DE102005032848A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fahrerunterstützung - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrerunterstützung vorgeschlagen. Mittels einer Kamera werden Verkehrselemente auf der Straße erkannt, die auf potentielle Gefahrenräume hinweisen. Werden solche potentiellen Gefahrenräume erkannt, wird wenigstens ein Scheinwerfer des Fahrzeugs derart gesteuert, dass der potentielle Gefahrenraum weitgehend ausgeleuchtet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrerunterstützung.
  • Die DE 100 53 315 A1 zeigt ein Beispiel für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrerunterstützung, bei welcher mittels einer im Fahrzeug angebrachten Kamera Verkehrszeichen erfasst werden. Aus den von der Kamera aufgenommenen Bildern werden die Verkehrszeichen extrahiert und mit gespeicherten Mustern verglichen. Wird ein Verkehrszeichen aufgefunden, wird gegebenenfalls eine dem Verkehrszeichen entsprechende Maßnahme eingeleitet, beispielsweise ein Warnsignal erzeugt. Dabei werden auch Verkehrszeichen, die auf der Fahrspur angebracht sind, wie beispielsweise ein Zebrastreifen oder dergleichen, erkannt.
  • In der DE 196 27 938 A1 ist ein Beispiel für die Erkennung und Modellierung von Fahrspurrandmarkierungen aus Videobildern beschrieben, wobei als Parameter unter anderem Fahrspurbreite, Fahrspurkrümmung, Krümmungsänderung und seitlicher Versatz des Fahrzeugs ermittelt werden.
  • Von besonderer Bedeutung im heutigen Straßenverkehr ist, dass der Fahrer eine ausreichende Sicht auf das Verkehrsgeschehen hat. Aus diesem Grund wird derzeit auch an Systemen zur kurvenabhängigen Lichtsteuerung gearbeitet, bei welchem die bisher starre Ausrichtung des Fahrzeuglichts variabel gestaltet wird, derart, dass bei Kurvenfahrt eine verbesserte Ausleuchtung der Kurve stattfindet. Ein Beispiel hierfür zeigt die DE 197 13 884 A1 .
    •
  • Vorteile der Erfindung
  • Durch eine verbesserte Ausleuchtung von Gefahrenräumen, wie Abbiegespuren, Ausfahrten, Fußgängerüberwegen, etc. kann dazu beigetragen werden, Unfälle zu vermeiden und die Sicherheit im Straßenverkehr auch für Fußgänger zu erhöhen. Von besonderer Bedeutung ist, dass die Erkennung, ob ein Gefahrenraum und gegebenenfalls welcher Gefahrenraum vorliegt, videobasiert erfolgt, da auf diese Weise es möglich ist, zuverlässig und genau die tatsächlich vorhandene Verkehrssituation zu erfassen.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass mit Hilfe der videobasierten Erfassung auch Hinweise auf die Entfernung zum erkannten Gefahrenraum abgeleitet werden können, so dass die Steuerung der Fahrzeugbeleuchtung in einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel abhängig von der Entfernung variiert.
    •
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abgängigen Patentansprüchen.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt
  • 1 ein Blockdiagramm eines Fahrerassistenzsystems, bei welchem die beschriebene Vorgehensweise zur Fahrerunterstützung, insbesondere zur Ausleuchtung von Gefahrenräumen, realisiert ist.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm, in welchem eine bevorzugte Realisierung der Vorgehensweise zur Ausleuchtung von Gefahrenräumen als Rechnerprogramm dargestellt ist.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Die 1 zeigt eine Fahrerassistenzvorrichtung 10, welche im wesentlichen aus wenigstens einem Rechner 12, einer Eingangsschaltung 14 sowie einer Ausgangsschaltung 16 besteht. Diese Elemente sind mit einem Bussystem 18 zum gegenseitigen Daten- und Informationsaustausch miteinander verbunden. Ferner ist wenigstens eine Kamera 20 vorgesehen, welche im Fahrzeug derart positioniert ist, dass sie die Szene vor dem Fahrzeug aufnimmt. Der Bildabschnitt der Kamera 20 ist dabei derart gewählt, dass auch Informationen, die auf der Fahrbahn selbst angebracht sind, durch die Bilder der Kamera erfasst werden. In einem ersten Ausführungsbeispiel werden entsprechende Bildsequenzen von der Kamera 20 über eine Eingangsleitung, vorzugsweise ein Bus-System an die Fahrerassistenzvorrichtung 10 übermittelt. Dort werden sie zur weiteren Verarbeitung dem Mikrocomputer 12 zugeführt. In einer anderen Ausführung ist mit der Kamera 20 eine Auswerteeinheit verbunden, welche die Bildanalysefunktion ganz oder teilweise übernimmt und der Fahrerassistenzvorrichtung 10 lediglich Ergebniswerte oder Zwischenergebnisse dieser Bildanalysefunktion, ggf. zusammen mit der Bildinformation, zur Verfügung stellt.
  • Die Bildsequenzen der Kamera 20 werden vom Rechner 12 bzw. der der Kamera zugeordneten, nicht dargestellten Auswerteeinheit zur Ermittlung des Verlaufs von Fahrspuren, insbesondere des Verlaufs von Fahrbahnrandmarkierungen ausgewertet. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass anhand von Kontrasten im Bild Fahrbahnrandmarkierungen isoliert werden und deren Verlauf durch Transformation als mathematische Gleichung beschrieben wird, deren Parameter beispielsweise den Krümmungsradius der Fahrspurrandmarkierung darstellt. Derartige Algorithmen sind beispielsweise aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt. Ferner ist bekannt, Informationen, die auf der Fahrbahn selbst angebracht sind, zu erfassen, beispielsweise Zebrastreifen. In diesem Fall wird durch Analyse der Bildsequenz ein bestimmtes Muster erkannt, welches mit einem vorab gespeicherten Muster verglichen wird und bei Übereinstimmung des Vergleiches darauf geschlossen wird, dass ein Zebrastreifen erkannt wurde.
  • Mit Hilfe der vorliegenden Informationen lassen sich nun Gefahrenräume erkennen. In einer ersten Ausführung werden erkannte Zebrastreifen als Gefahrenraum interpretiert. In einem zweiten Ausführungsform wird eine Ausfahrt oder Abzweigung als Gefahrenraum erkannt, wenn beispielsweise anhand der Fahrspurrandmarkierungserkennung festgestellt wird, dass eine Verzweigung einer Linie im Sinne einer zusätzlichen Fahrspur vorhanden ist und/oder wenn erkannt wird, dass eine Änderung der Linienart von einer durchgezogenen auf eine gestrichelte Linienart und eine Abzweigung der durchgezogenen Linie erfolgt. In einer dritten Ausführung werden erkannte Kreuzungen als Gefahrenraum interpretiert, wenn nämlich zwei Fahrbahnrandmarkierungen sich verzweigen und/oder wenn festgestellt wird, dass die Fahrbahnrandmarkierungen Fahrspuren überqueren. Die Ermittlung eines vorhandenen Gefahrenraums erfolgt bevorzugt dadurch, dass die aus den Markierungsverläufen abgeleitete Gleichungen (Kurven) auf Schnittpunkte und auf Winkel zwischen den Kurven untersucht werden. Beim Vorhandensein eines oder mehrerer Schnittpunkte und/oder charakteristischer Winkel lassen sich dann die oben skizzierten Situationen ableiten. Die oben dargestellten Vorgehensweise werden je nach Ausführung einzeln oder in beliebiger Kombination eingesetzt.
  • Je nach Ausführung erfolgt die Auswertung der Bildsequenzen im Rechner der Fahrerassistenzvorrichtung. In einem anderen Ausführungsbeispiel, bei welchem der Kamera eine Auswerteeinheit zur Bildanalyse zugeordnet ist, werden der Fahrerassistenzvorrichtung lediglich die Ergebnisse der Bildanalyse übermittelt, beispielsweise eine Information bezüglich eines erkannten Gefahrenraumes und der Art des erkannten Gefahrenraums.
  • Des weiteren kann eine Abschätzung der Entfernung zwischen der aktuellen Position des Fahrzeugs und dem erkannten Gefahrenraum erfolgen. Der Gefahrenraum wird dabei an einer charakteristischen Linienkonstellation auf der Fahrbahn erkannt, beispielsweise ein Zebrastreifen anhand der breiten parallelen Linien, eine Ausfahrt bzw. Abzweigung durch ein Teilen einer Linie in zwei Linien und/oder eine Kreuzung durch Teilung von zwei Linien in jeweils zwei Linien. Die Abschätzung der Entfernung zwischen diesem charakteristischen Punkt, der einen Gefahrenraum repräsentiert und der aktuellen Position des Fahrzeugs erfolgt dann mittels eines Modells, z.B. eines Lochkameramodells, welches die Weltkoordinaten der Straße in Kamerakoordinaten transformiert und umgekehrt. Unter der Annahme, dass die erkannten Markierungen in einer Ebene liegen, lässt sich aus der Rücktransformation der Kamerakoordinaten in Weltkoordinaten die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Gefahrenraum abschätzen. Entsprechend übermittelt die Auswerteeinheit in einem Ausführungsbeispiel eine entsprechende Entfernungsgröße an die Fahrerassistenzvorrichtung 10.
  • Ist wie oben dargestellt ein Gefahrenraum erkannt worden, so bildet der Rechner 12 ein Steuersignal, welches er über die Ausgangsschaltung 16 an eine Stelleinrichtung 22 zur Einstellung der Fahrzeugbeleuchtung, insbesondere der Scheinwerfer abgibt. Das Steuersignal wird dabei in einer Ausführungsform derart gebildet, dass jedem erkannten Gefahrenraum ein bestimmtes Steuersignal zugeordnet ist, welches zu einer bestimmten Einstellung der Scheinwerfer im Sinne einer besseren Ausleuchtung des jeweiligen Gefahrenraums zugeordnet ist. Die Fahrzeugbeleuchtung, insbesondere die Scheinwerfer werden dann entsprechend dem Steuersignal verstellt.
  • Die Beeinflussung des Fahrzeuglichtes findet dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel derart statt, dass die Ausleuchtung durch wenigstens einen Scheinwerfer des Fahrzeugs derart verändert wird, dass der erkannte Gefahrenraum zu einem großen Teil beleuchtet wird, zusätzlich zu der vom Fahrzeug befahrenen Straße bzw. Fahrspur. Darüber hinaus wird in einem Ausführungsbeispiel die Lichtsteuerung abhängig von Fahrereingaben gemacht. Beispielsweise wird eine Abbiegespur nur dann ausgeleuchtet, wenn aufgrund einer Fahrereingabe (z.B. dem Setzen des Blinkers) davon auszugehen ist, dass der Fahrer ein Einschwenken auf die Abbiegespur wünscht.
  • In einer bevorzugten Realisierung wird die oben skizzierte Vorgehensweise als Programm des Rechners 12 realisiert. Ein Beispiel für ein solches Rechnerprogramm ist in 2 skizziert.
  • Das in 2 skizzierte Programm wird mit Start des Fahrzeugs und/oder bei einer entsprechenden Aktivierung durch den Fahrer gestartet und in vorgegebenen Zeitintervallen durchlaufen.
  • Zunächst wird im Schritt 100 wenigstens ein von der Kamera aufgenommenes Bild eingelesen. Daraufhin wird nach Maßgabe der oben dargestellten Vorgehensweise im Schritt 102 eine Analyse des Bildes dahingehend unternommen, ob vorbestimmte Verkehrselemente, die Gefahrenräume repräsentieren, auf dem Bild zu erkennen sind. Beispiele für solche Verkehrselemente sind Zebrastreifen, die anhand der breiten parallelen Linien erkannt werden, ferner eine Ausfahrt bzw. Abzweigung, die beispielsweise durch Änderung der Linienart von durchgezogen auf gestrichelt und durch Abzweigen der durchgezogenen Linie oder aber durch eine Teilung einer Linie in zwei Linien erkannt werden kann. Ein drittes Verkehrselement ist eine Kreuzung, die anhand der Aufteilung zweier Fahrbahnrandmarkierungen sowie ein Durchschneiden der Fahrspur durch wenigstens eine der Fahrbahnrandmarkierungen erkannt wird. Im darauf folgenden Schritt 104 wird abgefragt, ob ein derartiges Verkehrselement, welches einen der vorbestimmten Gefahrenräume definiert, erkannt wurde. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt 106 die Entfernung zu diesem Verkehrselement, insbesondere zu wenigstens einem seiner charakteristischen Punkte, eingelesen. Der Entfernungswert wird dabei wie oben angegeben aus der Bildanalyse abgeschätzt. Daraufhin wird in Schritt 108 eine Fahrerabsicht eingelesen, die beispielsweise im Setzen eines Blinkers, im Einleiten eines Bremsvorgangs, etc. besteht. Daraufhin wird im Schritt 110 ein Ansteuersignal zur Lichtsteuerung wenigstens eines Scheinwerfers ausgegeben. Die Lichtsteuerung ist dabei abhängig von der Art des Gefahrenraums und je nach Ausführungsbeispiel ergänzend von der geschätzten Entfernung des Gefahrenraums zum Fahrzeug und/oder der erkannten Fahrerabsicht. Generell wird die Steuerung wenigstens eines Scheinwerfers des Fahrzeugs derart vorgenommen, dass der erkannten Gefahrenraum weitgehend ausgeleuchtet ist. Dazu werden in der Regel zusätzliche Bereiche neben dem vom Scheinwerfer bereits ausgeleuchteten Fahrbahnbereichen ausgeleuchtet. In der einfachsten Ausführungsform wird in Abhängigkeit der Art des Gefahrenraums (Zebrastreifen, Ausfahrt bzw. Abzweigung, Kreuzung) eine vorgegebene Einstellung der Lichtverteilung der Scheinwerfer ausgesteuert. In einer anderen Ausführung wird die Entfernung zum Gefahrenraum berücksichtigt und die Lichtsteuerung mit abnehmender Entfernung zum Gefahrenraum im Sinne einer vollständigeren Ausleuchtung des Gefahrenraums verändert. Dies bedeutet beispielsweise bei Ausfahrten bzw. Abzweigungen, dass zunächst nur ein vergleichsweise geringer zusätzlicher Bereich ausgeleuchtet wird und bei zunehmender Annäherung an die Abbiegespur der zusätzlich ausgeleuchtete Bereich erweitert wird.
  • Ferner ist in einem Ausführungsbeispiel eine Berücksichtigung der Fahrerabsicht vorgesehen, so dass bei nicht vorhandener Fahrerabsicht keine Lichtsteuerung stattfindet, die Lichtsteuerung also nur bei vorhandener Fahrerabsicht erfolgt. Beispiel hierfür ist das Setzen des Blinkers bei Ausfahrten bzw. Kreuzungen, wobei eine Ausleuchtung des zusätzlichen Bereichs, insbesondere der Abbiegespur nur dann stattfindet, wenn der Fahrer eine Abbiegeabsicht zu erkennen gegeben hat, vorzugsweise indem er den Blinker des Fahrzeugs betätigt. Eine weitere Fahrerabsicht stellt das Einleiten eines Bremsvorgangs dar, welches ebenfalls eine Absicht des Fahrer zum Abbiegen bzw. Ausfahren repräsentiert.
  • Nach Ausgabe des Lichtsteuersignals wird das Programm mit Schritt 100 erneut durchlaufen.
  • Hat Schritt 104 ergeben, dass keines der vorbestimmten Verkehrselemente, die vorgegebene Gefahrenräume repräsentieren, erkannt wurde, wird gemäß Schritt 112 die Normaleinstellung des wenigstens einen Scheinwerfers beibehalten. Mit anderen Worten wird kein Steuersignal zum Ausleuchten zusätzlicher Bereiche erzeugt.
  • Ist im vorhergehenden Programmdurchlauf allerdings ein Gefahrenraum erkannt worden und eine entsprechende Lichtsteuerung vorgenommen worden, wird bei erstmalig nicht erkanntem Verkehrselement diese Lichtsteuerung noch beibehalten, für einen oder mehrere wenige Programmdurchläufe, um auch noch eine Ausleuchtung des zusätzlichen Bereichs sicherzustellen, wenn sich das betroffene Verkehrselement nicht mehr im Sichtbereich der Kamera befindet. Danach wird die Lichtsteuerung wieder normalisiert. Nach Schritt 112 wird das Programm wieder mit Schritt 100 zum nächsten Zeitintervall wiederholt.
  • Je nach Ausführung der Erfindung werden die oben genannten Verkehrselemente einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet.
  • Neben diesen zusätzlichen Ausleuchtungen ist selbstverständlich die übliche Beleuchtung der Fahrspur, auf der das Fahrzeug fährt, vorhanden.
  • Wird eine Abbiegespur beispielsweise anhand der Änderung der Linienart von einer durchgezogenen auf eine gestrichelte und Abzweigen der durchgezogenen Linie erkannt, so wird die Lichtsteuerung derart verändert, dass ein zusätzlicher Bereich ausgeleuchtet wird.
  • Ein Zebrastreifen wird beispielsweise anhand von breiten parallelen Linien erkannt. In diesem Fall werden zusätzlichen Bereiche ausgeleuchtet, um auch die Randbereiche des Zebrastreifens gut erkennen zu können.
  • Die zweispurige Straße weist eine abbiegende Straße auf. Dies wird erkannt anhand des Aufteilens von Randmarkierungen und/oder anhand von Linien, die schräg über die Spur laufen. In diesem Fall wird ein zusätzlicher Bereich ausgeleuchtet, der in die abzweigende Fahrbahn hineinragt und auf diese Weise das vom Fahrer beim Abbiegen befahrenen Bereich ausleuchtet.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Fahrerunterstützung, wobei mittels wenigstens einer Kamera eine Szene vor dem Fahrzeug aufgenommen wird und anhand des aufgenommenen Bildes eine Analyse der Verkehrssituation erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass Verkehrselemente durch die Bildanalyse ermittelt werden, die auf potentielle Gefahrenräume hinweisen und bei erkannten potentiellen Gefahrenräumen eine Steuerung wenigstens eines Beleuchtungsmittels des Fahrzeugs derart erfolgt, dass ein zusätzlicher Bereich ausgeleuchtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkehrselemente Zebrastreifen, Ausfahrten und/oder Abzweigungen und/oder Kreuzungen sind.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Beleuchtung so erfolgt, dass der potentielle Gefahrenraum weitgehend ausgeleuchtet ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner die Entfernung zum potentiellen Gefahrenraum ermittelt wird und die Lichtsteuerung abhängig von der ermittelten Entfernung ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrerabsicht ermittelt wird und die Lichtsteuerung nur dann vorgenommen wird, wenn eine Fahrerabsicht erkannt wurde.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrerabsicht ein Abbiege- bzw. Spurwechselwunsch des Fahrers ist, der vorzugsweise durch Betätigen des Blinkers des Fahrzeugs erkannt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zebrastreifen anhand von breiten parallelen Linien im Bild erkannt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausfahrt bzw. Abzweigung und/oder Kreuzung erkannt wird, wenn sich eine insbesondere durchgezogene Linie teilt, vorzugsweise in eine durchgezogene und in eine gestrichelte Linie.
  9. Vorrichtung zur Fahrerunterstützung, mit einer Kamera, welche ein Bild der Szene vor einem Fahrzeug aufnimmt, mit Bildanalysemitteln, die Verkehrselement im Bild erkennen, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtsteuerungsmittel zur Steuerung des Fahrzeugslichts vorgesehen sind, welche derart angesteuert werden, dass potentielle Gefahrenräume durch zusätzliche Ausleuchtung von Bereichen neben der Fahrspur des Fahrzeugs ausgeleuchtet werden, wenn Verkehrselemente erkannt wurden, die auf potentielle Gefahrenräume hinweisen.
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