DE102005035810A1 - Method of determining visibility with a camera - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Sichtweitenbestimmung mit einer Kamera, die vorzugsweise auch zur Umgebungserfassung vorgesehen ist. Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens ist, das die Relativgeschwindigkeit v¶rel¶ von Kamera und zumindest einem aufgenommenen Objekt in der Umgebung ungleich Null ist. Eine Trajektorie zumindest eines Objekts mit v¶rel¶ ungleich Null wird prädiziert und entlang der Trajektorie werden mehrere Messfenster gesetzt. Der Abstand der in den Messfenstern abgebildeten Objekte zur Kamera wird bestimmt und die Sichtweite wird aus einem Bildkontrast eines Messfensters oder Teilen eines Messfensters und dem zugehörigen Abstand ermittelt. Es werden wenigstens zwei Kontrastmessungen bei verschiedenen Abständen zur Auswertung herangezogen.Method for determining the visibility range with a camera, which is preferably also provided for detecting the surroundings. The prerequisite for using the method is that the relative speed v¶rel¶ of the camera and at least one recorded object in the vicinity is not equal to zero. A trajectory of at least one object with v¶rel¶ not equal to zero is predicted and several measurement windows are set along the trajectory. The distance between the objects imaged in the measurement windows and the camera is determined and the visual range is determined from an image contrast of a measurement window or parts of a measurement window and the associated distance. At least two contrast measurements at different distances are used for the evaluation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Sichtweite. Anwendung findet diese Erfindung z. B. in Kraftfahrzeugen. Kamerasensoren werden hier im vermehrten Umfang zur Umgebungserfassung, insbesondere zur Fahrspurerkennung und/oder Objekterkennung, mit Blick in Fahrrichtung oder in den Rückfahrtbereich eingesetzt. Die Kamerasensoren sind in der Regel im Inneren des Fahrzeugs hinter einer Windschutzscheibe angebracht. Eine fehlerfreie Funktion ist jedoch nur bei Kenntnis der Sichtweite möglich. So ist es zum Beispiel unnötig bei Sichtweiten unter 40 m Messfenster in Entfernungen darüber zu platzieren. Gängige Verfahren zur Sichtweitenbestimmung beruhen auf Transmissions- oder Reflexionsmessungen. Bei einer Transmissionsmessung wird die Sichtweite aus der Dämpfung zwischen der von einer bekannten Quelle ausgestrahlten und der in einem festen Abstand gemessenen Intensität berechnet. Bei einer Reflexionsmessung wird die Sichtweite durch die Intensität des Streulichtes bestimmt. Beide Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass eine Referenz mit einer bekannten Intensität in einer bekannten Entfernung benötigt wird, welche in einem fahrenden Fahrzeug aufgrund dynamischer Umgebungen nicht vorhanden ist.The The present invention relates to a method for the determination of Sight. Application finds this invention z. B. in motor vehicles. Camera sensors are increasingly used for environmental detection, in particular for lane recognition and / or object recognition, with View in direction of travel or used in the return area. The camera sensors are usually located inside the vehicle a windshield mounted. An error-free function is but only with knowledge of the visibility possible. That's the way it is, for example unnecessary for visibility under 40 m, place measurement windows at distances above them. common Visibility determination methods are based on transmission or reflection measurements. In a transmission measurement, the visibility of the attenuation between the one emitted by a known source and one in a fixed one Distance measured intensity calculated. In a reflection measurement, the visibility is through the intensity of scattered light. Both methods, however, have the disadvantage that a reference with a known intensity at a known distance is needed which in a moving vehicle due to dynamic environments not available.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Sichtweite mit einer Kamera, die auch für andere Anwendungen insbesondere für die Umgebungserfassung genutzt wird, kostengünstig zu erkennen.The The object of the invention is the visibility with a camera, which also for other applications used in particular for environmental detection will, cost-effective to recognize.

Diese Aufgabe wird gemäß einem Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung auf.These Task is done according to a Method according to claim 1 solved. The dependent claims show advantageous embodiments and further developments of the invention.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen passiven kamerabasierten Ansatz gelöst. Hierfür ist eine Kamera vorgesehen, die auf eine Fahrzeugumgebung ausgerichtet ist. Vorteilhaft an dieser Anordnung ist, dass die Kamera zur Bestimmung der Sichtweite und zur Umgebungserfassung genutzt werden kann. In einem vorgegebenen Takt werden Bilder aus der Kamera ausgelesen, z. B. 25 Bilder/s. Die aufgenommen Bilder werden hinsichtlich der Bestimmung der Sichtweite ausgewertet. Es werden also keine weiteren künstlichen Referenzbilder oder Referenzobjekte benötigt, so dass hier für den Anwender keine weiteren Kosten und/oder Justageaufwand entsteht.According to the invention Task solved by a passive camera-based approach. For this is one Camera is provided, which is aligned to a vehicle environment. An advantage of this arrangement is that the camera for the determination the visibility and the environment detection can be used. In one given clock images are read out of the camera, z. B. 25 frames / s. The pictures taken will be regarding the destination evaluated the visibility. So there are no more artificial ones Reference pictures or reference objects needed, so here for the user no further costs and / or adjustment costs arise.

Für die Anwendung des Verfahrens muss die Relativgeschwindigkeit vrel von Kamera und zumindest einem aufgenommenen Objekt in der Umgebung ungleich Null sein. Dies wird bei einer Anwendung z. B. im Kraftfahrzeug durch Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs VFahrzeug > 0 m/s gewährleistet. Damit ist die Relativgeschwindigkeit zu statischen Objekten in der Fahrzeugumgebung vrel > 0 m/s. Objekte mit vrel > 0 m/s verändern ihre Position zur Kamera kontinuierlich und damit auch ihre Position im Bild. Der berechnete Verlauf dieser Bewegung im Bild wird im Folgenden als Trajektorie bezeichnet. Dasselbe Objekt wird also zeitlich versetzt in verschiedenen Bildausschnitten abgebildet. Bei dem Objekt kann es sich z. B. um ein einzelnes Objekt wie ein entgegenkommendes Fahrzeug oder um sich wiederholende Objekte wie z. B. Fahrspurmarkierungen handeln. Entlang der prädizierten Trajektorie wird eine Anzahl von Messfenster gesetzt, die das Objekt bei einer geeigneten Auslesefrequenz und/oder einer geeigneten Anzahl der Mittlungen einer Messung zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchläuft.For the application of the method, the relative speed v rel of the camera and at least one recorded object in the environment must be non-zero. This is in an application z. B. in the vehicle by own speed of the vehicle V vehicle > 0 m / s guaranteed. Thus, the relative speed to static objects in the vehicle environment v rel > 0 m / s. Objects with v rel > 0 m / s continuously change their position relative to the camera and thus their position in the image. The calculated course of this movement in the picture is referred to below as a trajectory. The same object is thus displayed offset in time in different image sections. The object may be z. B. to a single object such as an oncoming vehicle or repetitive objects such. B. Lane markings act. Along the predicted trajectory, a number of measurement windows are set, which the object passes through at a suitable read-out frequency and / or a suitable number of averages of a measurement at different times.

Bei einer geradlinigen Eigenbewegung der Kamera verlaufen die Trajektorien von statischen Objekten im Abbildungsbereich der Kamera entlang von Geraden, die radial vom Fluchtpunkt des Bildes ausgehen. Bei einer nichtgeradlinigen Eigenbewegung der Kamera oder einer zu erwartenden ungradlinigen Bewegung wird in einer vorteilhafen Ausgestaltung der Erfindung die Trajektorie von Objekten ausgehend von Umgebungsmerkmalen und/oder der momentanen Kamerabewegung und/oder der Einbaulage der Kamera berechnet. Z. B. kann eine Objekttrajektorie, insbesondere die eines statischen Objekts, aus den geschätzten Fahrspurparametern wie Krümmung und Offset, der Einbaulage der Kamera, ihre Höhe, Nick-, Gier- und Rollwinkel, sowie den intrinsischen Kameraparametern, der Brennweite, Hauptpunkt, etc. berechnet werden. Stehen keine Fahrspurparameter zur Verfügung, da das System aufgrund einer Verschmutzung oder fehlender Straßenmarkierungen nicht in der Lage ist eine Fahrspur zu schätzen, lässt sich die Krümmung anhand des Lenkwinkels oder eines Querbeschleunigungs-/Drehratensensors ermitteln.at The trajectories run along a rectilinear self-movement of the camera of static objects in the imaging area of the camera straight lines extending radially from the vanishing point of the image. At a non-rectilinear self-movement of the camera or one to be expected Unbalanced motion is in an advantageous harbor configuration the invention, the trajectory of objects based on environmental features and / or the current camera movement and / or the installation position of Camera calculated. For example, an object trajectory, in particular that of a static object, from the estimated lane parameters such as curvature and offset, the mounting position of the camera, its height, pitch, yaw and roll angle, as well as the intrinsic camera parameters, the focal length, main point, etc. are calculated. There are no lane parameters available because the system due to contamination or missing road markings is unable to estimate a lane, the curvature can be based on the steering angle or a lateral acceleration / yaw rate sensor determine.

Der Abstand der in einem Messfenstern aufgenommenen Objekte zur Kamera wird bestimmt. Die Sichtweite wird aus einem Bildkontrast eines Messfensters oder Teilen eines Messfensters und dem zugehörigen Abstand berechnet. Es werden wenigstens zwei Kontrastmessungen bei verschiedenen Abständen zur Auswertung herangezogen.Of the Distance of objects recorded in a measurement window to the camera is determined. The visibility is from a picture contrast of a Measuring window or dividing a measuring window and the associated distance calculated. There will be at least two contrast measurements at different intervals used for the evaluation.

Vorzugsweise wird der Bildkontrast über ein gesamtes Messfenster ermittelt um eine rechenintensive Objekterkennung zu vermeiden. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden die Trajektorien von Fahrbahnmarkierungen im Bild prädiziert und die Messfenster entlang dieser Trajektorien gesetzt. Aus einer Kontrastmessung in den Messfenstern oder einer Mittelung über mehrere Messungen kann die Sichtweite bestimmt werden. Aufgrund der periodisch wiederkehrenden Markierungen ist es nicht notwendig, dass ein bestimmter Markierungsabschnitt in jedem Messfenster abgebildet wird, sodass auch in diesem Ausführungsbeispiel keine rechenintensive Objekterkennung notwendig ist.Preferably the picture contrast is over an entire measurement window determines a compute-intensive object recognition to avoid. In an advantageous embodiment, the trajectories of pavement markings in the picture predicts and the measurement windows set along these trajectories. From a contrast measurement in the measurement windows or an averaging over several measurements the visibility can be determined. Due to the periodically recurring Marks it is not necessary for a particular marker section is mapped in each measurement window, so that also in this embodiment No computationally intensive object recognition is necessary.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Abstand der in den Messfenstern aufgenommenen Objekte zur Kamera aus der Position des Messfensters im kalibrierten Kamerabild abgeschätzt. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass kein aufwändiges Stereoverfahren oder ein weiterer Sensor zur Entfernungsmessung benötigt wird.In an advantageous embodiment of the invention, the distance the objects recorded in the measurement windows to the camera from the Estimate the position of the measurement window in the calibrated camera image. This Method offers the advantage that no complex stereo method or another sensor is required for distance measurement.

Vorzugsweise wird, wenn ein Wert für die aktuelle Sichtweite bekannt ist, die Position der Messfenster an die Sichtweite angepasst. So ist es z. B. unnötig bei Sichtweiten unter 60 m Messfenster in Entfernungen darüber zu platzieren.Preferably will if a value for the current visibility is known, the position of the measurement window adjusted the visibility. So it is z. B. unnecessary in visibility under 60 m Place the measurement window at distances above it.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer Kamera zur Bestimmung der Sichtweite und zur Umgebungsbeobachtung, z. B. für Fahrspurerkennung und/oder Objekterkennung, mit Blick in Fahrrichtung oder in den Rückfahrtbereich.A advantageous embodiment of the invention is a motor vehicle with a camera for determining the visibility and the environment, z. For example Lane detection and / or object recognition, looking in the direction of travel or in the return area.

Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels und zwei Abbildungen beispielhaft näher erläutert.Further Advantages and features of the invention will become apparent from an embodiment and two illustrations explained in more detail by way of example.

Es zeigen:It demonstrate:

1: Bestimmung der Spalte c eines in einer Zeile y platzierten Messfensters mit seitlichem Versatz x. 1 : Determination of the column c of a measurement window with a lateral offset x placed in a row y.

2: Bestimmung des Abstands eines Punktes d zur Kamera. 2 : Determining the distance of a point d to the camera.

Das Ausführungsbeispiel beschreibt ein Kraftfahrzeug mit einer Kamera zur Bestimmung der Sichtweite. Die Kamera ist auf die Fahrzeugumgebung ausgerichtet und wird auch zur Umgebungserfassung genutzt. Das Fahrzeug bewegt sich im zeitlichen Mittel auf einer Geraden. Statische Objekte in der Umgebung bewegen sich somit im Abbildungsbereich der Kamera auf Geraden, die radial vom Fluchtpunkt des Bildes ausgehen. Dies gilt natürlich auch für den Mittelstreifen und die Seitenbegrenzungen einer Straße, den Verlauf der Fahrbahn und entgegenkommende Fahrzeuge. Werden Messfenster entlang der radial verlaufenden Geraden positioniert, werden unter idealen Bedingungen, d.h. keine Dämpfung oder Verschmutzung, in den korrespondierenden Messfenstern, z. B. im Abbildungsbereich des Mittelstreifens oder der Fahrbahn, identische Kontraste erwartet.The embodiment describes a motor vehicle with a camera for determining the Sight. The camera is geared to the vehicle environment and is also used for environmental detection. The vehicle is moving in time on a straight line. Static objects in The environment thus move in the imaging area of the camera on straight lines that extend radially from the vanishing point of the image. This of course applies also for the median strip and the side boundaries of a street, the Course of the roadway and oncoming vehicles. Be measuring windows positioned along the radial straight line are under ideal conditions, i. no damping or pollution, in the corresponding measurement windows, z. B. in the imaging area of the central strip or the roadway, expects identical contrasts.

Zur Bestimmung von Größe und Position der Messfenster im Bild lässt sich die Fahrbahn in Bereiche äquidistanter Breite unterteilen. Größe und Position der Messfenster im Bild ergeben sich aus dem Abbildungsmodell der Kamera. In 1 ist der einfachste Fall einer nach unten gerichteten Kamera dargestellt. Die Spalte c eines in einer Zeile y platzierten Messfensters mit seitlichem Versatz x berechnet sich zu

Figure 00040001
To determine the size and position of the measurement windows in the image, the roadway can be subdivided into areas of equidistant width. The size and position of the measuring windows in the picture result from the imaging model of the camera. In 1 is the simplest case of a down-facing camera. The column c of a measurement window with a lateral offset x placed in a row y is calculated as
Figure 00040001

Hierbei ist d der Abstand eines Punktes von der Kamera, c die Bildspalte des Punktes, η die Pixelgröße und f die Kamerabrennweite. 2 stellt die Abstandsbestimmung eines Punktes d zur Kamera dar. Der Abstand wird aus h der Kameraeinbauhöhe, α dem Kameranickwinkel, y der Bildzeile des Punktes, η der Pixelgröße und f die Kamerabrennweite zu

Figure 00040002
Where d is the distance of a point from the camera, c is the image column of the point, η is the pixel size, and f is the camera's focal length. 2 represents the distance determination of a point d to the camera. The distance becomes from h the camera installation height, α the camera angle, y the image line of the point, η the pixel size and f the camera focal length
Figure 00040002

Aus dem Abstand von in einem Messfenster abgebildeten Objekten zur Kamera und dem Kontrast, der z. B. über das gesamte Messfenster ermittelt wird, kann die Sichtweite wie folgt bestimmt werden.Out the distance of objects imaged in a measurement window to the camera and the contrast, the z. B. over the entire measurement window is determined, the visibility can be like will be determined.

Unterhalb eines Kontrastschwellwerts S ist es für das menschliche Auge nicht möglich zwei Grauwerte zu unterscheiden. In der Regel sind ca. 5 % Kontrast ausreichend. Zur Sichtweitenbestimmung ist folglich der Punkt zu ermitteln an dem der Kontrast den Schwellwert S unterschreitet.Below of a contrast threshold S, it is not for the human eye possible to distinguish two gray values. As a rule, about 5% contrast sufficient. For visibility determination is therefore the point too determine at which the contrast falls below the threshold value S.

Ist ein Referenzobjekt mit bekanten Kontrast vorhanden, lässt sich die Sichtweite aufgrund des Kontrastunterschiedes bei unterschiedlichen Wetterbedingungen nach C = C0 exp(–Kd)berechnen.If a reference object with known contrast is present, the visibility decreases due to the difference in contrast in different weather conditions C = C 0 exp (Kd) to calculate.

Hierbei sind Co und C der bekannte und der gemessene Kontrast einer bei einer Dämpfung K gemessenen Referenz., d ist die Entfernung zwischen Kamera und Referenz. Der Kontrast berechnet sich aus dem Quotienten der Differenz und Summe aus Vordergrundintensität I0 und Hintergrundintensität Ib

Figure 00050001
Here, Co and C are the known and the measured contrast of a reference measured at a damping K, d is the distance between the camera and the reference. The contrast is calculated from the quotient of the difference and sum of foreground intensity I 0 and background intensity I b
Figure 00050001

Stehen C1 und C2 aus zwei Kontrastmessungen, z. B. der gemittelte Kontrast in zwei Messfenstern entlang der Radialen oder der gemittelte Kontrast einer Fahrbahnmarkierung, in den Abständen d1 und d2 zur Verfügung, so wird mit

Figure 00050002
die Sichtweite d zu
Figure 00050003
berechnet.Are C 1 and C 2 of two contrast measurements, z. B. the average contrast in two windows along the radial or the average contrast of a pavement marking, at the intervals d1 and d2 available, so is with
Figure 00050002
the visibility d to
Figure 00050003
calculated.

Claims (6)

Verfahren zur Sichtweitenbestimmung mit einer Kamera, wobei die Kamera insbesondere zur Umgebungserfassung im Kraftfahrzeug vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass • zumindest ein Objekt erfasst wird, für welches die Relativgeschwindigkeit (vrel) von Kamera und aufgenommenen Objekt ungleich Null ist, • eine Trajektorie für zumindest dieses Objekt prädiziert wird und entlang der Trajektorie eine Anzahl von Messfenster gesetzt werden, • der Abstand der in den Messfenstern abgebildeten Objekte zur Kamera bestimmt wird und • die Sichtweite aus einem Bildkontrast eines Messfensters oder Teilen eines Messfensters und dem zugehörigen Abstand bestimmt wird, wobei wenigstens zwei Kontrastmessungen bei verschiedenen Abständen zur Auswertung herangezogen werden.A method for determining the visibility with a camera, wherein the camera is provided in particular for detecting the environment in the motor vehicle, characterized in that • at least one object is detected, for which the relative speed (v rel ) of the camera and recorded object is not equal to zero, • a trajectory for at least this object is predicted and a number of measurement windows are set along the trajectory, • the distance of the objects imaged in the measurement windows to the camera is determined and • the range of vision is determined from an image contrast of a measurement window or parts of a measurement window and the associated distance, where at least two contrast measurements at different distances are used for the evaluation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildkontrast über ein gesamtes Messfenster zeitlich gemittelt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the picture contrast over an entire measuring window is averaged over time. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien von statischen Objekten insbesondere von Fahrbahnmarkierungen oder Leitplanken oder dynamischen Objekten insbesondere von sich auf der Fahrbahn bewegenden Objekten im Bild prädiziert und die Messfenster entlang dieser Trajektorien gesetzt werden.Method according to one of the preceding claims characterized in that the trajectories of static objects in particular road markings or crash barriers or dynamic objects in particular predicted by moving on the road moving objects in the picture and the measurement windows are set along these trajectories. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der in den Messfenstern aufgenommenen Objekte zur Kamera aus der Position des Messfensters im kalibrierten Kamerabild bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims characterized in that the distance of the recorded in the measurement windows Objects to the camera from the position of the measurement window in the calibrated Camera image is determined. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorlage eines Wertes für die Sichtweite, die Position der Messfenster an diesen Wert angepasst wird. Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that upon presentation of a value for the visibility, the position the measurement window is adapted to this value. Kraftfahrzeug mit Kamera, wobei Bilddaten hinsichtlich der Sichtweite in der Fahrzeugumgebung mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4 ausgewertet werden.Motor vehicle with camera, wherein image data in terms the visibility in the vehicle environment with a method according to one of the claims 1-4 are evaluated.
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