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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung
nach der Gattung des unabhängigen
Patentanspruchs 1 und von einem zugehörigen Verfahren zur Sitzbelegungserkennung.
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Zur
angepassten Aktivierung von Rückhaltemitteln,
wie z.B. Airbags, in einem Kraftfahrzeug werden für eine Sitzbelegungserkennung
verschiedene Sensorprinzipien genutzt. Diese reichen von Sitzmatten
mit Drucksensoren über
Zapfen mit einer integrierten Wiegesensorik bis zu Stereovideokameras. Während Drucksensoren
nur detektieren können,
ob ein Sitz belegt ist, können
Stereokameras die Position von Kopf und Oberkörper detektieren und ermöglichen
so eine erweiterte Sitzbelegungserkennung. So kann beispielsweise
eine Aktivierung der Rückhaltemittel
verhindern werden, wenn ein durch die Aktivierung der Rückhaltemittel
verursachter Schaden aufgrund der detektierten Position des Insassen größer als
der Nutzen durch die Aktivierung der Rückhaltemittel ist. So kann
ein Insasse beispielsweise bei einem weit vorgebeugten Oberkörper schwere
Verletzungen durch eine Airbagauslösung erleiden.
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Werden
Videokameras zur Sitzbelegungserkennung verwendet, sind im Wesentlichen
zwei Ansätze
zur erweiterten Sitzbelegungserkennung bekannt, die eine Aussage über die
Position des Insassen ermöglichen.
Bei der Verwendung von Stereokameras können aus zwei Stereobildern über eine
Disparitätsschätzung exakte
3D-Positionen von signifikanten Punkten berechnet werden. Hierbei
kann über
zwei Winkel, die aus den beiden Kamerabildern ermittelt werden,
und einem bekannten Grundabstand nach einfachen trigonometrischen
Gesetzen die 3D-Position bestimmt werden. Die Winkel können näherungsweise über eine
Arctan-Funktion aus Pixelposition und Brennweite ermittelt werden.
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Bei
der Verwendung von Lichtschnittsensoren, welche eine Monokamera
und eine Linienlichtquelle umfassen, wird ein Lichtstreifen über den
Sitz projiziert, z.B. in vertikaler Richtung. Die Verformung des
Lichtstreifens durch einen Insassen wird dann über die Monokamera aufgenommen.
Da für
jeden Lichtpunkt des Lichtstreifens zwei Winkel und eine Entfernung
bekannt sind, kann die 3D-Position jedes Lichtpunktes ermittelt
werden. Ein erster Winkel entspricht einer detektierten Pixelposition
in der Kamera und ein zweiter Winkel entspricht einem Beleuchtungswinkel
der Linienlichtquelle und die Entfernung entspricht einem Abstand
zwischen einem Kamerahauptpunkt und der Linienlichtquelle.
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Mit
einer Monokamera alleine kann bisher keine erweiterte Sitzbelegungserkennung
realisiert werden, da nur der Winkel zu einem Messpunkt, nicht aber
sein Abstand berechnet werden kann. Zudem sind die oben beschriebenen
bekannten Ansätze
teuer und aufwendig zu implementieren, da entweder zwei Kameras
oder eine Kamera und eine Linienlichtquelle vorgesehen werden müssen. Zudem
können Stereokameras
den Nachteil aufweisen, dass nur signifikante Punkte, die in beiden
Bildern vorhanden sind, detektiert werden können. Innerhalb von homogenen
Flächen
steht daher keine 3D-Information zur Verfügung. Die Lichtschnittsensoren
dagegen liefern nur in der Beleuchtungsebene Messpunkte, nicht aber
außerhalb
der Beleuchtungsebene. Um diese Einschränkung zu kompensieren können mehrere
Linien projiziert werden, um den Messraum weiträumiger abzudecken. Die Projektion
und die schwierige Auswertung aufgrund von Mehrdeutigkeiten machen dieses
Verfahren jedoch sehr aufwendig und dadurch sehr teuer.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
102 57 996 A1 wird eine Anordnung und ein Verfahren zur
Bestimmung der Gurtlose bei einem angeschnallten Insassen eines
Fahrzeugs beschrieben. Der Gurt wird blockiert und die Vorverlagerung
des Insassen wird erfasst, wenn die Verzögerung des Fahrzeugs einen bestimmten
Schwellwert erreicht. Die Gurtlose wird dann aus der bestimmten
Vorverlagerung des Insassen bei blockiertem Gurt ermittelt. Die
Vorverlagerung des Insassen kann beispielsweise mit einer Videokamera
erfasst werden.
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Aus
DE 101 42 792 B4 ist
eine Vorrichtung bekannt, bei der der Anlegestatus eines Sicherheitsgurts
bestimmt wird. Hierzu wird mit einer Kamera im Bereich zwischen
der Schulter eines Insassen und dem Gurtaustrittspunkt der Gurtverlauf
ermittelt. Der Gurt ist hierzu mit Markierungen versehen, um den Gurtverlauf
für die
Kamera sichtbar zu machen.
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Aus
DE 101 33 759 C2 ist
eine Vorrichtung bekannt, bei der die Gurtposition in Bezug auf
die Körperhaltung
detektiert und klassifiziert wird. Hierzu wird der Gurt, der mit
Markern versehen ist, mittels eines bildabgebenden Sensors detektiert
und die Daten mittels einer Mustererkennungseinheit bezüglich des
Gurtverlaufs ausgewertet.
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Aus
EP 1 498 328 A1 ist
eine Vorrichtung bekannt, bei der der Gurtverlauf mittels einer
optischen Bilderfassung detektiert wird.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Sitzbelegungserkennung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass ein Sicherheitsgurt mehrere Markierungen aufweist,
die einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen, wobei eine
Auswerte- und Steuereinheit von einer Monokamera erfasste Bilder
des Sicherheitsgurtes auswertet, basierend auf den Markierungen
des Sicherheitsgurtes einen 3D-Punkt einer erfassten Markierung
und/oder ein 3D-Profil des Gurtverlaufs zwischen mindestens zwei
fest vorgegebenen Punkten bestimmt und aus dem bestimmten 3D-Punkt
und/oder dem bestimmten 3D-Profil eine Sitzposition eines Insassen
ermittelt. Dies ermöglicht
in vorteilhafter Weise eine erweiterte Sitzbelegungserkennung mit
der Ermittlung der aktuellen Position des Insassen mit nur einer
Kamera ohne Linienlichtquelle. Die Markierung des Sicherheitsgurts ist
preisgünstig
umsetzbar, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine kostengünstige Sitzbelegungserkennung
mit einer ausreichend genauen Ermittlung der aktuellen Insassenposition
ermöglicht.
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Das
zugehörige
erfindungsgemäße Verfahren
zur Sitzbelegungserkennung verwendet als weitere Quelle für Abstandsinformationen
die Markierungen des Sicherheitsgurts. Dabei werden mit der Monokamera
mehrere aufeinander folgende Bilder eines von einem Insassen angelegten
Sicherheitsgurtes erfasst. Ausgehend von einer bekannten Position eines
festen Punkts des Sicherheitsgurtes, der in der Regel unabhängig vom
Insassen ist, wird dann basierend auf den Markierungen, die einen
vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen, ein 3D-Punkt einer erfassten
Markierung und/oder schrittweise ein 3D-Profil des Gurtverlaufes
ermittelt und aus dem ermittelten 3D-Punkt und/oder dem ermittelten
3D-Profil wird dann anhand eines Körpermodells eine Sitzposition
des Insassen ermittelt.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch
1 angegebenen Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung und des im
unabhängigen
Patentanspruch 7 angegebenen Vorfahrens zur Sitzbelegungserkennung
möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Auswerte- und Steuereinheit das 3D-Profil
des Gurtverlaufs zwischen einem Fixerpunkt und einem Steckpunkt
des Sicherheitsgurtes und/oder zwischen dem Steckpunkt und einem
Umlenkpunkt des Sicherheitsgurtes bestimmt. Der Fixierpunkt des
Sicherheitsgurts, der Umlenkpunkt des Sicherheitsgurts und der Steckpunkt
des Sicherheitsgurts repräsentieren
in vorteilhafter Weise drei feste Punkte des Sicherheitsgurts, deren
Positionen in der Regel unabhängig
vom Insassen sind.
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Wenn
einer oder mehrere der festen Punkte des Sicherheitsgurts nicht
vom Insassen unabhängig sind,
weil der feste Punkt beispielsweise fest mit dem linear verstellbaren
Sitz verbunden ist, dann kann die Position des linear verstellbaren
festen Punktes aus Winkelinformationen berechnet werden, die aus
Pixelpositionen bestimmt werden. Da alle Verstellbereiche der nicht
vom Insassen unabhängigen
Punkte linear verlaufen und der lineare Verlauf bekannt ist, können alle
Positionen der drei festen Punkte einfach berechnet werden und können daher
als bekannt vorausgesetzt werden. Wird sowohl vom Umlenkpunkt als
auch vom Fixierpunkt sukzessive der Gurtverlauf berechnet, so kann über die
Differenz beider Punktfolgen am Steckpunkt des Sicherheitsgurtes
in vorteilhafter Weise auf die Genauigkeit der Erkennung geschlossen
werden.
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In
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Sitzbelegungserkennung, sind die Markierungen auf dem Sicherheitsgurt
bei einer einfachen Ausführungsform
als aufgedruckte und/oder eingewebte äquidistante Streifen ausgeführt, die
beispielsweise jeweils die gleichen Abmessungen und einen Abstand
von z.B. 5 cm zu einander aufweisen. Die als Streifen ausgeführte Markierungen
des Sicherheitsgurtes können
bewusst als Designelement gestaltet werden, z.B. als Gurtbänder im
Zebralook, oder so eingewoben werden, dass sie nur im Infrarotlichtfrequenzbereich
von der Monokamera detektiert werden können und dadurch für den Menschen
unsichtbar sind. Die Streifen auf dem Sicherheitsgurt liefern nun
die benötigte
fehlende Abstandsinformation. Hierzu kann ausgehend von den festen
Punkten des Sicherheitsgurts schrittweise ein 3D-Profil rekonstruiert
werden. Alternativ kann auch eine Farbkamera verwendet werden, so
dass die Markierungen des Sicherheitsgurts verschiedene Farben aufweisen können.
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Zusätzlich oder
alternativ kann die Auswerte- und Steuereinheit aus dem bestimmten
3D-Punkt der von
der Monokamera erfassten Markierung des Sicherheitsgurts die wirksame
Größe der erfassten Markierung
ermitteln und mit der bekannten Größe der Markierungen vergleichen.
Aus der wirksamen erfassten Größe der Markierung
kann die Auswerte- und
Steuereinheit dann über
einen aktuellen Abstand des Insassen zur Monokamera die Sitzposition
des Insassen ermitteln. Diese Auswertung kann in vorteilhafter Weise
angewendet werden, wenn der Gurtverlauf beispielsweise aufgrund
von Überdeckungen nicht
vollständig
rekonstruiert werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung
sind die Markierungen des Sicherheitsgurtes codiert. Es sind verschiedene
Kodie rungsformen möglich.
Diese reichen von einfachen Streifen bis zur vollständigen Gray-Codierung des gesamten
Gurtbands. Eine vollständige
Gray-Codierung des Sicherheitsgurts erleichtert die Erkennung bei
einer teilweisen Verdeckung des Gurtbands, beispielsweise durch
einen Arm des Insassen.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung
erzeugt die Auswerte- und Steuereinheit aus der ermittelten Sitzposition
bei einer Crashsituation eine Abstandsinformation des Insassen zu
einem Airbag. Diese Information kann dann in einem Airbagsteuergerät verwendet
werden, um ein Auslösen
des Airbags zu verhindern oder ein Auslöseverhalten des Airbags anzupassen,
wenn ein stark vorgebeugter Oberkörper des Insassen und dadurch
ein geringer Abstand des Insassen zum Airbag erkannt werden.
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In
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Sitzbelegungserkennung wird das 3D-Profil des Gurtverlaufs durch
eine aufeinander folgende Berechnung von Stützstellen bestimmt, welche über eine
Triangulationsrechnung basierend auf Winkelinformationen und Abstandsinformationen
ermittelt werden. So kann beispielsweise aus einem ersten Winkel
zwischen einer ersten Geraden, welche die bekannte Position des
ersten festen Punktes und eine bekannte Position der Monokamera
verbindet, und einer zweiten Geraden, welche die bekannte Position
der Kamera und eine von der Kamera erfasste erste Pixelposition
einer sichtbaren Markierung verbindet, und dem bekannten Abstand
zwischen zwei benachbarten Markierungen eine erste Stützstelle
berechnet werden, wobei die erfasste erste Pixelposition der bekannten
Position des ersten festen Punktes am nächsten liegt. Bei der Berechnung
der ersten Stützstelle
wird der Abstand zwischen der sichtbaren ersten Stützstelle
und der bekannten Position des ersten festen Punktes aus einem sichtbaren
Bereich des bekannten Markierungsabstands geschätzt. Ausgehend von der berechneten
Position der ersten Stützstelle
und einem zugehörigen
zweiten Winkel zwischen der zweiten Geraden, welche die ermittelte
Position der ersten Stützstelle mit
der bekannten Position der Kamera verbindet, und einer dritten Geraden,
welche die mit der Kamera erfasste zweite Pixelposition einer sichtbaren
Markierung mit der bekannten Position der Kamera verbindet, und
dem bekannten Abstand zwischen den Markierungen kann dann analog
eine zweite Stützstelle der
erfassten zweiten Pixelposition berechnet werden, die der ersten
Pixelposition einer sichtbaren Markierung am nächsten liegt. Auf die gleiche
Weise können
solange weitere Stützstellen
berechnet werden, bis eine bekannte Position eines zweiten festen Punktes
des Sicherheitsgurtes erreicht wird.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit den
berechneten Stützstellen
des Gurtverlaufs eine modellgestützte Sitzbelegungserkennung
und eine Ermittelung der Insassenposition durchgeführt. Bei
der modellgestützten
Sitzbelegungserkennung wird davon ausgegangen, dass der Sicherheitsgurt
am Körper
des Insassen anliegt, was bei einer korrekten Benutzung des Sicherheitsgurts
gegeben ist. Aus dem Verlauf des Sicherheitsgurtbands kann dann
näherungsweise
die Position und das Volumen des Oberkörpers über bestimmte Modellannahmen
berechnet werden. Die Position des Kopfes ist nicht genau detektierbar, sein
Freiheitsgrad gegenüber
dem Oberkörper
ist aber begrenzt, so dass hinreichend Informationen über die
ungefähre
Kopfposition vorhanden sind. Zusätzlich
kann ein Vorbeugen des Oberkörpers,
das für
ein Zünden
des Airbags besonders kritisch ist, durch eine Auswertung der Anzahl
und der wirksamen Größe von sichtbaren
Markierungen ermittelt werden, da sich die Anzahl und die wirksame
Größe der sichtbaren
Markierungen bei einer vorgebeugten Sitzposition von der Anzahl
und der wirksamen Größe der sichtbaren
Markierungen bei einer korrekten Sitzposition unterscheiden, bei
der der Rücken
des Insassen an der Lehne anliegt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fahrzeuginnenraums mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Sitzbelegungserkennung.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Insassen mit angelegtem Sicherheitsgurt
in einer korrekten Sitzposition.
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3 zeigte
eine schematische Darstellung von Punktpositionen des Sicherheitsgurtes
und eine Kameraposition zur Berechung der Stützstellen für den Gurtverlauf.
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4A bis 4D zeigen
jeweils eine schematische Darstellung eines Insassen mit angelegtem
Sicherheitsgurt, wobei jeweils eine Sitzpositionen des Insassen
und ein zugehöriger
Sicherheitsgurtverlauf dargestellt sind.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung eines Insassen mit angelegtem Sicherheitsgurt
in der korrekten Sitzposition mit den verschiedenen Sicherheitsgurtverläufen gemäß 3A bis 3D.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, ist im Innenraum eines Fahrzeugs 1 ein
Fahrzeugsitz mit einer Sitzlehne 2 und einer Sitzfläche 3 angeordnet
in dem ein Insasse 5 sitzt. Der Insasse 5 ist
mittels eines Sicherheitsgurts 10 gesichert. Der Sicherheitsgurt 10 weist
drei feste Punkte 11, 12, 13 auf deren
Positionen bekannt und unabhängig
von der aktuellen Position des Insassen 5 sind. Ein erster
fester Punkt des Sicherheitsgurtes 10 entspricht einem
unteren Fixierpunkt 11, an dem der Sicherheitsgurt 10 beispielsweise über eine
Gurtaufrollvorrichtung mit der Karosserie des Fahrzeugs 1 verbunden
ist, ein zweiter fester Punkt entspricht einem oberen Umlenkpunkt 12 und ein
dritter fester Punkt entspricht einem Steckpunkt 13, an
welchem eine Gurtpeitsche in ein Gurtschloss eingesteckt wird. Durch
die drei festen Punkte des Sicherheitsgurtes 10 ergeben
sich verschiedene Abschnitte 14, 15, 16 des
Verlaufs des Sicherheitsgurtes 10. Ein erster Abschnitt
entspricht dem Sicherheitsgurtverlauf 14 zwischen dem Fixierpunkt 11 und dem
Steckpunkt 13, ein zweiter Abschnitt entspricht dem Sicherheitsgurtverlauf 15 zwischen
dem Steckpunkt 13 und dem Umlenkpunkt 12 und ein
dritter Abschnitt entspricht dem Sicherheitsgurtverlauf 16 zwischen
dem Fixierpunkt 11 und dem Umlenkpunkt 12 des
Sicherheitsgurtes 10.
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1 zeigt
zwei verschiedene Sitzpositionen des Insassen 5. Eine erste
dargestellte Sitzposition des Insassen 5 zeigt eine korrekte
Sitzposition, bei der der Rücken
des Insassen 5 an der Sitzlehne 2 anliegt. Diese
korrekte Sitzposition wird durch den mit durchgezogenen Linien dargestellten
Insassen 5 und die Sicherheitsgurtverläufe 14, 15 und 16 dargestellt.
Eine zweite dargestellte Sitzposition des Insassen 5 ist
mit gestrichelten Linien dargestellt und zeigt den Insassen 5 mit
vorgebeugtem Oberkörper.
Zu dieser Sitzposition des Insassen 5 gehören die
Sicherheitsgurtverläufe 14', 15' und 16.
Die drei festen Punkte 11, 12, 13 des
Sicherheitsgurtes 10 und der Sicherheitsgurtverlauf 16 zwischen
dem Fixierpunkt 11 und dem Umlenkpunkt 12 sind
unabhängig
von der Sitzposition des Insassen 5, wobei der Sicherheitsgurtverlauf 14, 14' zwischen dem
Fixierpunkt 11 und dem Steckpunkt 13 und der Sicherheitsgurtverlauf 15, 15' zwischen dem
Steckpunkt 13 und dem Umlenkpunkt 12 von der Sitzposition
des Insassen 5 abhängig
sind.
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Wie
weiter aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Sitzbelegungserkennung eine Monokamera 20 und eine
Auswerte- und Steuereinheit 30, die von der Monokamera 20 erfasste
Bilder des Sicherheitsgurtes 10 auswertet. Erfindungsgemäß weist
der Sicherheitsgurt 10 mehrere Markierungen 17 auf,
die in 2 bis 4 dargestellt sind und eine
vorgegebene Größe und einen
vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen. Bei der Auswertung der
Bilder der Monokamera 20 ermittelt die Auswerte- und Steuereinheit 30 basierend
auf den Markierungen 17 des Sicherheitsgurtes 10 einen
3D-Punkt einer erfassten Markierung 17 und/oder ein 3D-Profil des
Gurtverlaufs 14, 14', 15, 15' zwischen mindestens
zwei der fest vorgegebenen Punkten 11, 12, 13. Aus
dem ermittelten 3D-Punkt und/oder dem ermittelten 3D-Profil des Gurtverlaufs
bestimmt die Auswerte- und Steuereinheit 30 dann eine Sitzposition des
Insassen 5. Diese Information kann dann in einem Airbagsteuergerät 42 verwendet
werden, um ein Auslösen
eines Airbags 40 zu verhindern, wenn ein stark vorgebeugter
Oberkörper
des Insassen 5 und dadurch ein geringer Abstand des Insassen 5 zum Airbag 40 erkannt
wird.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 2 bis 5 das
erfindungsgemäße Verfahren zur
Sitzbelegungserkennung beschrieben.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des Insassen 5 mit angelegtem
Sicherheitsgurt 10 in einer ersten Sitzposition, die der
korrekten Sitzposition des Insassen 5 mit an der Sitzlehne 2 anliegendem
Rücken
entspricht. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die
Markierungen 17 auf dem Sicherheitsgurt 10 als
aufgedruckte und/oder eingewebte äquidistante Streifen gleicher
Größe ausgeführt, die
beispielsweise einen Abstand von 5 cm zueinander aufweisen. Die
wirksame von der Monokamera 20 erfasste Größe der als
Streifen ausgeführten
Markierungen 17 ist von der Lage und vom Abstand der erfassten
Markierung von der Monokamera 20 abhängig, wie aus 2 ersichtlich
ist. Die als Streifen ausgeführten Markierungen 17 können bewusst
als Designelement gestaltet werden, z.B. als Sicherheitsgurt im
Zebralook, oder so eingewoben werden, dass sie beispielsweise nur
im Infrarotfrequenzbereich von einer als Infrarotkamera ausgeführten Monokamera 20 erfasst
werden können
und damit für
den Menschen unsichtbar sind. Alternativ kann die Monokamera 20 auch
als Farbkamera ausgeführt
sein und die Markierungen 17 können dann eine Farbkodierung
aufweisen, die von der als Farbkamera ausgeführten Monokamera 20 erfassbar
ist. Die als Streifen ausgeführten
Markierungen 17 auf dem Sicherheitsgurt 10 liefern
nun die benötigte
fehlende Abstandsinformation. Hierzu wird ausge hend von der bekannten
Position eines der drei festen Punkte 11, 12, 13 schrittweise ein
3D-Profil rekonstruiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der feste
Fixierpunkt 11 des Sicherheitsgurtes 10 vom Arm
des Insassen 5 verdeckt. Das 3D-Profil des Sicherheitsgurtverlaufs 15 zwischen
dem Umlenkpunkt 12 und dem Steckpunkt 13 kann
in Pfeilrichtung sowohl vom Umlenkpunkt 12 als auch vom
Steckpunkt 13 ausgehend berechnet werden. Das 3D-Profil
des Sicherheitsgurtverlaufs 14 zwischen dem Fixierpunkt 11 und
dem Steckpunkt 13 kann in Pfeilrichtung sowohl vom Fixierpunkt 11 als auch
vom Steckpunkt 13 ausgehend berechnet werden. Aus der Differenz
der beiden Punktfolgen gemäß dem Sicherheitsgurtverlauf 15 und
dem Sicherheitsgurtverlauf 14 am Steckpunkt 13 kann
auf die Genauigkeit der Erkennung geschlossen werden. Um die Detektion
bei teilweiser Verdeckung des Sicherheitsgurts 10, beispielsweise
durch den Arm des Insassen 5, zu erleichtern können die
Markierungen 17 beispielsweise mit einer vollständigen Gray-Codierung
oder einer Farbcodierung codiert sein.
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Das
3D-Profil der Gurtverläufe 14, 15 zwischen
den festen Punkte 11, 12, 13 des Sicherheitsgurtes 10 wird
durch eine aufeinander folgende Berechnung von Stützstellen 18.1 bis 18.14 bzw. 19.1 bis 19.9 bestimmt,
welche über
eine in 3 dargestellte Triangulationsrechnung
basierend auf Winkelinformationen und Abstandsinformationen ermittelt werden.
Wie aus 3 ersichtlich ist, werden ausgehend
von zwei bekannten 3D-Positionen P0 und P1, einem Winkel α und einer
Abstandsinformation r mögliche
Positionen P2 bzw. P2' für die nachfolgende
zu berechnende Stützstelle
bestimmt. Durch eine auf dem bekannten Gurtverlauf basierende Plausibilisierung
kann aus den beiden möglichen
Positionen P2, P2' die
richtige Position für
die nachfolgende Stützstelle
bestimmt werden. Wird durch die Triangulationsrechnung beispielsweise
ausgehend von der Stützstelle 18.1 die
Position der nachfolgenden Stützstelle 18.2 bestimmt,
dann wird im dargestellten Beispiel die Position P2 als richtige
Position für
die Stützstelle 18.2 bestimmt,
da die andere mögliche Position
P2' außerhalb
eines möglichen
Gurtverlaufs liegt. Die bekannte 3D-Positionen P0 entspricht einer bekannten
Kameraposition und die bekannte Position P1 entspricht einer Position
einer bereits berechneten Stützstelle
oder einer Position eines festen Punktes des Sicherheitsgurts 10.
Die Abstandsinformation r repräsentiert
den bekannten Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Markierungen 17 und
der Winkel α ist
zwischen einer ersten Geraden, welche die bekannte Position P1 einer
bereits berechneten Stützstelle
oder eines festen Punkt des Sicherheitsgurts 10 und die
bekannte Position P0 der Kamera 20 verbindet, und einer
zweiten Geraden angeordnet, welche die bekannte Position P0 der
Kamera 20 und eine von der Kamera 20 erfasste
erste Pixelposi tion P2 einer sichtbaren Markierung 17 verbindet,
wobei bei der Bestimmung der Winkelinformationen die intrinsische
Kalibrierung der Kamera berücksichtigt
wird, die z.B. eine Brennweite umfasst. Bei der Berechnung der Position
P2 der nachfolgenden ersten Stützstelle 18.1 ausgehend
von der Position P1 des festen Punktes 12 wird der Abstand
zwischen dem festen Punkt 12 und der ersten Stützstelle 18.1 basierend
auf dem sichtbaren Bereich des Markierungsabstands r abgeschätzt und
zur Berechnung der möglichen
Positionen P2, P2' für die erste
Stützstelle 18.1 verwendet.
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Die
berechneten Stützstellen 18.1 bis 18.14 bzw. 19.1 bis 19.9 entsprechen
jeweils einer von der Monokamera 20 erfassten Pixelposition
einer der als Streifen ausgeführten
Markierungen 17 des Sicherheitsgurtes 10, wobei
die exakte Position der entsprechenden Stützstelle 18.1 bis 18.14 bzw. 19.1 bis 19.9 für eine Markierung 17 beispielsweise über ein Schwerpunktberechnung
der Markierung 17 bestimmt wird. Zur Berechnung des 3D-Profils des Sicherheitsgurtverlaufs 15 zwischen
dem Umlenkpunkt 12 und dem Steckpunkt 13 wird
beispielsweise ausgehend vom Umlenkpunkt 12 in Pfeilrichtung
eine erste Stützstelle 18.1 nach
der oben beschriebenen Triangulationsrechnung berechnet, die einer
Pixelposition der als Streifen ausgeführten Markierung 17 entspricht,
die der bekannten Position des festen Umlenkpunktes 12 am
nächsten
liegt. Durch die beschriebene Triangulationsrechnung wird beispielsweise
ausgehend von der Position P1 des festen Punktes 12, dem
ersten Winkel α,
der zwischen der ersten Geraden, welche die bekannte Position P1 des
ersten festen Punktes 12 und die bekannte Position P0 der
Monokamera 20 verbindet, und der zweiten Geraden ermittelt
wird, welche die bekannte Position P0 der Kamera 20 und
eine von der Kamera 20 erfasste erste Pixelposition P2
einer sichtbaren Markierung 17 verbindet, und dem bekannten
Abstand r zwischen zwei benachbarten Markierungen 17 die erste
Stützstelle 18.1 berechnet,
wobei die erfasste erste Pixelposition P2 der bekannten Position
P1 des ersten festen Punktes 12 am nächsten liegt, wobei ausgehend
von der berechneten Position P2 der ersten Stützstelle 18.1 und
einem zugehörigen
zweiten Winkel zwischen einer zweiten Geraden, welche die ermittelte
erste Position P2 der ersten Stützstelle 18.1 mit
der bekannten Position P0 der Kamera 20 verbindet, und
einer dritten Geraden, welche die mit der Kamera 20 erfasste
zweite Pixelposition einer sichtbaren Markierung 17 mit
der bekannten Position P0 der Kamera 20 verbindet, und
dem bekannten Abstand r zwischen den Markierungen 17 analog
eine zweite Stützstelle 18.2 der
zweiten erfassten Pixelposition berechnet wird, welche der ersten
Pixelposition P2 einer sichtbaren Markierung 17 am nächsten liegt. Die
Berechnung der Stützstellen 18.1 bis 18.14 für den Gurtverlauf 15 zwischen
dem Umlenkpunkt 12 und dem Steckpunkt 13 wird
beendet, wenn die bekannte Position des Steckpunktes 13 des
Sicherheitsgurtes 10 erreicht wird, bzw. wenn ein vorgegebener
Abstand zu diesem festen Punkt 13 unterschritten wird.
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Bei
der Berechnung des 3D-Profils des Sicherheitsgurtverlaufs 15 zwischen
dem Umlenkpunkt 12 und dem Steckpunkt 13 ausgehend
vom Steckpunkt 13, wird in Pfeilrichtung die Stützstelle 18.14 als
erste Stützstelle
berechnet, die einer Pixelposition der als Streifen ausgeführten Markierung 17 entspricht,
die der bekannten Position des festen Steckpunktes 13 am
nächsten
liegt. Hier wird die Berechnung der Stützstellen 18.14 bis 18.1 für den Gurtverlauf 15 zwischen
dem Umlenkpunkt 12 und dem Steckpunkt 13 beendet,
wenn die bekannte Position des Umlenkpunktes 12 des Sicherheitsgurtes 10 erreicht
wird, bzw. wenn ein vorgegebener Abstand zu diesem festen Punkt
unterschritten wird. Der vom Steckpunkt 13 ausgehende berechnete
Sicherheitsgurtverlauf kann mit dem vom Umlenkpunkt ausgehenden
berechneten Sicherheitsgurtverlauf abgeglichen werden. Der Abgleich
kann beispielsweise durch eine Überlagerung
der erfassten 3D-Positionen
mit einer gewichteten Mittelwertbildung erfolgen.
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Die
Berechnung des 3D-Profils des Sicherheitsgurtverlaufs 14 und
der zugehörigen
Stützstellen 19.1 bis 19.9 zwischen
dem Steckpunkt 13 und dem Fixierpunkt 11 wird
analog zu den Ausführungen zum
Sicherheitsgurtverlauf 15 zwischen dem Umlenkpunkt 12 und
dem Steckpunkt 13 ausgeführt, so dass hier auf eine
ausführliche
Beschreibung verzichtet werden kann.
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Die
Stützstellen 18.1 bis 18.14 bzw. 19.1 bis 19.9 der
Sicherheitsgurtverläufe 14 und 15 erlauben nun
eine modellgestützte
Sitzbelegungserkennung. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Sicherheitsgurt 10 entlang
den Sicherheitsgurtverläufen 14, 15 am
Körper
des Insassen 5 anliegt, was bei einer korrekten Benutzung
des Sicherheitsgurts gegeben ist. Aus dem Verlauf des Sicherheitsgurts 10 kann dann
näherungsweise
die Position und das Volumen des Oberkörpers des Insassen 5 über vorgegebene Modellannahmen
berechnet werden. Die Position des Kopfes kann nicht genau detektiert
werde, da sein Freiheitsgrad gegenüber dem Oberkörper aber begrenzt
ist, sind hinreichend Informationen über die ungefähre Kopfposition
vorhanden.
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Zusätzlich oder
alternativ kann eine Sitzposition des Insassen 5 mit vorgebeugtem
Oberkörper, die
für ein
Zünden
des Airbags besonders kritisch ist, durch eine Auswertung der Anzahl
und/oder der wirksamen Größe von sichtbaren
Markierungen ermittelt werden, da sich die Anzahl und/oder die wirksame Größe der sichtbaren
Markierungen bei einer vorgebeugten Sitzposition von der Anzahl
bzw. der wirksamen Größe der sichtbaren
Markierungen bei einer korrekten Sitzposition unterscheiden, bei
der der Rücken
des Insassen an der Lehne anliegt. Die wirksame Größe der erfassten
sichtbaren Markierung 17, die durch den ermittelten 3D-Punkt
repräsentiert wird,
ist von der Lage und vom Abstand der zugehörigen Markierung 17 zur
Monokamera abhängig.
Da die wirkliche Größe, d.h.
die Abmessungen, der Markierungen 17 bekannt sind, kann
die Auswerte- und Steuereinheit 20 aus der erfassten wirksamen
Größe der Markierung 17 und
der bekannten wirklichen Größe der Markierung 17 den
Abstand des Insassen 5 zur Monokamera 20 und dadurch
die Sitzposition des Insassen 5 ermitteln.
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4A bis 4D zeigen
verschiedene Sitzpositionen des Insassen 5 mit angelegtem
Sicherheitsgurt 10. 4A zeigt
nochmals die korrekte Sitzposition des Insassen 5 aus 2 sowie
den zugehörigen über die
Stützstellen
ermittelten und gepunktet dargestellten Sicherheitsgurtverlauf 15 zwischen dem
Umlenkpunkt 12 und dem Steckpunkt 13 und den zugehörigen über die
Stützstellen
ermittelten und gepunktet dargestellten Sicherheitsgurtverlauf 14 zwischen
dem Fixierpunkt 11 und dem Steckpunkt 13. 4B zeigt eine Sitzposition des Insassen 5 mit leicht
vorgebeugtem Oberkörper
sowie den zugehörigen über die
Stützstellen
ermittelten und gestrichelt dargestellten Sicherheitsgurtverlauf 15' zwischen dem
Umlenkpunkt 12 und dem Steckpunkt 13 und den zugehörigen über die
Stützstellen
ermittelten und gestrichelt dargestellten Sicherheitsgurtverlauf 14' zwischen dem
Fixierpunkt 11 und dem Steckpunkt 13. 4C und 4D zeigen
weitere Sitzpositionen des Insassen 5, jeweils mit weiter
vorgebeugtem Oberkörper
und die zugehörigen über die
Stützstellen
ermittelten und strichpunktiert dargestellten Sicherheitsgurtverläufe 15'' bzw. 15''' zwischen dem Umlenkpunkt 12 und
dem Steckpunkt 13 und die zugehörigen über die Stützstellen ermittelten und strichpunktiert
dargestellten Sicherheitsgurtverläufe 14'' bzw. 14''' zwischen
dem Fixierpunkt 11 und dem Steckpunkt 13. Wie
weiter aus 4A bis 4D ersichtlich
ist, unterscheiden sich die ermittelten Sicherheitsgurtverläufe 15, 15', 15'', 15''' zwischen dem Umlenkpunkt 12 und
dem Steckpunkt 13 von einander, so dass von einem rekonstruierten
Sicherheitsgurtverlauf 15, 15', 15'' und 15''' auf
die zugehörige Sitzposition
des Insassen geschlossen werden kann. Gleiches gilt für die ermittelten
Sicherheitsgurtverläufe 14, 14', 14'', 14''' zwischen dem
Fixpunkt 11 und dem Steckpunkt 13. Zudem zeigen 4A bis 4D, dass
sich die wirksame Größe und die
Anzahl der von der Monokamera 20 erfassten sichtbaren Markierungen 17 des
Sicherheits gurtes 10 in Abhängigkeit von der Sitzposition
des Insassen 5 ändern.
Wie weiter aus 4A bis 4D ersichtlich
ist, ist die wirksame Größe einer
von der Kamera erfassten sichtbaren Markierung 17 vom Abstand
und der Lage der erfassten Markierung 17 zur Monokamera 20 abhängig, d.h.
je kürzer
der Abstand der erfassten Markierung 17 von der Monokamera 20 ist,
desto größer ist die
wirksame Größe der erfassten
Markierung 17.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung des Insassen 5 mit angelegtem
Sicherheitsgurt 10 in der korrekten Sitzposition, wobei
die verschiedenen Sicherheitsgurtverläufe 14, 14', 14'', 14''', 15, 15', 15'' und 15''' gemäß 4A bis 4D zur
Durchführung eines
Vergleichs dargestellt sind. Wie aus 5 ersichtlicht
ist, kann die in den 4A bis 4D dargestellte Beugebewegung des Insassen 5 nach
vorn durch die gleichzeitige Darstellung und einen Vergleich der
ermittelten Sicherheitsgurtverläufe 14, 14', 14'', 14''', 15, 15', 15'' und 15''' sichtbar gemacht
werden. Die Beugebewegung wird durch die beiden dargestellten Pfeile
repräsentiert,
welche die Richtungen der durch die Beugebewegung bewirkten Veränderungen
der Sicherheitsgurtverläufe 15, 15', 15'' und 15''' bzw. der Sicherheitsgurtverläufe 14, 14', 14'' und 14''' anzeigen.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
eine erweiterte kostengünstige
Sitzbelegungserkennung, die in vorteilhafter Weise nur mit einer
Monokamera und ohne Linienlichtquelle realisiert werden kann. Als weitere
Quelle für
eine Abstandsinformation wird ein Sicherheitsgurt mit Markierungen
benutzt, der einfach und kostengünstig
herstellbar und implementierbar ist.