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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Messung des
Abstandes zwischen Fahrzeugen. Derartige Verfahren sind insbesondere
anwendbar in Fahrerassistenzsystemen, zum Beispiel, um einen Fahrer
zu warnen, wenn ein kritischer Abstand zu einem vorausfahrenden
Fahrzeug unterschritten wird, oder um die Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch
anhand derjenigen des vorausfahrenden Fahrzeuges zu regeln.
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Die
meisten bekannten auf diesem Gebiet einsetzbaren Abstandsmessverfahren
verwenden Triangulationstechniken, bei denen wenigstens zwei Kameras
benötigt
werden, um einen gleichen Punkt an einem benachbarten Fahrzeug anzupeilen
und dessen Entfernung anhand einer Parallaxendifferenz der Kameras
zu berechnen. Aufgrund der Notwendigkeit von wenigstens zwei Kameras
sind derartige Verfahren kostspielig zu realisieren.
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Aus
EP 0 820 040 B1 ist
ein Verfahren zur Abstandsmessung bekannt, das zur Messung des Abstandes
zwischen benachbarten, sich bewegenden Fahrzeugen geeignet ist und
mit einer einzigen Kamera auskommt. In diesem Verfahren wird von
einem messenden Fahrzeug aus ein Bild des benachbarten Fahrzeuges
aufgenommen, und ein Merkmal des benachbarten Fahrzeuges wird in
dem Bild identifiziert. Das messende Fahrzeug verfügt hierfür über eine
Datenbank von vorgegebenen, bekannten Merkmalen, in der zu jedem
Merkmal auch dessen reale Größe verzeichnet
ist. Indem die Größe der Abbildung
des Merkmales in dem Bild ermittelt wird, kann anhand des Verhältnisses
der Größe der Ab bildung
zur in der Datenbank verzeichneten realen Größe des Merkmales die Entfernung
zu dem benachbarten Fahrzeug abgeschätzt werden.
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Ein
Problem dieses Verfahrens ist, dass es nur auf vorbekannte Merkmale
anwendbar ist, für
die ein Erkennungsmuster und die reale Größe in der Datenbank hinterlegt
sind. Die Messung des Abstandes zu einem benachbarten Fahrzeug,
von dem keine bekannten Merkmale in der Datenbank verzeichnet sind,
ist nicht möglich.
Da homologe Merkmale wie etwa Breite, Scheinwerferabstand oder dergleichen
an verschiedenen Fahrzeugtypen unterschiedliche Abmessungen haben
können,
ist Voraussetzung für
eine korrekte Abstandsschätzung,
dass der Typ des benachbarten Fahrzeuges korrekt identifiziert wird.
Diese Aufgabe wirft in der praktischen Realisierung erhebliche Schwierigkeiten
auf.
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Aus
DE 44 30 179 A1 ist
ein Verfahren bekannt, das die Messung des effektiven Sicherheitsabstandes
von Fahrzeugen ermöglichen
soll. Das Verfahren verwendet eine Uhr, die vom Fahrer des messenden
Fahrzeuges gestartet wird, wenn das benachbarte Fahrzeug einen ortsfesten
Bezugspunkt passiert, und die angehalten wird, wenn das messende
Fahrzeug selbst den Bezugspunkt passiert. Die gemessene Zeit wird
auf einer Skala der Uhr angezeigt, die in unterschiedlich gefärbte Abschnitte
unterteilt ist. Eine kurze Messzeit, die einem unzureichenden Abstand
zu dem vorausfahrenden Fahrzeug entspricht, ergibt eine Zeigerstellung
in einem roten Abschnitt der Skala; längere Messzeiten entsprechen
jeweils einer Zeigerstellung in einem gelben bzw. grünen Bereich
der Skala. Anhand der Farbe kann der Fahrer erkennen, ob er den
nötigen
Sicherheitsabstand einhält;
eine quantitative Entfernungsmessung ist damit nicht verbunden,
da die Zeigerstellung allein durch die zwischen Start und Stopp der
Uhr verstrichene Zeit bestimmt ist. Die Ausführung dieses Verfahrens beansprucht
ein hohes Maß an
Aufmerksamkeit des Fahrers, so dass es für einen Fahrer, der die nötige Aufmerksamkeit
aufbringt, um auf die Einhaltung des Sicherheitsabstands zu achten,
einfacher ist, vorbeugend einen großen Abstand zu einem vorausfahrenden
Fahrzeug einzuhalten, als das Verfahren durchzuführen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Messung des Abstandes
zwischen Fahrzeugen anzugeben, das im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems
ausführbar
ist, ohne die Aufmerksamkeit des Fahrers zu beanspruchen, und das eine
Entfernungsmessung mit einer einzigen Kamera ermöglicht, ohne auf die Identifizierbarkeit
vorgegebener Merkmale benachbarter Fahrzeuge und die Bekanntheit
der Abmessungen dieser Merkmale angewiesen zu sein.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren, bei dem vor den Schritten des Aufnehmens eines
Bildes des benachbarten Fahrzeuges, des Identifizierens eines Merkmales
des Fahrzeuges in dem Bild, des Ermittelns der Größe der Abbildung
des Merkmales in dem Bild und des Abschätzens der Entfernung zu dem
benachbarten Fahrzeug anhand der Größe der Abbildung vorbereitend
folgende Schritte ausgeführt
werden:
- – Identifizieren
eines zu dem benachbarten Fahrzeug benachbarten ortsfesten Gegenstandes
zu einem ersten Zeitpunkt,
- – Messen
der Zeit, bis das messende Fahrzeug den Gegenstand passiert,
- – Berechnen
der Entfernung zu dem benachbarten Fahrzeug anhand der gemessenen
Zeit,
- – Verknüpfen der
berechneten Entfernung mit der Größe der Abbildung des Merkmales.
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Anschaulich
gesprochen ermöglicht
die vorbereitende Entfernungsmessung die Berechnung der realen Größe des Merkmales,
so dass später
aus Änderungen
der Größe der Abbildung
des Merkmales auf Änderungen
des Abstandes zu dem benachbarten Fahrzeug geschlossen werden kann.
Da keine Vorabkenntnisse über
das Merkmal erforderlich sind, kann ein beliebiges, in dem Bild
des Fahrzeuges leicht erkennbares Merkmal gewählt werden. Das Verfahren ist
daher auf benachbarte Fahrzeuge beliebigen Typs anwendbar.
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Die
Entfernung des benachbarten Fahrzeuges wird zweckmäßigerweise
linear proportional zur Größe der Abbildung
angenommen.
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Um
eine exakte Abstandsbestimmung zu ermöglichen, sollte ein möglichst
ausgedehntes Merkmal des benachbarten Fahrzeuges gewählt werden; im
praktisch relevanten Fall der Bestimmung der Entfernung zu einem
vorausfahrenden oder nachfolgenden Fahrzeug wird als Merkmal daher
zweckmäßigerweise
eine Querausdehnung wie etwa der Abstand zwischen rechten und linken
Scheinwerfern gewählt.
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Als
ortsfester Gegenstand kann ein beliebiger von dem benachbarten Fahrzeug
passierter Gegenstand am Fahrbahnrand, zum Beispiel ein Fahrbahnbegrenzungspfosten,
ein Baum oder Strauch oder dergl. gewählt werden.
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Zweckmäßig ist
auch, den Gegenstand, sofern möglich,
auf der Fahrbahn zu wählen.
Besonders zweckmäßig ist
es, sofern vorhanden, einen Schlagschatten des benachbarten Fahrzeuges
zu identifizieren und als Gegenstand für die Entfernungsbestimmung
einen Gegenstand zu wählen,
der den Schlagschatten des Fahrzeuges verlässt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
bei Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
von einer erfindungsgemäßen Kamera
aufgezeichnetes Bild eines vorausfahrenden Fahrzeuges; und
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2 ein
Flussdiagramm des Verfahrens.
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Ein
Kraftfahrzeug ist zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgestattet mit einer auf die vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahn ausgerichteten
Kamera und einem Mikroprozessor für die Verarbeitung der von
der Kamera gelieferten Bilder, der u.a. an einen Zeitgeber sowie
an einen Tachometer des Fahrzeuges gekoppelt ist. Die Kamera hat
vorzugsweise einen Blickwinkel von 180°, das heißt, sie erfasst den gesamten
vor dem Fahrzeug liegenden Halbraum.
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1 zeigt
schematisch ein typisches von der Kamera aufgenommenes Bild. Zu
sehen ist ein vorausfahrendes Fahrzeug 1, dessen Abstand
zu dem die Kamera tragenden Fahrzeug überwacht werden soll, eine
Fahrbahn 2, auf der sich die beiden Fahrzeuge bewegen,
einen durchbrochenen Mittelstreifen 3 auf der Fahrbahnoberfläche sowie,
neben der Fahrbahn, Straßenbegrenzungspfähle 4.
Ein Schlagschatten 5 des Fahrzeuges 1 fällt auf
die Fahrbahn 2 und einzelne Striche des Mittelstreifens 3.
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Ein
von dem Bildverarbeitungsprozessor ausgeführtes Verfahren zum Messen
des Abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug 1 wird anhand
des Flussdiagramms der 2 erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt
S1 identifiziert der Bildverarbeitungsprozessor des messenden Fahrzeugs
das vorausfahrende Fahrzeug 1 in einem von der Kamera aufgenommenen
Bild. Nachdem in dem Bild das Fahrzeug 1 als solches identifiziert
und sein Umriss in dem Bild festgelegt worden ist, wählt der
Prozessor in Schritt S2 ein Referenzmerkmal des Fahrzeuges 1 für die Abstandsmessung.
Wenn das Verfahren bei Tageslicht ausgeführt wird, kann das Merkmal
zum Beispiel der Abstand zwischen rechtem und linkem Rand der Heckpartie
des Fahrzeuges 1 sein; dies ist im Allgemeinen das ausgedehnteste
Merkmal, das an dem Fahrzeug 1 gewonnen werden kann, und
es ist als Grenze zwischen einem von der Heckpartie gebildeten Bereich
des Bil des mit nicht oder langsam veränderlicher Farbe oder Helligkeit
und einem von der Fahrbahn gebildeten Bereich stark variabler Farbe
oder Helligkeit leicht zu identifizieren. Wenn das Verfahren bei
Dunkelheit ausgeführt
wird, bietet sich als Merkmal der Abstand zwischen Heckscheinwerfern 6 des
Fahrzeuges 1 an.
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Als
Nächstes
wird in Schritt S3 die Größe s einer
Abbildung des ausgewählten
Merkmales in der Bildebene der Kamera ermittelt.
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Die
Schritte S2 und S3 oder der Schritt S3 alleine werden/wird so oft
iteriert, bis der Bildprozessor in einem Bild von der Kamera einen
stationären
Gegenstand identifiziert, der neben dem Fahrzeug 1 sichtbar
wird. Bei diesem Gegenstand kann es sich zum Beispiel um einen der
Straßenbegrenzungspfähle 4 handeln;
es kann auch das Ende eines Striches des Mittelstreifens 3 oder
ein beliebiges anderes geeignetes Objekt gewählt werden.
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Unter
den in 1 gezeigten Lichtverhältnissen, bei denen der Schlagschatten 5 des
Fahrzeuges 1 auf den Mittelstreifen 3 fällt, ist
es zweckmäßig, ein Strichende
des Mittelstreifens 3 als Referenzgegenstand zu wählen, da
der Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug 1 das Strichende passiert,
eindeutig daran erkannt werden kann, dass dieses den Schlagschatten 5 des
Fahrzeuges verlässt
und dabei seine Helligkeit ändert.
Die Wahl des Referenzgegenstandes durch den Bildprozessor kann dementsprechend
vorzugsweise dadurch erfolgen, dass dieser in den Bildern der Kamera 5 jeweils
den Schlagschatten 5 identifiziert und abrupte Helligkeitsänderungen,
die am unteren Rand des Schlagschattens 5 auftreten, als
Referenzgegenstand wählt.
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Gleichzeitig
mit der Wahl des Referenzgegenstandes misst der Bildprozessor in
Schritt S4 einen Zeitpunkt Zeit1 anhand eines Signals vom Zeitgeber.
Anschließend
wird in Schritt S5 anhand sukzessive von der Kamera gelieferter
Bilder überprüft, ob der
ausgewählte
Referenzgegenstand das Blickfeld der Kamera verlassen hat. Wenn
der Referenzgegenstand in dem Bild von der Kamera nicht mehr zu
erkennen ist, so bedeutet dies, dass das messende Fahrzeug den Referenzgegenstand
passiert hat. In diesem Fall wird in Schritt S6 ein weiterer Zeitpunkt Zeit2
gemessen, und der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug 1 wird
in Schritt S7 berechnet als Quotient der vom Tachometer empfangenen
Fahrzeuggeschwindigkeit und der Differenz Zeit2-Zeit1. Damit ist
eine Beziehung hergestellt zwischen dem Abstand zum Fahrzeug 2 und
der Größe s, mit
der das ausgewählte
Merkmal des Fahrzeuges in der Bildebene der Kamera abgebildet wird.
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Um
die Entfernung zu dem vorausfahrenden Fahrzeug 1 fortlaufend
zu überwachen,
genügt
es nun, in den von der Kamera gelieferten Bildern jeweils das in
Schritt S2 gewählte
Merkmal zu identifizieren (Schritt S8) und die Größe seiner
Abbildung s' zu
messen (Schritt S9). Da die Größe dieser
Abbildung s' umgekehrt
proportional zum momentanen Abstand d' zwischen den Fahrzeugen ist, wird der momentane
Abstand d' in Schritt
S10 nach der Formel d' =
sd/s' erhalten.
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Das
oben beschriebene Verfahren stellt lediglich ein Grundkonzept der
vorliegenden Erfindung dar; diverse Verfeinerungen sind möglich. So
können zum
Beispiel die Schritte S2, S3 und S8, S9 gleichzeitig für mehrere
Merkmale des vorausfahrenden Fahrzeuges 1 ausgeführt werden,
und der aktuelle Abstand d' wird
in Schritt S10 jeweils als ein Mittelwert der anhand der verschiedenen
Merkmale berechneten Abstände
erhalten.
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Eine
andere Möglichkeit
ist, die Schritte S4, S5 von Zeit zu Zeit, wenn ein geeigneter Referenzgegenstand
identifiziert wird, zu wiederholen, um so zu einer von der Berechnung
des Schrittes S10 unabhängigen
Abstandsbestimmung zu kommen. Als tatsächlicher Abstand wird dann
ein – ggf.
gewichteter – Mit telwert
dieser zwei Abstandswerte angenommen, und der in der Berechnung
des Schrittes S9 verwendete Faktor sd wird für die Zukunft anhand dieses Mittelwertes
aktualisiert.