DE102013003515A1 - Method for measuring speed of moving object, particularly vehicle by using laser device, involves deriving velocity of moving object from change of coordinates of pairs of measurement data by pulses that are generated by transmitting device - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen mittels einer Lasereinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einer Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 6.The present invention relates to a method for speed measurement of vehicles by means of a laser device according to the features of
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen mittels einer Lasereinrichtung zur Verfügung zu stellen, das ohne bewegte Teile auskommt. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche näher definiert.It is therefore an object of the present invention to provide an improved method for measuring the speed of vehicles by means of a laser device that manages without moving parts. This object is achieved by a method according to
Die Erfindung schafft daher ein Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung eines Fahrzeuges mittels einer Lasereinrichtung mit folgenden Merkmalen:
Aussenden einer gepulsten Messstrahlung mittels einer Sendeeinrichtung; Empfangen der an dem zu vermessenden Objekt reflektierten Messstrahlung mittels einer Empfangseinrichtung; Zuführen der durch die Empfangseinrichtung empfangenen Messstrahlung an eine Auswerteeinrichtung in Form von elektrischen Signalen; Ermitteln von Koordinaten eines Messdatenpaares, gebildet durch einen Entfernungswert und einen Winkelwert, durch die Auswerteeinrichtung unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit und der Zeit zwischen dem Aussenden und Empfangen der Messstrahlung; Anordnen einer Streueinrichtung zwischen der Sendeeinrichtung und dem Objekt, um die Messstrahlung in mindestens einen, einen Ausleuchtungsbereich definierenden, Strahl aufzuweiten; Anordnen einer Sammeleinrichtung zwischen dem Objekt und der Empfangseinrichtung, um die an dem Objekt reflektierte Messstrahlung auf die Empfangseinrichtung zu fokussieren; Ableiten einer Geschwindigkeit des sich bewegenden Objektes aus einer Änderung der Koordinaten eines ersten Messdatenpaares, der durch einen ersten Impuls der Sendeeinrichtung generiert wird und ein dazu korrespondierendes zweites Messdatenpaar, das durch einen zweiten Impuls der Sendeeinrichtung generiert wird.The invention therefore provides a method for measuring the speed of a vehicle by means of a laser device having the following features:
Emitting a pulsed measuring radiation by means of a transmitting device; Receiving the measuring radiation reflected at the object to be measured by means of a receiving device; Supplying the measuring radiation received by the receiving device to an evaluation device in the form of electrical signals; Determining coordinates of a measured data pair, formed by a distance value and an angle value, by the evaluation device, taking into account the speed of light and the time between the transmission and reception of the measuring radiation; Arranging a scattering device between the transmitting device and the object in order to expand the measuring radiation into at least one beam defining an illumination region; Arranging a collecting device between the object and the receiving device in order to focus the measuring radiation reflected on the object onto the receiving device; Deriving a speed of the moving object from a change in the coordinates of a first pair of measured data, which is generated by a first pulse of the transmitting device and a second pair of measured data corresponding thereto, which is generated by a second pulse of the transmitting device.
Durch die Anordnung einer Streueinrichtung zwischen der Sendeeinrichtung und dem sich bewegenden Objekt wird somit der Messstrahl auf mindestens einen Strahl aufgeweitet. Auf sich bewegende Teile kann somit gänzlich verzichtet werden.By the arrangement of a scattering device between the transmitting device and the moving object thus the measuring beam is expanded to at least one beam. Moving parts can thus be dispensed with altogether.
Bevorzugt wird der Messstrahl in einer horizontalen Ebene linienförmig aufgeweitet.Preferably, the measuring beam is widened linearly in a horizontal plane.
Die Empfangseinrichtung nimmt für mehrere Messpunkte gleichzeitig Entfernungswerte auf. Dabei wird die an einem Objekt reflektierte Messstrahlung mittels der Sammeleinrichtung auf eine Empfangseinrichtung fokussiert. Der Messbereich wird somit zunächst in einem ersten Schritt durch einen optischen Öffnungswinkel der Sammeleinrichtung begrenzt.The receiving device records distance values for several measuring points at the same time. In this case, the measuring radiation reflected on an object is focused by means of the collecting device onto a receiving device. The measuring range is thus initially limited in a first step by an optical opening angle of the collecting device.
Ferner ist es vorteilhaft den Messbereich in seiner Tiefe zu begrenzen. D. h., die Messdatenerfassung wird nicht durch die Reichweite der Sendeeinrichtung beschränkt, sondern durch Entfernungsgrenzen, die der Sendeeinrichtung spezifisch für den Aufstellort angelernt werden. Zu diesem Zweck wird vor Beginn der eigentlichen Messung eine Sequenz von Tiefenbildern des Messbereichs durch die Empfangseinheit erfasst und bewegte Objekte (Fahrzeuge) ohne Beschränkung des Messbereiches gesucht. Aus den so ermittelten Abständen der Fahrzeuge von der Empfangseinheit kann der Entfernungsbereich ermittelt werden, in dem Fahrzeuge erwartet werden und der Messbereich auf diesen Entfernungsbereich eingeschränkt wird. Darüber hinaus können in einem statistischen Verfahren Hypothesen über die Spurmitten der beobachteten Fahrspuren abgeleitet werden. Mittels der Hypothesen kann der Messbereich hinsichtlich einer Minimal- und Maximalgrenzentfernung weiter auf einzelne Fahrspuren eingeschränkt werden. Alle von der Empfangseinheit gelieferten Entfernungswerte werden dann nur noch hinsichtlich dieses ermittelten interessierenden Entfernungsbereiches betrachtet. Vorteilhaft ist dabei die Beschränkung auf Entfernungen quer zur eigentlichen Fahrtrichtung, d. h. es wird nicht die absolute Entfernung zum Fahrzeug in die Statistik aufgenommen, sondern nur der Querabstand zum Fahrzeug. Eingehende Messdaten werden dann zunächst geprüft, ob sie jeweils innerhalb oder außerhalb eines interessierenden Entfernungsbereiches liegen. Solche die außerhalb liegen, werden dann nicht der Recheneinheit zugeführt.Furthermore, it is advantageous to limit the measuring range in its depth. That is, the measurement data acquisition is not limited by the range of the transmitting device, but by distance limits that are trained the transmitting device specifically for the installation. For this purpose, a sequence of depth images of the measuring range is detected by the receiving unit and searched moving objects (vehicles) without limiting the measuring range before starting the actual measurement. From the thus determined distances of the vehicles from the receiving unit, the distance range can be determined in which vehicles are expected and the measuring range is limited to this distance range. In addition, hypotheses about the lanes of the observed lanes can be derived in a statistical procedure. By means of the hypotheses, the measuring range can be further limited to individual lanes in terms of a minimum and maximum limit distance. All distance values provided by the receiving unit are then considered only with regard to this determined range of interest of interest. The advantage here is the restriction to distances across the actual direction of travel, d. H. not the absolute distance to the vehicle is included in the statistics, but only the transverse distance to the vehicle. Incoming measurement data are then first checked as to whether they lie within or outside a range of interest of interest. Those that are outside are then not fed to the arithmetic unit.
Die Sammeleinrichtung kann ein sammelndes optisches System wie eine einfache Linse oder ein aus mehreren Linsen bestehendes System, z. B. ein Objektiv sein, dessen Brennweite den Abbildungsmaßstab des Messbereichs auf die Empfangseinrichtung bestimmt. Daher kann vorgesehen sein, dass passend zum Messbereich die Brennweite der Sammeleinrichtung, durch Anwendung des Strahlensatzes, auf die Empfangseinrichtung abgestimmt ist. Als Empfangseinrichtung können beispielsweise ein Zeilensensor oder in einer bevorzugten Ausführungsform ein Matrixsensor vorgesehen sein. Die Empfangseinrichtung erfasst in jedem Messpunkt des Zeilen- oder Matrixsensors einen einzelnen Entfernungswert. Dabei ergibt sich der Winkelwert, aus dem der Teil des Strahles auf die Sammeleinrichtung getroffen ist, aus der Position des Messpunktes auf der Empfangseinrichtung. Um die Messpunkte, die zu einem Zeitpunkt erfasst werden, zu einem Tiefenbild zusammenfassen zu können, kann bevorzugt eine Empfangseinrichtung mit einem elektronischen Shutter eingesetzt werden, der es ermöglicht, nur die Messpunkte auszulesen, die zum gleichen Zeitpunkt erfasst wurden. Idealerweise wird der Shutter nur geöffnet, wenn Laserimpulse aus einem gewünschten Entfernungsbereich erwartet werden (Dieses Verfahren wird auch als Range Gating bezeichnet). The collecting means may be a collecting optical system such as a simple lens or a multi-lens system, e.g. B. be a lens whose focal length determines the magnification of the measuring range to the receiving device. Therefore, it can be provided that, matching the measuring range, the focal length of the collecting device is matched to the receiving device by application of the set of radiation. For example, a line sensor or, in a preferred embodiment, a matrix sensor may be provided as receiving device. The receiving device detects a single distance value in each measuring point of the line or matrix sensor. In this case, the angle value from which the part of the beam has hit the collecting device results from the position of the measuring point on the receiving device. In order to be able to combine the measuring points, which are detected at one time, into one depth image, it is possible with preference to use a receiving device with an electronic shutter, which makes it possible to read only the measuring points which were detected at the same time. Ideally, the shutter is only opened when laser pulses are expected from a desired distance range (this method is also referred to as range gating).
Vorteil dieser Ausführungsform ist es, dass alle Messpunkte der Empfangseinheit die Entfernungswerte des Messbereichs in einem Tiefenbild zu ein und dem gleichen Zeitpunkt erfassen. Das Tiefenbild beschreibt für die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsmessung einen Messzyklus. Somit entfällt eine Kompensation der Erfassung von zeitlich verzögerten Messdaten, da die Positionsänderung bewegter Objekte gegenüber der Lichtgeschwindigkeit vernachlässigbar sind und die Objekte quasistatisch erscheinen.The advantage of this embodiment is that all measuring points of the receiving unit detect the distance values of the measuring range in a depth image at one and the same time. The depth image describes a measuring cycle for the speed measurement according to the invention. This eliminates the need to compensate for the acquisition of time-delayed measurement data, since the position change of moving objects compared to the speed of light are negligible and the objects appear quasi-static.
Als Empfangseinrichtung können tiefenmessende Halbleitersensoren wie beispielsweise tiefenmessende CCD-(Charge-coupled Device) oder tiefenmessende CMOS-(Complementary Metal Oxide Semiconductor)Sensoren verwendet werden. Die Empfangseinrichtung wandelt die Messstrahlung in elektrische Signale um und sendet diese an eine Auswerteinrichtung weiter.As a receiving device, depth-measuring semiconductor sensors such as, for example, depth-measuring CCD (charge-coupled device) or depth-measuring CMOS (complementary metal oxide semiconductor) sensors can be used. The receiving device converts the measuring radiation into electrical signals and transmits them to an evaluation device.
Alle Messpunkte, die Messdatenpaare in Form eines Entfernungswertes und einer Position darstellen, die zum gleichen Zeitpunkt erfasst werden, stellen ein sogenanntes Tiefenbild dar. Da sich bewegende Objekte nicht einen Punktstrahler darstellen, sondern in der Praxis eine räumliche Ausdehnung haben, wird in den Tiefenbildern vorzugsweise nach solchen Gruppen von Messdatenpaaren gesucht, die ein senkrecht aufeinander stehendes Streckenpaar bilden, das heißt einen rechten Winkel beschreiben. Diese rechten Winkel werden in den folgenden Tiefenbildern gesucht. Um die Datenmenge beim Vergleich mehrerer Tiefenbilder nicht zu weit anwachsen zu lassen, können die einen rechten Winkel beschreibende Messdatenpaare durch Modelldaten ersetzt werden, die z. B. die Koordinaten eines Scheitelpunktes umfassen. Die so zusammengefassten Modelldaten werden in einem Zwischenspeicher abgelegt und mit den dazugehörenden Modelldaten in den folgenden Tiefenbildern verglichen. Aus der Ortsänderung der Koordinaten, wie z. B. der korrespondierenden Scheitelpunkte der Modelldaten, wird die Geschwindigkeit des zu vermessendes Objektes bestimmt.All measurement points that represent measurement data pairs in the form of a distance value and a position that are acquired at the same time represent a so-called depth image. Since moving objects do not represent a point radiator but in practice have a spatial extent, it is preferable in the depth images searched for such groups of pairs of measured data, which form a perpendicular pair of paths, that is to say describe a right angle. These right angles are searched in the following depth images. In order to prevent the data volume from growing too much when comparing several depth images, the pairs of measured data describing a right angle can be replaced by model data which, for B. include the coordinates of a vertex. The model data summarized in this way are stored in a buffer and compared with the associated model data in the following depth images. From the change of location of the coordinates, such. As the corresponding vertices of the model data, the speed of the object to be measured is determined.
Die verwendete Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung eines sich bewegenden Objektes, die nach dem Lichtlaufzeitprinzip arbeitet, weißt die folgenden Merkmalen auf:
eine Sendeeinrichtung, die nach dem Lichtlaufzeitprinzip arbeitet, zum Aussenden einer gepulsten Messstrahlung; eine Empfangseinrichtung zum Empfangen der an dem zu vermessenden Objekt reflektierten Messstrahlung; einer Auswerteeinrichtung, wobei die Empfangseinrichtung die empfangene Messstrahlung in Form von elektrischen Signalen der Auswerteeinrichtung zuführt, die unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit aus der Zeit zwischen Aussendung und Empfang der Messstrahlung ein Messdatenpaar, gebildet durch einen Entfernungswert und einen Winkelwert, ermittelt, wobei zwischen der Lasereinrichtung und dem Objekt eine Streueinrichtung angeordnet ist, die die Messstrahlung in mindestens einen, einen Ausleuchtungsbereich definierenden Strahl, aufweitet; und zwischen dem Objekt und der Empfangseinrichtung eine Sammeleinrichtung angeordnet ist, die die an dem Objekt reflektierte Messstrahlung auf die Empfangseinrichtung fokussiert.The device used for measuring the speed of a moving object, which operates on the principle of the time of flight principle, has the following features:
a transmitting device which operates according to the time of flight principle, for emitting a pulsed measuring radiation; a receiving device for receiving the measuring radiation reflected at the object to be measured; an evaluation device, wherein the receiving device, the receiving measurement radiation in the form of electrical signals of the evaluation supplies, taking into account the speed of light from the time between transmission and reception of the measuring radiation, a pair of measured data, formed by a distance value and an angle, determined between the laser device and the object is arranged a scattering device which expands the measurement radiation into at least one beam defining an illumination region; and a collecting device is arranged between the object and the receiving device, which focuses the measuring radiation reflected on the object onto the receiving device.
Alternativ kann anstatt einer gepulsten Messstrahlung auch eine amplitudenmodulierte Dauerstrich-Messstrahlung eingesetzt werden, um die Entfernungsmessung nach dem Lichtlaufzeitprinzip anstatt über die Laufzeit von Impulsen über die Phasenverschiebung während der Lichtlaufzeit zu ermitteln.Alternatively, instead of a pulsed measuring radiation, an amplitude-modulated continuous wave measuring radiation can also be used in order to determine the distance measurement according to the time of flight principle instead of the duration of pulses via the phase shift during the light transit time.
Ferner ist eine Empfangseinrichtung vorgesehen, insbesondere ein TOF-CCD (Time-of-flight CCD-Sensor), zum Empfangen der an dem zu vermessenden Objekt reflektierten Messstrahlung. Ferner ist eine Sammeleinrichtung vorgesehen, die zwischen dem Objekt und der Empfangseinrichtung angeordnet ist und durch ihren optischen Öffnungswinkel, der bevorzugt kleiner oder gleich dem Streuwinkel des Ausleuchtungsbereiches ist, beispielsweise von 45°, einen Messbereich definiert. Die innerhalb des Messbereiches an einem Objekt reflektierte Messstrahlung wird mittels der Sammeleinrichtung auf die Empfangseinrichtung fokussiert, wobei die Empfangseinrichtung die empfangene Messstrahlung in Form von elektrischen Signalen einer Auswerteeinrichtung zuführt, die unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit aus der Zeit zwischen Aussendung und Empfang der Messstrahlung einen Entfernungswert bestimmt. Dadurch, dass der Entfernungswert an einer bestimmten Position, der Empfangseinrichtung empfangen wird, liegen an jeder Position der Empfangseinrichtung, die einem fest definierten Winkelwert entspricht, mit dem an dieser Position gemessenen Entfernungswert ein Messdatenpaar vor.Furthermore, a receiving device is provided, in particular a TOF-CCD (time-of-flight CCD sensor), for receiving the measuring radiation reflected at the object to be measured. Furthermore, a collecting device is provided which is arranged between the object and the receiving device and defines a measuring range by its optical opening angle, which is preferably smaller than or equal to the scattering angle of the illumination region, for example of 45 °. The measuring radiation reflected on an object within the measuring range is focused onto the receiving device by means of the collecting device, wherein the receiving device receives the received signal Measuring radiation in the form of electrical signals to an evaluation supplies, which determines a distance value taking into account the speed of light from the time between transmission and reception of the measuring radiation. Because the distance value is received at a specific position of the receiving device, at each position of the receiving device, which corresponds to a predefined angle value, a measured data pair is present at the distance value measured at this position.
Die Empfangseinrichtung ist bevorzugt an die Gestalt und Größe des Ausleuchtungsbereiches angepasst. Bei einer linienförmigen Ausleuchtung mit einem Streuwinkel bis 180° bietet sich ein kostengünstiger Zeilensensor an. Bei einer Ausleuchtung mit einem Streuwinkel von 180° bis 360° bietet sich ein Matrixsensor an, auf dem beispielsweise bei einer 360° linienförmigen Ausleuchtung durch eine Sammeleinrichtung bevorzug eine ringförmige Linie auf der Empfangseinrichtung dargestellt wird. Ein Matrixsensor bietet sich ebenso bei einem Messbereich mit mehreren linienförmigen Ausleuchtungen an.The receiving device is preferably adapted to the shape and size of the illumination area. With a linear illumination with a scattering angle of up to 180 °, a cost-effective line sensor offers itself. In the case of illumination with a scattering angle of 180 ° to 360 °, a matrix sensor is available on which, for example, in the case of a 360 ° linear illumination by a collecting device, an annular line is preferably displayed on the receiving device. A matrix sensor is also suitable for a measuring range with several line-shaped illuminations.
Grundsätzlich ist für die Anzahl der Messpunkte der Empfangseinrichtung zu berücksichtigen, welche Auflösung pro Grad des Messbereiches gewollt ist. Bei 45° Messbereich und 0,1° Auflösung wird ein Sensor mit mindestens 450 Messpunkten pro Empfangslinie benötigt. Dabei muss die Empfangseinrichtung, insbesondere ein Sensor mit samt seiner Sammeleinrichtung auf die in den Ausleuchtungsbereich ausgesendete Linie fokussiert werden.Basically, for the number of measuring points of the receiving device to take into account, which resolution per degree of the measuring range is wanted. At 45 ° measurement range and 0.1 ° resolution, a sensor with at least 450 measurement points per receive line is required. In this case, the receiving device, in particular a sensor, together with its collecting device, must be focused on the line emitted into the illumination area.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst die als Sendeeinrichtung ausgebildete Lasereinrichtung eine Sendeeinrichtung, die die Messstrahlung in verschiedenen Ebenen aussendet, deren Ausleuchtungsbereiche sich schneiden können oder parallel bzw. divergent ausgerichtet sind.In a further alternative embodiment, the laser device designed as a transmitting device comprises a transmitting device which emits the measuring radiation in different planes whose illumination areas can intersect or are aligned parallel or divergent.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst die als Sendeeinrichtung ausgebildete Lasereinrichtung zumindest eine erste Laserdiode und eine zweite Laserdiode, um die Messstrahlung in verschiedenen Ebenen, deren Ausleuchtungsbereiche sich schneiden können oder parallel bzw. divergent ausgerichtet, auszustrahlen.In a further alternative embodiment, the laser device designed as a transmitting device comprises at least a first laser diode and a second laser diode in order to emit the measuring radiation in different planes whose illumination areas can intersect or aligned parallel or divergent.
In einer besonders bevorzugten nicht dargestellten Ausführungsform wird eine Empfangseinrichtung eingesetzt, bei der die Auswerteeinheit auf der Empfangseinrichtung integriert ist, so dass die Auswerteeinrichtung für jeden Messpunkt direkt einen Entfernungswert ausgibt. Hierzu ist eine Synchronisation mit der Sendeeinrichtung notwendig.In a particularly preferred embodiment, not shown, a receiving device is used, in which the evaluation unit is integrated on the receiving device, so that the evaluation device outputs a distance value directly for each measuring point. For this purpose, a synchronization with the transmitting device is necessary.
Weitere wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und Figuren. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben und mittels der Figuren näher erläutert.Further important features of the present invention will become apparent from the following detailed description in conjunction with the claims and figures. Hereinafter, a preferred embodiment of a method according to the invention will be described and explained in more detail by means of the figures.
Zum einfachen Verständnis der Erfindung soll ein erfindungsgemäßes Verfahren, um eine Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objektes
Dabei ist ein Tiefenbild vergleichbar mit einem einzelnen Scan eines Laserscanners, der mit einem bewegten Spiegel einen Messbereich erfasst. Dabei wird der Messbereich
Im Messbereich
Gemäß dem Verwendungszweck des Verfahrens, die Geschwindigkeit von Fahrzeugen zu erfassen, sind für die Messdatenverarbeitung grundsätzlich nur die Messdatenpaare von Bedeutung, die einem dynamischen sich bewegenden Objekt
Um Messdatenpaare von bewegten Objekten
Das Fahrzeug
Neben diesen Messpunkten, die die Fahrzeugseite jeweils in einem Tiefenbild liefert, werden bei ankommendem Verkehr über die Durchfahrt zusätzlich Messdatenpaare erst von der Fahrzeugfront und je nach Größe bzw. Öffnungswinkel des Messbereiches dann vom Fahrzeugheck generiert. Bei abfließendem Verkehr werden über die Durchfahrt zusätzlich Messdatenpaare vom Fahrzeugheck generiert und je nach Größe bzw. Öffnungswinkel des Messbereiches zu Anfang von der Fahrzeugfront. Auch diese Messdatenpaare bilden näherungsweise einen geradlinigen Verlauf, der durch eine zweite Schätzgerade angenähert wird. Durch die Messdatenpaare des ersten und letzten Messpunktes der Fahrzeugfront bzw. des Fahrzeughecks wird die zweite Schätzgerade auf eine zweite Strecke bestimmter Länge begrenzt.In addition to these measuring points, which supplies the vehicle side in each case in a depth image, incoming traffic through the passage additionally pairs of measured data only from the front of the vehicle and depending on the size or opening angle of the measuring range then generated by the rear of the vehicle. In the case of outgoing traffic, pairs of measured data are also generated from the rear of the vehicle via the passage and, depending on the size or opening angle of the measuring range, at the beginning of the vehicle front. These measured data pairs also form approximately a straight-line course, which is approximated by a second estimation straight line. By the measured data pairs of the first and last measuring point of the vehicle front or the vehicle rear, the second estimation line is limited to a second distance of certain length.
Die Anzahl der von der Fahrzeugfront oder dem Fahrzeugheck erhaltenen Messdatenpaaren hängt im Wesentlichen neben den Reflexionseigenschaften der Oberfläche und der Entfernung des Fahrzeuges
Das heißt, ein den Messbereich durchfahrendes Fahrzeug liefert Messdatenpaare, die sich vergleichbar einem Daumenkino, von einer zur anderen Seite über die einzelnen Tiefenbilder bewegen.That is to say, a vehicle traveling through the measuring range delivers pairs of measured data, which, comparable to a flip book, move from one side to the other over the individual depth images.
Die mit jedem Tiefenbild gelieferten Messdatenpaare, bestehend aus Entfernungs- und Winkelwerten, werden in kartesische Koordinaten umgerechnet, die sich auf ein durch die Lasereinrichtung bestimmtes Koordinatensystem beziehen. Sinnvollerweise bildet der Mittelpunkt der Empfangseinrichtung
Mit bekannten Algorithmen lassen sich dann von jedem Tiefenbild unter Vorgabe einer bestimmten Toleranzbreite (Güte) alle auf einem rechten Winkel liegenden Messpunkte bestimmen. Wie bereits erläutert, sollen als rechter Winkel im Sinne dieser Beschreibung zwei Strecken verstanden werden, die senkrecht aufeinander treffen. Die Güte wird z. B. aus dem Querabstand der Messwerte zur Schätzgeraden und ihrem Abstand zueinander abgeleitet.With well-known algorithms, it is then possible to determine all measuring points lying at a right angle from each depth image while specifying a specific tolerance width (quality). As already explained, the right angle in the sense of this description should be understood as meaning two paths that meet perpendicular to one another. The goodness is z. B. derived from the transverse distance of the measured values to the estimation line and their distance from each other.
Messdatenpaare, die keinem solchen rechten Winkel zugeordnet werden können, werden nicht weiter gebraucht, so dass eine Datenreduktion um diese Messdaten erfolgen kann.Measurement data pairs which can not be assigned to such a right angle are no longer needed, so that a data reduction can take place around these measurement data.
Die einen solchen rechten Winkel bildenden Messdatenpaare können durch eine Modellbeschreibung ersetzt werden, die den rechten Winkel mit seinen Schenkellängen (Länge der beiden Strecken) und dessen Position im Messbereich bestimmt. Die Modelldaten für diese Modellbeschreibung können z. B. die Koordinaten des Scheitelpunktes und die Koordinaten der freien Endpunkte der beiden Strecken sein oder die Koordinaten des Scheitelpunktes, die Längen der beiden Strecken und der Winkel, den eine der beiden Strecken mit der Mittelachse einschließt. In jedem Fall schließen die Modelldaten die Koordinaten des Scheitelpunktes ein. Die Datenmenge für die Modellbeschreibung ist nur ein Bruchteil der Datenmenge der realen Messdaten, die dem rechten Winkel zugeordnet wurden.The pairs of measured data forming such a right angle can be replaced by a model description which determines the right angle with its leg lengths (length of the two distances) and its position in the measuring range. The model data for this model description can be z. Example, the coordinates of the vertex and the coordinates of the free end points of the two routes or the coordinates of the vertex, the lengths of the two routes and the angle includes one of the two routes with the central axis. In any case, the model data includes the coordinates of the vertex. The dataset for the model description is only a fraction of the dataset of the real metrics associated with the right angle.
Die Modelldaten der in jedem Tiefenbild gefundenen rechten Winkel werden in einen Zwischenspeicher eingetragen. Um die Geschwindigkeit für ein angemessenes Fahrzeug zu ermitteln, werden die Modelldaten der einzelnen Tiefenbilder, die jeweils zu demselben rechten Winkel gehören, zu einer Gruppe zusammengefasst und aus der Ortsänderung der Scheitelpunkte eine Bahnkurve bestimmt. Zu einer Gruppe gehörig können alle die rechten Winkel gezählt werden, deren Scheitelpunkte gemeinsam eine gleichförmige Bewegung beschreiben.The model data of the right angles found in each depth image are entered in a buffer. In order to determine the speed for a suitable vehicle, the model data of the individual depth images, which each belong to the same right angle, are combined into a group and a trajectory is determined from the change in the location of the vertices. Belonging to a group, all the right angles can be counted, whose vertices jointly describe a uniform movement.
Alle Modelldaten, die keiner Gruppe zugeordnet werden können, werden hauptsächlich als durch den statischen Hintergrund gebildet verstanden und können gelöscht werden.All model data that can not be assigned to a group is mainly understood as being formed by the static background and can be deleted.
Aus der Ortsänderung des Scheitelpunktes, genauer deren mittleren Ortsänderung und der Bildfrequenz, lässt sich die Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges errechnen, welches durch die Modelldaten dieser Gruppe beschrieben wird. Ebenso lässt sich aus der mittleren Abweichung von der durchschnittlichen Ortsänderung ein Gütemaß für die Geschwindigkeitsermittlung ableiten.From the change in the location of the vertex, more precisely, its average location change and the frame rate, the speed of the vehicle in question can be calculated, which is described by the model data of this group. Likewise, from the average deviation from the average location change, a quality measure for the speed determination can be derived.
An dieser Stelle liegt also eine Geschwindigkeit vor und eine Bahnkurve für einen rechten Winkel. Über die Lage der Bahnkurve kann auf die Lage der verschiedenen Fahrstreifen einer mehrspurigen Strasse geschlossen werden, auf der sich das Fahrzeug durch den Messbereich bewegt.At this point there is a velocity and a trajectory for a right angle. The location of the trajectory can be used to determine the position of the various lanes of a multi-lane road on which the vehicle moves through the measuring range.
Um ein erfindungsgemäßes Verfahren zur statistischen Erfassung des Verkehrsflusses und der Verkehrsdichte zu verwenden, kann mit diesen vorliegenden Daten eine Geschwindigkeit und ein Fahrstreifen, einem Zeitpunkt zugeordnet, abgespeichert werden.In order to use a method according to the invention for the statistical recording of the traffic flow and the traffic density, a speed and a lane, assigned to a time point, can be stored with this available data.
Um Geschwindigkeitsverstöße zu ahnden, wird beim Erreichen eines Fotopunktes bzw. einer virtuellen Detektionslinie die errechnete Geschwindigkeit mit einer vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit verglichen und im Fall der Überschreitung der vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit eine fotographische Aufnahme ausgelöst, in welche alle rechtserheblichen Daten nach Abschluss der erfolgreichen Messung eingeblendet werden.In order to punish speed violations, when a photo point or a virtual detection line is reached, the calculated speed is compared with a preset maximum speed and, in the event of exceeding the preset maximum speed, a photographic recording is triggered in which all legally relevant data is displayed after the successful measurement has been completed.
Da alle Messdatenpaare zum gleichen Zeitpunkt ermittelt werden, wird ein Fahrzeug quasistatisch erfasst und aus den Messdatenpaaren eines jeden Tiefenbildes kann auch die Fahrzeuglänge abgeleitet werden, mit der unter anderem eine Klassifikation der Fahrzeuge erfolgen kann.Since all measured data pairs are determined at the same time, a vehicle is recorded quasi-statically and from the measured data pairs of each depth image, the vehicle length can be derived, with which among other things a classification of the vehicles can be done.
Dies kann von Interesse sein, um z. B. die Geschwindigkeiten unterschiedlicher Fahrzeugklassen wie Pkw und Lastwagen mit unterschiedlichen Höchstgeschwindigkeiten zu vergleichen, oder aber Zweiradfahrzeuge zu erkennen, um diese zusätzlich zum Frontfoto mit einem Heckfoto zu erfassen oder anstelle eines Frontfotos nur ein Heckfoto auszulösen.This may be of interest to z. B. to compare the speeds of different vehicle classes such as cars and trucks with different speeds, or to recognize two-wheeled vehicles to capture this in addition to the front photo with a rear-view or trigger a Heckfoto instead of a front photo.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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