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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen einer
Entfernung eines Fahrzeugs zu einem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs. Ferner
betrifft die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug
zum Abschätzen
einer Entfernung des Fahrzeugs zu einem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs.
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Fahrerassistenzsysteme
dienen dazu, einen Fahrer beim Führen
eines Fahrzeugs zu unterstützen,
ihn vor drohenden Gefahren zu warnen und/oder automatisch Maßnahmen
zur Milderung der Folgen einer gegebenenfalls bevorstehenden Kollision
einzuleiten. Dazu greifen die Fahrerassistenzsysteme auf Daten eines
Ortungssystems zurück,
mit dem Objekte im Umfeld des Fahrzeugs, insbesondere andere Verkehrsteilnehmer,
detektiert werden können.
Beispiele für
solche Fahrerassistenzsysteme sind etwa Systeme zur Spurverlassenswarnung,
die den Fahrer darauf hinweisen, wenn er ohne zu blinken im Begriff
ist, die derzeit befahrene Fahrspur zu verlassen, oder solche Systeme,
die die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs automatisch so regeln,
dass einem detektierten, vorausfahrenden Fahrzeug in einer sicheren
Entfernung gefolgt werden kann. Als Ortungssysteme können beispielsweise
Mono- oder Stereo-Videosysteme eingesetzt werden. Bei dem Mono-Videosystem
wird eine einzige Videokamera und bei dem Stereo-Videosystem werden
zwei Videokameras zum Erfassen des Umfelds des Fahrzeugs eingesetzt.
Während
allerdings bei dem Stereo-Videosystem die Entfernung von dem Fahrzeug
zu dem Objekt in der Umgebung des Fahrzeugs direkt, insbesondere
durch Triangulation, bestimmt werden kann, ist das Mono-Videosystem
auf eine Modellannahme angewiesen. Bei dieser Modellannahme wird üblicherweise
festgelegt, dass sich eine untere Kante des mittels des Mono-Videosystems
festgestellten Objekts, in vertikaler Richtung betrachtet, auf der
gleichen Ebene befindet, wie das Fahrzeug, in dem das Mono-Videosystem
enthalten ist. Diese Annahme kann zu Fehlern beim Abschätzen der
Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt führen, da
sich das Objekt nicht notwendigerweise zusammen mit dem Fahrzeug
in dieser gleichen vertikalen Ebene befindet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein genaues Abschätzen einer
Entfernung zwischen einem Fahrzeug und einem sich im Umfeld des
Fahrzeugs befindlichen Objekts zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird verfahrensseitig durch die technische Lehre des Anspruchs
1 und vorrichtungsseitig durch die technische Lehre des Anspruchs
6 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den abhängigen Ansprüchen entnommen
werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt im Umfeld des Fahrzeugs
mittels Höhenangaben
eines Verlaufs einer Oberfläche
abgeschätzt,
auf der sich das Fahrzeug bewegt. Das erfindungsgemäße ist dazu
entsprechend ausgebildet, die Entfernung mittels Höhenangaben
des Verlaufs der Oberfläche
abzuschätzen,
auf der sich das Fahrzeug bewegt. Durch die Höhenangaben kann vorteilhafterweise
eine Krümmung
der Oberfläche
in vertikaler Richtung beim Abschätzen der Entfernung berücksichtigt
werden. Die vertikale Krümmung
kann bewirken, dass das Objekt im Vergleich zum Fahrzeug, in vertikaler
Richtung betrachtet, höher
oder niedriger positioniert ist. Diese vertikale Abweichung der
Position des Objekts von der Position des Fahrzeugs wird somit zum
Abschätzen
der Entfernung berücksichtigt.
Dadurch kann die tatsächliche
Entfernung wesentlich genauer abgeschätzt werden. Dies erhöht vorteilhafterweise
die Sicherheit der Insassen des Fahrzeugs und kann eine Unfallgefahr,
insbesondere durch geeignetes Einleiten von Gegenmaßnahmen
bei zu kurzer Entfernung, teils erheblich reduzieren. Die Höhenangaben
können
vorteilhafterweise einem Höhenprofil
der Oberfläche
entnommen werden. Die Oberfläche
ist insbesondere ein Fahrweg des Fahrzeugs, z. B. eine Straße. Der
Verlauf der Oberfläche
entspricht vorteilhafterweise demjenigen Verlauf, den die Oberfläche ausgehend
von dem Fahrzeug in Richtung des Objekts hat. Das Objekt kann insbesondere
ein vor dem Fahrzeug fahrendes anderes Fahrzeug sein.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Höhenangaben
der Oberfläche einer
digitalen Karte entnommen. Dies ist auf einfache Weise möglich. Bei
der digitalen Karte liegen die Höhenangaben
elektronisch in Form von digitalen Informationen vor. Die digitale
Karte umfasst beispielsweise Informationen, wie sie in Landkarten
und/oder Stadtplänen
vorhanden sind. Insbesondere umfasst die digitale Karte Informationen über Oberflächen der Land-
und/oder Ortschaften, die von der digitalen Karte erfasst werden.
Diese Oberflächen
sind vor allem Fahrwege für
Fahrzeuge, wie z. B. Straßen.
Die digitale Karte enthält
hier Höhenangaben über die Verläufe der
Oberflächen,
insbesondere der Fahrwege. Die digitale Karte weist vorteilhafterweise
Höhenprofile
der Oberflächen
auf. Eine solche digitale Karte kann beispielsweise in einem Navigationssystem
für Fahrzeuge
eingesetzt sein. Insofern ist die Verwendung der digitalen Karte
besonders vorteilhaft, da sie für
zwei Anwendungen in dem Fahrzeug einsetzbar ist. Die digitale Karte
kann beispielsweise als Datei oder Datenbank realisiert sein. Nach
einem Abrufen der in der digitalen Karte enthaltenen Informationen können diese
z. B. bei dem Navigationssystem auf einem Bildschirm dargestellt
werden.
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In
einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die digitale
Karte auf einem digitalen Speichermedium abgespeichert. Dabei werden die
Höhenangaben
aus dem digitalen Speichermedium ausgelesen. Das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem
weist dazu eine geeignete Leseeinrichtung zum Lesen des digitalen
Speichermediums auf. Auf dem digitalen Speichermedium lässt sich
die digitale Karte vorteilhafterweise besonders einfach abrufen
und ist sehr einfach und praktikabel einsetzbar. Das digitale Speichermedium
kann insbesondere eine sogenannte CD-ROM oder eine sogenannte DVD
sein.
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Bevorzugt
wird die Entfernung mittels der Höhenangaben desjenigen Verlaufs
der Oberfläche abgeschätzt, den
die Oberfläche
zwischen annähernd
einer Position des Fahrzeugs auf der Oberfläche und einem Horizont aufweist.
Dadurch lässt
sich die Entfernung besonders genau abschätzen. Der Horizont entspricht
dabei insbesondere einer unendlich großen Entfernung von dem Fahrzeug.
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Besonders
bevorzugt werden Bildinformationen über das Umfeld des Fahrzeugs
von einer Kamera, insbesondere einer einzigen Kamera, erfasst. Diese
erfassten Bildinformationen werden dann von einer Bildverarbeitungseinrichtung
verarbeitet.
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Betreffend
das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem
sind die Kamera und die Bildverarbeitungseinrichtung Bestandteile
des Fahrerassistenzsystems. Der Einsatz der Kamera ermöglicht vorteilhafterweise
ein genaues Erfassen des Umfelds. Die Bildverarbeitungseinrichtung
kann insbesondere die erfassten Bildinformationen verarbeiten, um
Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs zu orten. Dazu enthält die Bildverarbeitungseinrichtung
geeignete Algorithmen. Das Verwenden nur einer einzigen Kamera ist
vorteilhafterweise besonders kostengünstig.
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Nachfolgend
werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen
und der beigefügten
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems
in einem Kraftfahrzeug und
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2 eine
schematische Darstellung einer Bildaufnahme einer Kamera des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems
gemäß 1.
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In
den Figuren sind nachfolgend gleiche oder funktionsgleiche Elemente – sofern
nichts anderes angegeben ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems 10 in
einem Kraftfahrzeug 11. Das Fahrerassistenzsystem 10 dient
zum Abschätzen
einer Entfernung des Kraftfahrzeugs 11 zu einem Objekt 12,
das sich in einem Umfeld des Kraftfahrzeugs 11 befindet.
Das Objekt 12 kann beispielsweise ein vor dem Kraftfahrzeug 11 fahrendes,
anderes Kraftfahrzeug sein. Das Fahrerassistenzsystem 10 enthält eine
Kamera 13 zum Erfassen des Umfelds des Kraftfahrzeugs 11. Die
Kamera 13 ist hier eine digitale Videokamera. Die Kamera 13 nimmt
Bilder vom Umfeld des Kraftfahrzeugs 11 auf. Die Kamera 13 ist
in einem vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs 11 angeordnet
und erfasst das Umfeld vor dem Kraftfahrzeug 11 in Richtung
einer Vorwärts-Fahrtrichtung 14 des
Kraftfahrzeugs 11. Das Kraftfahrzeug 11 weist
eine Steuereinrichtung 15 auf, die Funktionen des Kraftfahrzeugs 11 steuert.
Die Steuereinrichtung 15 kann insbesondere ein Anpassen
einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 11 an die
abgeschätzte
Entfernung zu dem Objekt 12 steuern. Die Steuereinrichtung 15 enthält u. a.
eine Bildverarbeitungseinrichtung 16 zum Verarbeiten von
Bildinformationen, die ihr von der Kamera 13 zugeleitet
werden. Dazu ist die Bildverarbeitungseinrichtung 16 mit
der Kamera 13 verbunden. Die der Bildverarbeitungseinrichtung 16 zugeleiteten
Bildinformationen der von der Kamera 13 erfassten Bilder werden
von der Bildverarbeitungseinrichtung 16 analysiert, insbesondere
um Objekte, wie das Objekt 12, zu orten, die sich in dem
Umfeld des Kraftfahrzeugs 11 befinden. Die Bildverarbeitungseinrichtung 16 ist ebenfalls
Bestandteil des Fahrerassistenzsystems 10.
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Das
Kraftfahrzeug 11 fährt
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
auf einer Straße 17,
die einen bestimmten Verlauf, insbesondere in die Vorwärts-Fahrtrichtung 14,
hat. Die Straße 17 stellt
hier eine Oberfläche
dar, auf der sich das Kraftfahrzeug 11 bewegt. Die Straße 17 hat
in ihrem Verlauf ein bestimmtes Höhenprofil in eine vertikale
Richtung 18. Im Verlauf der Straße 17 verändert sich
somit die vertikale Höhe
der Straßenoberfläche der
Straße 17.
In der 1 weist die Straße 17 eine ebene,
horizontal verlaufende, erste Straßenoberfläche 19 auf, auf der sich
in der dargestellten Fahrsituation das Kraftfahrzeug 11 befindet.
Im weiteren Verlauf der Straße 17 in
Vorwärts-Fahrtrichtung 14 schließt sich
an die erste Straßenoberfläche 19 eine
zweite Straßenoberfläche 20 an,
deren vertikale Höhe
gegenüber
der Höhe der
ersten Straßenoberfläche 19 zunächst linear
ansteigt, dann mit einer Krümmung
wieder abfällt,
um schließlich
wieder die Höhe
der ersten Straßenoberfläche 19 zu
erreichen. In der Darstellung nach 1 ist zusätzlich zum
Verlauf der zweiten Straßenoberfläche 20 eine
Verlängerung
des horizontalen Verlaufs der ersten Straßenoberfläche 19 aus Anschauungsgründen mit
einer gestrichelten Linie dargestellt. An einer Stelle 21 der
zweiten Straßenoberfläche 20 mit
der größten Höhe in vertikaler
Richtung 18 befindet sich im Ausführungsbeispiel nach 1 das
Objekt 12 auf der zweiten Straßenoberfläche 20. Die Stelle 21 ist
gegenüber
der ersten Straßenoberfläche 19 um
eine vertikale Höhe 22 erhöht. Eine
Unterkante 23 des Objekts 12 ist daher gegenüber der
ersten Straßenoberfläche 19,
und damit den untersten Stellen des Kraftfahrzeugs 11,
d. h. den untersten Punkten der Reifen des Kraftfahrzeugs 11,
um die Höhe 22 erhöht.
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Das
Fahrerassistenzsystem 10 enthält ein digitales Speichermedium,
das hier eine CD-ROM 24 ist.
Die CD-ROM 24 enthält
eine digitale Karte mit digitalen Landschafts- und Stadtplänen. Diese
digitale Karte ist auf der CD-ROM 24 in Form von digitalen Daten
abgelegt, die in einer Datenbank zusammengestellt sind. Die digitale
Karte enthält insbesondere Verläufe von
Straßen.
Die digitale Karte enthält
erfindungsgemäß ferner
Höhenangaben
der Verläufe
der Straßen.
Diese Höhenangaben
können
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Genauigkeit bzw. Stützpunktweite
des Höhenprofils
von ca. 1 m haben. Die digitale Karte enthält somit ebenfalls Höhenangaben über den
Verlauf der Straße 17.
Das Höhenprofil der
Straße 17 ist
mit der oben genannten Genauigkeit in der digitalen Karte enthalten.
Das Fahrerassistenzsystem 10 enthält eine Leseeinrichtung 25,
mit der die auf der CD-ROM 24 abgespeicherte digitale Karte
ausgelesen werden kann. Insbesondere kann die Leseeinrichtung 25 die
Höhenangaben
des Verlaufs der Straße 17 auslesen.
Die aus der digitalen Karte ausgelesenen Informationen werden an
die Steuereinrichtung 15 übermittelt, die die ausgelesenen
und übermittelten
Höhenangaben
des Verlaufs der Straße 17 zum
Abschätzen
der Entfernung zwischen dem Kraftfahrzeug 11 und dem Objekt 12 verwendet.
Das Kraftfahrzeug 11 weist ferner ein satellitengestützes Navigationssystem 26 auf,
das in die Steuereinrichtung 15 integriert ist und mit
dem die Position des Kraftfahrzeugs 11, insbesondere auf
der Straße 17,
festgestellt werden kann.
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Die
Kamera 13 ist in dem Kraftfahrzeug 11 fest installiert.
Sie weist eine eindeutige Lage auf, die der Steuereinrichtung 15 bekannt
ist und die diese zum Abschätzen
der Entfernung berücksichtigt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist insbesondere eine Höhe 27 der
Kamera 13 im Kraftfahrzeug 11 bekannt. Daraus
ergibt sich unmittelbar eine Höhe
der Kamera 13 gegenüber
der Straße 17,
auf der das Kraftfahrzeug 11 fährt. Diese Höhe entspricht
weitgehend der Höhe 27.
Ferner ist ein Lage- oder Neigungswinkel 28 bekannt, um
den die Kamera 13 zur Horizontalen geneigt in dem Kraftfahrzeug 11 angeordnet
ist. Aus diesen Angaben ergibt sich die Lage der Kamera 13 bezüglich der
ersten Straßenoberfläche 19. 1 veranschaulicht
einen Aufnahme- oder Abbildungsbereich der Kamera 13, der
beim Aufnehmen eines Bildes vom Umfeld des Kraftfahrzeugs 11 von
der Kamera 13 erfasst werden kann. Dieser Aufnahme- oder
Abbildungsbereich bestimmt u. a. eine Bildoberkantenlinie 29 und
eine Bildunterkantenlinie 30 des von der Kamera 13 in
ihrer spezifischen Position aufgenommenen Bildes. In der 1 ist
ferner, ausgehend von der Kamera 13, eine horizontal verlaufende
Linie 31 zu sehen, die im Wesentlichen die Abbildung des
Horizonts repräsentiert.
Eine weitere Linie 32 verläuft ausgehend von der Kamera 13 zu der
Unterkante 23 des Objekts 12 an der höchsten Stelle 21 der
zweiten Straßenoberfläche 20 und schneidet
die gestrichelt dargestellte Verlängerung der horizontal verlaufenden
ersten Straßenoberfläche 19 an
einer Schnittposition 33.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Aufnahme eines Bildes 34 der
Kamera 13 des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems 10 gemäß 1.
Das Bild 34 gibt eine Darstellung des aufgenommen Umfelds
des Kraftfahrzeugs 11 projiziert in eine Ebene wieder.
Eine Bildoberkante 35 und eine Bildunterkante 36,
die das von der Kamera 13 aufgenommene Bild 34 oben
bzw. unten begrenzen, ergeben sich aus der Bildoberkantenlinie 29 bzw.
der Bildunterkantenlinie 30 gemäß 1. Das Bild 34 wird ferner
seitlich von zwei Seitenkanten 37 und 38 begrenzt.
Eine Horizontbildzeile 39 des Bildes 34 gibt Pixel-Bildinformationen
am Horizont wieder. Die Horizontbildzeile 39 ergibt sich
aus der Horizontlinie 31 gemäß 1. Eine
Objektzeile 40 des Bildes 34 gibt Pixel-Bildinformationen
in Höhe
der Unterkante 23 des Objekts 12 wieder. Die Objektzeile 40 ergibt
sich aus der weiteren Linie 32 gemäß 1. In der 2 sind
ferner die Straße 17,
ihr Mittelstreifen und ihr Verlauf in Vorwärts-Fahrtrichtung 14 sowie
das Objekt 12 dargestellt. Das Objekt 12 wird
mittels der Bildverarbeitungseinrichtung 16 aus den Bildinformationen
des Bildes 34 ermittelt. Dabei kann es einfachheitshalber
ausreichen, die Unterkante 23 des Objekts 12 zu
orten. Die Bildverarbeitungseinrichtung 16 enthält dazu
einen geeigneten Algorithmus, mit dem die Bildinformationen des
Bildes 34 analysiert werden können.
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Jede
Zeile, d. h. Pixelzeile, des Bildes 34 entspricht einer
bestimmten Entfernung des Aufgenommenen und im Bild 34 Dargestellten
von der Kamera 13, d. h. vom Kraftfahrzeug 11.
Die Horizontzeile 39 entspricht dabei einer unendlich großen Entfernung und
die Bildunterkante 36 einer geringsten, feststellbaren
Entfernung von dem Kraftfahrzeug 11. Die übrigen Zeilen
des Bildes 34 entsprechen dazwischen liegenden Entfernungen.
Die Steuereinrichtung 15 ist so ausgebildet, dass sie von
den vertikalen Positionen der Zeilen in dem Bild 34 auf
räumliche
Entfernungen von dem Kraftfahrzeug 11 schließen kann. Dementsprechend
kann die Steuereinrichtung 15 aufgrund der ihr zugeführten Angaben,
z. B. über
die Lage der Kamera 13, mittels der vertikalen Position der
Objektzeile 40, insbesondere in Relation zur vertikalen
Position der Horizontbildzeile 39, die Entfernung der Unterkante 23 des
Objekts 12 von dem Kraftfahrzeug 11 abschätzen. Bei
diesem Abschätzen
wird erfindungsgemäß die Höhenangabe
berücksichtigt,
die die Höhe 22 der
Stelle 21 angibt, an der sich die Unterkante 23 des
Objekts 12 auf der zweiten Straßenoberfläche 20 befindet. Zum
Abschätzen der
Entfernung des Objekts 12 von dem Kraftfahrzeug 11 werden
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
vorteilhafterweise die Höhenangaben
des Höhenprofils
des gesamten Verlaufs der Straße 17 zwischen
annähernd
der Position des Kraftfahrzeugs 11 und dem Horizont verwendet.
Dabei wird beim Abschätzen
der Entfernung die Annahme gemacht, dass die Position der Unterkante 23 des
Objekts 12 zumindest annähernd die Position des Objekts 12 wiedergibt,
so dass bei dem Bestimmen der Entfernung auf die Unterkante 23 abgestellt
wird. Die Steuereinrichtung 15 schätzt somit die Entfernung zwischen
dem Kraftfahrzeug 11 und dem Objekt 12, d. h. seiner
Unterkante 23, ab und ermittelt dabei eine abgeschätzte Entfernung 41.
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Die 2 zeigt
zur Verdeutlichung der Vorteile der vorliegenden Erfindung einen
Entfernungsschätzfehler 42,
der beim Abschätzen
der Entfernung zwischen dem Kraftfahrzeug 11 und dem Objekt 12 auftreten
würde,
wenn die Höhenangaben über den Verlauf
der Straße 17 nicht
berücksichtigt
würden. Dabei
wird, wie oben, von der Annahme ausgegangen, dass sich die Unterkante 23 des
Objekts 12 auf der Straßenoberfläche befindet. Die Steuereinrichtung 15 würde daher
in diesem Fall annehmen, dass sich die Unterkante 23 des
Objekts 12 an der Schnittposition 33 befindet.
Ausgehend davon, würde
die Steuereinrichtung 15 eine Entfernung 43 des
Kraftfahrzeugs 11 von dem Objekt 12 abschätzen. Die
Differenz zwischen der Entfernung 41 und der Entfernung 43 ist
der Entfernungsschätzfehler 42.
Die Steuereinrichtung 15 würde somit die Entfernung 43 im
Falle des Abschätzens
ohne Berücksichtigung
der Höhenangaben
größer abschätzen, als
die Entfernung 41 mit Berücksichtigung der Höhenangaben. Die
Berücksichtigung
der Höhenangaben
ist in diesem Fall somit besonders vorteilhaft und erhöht die Sicherheit
sowohl der Insassen des Kraftfahrzeugs 11 als auch der
Insassen des vorausfahrenden, anderen Kraftfahrzeugs, das durch
das Objekt 12 repräsentiert
wird.