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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem Bildinformationen
aus dem in Fahrtrichtung vor einem Fahrzeug liegenden Gelände erfaßt und daraus
Steuerbefehle zur Beeinflussung der Fahrtrichtung und/oder der Fahrgeschwindigkeit
generiert werden. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine
Anordnung zur Steuerung eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges nach
diesem Verfahren.
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Der
Fahrzeugführer,
insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges, wie Traktor,
Mähdrescher,
oder Feldhäcksler,
ist in der Regel neben der Lenkung seines Fahrzeuges mit einer Vielzahl anderer
Aufgaben betraut, zum Beispiel Steuerung des Auswurfarms, Überwachung
der Füllung
im Getreidetank, Steuerung der Einstellungen einer Feldspritze,
eines Pflug oder Dreschwerkes.
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Um
den Fahrzeugführer
bei diesen Aufgaben zu entlasten, wurden bereits automatische Lenkeinrichtungen
entwickelt. Dabei ist eine genaue Spurhaltung von Bedeutung, um
Beschädigungen
des Erntegutes und damit Ertragseinbußen zu vermeiden, und um die Überlappung
der Erntereihen beispielsweise bei der Getreideernte zu optimieren
mit dem Ziel, Zeit und Treibstoffkosten zu sparen und so die Effizienz
der Bewirtschaftung einer landwirtschaftlichen Fläche zu erhöhen.
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Bekannt
ist es, die automatische Steuerung eines Fahrzeuges auf Basis einer
GPS-gestützten Anordnung
zu realisieren. Dabei befindet sich ein GPS-Empfänger an dem Fahrzeug, und mittels
Software werden die Abmaße
des Feldes und eine optimale Fahrtroute zur Bewältigung der geplanten Arbeiten
berechnet, daraus Steuerbefehle generiert und an die Lenkeinrichtung übertragen.
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Nachteilig
bei diesem Prinzip ist die für
viele Anwendungen unzureichende Genauigkeit: Um beispielsweise ein
Feld zu befahren, auf dem die Fahrspuren zwischen den Pflanzreihen
gerade den Reifenbreiten und der Spurbreite des Fahrzeuges angemessen
sind, ist, um das Pflanzgut nicht zu beschädigen, maximal eine Fahrspurabweichung
von 8 cm zulässig.
Dies ist mit einer nur durch Satelliten gestützten GPS-Anordnung nicht erreichbar.
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Um
die Genauigkeit zu erhöhen,
sind zum vorgenannten Zweck bereits differentielle GPS-Systeme entwickelt
worden. Dabei wird der Empfänger am
Fahrzeug nicht nur mit den Satelliten-Signalen, sondern zusätzlich auch
noch mit Informationen einer stationären Sendestation versorgt.
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Auf
diese Weise gelingt es, die Genauigkeit der Spurhaltung auf etwa ± 5 cm
zu verbessern. Ein solches System ist beispielsweise beschrieben
in
US 2003/0208311
A1 .
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In
US 6,539,303 ist eine weiterführende Verfahrensweise
offenbart, bei der parallel zueinander versetzt fahrende Fahrzeuge
automatisch gesteuert werden.
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Den
beiden vorgestellten Systemen ist jedoch gemeinsam, daß eine sehr
genaue Kenntnis der Lage von Hindernissen oder vorgegebenen Fahrspuren
vorhanden sein muß.
Bei der Erzeugung von Schwaden aus Erntegut beispielsweise liegen
jedoch solche Informationen nicht vor.
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Des
weiteren muß eine
räumliche
Drift des verwendeten Systems nachgehalten werden, beispielsweise
aufgrund der zwischen Aussaat und Ernte liegenden Zeitspanne.
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Es
sind weiterentwickelte Verfahren und Anordnungen zur Steuerung von
Fahrzeugen bekannt, bei denen Informationen über das das Fahrzeug umgebende
Gelände
dem Generieren der Steuerbefehle zugrundegelegt werden, wie zum
Beispiel beschrieben in
US 6,278,918 und
US 6,686,951 .
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Dabei
wird das Gelände
vor dem Fahrzeug mit Hilfe einer Kamera beobachtet, und in einer
nachgeschalteten Bildanalyse werden mit verschiedenen Algorithmen
die auftretenden Strukturen bewertet. So erfolgt beispielsweise
zur Schwade-Erkennung eine
Unterscheidung zwischen der Schwade und dem abgemähten Stoppelfeld
anhand von Farbunterschieden.
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Probleme
dabei bereitet der Umstand, daß die
Farben von Schwade und Untergrund von Bedingungen wie Nässe und
Trokkenheit abhängig
sind, so daß die
Farbdifferenz oftmals zu gering ist. Auch ist die Auswertung der
aufgenommenen Bilder vom Umgebungslicht abhängig. Schatten, insbesondere der
Schatten des betreffenden Fahrzeuges, erzeugen eine hohe Dynamik
in den zu verarbeitenden Signalen und erschweren dadurch die automatische
Interpretation erheblich.
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In
der Veröffentlichung „Schwadabtastung mit
Ultraschall" in
der Zeitschrift Landtechnik Heft 5/1993, ab Seite 266,
ist eine Verfahrensweise beschrieben, bei der mehrere Ultraschallsensoren
in Reihe parallel zum Boden angeordnet sind. Jeder dieser Sensoren
ermittelt den Abstand zum Boden und liefert einen „Bildpunkt" eines Höhenprofils,
das aus den von allen beteiligten Sensoren ermittelten Abständen gewonnen
wird. Bei jeder Abtastung liegt eine zweidimensionale Information über das
Höhenprofil
vor. Mit wiederholten Abtastungen während der Fortbewegung des
Fahrzeuges wird dann eine dreidimensionale Information des Höhenprofils
gewonnen.
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Nach
diesem Prinzip lassen sich nur verhältnismäßig grobe Strukturen detektieren,
wie etwa die Höhe
und Breite einer auf dem abgetasteten Boden liegenden Schwade.
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Weitere
bekannte Einrichtungen nutzen zur Bilderfassung eine Stereokamera,
wie zum Beispiel in
EP 1 473
673 offenbart. Durch die Analyse von zwei Bildern, die
aus verschiedenen Blickwinkeln vom Fahrzeug aus gewonnen werden,
wird ein dreidimensionales Profil der Oberfläche erstellt, indem die zweidimensionalen
Abweichungen von identischen Objekten auf beiden Bildern in eine
räumliche Tiefe
umgesetzt werden.
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Nachteilig
hierbei ist, daß die
Positionen der beiden Kameras sehr genau bekannt sein müssen und
sich auf Fahrzeug nicht verändern
dürfen.
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In
einer Anordnung, die eine Entfernungsmeßrichtung auf Basis eines Laserscanners
verwendet, wie in
US 6,389,785 beschrieben,
wird eine Geländezeile
senkrecht zur Fahrtrichtung Punkt für Punkt abgerastert und deren
Entfernung gemessen. Während
der Fortbewegung des Fahrzeuges werden die Meßdaten zu einem dreidimensionalen
Profil zusammengesetzt.
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Bedingt
durch den Scanner werden hierbei bewegliche Teile zur Bilderfassung
verwendet. Gerade die auf einem landwirt schaftlichen Fahrzeug auftretenden
Erschütterungen
und Vibrationen führen deshalb
leicht Störungen
des Meßsystems
und begrenzen darüber
hinaus die Lebensdauer des Scanners.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, die Verfahren zur automatischen Steuerung eines Fahrzeuges, insbesondere
eines Fahrzeuges für
die Landwirtschaft, weiterzuentwickeln. Die Aufgabe der Erfindung
besteht außerdem
darin, eine Anordnung zu schaffen, die eine im Hinblick auf die
Effizienz der Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Flächen verbesserte
Steuerung eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe mit einem Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges, bei dem
Bildinformationen aus dem in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug liegenden
Gelände
erfaßt
und aus diesen Bildinformationen Steuerbefehle zur Beeinflussung
der Fahrtrichtung und/oder der Fahrgeschwindigkeit generiert werden
dadurch gelöst,
daß anhand
der Bildinformationen markante Objektstrukturen ausgewählt werden,
wiederholt der Abstand zwischen dem Fahrzeug und den markanten Objektstrukturen
ermittelt wird und die Steuerbefehle aus den Bildinformationen,
die den Objektstrukturen entsprechen, und den Abstandsänderungen
zwischen dem Fahrzeug und den Objektstrukturen generiert werden.
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Als
markante Objektstrukturen können
dabei bestimmte Pflanzen, Pflanzreihen, Ackerfurchen, Schwaden aus
Erntegut, Straßenränder oder
Fahrspuren genutzt werden, und die Steuerbefehle werden zur Beeinflussung
der Fahrtrichtung relativ zu solchen Objektstrukturen generiert.
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Mit
anderen Worten: Die aus den markanten Objektstrukturen gewonnenen
Bildinformationen und die auf diese Bildinformationen bezogenen
Abstandsänderungen
zwischen dem Fahrzeug und den Objektstrukturen werden in Steuerbefehle
umgesetzt, die die Lenkung des Fahrzeuges so beeinflussen und die
Fahrtrichtung in der Weise korrigieren, daß die Räder des Fahrzeuges automatisch
in vorgesehenen Bahnen, beispielsweise in präziser Ausrichtung zwischen
den Pflanzreihen, laufen, ohne daß der Fahrzeugführer eingreifen
muß.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden Steuerbefehle zur Beeinflussung der Fahrtrichtung oder Fahrtgeschwindigkeit
zwecks Umgehung von Hindernissen generiert. Dies dient insbesondere
dazu, Objekte zu erkennen, die aufgrund ihrer Größe und Beschaffenheit das Fahrzeug
gefährden
können.
Auch können Fahrtrichtung
befindliche, sich bewegende Objekte, wie etwa andere Fahrzeuge oder
Personen, detektiert werden und aus diesen Bildinformationen Steuerbefehle
zur Beeinflussung der Fahrtrichtung oder Fahrtgeschwindigkeit und/oder
Warnsignale generiert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden Steuerbefehle
auch zur Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit oder der Fahrtrichtung
generiert, um den Abstand und die Ausrichtung des zu steuernden
Fahrzeuges zu anderen Fahrzeugen zu beeinflussen. Damit ist es beispielsweise
möglich, Fahrgeschwindigkeit
oder Fahrtrichtung eines Erntefahrzeuges zu der Fahrgeschwindigkeit
oder Fahrtrichtung eines oder mehrerer Fahrzeuge zum Abtransport
des Erntegutes zu synchronisieren. Die Übertragung des Erntegutes vom
Erntefahrzeug auf wechselnde Transportfahrzeuge kann so ohne Unterbrechung
des Ernteprozesses erfolgen, so daß das Erntefahrzeug effektiv
ausgelastet ist. Besonders geeignet ist diese Verfahrensweise zur
Anwendung bei fahrbaren Häckslern
oder bei der Getreideernte.
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So
befinden sich bei zahlreichen Aufgaben in der Landwirtschaft mehrere
Landmaschinen gleichzeitig auf einem Feld. Dabei kann es sich um
einen Verband von Mähdreschern
handeln, die leicht versetzt zueinander ein Getreidefeld abernten,
oder aber um Erntemaschinen, die die Anhänger von Traktoren beladen,
die sich parallel zur Maschine bewegen. In all diesen Fällen handelt
es sich um Situationen, in denen die Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit
der einzelnen Maschinen zueinander von Bedeutung sind, um einen
reibungslosen Ablauf zu garantieren.
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Je
nach Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Bildinformationen
mit Licht aus dem Infrarotbereich und/oder aus dem visuellen Bereich
gewonnen. So ist es möglich,
aufgrund der Auswertung bestimmter Farben die Bildinformationen
spektral aufzulösen,
beispielsweise um die Schwade-Erkennung zu verbessern oder auch
um Informationen über
die Dichte einer Schwade zu erhalten. Die Steuerung eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges
erfolgt dabei in Abhängigkeit
von der Menge und der Qualität
des Erntegutes.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
gleichzeitig mit den Steuerbefehlen oder auch gesondert dazu akustische
Warnsignale für
den Fahrzeugführer zu
generieren, der daraufhin die Wirksamkeit der automatischen Steuerung
und die Korrekturmaßnahmen
kontrollieren kann.
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Bei
einer Anordnung zur Steuerung eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges,
das ausgestattet ist mit
- – einem Antrieb zur Fortbewegung
des Fahrzeuges,
- – einer
Lenkeinrichtung zur Bestimmung der Fortbewegungsrichtung,
- – einer
Beschleunigungs- und Bremseinrichtung zur Beeinflussung der Fortbewegungsgeschwindigkeit,
- – einer
optische Einrichtung zur Erfassung von Bildinformationen aus dem
in Fortbewegungsrichtung vor der Fahrzeug liegenden Gelände, und mit
- – einer
Auswerte- und -verarbeitungseinrichtung zur Generierung von Steuerbefehlen
für die
Lenkeinrichtung und/oder für
die Beschleunigungs- und Bremseinrichtung aus den Bildinformationen sind
erfindungsgemäß vorgesehen:
- – Mittel
zur Auswahl von Bildinformationen, die markanten Objektstrukturen
entsprechen, sowie
- – eine
Entfernungsmeßeinrichtung
zur getakteten, wiederholten Ermittlung des Abstandes zwischen dem
Fahrzeug und diesen Objektstrukturen, wobei
- – die
Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung zur Generierung der Steuerbefehle
aus den Bildinformationen, die den markanten Objektstrukturen entsprechen,
und den Abstandsänderungen
zwischen dem Fahrzeug und den Objektstrukturen ausgebildet ist.
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Vorteilhaft
weist die optische Einrichtung Mittel zur Erfassung der Bildinformationen
auf, die von Objektstrukturen stammen, die im Raum vor dem landwirtschaftlichen
Fahrzeug auf einer Geraden liegen, wobei diese Gerade mit der Fortbewegungsrichtung
einen Winkel von α ≠ 0°, bevorzugt α 90° einschließt.
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Alternativ
dazu weist die optische Einrichtung Mittel zur Erfassung der Bildinformationen
auf, die von Objektstrukturen stammen, die im Raum vor dem landwirtschaftlichen
Fahrzeug in einer Fläche liegen,
wobei diese Fläche
mit der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuges einen Winkel von α ≠ 0, bevorzugt α 90°, einschließt.
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Die
optische Einrichtung zur Erfassung der Bildinformationen ist mit
optischen Einzelsensoren, optischen Sensorzeilen und/oder optischen
Sensorarrays ausgestattet. Dabei ist mindestens einer der Sensoren
als phasensensitiver Sensor ausgebildet und zur Erfassung der Abstandsänderungen
vorgesehen.
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Diesbezüglich wird
als optische Einrichtung vorteilhaft eine Laufzeitkamera genutzt.
Während eine
herkömmliche
Kamera mit optischen Sensoren ausgestattet ist, die lediglich die
Helligkeit von Bildpunkten erfassen, verfügt die Laufzeitkamera anstelle
oder auch neben diesen Sensoren über
phasensensitive Sensoren, die außer der Helligkeit auch die Laufzeit
des Lichtes messen, das die Bildinformation trägt, und damit Entfernungsmessungen
ermöglichen.
Dies erfolgt unter Zuhilfenahme einer gesonderten, modulierten Lichtquelle
zur Beleuchtung der Objekte, zu denen die Entfernung zu messen ist.
So werden mit der Laufzeitkamera nicht nur Bildinformationen von
Objekten gewonnen, sondern auch Entfernungswerte zu diesen Objekten.
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Bei
Verwendung einer Laufzeitkamera wird das Gelände vor dem Fahrzeug mit einer
Lichtquelle beleuchtet, die vorteilhaft in die Laufzeitkamera integriert
ist, und die beispielsweise mit einer Frequenz f sinusförmig moduliert
wird. Die sich mit Lichtgeschwindigkeit c ausbreitende Wel le hat
dabei die Periode 1/f. Die Entfernung z zu einem ausgewählten beleuchteten
Objekt bzw. zu einer beleuchteten Objektstruktur berechnet sich
aus der Messung der Phasenverschiebung, die sich während der
Laufzeit des Lichtes ergibt, nach der Funktion
mit c der Lichtgeschwindigkeit,
f der Modulationsfrequenz und φ der
Phasenverschiebung. Die Entfernung wird also anhand der Phasenverschiebung φ bestimmt.
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Dieses
auch unter dem Begriff "time-of-flight"-Prinzip bekannte
Entfernungsmeßverfahren
ist beispielsweise detailliert beschrieben in der Zeitschrift „Elektronik", WEK Fachzeitschriften-Verlag
GmbH, 2000, Heft 12, unter dem Titel „Photomischdetektor erfaßt 3D-Bilder". Eine weitere Beschreibung
enthält
die Dissertation „Untersuchung und
Entwicklung von modulationslaufzeitbasierten 3D-Sichtsystemen", vorgelegt von Horst
G. Heinold, dem Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der Universität Siegen.
Eine ausführlichere
Erläuterung ist
daher hier an dieser Stelle nicht erforderlich.
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Die
Bilderfassung ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung so ausgelegt,
daß beispielsweise für eine Schwade-Erkennung
eine Auflösung
von etwa 10 cm bis 20 cm möglich
ist. Bei der Erfassung von Bildinformationen von Pflanzenreihen
dagegen ist die Anordnung vorteilhaft für Genauigkeiten von 5 cm bis
10 cm ausgebildet.
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Vorteilhaft
können
der optischen Einrichtung Zylinderlinsen oder Prismen vorgeordnet
sein zu dem Zweck, eine ungleichmäßig verteilte optische Auflösung bei
der Erfassung der Bildinformationen zu erzielen. Dabei sind die
Zylinderlin sen oder Prismen so ausgebildet, daß bestimmte Sensorbereiche
der optischen Einrichtung Bildinformationen aus dem Gelände vor
dem Fahrzeug mit höherer
Auflösung
erfassen als die übrigen
Sensorbereiche.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 symbolisch
die Seitenansicht eines landwirtschaftliches Fahrzeuges auf einem
bewirtschafteten Feld,
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2 das
landwirtschaftliche Fahrzeug aus 1 in einer
Draufsicht,
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3 in
einem Blockschaltbild den Signalfluß bei der Gewinnung von Bild-
und Entfernungsinformationen und deren Umsetzung in Steuerbefehle.
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Das
landwirtschaftliche Fahrzeug 1 in 1 umfaßt die folgenden,
im einzelnen nicht zeichnerisch dargestellten Einrichtungen:
- – einen
Antrieb zur Fortbewegung,
- – eine
Lenkeinrichtung zur Beeinflussung der Fortbewegungsrichtung,
- – eine
Beschleunigung- und Bremseinrichtung zur Beeinflussung der Fortbewegungsgeschwindigkeit,
- – eine
Laufzeitkamera 2, die zur Erfassung von Bildinformationen
markanter Objektstrukturen 3, die in Fortbewegungsrichtung
vor dem Fahrzeug liegen, sowie zur getakteten, wiederholten Ermittlung
des Abstandes zwischen dem Fahrzeug 1 und den Objektstrukturen 3 ausgebildet
ist, und
- – eine
Auswerte- und -verarbeitungseinrichtung zum Generieren von Steuerbefehlen
für die
Lenkeinrichtung und für
die Beschleunigungs- und Bremseinrichtung aus den Bildinformationen
und den Abstandsänderungen.
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Die
Laufzeitkamera 2 hat in der 1 dargestellten
Seitenansicht ein Sichtbereich 4 mit einem Sichtwinkel β von etwa
150 bis 40°.
Der Sichtwinkel β ist
von der Zweckbestimmung des landwirtschaftlichen Fahrzeugs 1 abhängig und
durch konstruktive Maßnahmen
vorgegeben. So genügt
beispielsweise bei Einsatz des landwirtschaftlichen Fahrzeugs 1 zur Maisernte
ein Sichtwinkel β =
15°, während bei
der Verfolgung von Pflanzreihen, zum Beispiel um sich aufspaltende
Reihen erkennen zu können,
ein größerer Sichtwinkel β wünschenswert
ist.
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2 zeigt
eine Draufsicht der Darstellung nach 1, aus welcher
der seitliche Sichtwinkel γ des
Sichtbereiches 4 der Laufzeitkamera 2 ersichtlich
ist, der beispielsweise in der Größenordnung von 40° bis 140° liegt. Auch
der Sichtwinkel γ ist
vom Einsatz des landwirtschaftlichen Fahrzeugs 1 abhängig und
durch konstruktive Maßnahmen
vorgegeben. So genügt
beispielsweise zur Erkennung von Schwaden ein Sichtwinkel γ = 40°, während bei
einem als Mähdrescher
ausgebildeten landwirtschaftlichen Fahrzeug 1 ein Sichtwinkel γ erforderlich
ist, der die gesamte Breite des Schneidwerkes erfaßt.
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Die
Laufzeitkamera 2 vorfügt über ein
Array aus Sensoren, von denen mindestens einer, bevorzugt jedoch
eine Vielzahl, besonders bevorzugt alle phasensensitiv ausgebildet
sind und sowohl Helligkeits- als auch Entfernungssignale liefern,
und deren Signaleingänge
mit der vorzugsweise inner halb des Fahrzeuges 1 untergebrachten
Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung verbunden sind.
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Beim
Betreiben der Anordnung nimmt die Laufzeitkamera 2 Bilder
des in Fortbewegungsrichtung vor dem Fahrzeug liegenden Geländes auf
und übermittelt
die dabei gewonnenen Bildinformationen, der Anordnung der Sensoren
entsprechend, als ein- oder zweidimensionale, durch die Objektstrukturen 3 hervorgerufene
Helligkeitsverteilung an die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung.
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Mit
der Fortbewegung des Fahrzeuges 1 ändert sich in Abhängigkeit
von der Fortbewegungsgeschwindigkeit der Abstand a zwischen der
Laufzeitkamera 2 bzw. dem Fahrzeuges 1 und den
von der Laufzeitkamera 2 in ihrem Sichtbereich 4 erfaßten Objektstrukturen 3.
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Von
den phasensensitiven Sensoren werden also nach dem „time-of-flight"-Prinzip neben den
Helligkeitswerten auch Informationen über die Abstände a zu
den Objektstrukturen gewonnen. In kurzen Zeitabständen, die
ein Taktgeber vorgibt, der vorteilhaft in die Laufzeitkamera 2 integriert
ist, werden diese Informationen laufend aktualisiert und auf dieser Grundlage
in der Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung stetig ein dreidimensionales
Bild von dem Raum vor dem Fahrzeug 1 erzeugt. Es versteht
sich von selbst, daß dabei
die Takte pro Zeiteinheit um ein Vielfaches höher sind als die in derselben
Zeiteinheit vom Fahrzeug 1 zurückgelegte Wegstrecke.
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Zur
Gewinnung der Informationen über
die Abstände
a sind phasensensitive Sensoren vorgesehen, die entweder in einer
Zeile liegen oder eine Fläche
aufspannen, so daß Bildinfor mationen
von Strukturen mehrerer Objekte erfaßt werden, die in einer Reihe
liegen, oder Bildinformationen von Strukturen mehrerer Objekte erfaßt werden,
die in einer Fläche liegen.
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Das
dreidimensionale Bild von dem Raum vor dem Fahrzeug 1 wird
permanent ausgewertet, um die markanten Objektstrukturen 3 von
Bild zu Bild wiederzuerkennen. Solche Objektstrukturen 3 entsprechen
je nach Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung Schwaden, Pflanzreihen,
Schnittkanten bei der Getreideernte, Regionen mit umgeknicktem Getreide
oder auch Reihen von Mais- oder Sojapflanzen. So sind in 2 beispielhaft
Pflanzreihen 5 dargestellt, die sich parallel zur Fortbewegungsrichtung
des Fahrzeuges 1 erstrecken und die durch Ackerfurchen,
die als Fahrspuren 6 dienen, voneinander getrennt sind.
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Aus
dem Bild- zu Bildvergleich werden mittels der Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung
neben den Informationen über
die Abstandsänderungen
auch die Informationen über
die Anderung der Lage des Fahrzeuges 1 relativ zu den Objektstrukturen 3 gewonnen
und daraus korrigierende Stellbefehle für die Lenkeinrichtung und die
Beschleunigungs- und Bremseinrichtung abgeleitet, an diese übermittelt
und so die Fortbewegungsrichtung und die Fortbewegungsgeschwindigkeit
des Fahrzeuges 1 beeinflußt.
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Bei
einer weiterführenden
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
ist die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung auch zur Farbauswertung
in dem dreidimensionalen Bild ausgebildet, so daß Objektstrukturen 3 nicht
nur im Hinblick auf ihre Größe oder
Form, sondern auch aufgrund ihrer besonderen Farbe unterscheidbar
sind.
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So
lassen sich beispielsweise anhand der ermittelten Informationen
die Pflanzreihen 5 von den Fahrspuren 6 präzise unterscheiden.
Damit wird eine besonders hohe Genauigkeit bei der korrigierenden Einflußnahme auf
die Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuges 1 erzielt.
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Denkbar
sind auch weiter Ausgestaltungen, so beispielsweise zur Auswertung
des dreidimensionalen Bildes im Hinblick auf eine eventuelle Schräglage des
Fahrzeuges 1 aufgrund von Bodenunebenheiten.
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Auch
ist es denkbar, die zur Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung gelangenden
Informationen mit Informationen eines GPS-Systems oder auch differentielle
GPS-Systems zu ergänzen,
wodurch eine weitere Präzisierung
erzielt wird.
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3 zeigt
schematisch ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung,
das sich anhand der darin enthaltenen Bezeichnungen und die durch
Pfeile markierten Signalflußrichtungen
selbst erklärt.
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Im
Gegensatz zu den einschlägigen,
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Anordnungen, bei
denen ein dreidimensionales Profil des Raumes vor dem Fahrzeug mittels
eines scannenden optischen Systems erzeugt wird, verzichten das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Anordnung
auf scannende optische Systeme. Dadurch ist es möglich, die Vielzahl der zweidimensionalen
Bildinformationen zeitlich parallel zu erfassen und im Gegensatz
zum Stand der Technik das dreidimensionale Profil simultan zu erzeugen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
insbesondere die beispielhaft angegebene erfindungsgemäße Anordnung
kann weiterhin dazu genutzt werden, Hindernisse im Sichtfeld vor
dem Fahrzeug zu detektieren. Da das System ein dreidimensionales Geländeprofil
erzeugt, ist es in der Lage, Objekte zu erkennen, die für die Maschine
aufgrund ihrer Größe ein Gefährdungspotential
besitzen, wie etwa große Steine,
Bäume,
unerwartet die Fahrtrichtung querende andere Fahrzeuge.
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Darüber hinaus
ist können
anhand der gewonnenen Bild- und Entfernungsinformationen Relativgeschwindigkeiten
sehr genau erkannt werden. Insbesondere Bewegungen einer Landmaschine
relativ zu einem Hindernis (z.B. einer andere Landmaschine) in Richtung
der Fahrtrichtung besitzt die laufzeitbasierte Bildinformationserfassung
den Vorteil, direkte Informationen über die Entfernung zu besitzen,
während
die herkömmliche
Verfahrensweise lediglich aufgrund von Größenänderungen im Bild eine Aussage über die
Entfernung treffen kann.
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Die
dreidimensionalen Profildaten des Raumes vor dem landwirtschaftlichen
Fahrzeug lassen sich beispielsweise weiterhin dazu nutzen, eine
Anpassung der an das Fahrzeug gekoppelten Werkzeuge an das Geländeprofil
vorzunehmen. So kann etwa das Schneidewerk eines Mähdreschers
automatisch in der Höhe
reguliert werden, um einen Bodenkontakt oder die Berührung mit
einem niedrigen Hindernis und damit eine Beschädigungen zu vermeiden. Das Schneidewerk
läßt sich
in der Höhe
stets so regulieren, daß ein
optimaler Abstand zum Untergrund eingehalten wird.
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Die
Erfindung schließt
auch Ausgestaltungen ein, bei denen die Laufzeitkamera so ausgerichtet
ist, daß nicht
nur von einem Geländeabschnitt
in Fahrtrichtung, sondern auch von Geländeabschnitten entgegengesetzt
oder seitlich zur Fahrtrichtung ein dreidimensionales Profil gewonnen
wird. So läßt sich
beispielsweise vorteilhaft ein benachbartes Fahrzeug im Hinblick
auf Ort, Abstand und/oder Relativgeschwindigkeit überwachen
und auf dieser Basis eine Anpassung der Fahrgeschwindigkeit und Fahrtrichtung
des gesteuerten Fahrzeuges vornehmen.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Laufzeitkamera
- 3
- Objektstruktur
- 4
- Sichtbereich
- 5
- Pflanzreihen
- 6
- Fahrspuren
- a
- Abstand
- f
- Frequenz
