DE102004060677B4

DE102004060677B4 - Method and device for determining a vehicle speed

Info

Publication number: DE102004060677B4
Application number: DE200410060677
Authority: DE
Inventors: Robert Thiel; Dieter Krökel
Original assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Current assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: DE102004060677A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (2), bei dem mittels einer Kamera (3) des Fahrzeugs (2), welche eine asphärisch ausgebildete Abbildungsoptik (4) aufweist, wobei die Abbildungsoptik (4) quer zur Längsachse des Fahrzeugs (2) einen größeren Abbildungsmaßstab aufweist als längs dazu, Bilder eines Untergrundes (U) des Fahrzeugs (2) aufgenommen und zeitlich aufeinander folgende Bilder miteinander verglichen werden, wobei anhand des Vergleichs zwischen mindestens zwei Bildern eine Verschiebung ermittelt wird, anhand der eine Längs- und eine Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs (2) relativ zum Untergrund (U) bestimmt werden.A method for determining a speed of a vehicle (2), in which a camera (3) of the vehicle (2) which has an aspherically formed imaging optics (4), the imaging optics (4) transversely to the longitudinal axis of the vehicle (2) has a larger image scale than longitudinally, images of a ground (U) of the vehicle (2) are recorded and images that follow one another in time are compared with one another, with the comparison between at least two images being used to determine a shift based on which a longitudinal and a lateral speed of the Vehicle (2) can be determined relative to the ground (U).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs.The invention relates to a method and a device for determining a speed of a vehicle.

In Fahrzeugen wird normalerweise die Geschwindigkeit indirekt über die Raddrehzahl gemessen. Zur Drehzahlerfassung werden üblicherweise Induktivgeber oder Hallsensoren eingesetzt. Induktivgeber oder Drehzahlfühler nach dem Induktionsprinzip sind passive Fühler, die ein zur Drehzahl proportionales Spannungssignal liefern. Der Drehzahlfühler tastet eine Impulsscheibe ab. Da die Bewegung der Impulsscheibe Voraussetzung für die Spannungserzeugung des Sensors ist, lässt der passive Drehzahlfühler keine Nullgeschwindigkeitsmessung zu. Hallsensoren sind aktive Drehzahlfühler, die auf dem Hall-Effekt basieren oder das magnetoresistive Prinzip nutzen. Diese Sensoren können bereits ein Nullgeschwindigkeitssignal abgeben.In vehicles, the speed is usually measured indirectly via the wheel speed. Inductive encoders or Hall sensors are usually used for speed detection. Inductive encoders or speed sensors based on the induction principle are passive sensors that deliver a voltage signal proportional to the speed. The speed sensor scans a pulse disc. Since the movement of the pulse disc is a prerequisite for the voltage generation of the sensor, the passive speed sensor does not allow a zero speed measurement. Hall sensors are active speed sensors that are based on the Hall effect or use the magnetoresistive principle. These sensors can already deliver a zero speed signal.

Beiden Sensoren ist gleich, dass in Grenzsituationen, wie zum Beispiel Schleudern, Bremsen oder Rutschen, die indirekt anhand der Raddrehzahl gemessene Geschwindigkeit nicht mit der wahren Geschwindigkeit über Grund übereinstimmt. Der wahre Geschwindigkeitsvektor kann nur unzureichend über die Raddrehzahl bestimmt werden. Auch bei sehr langsamer Fahrt wie „Stop and Go” wird die Geschwindigkeit über die Raddrehzahl zu ungenau gemessen. Für Fahrerassistenzsysteme wie einen Stauassistenten ist aber die genaue Geschwindigkeit unbedingt erforderlich, um die Aktuatorik richtig anzusteuern.Equal to both sensors is that in borderline situations, such as skidding, braking or skidding, the speed measured indirectly from the wheel speed does not match the true speed over ground. The true velocity vector can only be determined insufficiently via the wheel speed. Even at very slow speeds such as "stop and go", the speed over the wheel speed is measured too inaccurately. For driver assistance systems such as a traffic jam assistant, however, the exact speed is absolutely necessary in order to control the actuators correctly.

Auf optischer Basis existiert ein System, das über gekreuzte Gitter den Untergrund abtastet und durch Korrelationsauswertung sehr genau den wahren Geschwindigkeitsvektor bestimmen kann (VDI-Berichte 1731, 2003, S. 25ff, „Gitteroptische Sensorik zur berührungslosen Längs- und Quergeschwindigkeitsmessung”, J. Haus, R. Schäfer). Dieses System ist zur Referenzmessung am Markt etabliert, findet aber wegen des hohen Kostenaufwands keine Anwendung für die Geschwindigkeitsmessung während des regulären Fahrbetriebs.On the optical basis, there is a system that scans the background via crossed grids and can determine the true velocity vector very accurately by means of correlation analysis (VDI reports 1731, 2003, p. 25ff, "Grating optical sensors for non-contact longitudinal and lateral velocity measurement", J. Haus , R. Schäfer). This system is established for reference measurement on the market, but is not used because of the high cost expenditure for the speed measurement during regular driving.

Aus der DE 102 48 416 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Relativbewegung eines Fahrzeugs in mindestens einer Bewegungsrichtung mit einer Sensoranordnung und einer Auswerteeinheit bekannt. Die Vorrichtung weist eine Lichtquelle zur Ausleuchtung eines Beobachtungsfelds auf der Fahrbahn auf, das mindestens eine Achse in der mindestens einen Bewegungsrichtung aufweist. Die Sensoranordnung umfasst mindestens eine Pixelzeile, die derart zur Bilderfassung des Beobachtungsfelds ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Achse des Beobachtungsfelds in einer Bewegungsrichtung parallel zu einer Längsachse der mindestens einen Pixelzeile auf der Sensoranordnung abgebildet werden kann. Die Auswerteeinheit ist derart ausgebildet, dass durch eine Analyse der in einem zeitlichen Abstand durch die mindestens eine Pixelzeile erfassten Bilder ein Streckenwert ermittelt werden kann, der eine Strecke vermittelt, die das Fahrzeug in der Bewegungsrichtung zwischen der Erfassung der Bilder zurückgelegt hat. Die Auswerteeinheit ist weiterhin derart ausgebildet, dass aus dem Streckenwert und dem zeitlichen Abstand eine Bewegungsgeschwindigkeit in der Bewegungsrichtung ermittelt werden kann.From the DE 102 48 416 A1 are known a method and a device for determining a relative movement of a vehicle in at least one direction of movement with a sensor arrangement and an evaluation unit. The device has a light source for illuminating an observation field on the roadway, which has at least one axis in the at least one direction of movement. The sensor arrangement comprises at least one pixel row which is designed and arranged for image acquisition of the observation field such that an axis of the observation field can be imaged on the sensor arrangement in a direction of movement parallel to a longitudinal axis of the at least one row of pixels. The evaluation unit is designed such that an analysis of the images captured at a time interval by the at least one pixel line can be used to determine a route value which conveys a distance traveled by the vehicle in the direction of movement between the acquisition of the images. The evaluation unit is furthermore designed such that a movement speed in the direction of movement can be determined from the distance value and the time interval.

Weiterhin sind aus der US 2004/0221790 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Odometrie bekannt, wobei eine zurückgelegte Wegstrecke auf einer Oberfläche aus sequenziell erfassten digitalen Bildern ermittelt wird. Zur Bilderfassung umfasst die Vorrichtung eine Optik mit einem telezentrischen Objektiv.Furthermore, from the US 2004/0221790 A1 discloses a method and an apparatus for optical odometry, wherein a distance covered on a surface of sequentially acquired digital images is determined. For image capture, the device includes optics with a telecentric lens.

Weitere derartige Verfahren und Vorrichtungen zur optischen Geschwindigkeitsmessung für ein Fahrzeug beschreiben die JP 62132176 A und die DE 43 42 609 A1 .Other such methods and apparatus for optical speed measurement for a vehicle describe the JP 62132176 A and the DE 43 42 609 A1 ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die mit geringem Aufwand eine genaue Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs ermöglichen.The invention has for its object to provide an improved method and apparatus that enable a low determination of a speed of a vehicle with little effort.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch eine Vorrichtung, welche die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.According to the invention the object is achieved by a method having the features specified in claim 1, and by a device having the features specified in claim 8.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden mittels einer Kamera des Fahrzeugs, welche eine asphärisch ausgebildete Abbildungsoptik aufweist, wobei die Abbildungsoptik quer zur Längsachse des Fahrzeugs einen größeren Abbildungsmaßstab aufweist als längs dazu, Bilder eines Untergrundes des Fahrzeugs aufgenommen, wobei zeitlich aufeinander folgende Bilder miteinander verglichen werden und anhand des Vergleichs zwischen mindestens zwei Bildern eine Verschiebung ermittelt wird, anhand der eine Längs- und eine Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zum Untergrund bestimmt werden. Dieses Verfahren ermöglicht eine weitgehend genaue Messung der Geschwindigkeit über Grund mit geringem Aufwand. Als Untergrund wird insbesondere der Fahrbahnbelag verstanden, von dem eine Bildfolge aufgenommen wird.In the method according to the invention by means of a camera of the vehicle, which has an aspherical imaging optics, the imaging optics transversely to the longitudinal axis of the vehicle has a larger magnification than longitudinally taken pictures of a background of the vehicle, wherein temporally successive images are compared with each other and based the comparison between at least two images, a shift is determined based on a longitudinal and a lateral velocity of the vehicle are determined relative to the ground. This method allows a largely accurate measurement of speed over ground with little effort. Underground is understood in particular the road surface, from which an image sequence is recorded.

Die Quergeschwindigkeit ist in der Regel wesentlich kleiner als die Längsgeschwindigkeit. Im Allgemeinen wird die Längsgeschwindigkeit ermittelt. In Grenzsituationen, wie zum Beispiel beim Schleudern des Fahrzeugs, ist eine möglichst genaue Erfassung der Quergeschwindigkeit erforderlich.The lateral velocity is usually much smaller than the longitudinal velocity. In general, the longitudinal speed is determined. In Border situations, such as when the vehicle is skidding, requires the most accurate possible detection of the lateral velocity.

Hierzu wird die Quergeschwindigkeit anhand der Verschiebung der Bilder mit hoher Auflösung in besonders einfacher Form ermittelt. Aufgrund der Vergrößerung des Abbildungsmaßstabes quer zur Längsachse des Fahrzeugs wird proportional die Geschwindigkeitsauflösung in Querrichtung erhöht und umgekehrt proportional die maximal messbare Geschwindigkeit in Querrichtung verringert. Dies bewirkt eine verbesserte Auflösung in Querrichtung. Die ermittelten Geschwindigkeiten werden in vorteilhafter Weise an verschiedene Fahrzeugsysteme zur Steuerung und/oder Regelung dieser übermittelt.For this purpose, the lateral velocity is determined on the basis of the displacement of the images with high resolution in a particularly simple form. Due to the magnification of the magnification transverse to the longitudinal axis of the vehicle, the velocity resolution in the transverse direction is proportionally increased and inversely proportional to the maximum measurable velocity in the transverse direction is reduced. This causes an improved resolution in the transverse direction. The determined speeds are advantageously transmitted to various vehicle systems for controlling and / or regulating these.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Bestimmung der Verschiebung eine Korrelation zwischen zwei Bildern ermittelt. Dabei werden Übereinstimmungen zwischen den beiden Bildern oder Bildfragmenten identifiziert. Hierbei werden in den beiden Bildern oder in Bildfragmenten oder Bildzonen ähnliche Gebiete oder Strukturen, z. B. Licht- und/oder Schattenbereiche, Objekte, bestimmt und deren Übereinstimmung identifiziert. Mit anderen Worten: Das eine Bild wird als ein Korrelationsbild aufgenommen und das andere Bild wird darauf hin überprüft, ob es diese Korrelationsmaske enthält. Die Genauigkeit der Suche wird durch den Korrelationskoeffizient bestimmt. Zur Ermittlung der Verschiebung wird das erste Bild oder ein Bildfragment über dem zweiten Bild verschoben, bis die maximale Übereinstimmung gefunden ist. Die Messung der Verschiebung als Verschiebungsvektor und die Bestimmung der maximalen Übereinstimmung zwischen den Bildern bildet die Korrelation. Die Normierung der Messergebnisse ist sinnvoll, damit die Maxima der Übereinstimmungen besser identifiziert werden können. Ein derartiges Korrelationsverfahren ermöglicht eine schnelle Ermittlung der Verschiebung.In a preferred embodiment, a correlation between two images is determined to determine the shift. In doing so, matches between the two images or image fragments are identified. Here, in the two images or in image fragments or image zones similar areas or structures, eg. B. light and / or shadow areas, objects determined and identified their match. In other words, the one image is taken as a correlation image and the other image is checked to see if it contains this correlation mask. The accuracy of the search is determined by the correlation coefficient. To determine the displacement, the first image or an image fragment is shifted over the second image until the maximum match is found. The measurement of the displacement as a displacement vector and the determination of the maximum coincidence between the images forms the correlation. The standardization of the measurement results makes sense, so that the maximums of the matches can be better identified. Such a correlation method allows a quick determination of the shift.

Anhand der ermittelten Verschiebung in Form des Verschiebungsvektors und der abgelaufenen Zeit zwischen den betreffenden aufgenommenen Bildern werden die Längs- und Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt.On the basis of the determined displacement in the form of the displacement vector and the elapsed time between the respective recorded images, the longitudinal and lateral speeds of the vehicle are determined.

Zweckmäßigerweise wird der Untergrund unter einem vorgebbaren Winkel beleuchtet. Hierdurch erfolgt die Messung der Geschwindigkeit unabhängig von externen Lichtquellen, die insbesondere stark schwankend sein können. Durch eine schräge Beleuchtung ist der Untergrund zudem kontrastreich abbildbar, was eine hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Verschiebung sicherstellt.Conveniently, the substrate is illuminated at a predeterminable angle. As a result, the speed is measured independently of external light sources, which in particular can be highly fluctuating. Due to an oblique illumination, the background can also be reproduced with high contrast, which ensures a high degree of accuracy in determining the displacement.

Für die Korrelation werden vorzugsweise Licht- und Schattenbereiche des Untergrunds verwendet. Dies wiederum dient der Erhöhung der Kontraste und somit der Genauigkeit bei der Bestimmung der Geschwindigkeit anhand der Verschiebung der aufgenommenen Bilder.For the correlation, light and shadow areas of the background are preferably used. This in turn serves to increase the contrasts and thus the accuracy in determining the speed based on the shift of the captured images.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Abstand zwischen der Kamera und dem Untergrund ermittelt wird.An advantageous embodiment provides that a distance between the camera and the ground is determined.

Ferner werden fortlaufend Bilder als eine Bildfolge aufgenommen und daraus Verschiebungen ermittelt. Dabei können Verschiebungen zwischen zwei unmittelbar aufgenommenen Bildern oder zwischen mehreren zeitlich aufeinander folgenden Bildern bestimmt werden. Hierdurch ist eine fortlaufende Bestimmung und somit Überwachung der Geschwindigkeit ermöglicht.Furthermore, images are continuously recorded as a sequence of images and shifts determined therefrom. Shifts between two immediately recorded images or between several temporally successive images can be determined. This allows a continuous determination and thus monitoring of the speed.

Eine hohe Genauigkeit der ermittelten Verschiebungen und Geschwindigkeiten ist möglich, indem die Verschiebungen aus jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgenden Bildern ermittelt werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht die höchste zeitliche Auflösung.A high accuracy of the determined displacements and speeds is possible by determining the displacements from in each case two immediately successive images. This embodiment allows the highest temporal resolution.

Bedingt durch die einen Fahrbahnbelag charakterisierende Strukturgröße von ca. 0,5 cm wird eine entsprechend angepasste Kamera, bevorzugt eine optische Kamera mit geringer Pixelanzahl und hoher Bildrate eingesetzt, wie sie beispielsweise bei einer Computermaus verwendet werden. Die optische Kamera weist dazu einen Pixelbereich von 30 × 30 mit einer Pixelgröße von ca. 60 μm und einer Bildrate von 6500 Bildern/Sekunde (auch frames/sec genannt) auf. Dabei beträgt eine Maximalverschiebung von zwei aufeinander folgenden Bildern 10 bis 15 Pixel. Die Kamera ermöglicht eine Objektgröße von maximal 10 cm.Due to the characteristic of a road surface structure size of about 0.5 cm, a correspondingly adapted camera, preferably an optical camera with low pixel count and high frame rate is used, as used for example in a computer mouse. For this purpose, the optical camera has a pixel area of 30 × 30 with a pixel size of approximately 60 μm and a frame rate of 6500 frames / second (also called frames / sec). A maximum shift of two consecutive pictures is 10 to 15 pixels. The camera allows a maximum object size of 10 cm.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht eine an einem Fahrzeug angeordnete Kamera mit einer asphärisch ausgebildeten Abbildungsoptik, welche quer zur Längsachse des Fahrzeugs einen größeren Abbildungsmaßstab aufweist als längs dazu, und eine mit der Kamera verbundene Auswerteeinheit vor, wobei die Kamera auf einen Untergrund des Fahrzeugs ausgerichtet ist und mittels der Auswerteeinheit eine Verschiebung zwischen zwei mittels der Kamera aufgenommenen Bildern des Untergrundes ermittelbar ist, wobei aus der Verschiebung eine Längs- und eine Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zu dem Untergrund ermittelbar sind. Aufgrund der asphärischen Ausbildung der Abbildungsoptik, welche quer zur Längsachse des Fahrzeugs einen größeren Abbildungsmaßstab aufweist als längs dazu, wird eine proportionale Erhöhung der Geschwindigkeitsauflösung in Querrichtung und eine umgekehrt proportionale Verringerung der maximal messbare Geschwindigkeit in Querrichtung erreicht. Somit ist die Quergeschwindigkeit genau mit hoher Auflösung ermittelbar, was gerade in Grenzsituationen, wie beispielsweise beim Schleudern, wichtig ist.The device according to the invention provides a camera arranged on a vehicle with an aspherical imaging optical system which has a larger imaging scale than longitudinally relative to the longitudinal axis of the vehicle and an evaluation unit connected to the camera, wherein the camera is aligned with a background of the vehicle and by means of the evaluation unit, a displacement between two images of the ground recorded by means of the camera can be determined, wherein from the displacement a longitudinal and a transverse speed of the vehicle relative to the ground can be determined. Due to the aspherical design of the imaging optics, which has a larger magnification transversely of the vehicle's longitudinal axis than it does longitudinally, a proportional increase in transverse velocity resolution and an inversely proportional reduction in the maximum transmittable transverse velocity is achieved. Thus, the transverse speed is exactly high Resolution can be determined, which is especially important in borderline situations, such as when skidding.

Vorzugsweise ist die Kamera an einer Unterseite des Fahrzeugs angeordnet. Der Untergrund kann so mit geringstmöglichen Störungen abgebildet werden. Dabei ist eine Beleuchtungseinheit vorgesehen, mittels derer der Untergrund unter einem vorgebbaren Winkel beleuchtbar ist. Der Kontrast der aufgenommenen Bilder ist damit hoch.Preferably, the camera is disposed on an underside of the vehicle. The underground can thus be imaged with the least possible interference. In this case, a lighting unit is provided, by means of which the substrate can be illuminated at a predeterminable angle. The contrast of the recorded images is high.

In einer kompakten Ausgestaltung weist die Auswerteeinheit einen integrierten Schaltkreis zur Ermittlung der Verschiebung auf. Vorzugsweise ist der integrierte Schaltkreis als Chip einer optischen Computermaus ausgebildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Vorrichtung. In einer bevorzugten Ausführungsform ermittelt der integrierte Schaltkreis eine Korrelation zwischen den beiden Bildern, anhand der die Verschiebung und daraus resultierend die Geschwindigkeit bestimmt wird.In a compact embodiment, the evaluation unit has an integrated circuit for determining the displacement. Preferably, the integrated circuit is formed as a chip of an optical computer mouse. This allows a cost-effective production of the device. In a preferred embodiment, the integrated circuit determines a correlation between the two images, on the basis of which the displacement and, as a result, the speed is determined.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht eine Abstandsmessvorrichtung vor, mittels derer ein Abstand zwischen der Kamera und dem Untergrund ermittelbar ist.An advantageous embodiment provides a distance measuring device, by means of which a distance between the camera and the ground can be determined.

In einer speziellen Ausführungsform ist eine Kante eines Bildsensors der Kamera in einer vertikalen Projektion parallel zu einer Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet. Dies ermöglicht eine schnelle Bestimmung der Geschwindigkeit anhand des ermittelten Verschiebungsvektors.In a specific embodiment, an edge of an image sensor of the camera is aligned in a vertical projection parallel to a longitudinal axis of the vehicle. This allows a quick determination of the speed based on the determined displacement vector.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass eine Kante eines Bildsensors mit einer Längsachse des Fahrzeugs in einer vertikalen Projektion einen festen Winkel größer als 0° und kleiner als 90° bildet, wobei dieser Bildsensor um eine wenigstens teilweise vertikale Achse verdreht angeordnet ist. Dies ermöglicht auch die Erfassung niedriger Quergeschwindigkeiten, ohne dass eine asphärische Abbildungsoptik erforderlich ist.An advantageous development provides that an edge of an image sensor with a longitudinal axis of the vehicle in a vertical projection forms a fixed angle greater than 0 ° and smaller than 90 °, this image sensor is arranged rotated about an at least partially vertical axis. This also enables the detection of low lateral velocities without the need for aspheric imaging optics.

Vorzugsweise beträgt der feste Winkel dabei 45°. Hierdurch wird die Quergeschwindigkeit einfach und schnell ermittelt.Preferably, the fixed angle is 45 °. As a result, the lateral velocity is determined easily and quickly.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Bildsensoren gegeneinander um eine wenigstens teilweise vertikale Achse verdreht angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine genaue Bestimmung sowohl der Längsgeschwindigkeit als auch der Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs.In a preferred embodiment, two image sensors are arranged rotated relative to each other about an at least partially vertical axis. This embodiment allows accurate determination of both the longitudinal velocity and the lateral velocity of the vehicle.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Ermittlung der Geschwindigkeit anhand der Verschiebung von aufeinander folgenden Bildern vom Fahruntergrund eine besonders genaue Messung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere der Längs- und/oder Quergeschwindigkeit mit geringem Aufwand möglich ist. Anstelle der konventionellen Front- oder Umgebungskamera kann hierdurch eine optische Kamera in Art einer optischen Computermaus mit integriertem Schaltkreis verwendet werden. Ein derartiger Schaltkreis hat den Vorteil einer geringen Pixelauflösung und somit einer schnellen Bildverarbeitung und schnellen Auslesbarkeit.The advantages achieved by the invention are in particular that by determining the speed based on the displacement of successive images of the driving surface a particularly accurate measurement of the speed of the vehicle, in particular the longitudinal and / or transverse speed is possible with little effort. Instead of the conventional front or ambient camera, an optical camera in the form of an optical computer mouse with integrated circuit can thereby be used. Such a circuit has the advantage of low pixel resolution and thus fast image processing and readability.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1a eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Betrieb, 1a a device according to the invention in operation,

1b einen vergrößerten Ausschnitt und 1b an enlarged section and

2 schematisch eine Vorrichtung mit zwei Sensoren. 2 schematically a device with two sensors.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

In 1a ist eine erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 an einem Fahrzeug 2 angeordnet. 1b zeigt zur besseren Erkennbarkeit einen vergrößerten Ausschnitt der 1a im Bereich der Vorrichtung 1.In 1a is a device according to the invention 1 on a vehicle 2 arranged. 1b shows for better visibility an enlarged section of the 1a in the field of the device 1 ,

Die Vorrichtung 1 umfasst eine an der Unterseite des Fahrzeugs 2 befestigte Kamera 3, welche mit einer Abbildungsoptik 4 versehen ist. Die Kamera 3 ist mit einer Auswerteeinheit 5 verbunden, die im Fahrzeug 2 angeordnet ist. Die Auswerteeinheit 5 kann beispielsweise integraler Bestandteil eines Steuergeräts sein.The device 1 includes one at the bottom of the vehicle 2 attached camera 3 , which with an imaging optics 4 is provided. The camera 3 is with an evaluation unit 5 connected in the vehicle 2 is arranged. The evaluation unit 5 may for example be an integral part of a control device.

Die Kamera 3 bildet fortlaufend den Untergrund U, insbesondere den Fahrbahnbelag unter dem Fahrzeug 2 ab und übermittelt die aufgenommenen Bilder an die Auswerteeinheit 5. Eine Beleuchtungseinheit 6 ist an der Unterseite des Fahrzeugs 2 angeordnet und beleuchtet den Untergrund U in dem Bereich, der von der Kamera 3 abgebildet wird, mit nahezu parallelem Licht unter einem Winkel von etwa 60°. Alternativ kann der Winkel für die Bodenausleuchtung in einem Bereich von etwa 40° bis etwa 85° liegen.The camera 3 continuously forms the substrate U, in particular the road surface under the vehicle 2 and transmits the captured images to the evaluation unit 5 , A lighting unit 6 is at the bottom of the vehicle 2 arranged and illuminates the underground U in the area covered by the camera 3 is imaged, with nearly parallel light at an angle of about 60 °. Alternatively, the angle for the ground illumination may be in a range of about 40 ° to about 85 °.

Mittels der Auswerteeinheit 5 wird eine Verschiebung zwischen zwei zeitlich unmittelbar nacheinander aufgenommenen Bildern des Untergrundes U ermittelt, indem eine Korrelation zwischen den beiden Bildern und daraus ein Verschiebungsvektor als Verschiebung ermittelt wird. Die Auswerteeinheit 5 weist dazu einen integrierten Schaltkreis auf. In einer besonders einfachen Ausführungsform wird als integrierter Schaltkreis, der einer optischen Computermaus verwendet. Einen signifikanten Beitrag für die Korrelation liefern dabei die von den Bildern aufgenommenen Licht- und Schattenbereiche des Untergrunds U, die insbesondere durch das Licht der Beleuchtungseinheit 6 entstehen.By means of the evaluation unit 5 a shift is determined between two images of the background U taken in temporal succession by determining a correlation between the two images and from this a displacement vector as displacement. The evaluation unit 5 has an integrated circuit. In a particularly simple embodiment, the integrated circuit used is an optical computer mouse. A significant contribution to the Correlation thereby provide the light and shadow areas of the background U recorded by the images, in particular by the light of the illumination unit 6 arise.

Der Verschiebungsvektor beschreibt die Bewegung des Fahrzeugs 2 relativ zum Untergrund U. Aus dem Verschiebungsvektor wird anhand der Zeitspanne zwischen der Aufnahme der beiden Bilder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 2 relativ zum Untergrund U berechnet.The displacement vector describes the movement of the vehicle 2 relative to the background U. From the displacement vector, the speed of the vehicle is determined by the time span between the taking of the two images 2 calculated relative to the subsurface U.

Anhand des Verschiebungsvektors wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 2 ermittelt. Als Fahrzeuggeschwindigkeit wird dabei zweckmäßigerweise die Längs- und/oder eine Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs 2 ermittelt. Dabei wird beispielsweise bei bekannter Ausrichtung der Kamera 3 durch Orthogonalprojektionen auf längs und/oder quer zur Fahrzeugachse verlaufende Vektoren die Längs- bzw. die Quergeschwindigkeit bestimmt.Based on the displacement vector, the speed of the vehicle 2 determined. The vehicle speed is expediently the longitudinal and / or a transverse speed of the vehicle 2 determined. In this case, for example, with known orientation of the camera 3 determined by orthogonal projections on longitudinal and / or transverse to the vehicle axis vectors the longitudinal or transverse velocity.

Die Quergeschwindigkeit ist in der Regel wesentlich kleiner als die Längsgeschwindigkeit. Gerade in Grenzsituationen wie dem Schleudern ist es wichtig, die Quergeschwindigkeit möglichst genau mit hoher Auflösung zu erhalten. Hierzu ist die Abbildungsoptik 4 der Kamera 3 asphärisch ausgebildet, beispielsweise durch eine Zylinderlinse oder eine ähnlich geformte Freiformlinse. Sie weist quer zur Längsachse des Fahrzeugs 2 einen größeren Abbildungsmaßstab auf als längs dazu. Dies bewirkt eine verbesserte Auflösung in Querrichtung. Die Vergrößerung des Abbildungsmaßstabes erhöht proportional die Geschwindigkeitsauflösung in Querrichtung und verringert umgekehrt proportional die maximal messbare Geschwindigkeit in Querrichtung.The lateral velocity is usually much smaller than the longitudinal velocity. Especially in borderline situations such as skidding, it is important to obtain the lateral velocity as accurately as possible with high resolution. This is the imaging optics 4 the camera 3 formed aspherically, for example by a cylindrical lens or a similarly shaped freeform lens. It points across the longitudinal axis of the vehicle 2 a larger magnification than longitudinally. This causes an improved resolution in the transverse direction. The magnification of the magnification increases proportionally the speed resolution in the transverse direction and reduces inversely proportional to the maximum measurable speed in the transverse direction.

Auf Basis des optischen Computermausprinzips kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung auch in einem Fahrzeug 2 die wahre Geschwindigkeit über Grund gemessen werden. Optische Mäuse sind für Distanzen von nur wenigen Millimetern und geringen Geschwindigkeiten bis 0,5 m/s ausgelegt.On the basis of the optical computer mouse principle can also be in a vehicle with the inventive method and apparatus 2 the true speed can be measured over ground. Optical mice are designed for distances of only a few millimeters and low speeds up to 0.5 m / s.

Für die Vorrichtung im Fahrzeug 2 wird die Abbildungsoptik 4 derart angepasst, dass typische Strukturgrößen im Fahrbahnbelag von etwa 0,5 cm noch aufgelöst werden. Hierzu wird die Pixelanzahl, die Bildaufnahmefrequenz, die Größe des Bildsensors der Kamera 3 und die Größe des auf den Untergrund U abgebildeten Sensors entsprechend vorgegeben, anhand derer die für die Abbildung erforderliche Brennweite und die maximal messbare Geschwindigkeit ermittelt werden. Für einen herkömmlichen Chip einer optischen Computer-Maus mit beispielsweise 30 × 30 Pixel, einer Pixelgröße von etwa 60 μm, einer Bildrate von 6500 Bildern/Sekunde, einer Maximalverschiebung von 15 Pixeln für aufeinander folgende Bilder und einer Objektgröße von 10 cm ergibt sich eine messbare Maximalgeschwindigkeit von etwa 300 km/h. Wird außerdem die Höhe des Sensors über dem Untergrund U vorgegeben, ergibt sich daraus die erforderliche Brennweite für die Abbildungsoptik 4. Beispielsweise ergibt sich bei einer Höhe von 20 cm eine erforderliche Brennweite von f = 3,6 mm.For the device in the vehicle 2 becomes the imaging optics 4 adjusted so that typical structure sizes in the pavement of about 0.5 cm are still resolved. For this purpose, the number of pixels, the image acquisition frequency, the size of the image sensor of the camera 3 and the size of the sensor shown on the substrate U according to predetermined by which the required for the imaging focal length and the maximum measurable speed are determined. For a conventional optical computer mouse chip having, for example, 30x30 pixels, a pixel size of about 60 μm, a frame rate of 6500 frames / second, a maximum shift of 15 pixels for successive pictures, and an object size of 10 cm, a measurable one is obtained Maximum speed of about 300 km / h. If, in addition, the height of the sensor is set above the substrate U, this results in the required focal length for the imaging optics 4 , For example, at a height of 20 cm, a required focal length of f = 3.6 mm results.

2 zeigt schematisch eine Vorrichtung in einer weiteren Ausgestaltung, die zum genauen Erfassen niedriger Quergeschwindigkeiten auch bei hohen Längsgeschwindigkeiten geeignet ist. Sie weist zwei Bildsensoren 7.1, 7.2 auf, wobei die Kanten des ersten Bildsensors 7.1 parallel zur Längsachse 8 des verkleinert angedeuteten Fahrzeugs 2 ausgerichtet sind. Darüber hinaus ist der zweite Bildsensor 7.2 gegenüber dem ersten Bildsensor 7.1 um 45° verdreht angeordnet. Anstelle einer Verdrehung von 45° sind beispielsweise Winkel von 30° bis 60° möglich. Der Verschiebungsvektor v → ist für beide Bildsensoren 7.1 und 7.2 im Vergleich zu jeweils einem Pixel 9 des betreffenden Bildsensors 7.1, 7.2 schematisch in jeweils kantenparallele Verschiebungskomponenten v_x, v_y beziehungsweise v_x', v_y' zerlegt abgebildet. 2 schematically shows a device in a further embodiment, which is suitable for accurately detecting low transverse velocities even at high longitudinal speeds. It has two image sensors 7.1 . 7.2 on, with the edges of the first image sensor 7.1 parallel to the longitudinal axis 8th of the reduced indicated vehicle 2 are aligned. In addition, the second image sensor is 7.2 opposite the first image sensor 7.1 arranged rotated by 45 °. Instead of a rotation of 45 °, for example, angles of 30 ° to 60 ° are possible. The displacement vector v → is for both image sensors 7.1 and 7.2 compared to one pixel each 9 of the relevant image sensor 7.1 . 7.2 schematically shown in each case edge-parallel displacement components v _x , v _y and v _x ', v _y ' decomposed.

Bei einer beispielhaft um 45° versetzten Anordnung der beiden Bildsensoren 7.1, 7.2 liefert einer der beiden bei einer Bewegung des Fahrzeugs 2 sowohl eine X-Komponente v_x, als auch eine Y-Komponente v_y des Verschiebungsvektors v →. Bei nahezu gerader Vorwärtsbewegung kann so die Quergeschwindigkeit über den zweiten Bildsensor 7.2 sehr genau ermittelt werden, selbst wenn die Auswertung des ersten Bildsensors 7.1 keine Quergeschwindigkeit ergibt. Der Vorteil gegenüber der Variante mit asphärischer Linse besteht darin, dass auch sehr hohe Quergeschwindigkeiten messbar sind und die minimal messbare Quergeschwindigkeit nicht begrenzt ist.In an example by 45 ° offset arrangement of the two image sensors 7.1 . 7.2 delivers one of the two during a movement of the vehicle 2 both an X component v _x and a Y component v _{y of} the displacement vector v →. In almost straight forward motion so can the cross-over speed via the second image sensor 7.2 be determined very accurately, even if the evaluation of the first image sensor 7.1 no crossover speed results. The advantage over the variant with aspherical lens is that even very high lateral velocities can be measured and the minimum measurable lateral velocity is not limited.

In der in 2 dargestellten Situation ist bei dem ersten Bildsensor 7.1 die X-Komponente v_x des Verschiebungsvektors v → bei einer hohen Vorwärtsgeschwindigkeit kleiner als ein Pixel 9. Die Auswertung führt daher zu einer Quergeschwindigkeit von 0. Beim zweiten Bildsensor 7.2 sind beide Verschiebungskomponenten v_x', v_y' in ausreichender Größe vorhanden, so dass beispielsweise über mehrere Bilder hinweg ein sehr genauer Winkel der aktuellen Fahrzeugbewegung in Bezug auf die Längsachse 8 bestimmt werden kann.In the in 2 The situation shown is with the first image sensor 7.1 the X-component v _{x of} the displacement vector v → at a high forward speed less than one pixel 9 , The evaluation therefore leads to a lateral velocity of 0. For the second image sensor 7.2 Both displacement components v _x ', v _y ' are present in sufficient size, so that, for example, over several images across a very accurate angle of the current vehicle movement with respect to the longitudinal axis 8th can be determined.

Zweckmäßigerweise sind die Bildsensoren 7.1, 7.2 separat in zwei verschiedenen Kameras 3 angeordnet. Beide Kameras 3 können dabei denselben Bereich des Untergrunds U abbilden oder unterschiedliche Bereiche. Im Falle unterschiedlich abgebildeter Bereiche des Untergrunds U sind die beiden Kameras 3 beispielsweise parallel zumindest teilweise nach unten ausgerichtet, wobei eine oder mehrere Beleuchtungseinheiten 6 die Bereiche ausleuchten.Conveniently, the image sensors 7.1 . 7.2 separately in two different cameras 3 arranged. Both cameras 3 can image the same area of the underground U or different areas. In the case of differently imaged areas of the underground U are the two cameras 3 for example, at least partially aligned in parallel, wherein one or more lighting units 6 illuminate the areas.

Es ist möglich, nur einen einzelnen Bildsensor in der gegenüber der Längsachse 8 rotierten Anordnung des zweiten Bildsensors 7.2 am Fahrzeug 2 anzubringen. Hierbei ist die Auflösung in Richtung der Längsachse 8 beispielsweise im Fall eines Rotationswinkels von 45° um einen Faktor √2 gegenüber einer zur Längsachse 8 parallelen Anordnung verschlechtert. Dies bewirkt jedoch bei einer großen Anzahl von Bildern und nachfolgender Mittelung der ermittelten Verschiebungsvektoren v → oder Geschwindigkeiten nur eine geringe Ungenauigkeit. Bei niedrigen Geschwindigkeiten, bei denen Verschiebungen von nur einem oder wenigen Pixeln pro Bild auftreten, können dabei Schwankungen der Bewegungsrichtung auftreten. Zweckmäßigerweise wird ein solcher einzelner Bildsensor im Bereich sehr niedriger Geschwindigkeiten daher nicht verwendet oder zumindest nicht ausgewertet.It is possible to have only a single image sensor in the opposite longitudinal axis 8th rotated arrangement of the second image sensor 7.2 at the vehicle 2 to install. Here, the resolution is in the direction of the longitudinal axis 8th for example, in the case of a rotation angle of 45 ° by a factor √2 relative to one to the longitudinal axis 8th deteriorated parallel arrangement. However, this causes only a slight inaccuracy for a large number of images and subsequent averaging of the determined displacement vectors v → or velocities. At low speeds, where shifts of only one or a few pixels occur per image, fluctuations in the direction of movement may occur. Appropriately, therefore, such a single image sensor in the range of very low speeds is not used or at least not evaluated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtungcontraption
22: Fahrzeugvehicle
33: Kameracamera
44: Abbildungsoptikimaging optics
55: Steuereinheitcontrol unit
66: Beleuchtungseinheitlighting unit
7.17.1: Erster BildsensorFirst image sensor
7.27.2: Zweiter BildsensorSecond image sensor
88th: Längsachselongitudinal axis
99: Pixelpixel
UU: Untergrundunderground
v →v →: Geschwindigkeitsvektorvelocity vector
v_x, v_y v _x , v _y: Geschwindigkeitskomponentenvelocity components
v_x', v_y'v _x ', v _y ': Geschwindigkeitskomponentenvelocity components

Claims

Method for determining a speed of a vehicle ( 2 ), in which by means of a camera ( 3 ) of the vehicle ( 2 ), which has an aspherical imaging optics ( 4 ), wherein the imaging optics ( 4 ) transverse to the longitudinal axis of the vehicle ( 2 ) has a larger magnification than longitudinally thereto, images of a background (U) of the vehicle ( 2 ) and temporally successive images are compared with each other, wherein based on the comparison between at least two images, a shift is determined based on a longitudinal and a lateral velocity of the vehicle ( 2 ) relative to the background (U).

A method according to claim 1, characterized in that for determining the shift, a correlation between two images is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (U) is illuminated at a predeterminable angle.

A method according to claim 3, characterized in that light and shadow areas of the background (U) are used for the correlation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a distance between the camera ( 3 ) and the subsurface (U) is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that continuously recorded images and from these shifts are determined.

A method according to claim 6, characterized in that the displacements are determined from two immediately consecutive images.

Contraption ( 1 ) for carrying out a method according to any one of claims 1 to 7, characterized by a on a vehicle ( 2 ) arranged camera ( 3 ) with an aspherical imaging optics ( 4 ), which transverse to the longitudinal axis of the vehicle ( 2 ) has a larger magnification than longitudinally, and one with the camera ( 3 ) associated evaluation unit ( 5 ), the camera ( 3 ) to a ground (U) of the vehicle ( 2 ) and by means of the evaluation unit ( 5 ) a shift between two by means of the camera ( 3 ) recorded images of the ground (U) is determined, based on the displacement of a longitudinal and a lateral velocity of the vehicle ( 2 ) relative to the ground (U) can be determined.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the camera ( 3 ) on a lower side of the vehicle ( 2 ) is arranged and aligned perpendicular to the ground (U).

Apparatus according to claim 8 or 9, characterized by a lighting unit ( 6 ), by means of which the substrate (U) can be illuminated at a predeterminable angle.

Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the evaluation unit ( 5 ) has an integrated circuit for determining the displacement.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the integrated circuit is designed as a chip of an optical computer mouse.

Apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the integrated circuit for determining the displacement determines a correlation between the two images.

Device according to one of claims 8 to 13, characterized by a distance measuring device, by means of which a distance between the camera ( 3 ) and the subsurface (U) can be determined.

Device according to one of claims 8 to 14, characterized in that an edge of an image sensor ( 7.1 ) the camera ( 3 ) in a vertical projection parallel to a longitudinal axis ( 8th ) of the vehicle ( 2 ) is aligned.

Device according to one of claims 8 to 15, characterized in that an edge of an image sensor ( 7.2 ) with a longitudinal axis ( 8th ) of the vehicle ( 2 ) forms in a vertical projection a predetermined angle greater than 0 ° and smaller than 90 °, this image sensor ( 7.2 ) is arranged rotated about an at least partially vertical axis.

Apparatus according to claim 16, characterized in that the predetermined angle is 45 °.

Device according to one of claims 8 to 17, characterized in that two image sensors ( 7.1 . 7.2 ) are arranged rotated against each other about an at least partially vertical axis.