DE69705994T2 - Fahrbahnsensor und Navigationssystem, das diesen Sensor verwendet - Google Patents

Fahrbahnsensor und Navigationssystem, das diesen Sensor verwendet

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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein ein Navigationssystem mit einem Bildaufnahmemittel zum Aufnehmen eines Bildes der vor einem fahrenden Kraftfahrzeug liegenden Straße, einem Konturpunkt-Extrahiermittel zum Extrahieren von Konturpunkten aus Daten zu dem aus den Bildaufnahmemitteln erhaltenen Straßenbild, wobei die Konturpunkte einander gegenüberliegenden Fahrspurmarkierungen der Straße entsprechen, einem Fahrspur-Erfassungsmittel, das unter Verwendung der Konturpunkte aus dem Konturpunkt-Extrahiermittel die Straße, auf der das Kraftfahrzeug fährt, und die Fahrspurmarkierungen der Fahrspuren der Straße erfasst, einer Kartendatenbank bzw. einer Kartendatenbasis, um Daten auf bzw. aus einer Karte unterwegs zu speichern, und einem GPS-Berechnungsmittel (GPS = global positioning system) zum Abschätzen der augenblicklichen Position des Kraftfahrzeuges bei Empfang von elektromagnetischen Wellen aus einem GPS.
  • Die EP 0 697 641 A2, die den nächstliegenden Stand der Technik darstellt, auf dem die Erfindung aufbaut, offenbart ein Fahrspurbild-Verarbeitungssystem für ein Fahrzeug zur Erkennung der Fahrspur, auf der das Fahrzeug fährt. Das System verfügt über eine im Fahrzeug angeordnete CCD-Kamera zur Betrachtung des vor dem Fahrzeug liegenden Straßenbildes und zur Ausgabe von Bilddaten über das Straßenbild einschließlich der Spur, auf der das Fahrzeug fährt. Es werden Hindernisse, beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug, erfasst, und es wird ein Bereich für die Bilddatenverarbeitung festgelegt, um das Hindernis zu umgehen, wobei die Fahrspur, auf der das Fahrzeug fährt, auf der Grundlage des Verarbeitungsergebnisses erkannt wird. Insbesondere werden Spurbegrenzungspositionen eines vorhergehenden Zyklus als historische Daten gespeichert, und in dem Bereich ist die Hough-Transformation auf Bereiche beschränkt, die auf der Grundlage der historischen Daten und des Horizonts des Straßenbildes bestimmt werden.
  • Ein weiterer bekannter Fahrspur-Erfassungssensor ist beispielsweise in der JP-A-5- 151341 offenbart und in Fig. 3 dargestellt. Dieser bekannte Fahrspur- Erfassungssensor beinhaltet ein Bildeingabemittel 100 zur Aufnahme eines Bildes der vor einem fahrenden Kraftfahrzeug liegenden Straße, ein Vorbereitungsmittel 101, das ein Signal aus dem Bildeingabemittel 100 empfängt, um einen Randpunkt zu extrahieren, ein Geradenanpassungsmittel 102, das ein Fenster in der Nähe einer linearen Gleichung einrichtet, die bei einem vorausgegangenen Rechenvorgang erhalten wurde, und die Koordinaten mehrerer Randpunkte in dem eingerichteten Fenster misst, um durch lineare Näherung mehrere lineare Gleichungen zu erhalten, ein Geraden- und Fluchtpunktbestimmungsmittel 104, das die x- und die y-Koordinaten eines Fluchtpunkts und Beträge für die Steigung von durch den Fluchtpunkt laufenden Geraden auf der Basis der erhaltenen linearen Gleichungen abschätzt, um die Summe von Fehlerquadraten der linearen Gleichungen zu minimieren, und das diese Schätzwerte als aktuelles. Ergebnis festsetzt, ein Randpunktverfolgungsmittel 103, das auf der Basis des Ergebnisses des Vorbereitungsmittels 101 und des Erfassungsergebnisses des Geradenanpassungsmittels 102 einen einer Fahrspurmarkierung entsprechenden Randpunkt extrahiert, ein Kurvenanpassungsmittel 105, das eine Kurvengleichung auf den extrahierten Randpunkt anwendet, und ein Glättungsmittel 106 zum Glätten des Ergebnisses des Kurvenanpassungsmittels 105.
  • Bei diesem bekannten Fahrspur-Erfassungssensor wird die Kurvengleichung nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate angewendet und wird daher leicht durch Rauschen beeinträchtigt. Infolgedessen ist es dann unmöglich, die Fahrspurmarkierungen exakt zu erkennen.
  • Außerdem wird eine weitere bekannte Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Krümmungsradius einer Straße beispielsweise in der JP-A-2115905 (1990) offenbart und in Fig. 4 dargestellt. Diese bekannte Erfassungseinrichtung enthält ein Bildaufnahmemittel 107 zum Aufnehmen eines Bildes der Außenumgebung, ein Erfassungsmittel 108 zum Erfassen des Ziels eines fahrenden Kraftfahrzeuges auf einer Straße aus dem Bild sowie der Positionsbeziehung zwischen dem Ziel und dem fahrenden Kraftfahrzeug, ein Fahrspur-Erzeugungsmittel 109 zum Erzeugen einer Spur mit einer vorgegebenen Funktion auf der Grundlage der Positionsbeziehung und ein Steuermittel 110 zum Steuern des Fahrens des Kraftfahrzeuges entsprechend der erzeugten Fahrspur.
  • Bei dieser bekannten Erfassungseinrichtung kommt es zu großen Fehlern bei der Bestimmung des Krümmungsradius der Straße, weil dieser auf der Basis des entfernten geographischen Punkts bestimmt wird, und es ist unmöglich, den Krümmungsradius der Straße exakt zu bestimmen.
  • Außerdem können bisher in ein Kraftfahrzeug eingebaute Navigationssysteme nur vorgegebene Landkartendaten, jedoch keine während der Fahrt des Kraftfahrzeugs verfügbaren Daten aufnehmen. Ferner ist es bei den bekannten Navigationssystemen schwierig, das Kraftfahrzeug exakt zu leiten, wenn es über mehrere Fahrspuren fährt.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Somit liegt die Hauptaufgabe der Erfindung darin, zur Beseitigung der erwähnten Nachteile des Standes der Technik ein Navigationssystem zur Verfügung zu stellen, mit dem eine individuelle Straßenkarte geschaffen werden kann, indem die Breite und die Anzahl der Fahrspuren einer Straße gemessen werden, und bei dem diese Straßenkarte bei einer weiteren Fahrt auf der Straße als Führer benutzt werden kann. Durch Erfassen der Position der Fahrspur, auf der das Kraftfahrzeug fährt, und der Anzahl der Fahrspuren vermag das erfindungsgemäße Navigationssystem das Kraftfahrzeug exakt zu leiten.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe weist das erfindungsgemäße Navigationssystem auf: ein Bildaufnahmemittel zum Aufnehmen eines Bildes einer Straße vor einem fahrenden Kraftfahrzeug; ein Konturpunkt-Extrahiermittel zum Extrahieren von Konturpunkten aus Daten zu dem aus dem Bildaufnahmemittel erhaltenen Straßenbild, wobei die Konturpunkte einander gegenüberliegenden Fahrspurmarkierungen der Straße entsprechen; ein Fahrspur-Erfassungsmittel, das unter Verwendung der Konturpunkte aus dem Konturpunkt-Extrahiermittel die Straße, auf der das Kraftfahrzeug fährt, und die Fahrspurmarkierungen der Fahrspuren der Straße erfasst; eine Kartendatenbank bzw. eine Kartendatenbasis, um Daten auf bzw. aus einer Karte unterwegs zu speichern; ein GPS-Berechnungsmittel (GPS = global positioning system) zum Abschätzen der augenblicklichen Position des Kraftfahrzeuges bei Empfang von elektromagnetischen Wellen aus einem GPS; ein Straßenlage-Erfassungsmittel, um die Breite und die Zahl der Fahrspuren aus der Position und der Form der Fahrspurmarkierungen in dem Bild aus dem Fahrspur- Erfassungsmittel zu erhalten; ein Straßenlage-Speichermittel, um in Übereinstimmung mit der augenblicklichen Position des Kraftfahrzeuges aus dem GPS-Berechnungsmittel die Breite und die Zahl der Fahrspuren aus dem Straßenlage-Erfassungsmittel in Verbindung mit den Daten über die Straße auf der Karte der Kartendatenbank zu speichern; und ein Anzeigemittel zum Anzeigen der augenblicklichen Position des Kraftfahrzeuges aus dem GPS-Berechnungsmittel, der Unterwegsdaten auf der Karte der Kartendatenbasis und der Daten über die Straße, auf der das Kraftfahrzeug fährt, aus dem Straßenlage-Speichermittel.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Navigationssystem können individuelle Straßendaten formuliert werden. Wenn das Kraftfahrzeug dieselbe Straße wieder befährt, können vorab Straßendaten erhalten werden. Zusätzlich wird es möglich, das Kraftfahrzeug anhand konkreter Daten an sein Ziel zu leiten.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Aufgaben und Merkmale der Erfindung gehen aus nachfolgender Beschreibung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, die folgendes zeigen:
  • Fig. 1: ein Blockdiagramm eines Navigationssystems in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • Fig. 2: ein Blockdiagramm eines Navigationssystems in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • Fig. 3: ein Blockdiagramm eines bekannten Fahrspurerfassungssensors (bereits erwähnt); und
  • Fig. 4: ein Blockdiagramm einer bekannten Berechnungseinheit zum Berechnen des Krümmungsradius einer Straße (bereits erwähnt).
  • Vorab sei darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen gleiche Teile jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
    • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt das Navigationssystem M1, eine erste Ausführungsform der Erfindung. Das Navigationssystem M1 beinhaltet ein Bildaufnahmemittel 61 zum Aufnehmen eines Bildes der vor einem fahrenden Kraftfahrzeug liegenden Straße, ein Konturpunkt-Erfassungsmittel 62, ein Fahrspurerfassungsmittel 63, eine Kartendatenbank bzw. eine Kartendatenbasis 64, ein GPS-Berechnungsmittel 65 zum Berechnen der Position des fahrenden Kraftfahrzeugs, ein Straßenlage- Erfassungsmittel 66, ein Straßenlage-Speichermittel 67 und ein Anzeigemittel 68.
  • Im folgenden wird die Funktionsweise des Navigationssystems M1, das wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, erläutert. Zu Beginn wird das Bild der vor dem fahrenden Kraftfahrzeug liegenden Straße aus dem Bildaufnahmemittel 61 in das Navigationssystem M1 eingespeist. In dem Konturpunkt-Extrahiermittel 62 wird unter Verwendung der Straßenbilddaten aus dem Bildaufnahmemittel 61 ein Rand ermittelt und aus der Randintensität des Gesamtbilds ein Schwellenwert festgelegt, um Randintensitäten zu ermitteln, die zu Beginn den Schwellenwert überschreiten, indem das Bild ausgehend von seinem unteren Bereich nach oben und seitlich - ausgehend von der Bildmitte - in entgegengesetzte Richtungen gescannt bzw. abgetastet wird, so dass die Randintensitäten als Konturpunkte der rechten und der linken Fahrspurbegrenzungen der Straße festgelegt werden. Im Fahrspur-Erfassungsmittel 63 werden alle Fahrspurmarkierungen aus den vorgenannten Konturpunkten mittels Hough-Transformation als Geraden erfasst. im Straßenlage-Erfassungsmittel 66 wird die Fahrspur der Straße unter Verwendung der erfassten Fahrspurmarkierungen ermittelt. Dabei wird aus der Breite zwischen den erfassten rechten und linken Fahrspurmarkierungen der Fahrspur, auf der das Kraftfahrzeug fährt, die Fahrspurbreite in einem globalen Koordinatensystem ermittelt.
  • Daneben werden Anzahl und Breite der Fahrspuren der Straße aus dem Straßenlage- Erfassungsmittel 66 im Straßenlage-Speichermittel 67 auf der Grundlage von Kartendaten aus der Kartendatenbasis 64 und unter Verwendung von Daten über die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs aus dem GPS-Berechnungsmittel 65 gespeichert. Auf dem Anzeigemittel 68 werden nicht nur die Kartendaten aus der Kartendatenbank 64 auf der Grundlage der Daten betreffend die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs aus dem GPS-Berechnungsmittel 65 angezeigt, sondern es werden Anzahl und Breite der Fahrspuren der Straße bis zum Zielpunkt zusammen mit den Kartendaten gespeichert und ebenfalls angezeigt.
  • Wenn das mit dem Navigationssystem M1 ausgerüstete Kraftfahrzeug eine Straße befahren hat, werden Anzahl und Breite der Fahrspuren der Straße in Verbindung mit der Karte gespeichert. Wenn das Kraftfahrzeug dieselbe Straße wieder befährt, stehen die Straßendaten daher vorab zur Verfügung.
  • Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, nämlich das Navigationssystem M2. Das Navigationssystem M2 beinhaltet ein Bildaufnahmemittel 71 zum Aufnehmen eines Bildes der vor einem fahrenden Kraftfahrzeug liegenden Straße, ein Konturpunkt-Extrahiermittel 72, ein Fahrspur-Erfassungsmittel 73, ein Straßenlage- Erfassungsmittel 74, eine Kartendatenbasis 75, ein Zielort-Eingabemittel 76, ein Fahrweg-Bestimmungsmittel 77, ein GPS-Berechnungsmittel 78 zum Berechnen der Position des fahrenden Kraftfahrzeugs, ein Leitmittel 79 und ein Datenübertragungsmittel 80.
  • Im folgenden wird die Funktionsweise des Navigationssystems M2 beschrieben, das wie angegeben aufgebaut ist. Zu Beginn wird aus dem Bildaufnahmemittel 71 das Bild der vor dem fahrenden Kraftfahrzeug liegenden Straße in das Navigationssystem M2 eingegeben. Im Konturpunkt-Extrahiermittel 72 werden unter Verwendung der Straßenbilddaten aus dem Bildaufnahmemittel 71 ein Rand ermittelt und aus der Randintensität des Gesamtbilds ein Schwellenwert festgelegt, um die Randintensitäten zu ermitteln, die anfangs den Schwellenwert übersteigen, indem das Bild ausgehend von seinem unteren Abschnitt aufwärts und ausgehend von der Bildmitte seitwärts in entgegengesetzte Richtungen gescannt bzw. abgetastet wird, so dass die Randintensitäten als Konturpunkte der rechten und linken Fahrspurmarkierungen der Straße ermittelt werden. Im Fahrspur-Erfassungsmittel 73 werden alle Fahrspurmarkierungen aus den vorgenannten Konturpunkten mittels Hough- Transformation als Geraden erfasst. Im Straßenlage-Erfassungsmittel 74 werden die Anzahl der Fahrspuren der Straße und die Position der Fahrspur, auf der das Kraftfahrzeug fährt, unter Verwendung der erfassten Fahrspurmarkierungen ermittelt. Im Fahrweg-Bestimmungsmittel 77 wird aus den Kartendaten der Kartendatenbasis 75 und dem vom Fahrer des Kraftfahrzeug durch Inbetriebnahme des Fahrweg- Bestimmungsmittels 77 eingegebenen Zielort ein Fahrweg für das Kraftfahrzeug bestimmt. Im Leitmittel 79 wird die Fahrspur, die das Kraftfahrzeug benutzen sollte, unter Verwendung der vom GPS-Berechnungsmittel 78 gelieferten Daten betreffend die Position des Kraftfahrzeugs, der Kartendaten aus der Kartendatenbasis 75 basierend auf den Positionsdaten des Kraftfahrzeugs und des Fahrwegs bis zum Zielort aus dem Fahrweg-Bestimmungsmittel 77 bestimmt, und Daten betreffend einen Spurwechsel werden unter Verwendung der vom Straßenlage-Erfassungsmittel 74 gelieferten Anzahl der Fahrspuren und der Position der Fahrspur, auf der das Kraftfahrzeugs fährt, formuliert. Das Datenübertragungsmittel 80 meldet dem Fahrer die Daten betreffend einen Spurwechsel.
  • Durch Erkennen der Position der Fahrspur, auf der das Kraftfahrzeug fährt, auf dem vom Bildaufnahmemittel 71 gelieferten Straßenbild kann das Navigationssystem M2 dem Fahrer konkrete Daten zur Verfügung stellen, um das Kraftfahrzeug auf seinem Fahrweg zu leiten.

Claims (2)

1. Navigationssystem (M1), enthaltend:
ein Bildaufnahmemittel (61) zum Aufnehmen eines Bildes einer Straße vor einem fahrenden Kraftfahrzeug,
ein Konturpunkt-Extrahiermittel (62) zum Extrahieren von Konturpunkten aus Daten zu dem aus den Bildaufnahmemitteln (61) erhaltenen Straßenbild, wobei die Konturpunkte einander gegenüberliegenden Fahrspurmarkierungen der Straße entsprechen,
ein Fahrspur-Erfassungsmittel (63), das unter Verwendung der Konturpunkte aus dem Konturpunkt-Extrahiermittel (62) die Straße, auf der das Kraftfahrzeug fährt, und die Fahrspurmarkierungen der Fahrspuren der Straße erfasst,
eine Kartendatenbasis (64), um Daten auf einer Karte unterwegs zu speichern,
ein GPS-(global positioning system)-Berechnungsmittel (65) zum Abschätzen der augenblicklichen Position des Kraftfahrzeuges bei Empfang von elektromagnetischen Wellen aus einem GPS, und
ein Anzeigemittel (68) zum Anzeigen der augenblicklichen Position des Kraftfahrzeuges aus dem GPS-Berechnungsmittel (65) und den Unterwegsdaten auf der Karte aus der Kartendatenbasis (64),
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Straßenlage-Erfassungsmittel (66) vorgesehen ist, um die Breite und die Zahl der Fahrspuren aus der Position und der Form der Fahrspurmarkierungen in dem Bild aus dem Fahrspur-Erfassungsmittel (63) zu erhalten,
dass ein Straßenlage-Speichermittel (67) vorgesehen ist, um in Übereinstimmung mit der augenblicklichen Position des Kraftfahrzeuges aus dem GPS-Berechnungsmittel (65) die Breite und die Zahl der Fahrspuren aus dem Straßenlage-Erfassungsmittel (66) in Verbindung mit den Unterwegsdaten auf der Karte der Kartendatenbasis (64) zu speichern, und
dass das Anzeigemittel (68) zusätzlich die Unterwegsdaten auf der Straße, auf der das Kraftfahrzeug fährt, aus dem Straßenlage-Speichermittel (67) anzeigt.
2. Navigationssystem (M2), enthaltend:
ein Bildaufnahmemittel (71) zum Aufnehmen eines Bildes einer Straße vor einem fahrenden Kraftfahrzeug,
ein Konturpunkt-Extrahiermittel (72) zum Extrahieren von Konturpunkten aus Daten zu dem aus dem Bildaufnahmemittel (71) erhaltenen Straßenbild, wobei die Konturpunkte gegenüberliegenden Fahrspurmarkierungen der Straße entsprechen,
ein Fahrspur-Erfassungsmittel (73), das unter Verwendung der Konturpunkte aus dem Konturpunkt-Extrahiermittel (72) die Straße, auf der das Kraftfahrzeug fährt, und die Fahrspurmarkierungen der Fahrspuren der Straße erfasst,
eine Kartendatenbasis (75), um Daten auf einer Karte unterwegs zu speichern,
ein Zieleingabemittel (76) zur Eingabe eines Ziels des Kraftfahrzeuges,
ein Fahrrouten-Bestimmungsmittel (77), um eine Fahrroute des Kraftfahrzeuges aus dem Ziel des Zieleingabemittels (76) sowie den unterwegs Daten auf der Karte der Kartendatenbasis (75) zu bestimmen, und
ein GPS-(global positioning system)-Berechnungsmittel (78) zum Abschätzen der augenblicklichen Position des Kraftfahrzeuges bei Empfang von elektromagnetischen Wellen aus einem GPS,
gekennzeichnet durch
ein Straßenlage-Erfassungsmittel (74), welches die Zahl der Fahrspuren und Daten auf einer Fahrspur, auf der das Kraftfahrzeug fährt, aus der Position und der Form der Fahrspurmarkierungen in dem Bild aus dem Fahrspur-Erfassungsmittel (73) erhält,
ein Führungsmittel (79), das unter Verwendung der unterwegs Daten auf der Karte aus der Kartendatenbasis (75), der Fahrroute aus dem Fahrrouten-Bestimmungsmittel (77), der abgeschätzten augenblicklichen Position des Kraftfahrzeuges aus dem GPS-Berechnungsmittel (78) und der Zahl der Fahrspuren sowie der Daten zu der Fahrspur, auf der das Kraftfahrzeug fährt, aus dem Straßenlage- Erfassungsmittel (74) eine zu nehmende Fahrspur berechnet, um die Lageveränderungsrichtung des Kraftfahrzeugs sowie die Position der zu nehmenden Fahrspur zu bestimmen und
ein Datentransportmittel (80), um einen Fahrer des Kraftfahrzeuges über die Daten zu der Lageveränderungsrichtung des Kraftfahrzeuges und die Position der zu nehmenden Fahrspur aus dem Führungsmittel (79) zu informieren.
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