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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erfassen und Auswerten einer
Fahrzeugbewegung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei
der Verarbeitung von Bilddaten bewegter Szenarien, insbesondere
um ein bewegtes Fahrzeugs in einem vorgegebenen Überwachungsbereich
zu erkennen und zu verfolgen ist es erforderlich, in den einzelnen
zeitlich aufeinander folgenden Bilddatensätzen miteinander
korrespondierende Bildpunkte bzw. mehrere Bildpunkte umfassende
Bildbereiche zu identifizieren. Gleichsam ist es auch bei einer
Stereobildverarbeitung notwendig, in zwei im Wesentlichen zum selben
Zeitpunkt aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommenen Bildern
diejenigen Datenbereiche zu identifizieren, welche miteinander korrespondieren.
Eine Möglichkeit zur Verarbeitung von Bilddaten bietet
die Analyse des optischen Flusses von Objekten innerhalb der Bilddaten. Der
optische Fluss beschreibt die Verschiebung der zu einem ersten Zeitpunkt
aufgenommenen Bildpunkte eines Objekts in Bezug zu Bildpunkten,
die an einem zweiten Zeitpunkt aufgenommenen werden, wobei bei der
Auswertung festgelegt wird, welche Bildpunkte eines zum ersten Zeitpunkt
aufgenommenen Bildes mit welchen Bildpunkten des zum zweiten Zeitpunkt
aufgenommenen Bildes korrespondieren.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
103 51 778 A1 wird ein Verfahren zur Korrespondenzanalyse
in Bilddatensätzen beschrieben. Bei dem beschriebenen Verfahren
werden in einem ersten Schritt die zu vergleichenden Bilddatensätze
mit einem Signaturoperator derart transformiert, dass für
jedes Pixel ein Signaturstring berechnet und in einer den einzelnen Bilddatensätzen
zugeordneten Signaturtabelle gemeinsam mit den Pixelkoordinaten
abgelegt wird. Nachfolgend werden für diejenigen Signaturstrings, welche
in beiden Tabellen aufzufinden sind, eine Korrespondenzhypothese
generiert und in einer Hypothesenliste zu Weiterverarbeitung gespeichert.
Dies ermöglicht ein in Bezug auf die Rechnerzeit sehr effiziente
Korrespondenzanalyse, welche in der Lage ist, Bildpaare auch dann
noch schnell zu verarbeiten, wenn sich einzelne Objekte in beiden
Bilddatensätzen an stark unterschiedlichen Stellen abbilden.
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In
der Patentschrift
US 5,432,547 wird
eine Anordnung zur Überwachung einer Ampelanlage an einer
Straßenkreuzung beschrieben, welche eine Kamera und eine
Messvorrichtung aufweist. Die Messvorrichtung wertet von der Kamera
aufgenommene Bilder aus, um die Position und die Geschwindigkeit eines
Fahrzeugs zu bestimmen. Eine Erkennungseinrichtung verwendet die
von der Messvorrichtung bestimmten Informationen und die Information
eines Detektors, der den Zustand der Ampelanlage erfasst, um zu
bestimmen, ob das Fahrzeug die Kreuzung trotz Haltesignal nicht
vorschriftsmäßig befährt, d. h. die Kreuzung
bei Rotlicht überquert. Eine entsprechende Aufnahmevorrichtung
speichert einen solchen Verstoß mit einem von der Kamera
aufgenommenen Nummernschild zur Identifizierung des Fahrzeugs.
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In
der Patentschrift
US 5,828,444 werden
ein Verfahren und eine Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung eines
Fahrzeugs beschrieben. Die beschriebene Anordnung umfasst eine Kamera,
welche Bilder eines vorgegebenen Überwachungsbereichs erfasst,
und eine von der Kamera getrennte Auswerte- und Steuereinheit, welche
eine Bildsequenz mit mindestens zwei aufeinander folgenden von der
Kamera erfassten Bilder zur Ermittlung des optischen Flusses digital
auswertet. Die Auswerte- und Steuereinheit berechnet aus dem ermittelten
optischen Fluss Informationen zur Bewegung eines Fahrzeugs im Überwachungsbereich.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Anordnung zum Erfassen und Auswerten
einer Fahrzeugbewegung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich
mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat
demgegenüber den Vorteil, dass eine Auswerte- und Steuereinheit,
welche zur Ermittlung des optischen Flusses eine Bildsequenz mit
mindestens zwei aufeinander folgend von mindestens einer Kamera erfassten
Bildern digital auswer tet, in der Kamera integriert ist. Werden
dieselben Merkmale in den mindestens zwei Bildern gefunden, können über
so genannte Flussvektoren die Geschwindigkeiten im Bild und bei
Kenntnis der Einbauposition der Kamera, die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs im Raum berechnet werden. Die Auswerte- und Steuereinheit
ermittelt einen optischen Fluss mit einem Vektorfeld, vorzugsweise
einen großen optischen Fluss mit einem dichten Vektorfeld,
das für jeden Bildpunkt des bewegten Fahrzeugs eine zweidimensionale
Bewegung in der Bildsequenz in Form eines Flussvektors angibt. Die Auswerte-
und Steuereinheit weist in vorteilhafte Weise eine große
Rechnerleistung und kann aufgrund der Miniaturisierung mit einer
Bilderfassungsvorrichtung, welche beispielsweise mindestens einen Bildaufnahmesensor
umfasst, innerhalb der Kamera angeordnet werden, so dass eine handliche
Baueinheit entsteht, welche auch als mobile Einheit verwendet werden
kann.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen
der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Anordnung
zum Erfassen und Auswerten einer Fahrzeugbewegung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich
möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Auswerte- und Steuereinheit aus den ermittelten
Flussvektoren Grenzen eines Fahrzeugs innerhalb des Überwachungsbereichs
und/oder einen Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs innerhalb des Überwachungsbereichs
berechnet. Das von der Auswerte- und Steuereinheit ermittelte dichte
Vektorfeld ermöglicht in vorteilhafter Weise ein sicheres
Verfolgen des Fahrzeugs durch die Bildsequenzen, da die Größe des
Fahrzeugs, die Grenze zu Nachbarfahrzeugen einfacher ermittelt werden
können, und so eine sichere Messung realisiert werden kann.
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In
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
repräsentiert der vorgegebene Überwachungsbereich
beispielsweise einen Straßenabschnitt mit Geschwindigkeitsbegrenzung,
wobei die Auswerte- und Steuereinheit den ermittelten Geschwindigkeitsverlauf
des Fahrzeugs mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsbegrenzungswert
vergleicht und die relevanten Bildinformationen des korrespondierenden
Fahrzeugs in einem Speicher speichert, wenn die Auswerte- und Steuereinheit
bei dem Vergleich eine Überschreitung des vorgegebenen Geschwindigkeitsbegrenzungswert
erkennt. So kann die erfindungsgemäße Anordnung
zum Erfassen und Auswerten einer Fahrzeugbewegung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich
beispielsweise auf Autobahnen an Maut- Brücken eingesetzt
werden und so zusätzlich zur Überprüfung
von mautpflichtigen Fahrzeugen eingesetzt werden.
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Alternativ
kann der vorgegebene Überwachungsbereich einen Kreuzungsbereich
mit mindestens einer Haltelinien repräsentieren, wobei
die Auswerte- und Steuereinheit die berechneten Flussvektoren und/oder
den ermittelten Geschwindigkeitsverlauf dahingehend auswertet, ob
ein Fahrzeug eine korrespondierende Haltelinie ohne ein vorschriftsmäßiges
Anhalten des Fahrzeugs überfährt. So kann die erfindungsgemäße
Anordnung im Bereich eines Stop-Verkehrsschildes eingesetzt werden.
Bewegt sich nun ein Fahrzeug ohne Anzuhalten über die dem Stop-Verkehrsschild
zugeordnete Haltelinie kann eine aufgenommene Bildsequenz als Nachweis
in einem Speicher gespeichert werden. Die Feststellung der Existenz
des Verkehrsverstosses durch Detektieren des fehlenden Anhaltens,
ist mit mechanischen/elektrischen Vorrichtungen und Verfahren, wie beispielsweise
durch eingelassene Druckplatten praktisch nicht durchführbar.
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Im Überwachungsbereich
einer Kreuzung mit einer Lichtsignalanlage kann eine Lichtsignalsteuereinheit
die Auswerte- und Steuereinheit der Kamera in Abhängigkeit
vom aktuellen Zustand einer Lichtsignalvorrichtung zur Auswertung
der Fahrzeugbewegung aktivieren. Das bedeutet, dass die Auswerte-
und Steuereinheit der Kamera nur bei Rotlicht aktiviert ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
zum Erfassen und Auswerten einer Fahrzeugbewegung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich
ist die mindestens eine Kamera als Stereokamera ausgeführt,
wodurch die Stabilität der Messung aufgrund der stereoskopischen Aufnahme-
und Auswerteverfahren verbessert werden kann. Dazu muss allerdings
eine weitere Kamera integriert werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
zum Erfassen und Auswerten einer Fahrzeugbewegung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich
ist die mindestens eine Kamera als mobile Kamera ausgeführt,
welche zur Überwachung des vorgegebenen Überwachungsbereich
entsprechend eingerichtet wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels einer Anordnung zum Erfassen und Auswerten
einer Fahrzeugbewegung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Wie
aus der Figur ersichtlich ist, umfasst die beispielhaft dargestellte
Anordnung zum Erfassen und Auswerten einer Fahrzeugbewegung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich 2 eines
Straßenabschnitts 1 eine Kamera 10, welche
Bilder des vorgegebenen Überwachungsbereichs 2 erfasst.
Der dargestellte Straßenabschnitt 1 entspricht
einer durch eine Lichtsignalanlage 20 gesteuerte Einmündung
mit mehrere Haltlinien 4.1, 4.2, 4.3.
Die Lichtsignalanlage 20 umfasst eine Lichtsignalsteuereinheit 24 und
mehrere Lichtsignalvorrichtungen, von denen beispielhaft eine Lichtsignalvorrichtung 22 dargestellt
ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur eine Kamera 10 zur Überwachung
einer ersten Haltelinie 4.1 dargestellt. Die Kameras zur Überwachung
der anderen Haltelinien 4.2, 4.3 sind jedoch analog
aufgebaut. Wie aus der Figur weiter ersichtlich ist, umfasst die
Kamera 10 eine Bilderfassungsvorrichtung 12 zur
Aufnahme der Bilder des vorgegebenen Überwachungsbereichs,
eine Auswerte- und Steuereinheit 14 und einen Speicher 16.
Die Auswerte- und Steuereinheit 14 wertet Bildsequenzen
mit mindestens zwei aufeinander folgenden von der Bilderfassungsvorrichtung 12 erfassten
Bilder zur Ermittlung des optischen Flusses digital aus und berechnet
aus dem ermittelten optischen Fluss Informationen zur Bewegung von
Fahrzeugen 3.1, 3.2 im Überwachungsbereich 2.
Um aus dem ermittelten optischen Fluss die Grenzen und/oder die
Geschwindigkeitsverläufe der Fahrzeuge 3.1, 3.2 innerhalb
des Überwachungsbereichs 2 sicher berechnen zu
können, ermittelt die in der Kamera 10 integrierte
Auswerte- und Steuereinheit 14 einen großen optischen Fluss,
der durch ein dichtes Vektorfeld gekennzeichnet ist, das für
jeden Bildpunkt der bewegten Fahrzeuge 3.1, 3.1 eine
zweidimensionale Bewegung in der Bildsequenz in Form eines Flussvektors
angibt.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Auswerte- und
Steuereinheit 14 mit der Lichtsignalsteuereinheit 24 gekoppelt,
so dass die Lichtsignalsteuereinheit 24 die Auswerte- und
Steuereinheit 14 der Kamera 10 in Abhängigkeit
vom aktuellen Zustand der korrespondierenden Lichtsignalvorrichtung 22 zur
Auswertung der Fahrzeugbewegung aktiviert. Das bedeutet, dass die
Auswerte- und Steuereinheit 14 der Kamera 10 bei
Rotlicht aktiviert ist. Bei den üblichen Bildwiederholraten
von beispielsweise ca. 25 Hz = 40 ms Bildabstand, lässt
sich damit der Zeitpunkt des Überfahrens der Haltlinie 4.1 bei
Rotlicht durch das erste Fahrzeug 3.1 sehr genau eingrenzen und
in Beziehung zur Lichtsignalanlage 20 setzen. Bei einem
erkannten nicht vorschriftsmäßigen Überfahren
der Haltelinie 4.1 speichert die Auswerte- und Steuereinheit 14 die
relevanten Bildinformationen des korrespondierenden Fahrzeugs 3.1 im
Speicher 16. Die Bildinformationen können bei
Bedarf über eine entsprechende nicht dargestellte Schnittstelle aus
dem Speicher 16 der Kamera 10 ausgelesen werden,
wobei aus den Bildinformationen auch Informationen über
die Identität des Fahrers, beispielsweise durch Auswerten
des Nummernschildes, ermittelt werden können.
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Bei
einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform
der Erfindung kann der vorgegebene Überwachungsbereich
beispielsweise einen Kreuzungsbereich mit mindestens einem Stop-Verkehrsschild
und einer Haltelinie ohne Lichtsignalanlage repräsentieren.
In diesem Fall kann die Auswerte- und Steuereinheit 14 die
berechneten Flussvektoren und/oder den ermittelten Geschwindigkeitsverlauf dahingehend
auswerten, ob ein Fahrzeug eine korrespondierende Haltelinie ohne
ein vorschriftsmäßiges Anhalten des Fahrzeugs überfährt.
So kann die erfindungsgemäße Anordnung zur Überwachung
des Stop-Verkehrsschildes eingesetzt werden. Bewegt sich nun ein
Fahrzeug ohne Anzuhalten über die dem Stop-Verkehrsschild
zugeordnete Haltelinie, kann als Nachweis eine von der Bildaufnahmevorrichtung 12 erfasste
Bildsequenz im Speicher 16 gespeichert werden. Bei üblichen
Bildwiederholraten von ca. 25 Hz = 40 ms Bildabstand, lässt
sich damit der Zeitpunkt des Überfahrens der Haltelinie
ohne vorhergehendes Anhalten sehr genau bestimmen.
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Bei
einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Anordnung zum Erfassen und Auswerten
einer Fahrzeugbewegung in einem vorgegebenen Überwachungsbereich kann
die Kamera 10 als Teil eines Mauterfassungssystems ausgeführt
werden und neben der Überprüfung von mautpflichtigen
Fahrzeugen auch eine im vorgegebene Überwachungsbereich
bestehende Geschwindigkeitsbegrenzung überwachen. In diesem
Fall vergleicht die Auswerte- und Steuereinheit 12 den
ermittelten Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs mit dem vorgegebenen
Geschwindigkeitsbegrenzungswert und speichert die relevanten Bildinformationen
des korrespondierenden Fahr zeugs im Speicher 16, wenn die
Auswerte- und Steuereinheit 14 bei dem Vergleich eine Überschreitung des
vorgegebenen Geschwindigkeitsbegrenzungswerts erkennt.
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Zur
Stabilisierung der Messungen kann die Kamera 10 als Stereokamera
ausgeführt werden und zwei Bilderfassungsvorrichtungen 12 aufweisen,
welche von einer gemeinsamen Auswerte- und Steuereinheit 14 ausgewertet
werden. Zudem kann die Kamera 10 als mobile Kamera ausgeführt
werden, welche zur Überwachung des vorgegebenen Überwachungsbereichs 2 entsprechend
eingerichtet wird.
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Somit
ermöglichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Anordnung zum Erfassen und Auswerten einer Fahrzeugbewegung in einem
vorgegebenen Überwachungsbereich eine Ermittlung des dichten
Vektorfeldes, so dass benachbarte Fahrzeuge sicher unterschieden
werden können und die Größe des Fahrzeugs
ermittelt werden kann, um dann über den Abstand den optischen
Fluss in räumliche Geschwindigkeiten umzurechnen. Diese
Auswertung kann dann zur Überwachung von Straßenabschnitten
mit Geschwindigkeitsbegrenzungen und zur Überwachung von
Haltelinien eingesetzt werden. Durch das dichte Vektorfeld kann
diese Anordnung auch mobil eingesetzt werden, da aus dem massiven Datenstrom
auch bei schwierigen Randbedingungen gute Messergebnisse ermittelt
werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10351778
A1 [0003]
- - US 5432547 [0004]
- - US 5828444 [0005]