festgelegten Winkelbe­ reich. Dieser Bereich reicht gemessen von der Fahrzeugachse von etwa -75°bis +75°. Die Zeit eines Durchgangs sollte kürzer als 200 ms sein.

Ein ebenfalls am Heckbereich 10 des Fahrzeugs angeordneter Emp­ fänger 16 besteht im wesentlichen aus einer (nicht näher darge­ stellten) Kamera mit lichtempfindlichen Halbleitersensoren in ihrer Brennebene. Die Kamera ist mit einem Weitwinkelobjektiv ausgerüstet und kann billig hergestellt werden, da die Anforde­ rungen an die Abbildungsgüte reduziert sind. Chromatische Aber­ ration und Verzeichnungen spielen keine Rolle. Die Brennweite des Kameraobjektivs beträgt nur wenige Millimeter, beispiels­ weise 12 mm, so daß Fokussierung nicht benötigt wird. Da nur mit Eigenlicht gearbeitet wird, sind die Anforderungen an die Helligkeitsregelung sehr stark reduziert und werden durch die bekanntlich sehr große Dynamik von Siliziumsensoren bedient. Aus der Lage eines Bildpunktes in der Bildebene der Kamera zu­ sammen mit deren geometrischen Daten wird der Empfangswinkel β berechnet. Mit vorgegebenem Abstand b zwischen Sender 12 und Empfänger 16, dem Abstrahlwinkel α und dem Empfangswinkel β lassen sich nach den Regeln der ebenen Trigonometrie die ebenen Koordinaten x und y bzw. die Position des erfaßten Objektpunk­ tes in der Horizontalebene berechnen.

In der Praxis wird diese Rechnung nicht durchgeführt, sondern es werden Look-Up-Tabellen (28a, 28b in Fig. 6) verwendet, in die auch systembedingte geometrische Verzerrungen eingearbeitet werden können.

Fig. 3 zeigt die Geometrie eines Ausführungsbeispiels. An dem nur angedeutet dargestellten Fahrzeugheck 10 ist etwa an dessen Mitte der Sender 12 angeordnet. Beidseitig des Senders 12 sind in einem Basisabstand B = 1 m zum Sender 12 die Empfänger 16a und 16b so positioniert, daß ein ausreichend breiter Gefahren­ raum überstrichen wird. Die Größe des zu überwachenden Gefah­ renraums ist nach DIN 75031 mit 3 m mal 3 m gewählt. Der Sende­ winkelbereich t₁ - Sender 12 - t₂ beträgt 125°. Der Empfangs­ winkelbereich S_1' - Empfänger 16a - S₁ (S^2' - Empfänger 16b - S₂) der beiden Empfangskameras 16a, 16b beträgt 90 Grad, was in etwa einem gängigen Superweitwinkelobjektiv einer Kleinbildka­ mera mit 21 mm Brennweite entspricht.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform liegt der dem Fahrzeug nächstgelegene detektierbare Raumpunkt ca. 25 cm vom Heck 10 entfernt.

Für den denkbaren Fall, in dem es ausreicht, daß der nächstge­ legene detektierbare Raumpunkt ca. 50 cm vom Fahrzeugheck ent­ fernt liegt, würde eine Monokameraanordnung mit nur einer Emp­ fangskamera genügen. Diese (in vereinfachter Form in Fig. 2 gezeigte) Anordnung hätte einen Vorteil beim Justieren. Der eine Sender 12 und die eine Empfangskamera 16 könnten auf einer starren Schiene von weniger als b = 1 m Länge montiert werden. Die Montage könnte im Herstellerwerk erfolgen und dort justiert werden. Der Einbau und der Ersatz, z. B. bei Karosserieschäden, könnte durch Austausch der ganzen Baueinheit erfolgen.

In vertikaler Richtung genügt zur Information des Fahrers eine grobe Aufteilung des Objektraums in z. B. nur fünf Bereiche I, II, III, IV, V, wie Fig. 4 zeigt, wobei eine feinere aber auch eine gröbere Aufteilung denkbar ist. Ein erfaßter Objektpunkt 40 wird also einem von fünf Höhenwinkelbereichen (II in Fig. 4) zugeordnet. Die einzelnen Höhenwinkelbereiche I, II, III, IV, V müssen nicht notwendigerweise gleiche Öffnungswinkel γ_I, γ_II γ_III, γ_IV; γ_V haben. Der Bereich oberhalb des von dem Meß­ strahl erreichten Raumes kann vom Fahrer leicht eingesehen wer­ den. Auf dem Monitor 22 wird jeder Höhenwinkelbereich I, II, III, IV, V in einer eigenen Farbe 26a, 26b, 26c, 26d, 26e dar­ gestellt. Bei einem Monochrom-Monitor können die unterschiedli­ chen Höhenwinkelbereiche jedoch auch durch unterschiedliche Schraffierung oder dergleichen Unterscheidungsmerkmale darge­ stellt werden. Der Fahrer kann mit geeigneten (nicht gezeigten) Schaltern am Monitor 22 die Form der Darstellung beeinflussen; z. B. kann er bestimmte Höhenwinkelbereiche ausblenden oder fu­ sioniert darstellen.

Fig. 4 zeigt den überwachten Raum in der Seitenansicht. Am Fahrzeugheck ist ein auch in vertikale Richtung strahlender Sender 12 positioniert. Der überwachte Raum ist vertikal in fünf Zonen aufgeteilt. Der ganze Raum wird durch nur einen Sen­ der 12 ausgestrahlt, aber durch zwei Kameras 16a, 16b beobach­ tet, um mit gängigen Objektiven den ganzen interessierenden Raum einsehen zu können.

Der Sender 12 hat eine möglichst schmalbandige bzw. monochroma­ tische Lichtquelle, z. B. einen Infrarot-Festkörperlaser.

Schmalbandigkeit ist sowohl für den Sender 12 als auch für den Empfänger 16 erwünscht, um möglichst gut gegen Störlicht abge­ sichert zu sein. Es wird vorzugsweise Infrarotstrahlung zwi­ schen 700 und 950 nm Wellenlänge eingesetzt, da diese sowohl unsichtbar und somit nicht störend als auch augensicher ist.

In der Brennebene der beiden Empfangskameras 16a und 16b der Stereokameraanodnung oder der einen Empfangskamera 16 (Fig. 1) der Monokameraanodnung sind Siliziumdetektoren 30 (Fig. 6) plaziert, die billig sind und deren spektrale Empfindlichkeit bis in den Wellenlängenbereich von 700 bis 950 nm reicht. Auf Einzelheiten des Senders 12 wird hier nicht näher eingegangen, weil scannende Laserlichtquellen prinzipiell bekannt sind und z. B. an den Verkaufskassen in modernen Warenhäusern Anwendung finden. Die Lichtstrahlbewegung wird hierbei durch ein Spiegel­ rad oder durch andere Hilfsmittel, z. B. LCD-Blenden realisiert.

Die notwendige Anzahl von Sensorpunkten in der Bildebene der beiden Kameras 16a, 16b der Stereokameraanordnung bzw. der ei­ nen Kamera 16 der Monokameraanordnung wird aus der gewünschten Auflösung abgeleitet. Wird eine Auflösung am L = 3 m (in Fig. 3) entfernten Objekt von 2 Linienpaaren pro cm und ein Blick­ feld von W = 3 m Breite benötigt, so sind 300.2.2 = 1.200 Sensoren pro Zelle notwendig. Dabei muß empirisch festgestellt werden, ob nicht etwa die halbe Auflösung ausreichend wäre. Siliziumsensoren mit einer Breite von 10 µm sind allgemein ver­ fügbar. Aus der Proportion 3 m : 2,5 mm = Brennweite : 10 µm berechnet sich die Brennweite zu 12 mm. Die Kamera ist also sehr kleinbauend.

Bei einer vertikalen Aufteilung in fünf Zonen sind in der Bil­ debene nur ca. 5 Zeilen notwendig, weil innerhalb einer verti­ kalen Zone keine Objektauflösung stattfindet, wie Fig. 4 zeigt. In einer Durchführbarkeitsstudie kann geklärt werden, mit welcher Zonenzahl der günstigste Kompromiß zwischen Orts­ auflösung, Tiefenauflösung und technischem Aufwand erzielt wer­ den kann.

Wenn für jede Zone nur eine Sensorzeile vorgesehen ist, sind die verwendeten Sensoren außerordentlich lang im Vergleich zu ihrer Breite. Bei 5 Zonen ergibt sich für die Sensoren eine Länge von nahezu 2 mm. Das Verhältnis von Sensorlänge zu Sen­ sorbreite von 200 zu 1 könnte aus signaltechnischen Gründen (Dunkelstrom usw.) sehr ungünstig sein, so daß eine Erhöhung der Zeilenanzahl pro Zone hier Verbesserungen erwarten läßt. Der Einfachheit halber wird für eine weitere Rechnung deshalb angenommen, daß jede vertikale Objektraumzone durch N_z » 1 Sensoren erfaßt wird, wobei N_z die Anzahl der Sensorzeilen ist.

Die Skizze in Fig. 5 zeigt das Zusammenspiel von einem Sender 12 und einem Empfänger 16. Der Sender 12 erzeugt ein schmales, hohes Lichtband 42, das in horizontaler Bewegung über den Ob­ jektraum fegt. Die Kamera 16 bildet den Schnitt 44, den das Lichtband 42 mit der dargestellten Objektoberfläche erzeugt, in ihrer Bildebene 46 als Kurve 48 ab. Der zu jedem Zeitpunkt bzw. zu jedem Winkel α des Senders auf der Bildebene in Fig. 5 am weitesten rechts liegende Bildpunkt 50 gehört zu dem Objekt­ punkt 52, der dem Sender am nächsten liegt. Um in jeder Verti­ kalzone den bei jedem Winkel α des Senders nächstgelegenen Objektpunkt zu bestimmen, muß die Bildebene 48 nach dem von rechts kommend ersten Bildpunkt 50 abgesucht werden. Das bedeu­ tet, daß der Scanvorgang durch die Sensorebene wesentlich schneller erfolgt als die Scanbewegung der Lichtquelle. Da die­ se mit etwa 5 Hz ausreichend schnell abläuft, sollte die Bilde­ bene mit nicht weniger als vielleicht 5 kHz abgetastet werden.

Fig. 6 zeigt eine nur angedeutete Darstellung einer einfachen technischen Möglichkeit für eine Schaltungsanordnung, mit wel­ cher sich der Abtastvorgang auf unkomplizierte Weise realisie­ ren läßt. Im oberen Teil der Fig. 6 ist skizziert, wie jeweils N_z Sensorzeilen 30 nach Verstärkung 54 und Schwellwertdiskrimi­ nierung 56 durch ein ODER-Gatter 58 zusammengefaßt werden. Von der Objektivseite der Bildebene aus gesehen von links kommend (Pfeil Y) werden alle Spalten N₁ - N_S der Reihe nach abgefragt.

Sobald ein Bildpunkt entdeckt ist, wird die zur Zone (Zone 1-Zone 3) gehörige Look-Up-Tabelle 28a, 28b ausgesucht. Dort wird durch den Lichtsender eine bestimmte Spalte aktiviert, und die Zeile wird durch eine Spaltenfortschaltung 60 der Sensorebene aktiviert. Somit wird jede Spalte der Look-Up-Tabelle 28a oder 28b der Reihe nach während eines Lichtsender-Scans einmal durchlaufen. Mit anderen Worten, jedes Element (x, y) der Look- Up-Tabelle wird einmal während eines Lichtsender-Scans akti­ viert. Der Wert des Elements (x, y) der Look-Up-Tabelle, das in dem Augenblick aktiviert wird, wenn ein Lichtpunkt entdeckt ist, wird an den (nicht gezeigten) Monitor gesendet. Dieser Wert (x, y) beinhaltet die Bildschirmkoordinaten eines Bildpunk­ tes, der die seiner Zone zugeordnete Farbe oder sonstige Verti­ kalkennung trägt. Nachdem ein Lichtpunkt entdeckt worden ist, blockiert eine (nicht gezeigte) Torschaltung den Rest eines Sensorebenen-Scans, um sicherzustellen, daß immer der nächstge­ legene Objektpunkt erfaßt wird.

Die Look-Up-Tabellen 28a, 28b werden aus PROMs (programmierbare Lesespeicher) gebildet. Sie werden nach Eichung der auf einer Schiene fest mit einander verbundenen Sender und Empfänger "ge­ brannt", werden also nicht mehr verändert. Sie enthalten das für jede Sensorebenespalte (entsprechend der Look-Up-Tabellen- Zeile) und jede Senderichtung (entsprechend der Look-Up- Tabellen-Spalte) gültige Bildschirmkoordinatenpaar. Diese Koor­ dinaten errechnen sich, wie eingangs dargelegt, nach den Regeln der Ebenen Trigonometrie, korrigiert um Verzerrungen, die teils aus der Weitwinkeloptik der Kamera(s) kommen, teils andere, empirisch zu ermittelnde, Ursachen haben.

Zusammenfassend wird durch die Erfindung eine Rückfahrhilfe anzugeben, die dem Fahrer insbesondere bei Rückwärtsfahrt zu­ verlässige Informationen über die jeweilige räumliche Anordnung von im hinteren Gefahrenraum befindlichen Objekten relativ zum Fahrzeug liefert. Darüber hinaus macht die erfindungsgemäße Rückfahrhilfe die Objekterfassung und Informationsverarbeitung besonders einfach, robust, zuverlässig und kostengünstig.

Claims (7)

1. Rückfahrhilfe zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahr­ zeugs insbesondere beim Einparken, umfassend mindestens eine am Heckbereich (10) des Kraftfahrzeugs ange­ ordnete Sendeeinrichtung (12) zum Aussenden von Meßstrahlen (14) in den hinteren Gefahrenraum,
mindestens eine am Heckbereich (10) des Kraftfahrzeugs ange­ ordnete Empfangseinrichtung (16, 16a, 16b)zur Aufnahme von an zumindest einem erfaßten Objekt (18) reflektierten Strah­ len (20),
eine Abstand-Meßeinrichtung zur Ermittlung des Abstands (A) zwischen dem Fahrzeug und dem erfaßten Objekt (18), und eine Anzeigeeinrichtung (22) zur optischen Darstellung des Abstands (A) zum erfaßten Objekt (18),
gekennzeichnet durch
eine Meßstrahl-Horizontalführung für eine periodischen Abta­ stung eines vorbestimmten Winkelbereichs in der Horizontale­ bene,
eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Position des er­ faßten Objekts in der Horizontalebene relativ zum Fahrzeug­ heck und der Breitenerstreckung des erfaßten Objekts, und eine Bildschirmeinrichtung (24) zur bildlichen Darstellung der Position und der Breitenerstreckung des erfaßten Objekts in der Horizontalebene relativ zum Fahrzeugheck (10).

2. Rückfahrhilfe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßstrahl-Horizontalführung mit einer Meßstrahl- Vertikalführung zusammenwirkt, um einen vorbestimmten Raum­ winkelbereich in horizontaler und vertikaler Richtung nach Art eines Scan- bzw. Raster-Vorganges periodisch abzutasten, die Auswerteeinrichtung eine Höhenermittlungseinrichtung um­ faßt, um die Höhenerstreckung des erfaßten Objekts zu be­ stimmen, und
die Bildschirmeinrichtung (24) Darstellmittel zur bildlichen Darstellung der Höhenerstreckung des erfaßten Objekts auf­ weist.

3. Rückfahrhilfe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Meßstrahl-Vertikalführung abgetastete Raumwin­ kelbereich in eine Mehrzahl von Höhenwinkelbereichen unter­ teilt ist, jedem in einem bestimmten Höhenwinkelbereich lie­ genden erfaßten Objektpunkt ein Höhenbereichswert zuordnet ist, und die Darstellungsmittel der Bildschirmeinrichtung (24) für jeden der Höhenbereichswerte eine unterschiedliche farbige, schraffierte und/oder dergleichen unterscheidbare Darstellungsform (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) aufweist.

4. Rückfahrhilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Look-Up-Tabellen-Einrichtung (28a, 28b) mit vorbestimm­ ten Vorgabewerten zur Ermittlung des Abstands bzw. der Posi­ tion und der Breitenerstreckung des erfaßten Objekts aus den vorgegebenen optisch-geometrischen Gegebenheiten der Emp­ fangseinrichtung.

5. Rückfahrhilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (12) mindestens eine schmalbandige oder monochromatische Lichtquelle und die Meßstrahl- Horizontalführung und/oder die Meßstrahl-Vertikalführung ein Spiegelrad und/oder LCD-Blenden und/oder dergleichen Hilfs­ mittel für die Meßstrahl-Abtastung aufweisen.

6. Rückfahrhilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung (16, 16a, 16b) mindestens eine Ab­ bildungsoptik mit einer in deren Bildebene angeordnete Mehr­ zahl von lichtempfindlichen Halbleitersensoren (30) auf­ weist.

7. Rückfahrhilfe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildebene der Empfangseinrichtung (16, 16a, 16b) eine Anzahl von Sensorzeilen angeordnet ist, welche mindestens der Zahl der Höhenwinkelbereiche entspricht, in die der ab­ getastete Raumwinkelbereich aufgeteilt ist.