DE102010022592B4

DE102010022592B4 - Verfahren und Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102010022592B4
Application number: DE201010022592
Authority: DE
Inventors: Dr. Berger Gisbert; Bernhard Berlin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: DE102010022592A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (10), insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, wobei
– mittels eines fahrzeugseitigen Bildsensors (60) unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung ein Bild (B) der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs (10) erfasst wird,
– mittels eines fahrzeugseitigen Referenz-Bildsensors (70) ein Referenz-Bild (B') der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs (10) erfasst wird und
– die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) fahrzeugseitig aus der durch die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes (B) verursachten geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des erfassten Bildes (B) ermittelt wird,
– wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) mittels eines Vergleichs des Bildes (B) und des Referenz-Bildes (B') ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch ein Objektiv (40) erfasstes Licht dem Bildsensor (60) und dem Referenz-Bildsensor (70) mittels eines Strahlteilers (50) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, wobei mittels eines fahrzeugseitigen Bildsensors unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung ein Bild der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs erfasst wird, mittels eines fahrzeugseitigen Referenz-Bildsensors ein Referenz-Bild der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs erfasst wird und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs fahrzeugseitig aus der durch die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes verursachten geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des erfassten Bildes ermittelt wird, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mittels eines Vergleichs des Bildes und des Referenz-Bildes ermittelt wird.
Ein solches Verfahren ist aus der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 2007/051699 A1 bekannt.
Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs sind sowohl für Fahrzeuge als solche als auch für spurgebundene Fahrzeuge, d. h. beispielsweise Schienenfahrzeuge, Magnetschwebebahnen oder spurgeführte Fahrzeuge mit Gummibereifung, in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt.
Hierbei besteht jedoch häufig das Problem, dass die Genauigkeit der Ermittlung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, mit herkömmlichen Methoden, wie beispielsweise der Messung der Winkelgeschwindigkeit von treibenden oder getriebenen Rädern, nicht ausreichend ist.
Ursache hierfür ist, dass durch den Schlupf zwischen Rad und Untergrund beziehungsweise Schiene systembedingt Fehler auftreten, welche durch wechselnde Beschleunigungen, wie sie beispielsweise beim Anfahren, beim Bremsen oder beim Durchfahren von Kurven auftreten, noch vergrößert werden. Des Weiteren können auch ungünstige Witterungsbedingungen, wie beispielsweise Nässe oder Laub auf der Fahrstrecke, zu einem erhöhten Schlupf und damit zu einer Erhöhung der Messungenauigkeit der Geschwindigkeit des jeweiligen Fahrzeugs führen.
Aus den zuvor genannten Gründen sind alternativ oder ergänzend solche Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit von Fahrzeugen wünschenswert, welche unabhängig von Reibung oder Bodenkontakt vorzugsweise auf einer direkten Messung der Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und unbewegtem Untergrund beruhen.
Ein als solches bekanntes Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit von Fahrzeugen, das nicht unmittelbar eine Messung über ein Rad vornimmt, besteht im Einsatz satellitengestützter Positionsbestimmungssysteme, wie beispielsweise GPS (Global Positioning System). Hier besteht jedoch der Nachteil, dass der Empfang von GPS-Signalen nicht unter allen in der betrieblichen Praxis auftretenden Umständen mit ausreichender Zuverlässigkeit gewährleistet ist. Dies betrifft beispielsweise Situationen, in denen sich das Fahrzeug unter Brücken, in Tunneln, überbauten oder unterirdisch geführten Streckenabschnitten oder in Gebäuden, wie beispielsweise Bahnhöfen, aufhält.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, anzugeben, das eine besonders zuverlässige Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermöglicht und zugleich vergleichsweise einfach und kostengünstig realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, wobei mittels eines fahrzeugseitigen Bildsensors unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung ein Bild der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs erfasst wird, mittels eines fahrzeugseitigen Referenz-Bildsensors ein Referenz-Bild der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs erfasst wird und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs fahrzeugseitig aus der durch die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes verursachten geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des erfassten Bildes ermittelt wird, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mittels eines Vergleichs des Bildes und des Referenz-Bildes ermittelt wird, und wobei durch ein Objektiv erfasstes Licht dem Bildsensor und dem Referenz-Bildsensor mittels eines Strahlteilers zugeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich somit den so genannten „Rolling-Shutter-Effekt” zu Nutze, der bei einer zeilen- oder spaltenweisen fotografischen Aufnahme von Bildern relativ zu der jeweiligen Kamera bewegter Objekte auftritt. Dabei wird fahrzeugseitig unter zeitlich aufeinander folgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung ein Bild der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs erfasst. Sofern sich das Fahrzeug gegenüber der streckenseitigen Umgebung, deren Bild erfasst wird, bewegt, führt dies dazu, dass das erfasste Bild eine von der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und der Umgebung abhängige Verzerrung aufweist. Unter der in der Regel zutreffenden Annahme, dass sich die durch das Bild erfasste streckenseitige Umgebung des Fahrzeugs nicht bewegt, lässt sich somit aus der geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des erfassten Bildes die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermitteln. Von Bedeutung hierbei ist, dass eine zeitlich aufeinander folgende zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes erfolgt, d. h. dass nicht alle Bildpunkte des Bildes zu demselben Zeitpunkt belichtet werden. Entsprechende Bildsensoren, etwa in Form so genannter CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)-Sensoren, sind vorteilhafterweise in erprobter Qualität und zu vergleichsweise niedrigen Kosten auf dem Markt verfügbar.
Das Bild der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs kann beispielsweise derart erfasst werden, dass ein entsprechender Bildsensor auf die Fahrstrecke, d. h. beispielsweise die Fahrbahn oder das Gleis, ausgerichtet ist. Darüber hinaus ist auch denkbar, dass das Bild einen seitlich an der Fahrstrecke angeordneten Bereich erfasst.
Vorzugsweise erfolgt derart eine kontinuierliche Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, dass in regelmäßigen zeitlichen Abständen Bilder der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs erfasst werden und aus den Bildern jeweils die Geschwindigkeit des Fahrzeugs fahrzeugseitig aus der jeweils vorliegenden geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung ermittelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist derart ausgestaltet, dass fahrzeugseitig ein Referenz-Bild der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs erfasst wird und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mittels eines Vergleichs des Bildes und des Referenz-Bildes ermittelt wird. Dies ist vorteilhaft, da die zusätzliche Verwendung des Referenz-Bildes die Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs deutlich vereinfacht und damit in der Regel auch beschleunigt. Darüber hinaus wird hierdurch insbesondere auch die Genauigkeit der Geschwindigkeitsermittlung erhöht.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch ein Objektiv erfasstes Licht dem Bildsensor und dem Referenz-Bildsensor mittels eines Strahlteilers zugeführt. Dies bietet den Vorteil, dass eine besonders kompakte Ausführung der Einrichtung erzielt wird. Darüber hinaus wird durch die Verwendung eines gemeinsamen Objektivs und die Zuführung des durch das Objektiv erfassten Lichts zu dem Bildsensor und zu dem Referenz-Bildsensor mittels des Strahlteilers gewährleistet, dass durch den Bildsensor und den Referenz-Bildsensor identische Ausschnitte der Umgebung des Fahrzeugs erfasst beziehungsweise abgebildet werden. Hierdurch vereinfacht sich die Montage der Einrichtung sowie gegebenenfalls die Genauigkeit der Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, da Abweichungen des durch den Bildsensor sowie den Referenz-Bildsensor erfassten Bereichs der Umgebung des Fahrzeugs zuverlässig und dauerhaft vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, das es eine vom Schlupf eines Rades des Fahrzeugs unabhängige und damit regelmäßig deutlich genauere Ermittlung der Geschwindigkeit erlaubt. Dabei funktioniert das Verfahren vorteilhafterweise auch in Tunneln und an anderen Orten, an denen eine satellitengestützte Geschwindigkeitsbestimmung nicht oder nur mit vergleichsweise großer Ungenauigkeit möglich ist. Aufgrund dessen, dass die Geschwindigkeit aus der geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des erfassten Bildes ermittelt wird, welche nahezu für beliebige, auch nur geringfügig inhomogene Untergründe auftritt, ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise weitgehend von speziellen Eigenschaften der Umgebung des Fahrzeugs, die fahrzeugseitig in Form des Bildes erfasst wird, unabhängig.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgeführt sein, dass das Referenz-Bild unter zeitgleicher Belichtung aller seiner Bildpunkte erfasst wird. Dies bietet den Vorteil, dass aufgrund der zeitgleichen Belichtung aller Bildpunkte des Referenz-Bildes durch die Relativbewegung des Fahrzeugs zu seiner Umgebung verursachte Verzerrungen, d. h. der zuvor beschriebene Rolling-Shutter-Effekt, vermieden werden. Durch einen Vergleich des Bildes mit dem Referenz-Bild, das vorzugsweise denselben Ausschnitt der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs zeigt wie das Bild, kann hierbei aus der geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des Bildes im Vergleich zu dem Referenz-Bild auf besonders einfache und genaue Art und Weise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden.
Alternativ zu der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise auch derart ablaufen, dass das Referenz-Bild unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung erfasst wird, wobei sich die zeitliche Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Referenz-Bildes von der zeitlichen Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Bildes unterscheidet. Dies bedeutet, dass auch das Referenz-Bild eine geschwindigkeitsabhängige Verzerrung aufweist. Diese unterscheidet sich jedoch in wohldefinierter Art und Weise von der Verzerrung des erfassten Bildes, so dass aus einem Vergleich des Bildes mit dem Referenz-Bild ebenfalls eine besonders genaue und zuverlässige Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs möglich ist. Konkret kann dies beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein das Referenz-Bild erfassender Referenz-Bildsensor gegenüber einem das Bild erfassenden Bildsensor um 180° gedreht angeordnet ist. Sofern der Bildsensor das Bild beispielsweise zeilenweise von oben nach unten belichtet, so führt ein baugleicher, um 180° gedreht montierter Referenz-Bildsensor die zeilenweise Belichtung des Referenz-Bildes von unten nach oben durch. Bei einem Vergleich des Bildes mit dem Referenz-Bild ergibt sich somit aufgrund der entgegen gerichteten Verzerrungen ein besonders ausgeprägter Effekt, mittels dessen eine zuverlässige und genaue Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs möglich ist.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgeprägt, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter Bestimmung einer das Bild in das Referenz-Bild oder das Referenz-Bild in das Bild überführenden Transformation ermittelt wird. Hierbei kann durch einen computergesteuerten Bildvergleich des Bildes mit dem Referenz-Bild die entsprechende Transformation und mit dieser auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs als Parameter der Transformation ermittelt werden.
Die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes kann grundsätzlich mit einer konstanten Auslesegeschwindigkeit erfolgen. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass die Auslesegeschwindigkeit nicht so groß gewählt wird, dass die geschwindigkeitsabhängige Verzerrung des Bildes zu klein und damit nicht mehr oder nicht mehr genau genug nachweisbar beziehungsweise bestimmbar ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes mit einer von einem zuvor ermittelten Wert der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängigen Auslesegeschwindigkeit erfolgt. Dies ist vorteilhaft, da es hierdurch ermöglicht wird, dass die Auslesegeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs jeweils so gewählt wird, dass die Verzerrung des Bildes und damit wiederum auch die Geschwindigkeit besonders gut messbar ist. Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass aus der zuletzt bestimmten Geschwindigkeit die für diese Geschwindigkeit optimale Auslesegeschwindigkeit ermittelt und die folgende Bilderfassung mit dieser Auslesegeschwindigkeit durchgeführt wird. Aus dem ermittelten Bild beziehungsweise den ermittelten Bildern, d. h. dem Bild und dem Referenz-Bild, kann dann wiederum aus einer Transformation ein aktualisierter Wert der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden. Sofern dieser Prozess kontinuierlich mit geringem zeitlichem Abstand der Einzelmessung durchgeführt wird, so ist aufgrund der innerhalb der Zeitintervalle vergleichsweise geringen Änderungen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs sichergestellt, dass die Auslesegeschwindigkeit, d. h. der „Arbeitspunkt” des Verfahrens, zu jedem Zeitpunkt nahezu bestmöglich gewählt ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die durch das Bild gezeigte Umgebung des Fahrzeugs beleuchtet. Dabei wird die Beleuchtung zweckmäßigerweise so gewählt, dass durch streifenden Lichteinfall auf die durch das Bild erfasste streckenseitige Umgebung des Fahrzeugs auch kleine Unebenheiten möglichst markante Schatten werfen, so dass auch für Untergründe mit minimalen Inhomogenitäten, wie beispielsweise verschneite Gleise, noch möglichst ausgeprägte Verzerrungen auftreten und somit eine Geschwindigkeitsermittlung möglich ist. Durch die Beleuchtung wird darüber hinaus auch bei Dunkelheit eine zuverlässige Ermittlung der Geschwindigkeit ermöglicht. Neben Situationen, bei denen das Fahrzeug nachts eingesetzt wird, ist dies auch in Tunneln sowie unter wechselnden Lichtbedingungen vorteilhaft.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin auch derart ausgeführt sein, dass die durch das Bild gezeigte Umgebung des Fahrzeugs mit Licht zumindest eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs beleuchtet wird und das Bild in dem zumindest einen vorgegebenen Wellenlängenbereich erfasst wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Robustheit des Verfahrens gegenüber anderen Lichtquellen und sonstigen Störeinflüssen erhöht wird. Vorzugsweise wird hierbei monochromatisches Licht, beispielsweise im infraroten oder ultravioletten Spektrum, verwendet. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die zur Erfassung des Bildes beziehungsweise der Bilder verwendete Sensorik unter dem Fahrzeug angebracht wird, um störenden Fremdlichteinfall zu minimieren.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs.
Hinsichtlich der Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung anzugeben, die eine besonders zuverlässige Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermöglicht und zugleich vergleichsweise einfach und kostengünstig realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, wobei die Einrichtung einen fahrzeugseitigen Bildsensor, der zur Erfassung eines Bildes der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung ausgebildet ist, einen fahrzeugseitigen Referenz-Bildsensor zum Erfassen eines Referenz-Bildes der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs und eine fahrzeugseitige Auswerteeinrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus der durch die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes verursachten geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des erfassten Bildes aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs mittels eines Vergleichs der Bildes und des Referenz-Bildes ausgebildet ist, und wobei ein Objektiv vorgesehen ist und das durch das Objektiv erfasste Licht dem Bildsensor und dem Referenz-Bildsensor mittels eines Strahlteilers zugeführt wird.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung entsprechen im Wesentlichen derjenigen des erfindungsgemäßen Verfahrens, so dass diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Gleiches gilt analog bezüglich derjenigen im Folgenden genannten bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung, für die zuvor eine entsprechende bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden ist. Somit wird auch hinsichtlich der Vorteile dieser bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung auf die entsprechenden vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der jeweiligen bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart ausgestaltet, dass der Bildsensor als CMOS-Sensor ausgebildet ist. Die Ausführung des Bildsensors als CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)-Sensor bietet den Vorteil, dass es sich hierbei um eine weit verbreitete Art eines elektronischen Bildsensors handelt, bei dem aufgrund einer zeilen- oder spaltenweise fotografischen Aufnahme üblicherweise der Rolling-Shutter-Effekt auftritt. Als Beispiel für einen entsprechenden CMOS-Sensor sei ein Active Pixel-Sensor (APS) genannt, bei dem es sich um einen als Bildsensor in digitalen Fotoapparaten und Videokameras weit verbreiteten Sensortyp handelt.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart ausgestaltet, dass der Referenz-Bildsensor zur zeitgleichen Belichtung aller Bildpunkte des Referenz-Bildes ausgebildet ist.
Grundsätzlich kann es sich bei dem Referenz-Bildsensor um einen Bildsensor beliebiger Art handeln. Dies schließt alle gängigen Arten von elektronischen Bildsensoren ein.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Referenz-Bildsensor ein CCD-Sensor. Die Verwendung eines CCD(Charge-Coupled Device)-Sensors bietet den Vorteil, dass es sich hierbei um einen weit verbreiteten und vergleichsweise kostengünstig verfügbaren Typ von Bildsensor handelt. Üblicherweise sind CCD-Sensoren dabei zur zeitgleichen Belichtung aller Bildpunkte eines Bildes ausgebildet.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch derart ausgestaltet sein, dass der Referenz-Bildsensor zum Erfassen des Referenz-Bildes unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung ausgebildet ist, wobei sich die zeitliche Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Referenz-Bildes durch den Referenz-Bildsensor von der zeitlichen Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Bildes durch den Bildsensor unterscheidet.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart ausgeprägt, dass die Auswerteeinrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter Bestimmung einer das Bild in das Referenz-Bild oder das Referenz-Bild in das Bild überführenden Transformation ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart ausgebildet, dass die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes mit einer von einem durch die Auswerteeinrichtung zuvor ermittelten Wert der Geschwindigkeit des Fahrzeug abhängigen Auslesegeschwindigkeit erfolgt. Es sei darauf hingewiesen, dass für den Fall, dass die Einrichtung einen Referenz-Bildsensor umfasst und diese ebenfalls eine zeilen- oder spaltenweise Belichtung des Referenz-Bildes vornimmt, die Auslesegeschwindigkeit selbstverständlich auch für den Referenz-Bildsensor in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs gewählt beziehungsweise festgelegt werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart ausgeführt, dass die Einrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der durch den Bild-Sensor erfassten Umgebung des Fahrzeugs aufweist.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung hierbei derart ausgeprägt, dass die Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der durch das Bild gezeigten Umgebung des Fahrzeugs mit Licht zumindest eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs ausgebildet ist und die Einrichtung zum Erfassen des Bildes in dem zumindest einen vorgegebenen Wellenlängenbereich vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Bildsensor unter dem Fahrzeug angeordnet und auf den Fahrweg ausgerichtet. Dies bietet einerseits den Vorteil, dass der Bildsensor unter dem Fahrzeug üblicherweise vergleichsweise geschützt angeordnet ist. Darüber hinaus wird die Entfernung zwischen dem Bildsensor und dem Fahrweg in diesem Fall in der Regel vergleichsweise konstant sein, so dass entfernungsabhängige Effekte bei der Erfassung des Bildes beziehungsweise der Ermittlung der Geschwindigkeit aus dem erfassten Bild nicht oder nur vergleichsweise wenig relevant sind. Des Weiteren ist der Bildsensor unter dem Fahrzeug auch gegenüber Streulichteinflüssen geschützt, so dass beispielsweise mittels einer ebenfalls unter dem Fahrzeug angeordneten Beleuchtungseinrichtung eine gleichmäßige Ausleuchtung des jeweils erfassten Bildes möglich ist. Für den Fall, dass die Einrichtung zusätzlich einen Referenz-Bildsensor aufweist, kann dieser selbstverständlich ebenfalls unter dem Fahrzeug angeordnet und auf den Fahrweg ausgerichtet sein.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere spurgebundenes Fahrzeug, mit zumindest einer erfindungsgemäßen Einrichtung beziehungsweise zumindest einer Einrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigt
1 in einer schematischen Darstellung ein Schienenfahrzeug mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung,
2 in einer schematischen Darstellung eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung,
3 eine erste schematische Skizze zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 eine zweite schematische Skizze zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung und
6 in schematischer Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den Figuren für gleiche oder im Wesentlichen gleich wirkende Komponenten aus Gründen der Übersichtlichkeit identische Bezugszeichen verwendet werden.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Schienenfahrzeug mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Dargestellt ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Schienenfahrzeugs. Dabei kann es sich bei dem Schienenfahrzeug um ein Schienenfahrzeug beliebiger Art handeln. Dies bedeutet, dass es sich bei dem Schienenfahrzeug in der Regel entgegen der schematischen Darstellung der 1 nicht um ein dampfgetriebenes Fahrzeug, sondern um ein Fahrzeug mit einer elektrischen, dieselelektrischen oder sonstigen für sich bekannten Antriebseinrichtung handeln wird. Alternativ hierzu könnte das Fahrzeug 10 selbstverständlich auch als sonstiges Fahrzeug beliebiger Art, d. h. beispielsweise als Kraftfahrzeug oder als Magnetschwebebahn, ausgeführt sein.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 weist das Fahrzeug 10 eine Sensoreinrichtung 20 sowie eine Beleuchtungseinrichtung 30 auf. Dabei ist die Sensoreinrichtung 20 unterhalb des Fahrzeugs 10 angeordnet und auf den Fahrweg in Form der Schienen ausgerichtet. In entsprechender Art und Weise ist auch die Beleuchtungseinrichtung 30 unterhalb des Fahrzeugs 10 angebracht und auf den durch die Sensoreinrichtung 20 erfassten Teil der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs 10, d. h. des Gleises, ausgerichtet.
Die Sensoreinrichtung 20 sowie die Beleuchtungseinrichtung 30 sind Bestandteil einer Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10. Diese umfasst weiterhin einen fahrzeugseitigen Bildsensor, der Bestandteil der Sensoreinrichtung 20 ist und der Erfassung eines Bildes der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs 10 unter zeitlich aufeinander folgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung dient. Hierzu kann der Bildsensor beispielsweise als CMOS-Sensor beziehungsweise als Kamera mit einem entsprechenden CMOS-Sensor ausgeführt sein.
Aufgrund der zeilen- oder spaltenweise Belichtung des durch den fahrzeugseitigen Bildsensor erfassten Bildes weist dieses Bild bei einer Relativbewegung des Fahrzeugs 10 zum Untergrund eine geschwindigkeitsabhängige Verzerrung auf, die als Rolling-Shutter-Effekt bezeichnet wird. Mittels einer fahrzeugseitigen Auswerteeinrichtung, die in dem Ausführungsbeispiel der 1 ebenfalls Bestandteil der Sensoreinrichtung 20 ist, ist es nunmehr möglich, aus der durch die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes verursachten geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des erfassten Bildes die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu ermitteln. Vorteilhafterweise geschieht dies unabhängig von den Rädern beziehungsweise Achsen des Fahrzeugs 10, so dass eine Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Reibung beziehungsweise dem jeweiligen Bodenkontakt vorteilhafterweise nicht gegeben ist.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 sei angenommen, dass die Einrichtung weiterhin einen fahrzeugseitigen Referenz-Bildsensor aufweist, der ebenfalls Bestandteil der Sensoreinrichtung 20 ist und dem Erfassen eines Referenz-Bildes der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs, d. h. des Untergrundes, dient. Hierdurch wird es der Auswerteeinrichtung ermöglicht, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter Vornahme eines Vergleichs des Bildes und des Referenz-Bildes durchzuführen.
Hierbei besteht einerseits die Möglichkeit, dass der Referenz-Bildsensor zur zeitgleichen Belichtung aller Bildpunkte des Referenz-Bildes ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass eine optisch gleiche Referenz-Kamera mit einem Referenz-Bildsensor in Form eines CCD-Sensors ohne Rolling-Shutter-Effekt verwendet wird.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, einen Referenz-Bildsensor zu verwenden, der ebenfalls den Rolling-Shutter-Effekt zeigt. In diesem Fall wird die Einrichtung vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass die zeitliche Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Referenz-Bildes durch den Referenz-Bildsensor von der zeitlichen Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Bildes durch den Bildsensor abweicht. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein an sich mit dem Bildsensor identischer Referenz-Sensor um 180° gedreht angeordnet wird.
Die Beleuchtungseinrichtung 30 wird zweckmäßigerweise so gewählt beziehungsweise montiert, dass durch streifenden Lichteinfall auf die Objektebene auch kleine Unebenheiten möglichst markante Schatten werfen, so dass auch für Untergründe mit minimalen Inhomogenitäten, wie beispielsweise verschneite Gleise, noch eine Geschwindigkeitsmessung möglich ist. Ferner wird hierdurch auch eine Messung der Geschwindigkeit in Dunkelheit, in Tunneln und unter wechselnden Lichtbedingungen sichergestellt.
Um den Fremdlichteinfall zu minimieren, kann die ganze gesamte Einrichtung entsprechend der Darstellung der 1 unter dem Fahrzeug 10 angebracht sein. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung 30 Licht eines ausgewählten Wellenlängenbereichs beziehungsweise ausgewählter Wellenlängenbereiche ausstrahlt. Dabei wird vorzugsweise monochromatisches Licht, beispielsweise im Infrarot- oder Ultraviolettbereich, verwendet und seitens der Sensoreinrichtung 20, etwa durch die Verwendung entsprechender Filter, bevorzugt das Licht in diesem Wellenlängenbereich beziehungsweise in diesen Wellenlängenbereichen empfangen.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung. Gezeigt ist eine Sensoreinrichtung 20, bei der es sich beispielsweise um die in 1 abgebildete Sensoreinrichtung handeln kann.
Die Sensoreinrichtung 20 weist ein Gehäuse auf, in dem ein Objektiv 40, ein Strahlteiler 50, ein Bildsensor 60 sowie ein Referenz-Bildsensor 70 angeordnet sind. Entsprechend den Ausführungen im Zusammenhang mit 1 sei hierbei angenommen, dass es sich bei dem Bildsensor 60 um einen Sensor handeln, der den Rolling-Shutter-Effekt zeigt, und bei dem Referenz-Bildsensor um einen solchen, bei dem dieser Effekt nicht auftritt.
Durch die Verwendung des gemeinsamen Objektivs 40 zur Erzeugung der Bilder des Bildsensors 60 sowie des Referenz-Bildsensors 70 wird im Vergleich zu einer Ausführungsform mit zwei getrennten Kameras vorteilhafterweise eine bessere Bildüberdeckung erreicht. Hierzu ist der optische Strahlengang innerhalb der Sensoreinrichtung 20 derart ausgeführt, dass mittels des Objektivs 40 sowie eines Strahlteilers 50 sowohl der Bildsensor 60 als auch der Referenz-Bildsensor 70 mit Licht beaufschlagt beziehungsweise versorgt wird. Der Verschluss für die Aufnahme des verzerrten Bildes durch den Bildsensor 60 befindet sich hinter dem Strahlteiler 50, während die Aufnahme des Referenz-Bildes durch den Referenz-Bildsensor 70 verschlusslos erfolgt.
3 zeigt eine erste schematische Skizze zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dargestellt ist auf der linken Seite ein Beispiel für ein von dem Referenz-Bildsensor erfasstes unverzerrtes Bild B' sowie auf der rechten Seite ein Beispiel für ein durch den Bildsensor mit Rolling-Shutter-Effekt aufgenommenes verzerrtes Bild B eines Gleiskörpers als Fahrbahnuntergrund. Durch die durch das verzögerte Auslesen verursachten Verzerrungen werden die orthogonal zur Fahrtrichtung liegenden Bahnschwellen hierbei geneigt abgebildet.
Durch Vergleich der zeitgleich aufgenommen verzerrten und unverzerrten Bilder B beziehungsweise B' kann durch die Auswerteeinrichtung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt beziehungsweise berechnet werden. Hierbei kann für das verzerrte Bild B und das unverzerrte Bild B' eine Transformation T(v) angegeben werden, welche das Bild B in das verzerrte Bild B' transformiert (oder umgekehrt). Durch einen computergesteuerten Bildvergleich des verzerrten und des unverzerrten Bildes B beziehungsweise B' wird die notwendige Transformation T(v) und mit dieser auch der Parameter v, d. h. die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, bestimmt. Dabei besteht eine besonders einfache Realisierung darin, die Transformation T(v) für verschiedene Geschwindigkeiten v, beginnend mit der zuletzt gemessenen Geschwindigkeit v₀, zu berechnen und das berechnete Bild mit dem Bild B' zu vergleichen. Der Prozess beziehungsweise das Verfahren wird dann in kleinen Schritten mit langsam gegenüber v₀ ansteigender beziehungsweise verringerter Geschwindigkeit v so lange wiederholt, bis das berechnete Bild und das unverzerrte Referenz-Bild B' zur Deckung gebracht werden können. Der für die Deckung ermittelte Parameter v ist dann die aktuell gemessene Geschwindigkeit.
Eine mögliche Erweiterung des Verfahrens besteht in der Ermittlung der zu T(v) inversen Transformation v(B, B'), mit welcher die direkte Ermittlung der Geschwindigkeit v möglich ist.
4 zeigt eine zweite schematische Skizze zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Verfahren kann dadurch weiter verbessert werden, dass die Auslesegeschwindigkeit der Zeilen beziehungsweise Spalten des Bildsensors so gewählt wird, dass die auftretende Verzerrung besonders gut messbar ist. So ist für einen Algorithmus zur Ermittlung der Verzerrung die Erkennungsleistung in der Regel beispielsweise dann besonders günstig und damit der Fehler bei der Geschwindigkeitsbestimmung besonders gering, wenn senkrechte Linien mit einem Neigungswinkel von α von etwa 45° abgebildet werden. Daher wird die Auslesegeschwindigkeit der Zeilen beziehungsweise Spalten und damit der „Arbeitspunkt” des Verfahrens am besten so gewählt, dass im interessierten Geschwindigkeitsbereich in etwa eine Verzerrung dieser Größe auftritt. In diesem Fall hängen die Transformationen T(v) beziehungsweise v(B, B') somit auch von der Auslesegeschwindigkeit Z_v ab, so dass sich die Abhängigkeiten zu T(v, Z_v) beziehungsweise v(B, B', Z_v) ergeben.
Der Effekt der Auslesegeschwindigkeit Z_v auf das durch den Bildsensor erfasste Bild ist in 4 deutlich zu erkennen. So ist in dem linken Bild die Verzerrung vergleichsweise gering, da die Auslesegeschwindigkeit Z_v in Bezug auf die vorliegende Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu niedrig gewählt ist. Hingegen ist die Auslesegeschwindigkeit Z_v bei dem mittleren Bild der 4 in Bezug auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu groß gewählt, so dass zusätzliche Unschärfen auftreten, welche in der Transformation T(v) nicht oder nicht ohne Weiteres berücksichtigt werden können. Folglich gibt es einen Bereich zwischen diesen beiden Extremen, für den die Verzerrung bezogen auf den verwendeten Algorithmus besonders gut geeignet beziehungsweise optimal ist. Dies ist in dem rechten Bild der 4 angedeutet. Hier ist der auftretende Effekt vergleichsweise ausgeprägt, ohne dass zusätzliche Unschärfen auftreten.
Insbesondere für stark wechselnde Geschwindigkeiten des Fahrzeugs ist es folglich vorteilhaft, aus der zuletzt bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs die für diese Geschwindigkeit optimale Auslesegeschwindigkeit Z_v zu ermitteln und die folgende Bildaufnahme mit dieser Auslesegeschwindigkeit Z_v durchzuführen. Aus den mittels des Bildsensors sowie des Referenz-Bildsensors ermittelten Bildern B und B' wird dann mittels der Transformation T(v, Z_v) oder mittels der Transformation v(B, B', Z_v) die neue aktuelle Geschwindigkeit ermittelt. Wird dieser Prozess kontinuierlich mit geringem zeitlichen Abstand der Einzelmessungen durchgeführt, so ist aufgrund der von Schritt zu Schritt geringen Änderungen der Geschwindigkeit v sichergestellt, dass die gewählte Auslesegeschwindigkeit Z_v zu jedem Zeitpunkt geeignet gewählt ist.
5 zeigt in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dabei ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt, mit der das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden kann.
Wie zuvor bereits erläutert, treten durch die zeitlich aufeinander folgende zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes durch den Bildsensor Bildverzerrungen auf. Dabei besteht die Verzerrung im einfachsten Fall in einer Winkelverzerrung, so dass beispielsweise alle rechten Winkel zu spitzen beziehungsweise stumpfen Winkeln verzerrt werden. Bei fester Auslesegeschwindigkeit sind die Verzerrungen von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 sowie der Entfernung des jeweils aufgenommenen Objekts abhängig. Für abgebildete Objekte in wachsender Entfernung wird der Effekt hierbei aufgrund von auftretender Parallaxenverschiebung geringer ausfallen, für Objekte in geringerer Entfernung hingegen stärker.
Im Folgenden wird anhand der 5 zunächst eine mögliche Vorgehensweise beziehungsweise Ausführungsform der Einrichtung für den Fall eines festen Abstands der durch das Bild sowie das Referenz-Bild erfassten Objekte beschrieben. Dies bietet den Vorteil, dass die durch den Rolling-Shutter-Effekt auftretende Verzerrung für alle abgebildeten Objekte und Hintergründe lediglich von der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug 10 und der Umgebung des Fahrzeugs 10 abhängt.
Neben der Sensoreinrichtung 20 weist die dargestellte Einrichtung eine Auswerteeinrichtung 80 auf, die zur Auswertung von der Sensoreinrichtung übermittelter Bilder B und B' ausgebildet ist. Dabei sei wiederum angenommen, dass es sich bei dem Bild B um das durch den Bildsensor erfasste verzerrte Bild und bei dem Bild B' um das durch den Referenz-Bildsensor erfasste unverzerrte Bild handelt.
Aus der Verzerrung des Bildes B ermittelt die Auswerteeinrichtung 80 unter Durchführung eines Vergleichs der beiden Bilder B und B' die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Auswerteeinrichtung 80 wirkt dabei mittels eines Signals G auf eine Steuereinrichtung 90 ein, die der Einstellung der Auslesegeschwindigkeit Z_v in der Sensoreinrichtung 20 beziehungsweise in dem Bildsensor der Sensoreinrichtung 20 dient. Dies bedeutet, dass die Steuereinrichtung 90 aus dem ihr von der Auswerteeinrichtung 80 übermittelten Signal G, das beispielsweise Informationen zu der zuletzt ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen kann, den jeweils günstigsten Wert der Auslesegeschwindigkeit Z_v bestimmt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Steuereinrichtung 90 selbstverständlich auch Bestandteil der Auswerteeinrichtung 80 sein kann.
Durch die in 5 dargestellte Einrichtung ist es vorteilhafterweise somit möglich, die Auslesegeschwindigkeit Z_v zu jedem Zeitpunkt in einem für die folgende Geschwindigkeitsermittlung günstigen Bereich zu halten.
6 zeigt in schematischer Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dabei stellt die Einrichtung gemäß der 6 eine Erweiterung der Einrichtung der 5 für den Fall variabler Abstände der mittels der Bilder B beziehungsweise B' erfassten Objekte dar.
In dem Ausführungsbeispiel der 6 ist hierzu neben der Sensoreinrichtung 20, welcher den Bildsensor enthält, eine hiervon räumlich getrennte weitere Sensoreinrichtung 25 vorgesehen, die den Referenz-Bildsensor beinhaltet. Die beiden Sensoreinrichtungen 20 und 25, die als Kameras ausgeführt sein können, schicken die von ihnen erfassten Bilder B beziehungsweise B' an die Auswerteeinrichtung 80, welche die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt und durch eine Einwirkung auf die Steuereinrichtung 90 mittels des Signals G die Auslesegeschwindigkeit Z_v im optimalen Bereich hält. Dabei sei darauf hingewiesen, dass für den Fall, dass es sich bei dem Referenz-Bildsensor um einen Sensor handelt, der den Rolling-Shutter-Effekt nicht zeigt, eine Vorgabe der Auslesegeschwindigkeit Z_v an die weitere Sensoreinrichtung 25 entgegen der Darstellung in 6 nicht erforderlich ist.
Die Bilder B und B' werden darüber hinaus zusätzlich an eine Verarbeitungseinrichtung 100 übermittelt, welche der dreidimensionalen Verarbeitung der empfangenen Bilder B und B' zwecks Durchführung eines Parallaxenausgleichs dient. Das Ergebnis, d. h. eine Information P über die Parallaxe der unterschiedlich weit entfernten Objekte, sendet die Verarbeitungseinrichtung 100 an die Auswerteeinrichtung 80. Seitens der Auswerteeinrichtung 80 wird die empfangene Information P über die Parallaxe in der Folge bei der Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es weiterhin auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich eine Bildaufnahme des seitlichen vom Fahrzeug aus sichtbaren Fahrbahnrandes beziehungsweise der dort sichtbaren Objekte, wie beispielsweise Masten, Zäune, Gebäude, Schilder oder Vegetation, erfolgt. Hierbei tritt jedoch die zusätzliche Schwierigkeit auf, dass die abgebildeten Objekte sich in unterschiedlicher Entfernung befinden und wegen der Parallaxenverschiebung die für die Geschwindigkeitsermittlung nutzbaren Verzerrungen von dieser Entfernung abhängen. Diese Schwierigkeit kann jedoch zumindest teilweise dadurch begegnet werden, dass die Entfernungen der markantesten und nächsten Objekte beispielsweise mittels der in 6 dargestellten Einrichtung ermittelt und in der Folge bei der Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Gemäß den vorstehenden Ausführungen bieten das im Rahmen der Ausführungsbeispiele beschriebene Verfahren sowie die entsprechende Einrichtung insbesondere den Vorteil, dass eine vom Schlupf des Rades unabhängige und damit vergleichsweise genaue Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermöglicht wird. Dabei ist eine zuverlässige Bestimmung der Geschwindigkeit auch in Tunneln und an anderen Orten möglich, in denen eine satellitengestützte Lösung nicht oder nur unzureichend funktioniert. Vorteilhafterweise ist das Verfahren dabei weitgehend von speziellen Eigenschaften der erfassten Umgebung unabhängig, wobei durch eine integrierte Beleuchtung vorteilhafterweise auch ein Einsatz in Dunkelheit, in Tunneln und unter anderen wechselnden Lichtbedingungen möglich ist.

Claims

Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (10), insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, wobei – mittels eines fahrzeugseitigen Bildsensors (60) unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung ein Bild (B) der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs (10) erfasst wird, – mittels eines fahrzeugseitigen Referenz-Bildsensors (70) ein Referenz-Bild (B') der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs (10) erfasst wird und – die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) fahrzeugseitig aus der durch die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes (B) verursachten geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des erfassten Bildes (B) ermittelt wird, – wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) mittels eines Vergleichs des Bildes (B) und des Referenz-Bildes (B') ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Objektiv (40) erfasstes Licht dem Bildsensor (60) und dem Referenz-Bildsensor (70) mittels eines Strahlteilers (50) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenz-Bild (B') unter zeitgleicher Belichtung aller seiner Bildpunkte erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenz-Bild (B') unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung erfasst wird, wobei sich die zeitliche Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Referenz-Bildes (B') von der zeitlichen Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Bildes (B) unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) unter Bestimmung einer das Bild (B) in das Referenz-Bild (B') oder das Referenz-Bild (B') in das Bild (B) überführenden Transformation ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes (B) mit einer von einem zuvor ermittelten Wert der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) abhängigen Auslesegeschwindigkeit erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Bild (B) gezeigte Umgebung des Fahrzeugs (10) beleuchtet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die durch das Bild (B) gezeigte Umgebung des Fahrzeugs (10) mit Licht zumindest eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs beleuchtet wird und – das Bild (B) in dem zumindest einen vorgegebenen Wellenlängenbereich erfasst wird.
Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs (10), insbesondere eines spurgebundenen Fahrzeugs, wobei die Einrichtung – einen fahrzeugseitigen Bildsensor (60), der zur Erfassung eines Bildes (B) der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs (10) unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung ausgebildet ist, – einen fahrzeugseitigen Referenz-Bildsensor (70) zum Erfassen eines Referenz-Bildes (B') der streckenseitigen Umgebung des Fahrzeugs (10) und – eine fahrzeugseitige Auswerteeinrichtung (80) zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) aus der durch die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes (B) verursachten geschwindigkeitsabhängigen Verzerrung des erfassten Bildes (B) aufweist, – wobei die Auswerteeinrichtung (80) zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) mittels eines Vergleichs des Bildes (B) und des Referenz-Bildes (B') ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Objektiv (40) vorgesehen ist und – das durch das Objektiv (40) erfasste Licht dem Bildsensor (60) und dem Referenz-Bildsensor (70) mittels eines Strahlteilers (50) zugeführt wird.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (60) als CMOS-Sensor ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Bildsensor (70) zur zeitgleichen Belichtung aller Bildpunkte des Referenz-Bildes (B') ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Bildsensor (70) ein CCD-Sensor ist.
Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Bildsensor (70) zum Erfassen des Referenz-Bildes (B') unter zeitlich aufeinanderfolgender zeilenweiser oder spaltenweiser Belichtung ausgebildet ist, wobei sich die zeitliche Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Referenz-Bildes (B') durch den Referenz-Bildsensor (70) von der zeitlichen Abfolge der Belichtung der einzelnen Zeilen oder Spalten des Bildes (B) durch den Bildsensor (60) unterscheidet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (80) zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) unter Bestimmung einer das Bild (B) in das Referenz-Bild (B') oder das Referenz-Bild (B') in das Bild (B) überführenden Transformation ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung derart ausgebildet ist, dass die zeilenweise oder spaltenweise Belichtung des Bildes (B) mit einer von einem durch die Auswerteeinrichtung (80) zuvor ermittelten Wert der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) abhängigen Auslesegeschwindigkeit erfolgt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Beleuchtungseinrichtung (30) zum Beleuchten der durch den Bild-Sensor (60) erfassten Umgebung des Fahrzeugs (10) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass – die Beleuchtungseinrichtung (30) zum Beleuchten der durch das Bild (B) gezeigten Umgebung des Fahrzeugs (10) mit Licht zumindest eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs ausgebildet ist und – die Einrichtung zum Erfassen des Bildes (B) in dem zumindest einen vorgegebenen Wellenlängenbereich vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (60) unter dem Fahrzeug (10) angeordnet und auf den Fahrweg ausgerichtet ist.
Fahrzeug (10), insbesondere spurgebundenes Fahrzeug, mit zumindest einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17.