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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erprobung eines Fahrerassistenzsystems
mit einer Bilderfassungsvorrichtung.
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Die
Funktionsabsicherung von kamerabasierten Fahrerassistenzsystemen
erfordert die Verfügbarkeit
von Bilddaten als Eingangsgrößen. Im technisch
einfachsten Fall erfolgt die Absicherung durch Fahrabsicherung unmittelbar
in realer Umgebung.
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Um
Daten typischer Fahrsituationen reproduzierbar zur Verfügung stellen
zu können,
wird in der Fahrzeugentwicklung heutzutage vielfach das nachfolgende
Verfahren praktiziert. Es werden mit der Zielplattform, d. h. mit
einer Bilderfassungsvorrichtung des Typs, der auch im späteren Einsatz
bei dem Fahrerassistenzsystem zur Anwendung kommen soll, während einer
Referenzfahrt Bilddaten in realer Umgebung erfasst. Um die nachfolgende
Informationsverarbeitung später
weiter optimieren zu können,
werden die während
der Referenzfahrt erfassten Bilddaten aufgezeichnet und stehen anschließend für weitere
Auswertungen zur Verfügung.
Um dabei eine Vielzahl von Fahrsituationen abzubilden, ist eine
große
Anzahl von Referenzfahrten sowie unter Umständen eine langwierige anschließende Sichtung
der aufgezeichneten Daten erforderlich. Beispielsweise müssen für die Funktionsabsicherung
eines Fernlichtassistenten, durch welchen das Fernlicht eines Kraftfahrzeugs
abhängig
von der Verkehrssituation vollautomatisch ein- und ausschaltbar ist,
in verschiedenen Ländern
umfangreiche Testfahrten auf Landstraßen, Autobahnen sowie durch
Ortschaften durchgeführt
werden.
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Die
auf solche Weise aufgezeichneten Bilddaten können jedoch in der Regel nur
im Zusammenhang mit vergleichbar zusammengestellten Fahrerassistenzsystemen
ohne Weiteres verwendet werden.
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Soll
bei dem Fahrerassistenzsystem nun beispielsweise eine andere Bilderfassungsvorrichtung verwendet
werden oder wurde die bei den Referenzfahrten verwendete Bilderfassungsvorrichtung
verändert
bzw. weiterentwickelt, müssen
alle aufgezeichneten Szenen neu „eingefahren" werden, um vergleichbare
Testparameter zu erhalten. Um das erforderliche Datenmaterial zu
sammeln, ist in vielen Fällen
sogar die Wiederholung von Testfahrten in unterschiedlichen Ländern erforderlich.
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Hinzu
kommt, dass ein absolut objektiver Vergleich unterschiedlicher Bilderfassungsvorrichtungen
bzw. auf unterschiedlichen Bilderfassungsvorrichtungen basierender
Fahrerassistenzsysteme trotz des beschriebenen hohen Aufwands nur
in wenigen Fällen
möglich
ist. Die hierzu erforderliche Wiederholung von Fahrsituationen,
insbesondere eine exakte Wiederholung von Extremsituationen, ist praktisch
kaum bzw. nicht bewerkstelligbar.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erprobung von Fahrerassistenzsystemen
zu schaffen, durch welches der für
Referenzfahrten anfallende Aufwand verringert wird.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bekannte
Verfahren gehen mit dem Nachteil einher, dass ein Datenabgriff erst
nach der Erfassung der Bilddaten durch die jeweils verwendete Bilderfassungsvorrichtung
erfolgt. Dadurch sind die gespeicherten Bilddaten geprägt von den
Bilderfassungseigenschaften der verwendeten Bilderfassungsvorrichtung.
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Hingegen
werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Erprobung eines Fahrerassistenzsystems mit einer Bilderfassungsvorrichtung
zunächst
durch eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete Referenzbildaufnahmevorrichtung
während
einer Referenzfahrt Referenzbilddaten aufgenommen und gespeichert.
Als Referenzbildaufnahmevorrichtung dient dabei, anders als beim
Stand der Technik, vorzugsweise nicht eine Bilderfassungsvorrichtung
des Typs, der auch im späteren
Einsatz bei dem Fahrerassistenzsystem zur Anwendung kommen soll, sondern
eine Bilderfassungsvorrichtung eines anderen Typs, mit welchem die
während
der Referenzfahrt auftretenden Fahrsituationen in möglichst
hoher Qualität
und/oder Realitätstreue
erfasst und gespeichert werden können.
Vorzugsweise wird eine Kamera mit sehr hoher räumlicher Bildauflösung verwendet.
Auch ein exakte Differenzierung von Helligkeitsstufen und ggf. Farbstufen
ist von großem
Vorteil für eine
spätere
realitätsnahe
Wiedergabe.
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Die
so erzeugten und gespeicherten Referenzbilddaten werden mittels
einer Bildwiedergabevorrichtung wiedergegeben, um einen Referenzbildstrom
zu erzeugen. Die Bildwiedergabevorrichtung kann beispielsweise einen
Projektor und eine Leinwand umfassen. Vorzugsweise ist die Bildwiedergabevorrichtung
geeignet, um die vorliegenden Referenzbilddaten ohne wesentlichen
Qualitätsverlust
als Referenzbildstrom wiederzugeben. Vorzugsweise besitzt die Bildwiedergabevorrichtung
dazu eine mindestens ebenso hohe räumliche Bildauflösung wie die
Referenzbildaufnahmevorrichtung. Als besonders günstig hat sich die Konstellation
erwiesen, dass Bildwiedergabevorrichtung und Referenzbildaufnahmevorrichtung
mit derselben Bildauflösung
arbeiten. Ebenso besitzt die Bildwiedergabevorrichtung vorzugsweise
die Eignung, Helligkeitsstufen und ggf. Farbstufen, die sich den
Referenzbilddaten entnehmen lassen, ohne wesentlichen Qualitätsverlust
wiederzugeben. Im Idealfall – also
bei idealer Auslegung und Bedienung der Referenzbildaufnahmevorrichtung
und der Bildwiedergabevorrichtung – gibt die Bildwiedergabevorrichtung
die optischen Eindrücke, die
sich der Referenzbildaufnahmevorrichtung während der Referenzfahrt bieten,
realitätsnah
als Referenzbildstrom wieder.
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Der
von der Bildwiedergabevorrichtung erzeugte Referenzbildstrom wird
nun von der Bilderfassungsvorrichtung des Fahrerassistenzsystems
erfasst und es werden Testbilddaten durch die Bilderfassungsvorrichtung
erzeugt. Diese Erzeugung von Testbilddaten entspricht im Wesentlichen
derjenigen, die bei bekannten Verfahren während einer Erprobungsfahrt
stattfinden muss. Die erzeugten Testbilddaten stehen nun für nachfolgende
Auswertungen zur Verfügung.
Sie wurden erhalten, ohne dass die Bilderfassungsvorrichtung an
der Referenzfahrt teilnehmen musste.
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Der
große
Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die während der Referenzfahrt gewonnenen Referenzbilddaten
in vergleichbarer Art und Weise verwendet werden können, um
auch Testbilddaten für
andere Bilderfassungsvorrichtungen zu gewinnen. Dadurch werden zum
einen neue Referenzfahrten zur Gewinnung der Testbilddaten für die anderen Bilderfassungsvorrichtungen
hinfällig,
denn selbstverständlich
müssen
auch alle weiteren Bilderfassungsvorrichtungen, für welche
auf Basis der Referenzbilddaten Testbilddaten erzeugt werden, nicht
an Referenzfahrten teilnehmen. Zum anderen wird aufgrund der Reproduzierbarkeit
des Referenzbildstroms aus den Referenzbilddaten ein objektiver
Vergleich zwischen allen Bilderfassungsvorrichtungen ermöglicht,
für welche
Testbilddaten auf Basis derselben Referenzbilddaten gewonnen werden.
Vorzugsweise wird von zumindest einer weiteren Bilderfassungsvorrichtung
ein von der Bildwiedergabevorrichtung auf Basis der Referenzbilddaten
erzeugter Referenzbildstrom erfasst, um zweite Testbilddaten zu erzeugen.
Die jeweiligen Testbilddaten können
erzeugt werden alleine durch die erneute Erzeugung des Referenzbildstroms
und die Erfassung des erzeugten Referenzbildstroms durch die jeweilige
Bilderfassungsvorrichtung. Die Erzeugung des Referenzbildstroms
erfolgt dabei vorzugsweise stets durch dieselbe Bildwiedergabevorrichtung,
kann gegebenenfalls aber auch durch eine andere Bildwiedergabevorrichtung
erfolgen.
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Die
Referenzbildaufnahmevorrichtung sollte bei der Referenzfahrt in
etwa so – vorzugsweise
genau so – in
oder an dem Kraftfahrzeug angeordnet und ausgerichtet sein, wie
die Bilderfassungsvorrichtung im Einsatzfall in diesem oder einem
vergleichbaren Kraftfahrzeug angeordnet und ausgerichtet ist. Insbesondere
sollte die horizontale (y-Achse) und vertikale (z-Achse) Ausrichtung
vorzugsweise dieselbe sein. Die Anbringung kann im einfachsten Fall
im Fahrzeuginneren hinter der Windschutzscheibe erfolgen. Um die
Referenzbilddaten allerdings unverfälscht aufzunehmen, kann die
Referenzbildaufnahmevorrichtung auch gezielt so angeordnet werden, dass
sich die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs dabei nicht im Strahlengang
befindet. Eine optische Verfälschung
durch Lichtbrechung an der Windschutzscheibe und/oder durch Frequenzfilter
(z. B. Infrarot), welche sich häufig
in einer Windschutzscheibe befinden, kann so vermieden werden. Um
einen realitätsnahen
Referenzbildstrom zu erzeugen, kann es daher vorteilhaft sein, die
Referenzbildaufnahmevorrichtung beispielsweise auf der Motorhaube
des Kraftfahrzeugs anzubringen. Alternativ kann die Anbringung beispielsweise
auch im vorderen Dachbereich des Kraftfahrzeugs oder außen an der Windschutzscheibe
erfolgen. Die Referenzbildaufnahmevorrichtung kann gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung auch derart in die Windschutzscheibe eingearbeitet,
eingespannt oder eingesetzt sein, dass ihr Korpus sich teilweise im
Fahrzeuginneren befindet, wohingegen ein vorderer Teil (z. B. das
Objektiv einer als Referenzbildaufnahmevorrichtung dienenden Kamera)
in Aufnahmerichtung aus der Windschutzscheibe herausragt. Die Windschutzscheibe
kann hierfür
mit einer entsprechenden Öffnung
versehen sein. Schließlich
kann die Referenzbildaufnahmevorrichtung auch vollständig im
Fahrzeuginneren hinter einer Öffnung
in der Windschutzscheibe angebracht sein. Neben der Ausrichtung
und Anordnung der Referenzbildaufnahmevorrichtung sollte vorzugsweise
Beachtung finden, dass zudem der Öffnungswinkel und/oder die
Brennweite und/oder andere typische Bildaufnahmeparameter der Referenzbildaufnahmevorrichtung
in etwa – besonders
bevorzugt sogar genau – dem Öffnungswinkel
der Bilderfassungsvorrichtung bzw. der Brennweite der Bilderfassungsvorrichtung
bzw. den anderen typischen Bildaufnahmeparametern der Bilderfassungsvorrichtung
entsprechen. Wird von der Referenzbildaufnahmevorrichtung ein größerer Ausschnitt
der Umgebung aufgenommen als von der Bilderfassungsvorrichtung benötigt, kann
der Referenzbildstrom aber auch nur ausschnittsweise von der Bilderfassungsvorrichtung
erfasst werden. Es sind dann geringere Anforderungen an eine exakte
Ausrichtung der Referenzbildaufnahmevorrichtung während der Referenzfahrt
im Kraftfahrzeug zu stellen. Auch sind dann geringere Anforderungen
an eine exakte Ausrichtung der Bilderfassungsvorrichtung auf den
durch die Bildwiedergabevorrichtung wiedergegebenen Referenzbildstrom
zu stellen. Allerdings sollte die Referenzbildaufnahmevorrichtung
in einem solchen Fall vorzugsweise mit einer höheren Bildauflösung als
die Bilderfassungsvorrichtung arbeiten. Besonders vorteilhaft erscheint
dabei ein Faktor der Bildauflösung
von mindestens zwei (zumindest doppelte Auflösung der Referenzbildaufnahmevorrichtung
gegenüber
der Bilderfassungsvorrichtung, z. B. mindestens 1504×960 bei
Verwendung einer Bilderfassungsvorrichtung der Auflösung 752×480). Störende Pixeleffekte
werden so weitgehend vermieden. Noch bessere Ergebnisse können erzielt
werden, wenn die Auflösung
der Referenzbildaufnahmevorrichtung die Auflösung der Bilderfassungsvorrichtung
um einen Faktor von zumindest drei übersteigt. Störende Pixeleffekte
werden dadurch noch wirksamer vermieden. Bei Verwendung einer Bilderfassungsvorrichtung
mit geringer Auflösung
kann es sogar vorteilhaft sein, eine Referenzbildaufnahmevorrichtung
mit um den Faktor sechs größerer Auflösung zu
verwenden. Störende
Pixeleffekte werden dadurch in der Regel vollständig vermieden.
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Der
technische Aufwand – sowohl
für die
Erfassung und Speicherung als auch für die nachfolgende Wiedergabe – wird bei
den oben angegebenen Faktoren für
die Auflösung
noch in vertretbaren Grenzen gehalten. Nachteilige pixelbedingte
Störeffekte
werden jedoch bereits wirksam vermieden. Es sei darauf hingewiesen,
dass ein solch deutlicher Faktor (z. B. drei bis sechs) des Übersteigens
mit überschaubarem
technischem Aufwand lediglich im Zusammenhang mit den in der Regel
verhältnismäßig gering
räumlich
auflösenden
Bilderfassungsvorrichtungen von Fahrerassistenzsystemen zu bewerkstelligen
ist. Insofern können
keine Anleihen für
eine solche Dimensionierung des Systems bei anderen bildverarbeitenden
technischen Anwendungen genommen werden.
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Auch
die Bildaufnahmerate der Referenzbildaufnahmevorrichtung und die – im einfachsten Fall
identische – Bildwiederholrate
bei der Erzeugung des Referenzbildstroms ist vorzugsweise geeignet
zu wählen.
Die meisten bei Fahrerassistenzsystemen eingesetzten Bilderfassungsvorrichtungen
und die nachfolgende Bilddatenverarbeitung arbeiten bei ca. 10 bis
45 Bildern pro Sekunde. Um Probleme bei Bilderfassung und Bilddatenverarbeitung
zu vermeiden oder zumindest zu minimieren, sollte der Referenzbildstrom
eine mindestens genau so große
oder vorzugsweise größere Bildwiederholrate
haben. Falls die Bildwiederholrate des Referenzbildstrom zu niedrig
ist, kann es zu Doppelbelichtungen und somit zu „Verwaschungs"-Effekten kommen. Eine Kantenerkennung
in der Bilddatenverarbeitung würde
dadurch erheblich erschwert. Idealerweise wird ein Synchronlauf
bewerkstelligt. Dies ist technisch in der Regel realisierbar, allerdings
muss hierzu für
jede einzusetzende Bilderfassungsvorrichtung gesondert eine Synchronisierung
durchgeführt
werden. Besonders vorteilhaft ist daher eine sehr hohe Bildwiederholrate, beispielsweise
Faktor 3 gegenüber
der Erfassungsrate der einzusetzenden Bilderfassungsvorrichtungen.
Wenn ein Referenzbildstrom mit solch hoher Bildwiederholrate erzeugbar
ist, können
verschiedene Bilderfassungsvorrichtungen flexibel getestet werden.
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Es
können
auch mehrere Bilderfassungsvorrichtungen gleichzeitig denselben
Referenzbildstrom erfassen. Vorzugsweise werden sie dazu eng benachbart
angeordnet, um einen vergleichbaren Aufnahmewinkel bezüglich des
Referenzbildstroms einzunehmen. Ansonsten kann der Referenzbildstrom mehrmals
erzeugt und nacheinander von mehreren gleich oder zumindest ähnlich positionierten
und ausgerichteten Bilderfassungsvorrichtungen aufgenommen werden.
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Vorzugsweise
umfasst das Fahrerassistenzsystem, auf welches das erfindungsgemäße Verfahren
angewendet wird, zumindest eine Informationsverarbeitungseinrichtung,
typischerweise ein Kraftfahrzeug-Steuergerät, und die Testbilddaten der
Bilderfassungsvorrichtung werden dieser Informationsverarbeitungseinrichtung
zugeführt.
Es kann somit das Zusammenwirken der Bilderfassungsvorrichtung und
der Informationsverarbeitungseinrichtung erprobt werden.
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Die
Testbilddaten können
der Informationsverarbeitungseinrichtung unmittelbar in Echtzeit
zugeführt
werden. Die Bilderfassungsvorrichtung muss hierzu mit der Informationsverarbeitungseinrichtung verbunden
sein. Das Zusammenwirken der Bilderfassungsvorrichtung und der Informationsverarbeitungseinrichtung
kann somit in unmittelbarer Reaktion auf die Erzeugung des Referenzbildstroms
erprobt werden.
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Die
Bilderfassungsvorrichtung und die Informationsverarbeitungseinrichtung
können
sogar funktional und mechanisch in ein Kraftfahrzeug integriert sein.
Es kann dann gesamthaft das im Kraftfahrzeug verbaute Fahrerassistenzsystem
erprobt werden.
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Alternativ
können
alle wesentlichen Bestandteile des später im Kraftfahrzeug verbauten
Fahrerassistenzsystems auch ohne Beteiligung eines Kraftfahrzeugs „fliegend" oder als Prüfstand aufgebaut
werden. So kann ebenfalls gesamthaft das später im Kraftfahrzeug verbaute
Fahrerassistenzsystem erprobt werden. Wenn die Bilderfassungsvorrichtung im
Einsatzfall hinter einer Windschutzscheibe oder einem anderen Bestandteil
des jeweiligen Kraftfahrzeugs angeordnet ist, kann es die Aussagekraft
der Versuchsergebnisse verbessern, wenn vergleichbare Bedingungen
auch bei einem solchen „fliegenden" Aufbau oder Prüfstand geschaffen
werden.
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Weder
die Bilderfassungsvorrichtung noch eine eventuelle Informationsverarbeitungseinrichtung
muss also während
der Erfassung des Referenzbildstroms notwendigerweise mechanisch
mit einem Kraftfahrzeug verbunden sein. Die Bilderfassungsvorrichtung
kann beispielsweise auch auf einem Stativ oder in sonstiger Art
und Weise geeignet auf den Referenzbildstrom ausgerichtet werden.
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Auch
die Anwesenheit einer Informationsverarbeitungseinrichtung, der
die Testbilddaten eventuell später
zugeführt
werden sollen, ist entbehrlich. Die Testbilddaten können auch
nach ihrer Erzeugung zunächst
gespeichert und beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt einer Informationsverarbeitungseinrichtung
zugeführt
werden. Der Versuchsaufbau für die
eigentliche Erprobung der Bilderfassungsvorrichtung muss somit im
Minimalfall nur die Bilderfassungsvorrichtung selbst und die Bildwiedergabevorrichtung
sowie gegebenenfalls eine Speichereinrichtung zur Speicherung der
Testbilddaten umfassen.
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Vorteilhaft
ist auch eine Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher der von der Bildwiedergabevorrichtung
erzeugte Referenzbildstrom von zumindest einer weiteren Bilderfassungsvorrichtung
erfasst wird, um zweite Testbilddaten zu erzeugen, und bei welcher
die von der Bildwiedergabevorrichtung erzeugten Testbilddaten und
die von der weiteren Bildwiedergabevorrichtung erzeugten Testbilddaten
derselben Informationsverarbeitungseinrichtung zugeführt werden.
Es wird somit ein Vergleich mehrerer Bilderfassungsvorrichtungen
im Zusammenwirken mit derselben Informationsverarbeitungseinrichtung möglich. Ist
beim Versuch jeweils auch das übrige Fahrerassistenzsystem
vorhanden und wird dieses zwischen den Einzelversuchen nicht verändert, wird sogar
ein Vergleich mehrerer Bilderfassungsvorrichtungen im Zusammenwirken
mit dem gesamten übrigen
Fahrerassistenzsystem möglich.
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Die
Bilderfassungsvorrichtungen können nacheinander
mit einem entsprechenden Testsystem verbunden werden. Alternativ
können
auch nacheinander gespeicherte Testbilddaten zu verschiedenen Bilderfassungsvorrichtungen
in das Testsystem eingespeist werden.
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Sofern
die erzeugten Testbilddaten auf eine andere Art und Weise als durch
die Zuführung
an eine Informationsverarbeitungseinheit des Fahrerassistenzsystems
ausgewertet werden können – etwa durch
eine bloße
bildverarbeitungstechnische Überprüfung daraufhin,
ob in einem aus den Testbilddaten erzeugbaren Bildstrom gewisse
Bildmerkmale durch eine bestimmte Bildverarbeitungsmethode erkennbar sind – kann auf
eine Zuführung
an die Informationsverarbeitungseinheit verzichtet werden. Es kann dann
beispielsweise alleine auf Basis der Bildverarbeitungsergebnisse
ein Vergleich zwischen den Testbilddaten verschiedener Bilderfassungsvorrichtungen
angestellt werden. Eine solche isolierte Überprüfung der Bilderfassungsvorrichtung
kann unter Umständen
nahezu ebenso aussagekräftig
sein wie die Überprüfung des
gesamten kamerabasierten Fahrerassistenzsystems, da die Bilderfassungseigenschaften
der verwendeten Bilderfassungsvorrichtungen eine wesentliche Einflussgröße hinsichtlich
der Qualität
und Leistungsfähigkeit
kamerabasierter Fahrerassistenzsysteme in modernen Kraftfahrzeugen darstellen.
Insofern ist es für
die Entwicklung solcher Fahrerassistenzsysteme auch von großem Vorteil, die
Eignung der Bilderfassungsvorrichtungen als solchen in der Einsatzsituation
bzw. in der erfindungsgemäß simulierten
Einsatzsituation überprüfen zu können.
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Die
Speicherung der Referenzbilddaten erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wegen der besseren Reproduzierbarkeit und Auswertbarkeit vorzugsweise
digital, kann jedoch auch analog erfolgen. Dasselbe gilt für eine eventuelle
Speicherung der Testbilddaten. Vorzugsweise werden die Testbilddaten – sofern
sie gespeichert werden – möglichst verlustfrei
in demjenigen Datenformat gespeichert, in welchem sie im realen
Betrieb der erzeugenden Bilderfassungsvorrichtung erzeugt werden.
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Die
Relevanz einer hohen Bildauflösung
für die
Aussagekraft der Erprobungsversuche wurde weiter oben bereits angesprochen.
Vorzugsweise erfolgen die Aufnahme der Referenzbilddaten durch die
Referenzbildaufnahmevorrichtung und die Erzeugung des Referenzbildstroms
durch die Bildwiedergabevorrichtung jeweils in einer Bildauflösung, welche
die Bildauflösung
der Testbilddaten übersteigt. Die
Bildauflösung
der Referenzbildaufnahmevorrichtung und der Bildwiedergabevorrichtung
können
dabei identisch sein, wodurch die dazwischen liegende Datenbehandlung
erleichtert wird. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahme der Referenzbilddaten durch
die Referenzbildaufnahmevorrichtung und die Erzeugung des Referenzbildstroms
durch die Bildwiedergabevorrichtung jeweils in einer Bildauflösung erfolgt,
welche die Bildauflösung
der Testbilddaten sogar deutlich übersteigt. Als besonders geeignet
erscheint dabei ein Faktor des Übersteigens
von mindestens zwei, in Sonderfällen
sogar sechs. Der technische Aufwand wird dabei noch in vertretbaren
Grenzen gehalten. Nachteilige pixelbedingte Störeffekte werden jedoch bereits
wirksam vermieden.
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Vorzugsweise
wird eine Bildwiedergabevorrichtung verwendet, durch welche sehr
hohe Leuchtdichten erzeugbar sind. So können auch Scheinwerfer anderer
Verkehrsteilnehmer realitätsnah
im Referenzbildstrom nachgebildet werden. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn die Bildwiedergabevorrichtung – insbesondere ein gegebenenfalls
verwendeter Projektor – geeignet
ist, Leuchtdichten von mehr als 5000 cd/qm zu erzeugen.
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Im
Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen bevorzugte
Ausführungsbeispiele der
Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen
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1 eine
erste Versuchsanordnung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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2 eine
zweite Versuchsanordnung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Eine
erste Versuchsanordnung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in 1 dargestellt.
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Die
Versuchsanordnung dient zur Funktionsabsicherung von kamerabasierten
Fahrerassistenzsystemen (FAS). Eine Bildwiedergabevorrichtung umfasst
einen Projektor 1 und eine Leinwand 2 sowie (nicht
eigens grafisch dargestellte) Mittel zur Ansteuerung des Projektors 1.
Eine zu erprobende Kamera 3 eines Fahrerassistenzsystems
ist derart auf die Leinwand 2 gerichtet, dass das dort
durch Projektion erzeugte Bild von der Kamera 3 aufgenommen
werden kann. Die Kamera 3 ist hierzu auf einem Stativ befestigt.
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Durch
den Projektor 1 wird auf der Leinwand 2 ein Referenzbildstrom
wiedergegeben. Die Wiedergabe erfolgt auf Basis von Referenzbilddaten,
die während
Referenzfahrten mit einem Kraftfahrzeug in definierten Fahrsituationen
mittels einer als Referenzbildaufnahmevorrichtung dienenden High-Definition-Kamera
(HD-Kamera) aufgenommen und gespeichert wurden. Für die Aufnahme
der Fahrszenen wurde die High-Definition-Kamera mit einer sehr guten
Optik, die wenig Licht absorbiert, ausgestattet. Eine High-Definition-Kamera
wurde gewählt,
da mittels dieser mit einer Bildauflösung von mindestens 1920×1080 Pixeln
aufgenommen werden kann. Die gewählte
hohe Bildauflösung
liegt ganz bewusst weit über
der Auflösung
der typischerweise in Fahrerassistenzsystemen verwendeten Kameras.
Somit kann eine reale Umgebung in für die Erprobung ausreichender
Qualität
durch Projektor und Leinwand simuliert werden.
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Der
Projektor 1, durch welchen die aufgezeichneten Referenzbilddaten
als Referenzbildstrom wiedergegeben werden, ist im vorliegenden
Fall besonders lichtstark dimensioniert. Er ist geeignet, den Referenzbildstrom
in derselben hohen Bildauflösung zu
erzeugen, in welcher die Referenzbilddaten vorliegen.
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Die
Kamera 3 wird im in 1 abgebildeten Fall
einer Aufllichtprojektion unterhalb des Projektors 1 in
genau solcher Position und Ausrichtung vor der Leinwand 2 angebracht,
dass der dort wiedergegebene Referenzbildstrom im Wesentlichen ohne
Beschnitt der Ränder
durch die Kamera 3 aufgenommen wird. Eine beim Projektor 1 einstellbare
Vorverzerrung korrigiert Verzerrungen, die sich ohne weitere Maßnahmen
unter anderem aus den unterschiedlichen Blickwinkeln des Projektors 1 und
der Kamera 3 ergeben würden.
Gemäß anderer,
hier nicht eigens bildlich dargestellter, Ausführungsformen kann Projektor 1 selbstverständlich auch
neben der Kamera 3 angeordnet werden.
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Im
in 2 abgebildeten Fall einer Rückprojektion wird die Kamera 3 ebenso
in entsprechender Art und Weise vor der Leinwand aufgestellt, während der
Projektor 1 den Referenzbildstrom von hinten auf die Leinwand 2 projiziert.
Eine Vorverzerrung ist bei einer solchen Rückprojektion in der Regel nicht
erforderlich. Zudem kann die Leinwand 2 als „Weichzeichner" dienen, durch welche
störende
Pixeleffekte verringert werden.
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In
beiden Fällen
sind bei der Wahl von Leinwand 2 und Projektor 1 bestimmte
Parameter zu beachten:
- a) Viele Projektoren
erzeugen die Farben mit einem sich drehenden Farbrad, das die Grundfarben
(rot, grün
und blau) nacheinander darstellt. Das menschliche Auge ist träge genug,
um letztendlich ein sauberes Farbbild zu erkennen. Eine Kamera ist
jedoch in der Regel in der Lage, die kurzzeitig auftretenden monochromen
Einzelbilder zu erfassen. Deshalb sollte der Projektor 1 die Farben
vorzugsweise simultan erzeugen. Selbst wenn die einzelnen Farbpunkte
bei genauer Betrachtung nebeneinander liegen, ergeben sich bei simultaner
Farberzeugung durch die räumliche Unterabtastung
mittels der geringer auflösenden Kamera 3 in
deren Bild die beabsichtigten Mischfarben. Besonders geeignet für den Versuchsaufbau
ist ein zur simultanen Farberzeugung geeigneter 3-Chip-LCD-Projektor.
Alternativ kann auch ein Projektor auf DLP- oder Lasertechnologie-Basis zum Einsatz
kommen.
- b) Die mit der speziellen High-Definition-Kamera aufgenommen
Fahrszenen müssen „progressiv", d. h. als Vollbilder
wiedergegeben werden. Vorzugsweise sollten sie bereits als Vollbilder
aufgenommen werden, damit eine möglichst
gute Abbildung der Realität
erreicht werden kann. Bei einer Aufnahme oder Wiedergabe im „interlaced
mode", d. h. als
Halbbilder, ergibt sich wie unter Punkt a) der Effekt, dass die
Kamera die Momentaufnahme erkennt, was zu einer Verfälschung
der Versuchsergebnisse führen
kann. Die Aufnahmen sollten zudem mit einer Anzahl von Bildern pro Sekunde
aufgenommen werden, die oberhalb, vorzugsweise deutlich oberhalb,
der Anzahl von Bildern pro Sekunde liegt, mit welcher die zu erprobenden
Kameras Bilder aufnehmen. Ansonsten könnten ebenfalls die Versuchsergebnisse mangels
einer ausreichenden Nachbildung der realen Verhältnisse einer Referenzfahrt
verfälscht werden.
- c) Die Leinwand 2 sollte einen möglichst guten Reflexions- und
Gainfaktor besitzen, damit das Licht des Projektors 1 nicht
zu stark absorbiert oder in die Umgebung gestreut wird. Vorzugsweise
wird eine Leinwand 2 verwendet, die eine homogene Lichtverteilung
erzeugt. Insbesondere bei vielen kommerziell verfügbaren Rückprojektionsleinwänden ist
eine nachteilige „Hot
Spot"-Bildung zu
erkennen. Dieser Effekt muss im Versuch weitgehend – möglichst
sogar vollständig – verhindert
werden, da ansonsten die für
eine hochqualitative Nachbildung der realen Umgebung erforderlichen
photometrischen Leuchtdichten in den Außenbereichen der Leinwand nicht
realisiert werden können
und sich ungewollte Inhomogenitäten
ergeben.
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Sowohl
bei der Auflichtprojektion als auch bei der Rückprojektion sollte vorzugsweise
die so genannte photometrische Grenzentfernung zwischen der Kamera 3 und
der Leinwand 2 eingehalten werden. Diese photometrische
Grenzentfernung ist festgelegt als diejenige Entfernung, bei welcher
die Entfernung zwischen Sender (Leinwand) und Empfänger (FAS)
das Zehnfache der größten Querdimension
des Empfängers
bzw. Senders beträgt.
Wird eine Entfernung gewählt,
die über
der photometrischen Grenzentfernung liegt, so ergibt die Näherung des Kugelschalenabschnitts
durch eine ebene Fläche
einen Fehler von weniger als 2%.
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Andererseits
kann es auch vorteilhaft sein, die photometrische Grenzentfernung
bewusst zu unterschreiten und/oder einen Projektor mit extrem hoher
Leuchtdichte zu verwenden. Insbesondere zur realitätsnahen
Nachbildung von Fahrsituationen, in welchen Scheinwerfer anderer
Verkehrsteilnehmer im Referenzbildstrom abzubilden sind, muss der
Projektor sehr nahe an der Leinwand stehen und/oder zur Erzeugung
sehr hoher Leuchtdichten geeignet sein, um annähernd die Leuchtdichten eines
Scheinwerfers nachbilden zu können.
Dementsprechend muss – zumindest
bei Auflichtprojektion – auch
die Kamera sehr nahe bei der Leinwand platziert werden, um Verdeckungen
zu vermeiden. Vorzugsweise wird die Erprobungsanordnung so gestaltet,
dass Leuchtdichten von mehr als 5000 cd/qm, vorzugsweise ca. 6000–7000 cd/qm
(oder sogar noch höher)
auf der Leinwand erzeugbar sind. Da solch hohe Leuchtdichten von
einem menschlichen Betrachter in der Regel als unangenehm empfunden
werden, kann hierfür keine
Anleihe bei bekannten Verfahren zur Bilddarstellung genommen werden.
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Mit
dem beschriebenen Aufbau und Verfahren können verschiedene kamerabasierte
Fahrerassistenzsysteme oder auch verschiedene Kameras für solche
Fahrerassistenzsysteme erprobt und/oder abgesichert werden. Zum
einen ist der Versuchsaufbau verwendbar für bildauswertende Funktionen,
die wiederum eine Systemreaktion nach sich ziehen. Ein Beispiel
hierfür
ist der Fernlichtassistent, der das Fernlicht eines Kraftfahrzeugs
automatisch ein- und ausschaltet. Zum anderen kann der Aufbau eingesetzt
werden für
die Erprobung und/oder Absicherung bildanzeigender Vorrichtungen
und Verfahren, wie etwa Vorrichtungen und Verfahren für eine Verkehrszeichenerkennung.
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Der
Versuchsaufbau, der sich beispielsweise in einem Labor realisieren
lässt,
ermöglicht
einen Vergleich diverser Fahrerassistenzsysteme bzw. Kameras unter
gleichen Testparametern bzw. Testbedingungen. Zum Beispiel können Systemen
verschiedener Hersteller jeweils dieselben Fahrszenen als Referenzbildstrom „vorgespielt" und anschließend die
Resultate gegenübergestellt
werden. Jedes System beurteilt die exakt gleichen Fahrszenen, wodurch
eine objektive Beurteilungsbasis geschaffen ist.
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Neue
Kameras und Bildverarbeitungs-Algorithmen können mit dem beschriebenen
Versuchsaufbau unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens schnell und
effektiv getestet werden. Dies spart Zeit und Kosten für aufwändige Testfahrten
und ermöglichte
eine schnelle Aussage über
Güte und Qualität von Fahrerassistenzsystemen
bzw. über
den Grad der Erfüllung
vorgegebener Anforderungen.
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Die
vorliegenden Ausführungen
beziehen sich im Wesentlichen auf die einfache Erprobung von nicht
in einen Kraftfahrzeugverbund integrierten Bilderfassungsvorrichtungen.
Die Erfindung ist jedoch nicht als auf diesen Fall beschränkt anzusehen. Ebenso
kann eine zu erprobende Bilderfassungsvorrichtung im Kraftfahrzeugverbund
erprobt werden. Es wird dann das gesamte Kraftfahrzeug so gegenüber der
Bildwiedergabevorrichtung angeordnet und ausgerichtet, dass der
durch die Bildwiedergabevorrichtung erzeugte Referenzbildstrom von
der Bilderfassungsvorrichtung aufnehmbar ist. Auch ein Verbund mit
einzelnen Kraftfahrzeugteilen, etwa einer Windschutzscheibe, in
welche die Bilderfassungsvorrichtung integriert ist, steht einer
Erprobung durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht im Wege.
Es muss dann lediglich der entsprechende Teileverbund so gegenüber der
Bildwiedergabevorrichtung angeordnet und ausgerichtet werden, dass
der durch die Bildwiedergabevorrichtung erzeugte Referenzbildstrom von
der Bilderfassungsvorrichtung aufnehmbar ist.
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Es
kann für
die Erprobung auch gezielt ein Verbund oder zumindest ein Zusammenwirken
mit zumindest einem anderen Kraftfahrzeugteil, beispielsweise einer
Windschutzscheibe, geschaffen werden. Beipielsweise kann die Erprobungsanordnung
ein Gestell umfassen, in welches eine Windschutzscheibe und eine
zu erprobende Kamera derart eingespannt werden, dass die Windschutzscheibe
die Bilderfassung durch die Kamera in praxisnaher Art und Weise
beeinflusst. Die Kamera kann dabei mit der Windschutzscheibe verbunden
sein, sie kann aber auch separat an dem Gestell befestigt werden.
Es kann auch ein zusätzliches
Gestell für
die Kamera Verwendung finden. Das Gestell ermöglicht vorzugsweise einen einfachen
Wechsel der jeweils eingespannten Windschutzscheibe. Vorzugsweise
ist zusätzlich
der Winkel verstellbar. So können
sehr einfach unterschiedliche praxisnahe Einsatzbedingungen für die Kamera
(z. B. unterschiedliche Filter der verwendeten Windschutzscheiben,
unterschiedliche Winkel) geschaffen werden.
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Die
vorliegende Beschreibung und die vorliegenden Patentansprüche setzen
bis hierhin voraus, dass zunächst
durch eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete Referenzbildaufnahmevorrichtung
während
einer Referenzfahrt Referenzbilddaten aufgenommen und gespeichert
werden, bevor diese gespeicherten Referenzbilddaten mittels einer
Bildwiedergabevorrichtung wiedergegeben werden, um einen Referenzbildstrom
zu erzeugen, und der von der Bildwiedergabevorrichtung erzeugte
Referenzbildstrom von der Bilderfassungsvorrichtung eines zu erprobenden
Fahrerassistenzsystem erfasst wird, um Testbilddaten zu erzeugen.
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Der
dieser technischen Lehre noch übergeordnete
allgemeine erfinderische Gedanke ist jedoch nicht auf den Fall beschränkt anzusehen,
dass der Referenzbildstrom auf Basis von Referenzbilddaten erzeugt
wird, die tatsächlich
bei einer Referenzfahrt sensorisch erfasst werden. Stattdessen kann
der Referenzbildstrom auch vollständig oder teilweise durch eine
geeignete rechnergestützte
Simulation erzeugt werden.
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Die
durchzuführenden
technischen Maßnahmen
zur vollständigen
Erzeugung des Referenzbildstroms auf Basis einer rechnergestützten Simulation sind
dem Fachmann geläufig.
Die Anforderungen an den Detaillierungsgrad, die Auflösung und
die Bildwiederholrate können
analog der obigen Beschreibung entnommen werden. Wesentlich ist
für die
vollständige
Erzeugung des Referenzbildstroms auf Basis einer rechnergestützten Simulation
die Verfügbarkeit
eines hinreichend detaillierten Datenmodells einer virtuellen Umgebungsszene,
durch welches eine entsprechende virtuelle Referenzfahrt erfolgen
kann, um einen realitätsnahen
Referenzbildstrom zu erzeugen. Die Simulation kann online oder offline
erfolgen, d. h. es kann entweder während der Erprobung eine virtuelle
Referenzfahrt erfolgen und schritthaltend modellbasiert der zugehörige Referenzbildstrom
erzeugt werden oder es können
zunächst
Simulationsbilddaten erzeugt und (z. B. als „Film") gespeichert werden, aus welchen später zu Erprobungszwecken der
entsprechende Referenzbildstrom erzeugt wird. Im zweiten Fall sind
geringere Anforderungen an die Leistungsfähigkeit einer für die Simulation
verwendeten Recheneinheit zu stellen.
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Eine
teilweise Erzeugung durch rechnergestützte Simulation könnte beispielsweise
darin bestehen, dass Realbilddaten durch Simulationsdaten augmentiert
werden. So könnte
beispielsweise in einen während
einer Referenzfahrt aufgezeichneten „Film" ein virtuelles Hindernis, ein virtueller
anderer Verkehrsteilnehmer, ein virtuelles Verkehrszeichen oder
ein anderes virtuelles Objekt derart eingeblendet werden, dass im
Ergebnis ein entsprechend augmentierter „Film" als Referenzbildstrom zur Verfügung steht.
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Die
vollständige
oder teilweise Erzeugung des Referenzbildstroms erlaubt bei der
Erprobung insbesondere eine sehr einfache Veränderung von Parametern des
dargestellten Referenzbildstroms zwischen mehreren Erprobungsdurchgängen. Beispielsweise
kann die Lage und/oder Größe und/oder Farbgebung
dargestellter Objekte sehr einfach verändert werden. So kann verbessert
die Systemreaktion auf bestimmte Veränderungen geprüft werden, was
wiederum verbesserte Rückschlüsse auf
die Eignung des erprobten Systems beispielsweise zur Detektion bestimmter
Fahrsituationen oder Gefahrenzustände zulässt.
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Die
vorliegende Beschreibung und die vorliegenden Patentansprüche sind
zur Konkretisierng und Veranschaulichung einer bevorzugten Variante
des allgemeinen erfinderischen Gedankens fokussiert.
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Nichtsdestotrotz
wird der nachfolgende allgemeine erfinderische Gedanke bereits per
se als erfinderisch erachtet:
Verfahren zur Erprobung eines
Fahrerassistenzsystems mit einer Bilderfassungsvorrichtung mit den Schritten:
- – mittels
einer Bildwiedergabevorrichtung wird ein Referenzbildstrom erzeugt
und
- – der
von der Bildwiedergabevorrichtung erzeugte Referenzbildstrom wird
von der Bilderfassungsvorrichtung erfasst, um Testbilddaten zu erzeugen.
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Unter
diesen allgemeinen erfinderische Gedanke fällt auch die in den vorhergehenden
Abschnitten beschriebene Fall der vollständigen oder teilweisen Erzeugung
des Referenzbildstroms auf Basis einer rechnergestützten Simulation.
Eine mögliche
und vorteilhafte Ausführungsform
dieses allgemeinen erfinderischen Gedankens stellt somit auch das
folgende Verfahren dar:
Verfahren zur Erprobung eines Fahrerassistenzsystems
mit einer Bilderfassungsvorrichtung mit den Schritten:
- – auf
Basis einer rechnergestützten
Simulation werden Referenzbilddaten erzeugt,
- – die
erzeugten Referenzbilddaten werden mittels einer Bildwiedergabevorrichtung
wiedergegeben, um einen Referenzbildstrom zu erzeugen, und
- – der
von der Bildwiedergabevorrichtung erzeugte Referenzbildstrom wird
von der Bilderfassungsvorrichtung erfasst, um Testbilddaten zu erzeugen.