DE10037128A1 - Verfahren und Einrichtung zur kameraunterstützten Einsichtnahme des Fahrweges - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur kameraunterstützten Einsichtnahme des Fahrweges

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DE10037128A1
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Albert Finkbeiner
Tim Weis
Jens Marschall
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Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur kameragestützten Einsichtnahme des Fahrweges, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9. Um hierbei zu erreichen, daß eine verbesserte Einsichtnahme von Hindernissen für den Fahrzeugführer gegeben wird, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Kamera oder die Kameras sich bezogen auf den optischen Blickwinkel automatisch etwaige Hindernisse erfassend, selbsttätig und selbstoptimierend drehen oder nachführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur kameragestützten Einsichtnahme des Fahrweges, mittels Kamera und Bildschirm.
Verfahren und Einrichtungen dieser Art sind bekannt, um beispielsweise den rückwärtigen Raum hinter einem Fahrzeug so erfassen zu können. Bei der konventionellen ausschließlichen Verwendung von Spiegeln entstehen im rückwärtigen Raum sog. tote Winkel. Dies betrifft nicht nur herannahende Fahrzeuge auf Landstraßen oder Autobahnen, auf denen Überholvorgänge üblich sind, sondern es entstehen auch tote Winkel im Rangier- oder Einparkbetrieb. Insofern werden Kameras zur Einsichtnahme des rückwärtigen Raumes hinter dem Fahrzeug in an sich vorteilhafter Weise verwendet. Das so aufgenommene Kamerabild wird von einer Bildauswertung ausgewertet und bearbeitet und sodann innerhalb des Kraftfahrzeuges auf einem entsprechenden Bildschirm dargestellt.
Vielfach werden solche Kamerabilder zusätzlich zu den Spiegeln verwendet und der Fahrzeugführer kann sich somit eine ergänzte Rundumeinsichtnahme bilden.
Die meisten solcher Kamerasysteme sind starr eingebaut.
Aus der DE 195 39 642 A1 ist ein Verfahren sowie eine entsprechende Einrichtung in Form einer Parkhilfekamera für einen Pkw angegeben. Mit unbeweglicher, extremer Weitwinkeloptik und Entzerrung des aufgenommenen Bildes durch eine elektronische Transformation des Bildsignales wird das so erfaßte Bild aufgenommen und verarbeitet. Bei der Bildpunktinformation des Aufnahmesensors werden diese den Bildpunkten der Wiedergabeeinheit beispielsweise eines Bildschirmes zugeordnet. Die Entzerrung des dargestellten Bildes mit Hilfe einer Weitwinkeloptik extremer Art, erfolgt in diesem beschriebenen Beispiel auf elektronischem Wege durch besagte Transformation des Bildsignales. Verfahren dieser Art sind recht aufwendig und haben überdies den Nachteil, daß durch die Notwendigkeit der Berechnung aller Bildpunkte die Bildwiederholfrequenzen herabgesetzt werden. Eine hohe Bildwiederholfrequenz ist jedoch maßgeblich für die flimmerfreie Wiedergabe des Anzeigebildes. Desweiteren ist zur zeitlichen Auflösung von Bewegungsabläufen eine hohe Bildwiederholfrequenz notwendig. Aus diesem Grund ist ein Verfahren mit einer entsprechend aufwendigen mathematischen und somit auch elektronischen Transformation weder absolut flimmerfrei, noch werden Bewegungsabläufe in Echtzeit bis hin zu höheren Geschwindigkeiten auflösbar.
Darüber hinaus ist der Fahrzeugführer immer gezwungen, mehrere Hilfsmittel zur Einsichtnahme des rückwärtigen Raumes miteinander zu kombinieren und so umfassend, insbesondere beim Einparken und Rangieren eine möglichst günstige Einsichtnahme auf etwaige Hindernisse zu haben. Er ist somit gezwungen, sowohl die Abbildungen der Spiegel, als auch den besagten Bildschirm zu beobachten.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung der genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine bessere Einsichtnahme von Hindernissen für den Kraftfahrzeugführer gegeben wird.
Bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen 2-8 angegeben.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der genannten Art wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 9 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 10-18 angegeben.
Der als einteiliger Anspruch gewählte Verfahrensanspruch 1 enthält in Summe aller Merkmale eine erfinderische Kombination, die die gestellte Aufgabe in entsprechend erfindungsgemäßem Sinne löst. Dabei wird eine kameragestützte Einsichtnahme des Fahrweges vorgenommen, ggf. auch des prädiktiven Fahrweges bei einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen, insbesondere jedoch auch im Fahrbetrieb mit Auflieger oder Hänger. Dabei ist jedoch der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur beschränkt auf den Fahrbetrieb mit Auflieger oder Hänger, sondern kann auch für große, zusammenhängende Fahrzeuge oder auch für normale Pkws ohne Anhänger eingesetzt werden. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Kamera oder die Kameras bezogen auf den optischen Blickwinkel automatisch etwaige Hindernisse erfassend, gesteuert, so daß dieses selbsttätig und selbstoptimierend sich drehen oder den Hindernissen nachgeführt werden. Dies geschieht jedoch auf eine autarke selbstintelligente Regelungsweise, ohne daß es eines nachführenden manuellen oder manuell betätigten Eingriffes des Fahrzeugführers bedarf.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist angegeben, daß insbesondere bei Rückwärtsfahrt Hindernisse erfaßt werden und neben der automatischen Kameranachführung auch ein automatisches Zoomen der Hindernisse erfolgt. Die Hindernisse als solches werden über das Kamerabild erfaßt und wenn in der entsprechenden Bildverarbeitung das Hindernis für den prädiktiven oder geplanten Fahrweg als relevant erachtet wird, so wird bei der Kamera ein automatisches Zoomen des Hindernisses vorgenommen. Der Fahrzeugführer wird somit automatisch auf relevante Hindernisse dann aufmerksam gemacht, wenn sich das Fahrzeug oder der Anhänger oder Auflieger in entsprechender Weise gefährlich nähert.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß abhängig von erfaßten Hindernissen ein korrigierender Lenkeingriff automatisch generiert wird. Dieser korrigierende Lenkeingriff kann in der genannten erfindungsgemäßen Weise automatisch generiert werden, so daß der Fahrzeugführer im Zweifelsfalle nicht einmal korrigierend eingreifen muß. Dies insbesondere in dem Fall, daß er das Hindernis trotzdem falsch einschätzt. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Auflieger- oder Anhängerbetrieb bedarf es natürlich eines entsprechenden Rechenvorganges, bei dem die gemessen am Lenkeinschlag resultierende Bewegung am Auflieger oder Anhänger berücksichtigt werden muß. Dies stellt jedoch bei der Verwendung mikroelektronischer Bauelemente kein technisches Hindernis dar.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß in Bezug auf die oben genannte Verfahrensweise auch ein Bremseingriff automatisch generiert werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Fahrzeugführer das Hindernis tatsächlich falsch einschätzt und sich das Fahrzeug, der Auflieger oder Anhänger bereits unmittelbar in der Nähe des Hindernisses befindet.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß im Auflieger- oder Anhängerbetrieb die resultierende Bewegung des Aufliegers oder Anhängers in Bezug auf die Lenkeinschläge des Zugfahrzeuges errechnet und ggf. beim automatischen Lenkeingriff und/oder automatischen Bremseingriff berücksichtigt werden. Dies in der zuvor bereits beschriebenen Weise.
Darüber hinaus kann es jedoch auch von Vorteil sein, wie dies in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen ist, daß der automatisch generierte Eingriff abgeschaltet werden kann, so daß dieses besagte Verfahren nicht mehr, zumindest in Bezug auf den automatischen Lenkeingriff und/oder den automatischen Bremseingriff selbsttätig eingreift. Dadurch hat der Fahrzeugführer ggf. eine korrigierende Eingriffnahme, oder aber während des Rangiervorganges kann er sich entschließen, den Fahrweg doch zu ändern. In diesem Falle kann der Fahrzeugführer den Rangierbetrieb in der bisherigen Weise abbrechen und einen anderen Rangier- oder Fahrweg wählen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß die besagte automatische Kameranachführung zusätzlich mit einer Abstandsmessung korreliert sein kann. Bei dieser hinzugenommenen Abstandsmessung wird das Kamerabild somit nicht mehr nur qualitativ bewertet, sondern gefährlich kurze Abstände werden auf diese Weise erkannt. Dabei werden Abstände zu entsprechenden Hindernissen korrekt bestimmt und können in dieser Ausgestaltungsform in der Anzeige, ggf. in Bezug auf das abgebildete Hindernis entsprechend dargestellt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist daher angegeben, daß sog. Mustervergleichsverfahren entweder für lediglich die Kamerabildauswertung oder aber auch für die korrelierte Auswertung von Kamerabild und Abstandssensorik eingesetzt wird. Über diese Mustervergleichsverfahren wird im Sinne einer unscharfen Logik (Fuzzy- Logik) bewertet, wie sich die Situation technisch in gesamter Berücksichtigung aller einzeln beobachteten Parameter in Summe darstellt. Eine solche Mustervergleichsauswertung kommt der menschlichen Physionomie am nahesten. Auch in der Wahrnehmung mehrerer gleichzeitig auftretender Ereignisse oder Parameter oder dgl. wird normalerweise ein Gesamtbild und ein Gesamteindruck erstellt. Mit Hilfe dieser Mustervergleichsverfahren ist ein solcher komplexer technischer Vorgang umsetz- und realisierbar.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der genannten Art besteht der Kern der Erfindung darin, daß die Kamera mit elektrischen Nachführmitteln versehen ist, und daß zur Bildauswertung elektronische Mittel vorgesehen sind, die eine logische Hinderniserfassung ermöglichen und die Bildauswertung mit den Nachführmitteln direkt verschaltet sind. Auf diese Weise ist eine geeignete Verbindung einzelner technischer Mittel gegeben, um zum einen den logischen Schluß zur Bildauswertung und zum anderen die erneute Eingriffnahme auf die Kameranachführung automatisch ablaufen lassen zu können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß die Objektivsteuerungsmittel solche sind, die das entsprechende Objektiv, welches in der Brennweite einstellbar ist, automatisch einstellt. Hierdurch können die naheliegenden Hindernisse, auf die sich das Fahrzeug oder der Auflieger oder der Anhänger zubewegt, erfaßt und durch eine Nachführung der Brennweite entsprechend gezoomt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß die Bilddarstellung im Display des Navigationssystems erfolgt. Auf diese Weise ist nur ein Bildschirm im Fahrzeug notwendig und es braucht kein zweiter Bildschirm installiert werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß ein akustischer Warner vorgesehen ist, der an das Lautsprechersystem des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist und eine möglicherweise kollisionsgefährdete Situation akustisch bemerkbar macht.
Darüber hinaus kann der Warner einer solcher genannten Situation auch sprachgeneriert sein und über die Spracherkennungs- und/oder Sprachlogik im Kraftfahrzeug können entsprechende Verbalhinweise über die Lautsprecher in den genannten Situationen gegeben werden.
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, daß ein automatischer Eingriff in der genannten Weise durch entsprechende Schaltmittel abschaltbar bzw.. zuschaltbar ist. Auf diese Weise kann der Fahrzeugführer eingreifen und den automatischen Betrieb abschalten.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß eine Winkelmessung am Auflieger oder Anhänger bzw. an der Auflieger- oder Anhängerkupplung erfolgt, so daß auf diese Weise Sensorwerte vorliegen, auf Basis derer der resultierende Bewegungsablauf eines Aufliegers oder Anhängers in Bezug auf das Zugfahrzeug ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann zum einen die Kamera- als auch die Brennweitennachführung in entsprechend optimierter oder optimierender Weise gesteuert werden, weil das System auf diese Weise erkennen kann, daß sich das Zugfahrzeug zwar nicht auf einem Weg auf ein Hindernis zu befindet, jedoch bei dem entsprechenden Lenk- oder Positionseinschlag der Anhänger oder der Auflieger sich einem Hindernis kollisiongefährdet nähern kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß ein Lenkeinschlagswinkelmesser vorgesehen ist, mit welchem dann auch schlüssig das System bestimmbar ist, in dem zusätzlich zum gemessenen Winkel zwischen Zugfahrzeug und Auflieger oder Anhänger nunmehr auch der Lenkeinschlag als solches sensorisch erfaßbar ist. Das System ist damit insgesamt mathematisch eindeutig berechenbar.
In letzter vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß das System sprachbefehlsgesteuert ist. Auf diese Weise kann der Fahrzeugführer beispielsweise den automatischen Eingriff sprachbefehlsgeneriert abschalten. Dadurch entsteht eine schnellere Eingriffnahme, als durch ein möglicherweise hastiges Suchen eines Abschalttasters.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben:
Es zeigt:
Fig. 1: Ein Zugfahrzeug mit Anhänger.
Fig. 2: Elektronische und logische Verschaltung der einzelnen Elemente.
Fig. 3: Bilddarstellung des Kamerabildes.
Fig. 1 zeigt das Zugfahrzeug, welches mit einer Anhängerkupplung und einer entsprechend rückwärtigen Kamera 1 versehen ist. An der Kupplung ist in diesem Beispiel ein Anhänger eingehängt, der wiederum am rückwärtigen Ende mit einer Kamera 2 versehen ist. In der bereits beschriebenen Art und Weise ist fernerhin ein Winkelmesser oder Winkelsensor 3 im Bereich der Kupplungsstelle zwischen Zugfahrzeug und Anhänger plaziert. Auf diese Weise können Relativwinkelstellungen zwischen Zugfahrzeug und Anhänger bestimmt werden. Die Kamera 1 beobachtet normalerweise den rückwärtigen Raum hinter dem Fahrzeug, im Anhängerbetrieb ist jedoch zusätzlich Kamera 2 im Betrieb. Es könnte jedoch auch so ausgestaltet sein, daß im Anhängerbetrieb lediglich Kamera 2, nämlich am rückwärtigen Ende des Anhängers ausschließlich betrieben ist. Es kann jedoch für entsprechende Extremrangiersituationen auch von Vorteil sein, dennoch Kamera 1 am Zugfahrzeug im Betrieb zu haben, da extreme Lenkeinschläge bzw. extreme Winkelstellungen zwischen Anhänger und Zugfahrzeug dennoch auch ein Kamerabild der Kamera 1 sinnvoll erscheinen lassen würden.
Fig. 2 zeigt die elektronische Verschaltung der einzelnen Elemente miteinander, aus der auch die logische Funktionsweise ersichtlich ist. Ausgehend von einer Kamera 1, die jedoch auch als Kamera 2, wie in Fig. 1 entweder einzeln oder aber auch in Verbindung mit mindestens einer weiteren Kamera, eine gesamte Kameraanordnung ergeben kann, wird der rückwärtige Raum erfasst. Die Kamera selbst ist mit einem Objektiv oder einem Objektivsystem 11 verbunden, welches über elektrisch einstellbare Nachführ- oder Einstellmittel 10 verfügt. Über diese Nachführ oder Einstellmittel kann beispielsweise die Brennweite verändert werden, jedoch auch die Blickrichtung, in der die Kamera aktuell positioniert ist. Nachgeführt wird somit in beiden Fällen, d. h. sowohl die Brennweite, als auch der räumliche Positionswinkel der Kamera. Die Kamera als solches steht in einer bidirektionalen Datenverbindung zu einer Bildauswerteeinheit 12, die das Kamerabild auswertet. Darüber hinaus werden in der Bildauswertung 12 auch entsprechende Befehle für die besagten Nachführmittel 10 des Objektives 11 bzw. der Kamera als solches generiert und ausgegeben. Die Bildauswertung erfolgt dabei in entsprechender beschriebener Weise mit einer Mustervergleichseinheit mit entsprechender Speichereinheit 13. In der Mustervergleichseinheit ist der dort angelegte Speicher wie ein Speicherfeld angelegt, in dem die entsprechenden Musterdaten verfügbar sind.
Ausgangsseitig ist die Bildauswerteeinheit 12 zum einen verbunden mit dem besagten Display 20, welches ein separates, in erfindungsgemäßer Ausgestaltungsweise ein mit dem Navigationssystem gemeinsames Display sein kann. Des weiteren ebenso logisch ausgangsseitig zu bewerten sind Stellgrößenausgänge, um den automatischen Lenkeingriff 14 und/oder den automatischen Bremseingriff 15 zu generieren, in der oben bereits beschriebenen Weise. Mit in die Auswertung bezogen werden Winkelsensorwerte 50 der Lenkung und oder der Anhängerkupplung.
Ebenso ist die Abstandssensorik 30 logisch mit der Bildauswertung verbunden, um das kameraseitig erfasste qualitative Bild zu quantifizieren.
Ausgangsseitig ist in diesem Ausgestaltungsbeispiel noch ein akustischer Warner 40 mit oben beschriebener Funktion vorgesehen.
Fig. 3 zeigt eine Displaydarstellung, in der beispielsweise die Stoßstange des Fahrzeuges mitdargestellt wird. Das hier skizzierte Hindernis ist in einem entsprechenden Abstand zur besagten Stoßstange, welche entweder die Stoßstange des Aufliegers oder die Stoßstange des Anhängers bzw. des Zugfahrzeuges sein kann. Je nach dem, welche Kamera hierzu eingesetzt ist und ob sich das Fahrzeug nun im Zugbetrieb befindet oder nicht. Korreliert mit dem so als kritisch erfaßten Hindernis wird ebenso in einem entsprechenden Feld eine Abstandsangabe, in diesem Falle 2,5 m generiert, welche beispielsweise mit Hilfe der Abstandssensoren, die in Fig. 2 subsidiär mit Positionsnummer 30 gekennzeichnet sind, vorgenommen wird.

Claims (18)

1. Verfahren zur kameragestützten Einsichtnahme des Fahrweges mittels Bildschirm und Kamera, ggf. des prädiktiven Fahrweges bei einem Pkw oder Lkw, insbesondere im Fahrbetrieb mit Auflieger oder Anhänger, bei welchem die Kamera oder die Kameras sich bezogen auf den optischen Blickwinkel automatisch etwaige Hindernisse erfassend, selbsttätig und selbstoptimierend drehen oder nachführen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere beim Rückwärtsfahren Hindernisse erfaßt werden und neben der automatischen Kameranachführung auch ein automatisches Zoomen der Hindernisse erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom erfaßten Hindernis ein korrigierender Lenkeingriff automatisch generiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein automatischer Bremseingriff generiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Auflieger- oder Anhängerbetrieb die resultierenden Bewegungen des Aufliegers oder Anhängers in Bezug auf die Lenkeinschläge des Zugfahrzeuges errechnet und ggf. beim automatischen Lenkeingriff und/oder automatischen Bremseingriff berücksichtigt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der automatisch generierte Eingriff abgeschaltet werden kann.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderfassung und -auswertung mit einer Abstandsmessung korreliert wird, sowie Bild- und Abstandsmessungsergebnis angezeigt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung Mustervergleichsverfahren eingesetzt werden.
9. Einrichtung zur kameragestützten Einsichtnahme des Fahrweges mittels Kamera und Bildschirm, ggf. des prädiktiven Fahrweges, bei einem Pkw oder Lkw, insbesondere im Fahrbetrieb mit Auflieger oder Anhänger, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (1, 2) bzw. das Objektiv (11) mit elektrischen Nachführmitteln (10) versehen ist, daß zur Bildauswertung elektronische Mittel (12) vorgesehen sind, die eine logische Hinderniserfassung ermöglichen, und daß diese Bildauswertung (12) mit den Nachführmitteln (10) direkt verschaltet sind.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Nachführ- oder Steuerungsmittel (10) zur automatischen Beeinflussung des Kameraobjektives (11) vorgesehen sind.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildauswerteeinheit (12) zur Anzeige des Bildes mit dem Navigationssystem bzw. mit dem Display (20) des Navigationssystems verschaltet ist.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein akustischer Warner (40) vorgesehen ist, welcher ein Warnsignal bei gefährlicher Annäherung an ein Hindernis generiert.
13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Warner (40) ein sprachgenerierter Warner ist.
14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der automatische Eingriff in den Lenkbetrieb (14) bzw. den Bremsbetrieb (15) durch Schaltmittel abschaltbar bzw. zuschaltbar ist.
15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Kamera (2) am Auflieger bzw. am Anhänger angeordnet ist.
16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Winkelmessung am Auflieger oder Anhänger bzw. an der besagten Kupplung durch einen Winkelsensor (50) erfolgt.
17. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an der Lenkeinrichtung des Zugfahrzeuges ein Lenkeinschlagswinkelsensor vorgesehen ist.
18. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte System Mittel zur Spracherkennung enthält, über welche dasselbe sprachbefehlsgesteuert werden kann.
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