DE102009060600A1

DE102009060600A1 - Verfahren zur Zuordnung von Fahrstreifen zu einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009060600A1
Application number: DE102009060600A
Authority: DE
Inventors: Andreas 38106 Weiser; To Dr. 39179 Thanh-Binh
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-30

Abstract

Ein Verfahren zur Zuordnung von Fahrstreifen einer Fahrbahn zu einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug ein Navigationssystem einschließlich einer digitalen Karte zur Bestimmung der aktuellen Position und eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung von Umfelddaten aufweist, weist die folgenden Schritte auf: – Bestimmen der Position des Kraftfahrzeugs, – Ermitteln der Anzahl der Fahrstreifen der Fahrbahn und Extrahieren von Markierungsmerkmalen der Fahrstreifen aus der Position des Kraftfahrzeugs und der digitalen Karte, – Extrahieren von Fahrstreifenmarkierungen und deren Markierungsmerkmale aus den Umfelddaten der Bildverarbeitungseinrichtung, und – Abgleichen der aus der digitalen Karte extrahierten Markierungsmerkmale und der durch die Bildverarbeitung bestimmten Markierungsmerkmale mit einem Klassifikator zur Ermittlung des Fahrstreifens des Kraftfahrzeugs bezüglich der aktuellen Position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuordnung von Fahrstreifen einer Fahrbahn zu dem eigenen Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Fahrerassistenzsystem zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Eine Vielzahl heutiger Fahrerassistenzsysteme setzen voraus, dass die Position eines Kraftfahrzeugs bekannt ist. Dies wird in aller Regel durch beispielsweise auf GPS basierende Navigationssysteme gewährleistet, die unter Verwendung einer geeigneten digitalen Karte die Position des Fahrzeugs auf der aktuellen Fahrstraße bestimmen. Nun ist es auf Fahrstraßen mit mehreren Fahrstreifen in eine Fahrtrichtung, wie Autobahnen oder ähnlichen Straßen, gegebenenfalls notwendig, die Position des eigenen Kraftfahrzeugs bezüglich der Fahrstreifen genau zu kennen. Mit anderen Worten, es soll die Frage beantwortet werden auf welchem Fahrstreifen sich das Egofahrzeug befindet, wobei hier nur die Fahrstreifen in eine Fahrrichtung von Bedeutung sind. Dieses Wissen kann beispielsweise notwendig sein, um ein Fahrzeug mittels des Navigationssystems möglichst sicher zu einer Ausfahrt zu dirigieren.
Um Information über eine fahrstreifengenaue Positionierung des eigenen Kraftfahrzeugs zu generieren, kann eine hochgenaue Ortung, basierend auf einer hochgenauen digitalen Karte, erfolgen, was allerdings aufwändige Korrekturalgorithmen und eine hochgenaue Karte voraussetzt. Daher ist dieses System aufgrund der dann notwendigen fortwährenden Aktualisierung der verwendeten digitalen Karte aufwändig und kostspielig.
Aus der DE 199 21 437 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Straßengeometrie und der Position eines Fahrzeugs auf einer Straße bekannt. Dabei werden Wegdaten des Fahrzeugs sowie Straßengeometriedaten ermittelt und durch ein Vergleich der Straßengeometriedaten mit den Wegdaten die Position des Fahrzeugs auf der Straße bestimmt. Die Bestimmung der Wegdaten erfolgt beispielsweise satellitenunterstützt mittels GPS, wobei die Straßengeometriedaten mit Hilfe am Fahrzeug angebrachter optischer Sensoren erfasst werden. Dabei werden die Straßengeometriedaten aus der Summe der XY-Koordinaten der Wegdaten und dem Lateralversatz der Straßenmarkierungen bestimmt. Eine Zuordnung des Fahrzeugs zu einem Fahrstreifen kann vom Prinzip her durchgeführt werden. Da die Erkennung der Straßengeometrie ausschließlich mit bordeigenen Mitteln erfolgt, ist das Verfahren, insbesondere bei Straßen mit mehr als zwei Fahrstreifen, nicht vollständig zuverlässig.
Ein Verfahren zur Erkennung von Fahrstreifenmarkierungen ist beispielsweise der DE 10 2005 044 981 A1 zu entnehmen, wobei die von einer Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bilddaten auf Helligkeitsunterschiede analysiert und Kanten extrahiert werden. Potentielle Fahrbahnmarkierungen werden anhand ihrer Form und ihrer periodischen Anordnung auf der Fahrbahn erkannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine robuste fahrstreifengenaue Erkennung der Positionierung des eigenen Kraftfahrzeugs, insbesondere auf Autobahnen und ähnlichen Straßen zu schaffen, die kostengünstig und mit im Kraftfahrzeug vorhandenen Bordmitteln zu realisieren ist.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren zur Zuordnung von Fahrstreifen einer Fahrbahn zu einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein entsprechendes Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zuordnung von Fahrstreifen einer Fahrbahn zu einem Kraftfahrzeug, d. h., dem Ego-Fahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug ein Navigationssystem einschließlich einer digitalen Karte zur Bestimmung seiner aktuellen Position und eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung von Umfelddaten aufweist, weist die folgenden Schritte auf:

– Bestimmung der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs,
– Ermitteln der Anzahl der Fahrstreifen der Fahrbahn und Extrahieren von Markierungsmerkmalen der Fahrstreifen aus der Position des Kraftfahrzeugs und der digitalen Karte,
– Extrahieren von Fahrstreifenmarkierungen und deren Markierungsmerkmale aus den Umfelddaten der Bildverarbeitungseinrichtung, und
– Abgleichen der aus der ersten digitalen Karte ermittelten Markierungsmerkmale und der Markierungsmerkmale der Bildverarbeitung mit einem Klassifikator zur Ermittlung des Fahrstreifens des Kraftfahrzeugs bezüglich der aktuellen Position.

Vorzugsweise umfassen die Markierungsmerkmale eines Fahrstreifens den Markierungstyp, die Markierungsbreite, die Existenz der Markierung und die Lage der Markierung zum Kraftfahrzeug, wobei jedes Markierungsmerkmal eine vorgegebene Anzahl von Merkmalwerten oder Merkmaleigenschaften aufweist. So weist der Markierungstyp die Merkmalswerte durchgezogen, gestrichelt, unbekannt, die Markierungsbreite die Werte schmal, breit, unbekannt, sowie die Merkmalsexistenz die Werte existent oder nicht existent und unbekannt auf. Ferner gibt es noch Merkmalswerte für das Merkmal Lage der Markierung zum Kraftfahrzeug, beispielsweise dass das Ego-Fahrzeug sich unmittelbar links neben der Markierung befindet mit den Werten wahr oder falsch bzw. unbekannt auf.
Ferner kann die Markierungsfarbe ein weiteres Markierungsmerkmal sein, was insbesondere im Baustellenbereich oder in Ländern mit farbiger Markierung von Bedeutung sein kann. So sind im Baustellenbereich der Bundesrepublik Deutschland die Markierungen üblicherweise in gelb gehalten, und gelbe Markierungen sind in einigen europäischen Ländern sowie den Vereinigten Staaten von Amerika eine übliche Farbe der Fahrbahnmarkierungen.
Vorzugsweise werden die der digitalen Karte entnommenen Markierungsmerkmale sowie deren Merkmalswerte in eine erste Markierungsliste und die aus der Bildverarbeitung abgeleiteten Markierungsmerkmale und deren Merkmalswerte in eine zweite Markierungsliste angeordnet, wobei eine Zuordnung der ersten Merkmalsliste zur zweiten Merkmalsliste durch den gewählten Klassifikator erfolgt.
Insbesondere kann die erste Markierungsliste auf der Anzahl n der Fahrstreifen der digitalen Karte basieren, wobei die Fahrstreifenmarkierungen und deren Markierungsmerkmale sowie Merkmalswerte aus der digitalen Karte abgeleitet werden. Ferner kann aus dem der digitalen Karte entnommenen Fahrbahn-Typ, beispielsweise Autobahn oder Autostraße, aufgrund der Baubestimmungen abgeleitet werden, wie die Markierungen der Fahrstreifen gemäß den Bauvorschriften ausgestaltet sind.
Vorzugsweise wird die zweite Markierungsliste aus den Daten der von der Bildverarbeitung detektierten Fahrstreifenmarkierungen erstellt.
Sollte die Anzahl der durch die Bildverarbeitung detektierten Fahrstreifenmarkierungen ungleich derjenigen sein, die aus der digitalen Karte abgeleitet wird, so werden vorzugsweise nur die Fahrstreifenmarkierungen unmittelbar links und rechts dem Fahrzeug in der zweiten Markierungsliste berücksichtigt und die zweite Markierungsliste wird vom Kraftfahrzeug aus betrachtet nach links und rechts um jeweils (n – 1) Fahrstreifen erweitert, wobei n gleich der Anzahl der Fahrstreifen der digitalen Karte in der Fahrtrichtung des Egofahrzeugs ist. Dadurch wird sichergestellt, dass durch den Abgleich eine eindeutige Antwort auf die Frage gefunden wird, auf welchem Fahrstreifen sich das eigene Fahrzeug befindet.
Vorzugsweise werden die Markierungsmerkmale der ersten und der zweiten Markierungsliste als Glaubensmaße nach Demster-Shafer modelliert, und der sich ergebende Gesamtfehlerwert je Fahrstreifen wird als Summe der Einzelfehlerwerte für jedes Paar von Markierungsmerkmalen der ersten und zweiten Markierungsliste ermittelt, wobei der niedrigste Gesamtfehlerwert bezüglich der Zuordnung der ersten Markierungsliste zur zweiten Markierungsliste die wahrscheinlichste Zuordnung ergibt.
Weiter bevorzugt ist, dass die aus der Bildverarbeitung zum aktuellen Zeitpunkt t abgeleitete zweite Markierungsliste mit der zu einem vorherigen Zeitpunkt t – 1 erstellten zweiten Markierungsliste auf Konsistenz überprüft und, im Falle der Konsistenz, die aktuelle zweite Markierungsliste gegebenenfalls durch Merkmale der vorherigen zweiten Markierungsliste ergänzt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass beispielsweise Merkmalswerte zum aktuellen Zeitpunkt t, die von der Bildverarbeitung nicht erkannt wurden, gegebenenfalls aus der Markierungsliste zum vorherigen Zeitpunkt t – 1 entnommen werden könnten, um so das Verfahren robuster zu machen. Mit anderen Worten, bestätigte Informationen zum vorherigen Zeitpunkt t – 1 fließen vorzugsweise in die Auswertung zum aktuellen Zeitpunkt t ein.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem zur Durchführung des im voran gegangenen beschriebenen Verfahrens umfasst eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung des Umfelds des Kraftfahrzeugs sowie deren Fahrstreifenmarkierungen und deren Ablage relativ zu dem Kraftfahrzeug, eine Navigationseinrichtung mit einer digitalen Karte zur Bestimmung eines elektronischen Horizonts, wobei aus dem elektronischen Horizont die Anzahl der Fahrstreifen und deren Fahrstreifenmarkierungen abgeleitet werden, und eine Einrichtung zur Bestimmung des aktuellen Fahrstreifens des Kraftfahrzeugs aus den Fahrstreifenmarkierungen der Bildverarbeitung sowie den Fahrstreifenmarkierungen des elektronischen Horizonts.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung der Problematik,
2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 die Generierung der Markierungsliste des elektronischen Horizonts,
4 die Generierung der Bildverarbeitungs-Markierungsliste,
5a–c Vergleich der beiden Markierungslisten für drei Hypothesen, und
6 das erfindungsgemäße Verfahren in ausführlicher Darstellung.
1 zeigt die Darstellung eines Fahrzeugs 1 auf einer Fahrbahn 2, bestehend aus fünf Fahrstreifen 3 der gleichen Fahrtrichtung, die mit unterschiedlichen Fahrstreifenmarkierungen 4 von einander abgegrenzt sind. Durch das Fragezeichen ”?” auf dem mittleren Fahrstreifen soll das zu lösende Problem dargestellt werden, nämlich auf welchem Fahrstreifen der fünf dargestellten Fahrstreifen 3 findet sich das Ego-Fahrzeug 1.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens. Aus einer Bildverarbeitungseinrichtung 5, die eine nicht dargestellte Umfeldkamera zum Aufnehmen von Daten des Umfelds des Kraftfahrzeugs aufweist, werden Fahrstreifenmarkierungen 6 sowie deren Markierungsmerkmale und Ablage zur Fahrstreifenmitte des Kraftfahrzeugs bestimmt. Parallel dazu wird mittels GPS 7, der beispielsweise Bestandteil eines Navigationssystems ist, die Position 8 des Fahrzeugs ermittelt. Mittels einer digitalen Karte und der Position 8 wird ein elektronischer Horizont 9 erzeugt, aus dem sich die Fahrstreifenanzahl 10 und beispielsweise über Straßenbauvorschriften, deren Fahrstreifenrmarkierungen und Merkmale sowie deren Wert ermittelt. In einem Bearbeitungsmodul 11 werden die Fahrstreifenmarkierungen 6 der Bildverarbeitung 5 sowie die Fahrstreifenmarkierungen 10 des elektronischen Horizonts 9 mit einem Klassifikator, beispielsweise einem Klassifikator basierend auf Glaubensmaße nach Demster-Shafer, verarbeitet, und als Ergebnis 12 ergibt sich der Fahrstreifen des Ego-Fahrzeugs sowie der Vertrauensgrad der Ermittlung.
3 zeigt die Generierung der Markierungsliste des elektronischen Horizonts anhand eines Beispiels für eine Fahrbahn 2 mit drei Fahrstreifen FS0, FS1 und FS2. Aus dem elektronischen Horizont 9 der 2, d. h., aus der Information der elektronischen Karte unter Zugrundelegung der Position des Egofahrzeugs, ergibt sich beispielsweise, dass die Anzahl der Fahrstreifen in eine Fahrtrichtung an der vom GPS bestimmten Position drei beträgt, so dass es folglich drei Fahrstreifen FS0, FS1, FS2 sowie aufgrund von Straßenbauvorschriften vier Markierungen M0, M1, M2 und M3 gibt.
Aufgrund von bekannten Straßenbauvorschriften sind die Markierungen definiert durch Markierungsmerkmale mit vorgegebenen Markierungswerten. Mit anderen Worten, das Markierungsmerkmal Typ hat die Werte ”durchgezogen”, ”gestrichelt” und ”unbekannt”, das Merkmal Breite hat die Werte ”breit”, ”schmal” und ”unbekannt”, und das Merkmal Existenz hat die Werte ”existent”, ”nicht existent” und ”unbekannt”. Ein weiteres Markierungsmerkmal, das aber erst mit der Bildverarbeitung eingeführt wird, ist das Markierungsmerkmal Ablage zum eigenen Fahrzeug, wobei hier nur das Merkmal Markierung links vom Fahrzeug mit den Merkmalswerten wahr oder falsch (true bzw. false) verwendet wird, um auszudrücken, ob eine von der Bildverarbeitung detektierte Fahrstreifenmarkierung sich links oder rechts vom Fahrzeug befindet. Dieses Markierungsmerkmal wird auch als Ablage bezeichnet.
Für das Beispiel der 3 ergibt sich daher, dass die linke Markierung M0 des äußeren Fahrstreifens FS2 den Typ ”durchgezogen”, die Breite ”unbekannt” und die Existenz ”existent” aufweist. Die zweite Markierung M1 des Fahrstreifens FS2 bzw. FS1 ist vom Typ ”gestrichelt”, mit der Breite ”schmal” und der Existenz ”existent”. Gleiches gilt für die dritte Markierung M2, die ebenfalls den Typ ”gestrichelt”, die Breite ”schmal” und die Existenz ”existent” aufweist. Die äußere Markierung M3 hat den Typ ”unbekannt”, da es sich auch um eine Ausfahrt handeln könnte, die Breite ist ebenfalls ”unbekannt” und es ist auf jeden Fall eine Markierung vorhanden, so dass die Existenz ebenso auf den Wert ”existent” gesetzt wird.
4 zeigt ein Beispiel der Generierung der Bildverarbeitungs-Markierungsliste. Hier wurden von der Bildverarbeitungseinrichtung beispielsweise Markierungen MB2 und MB3 gefunden, die den Typ ”gestrichelt”, die Breite ”schmal” und die Existenz ”existent” aufweisen. Die Ablage-Information, die hier nicht dargestellt ist, dient zur Anordnung der Markierungen MB2 und MB3. Für den Fall, dass die Bildverarbeitungseinrichtung weniger oder mehr Fahrstreifen detektiert als vom elektronischen Horizont gefunden wurde, werden links und rechts von den Fahrstreifen MB2 und MB3 jeweils n – 1 Fahrstreifen beidseits eingefügt, deren Markierungsmerkmale alle den Wert unbekannt haben. Im vorliegenden Beispiel hat der elektronische Horizont in 3 drei Fahrstreifen aufgefunden, also ist die Anzahl der Fahrstreifen n = 3. Daher werden in 4 (n – 1) Fahrstreifen links und rechts von den detektierten Markierungen MB2 und MB3 eingefügt. Diese eingefügten Fahrstreifen haben dann die entsprechenden Markierungen MB0 und MB1 links vom Fahrzeug sowie MB4 und MB5 rechts vom Fahrzeug. Bezüglich dieser Markierungen liegen natürlich keine Merkmalswerte vor, d. h. diese Markierungen haben für alle Merkmale den Wert unbekannt.
Es wird betont, dass die oben erläuterte Ergänzung dann durchgeführt wird, falls die Anzahl der durch die Bildverarbeitung festgestellten Fahrstreifen größer oder kleiner als die durch den elektronischen Horizont festgestellten Fahrstreifen ist. Trifft dies zu, so werden bezüglich der Markierungsliste der Bildverarbeitung nur die Fahrstreifenmarkierungen links und rechts vom Egofahrzeug betrachtet und es erfolgt ein Abgleich mit der Anzahl der vom elektronischen Horizont bereitgestellten Fahrstreifen. Ist die Anzahl der von der Bildverarbeitung detektierten Fahrstreifenmarkierungen gleich der vom elektronischen Horizont festgestellte Anzahl von Fahrstreifenmarkierungen, so erfolgt kein Abgleich.
Die 5a bis 5c dienen zur Verdeutlichung des Verfahrensablaufs. Dabei entspricht jede der 5a bis 5c einer Anordnungshypothese H1, H2 und H3. Mit anderen Worten, es gibt drei Möglichkeiten, wie man die Markierungsliste des elektronischen Horizonts mit der Markierungsliste der Bildverarbeitung abgleichen kann. 5a zeigt die erste Hypothese H1, 5b die zweite Hypothese H2 und 5c die dritte Hypothese H3. Dabei werden die Merkmalswerte beispielsweise in Glaubensmaße nach Dempster-Shafer überführt. Dies hat den Vorteil, dass zur Klassifizierung die Maße ”unbekannt” und ”Konflikt” verwendet werden können. Es wird dann pro Hypothese für jedes Fahrstreifenmarkierungspaar, gebildet aus elektronischem Horizont und der Bildverarbeitung, der jeweilige Einzelfehlerwert berechnet. Anschließend wird für die Hypothese die Summe der Einzelfehlerwerte aller Fahrstreifenmarkierungen gebildet. Der niedrigste Gesamtfehlerwert entspricht der wahrscheinlichsten Zuordnung.
Zur Verdeutlichung wird im Folgenden anhand des Beispiels Fahrstreifenmerkmal Breite ein kurzer Exkurs in die Gütebewertung der Hypothesen nach Dempster-Shafer gegeben, wobei unter anderem die Kombinationsregel nach Dempster-Shafer erläutert wird.
Allgemein sei Θ ein Wahrnehmungsrahmen mit einer endlichen Menge sich gegenseitig ausschließender Aussagen, so dass sich daraus 2^Θ Teilmengen A_n bilden lassen.
Sei beispielsweise Θ = {θ₁‚ θ₂}, so lassen sich folgende Teilmengen {⌀, {θ₁}, (θ₂), Θ} bilden.
Dabei steht jede Teilmenge A des Wahrnehmungsrahmens Θ für eine Aussage. Es wird unterschieden zwischen der leeren Menge ⌀, den atomaren Aussagen {θ₁}, {θ₂} und der Disjunktion {θ₁ ∨ θ₂}, was im vorliegenden Fall dem vollständigen Unwissen Θ und damit dem Wahrnehmungsrahmen entspricht.
Sei nun A eine Teilmenge des Wahrnehmungsrahmens Θ. Eine Funktion m: 2^Θ → [0, 1] heißt Basiswahrscheinlichkeit über Θ wenn gilt: m(⌀) = 0 und Σ AQ⊂Θm(A) = 1 (1)
Es seien zwei Basiswahrscheinlichkeitsverknüpfungen m₁ und m₂ gegeben und es seien A und B die Menge der Untermengen von Θ, denen m₁ bzw. m₂ eine Evidenzmaß ungleich Null zuweist. Dann gilt für die Kombination der beiden Basiswahrscheinlichkeitsverknüpfungen
Die Basiswahrscheinlichkeitsverknüpfung m₃ weist der Menge C die skalierte Summation der Produkte der Basiswahrscheinlichkeitsverknüpfungen m₁ und m₂ zu, welche die Schnittmengen C haben. Die Notwendigkeit der Skalierung ergibt sich, da der leeren Schnittmenge kein Wahrscheinlichkeitsbetrag zugewiesen werden kann. Die Summe
wird als Konfliktwert bezeichnet.

Die nachfolgende Tabelle 1 illustriert das Schnittmengendiagramm für die Kombination zweier Basiswahrscheinlichkeitsverknüpfungen m₁ und m₂ für das Merkmale ”Breite” mit den Werten schmal und breit, d. h. Θ = {breit, schmal}.

m₃	m₁ {breit}	m₁ [schmal}	m₁ {unbekannt}
m₂ {breit}	{breit} ∩ {breit} = {breit}	{breit} ∩ {schmal} = ⌀	{breit} ∩ {unbekannt} = {breit}
m₂ {schmal}	{schmal} ∩ {breit} = ⌀	{schmal} ∩ {schmal} = {schmal}	{schmal} ∩ {unbekannt} = {schmal}
m₂ {unbekannt}	{unbekannt} ∩ {breit} = {breit}	(unbekannt} ∩ {schmal) = {schmal}	{unbekannt} ∩ {unbekannt} = {unbekannt}

Tabelle 1 – Schnittmengendiagramm
Basierend auf dem obigen Schnittmengendiagramm ergibt sich für die Basiswahrscheinlichkeitsverknüpfung m3 für die Werte breit, schmal und unbekannt die folgenden Formeln:
Dabei wurde in der vorliegenden Anwendung der Konfliktwert zunächst nicht heraus normiert, da der Konfliktwert nach (3) berechnet und separat als Maß für den Fehler in der Kombination zweier Merkmale (hier: m₁ und m₂) betrachtet wird. Mit den Formeln (3), (4) und (5) können die oben aufgestellten Hypothesen für das Merkmal Breite berechnet werden. Analog werden die Betrachtungen für die Merkmale Typ und Existenz durchgeführt. Neben dem Konfliktwert wird weiterhin der ”unbekannt”-Wert (hier m₃) als weiterer Fehlerwert in der Kombination von m1 und m2 betrachtet. Der ”unbekannt”-Wert kann als Maß für das Unwissen betrachtet werden, welches nach der Kombination der jeweils gleichen Merkmale zweier Markierungen bezüglich des Kombinationsergebnisses besteht.
Der Fehlerwert für die Kombination gleicher Merkmale zweier Markierungen berechnet sich je Merkmale wie folgt: Fehlerwert_{Merkmal_j} = q·Unbekannt_{Merkmal_j} + w·Konflikt_{Merkmal_j}, (7) wobei q und w Wichtungsfaktoren zwischen Unbekannt-Wert und Konflikt-Wert sind.
Dieser fahrerwert wird jeweils für die Kombination der Merkmale Typ, Breite und Existenz für jedes Markierungspaar i berechnet. Folglich errechnet sich der Fehler für die Kombination eines Markierungspaares i wie folgt:
wobei u die Anzahl der Merkmale j (hier u = 3) ist.
Unter Verwendung der angegebenen Merkmale ergibt sich die vorhergehende Gleichung (8) zu: Fehlerwert_{Paar_i} = r·Fehlerwert_Typ + t·Fehlerwert_Breite + z·Fehlerwert_Existenz, (9) wobei r, t und z zusätzliche Wichtungsfaktoren zu den genannten Merkmalen darstellen.
Der Gesamtfehler für eine Anordnungshypothese H_n ergibt sich folglich aus der Summation der Fehlerwerte aus der Kombination jedes Merkmals j jedes Markierungspaares i:
wobei k die Anzahl der Markierungspaare ist.
Ein Zuordnungswert der Hypothese wird nun definiert als der Kehrwert des entsprechenden Gesamtfehlerwerts. Daraus kann eine Zustimmungssicherheit definiert werden als Differenz des größten und des zweitgrößten Wertes bezogen auf die Summe der beiden Werte, wodurch eine Normierung auf das geschlossene Intervall [0, 1] erreicht wird. Dieser Differenzwert beinhaltet eine Aussage über die Zuordnungssicherheit der ermittelten Fahrstreifenhypothese. Ist die Differenz Null, so ist die Zuordnungssicherheit gering, während bei einer Differenz von Eins die Zuordnungssicherheit hoch ist.
Die Verwendung der Glaubenmaße nach Dempster-Shafer ist nicht zwingend, sondern es ist auch eine Kodierung der Markierungsmerkmale nach Bayes möglich oder es können Fuzzy-Maße verwendet werden.
Wie aus den 5a bis 5c ersichtlich ist, werden mittels der Klassifizierung nach Dempster-Shafer durch die Hypothesen die entsprechenden Markierung gegenübergestellt:

Hypothese H1:
M0 – MB0
M1 – MB1
M2 – MB2
M3 – Mb3,

Hypothese H2:
M0 – MB1
M1 – MB2
M2 – MB3
M3 – Mb4,

und Hypothese H2:
M0 – MB2
M1 – MB3
M2 – MB4
M3 – Mb5.
Dabei sind die Markierungen der Markierungsliste des elektronischen Horizonts in dem gezeigten Beispiele mit folgenden Werten besetzt:
M0: Typ ”durchgezogen”, Breite ”unbekannt”, Existenz ”existent”
M1: Typ ”gestrichelt”, Breite ”schmal”, Existenz ”existent”
M2: Typ ”gestrichelt”, Breite ”schmal”, Existenz ”existent”
M3: Typ ”unbekannt”, Breite ”unbekannt”, Existenz ”existent”
Die Markierungsliste der Bildverarbeitung sieht folgendermaßen aus:
MB0: Typ ”unbekannt”, Breite ”unbekannt”, Existenz ”nicht existent”
MB1: Typ ”unbekannt”, Breite ”unbekannt”, Existenz ”nicht existent”
MB2: Typ ”gestrichelt”, Breite ”schmal”, Existenz ”existent”
MB3: Typ ”gestrichelt”, Breite ”schmal”, Existenz ”existent”
MB4: Typ ”unbekannt”, Breite ”unbekannt”, Existenz ”nicht existent”
MB5: Typ ”unbekannt”, Breite ”unbekannt”, Existenz ”nicht existent”
Gemäß der mit Hilfe der Demster-Shafer-Theorie errechneten Fehlerwerte ist es nun möglich eine Klassifizierung durchzuführen, und es ist anhand des Beispiels offensichtlich, dass die zweite Hypothese H2 der 5b das geringste Konfliktmaß aufweist. Folglich weist die zweite Hypothese das geringste Konfliktmaß und das Fahrzeug befindet sich auf der mittleren Spur des elektronischen Horizonts. Die entsprechende Kombination der Markierungsliste mit dem geringsten Fehlerwert, hier Hypothese H2, kann im nächsten Kombinationsschritt (t) als Markierungsliste bzw. Fahrstreifenliste des letzten Bestimmungszeitpunktes (t – 1) eingesetzt werden. Hierzu sind die Glaubensmaße für alle Merkmale (hier beispielsweise m₃(breit), m₃(schmal), m₃(unbekannt) für das Merkmal Markierungsbreite) noch um den jeweiligen Konfliktwert zu normieren.
6 schließlich zeigt das erfindungsgemäße Verfahren in größerem Detail. Aus der Fahrstreifenanzahl des elektronischen Horizonts wird eine Markierungsliste 14 des elektronischen Horizonts erstellt. Gleichzeitig wird aus den detektierten Markierungen der Bildverarbeitung, d. h., der Ablagegüte, Typ und Breite, eine aktuelle Bildverarbeitungsmarkierungsliste 15 gebildet. Aus der Ego-Ablage des eigenen Fahrzeugs und der alten Fahrstreifenliste zum vorhergehenden Bestimmungszeitpunkt t – 1 wird eine Fahrstreifenwechselerkennung 16 durchgeführt, die gegebenenfalls eine Fahrstreifenkorrektur des Eigenfahrzeugs festhält.
Die Informationen der Einheiten 15 und 16 werden in einer Verarbeitungseinheit 17 kombiniert, d. h., es findet eine Kombination der aktuellen Bildverarbeitungsfahrstreifenliste zum Zeitpunkt t mit der alten Fahrstreifenliste zum Zeitpunkt t – 1 statt. In einem Entscheider 18 wird entschieden, ob eine konfliktfreie Kombination der beiden Fahrstreifenlisten der Bildverarbeitung möglich ist. Ist die Aussage Ja, was in 6 mit J gekennzeichnet ist, so wird die kombinierte Fahrstreifenliste in einer Vergleichereinheit 19 mit der Fahrstreifenliste des elektronischen Horizonts verglichen, und es wird eine aktuelle Fahrstreifenliste, der Ego-Fahrstreifen und dessen Plausibilität ausgegeben. Die aktuelle Fahrstreifenliste wird gespeichert und dient im nächsten Durchgang t + 1 als alte Fahrstreifenliste wieder zur Erkennung eines Fahrstreifenwechsels in der Einheit 16. Ferner weist das Verfahren noch eine Konfliktbehandlung 20 auf, die regelt, welche Bildverarbeitungsfahrstreifenliste der Vergleichereinheit 19 zugeführt wird, wenn die Aussage des Entscheiders 18 Nein ist, d. h. eine konfliktfreie Kombination nicht möglich ist, was mit N gekennzeichnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Fahrbahn
3: Fahrstreifen
4: Fahrstreifenmarkierung
5: Bildverarbeitung
6: Fahrstreifendaten der Bildverarbeitung
7: GPS
8: Position
9: elektronischer Horizont
10: Fahrstreifendaten des elektronischen Horizonts
11: Abgleicheinheit
12: Ergebnis
M0: Markierung elektronischer Horizont
M1: Markierung elektronischer Horizont
M2: Markierung elektronischer Horizont
M3: Markierung elektronischer Horizont
FS0: Fahrstreifen elektronischer Horizont
FS1: Fahrstreifen elektronischer Horizont
FS2: Fahrstreifen elektronischer Horizont
MB0: Markierung Bildverarbeitung
MB1: Markierung Bildverarbeitung
MB2: Markierung Bildverarbeitung
MB3: Markierung Bildverarbeitung
MB4: Markierung Bildverarbeitung
MB5: Markierung Bildverarbeitung
14: Markierungsliste elektronischer Horizont
15: Markierungsliste Bildverarbeitung
16: Fahrstreifenwechselerkennung
17: Kombinierer
18: Abfrage
19: Vergleicher
20: Konfliktbehandlung
J: Ja
N: Nein

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19921437 C2 [0004]
DE 102005044981 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Zuordnung von Fahrstreifen einer Fahrbahn zu einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug ein Navigationssystem einschließlich einer digitalen Karte zur Bestimmung der aktuellen Position und eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung von Umfelddaten aufweist, mit den Schritten: Bestimmen der Position des Kraftfahrzeugs, Ermitteln der Anzahl der Fahrstreifen der Fahrbahn und Extrahieren von Markierungsmerkmalen der Fahrstreifen aus der Position des Kraftfahrzeugs und der digitalen Karte, Extrahieren von Fahrstreifenmarkierungen und deren Markierungsmerkmale aus den Umfelddaten der Bildverarbeitungseinrichtung, und Abgleichen der aus der digitalen Karte extrahierten Markierungsmerkmale und der durch die Bildverarbeitung bestimmten Markierungsmerkmale mit einem Klassifikator zur Ermittlung des Fahrstreifens des Kraftfahrzeugs bezüglich der aktuellen Position.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsmerkmale eines Fahrstreifens den Markierungstyp, die Markierungsbreite, die Existenz der Markierung und die Lage der Markierung zum Kraftfahrzeug umfassen, wobei jedes Markierungsmerkmal eine vorgegebene Anzahl von Merkmalswerten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsfarbe ein weiteres Markierungsmerkmal ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der digitalen Karte entnommenen Markierungsmerkmale sowie deren Merkmalswerte in eine erste Markierungsliste und die aus der Bildverarbeitung abgeleiteten Markierungsmerkmale und deren Merkmalswerte in eine zweite Markierungsliste angeordnet werden, wobei eine Zuordnung der ersten Merkmalsliste zur zweiten Merkmalsliste durch den Klassifikator erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Markierungsliste auf der Anzahl n der Fahrstreifen der digitalen Karte basiert, wobei die Fahrstreifenmarkierungen und deren Markierungsmerkmale sowie die Merkmalswerte aus der digitalen Karte und/oder aus dem Fahrbahntyp abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Markierungsliste aus den Daten der von der Bildverarbeitung detektierten Fahrstreifenmarkierungen erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsliste nach links und rechts vom Kraftfahrzeugs um jeweils (n – 1) Fahrstreifen erweitert wird, wobei n gleich der Anzahl der Fahrstreifen der digitalen Karte ist, wenn die Anzahl der durch die Bildverarbeitung detektierten Fahrstreifenmarkierungen kleiner ist als die Anzahl der aus der digitalen Karte abgeleiteten Anzahl der Fahrstreifenmarkierungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsmerkmale der ersten und zweiten Markierungsliste als Glaubensmaße nach Dempster-Shafer modelliert werden und der sich ergebende Gesamtfehlerwert je Fahrstreifen als Summe der Einzelfehlerwerte für jedes Paar von Markierungsmerkmalen der ersten und zweiten Markierungsliste ermittelt wird, wobei der niedrigste Gesamtfehlerwert der Zuordnung der ersten Markierungsliste zur zweiten Markierungsliste die wahrscheinlichste Zuordnung ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Bildverarbeitung zum aktuellen Zeitpunkt t abgeleitete zweite Markierungsliste mit der zu dem vorherigen Zeitpunkt t – 1 erstellten zweiten Markierungsliste auf Konsistenz überprüft und, im Fall der Konsistenz, die aktuelle zweite Markierungsliste gegebenenfalls durch Merkmale der vorherigen zweiten Markierungsliste ergänzt wird.
Fahrerassistenzsystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Bildverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung des Umfeldes des Kraftfahrzeuges sowie der Fahrstreifenmarkierungen und deren Ablage relativ zu dem Kraftfahrzeugs, einer Navigationseinrichtung mit einer digitalen Karte zur Bestimmung eines elektronischen Horizonts, wobei aus dem elektronischen Horizont die Anzahl der Fahrstreifen und deren Fahrstreifenmarkierungen abgeleitet wird, und eine Einrichtung zur Bestimmung des aktuellen Fahrstreifens des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn aus den Fahrstreifenmarkierungen der Bildverarbeitungseinrichtung und des elektronischen Horizonts.