DE102004008868A1 - Verfahren zur Spurerkennung einer Fahrspur für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spurerkennung einer Fahrspur für ein Kraftfahrzeug, das eine Kamera sowie einen LIDAR-Sensor aufweist, wobei die Spurerkennung mittels der Kamera erfolgt, indem das Bild der Kamera zur Spurerkennung ausgewertet wird, wobei der LIDAR-Sensor wenigstens eine Detektionsebene aufweist, die in spitzem Winkel vor dem Fahrzeug auf den Boden weist, und wobei mittels des aus dieser Ebene stammenden Signals zusätzlich eine Spurerkennung im Nahbereich vor dem Fahrzeug vorgenommen wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spurerkennung einer Fahrspur für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Aus der DE 196 29 775 A1 ist bereits ein derartiges Verfahren bekannt, wonach sowohl eine Kamera als auch ein LIDAR-Sensor vorhanden sind. Mittels der Kamera soll eine Spurerkennung vorgenommen werden. Auf Grund der erkannten Fahrspur sollen dann die mittels des LIDAR-Sensors, die erkannten Hindernisse darauf hin ausgewertet werden, ob sich diese Hindernisse in der Fahrspur befinden oder neben der Fahrspur. Bei der Auswertung des LIDAR-Sensors wird also das Sensorsignal auf erkannte Hindernisse ausgewertet sowie deren Richtung und Entfernung zum Fahrzeug. Mittels des durch die Kamera erkannten Verlaufes der Fahrspur wird dann weiterhin bewertet, ob sich diese Hindernisse in der Fahrspur befinden oder nicht.
• Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Erkennung einer Fahrspur zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst, indem der LIDAR-Sensor wenigstens eine Detektionsebene aufweist, die in spitzem Winkel vor dem Fahr zeug auf den Boden weist und dass mittels des aus dieser Ebene stammenden Signals zusätzlich eine Spurerkennung im Nahbereich vor dem Fahrzeug vorgenommen wird.
• Es ist grundsätzlich bekannt, mittels eines Lidar-Sensors durch eine Auswertung der reflektierten Signals eine Spurerkennung durchzuführen. Diese Erkennung basiert darauf, dass die Spurmarkierungen die Signale stärker reflektieren als der übliche Straßenbelag. Durch eine Erkennung entsprechender Muster in den reflektierten Signalen lässt sich also eine Erkennung der Spurmarkierungen und damit auch eine Lage der Fahrspur relativ zum Fahrzeug ermitteln. Hierzu sei beispielsweise auf die DE 199 54 361 A1 verwiesen.
• Mit der vorliegenden Erfindung soll insbesondere eine Spurerkennung auch im Nahbereich unmittelbar vor dem Fahrzeug realisiert werden.
• Dabei kann vorteilhaft eine vorhandene Sensorausrüstung des Fahrzeugs genutzt werden, falls das Fahrzeug bereits ohnehin mit einem System zur Hinderniserkennung und Kollisionsvermeidung (sogenanntes ACC System) ausgerüstet ist. Ein derartiges System kann beispielsweise mit einem kostengünstigen Lidar-Sensor realisiert werden. Weitere Sensorik kann beispielsweise vorgesehen sein im Zusammenhang mit der Erkennung der Fahrspur von Fahrzeugen. In diesem Zusammenhang können Fahrzeuge mit einer Kamera ausgerüstet werden. Die Spurerkennung kann dann genutzt werden für eine Warnung beim verlassen der Fahrspur (sogenanntes Lane-Departure-Warning) bzw. in Assistenzsystemen zur automatischen Spurführung (sogenanntes Lane-Keeping). Weiterhin kann eine solche Kamera noch für andere Assistenz- bzw. Sicherheitsfunktionen Verwendung finden.
• Für die meisten Funktionen ist eine gute Spurerkennung Voraussetzung. Dies gilt beispielsweise bei Systemen zur Hinderniserkennung und Kollisionsvermeidung zur Spurzuordnung von voraus fahrenden Fahrzeugen, bei einem System zur Warnung vor dem Verlassen der Spur oder einem System zur automatischen Spurführung.
• Die Berechnung des Fahrkorridors auf Basis der Auswertung von Inertialsensorik oder der Auswertung voraus fahrender Fahrzeuge stellen Möglichkeiten zur Spurverlaufsschätzung dar. Die Auswertung von Bildern, die von in Fahrzeugen eingebauten Kameras aufgenommen werden, stellen eine zuverlässige und genauere Alternative dar.
• Insbesondere bei schlechtem Wetter, tiefstehender Sonne oder ähnlichen Bedingungen kann eine Spurschätzung auf Basis der Bildauswertung aber fehleranfällig werden. Sofern die Kamera ein Teleobjektiv aufweist, kann die Bestimmung der Position des Fahrzeuges in der Spur problematisch sein, weil keine Informationen über die Umgebung direkt vor dem Fahrzeug vorliegen.
• Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird die Spurerkennung der Auswertung des Bildes der Kamera als Fortsetzung der durch den LIDAR-Sensor erkannten Fahrspur interpretiert.
• Insbesondere bei der Verwendung einer Kamera mit Teleobjektiv ergibt sich hier als Vorteil, dass zur Spurerkennung in größerer Entfernung ein hinreichend zuverlässiger Startwert vorgegeben werden kann. Dadurch wird die Orientierung bei der Spurerkennung im Kamerabild wesentlich vereinfacht.
• Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird das Signal des LIDAR-Sensors weiterhin als Referenzsignal für die Sensorjustierung verwendet.
• Wird bei der Auswertung des Kamerabildes gegenüber der Spurerkennung mittels des LIDAR-Sensors eine Abweichung in der erkannten Fahrspur erkannt, die beispielsweise auch in einer unterschiedlich erkannten Position des Fahrzeugs in der Spur bestehen kann, kann darauf geschlossen werden, dass eine Dejustierung des Sensors vorliegt.
• Die meisten auf dem Markt angebotene Lidar Systeme scannen die Umgebung auf mehreren Ebenen nach Hindernissen ab. Dabei sind die Systeme insbesondere auf die Reflektionseigenschaften des möglichen Hindernisses angewiesen. Durch die verschiedenen Ebenen kann sichergestellt werden, dass auch bei Nicken des Fahrzeuges aber auch Kuppen und Senken aufgrund von Schnitt der Scann-Ebene mit der Fahrbahnebene ein mögliches Hindernis weiterhin sicher detektiert werden kann. Vorteilhaft kann also bei einem solchen Sensor eine Detektionsebene so definiert werden, dass diese unmittelbar vor dem Fahrzeug die Fahrbahnoberfläche schneidet.
• Es besteht die Möglichkeit, die Detektion zum fahrzeugnahen Boden zusätzlich zu nutzen, ohne dass dies zu bemerkenswerten Einschränkungen beim Fernbereich führen würde.
• Beispielsweise kann der gezielte, gerichtete Blick auf die Straße für Referenzzwecke für den Sensor verwendet werden, um beispielsweise den Beladungszustand (Nickwinkel des Fahrzeuges) zu detektieren und in weiteren Assistenzsystemen, z.B. der Spurerkennung zu nutzen und dabei andere Sensoren zu justieren. Hierfür ist dann die unterste Ebene des Systems meist sehr weit nach unten auf die Straße geneigt. Das führt dazu, dass das Lidar System auch Reflektionen von den Fahrbahnmarkierungen bekommt, die meist eine andere Reflektionseigenschaft besitzen als der Fahrbahnbelag.
• Durch das Tracken dieser Signale erhält man sehr gute Spurmarkierungsinformation und damit die Information über die Spurbreite und auch über die eigene Fahrzeugposition (Offset, Gierwinkel) in der Spur (analog zur kamerabasierten Fahrspurerkennung). Dazu können Verfahren angewendet werden, wie sie bereits aus der optischen Spurerkennung bekannt sind.
• Im Vergleich zur kamerabasierten Erkennung steht diese Information aber nur für ein sehr kleines Teilstück vor dem eigenen Fahrzeug zur Verfügung bzw. es können nur sehr wenige Messpunkte generiert werden – was aber ausreichend ist, um u.a. eine Lane-Departure-Warning Applikation auszuführen.
• Neben der Verwendung der Daten direkt in der Applikation, kann man diese Information aber auch zur Stützung der kamerabasierten Spurerkennung nutzen. Dies ist bereits im Zusammenhang mit Anspruch 2 angesprochen. Einmal kann der kamerabasierten Spurerkennung das neue Aufsetzen auf die Spur erleichtert werden, indem man die lidarbasierten Spurdaten als Initialwert vorgibt.
• Zusätzlich kann man durch eine Fusion der beiden Daten eine deutliche Performancesteigerung erwarten, da sich die beiden Systeme gegenseitig kontrollieren können. Dies ist im Zusammenhang mit Anspruch 3 angesprochen.
• Bei der Verwendung einer Kamera mit einem Teleobjektiv kann diese Stützung durch eine lidarbasierte Spurerkennung von besonderem Vorteil sein: dadurch das die Kamera erst in einer relativ großen Entfernung die Straße und damit die Spurmar kierungen sieht und das Lidarsystem bereits kurz vor dem Fahrzeug die Fahrbahnmarkierung erkennen kann, ergänzen sich die beiden System hervorragend und man bekommt eine durchgängige Erkennung der Spurmarkierungen über die Verbindung der beiden Sensoren.
• Die einzige Figur zeigt ein Fahrzeug 1 mit zwei Sensoren im Frontbereich 4. Es handelt sich dabei einerseits um eine Kamera 2 und um einen LIDAR-Sensor 3.
• Zur Auswertung der Signale sei auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Spurerkennung einer Fahrspur für ein Kraftfahrzeug (1), das eine Kamera (2) sowie einen LIDAR-Sensor (3) aufweist, wobei die Spurerkennung mittels der Kamera (2) erfolgt, indem das Bild der Kamera (2) zur Spurerkennung ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der LIDAR-Sensor (3) wenigstens eine Detektionsebene aufweist, die in spitzem Winkel vor dem Fahrzeug (1) auf den Boden weist und dass mittels des aus dieser Ebene stammenden Signals zusätzlich eine Spurerkennung im Nahbereich vor dem Fahrzeug (1) vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurerkennung der Auswertung des Bildes der Kamera (2) als Fortsetzung der durch den LIDAR-Sensor (3) erkannten Fahrspur interpretiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des LIDAR-Sensors (3) als Referenzsignal für die Sensorjustierung verwendet wird.