DE102012108861A1 - Verfahren zur Kalibrierung einer farbauflösenden Fahrzeugkamera - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer farbauflösenden Fahrzeugkamera mit den folgenden Schritten: Mittels der farbauflösenden Fahrzeugkamera wird mindestens ein Bild aufgenommen. In dem mindestens einen aufgenommenen Bild wird nach mindestens einem Signal einer Ampel gesucht und sofern ein potentielles Ampelsignal im Bild gefunden wird, wird dieses klassifiziert und verifiziert, also erkannt. Sofern in einem Bild kein Ampelsignal gefunden wird, wird das Verfahren mit einem nachfolgend aufgenommenen Bild fortgesetzt. Eine Farbkalibrierung, insbesondere ein Weißabgleich, der Fahrzeugkamera wird mittels Vergleich des Farbwerts des mindestens einen erkannten Ampelsignals aus dem aufgenommenen Bild mit einem Referenzfarbwert für die Farbe dieses Ampelsignals durchgeführt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer farbauflösenden Fahrzeugkamera, die insbesondere für ein Fahrerassistenzsystem genutzt wird.
- Üblicherweise werden derartige Fahrzeugkameras am Ende eines Produktionsbandes während der Fahrzeugherstellung mittels spezieller Testobjekte kalibriert, wobei sowohl eine Ausrichtung eines zu erfassenden Bereiches als auch eine optimale Farberfassung und ein Weißabgleich eingestellt werden.
- Problematisch bei der Farberfassung durch eine Kamera ist, dass die Farbe eines Objekts keine reine Eigenschaft des Objekts selbst ist, sondern maßgeblich durch die Übertragungs- und Filtereigenschaften der gesamten optischen Kette (Windschutzscheibe, Linsen, Imager) und der Farbtemperatur der Lichtquellen beeinflusst wird, mit der das Objekt beleuchtet wird. So erscheint beispielsweise eine weiße Fahrbahnmarkierung auch gelb, wenn sie von einem gelblich leuchtenden Scheinwerfer angestrahlt wird. Dies kann dazu führen, dass von einem Fahrerassistenzsystem eine fehlerhafte Umfeldinterpretation durchgeführt wird. Eine sichere Erkennung von Farben in der Welt und damit im Verkehr kann von entscheidender Bedeutung für die Funktion von Fahrerassistenzsystemen wie z.B. einer Verkehrszeichenerkennung, automatischen Lichtsteuerung oder einem Baustellenassistenten sein.
- Eine Abhilfe dafür besteht darin, einen sogenannten Weißabgleich durchzuführen, d. h. die Farbtemperatur der Beleuchtung zu schätzen und diesen Einfluss bei der Farbbestimmung eines Objekts zu berücksichtigen.
- Fahrzeuge durchfahren auf einer Fahrt meist mehrere unterschiedliche Zonen mit verschiedenen Beleuchtungssituationen. Beispielsweise beginnt ein Fahrzeug eine Fahrt in einer mit Neonröhren beleuchteten Tiefgarage, verlässt dann bei sich mit der Tageszeit und Witterung verändernden Tageslicht die Tiefgarage, durchfährt möglicherweise mit Natriumdampflampen ausgestattete Tunnels und kehrt abends bei verschiedenen Straßenbeleuchtungen und unter Einfluss des eigenen Abblendlichts wieder in die Tiefgarage zurück. Für Fahrerassistenzsysteme ergibt sich daraus die Anforderung eines dynamischen Nachführens des Weißabgleichs.
- Die
WO 2010/088876 A1 - Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren, dass Scheinwerferlichter eine deutliche Streuung ihrer spektralen Zusammensetzung aufweisen, von „Xenonweiß“ bis hellgelb, und dass Scheinwerferlichter typischerweise nur nachts detektiert werden können.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Kalibrierung einer farbauflösenden Fahrzeugkamera anzugeben.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kalibrierung einer farbauflösenden Fahrzeugkamera umfasst die folgenden Schritte:
Mittels der farbauflösenden Fahrzeugkamera wird mindestens ein Bild aufgenommen. In dem mindestens einen aufgenommenen Bild wird nach mindestens einem Signal einer Ampel gesucht und sofern ein potentielles Ampelsignal im Bild gefunden wird, wird dieses klassifiziert und verifiziert, also erkannt. Dieser Schritt kann insbesondere von einer elektronischen Bildverarbeitung durchgeführt werden. Unter einem Ampelsignal wird die Gesamtheit der zu einem Zeitpunkt leuchtenden Ampelsignalfarben verstanden, also z.B. nur grün, aber auch gelb-rot. Sofern in einem Bild kein Ampelsignal gefunden wird, wird das Verfahren mit einem nachfolgend aufgenommenen Bild fortgesetzt. Eine Farbkalibrierung, insbesondere ein Weißabgleich, der Fahrzeugkamera wird mittels Vergleich des Farbwerts des mindestens einen erkannten Ampelsignals aus dem aufgenommenen Bild mit einem Referenzfarbwert für die Farbe dieses Ampelsignals durchgeführt. Wenn beispielsweise ein grünes Ampelsignal in einem Bild erkannt wurde, kann der Farbwert dieses Ampelsignals mit einem hinterlegten Referenzgrün (das typisch für grüne Ampelsignale ist) verglichen werden. Wenn beispielsweise gelb-rot als Ampelsignal erkannt wurde, kann der detektierte rote Farbwert mit einem Referenzrot oder der detektierte gelbe mit einem Referenzgelb verglichen werden oder beide detektierten mit den jeweiligen Referenzfarbwerten. Die Farbkalibrierung der Fahrzeugkamera wird vorzugsweise durch eine automatische Anpassung von Kamera- bzw. Bildverarbeitungsparametern derart vorgenommen, dass der nach der Anpassung ermittelte Farbwert des detektierten Ampelsignals mit dem gespeicherten Referenzfarbwert übereinstimmt. - Da Fahrzeuge regelmäßig an Ampeln vorbeifahren und die Signalleuchten von Ampeln definierte Farbsignale ausstrahlen, sind Ampeln ein ideales Mittel für die Farbkalibrierung von Fahrzeugkameras.
- Die Farbgestaltung der Ampelsignale muss sich z.B. in Deutschland gemäß der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zur Straßenverkehrs-Ordnung (VwV-StVO) vom 22. Oktober 1998, in der Fassung vom 17. Juli 2009, zu §37 nach DIN 6163 richten. Durch die Erfindung kann die Farberkennungsstabilität über die Lebenszeit einer Fahrzeugkamera erhöht werden (Nachkalibrierung der Kamerafarbkennlinien). Auch im Verlauf eines Tages kann bei verschiedenen Sonnenständen, Witterungs- oder Lichtbedingungen (Tag/Nacht) eine Nachkalibrierung der Farberkennung durchgeführt werden. Die Stabilität der Farberkennung kann gerade in schwierigen Szenarien wie z.B. Baustellen (Unterscheidung zwischen gelben und weißen Fahrspurbegrenzungslinien) erhöht werden. Die Erfindung bietet also auf einfache Weise eine sehr effiziente Möglichkeit einer optimalen Kalibrierung einer farbauflösenden Fahrzeugkamera, da diese Kalibrierung automatisch durchgeführt wird und regelmäßig durchführbar ist.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform werden mehrere Bilder aufgenommen und mehrere Signale mindestens eines Ampelsignalfarbwerts von einer oder mehreren Ampeln erkannt. Die Farbkalibrierung wird mittels Vergleich mindestens eines durchschnittlichen Ampelsignalfarbwerts aus den Bildern mit einem Referenzfarbwert für die Farbe dieses Ampelsignals durchgeführt. Ein solcher Durchschnittswert kann vorzugsweise für jeden Ampelsignalfarbwert (grün, gelb und rot) gebildet werden. Aus mehreren Grünwerten, die jeweils als grünes Ampelsignal erkannt wurden, wird beispielsweise ein Durchschnittsgrün ermittelt, das dann mit dem gespeicherten Referenzgrün verglichen wird. Dadurch kann insbesondere das Farbspektrum von mehreren erkannten Ampelsignalfarben zusammengefasst werden und dieser gemittelte Wert zur Kalibrierung der Farben bzw. zum Weißabgleich verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass farbliche Abweichungen einzelner Ampelsignale kompensiert werden können. Bevorzugt wird eine Farbkalibrierung mit einer erkannten (durchschnittlichen) roten Ampelsignalfarbe und einem Referenzfarbwert für rot durchgeführt. Es ist insbesondere möglich nur durch diesen Rotvergleich eine Farbkalibrierung durchzuführen. Rot wird von vielen Bildsensoren, insbesondere solchen mit einem Bayer-Farbfilter (RGGB-Chip), als Grundfarbe detektiert. Rot spielt eine wichtige Rolle u.a. bei der Erkennung von Rücklichtern vorausfahrender Fahrzeuge oder bei der Erkennung von Verkehrszeichen mit roten Inhalten (Geschwindigkeitsbeschränkung-, Überholverbots-, Vorfahrt-Achten-Schildern usw.).
- Vorteilhaft wird eine Farbkalibrierung mit einer erkannten (durchschnittlichen) grünen Ampelsignalfarbe und einem Referenzfarbwert für grün durchgeführt. Es ist insbesondere möglich nur durch diesen Grünvergleich eine Farbkalibrierung durchzuführen. Grün wird ebenfalls von vielen Bildsensoren, insbesondere solchen mit einem Bayer-Farbfilter (RGGB-Chip), als Grundfarbe detektiert.
- Bevorzugt wird eine Farbkalibrierung mit einer erkannten (durchschnittlichen) gelben Ampelsignalfarbe und einem Referenzfarbwert für gelb durchgeführt. Es ist insbesondere möglich nur durch diesen Gelbvergleich eine Farbkalibrierung durchzuführen. Gelb spielt eine wichtige Rolle u.a. bei der Erkennung von gelben Fahrspurbegrenzungslinien (Baustellen) oder bei der Erkennung von Verkehrszeichen mit gelben Inhalten (z.B. Vorfahrtsstraßenschild).
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Farbkalibrierung der Fahrzeugkamera durch Vergleichen aller zeitgleich oder nacheinander aufgenommenen und erkannten Ampelsignalfarben aus dem oder den aufgenommenen(en) Bild(ern) mit dem jeweils entsprechenden Referenzfarbwert für rot, gelb und grün.
- In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Werte von Ampelsignalfarben und/oder der Durchschnittswert der Ampelsignalfarben bildpositionsabhängig ermittelt. Hierdurch werden die Korrelation der Bildposition mit der Distanz und die Abhängigkeit der Helligkeit der Ampelsignale von der Distanz berücksichtigt.
- Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer farbauflösenden Fahrzeugkamera. Vorgesehen ist ein Mittel zur Aufnahme mindestens eines Bilds mittels der farbauflösenden Fahrzeugkamera, ein Mittel zur Erkennung mindestens eines Signals einer Ampel in dem aufgenommenen Bild und ein Mittel zur Farbkalibrierung der Fahrzeugkamera mittels Vergleich mindestens eines Farbwerts des mindestens einen erkannten Ampelsignals aus dem aufgenommenen Bild mit einem Referenzfarbwert für die Farbe dieses Ampelsignals, wobei der Referenzfarbwert vorzugsweise in einem nichtflüchtigen Datenspeicher hinterlegt ist. Die Fahrzeugkamera kann vorzugsweise über eine Aufnahmesteuerungseinheit, eine Bildverarbeitungseinheit und einen Datenspeicher verfügen, in die sämtliche genannten Mittel integriert sind.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen erläutert.
- Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer farbauflösenden Kamera in einem Fahrzeug und -
2 vier Signale einer Ampelschaltung. -
1 zeigt eine schematische Darstellung einer farbauflösenden Kamera K in einem Innenraum eines Fahrzeugs F hinter einer Scheibe S. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kamera K hinter einer Frontscheibe des Fahrzeugs F angeordnet und nach außen auf einen Bereich vor dem Fahrzeug F gerichtet. Die Erfindung schließt aber auch Fahrzeugkameras ein, die nicht im Innenraum bzw. hinter einer Fahrzeugscheibe S angeordnet sind, also beispielsweise auch Fahrzeugkameras im Außenspiegel oder im Bereich der Heckstoßstange. Die Fahrzeugkamera K umfasst des Weiteren eine hier nicht näher dargestellte elektronische Bildverarbeitung mit einem Datenspeicher. -
2 zeigt vier Signale bzw. Zustände einer Ampel. Bei Signal1 leuchtet die untere, grüne Signalfarbe (G, diagonal aufsteigend schraffiert) und die Einfahrt ist freigegeben. Bei Signal2 leuchtet die mittlere, gelbe Signalfarbe (Y, diagonal absteigend schraffiert) und der Fahrer soll auf das nächste Signal warten. Bei Signal3 leuchtet die obere, rote Signalfarbe (R, diagonal gitterförmig schaffiert) und der Fahrer hat keine Einfahrerlaubnis. In manchen Ländern leuchten bei Signal4 die rote und die gelbe Signalfarbe (R, Y) gemeinsam, wodurch der Fahrer weiß, dass die Einfahrt gleich freigegeben wird. - Ein Fahrzeug mit einer Kamera (wie in
1 dargestellt) passiert während einer Fahrt häufig Ampeln, die eines der in2 dargestellten Signale anzeigen. Diese Ampelsignale werden von der Kamera aufgenommen und können daher aus den Kamerabildern erkannt werden. Dabei werden zum einem von einem Ampelsignal mehrere Bilder aufgenommen, da die Bildaufnahmefrequenz deutlich kürzer ist als die Ampelsignalwechselfrequenz. Zum anderen werden typischerweise auch im Laufe einer Fahrt von verschiedenen Ampeln Signale detektiert und erkannt, da z.B. in Städten viele Kreuzungen von Ampelschaltungen reguliert sind. Aus allen erkannten Bildfarbwerten, die bei der Erkennung einem grünen Ampelsignal (G) zugeordnet werden konnten, kann so ein durchschnittlicher Ampel-Grünwert ermittelt werden. Für die beiden anderen Ampelsignalfarben kann auf gleiche Weise ebenfalls ein durchschnittlicher Ampel-Rot- bzw. Gelbwert ermittelt werden. Der durchschnittliche Ampel-Grünwert wird verglichen mit einem Referenz-Grünwert, der einem Speicher hinterlegt ist. Sofern zwischen beiden Grünwerten eine Abweichung vorliegt, kann ein Bedarf einer Farbkalibrierung festgestellt werden. Genauso können der durchschnittliche Ampel-Rot- und Gelbwert mit einem Referenz-Rotwert und einem Referenz-Gelbwert verglichen werden. Aus der Größe der Abweichung der einzelnen Farbwerte kann eine Farbraumkorrektur ermittelt werden. Die Farbkalibrierung der Fahrzeugkamera wird durch eine automatische Anpassung von Kamera- bzw. Bildverarbeitungsparametern (Farbraumkorrektur) derart durchgeführt, dass der nach der Anpassung ermittelte Farbwert der detektierten Ampelsignale mit den gespeicherten Referenzfarbwerten möglichst genau übereinstimmt. - Bezugszeichenliste
-
- F
- Fahrzeug
- K
- Kamera
- S
- Scheibe
- R
- Rot
- Y
- Gelb
- G
- Grün
- 1
- Signal
1 (Einfahrt frei) - 2
- Signal
2 (Nächstes Signal abwarten) - 3
- Signal
3 (Einfahrt untersagt) - 4
- Signal
4 (Einfahrt wird in Kürze freigegeben) - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2010/088876 A1 [0006]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- DIN 6163 [0013]
Claims (8)
- Verfahren zur Kalibrierung einer farbauflösenden Fahrzeugkamera (K) umfassend die Schritte: – Aufnahme mindestens eines Bilds mittels der farbauflösenden Fahrzeugkamera (K) – Erkennung mindestens eines Signals (R, Y, G) einer Ampel in dem aufgenommenen Bild und – Farbkalibrierung der Fahrzeugkamera (K) mittels Vergleich mindestens eines Farbwerts des mindestens einen erkannten Ampelsignals (R, Y, G) aus dem aufgenommenen Bild mit einem Referenzfarbwert für die Farbe dieses Ampelsignals.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei mehrere Bilder aufgenommen werden, mehrere Signale (R, Y, G) von einer oder mehreren Ampeln erkannt werden, und die Farbkalibrierung mittels Vergleich mindestens eines durchschnittlichen Ampelsignalfarbwerts aus den Bildern mit einem Referenzfarbwert für die Farbe dieses Ampelsignals.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Farbkalibrierung mit einem Referenzfarbwert für rot durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Farbkalibrierung mit einem Referenzfarbwert für grün durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Farbkalibrierung mit einem Referenzfarbwert für gelb durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch Vergleichen aller zeitgleich oder nacheinander aufgenommenen und erkannten Ampelsignalfarben (R, Y, G) aus dem oder den aufgenommenen(en) Bild(ern) mit dem jeweils entsprechenden Referenzfarbwert für rot, gelb und grün die Farbkalibrierung der Fahrzeugkamera (K) durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Farbwert des mindestens einen Ampelsignals und/oder der Durchschnittsfarbwert des mindestens einen Ampelsignals bildpositionsabhängig ermittelt wird.
- Vorrichtung zur Kalibrierung einer farbauflösenden Fahrzeugkamera (K) umfassend: – Mittel zur Aufnahme mindestens eines Bilds mittels der farbauflösenden Fahrzeugkamera (K) – Mittel zur Erkennung mindestens eines Signals (R, Y, G) einer Ampel in dem aufgenommenen Bild und – Mittel zur Farbkalibrierung der Fahrzeugkamera (K) mittels Vergleich mindestens eines Farbwerts des mindestens einen erkannten Ampelsignals (R, Y, G) aus dem aufgenommenen Bild mit einem Referenzfarbwert für die Farbe dieses Ampelsignals.
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