DE102013111840A1 - Method for detecting an object - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts mit einer Kamera, die an einem Aufnahmepunkt (AP) angeordnet ist, bei dem das Objekt identifiziert und für das identifizierte Objekt mindestens ein bekannter, objektspezifischer Abstand A verwendet wird, der einer Entfernung zwischen einem ersten Objektpunkt (PL) des Objekts und einem zweiten Objektpunkt (PR) des Objekts entspricht, bei dem eine Objektgerade (21) definiert wird, auf der die beiden Objektpunkte (PL, PR) des Objekts angeordnet sind, bei dem ein Bezugspunkt (BP) auf der Objektgeraden (21) ermittelt wird, wobei eine Bezugsgerade (20) durch den Bezugspunkt (BP) und den Aufnahmepunkt (AP) die Objektgerade (21) senkrecht schneidet, wobei der Bezugspunkt (BP) und der Aufnahmepunkt (AP) zueinander einen Abstand X aufweisen, bei dem ein erster Betrachtungswinkel αL zwischen der Bezugsgeraden (20) und einer ersten Betrachtungsgeraden (22), die durch den ersten Objektpunkt (PL) und den Aufnahmepunkt (AP) verläuft, ermittelt wird, bei dem ein zweiter Betrachtungswinkel αR zwischen der Bezugsgeraden (20) und einer zweiten Betrachtungsgeraden (24), die durch den zweiten Objektpunkt (PR, PU) und den Aufnahmepunkt (AP) verläuft, ermittelt wird, und bei dem der Abstand X = A·(│tan(αL) – tan(αR)│)–1 berechnet wird.The invention relates to a method for detecting an object with a camera, which is arranged at a pick-up point (AP), in which the object is identified and for the identified object at least one known, object-specific distance A is used, the distance between a first object point (PL) of the object and a second object point (PR) of the object, in which an object line (21) is defined, on which the two object points (PL, PR) of the object are arranged, at which a reference point (BP) on the Object line (21) is determined, wherein a reference line (20) through the reference point (BP) and the pickup point (AP) perpendicularly intersects the object line (21), wherein the reference point (BP) and the pickup point (AP) to each other a distance X have in which a first viewing angle αL between the reference line (20) and a first viewing line (22) passing through the first object point (PL) and the pickup point (AP), is determined, in which a second viewing angle αR between the reference line (20) and a second viewing line (24) passing through the second object point (PR, PU) and the pickup point (AP) is determined, and wherein the distance X = A · (│tan (αL) - tan (αR) │) -1 is calculated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Erfassen eines Objekts. The invention relates to a method and a system for detecting an object.
Ein Kraftfahrzeug kann ein sogenanntes Assistenzsystem aufweisen, mit dem ein Fahrer des Kraftfahrzeugs zu unterstützen ist. Dabei kann das Assistenzsystem Sensoren zum Erfassen eines Umfelds des Kraftfahrzeugs aufweisen, so dass andere Teilnehmer im Straßenverkehr erkannt werden und als Reaktion darauf Funktionen des Kraftfahrzeugs automatisch umgesetzt werden. So kann bspw. vorgesehen sein, sensorisch erfasste Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs zur Messung eines Abstands des Kraftfahrzeugs zu einem anderen Teilnehmer zu nutzen und darauf basierend bei Bedarf eine Bremsanlage des Kraftfahrzeugs zu aktivieren. A motor vehicle may have a so-called assistance system with which a driver of the motor vehicle is to assist. In this case, the assistance system sensors for detecting an environment of the motor vehicle have, so that other participants are recognized in the traffic and in response to functions of the motor vehicle are automatically implemented. Thus, for example, it may be provided to use sensory information about the environment of the motor vehicle for measuring a distance of the motor vehicle to another subscriber and to activate a brake system of the motor vehicle based thereon if required.
Ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen eines Abstands sind in der Druckschrift
Eine Überwachungsvorrichtung für eine Umgebung eines Fahrzeugs ist aus der Druckschrift
Ein Verfahren zum Berechnen eines Abstands mit einer hierfür vorgesehenen Einrichtung ist aus der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Against this background, a method and a system with the features of the independent claims are presented. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts mit einer Kamera, die an einem Aufnahmepunkt angeordnet ist. Dabei wird das Objekt identifiziert und für das identifizierte Objekt mindestens ein bekannter, objektspezifischer Abstand A verwendet, der einer Entfernung zwischen einem ersten Objektpunkt des Objekts und einem zweiten Objektpunkt des Objekts entspricht, wobei beide Objektpunkte auf einer durch die Kamera erfassbaren Oberfläche des Objekts angeordnet sind. Außerdem wird eine Objektgerade definiert, auf bzw. entlang der die beiden, durch den objektspezifischen Abstand A beabstandeten Objektpunkte des Objekts angeordnet sind, und ein Bezugspunkt auf bzw. entlang der Objektgeraden ermittelt, wobei eine Bezugsgerade durch den Bezugspunkt und den Aufnahmepunkt die Objektgerade senkrecht schneidet und der Bezugspunkt sowie der Aufnahmepunkt zueinander einen Abstand X aufweisen. Der Abstand X zwischen dem Aufnahmepunkt und dem Bezugspunkt auf der Objektgeraden, in dessen Richtung die Kamera gedreht wird, entspricht der kürzesten Strecke zwischen der Objektgeraden und der am Aufnahmepunkt angeordneten Kamera. Weiterhin wird ein erster Betrachtungswinkel ω1 zwischen der Bezugsgeraden, die durch den Bezugspunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, und einer ersten Betrachtungsgeraden, die durch den ersten Objektpunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, ermittelt. Ein zweiter Betrachtungswinkel ω2 zwischen der Bezugsgeraden, die durch den Bezugspunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, und einer zweiten Betrachtungsgeraden, die durch den zweiten Objektpunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, wird ebenfalls ermittelt. Der Abstand X wird über die Formel: X = A·(│tan(ω1) – tan(ω2)│)–1 berechnet. The invention relates to a method for detecting an object with a camera, which is arranged at a pick-up point. In this case, the object is identified and used for the identified object at least one known, object-specific distance A, which corresponds to a distance between a first object point of the object and a second object point of the object, wherein both object points are arranged on a detectable by the camera surface of the object , In addition, an object line is defined on or along which the two object points of the object spaced by the object-specific distance A are located, and a reference point is determined on or along the object line, wherein a reference line perpendicularly intersects the object line through the reference point and the pickup point and the reference point and the pick-up point have a distance X from one another. The distance X between the pickup point and the reference point on the object line, in the direction of which the camera is rotated, corresponds to the shortest distance between the object line and the camera arranged at the pickup point. Furthermore, a first viewing angle ω1 is determined between the reference line passing through the reference point and the pickup point and a first viewing line passing through the first object point and the pickup point. A second viewing angle ω2 between the reference line passing through the reference point and the pickup point and a second viewing line passing through the second object point and the pickup point is also determined. The distance X is calculated by the formula: X = A * (│tan (ω1) -tan (ω2) │) -1 .
In Ausgestaltung wird als der mindestens eine bekannte, objektspezifische Abstand A eine Breite B des Objekts verwendet, die einer Entfernung zwischen einem ersten, linken Objektpunkt und einem zweiten, rechten Objektpunkt des Objekts entspricht. Dabei wird jene Objektgerade definiert, in der die beiden durch die Breite B beabstandeten, in horizontaler Richtung nebeneinander angeordneten Objektpunkte des Objekts angeordnet sind. Ein erster, horizontal orientierter Betrachtungswinkel αL zwischen der Bezugsgeraden, die durch den Bezugspunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, und einer ersten, horizontal orientierten Betrachtungsgeraden, die durch den ersten, linken Objektpunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, wird ermittelt. Ein zweiter, horizontal orientierter Betrachtungswinkel αR zwischen der Bezugsgeraden, die durch den Bezugspunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, und einer zweiten, horizontal orientierten Betrachtungsgeraden, die durch den zweiten, rechten Objektpunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, wird entsprechend ermittelt. In diesem Fall wird der Abstand X über die Formel X = B·(│tan(αL) – tan(αR)│)–1 berechnet. Je nach Perspektive der Kamera kann der linke Objektpunkt mit dem rechten Objektpunkt vertauscht werden und umgekehrt, wobei sich bei der Bestimmung des Abstands X dasselbe Ergebnis ergibt. In an embodiment, as the at least one known object-specific distance A, a width B of the object is used that corresponds to a distance between a first, left object point and a second, right object point of the object. In this case, that object line is defined in which the two spaced apart by the width B, arranged in the horizontal direction side by side object points of the object are arranged. A first, horizontally oriented viewing angle αL between the reference line passing through the reference point and the pickup point and a first, horizontally oriented viewing line passing through the first, left object point and the pickup point is determined. A second, horizontal oriented viewing angle αR between the reference line passing through the reference point and the pickup point and a second horizontally oriented viewing line passing through the second right object point and the pickup point is determined accordingly. In this case, the distance X is calculated by the formula X = B * (│tan (αL) -tan (αR) │) -1 . Depending on the perspective of the camera, the left object point can be interchanged with the right object point and vice versa, whereby the same result results in the determination of the distance X.
Alternativ oder ergänzend wird als der mindestens eine objektspezifische, bekannte Abstand A eine Höhe H des Objekts verwendet, die einer Entfernung zwischen einem ersten, oberen Objektpunkt und einem zweiten, unteren Objektpunkt des Objekts entspricht. Hierbei wird jene Objektgerade definiert, in der die beiden durch die Höhe H beabstandeten, in vertikaler Richtung nebeneinander angeordneten Objektpunkte des Objekts angeordnet sind. Außerdem wird ein erster, vertikal orientierter Betrachtungswinkel βO zwischen der Bezugsgeraden, die durch den Bezugspunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, und einer ersten, vertikal orientierten Betrachtungsgeraden, die durch den ersten, oberen Objektpunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, ermittelt. Ein zweiter, vertikal orientierter Betrachtungswinkel βU zwischen der Bezugsgeraden, die durch den Bezugspunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, und einer zweiten, vertikal orientierten Betrachtungsgeraden, die durch den zweiten, unteren Objektpunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, wird ebenfalls ermittelt. Hierbei wird der Abstand X mit X = H·(│tan(βO) – tan(βU)│)–1 berechnet. Auch hier wird das Ergebnis für den Abstand X bei einer von der Perspektive der Kamera abhängigen Vertauschung des oberen Objektpunkts mit dem unteren Objektpunkt und umgekehrt nicht verändert. Alternatively or additionally, as the at least one object-specific known distance A, a height H of the object is used which corresponds to a distance between a first, upper object point and a second, lower object point of the object. Here, that object line is defined in which the two spaced apart by the height H, in the vertical direction adjacent to each other arranged object points of the object are arranged. In addition, a first, vertically oriented viewing angle β0 is determined between the reference line passing through the reference point and the pickup point and a first, vertically oriented viewing line passing through the first, upper object point and the pickup point. A second, vertically oriented viewing angle βU between the reference line passing through the reference point and the pickup point and a second vertically oriented viewing line passing through the second, lower object point and the pickup point is also determined. In this case, the distance X is calculated as X = H * (│tan (βO) -tan (βU) │) -1 . Again, the result for the distance X is not changed in a dependent on the perspective of the camera interchanging the upper object point with the lower object point and vice versa.
Demnach werden zum Erfassen des Objekts zwei Objektpunkte, deren objektspezifischer Abstand A zueinander bekannt ist, und der Bezugspunkt benötigt. Außerdem kann für das Objekt eine sog. Objektebene definiert werden, innerhalb der die beiden Objektpunkte und der Bezugspunkt entlang der Objektgeraden angeordnet sind. Üblicherweise ist die Objektebene durch drei Objektpunkte definierbar. Die mindestens zwei zu berücksichtigenden Objektpunkte sind je nach Position bzw. Aufnahmepunkt und/oder Ausrichtung der verwendeten Kamera entlang einer in der Objektebene vertikal orientierten Objektgeraden übereinander oder entlang einer in der Objektebene horizontal orientierten Objektgeraden nebeneinander angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, zum Erfassen des Objekts zwei Objektpunkte zu verwenden, die entlang einer in der Objektebene diagonal orientierten Objektgeraden, also einer Objektgeraden angeordnet sind, die bezüglich einer in der Objektebene horizontal oder vertikal orientierten Geraden unter einem Winkel orientiert ist, der größer als 0° und kleiner als 90° ist. Thus, for detecting the object, two object points whose object-specific distance A is known to each other and the reference point are needed. In addition, a so-called object plane can be defined for the object, within which the two object points and the reference point are arranged along the object line. Usually, the object plane can be defined by three object points. Depending on the position or pick-up point and / or orientation of the camera used, the at least two object points to be taken into account are arranged next to one another along an object straight line oriented vertically in the object plane or next to each other along an object straight line oriented horizontally in the object plane. However, it is also possible to use two object points for detecting the object, which are arranged along an object line which is diagonally oriented in the object plane, ie an object line which is oriented at an angle with respect to a line oriented horizontally or vertically in the object plane, which is larger is 0 ° and less than 90 °.
Die Begriffe "horizontal", "vertikal" sowie "diagonal" sind aus der Sicht eines virtuellen Betrachters, der aus der Position der Kamera auf das Objekt schaut, zu verstehen. The terms "horizontal", "vertical" and "diagonal" are to be understood from the perspective of a virtual observer looking from the position of the camera on the object.
Der Bezugspunkt kann entlang dieser Objektgeraden zwischen den beiden Objektpunkten angeordnet sein. Alternativ kann ein erster bzw. zweiter der beiden Objektpunkte entlang bzw. auf der Objektgeraden zwischen dem Bezugspunkt und einem zweiten bzw. ersten der beiden Objektpunkte angeordnet sein. The reference point can be arranged along this object line between the two object points. Alternatively, a first or second of the two object points can be arranged along or on the object line between the reference point and a second or first of the two object points.
Somit sind zum Bestimmen des Abstands X des Aufnahmepunkts zu dem Objekt mindestens zwei Betrachtungswinkel ω1, ω2, d. h. je nach Definition und/oder Ausgestaltung: αL, αR und/oder βO, βU, zu berücksichtigen. Durch diese Maßnahme kann der Abstand X zu dem Objekt von dem Aufnahmepunkt der Kamera auch dann bestimmt werden, wenn Kamera und Objekt zueinander versetzt angeordnet sein sollten und demnach nicht direkt einander gegenüber liegen. Weiterhin ist die Bestimmung des Abstands X auch dann möglich, wenn die Kamera zu dem Objekt gedreht sein sollte. Zur Bestimmung des Abstands X mit einer der voranstehend genannten Gleichungen werden Kehrwerte eines Betrags einer Differenz des Tangens des ersten Betrachtungswinkels und des Tangens des zweiten Betrachtungswinkels berücksichtigt. Falls die beiden Betrachtungswinkel kleine Werte mit einer bspw. einstelligen Anzahl an Winkelgraden aufweisen sollten, entspricht der Tangens eines derartigen Betrachtungswinkels in einer mathematischen Näherung (Kleinwinkelnäherung) dem absoluten Wert des Betrachtungswinkels selbst, so dass der zu bestimmende Abstand X in dieser Näherung ohne großen Rechenaufwand ermittelt werden kann. Thus, to determine the distance X of the pick-up point to the object, at least two viewing angles ω1, ω2, d. H. depending on the definition and / or design: αL, αR and / or βO, βU, to be considered. By this measure, the distance X to the object of the shooting point of the camera can also be determined when camera and object should be arranged offset from each other and therefore not directly opposite each other. Furthermore, the determination of the distance X is possible even if the camera should be turned to the object. To determine the distance X with one of the above-mentioned equations, reciprocal values of an amount of a difference of the tangent of the first viewing angle and the tangent of the second viewing angle are taken into account. If the two viewing angles should have small values with, for example, a single-digit number of degrees, the tangent of such a viewing angle in a mathematical approximation (small-angle approximation) corresponds to the absolute value of the viewing angle itself, so that the distance X to be determined in this approximation without great computational effort can be determined.
Das zu erfassende Objekt wird mit bekannten Objekten verglichen und identifiziert. Hierbei ist vorgesehen, dass bspw. eine Abmessung und/oder Größe jedes der bekannten Objekte normiert und/oder standardisiert ist. Der mindestens eine objektspezifische Abstand A, bspw. die Breite B und/oder die Höhe H, der einer Entfernung zwischen dem ersten Objektpunkt und dem zweiten Objektpunkt des jeweiligen Objekts entspricht, ist folglich ebenfalls bekannt. Dabei sind Informationen zu den bekannten Objekten in einer Datenbank gespeichert. Derartige Informationen umfassen charakteristische Merkmale von Objekten, die optisch erfasst werden können. Die charakteristischen Merkmale betreffen eine Form, mindestens eine Farbe und/oder ein Muster eines Objekts, anhand derer das Objekt identifiziert werden kann. Für ein zu erfassendes Objekt werden optisch erkennbare, charakteristische Merkmale dieses zu erfassenden Objekts mit bekannten und ggf. normierten und/oder standardisierten Merkmalen der aus der Datenbank bekannten Objekte verglichen, wobei das zu erfassende Objekt einem bekannten Objekt zugeordnet wird, für das mindestens ein Abstand A zwischen zwei Objektpunkten bekannt ist. The object to be detected is compared with known objects and identified. It is provided that, for example, a dimension and / or size of each of the known objects is normalized and / or standardized. The at least one object-specific distance A, for example the width B and / or the height H, which corresponds to a distance between the first object point and the second object point of the respective object, is therefore likewise known. In this case, information about the known objects is stored in a database. Such information includes characteristic features of objects that can be optically detected. The characteristic features relate to a shape, at least one color and / or a pattern of an object, by means of which the object can be identified. For an object to be detected are optically recognizable, characteristic features of this object to be detected compared with known and possibly normalized and / or standardized features of known from the database objects, wherein the object to be detected is assigned to a known object for which at least one distance A between two object points is known.
Als Objektpunkte können bspw. Randpunkte des zu erfassenden Objekts verwendet werden, die an einer Berandung des Objekts angeordnet sind. Hierbei können bspw. Randpunkte verwendet werden, die entweder an zwei gegenüberliegenden Außenkanten und/oder an zwei Ecken des Objekts angeordnet sind. Dies betrifft entweder Objektpunkte an zwei Ecken, die an einer gemeinsamen Außenkante bzw. Außenseite des Objekts angeordnet sind, oder die an zwei diagonal gegenüberliegende Ecken angeordnet sind. As object points, for example, edge points of the object to be detected can be used, which are arranged on a boundary of the object. In this case, for example, edge points can be used, which are arranged either on two opposite outer edges and / or on two corners of the object. This concerns either object points at two corners, which are arranged at a common outer edge or outside of the object, or which are arranged at two diagonally opposite corners.
In weiterer Ausgestaltung werden ein erstes Paar Objektpunkte, die über eine erste Linie miteinander verbunden sind, und ein zweites Paar Objektpunkte, die über eine zweite Linie miteinander verbunden sind, erfasst. Dabei sind beide Linien zueinander unter einem Winkel angeordnet, wobei die erste Linie eine erste Länge und die zweite Linie eine zweite Länge aufweist. Diese beiden Längen werden von der Kamera erfasst, wobei ein zeitlicher Verlauf eines Verhältnisses der beiden Längen erfasst wird. Dabei wird eine Bewegung des Objekts relativ zu der Kamera nachgewiesen, wenn sich das Verhältnis der beiden Längen zeitlich verändert. Falls die beiden Linien zueinander unter einem Winkel von 90° angeordnet sind, wird eine Drehung des Objekts um eine Achse des Objekts nachgewiesen, wenn sich das Verhältnis der beiden Längen im Laufe der Zeit verändert. Sofern eine zeitliche Veränderung des Verhältnisses periodisch ist, kann eine regelmäßige Rotation des Objekts nachgewiesen werden. In a further embodiment, a first pair of object points, which are connected to one another via a first line, and a second pair of object points, which are connected to one another via a second line, are detected. In this case, both lines are arranged at an angle to each other, wherein the first line has a first length and the second line has a second length. These two lengths are detected by the camera, whereby a time course of a ratio of the two lengths is detected. In this case, a movement of the object relative to the camera is detected when the ratio of the two lengths changes over time. If the two lines are at 90 ° to each other, rotation of the object about an axis of the object will be detected as the ratio of the two lengths changes over time. If a temporal change of the ratio is periodic, a regular rotation of the object can be detected.
Im Rahmen des Verfahrens werden eine Breite B und eine Höhe H des Objekts als dessen charakteristische Längen bzw. objektspezifische Abstände A ermittelt, wobei ein Verhältnis zwischen der Breite und der Höhe beobachtet und/oder ermittelt und ein zeitlicher Verlauf des Verhältnisses erfasst wird. In der Regel kann eine Drehung bzw. Bewegung des Objekts, bspw. auf einer Kreisbahn relativ zu der Kamera bei einer zeitlichen Änderung eines Verhältnisses der Längen, d. h. der Breite B zu der Höhe H nachgewiesen werden. In the context of the method, a width B and a height H of the object are determined as its characteristic lengths or object-specific distances A, wherein a ratio between the width and the height is observed and / or determined and a time profile of the ratio is detected. In general, a rotation or movement of the object, for example. On a circular path relative to the camera with a temporal change in a ratio of the lengths, d. H. the width B to the height H are detected.
Das Objekt wird in der Regel auf einer Bildebene der Kamera abgebildet, wobei die Bildebene ein Raster aus Bildzeilen und Bildspalten mit Bildpunkten bzw. Pixeln aufweist, wobei jeder Bildpunkt einer Bildzeile und einer Bildspalte zugeordnet wird. Außerdem wird jedem Bildpunkt ein Wert für mindestens einen Betrachtungswinkel, bspw. für einen vertikal und/oder horizontal orientierten Betrachtungswinkel, zugeordnet. Außerdem wird ein Objektpunkt einem Bildpunkt des Bilds des Objekts zugeordnet. The object is usually imaged on an image plane of the camera, wherein the image plane has a grid of image lines and image columns with pixels or pixels, wherein each pixel is associated with an image line and an image column. In addition, each pixel is assigned a value for at least one viewing angle, for example for a vertically and / or horizontally oriented viewing angle. In addition, an object point is assigned to a pixel of the image of the object.
Das Verfahren kann mit einer in einem bspw. fahrenden Kraftfahrzeug angeordneten Kamera durchgeführt werden. Das zu erfassende Objekt ist üblicherweise als Verkehrsschild ausgebildet, dessen Abmessungen, d. h. mindestens ein objektspezifischer Abstand A, und Aussehen, d. h. Form, Farbe und/oder Muster, normiert ist. Hinsichtlich dieser Ausführungsform wird berücksichtigt, dass sich die Kamera und somit auch der Aufnahmepunkt bewegen. Das zu erfassende Objekt kann entweder ortsfest angeordnet oder ebenfalls beweglich sein. Der zu erfassende Abstand X kann sich bei einer Bewegung der Kamera und/oder des Objekts dynamisch verändern. The method can be carried out with a camera arranged in, for example, a moving motor vehicle. The object to be detected is usually designed as a traffic sign whose dimensions, d. H. at least one object-specific distance A, and appearance, d. H. Shape, color and / or pattern is normalized. With regard to this embodiment, it is considered that the camera and thus also the pickup point move. The object to be detected can either be stationary or also movable. The distance X to be detected can change dynamically during a movement of the camera and / or the object.
Das erfindungsgemäße System ist zum Erfassen eines Objekts mit einer Kamera ausgebildet, die an einem Aufnahmepunkt angeordnet ist. Das System umfasst eine Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, das von der Kamera erfasste Objekt zu identifizieren und für das identifizierte Objekt mindestens einen bekannten, objektspezifischen Abstand A zu verwenden, der einer Entfernung zwischen einem ersten Objektpunkt und einem zweiten Objektpunkt des Objekts entspricht. Die Recheneinheit ist dazu ausgebildet, eine Objektgerade zu definieren, entlang der die beiden durch den objektspezifischen Abstand A beabstandeten Objektpunkte des Objekts angeordnet sind, und einen Bezugspunkt auf der Objektgeraden zu ermitteln, wobei eine Bezugsgerade durch den Bezugspunkt und den Aufnahmepunkt die Objektgerade senkrecht schneidet und der Bezugspunkt sowie der Aufnahmepunkt zueinander einen Abstand X aufweisen. Außerdem ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, einen ersten Betrachtungswinkel ω1 bzw. αL oder βO zwischen der Bezugsgeraden und einer ersten Betrachtungsgeraden, die durch den ersten Objektpunkt und den Aufnahmepunkt (AP) verläuft, sowie einen zweiten Betrachtungswinkel ω2 bzw. αR oder βU zwischen der Bezugsgeraden und einer zweiten Betrachtungsgeraden, die durch den zweiten Objektpunkt und den Aufnahmepunkt verläuft, zu ermitteln. Die Recheneinheit berechnet den Abstand X mit der Formel X = A·(│tan(ω1) – tan(ω2)│)–1. The system according to the invention is designed to detect an object with a camera which is arranged at a pickup point. The system comprises a computing unit which is designed to identify the object detected by the camera and to use for the identified object at least one known, object-specific distance A, which corresponds to a distance between a first object point and a second object point of the object. The arithmetic unit is configured to define an object line along which the two object points of the object spaced by the object-specific distance A are located, and to determine a reference point on the object line, wherein a reference line perpendicularly intersects the object line through the reference point and the pickup point the reference point and the receiving point have a distance X to one another. In addition, the arithmetic unit is configured to have a first viewing angle ω1 or αL or β0 between the reference line and a first viewing line passing through the first object point and the pickup point (AP) and a second viewing angle ω2 or αR or βU between the reference line and a second viewing line passing through the second object point and the pickup point. The arithmetic unit calculates the distance X with the formula X = A * (│tan (ω1) - tan (ω2) │) -1 .
Die Kamera, die zum Aufnehmen mindestens eines Bilds des Objekts ausgebildet ist, ist in der Regel ebenfalls als Komponente dieses Systems ausgebildet. The camera, which is designed to take at least one image of the object, is usually also formed as a component of this system.
Die Recheneinheit ist zudem dazu ausgebildet, von der Kamera erfasste Informationen des zu erfassenden Objekts mit Informationen zu und/oder von bekannten Objekten, die in einer Datenbank gespeichert sind, zu vergleichen und das zu erfassende Objekt darüber zu identifizieren. Dabei werden als Informationen jene charakteristischen Merkmale des zu erfassenden Objekts und der benannten Objekte berücksichtigt, die Form, Farbe und/oder Muster dieser Objekte beschreiben. Diese Datenbank kann in einem Speicher der Recheneinheit gespeichert sein. Alternativ oder ergänzend werden der Recheneinheit über einen Austausch von Informationen, wobei elektromagnetische Wellen verwendet werden können, Informationen einer externen Datenbank bereitgestellt, über die auch eine interne Datenbank im Speicher der Recheneinheit aktualisiert werden kann. The arithmetic unit is also designed to compare information captured by the camera of the object to be detected with information about and / or of known objects that are stored in a database and to identify the object to be detected about it. Here are as Information takes into account those characteristic features of the object to be detected and the named objects that describe the shape, color and / or pattern of these objects. This database can be stored in a memory of the arithmetic unit. Alternatively or additionally, the arithmetic unit is provided with information from an external database via an exchange of information, wherein electromagnetic waves can be used, via which an internal database in the memory of the arithmetic unit can also be updated.
Das erfindungsgemäße System ist dazu ausgebildet, mindestens einen Schritt des vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahrens und somit auch das komplette Verfahren durchzuführen. The system according to the invention is designed to carry out at least one step of the proposed method according to the invention and thus also the complete method.
Im Rahmen des vorgestellten Verfahrens ist durch Auswertung von Winkelinformationen zu den zu berücksichtigenden Betrachtungswinkeln eine Schätzung einer Entfernung und einer Rotation des Objekts in Bezug auf einen Aufnahmepunkt und eine Bildebene durchzuführen. Dabei wird u. a. berücksichtigt, dass eine reale Höhe H und eine reale Breite B des beobachteten Objekts als objektspezifische Abstände A bekannt sind. In the context of the presented method, an evaluation of a distance and a rotation of the object with respect to a pick-up point and an image plane is to be carried out by evaluating angle information about the viewing angles to be considered. It is u. a. takes into account that a real height H and a real width B of the observed object are known as object-specific distances A.
Weiterhin wird aus einer Abbildung der Höhe H und der Breite B des Objekts auf dem Bild in der Bildebene der Kamera der reale Abstand X von dem Aufnahmepunkt bzw. einer Aufnahmeposition, an dem bzw. der von der Kamera das Bild des Objekts aufgenommen wird, senkrecht zu der Objektgeraden, entlang der die Objektpunkte des Objekts angeordnet sind, bestimmt. Further, from a map of the height H and the width B of the object on the image in the image plane of the camera, the real distance X from the photographing point or a photographing position at which the image of the object is captured by the camera becomes perpendicular to the object line along which the object points of the object are arranged determined.
Aus dem ebenfalls bekannten Verhältnis von Breite und Höhe der Seiten des Objekts ist eine Aussage darüber möglich, ob das Objekt eine Rotation um eine bspw. vertikal orientierte Achse, die durch einen Mittelpunkt des Objekts verlaufen kann, durchführt. From the also known ratio of width and height of the sides of the object, a statement is possible as to whether the object performs a rotation about an example. Vertically oriented axis that can pass through a center of the object.
Informationen zur Berechnung der abgebildeten Höhe H und Breite B des Objekts werden in Ausgestaltung durch eine Software und/oder einen Algorithmus zur Bildverarbeitung mit der Recheneinheit ermittelt, wobei zumindest ein gerastertes Bild, das die Kamera von dem Objekt aufgenommen hat, ausgewertet wird. Information for calculating the imaged height H and width B of the object are determined in an embodiment by software and / or an algorithm for image processing with the arithmetic unit, wherein at least one rasterized image that the camera has taken of the object is evaluated.
In einer Variante des Verfahrens wird eine Matrix verwendet, die die Bildpunkte des gerasterten Bilds in der Bildebene umfasst. Dabei wird jedem Bildpunkt der Matrix aus Bildzeilen und Bildspalten eine Information über den Betrachtungswinkel zugeordnet, über den der Abstand bzw. eine Entfernung zwischen dem im Aufnahmepunkt der Kamera entstehenden bzw. entstandenen Bild des Objekts und dem Objekt in der Objektebene bestimmt wird. In Ausgestaltung wird mit dem Betrachtungswinkel die Entfernung zwischen dem Aufnahmepunkt, an dem die Kamera zum Betrachten des Objekts angeordnet ist, und an dem das Bild des Objekts entsteht, zu dem Bezugspunkt auf der Objektgeraden berechnet und somit bestimmt, wobei die durch den Aufnahmepunkt und den Bezugspunkt verlaufende Bezugsgerade senkrecht zu der Objektgeraden orientiert ist. Dabei wird in Ausgestaltung auch der bei der Betrachtung des Objekts durch die Kamera zu betrachtende Betrachtungswinkel, der bspw. auf den Mittelpunkt des Objekt bezogen sein kann, ebenfalls mit der Matrix, die Informationen zu verschiedenen Betrachtungswinkeln umfasst, bestimmt. In a variant of the method, a matrix is used which comprises the pixels of the rastered image in the image plane. In this case, each pixel of the matrix of image lines and image columns is assigned an information about the viewing angle, via which the distance or a distance between the image of the object arising in the camera's acquisition point and the object in the object plane is determined. In an embodiment, with the viewing angle, the distance between the pickup point at which the camera is arranged to view the object and where the image of the object is formed is calculated to the reference point on the object line and thus determined by the picking point and the Reference point extending reference straight line is oriented perpendicular to the object line. In this case, in an embodiment, the viewing angle to be considered by the camera when the object is viewed, which, for example, may refer to the center of the object, is likewise determined by the matrix, which comprises information on different viewing angles.
Außerdem werden jedem Bildpunkt des Bilds der Kamera und/oder der Matrix linearisierte Betrachtungswinkel zugeordnet. Ein Bereich eines vertikalen und/oder horizontalen Öffnungswinkels einer herkömmlichen Kamera ist ausreichend klein, so dass ein bei der Betrachtung des Objekts zu berücksichtigender Betrachtungswinkel ebenfalls klein ist und in der Regel nur einige Grad beträgt. Ein zum Berechnen und demnach zum Bestimmen der Entfernung zwischen dem Objekt und dessen Bild benötigter Wert des Tangens des Betrachtungswinkels verhält sich zu dem üblicherweise absoluten Wert des Betrachtungswinkels hier nahezu proportional bzw. entspricht diesem. In addition, each pixel of the image of the camera and / or the matrix are assigned linearized viewing angles. A range of a vertical and / or horizontal opening angle of a conventional camera is sufficiently small so that a viewing angle to be taken into consideration when viewing the object is also small and is usually only a few degrees. A value of the tangent of the viewing angle required for calculating and therefore for determining the distance between the object and its image here behaves virtually corresponding to the usually absolute value of the viewing angle here or corresponds to it.
Das Verfahren ist in Ausgestaltung für eine automatisierte Bildverarbeitung von Daten der Kamera, die in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, anzuwenden. Die Kamera nimmt dabei Bilder von Objekten auf, die sich in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, bspw. vor dem fahrenden Kraftfahrzeug, befinden. Aufgrund einer Auflösung der Kamera, die durch eine Anzahl an Pixeln des von der Kamera aufgenommenen Bilds definiert ist, wird ein von den Pixeln vorgegebenes Raster zur Verarbeitung und/oder Analyse des in der Bildebene der Kamera abgebildeten Bilds des Objekts bereitgestellt. Wenn bei der automatisierten Bildverarbeitung, üblicherweise aufgrund von Helligkeitsunterschieden, das Objekt, z. B. ein Verkehrszeichen, erkannt wird, dann weist das Bild von diesem Objekt eine bestimmte Anzahl Pixel in der Bildebene auf. The method is to be applied in an embodiment for an automated image processing of data of the camera, which is arranged in a motor vehicle. The camera takes pictures of objects that are in an environment of the motor vehicle, for example. In front of the moving motor vehicle. Due to a resolution of the camera defined by a number of pixels of the image captured by the camera, a raster given by the pixels is provided for processing and / or analyzing the image of the object imaged in the image plane of the camera. When in automated image processing, usually due to differences in brightness, the object, z. As a traffic sign is detected, then the image of this object has a certain number of pixels in the image plane.
Nach einer Erkennung des Objekts auf dem Bild werden diejenigen Pixel identifiziert, die Objektpunkten an Ecken und/oder Außenkanten zur Begrenzung des erkannten Objekts darstellen. Dabei bezieht sich eine erste Information auf die beiden Betrachtungswinkel αL, αR zum Erfassen einer Abweichung der linken bzw. rechten Begrenzung des erkannten, auf dem Bild erfassten Objekts bezüglich des direkten Abstands X zwischen der Kamera und dem Objekt. Eine zweite Information zu den Betrachtungswinkeln βO, βU wird zum Erfassen einer oberen bzw. unteren Begrenzung des erkannten Objekts verwendet. Hieraus wird der Abstand X zwischen dem Kraftfahrzeug bzw. der Kamera und dem Objekt alternativ oder ergänzend berechnet. Weiterhin ist noch eine Korrektur des ermittelten Abstands X vorgesehen, wobei eine Rotation des erkannten Objekts um eine vertikal oder horizontal orientierte Achse berücksichtigt wird. In Ausgestaltung kann der Abstand X zwischen dem Aufnahmepunkt und dem Bezugspunkt mehrmals berechnet werden, wobei aus mehrmals berechneten Werten des Abstands X ein Mittelwert berechnet werden kann. After recognition of the object on the image, those pixels are identified which represent object points at corners and / or outer edges for delimiting the recognized object. In this case, a first information relates to the two viewing angles αL, αR for detecting a deviation of the left or right boundary of the detected object detected on the image with respect to the direct distance X between the camera and the object. A second information on the viewing angles β0, βU is used to detect an upper or lower limit of the detected Object used. From this, the distance X between the motor vehicle or the camera and the object is calculated alternatively or additionally. Furthermore, a correction of the determined distance X is provided, wherein a rotation of the detected object is taken into account about a vertically or horizontally oriented axis. In an embodiment, the distance X between the pickup point and the reference point can be calculated several times, wherein an average value can be calculated from values of the distance X calculated several times.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Das in
Eine Breite B des Objekts
Durch die hier beschriebenen vier Objektpunkte POL, POR, PUR, PUL kann weiterhin auch eine Höhe H des Objekts
In den
In der Darstellung aus
Dagegen ist die Länge der vertikalen Linie
Diese Änderung, d. h. Verkürzung des Abstands zwischen dem linken Objektpunkt PL und dem rechten Objektpunkts PR aus
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass der von der Kamera erfasste Abstand zwischen dem linken Objektpunkt PL und dem rechten Objektpunkt PR konstant bleibt, wohingegen sich der Abstand zwischen dem oberen Objektpunkt PO und dem unteren Objektpunkt PU im Laufe der Zeit verändert, wodurch eine Rotation des Objekts
In
In der Darstellung aus
In den
In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass sich der hier gezeigte linke Objektpunkt PL und der rechte Objektpunkt PR im Falle aller drei gezeigten
Zum Bestimmen des Abstands X wird ein Bezugspunkt BP verwendet, der ebenfalls auf der Objektgeraden
Außerdem wird im Falle aller drei
Unter Berücksichtigung der bekannten Breite B, die dem Abstand zwischen den beiden Objektpunkten PL und PR entspricht, wird der Abstand X in allen drei Fällen über die Gleichung X = B·(│tan(αL) – tan(αR)│)–1 berechnet. Durch Positionierung der Kamera an unterschiedlichen Aufnahmepunkten AP relativ zu dem Objekt
Im Detail ist die Kamera bei der Darstellung aus
In entsprechender Weise kann, wie anhand von
Dabei ist in
Zum Bestimmen des Abstands X zwischen der am Aufnahmepunkt AP angeordneten Kamera und dem Bezugspunkt BP innerhalb der Objektebene (
In der schematischen Darstellung aus den
Außerdem ist das Objekt von der Kamera aus unterschiedlichen Aufnahmepunkten zu betrachten. Hinsichtlich einer ersten vorgesehenen Position des Aufnahmepunkts ist die Kamera entlang einer ersten Bezugsgeraden
Weiterhin ist vorgesehen, dass eine sichtbare Breite B und eine sichtbare Höhe H des Objekts bekannt sind. Auf Grundlage dessen gilt für den Rotationswinkel γ laut
Insgesamt zeigen die
In den
Innerhalb der Bildebene
Weiterhin wird hier für jeden Bildpunkt der Bildebene oder einer entsprechenden Matrix eine Information zu einem Betrachtungswinkel ausgelesen, wobei jedem Bildpunkt ein Paar aus relativen Betrachtungswinkeln αi, βj zugeordnet wird. Ferner kann für jeden Bildpunkt eine linearisierte Information zu einem Betrachtungswinkel bereitgestellt und/oder berechnet werden. Eine Bestimmung des Abstands X zwischen der Kamera und dem Objekt wird hier aus der Höhe H des Objekts in Verbindung mit einem vertikal orientierten Betrachtungswinkel βj in Richtung der Bildzeilen durchgeführt. Eine alternative oder ergänzende Bestimmung des Abstands X aus der Breite B wird dabei in Verbindung mit dem horizontal orientierten Betrachtungswinkel αi in Richtung der Bildzeilen durchgeführt. Eine mögliche Rotation (
Die hier gezeigte Ausführungsform des Systems
Bei Durchführung der Ausführungsform des Verfahrens mit dem hier gezeigten System
Bei einer ersten Variante des Verfahrens werden Informationen zu horizontal orientierten Betrachtungswinkeln αi entlang der Bildzeilen und zu vertikal orientierten Betrachtungswinkeln βj entlang der Bildspalten ausgelesen. Dabei wird alternativ oder ergänzend durch Berechnung des linearisierten Tangens für jeden Bildpunkt ein Paar an Betrachtungswinkeln αi, βj berechnet. Die Entfernung bzw. der Abstand X zwischen der Kamera
Weiterhin wird die von der Kamera erfasste Höhe H mit der von der Kamera erfassten Breite B des Objekts abgeglichen. Falls das Objekt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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