DE102006007001B4

DE102006007001B4 - Vorrichtung zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Kraftfahrzeug und einem Hindernis

Info

Publication number: DE102006007001B4
Application number: DE102006007001.1A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Köhler; Björn Müller
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: DE102006007001A1

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Kraftfahrzeug und einem Hindernis (4), umfassend – eine Kamera (1) mit einem außerhalb des Kraftfahrzeugs liegenden Erfassungsbereich, – mindestens einen optischen Sender (2), dessen Strahlen (2A) in einen Teilbereich des von der Kamera erfassten Bildes ausgesendet werden, – wobei die von dem Sender (2) ausgesandten und von einem Hindernis (4) reflektierten Strahlen von der Kamera (1) erfasst werden, – wobei anhand der von der Kamera (1) erfassten Strahlen nach dem Triangulationsprinzip der Abstand (S, S*) zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Hindernis (4) bestimmt wird dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (2) eine, vom Sender (2) ausgehend sich aufweitende, kegelförmige Abstrahlungscharakteristik aufweist, wobei zur Bestimmung des Abstandes (S, S*) zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Hindernis (4), der Durchmesser (d) des von dem Sender (2) ausgeleuchteten Messflecks (2B) auf dem Hindernis (4) ausgewertet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Kraftfahrzeug und einem Hindernis.
Der Einsatz von Systemen, die auf Pulslaufzeitmessungen beruhen, um den Abstand zwischen einem Kraftfahrzeug und einem Hindernis zu bestimmen, ist bekannt (z. B. DE 10115152 A1 ). Bei derartigen Systemen handelt es sich um optisch arbeitende Systeme (LIDAR-Sensoren), funkgestützte Systeme (RADAR-Sensoren) oder akustisch arbeitende Systeme (Ultraschall-Sensoren). Nachteilig an derartigen Systemen ist, dass Abstände unterhalb eines bestimmten Mindestabstandes aufgrund der beschränkten Zeitauflösung der Laufzeitmessung nicht mehr hinreichend genau bestimmt werden können. Insbesondere in Verbindung mit Einparkhilfefunktionen ist jedoch die genaue Kenntnis des Abstandes zu nah benachbarten Hindernissen unterhalb von 30 cm jedoch sehr wichtig. Außerdem ist die Elektronik zur Erzeugung und Messung von kurzzeitigen Signalpulsen relativ aufwendig und teuer.
Aus der US 6,611,202 B2 ist es bekannt, eine Rückfahrkamera im Kraftfahrzeug vorzusehen, wobei das mit der Kamera aufgenommene Bild dem Fahrer auf einem Monitor als Hilfe beim Einparken angezeigt wird. Mit einer Rückfahrkamera alleine ist es zwar möglich, dem Fahrer störende Hindernisse, die er in seinem normalen Sichtfeld nicht erfassen kann, als Kamerabild auf einem Monitor anzuzeigen. Eine eindeutige Information über den Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Hindernis hat der Fahrer damit jedoch noch nicht.
Aus der DE 699 19 514 T2 ist es bekannt, den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug zu bestimmen, indem mit einer Kamera feste Markierungen am vorausfahrenden Fahrzeug aufgenommen werden und anhand der Distanz zwischen den Markierungen im aufgenommenen Kamerabild der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug ermittelt wird. Dies setzt jedoch feste und eindeutige Markierungen voraus, die darüber hinaus bei Hindernissen jeglicher Art nicht vorhanden sind.
Die DE 102 26 278 A1 offenbart ein System zur Hinderniswarnung und Kollisionsvermeidung beim Rückwärtsfahren von Fahrzeugen. Das System besteht aus einem Video-Kamerasystem in Kombination mit einem lichtoptischen Entfernungsmesssystem. Eine Linienstruktur wird im sichtbaren oder im infraroten Bereich auf die betrachtete Szene projiziert und von der Kamera gemeinsam mit dem Bild der Szene aufgenommen. Kamera und Beleuchtungseinheit sind in einem von Entfernungen und Auflösung abhängigen Abstand voneinander angeordnet, sodass durch anschließende Bildverarbeitung die Entfernung an den durch die Lichtstruktur beleuchteten Punkten berechnet werden kann.
Die DE 37 00 009 A1 offenbart eine optoelektronische Schutzzonenvorrichtung zur Sicherung von bewegten oder festen Objekten vor unsachgemäßer Berührung oder Kollision. Ein optoelektronischer Abstandssensor wird über einen einstellbaren Winkelbereich geschwenkt, Objekte in diesem Bereich werden mit ihrem Abstand und ihrer Winkelposition erkannt und mit einer gespeicherten Sicherheitslinie verglichen. Wird der durch die Sicherheitslinie bestimmte Abstand unterschritten, so erfolgt eine Signalabgabe.
Die DE 196 20 393 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einer Einpark- und Rangier-Hilfsvorrichtung zur Unterstützung eines Fahrers bei der Durchführung schwieriger Fahrmanöver in einer mögliche Fahrzeugbewegungen einschränkenden Umgebung, wobei die Hilfsvorrichtung aus zumindest einer der Fahrbahn- oder Fahrzeugbeleuchtung dienenden Lichtquelle des Kraftfahrzeugs besteht und die Lichtquelle derart gestaltet ist, dass zusätzlich Licht abgegeben wird, welches an fahrzeugnahen Gegenständen reflektiert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, insbesondere auch kleine Abstände zwischen einem Kraftfahrzeug und einem Hindernis in einfacher und zuverlässiger Weise zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird eine Kamera im Kraftfahrzeug mit einem außerhalb des Kraftfahrzeugs liegenden Erfassungsbereich in Kombination mit mindestens einem optischen Sender, dessen Strahlen in einen Teilbereich des von der Kamera erfassten Bildes ausgesendet werden, eingesetzt. Dabei werden die von dem Sender ausgesandten und von einem Hindernis reflektierten Strahlen von der Kamera erfasst, wobei anhand der von der Kamera erfassten Strahlen nach dem Triangulationsprinzip der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Hindernis bestimmt wird.
Dabei erfüllt die Kamera eine Doppelfunktion. Zum einen dient sie dazu, im Erfassungsbereich ein Bild der Fahrzeugumgebung aufzunehmen, das dem Fahrer auf einem Monitor angezeigt werden kann. Zum anderen dient die Kamera als Empfänger für die Abstandsmessung nach dem Triangulationsprinzip. Durch die Doppelverwendung der Kamera ergibt sich ein Synergieeffekt, der einen separaten Empfänger für die Triangulationsmessung überflüssig macht.
Da die Triangulationsmessung nicht auf einer Laufzeitmessung basiert, sondern auf der Auswertung der geometrischen Verhältnisse der Sendestrahlen und der von einem Hindernis reflektierten Strahlen, ist die Abstandsbestimmung per Triangulation auch bei kleinen Abständen sehr genau.
Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen näher beschrieben werden. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einer Rückfahrkamera und einem optischen Sensor für die Triangulation,
1A die Darstellung des Messflecks auf dem Kamerabild,
2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der wesentlichen Komponenten.
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer Rückfahrkamera (1) und einem optischen Sender (2), dessen Strahlen (2A) in einen Teilbereich des von der Rückfahrkamera (1) erfassten Bildes ausgesendet werden. Das mit dem Bezugszeichen (4) bezeichnete Hindernis wird von der Rückfahrkamera (1) erfasst und kann auf einem Monitor (6) angezeigt werden. Gleichzeitig leuchten die von dem Sender (2) ausgesandten Strahlen (2A) auf dem Hindernis (4) einen Messfleck (2B) aus, der wiederum von der Kamera (1) erfasst wird. Dabei weist der Sender (2) vorzugsweise eine kegelförmige Abstrahlungscharakteristik auf, so dass der auf dem Hindernis (4) ausgeleuchtete Messfleck (2B) kreisrund mit einem Durchmesser (d) ausgebildet ist. Bei bekanntem Winkel (α) für die kegelförmige Abstrahlungscharakteristik korreliert der Abstand (S) zwischen dem Kraftfahrzeug/Sender (2) und dem Hindernis (4) eindeutig mit dem Durchmesser (d) des Messflecks (2B): S = d/(2 × tan(α/2)).
Die Verwendung eines Senders (2) mit einer kegelförmigen Abstrahlungscharakteristik hat den Vorteil, dass auf einem Hindernis ein kreis- oder ellipsenförmiger Messfleck (2B) erzeugt wird, dessen Durchmesser (d) oder Hauptachse eindeutig mit dem zu bestimmenden Abstand (S) korreliert und relativ einfach zu bestimmen ist. Der Abstand (S) zwischen dem fahrzeugseitigen Sender (2) und dem Hindernis (4) kann auch auf den stärker relevanten Abstand (S*) zwischen dem hinteren Teil der Fahrzeugbegrenzung und dem Hindernis (4) umgerechnet werden.
Dabei ist es auch vorgesehen, einen Sender (2) mit einer lediglich abschnittsweise kegelförmigen Abstrahlungscharakteristik zu verwenden, indem bestimmte Bereiche der kegelförmigen Abstrahlungscharakteristik ausgeblendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zwei oder mehr Sender (2) vorgesehen, die jeweils einen Messfleck (2A) erzeugen. Alternativ dazu ist es auch vorgesehen, dass ein Sender (2) über entsprechende optische Mittel zwei oder mehr Messflecke (2A) erzeugt.
1A zeigt das Abbild (6A) des Messflecks (2B) im Kamerabild (5).
Das Abbild (6A) des Messflecks im Kamerabild sowie der Durchmesser (d) desselben wird über eine der Kamera (1) nachgeschaltete Bildverarbeitung (7) – siehe 2 – extrahiert und analysiert, um den Abstand (S, S*) zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Hindernis (4) zu bestimmen. Dabei wird natürlich der Abbildungsmaßstab der Kamera (1) bei der Auswertung berücksichtigt.
Beim Einsatz eines Senders (2), der infrarote oder ultraviolette Strahlung (2A) aussendet, und bei Verwendung einer entsprechenden wellenlängenselektiven Kamera (1), die neben Strahlung aus dem sichtbaren Bereich auch für infrarote oder ultraviolette Strahlung empfindlich ist, wird das Abbild (6A) des infraroten oder ultravioletten Messflecks (2B) in nicht störender – quasi unsichtbarer Weise – dem normalen Kamerabild (6) überlagert, wobei gleichwohl die Analyse des Messfleck-Abbildes (6A) über die Bildverarbeitung (7) möglich ist.
Eine störende Überlagerung des normalen Kamerabildes mit dem Abbild (6A) des Messflecks kann auch vermieden werden, indem der Sender (2) hinsichtlich seiner Leistung moduliert, insbesondere gepulst betrieben wird. So ist es beispielsweise möglich, dass während der Einschaltphase des Senders (2) ein Kamerabild ausschließlich nur für die Detektion und Analyse der von einem Hindernis (4) reflektierten Strahlung für die Abstandsbestimmung per Triangulation aufgenommen wird, während in der Ausschaltphase des Senders (2) das normale Kamerabild zur Wiedergabe auf dem Monitor (6) aufgenommen wird. Zu diesem Zweck ist die Pulsansteuerung für den Sender (2) mit der Kamera (1) und/oder dem Bildverarbeitungssystem (7) synchronisiert.
Die erfindungsgemäß gewonnene Abstandsinformation wird in einer ersten Ausführungsform auf demselben Monitor (5) angezeigt, der auch zur Wiedergabe des Kamerabildes vorgesehen ist. Damit kann eine separate Anzeigeeinheit entfallen. Selbstverständlich ist es jedoch auch vorgesehen, die Abstandsinformation auf einer separaten Anzeigeeinheit (8) zu präsentieren. Dabei kann die Abstandsinformation beispielsweise als Balken, dessen Länge ein Maß für den Abstand ist, oder einfach als Maßzahl angezeigt werden, wobei es auch vorgesehen sein kann, dass die Farbe, in der die Abstandsinformation dargestellt wird, abstandsabhängig geändert wird (z. B. grün = ungefährlich; rot = gefährlich). Darüber hinaus ist es auch vorgesehen, eine akustische Abstandsinformation zu erzeugen.
Die Kamera (1) und/oder der Sender (2) sind vorzugsweise in einer Heckleuchte, insbesondere in einer hochgesetzten Bremsleuchte (3) baulich integriert.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Kraftfahrzeug und einem Hindernis (4), umfassend – eine Kamera (1) mit einem außerhalb des Kraftfahrzeugs liegenden Erfassungsbereich, – mindestens einen optischen Sender (2), dessen Strahlen (2A) in einen Teilbereich des von der Kamera erfassten Bildes ausgesendet werden, – wobei die von dem Sender (2) ausgesandten und von einem Hindernis (4) reflektierten Strahlen von der Kamera (1) erfasst werden, – wobei anhand der von der Kamera (1) erfassten Strahlen nach dem Triangulationsprinzip der Abstand (S, S*) zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Hindernis (4) bestimmt wird dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (2) eine, vom Sender (2) ausgehend sich aufweitende, kegelförmige Abstrahlungscharakteristik aufweist, wobei zur Bestimmung des Abstandes (S, S*) zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Hindernis (4), der Durchmesser (d) des von dem Sender (2) ausgeleuchteten Messflecks (2B) auf dem Hindernis (4) ausgewertet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe einen Monitor (6) zur Wiedergabe des Kamerabildes (5) umfasst, wobei die Abstandsinformation (S, S*) auf diesem Monitor (6) angezeigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe neben einem Monitor zur Wiedergabe des Kamerabildes eine separate Anzeigeeinheit (8) zur Anzeige der Abstandsinformation (S, S*) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (2) infrarote oder ultraviolette Strahlung (2A) aussendet.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (2) hinsichtlich seiner Sendeleistung moduliert betrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (2) gepulst betrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) und der Sender (2) untereinander synchronisiert sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) und/oder der optische Sender (2) in einer Heckleuchte integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) und/oder der optische Sender (2) in einer hochgesetzten Bremsleuchte (3) integriert sind.