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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildverarbeitung in einem Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Fahrerassistenzsysteme bekannt, mit denen bei Dunkelheit Objekte in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs erkannt werden können. Zum Beispiel können mit Lichtassistenzsystemen Fremdlichtquellen und insbesondere die Scheinwerfer von entgegenkommenden Fahrzeugen detektiert werden, woraufhin zur Vermeidung der Blendung des Gegenverkehrs ein Fernlicht des Kraftfahrzeugs abgeschaltet wird. Da sich in den letzten Jahren die Helligkeit von Kraftfahrzeugscheinwerfern stark erhöht hat, besteht jedoch oftmals das Problem, dass die Scheinwerfer des Gegenverkehrs nicht von Objekten unterschieden werden können, an denen das Scheinwerferlicht des Kraftfahrzeugs reflektiert wird. Dies kann in einem Lichtassistenzsystem dazu führen, dass das Fernlicht fälschlicherweise aufgrund von reflektierenden Objekten ausgeschaltet wird, obwohl sich kein Gegenverkehr dem Kraftfahrzeug nähert.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Bildverarbeitung in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, mit dem die Erkennung von Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bildverarbeitung in einem Kraftfahrzeug, wie z. B. einem PKW und gegebenenfalls auch einem LKW. Das Kraftfahrzeug kann dabei ein Fahrzeug nur mit Verbrennungsmotor bzw. auch ein Hybridfahrzeug oder ein reines Elektrofahrzeug sein. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird durch eine Scheinwerfereinrichtung des Kraftfahrzeugs moduliertes Licht ausgesendet, in dem ein mittels Modulation erzeugtes Informationssignal enthalten ist. Bei der Scheinwerfereinrichtung handelt es sich insbesondere um die Frontscheinwerfer des Kraftfahrzeugs. Die Modulation ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie nicht für das menschliche Auge sichtbar ist. Mit einer Bildaufnahmeeinrichtung und insbesondere mit einer Kamera des Kraftfahrzeugs wird als eine zeitliche Folge von Bildern eine Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst, die durch das modulierte Licht der Scheinwerfereinrichtung ausgeleuchtet wird. Schließlich wird in der durch die Bildaufnahmeeinrichtung erfassten Umgebung nach Bereichen gesucht, welche das Informationssignal erhalten und demzufolge das modulierte Licht abstrahlen. Im Falle, dass solche Bereiche gefunden werden, werden diese als Reflexionsobjekte identifiziert, an denen das modulierte Licht der Scheinwerfereinrichtung reflektiert wurde.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass auf einfache Weise mittels einer Modulation von Scheinwerferlicht und einer entsprechenden Bildanalyse der von dem Scheinwerferlicht ausgeleuchteten Umgebung reflektierende Objekte von anderen, aktiv Licht aussendenden Objekten unterschieden werden können. Auf diese Weise können Lichtassistenzfunktionen in einem Kraftfahrzeug einfacher und zuverlässiger implementiert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem Lichtassistenzsystem verwendet, in dem das durch die Scheinwerfereinrichtung ausgesendete modulierte Licht automatisch bei Erfüllung eines Abschaltkriteriums abgeschaltet wird. Zur Erfüllung des Abschaltkriteriums ist es dabei erforderlich, dass in der durch die Bildaufnahmeeinrichtung erfassten Umgebung ein oder mehrere helle Bereiche identifiziert werden, die einen vorbestimmten Helligkeitswert überschreiten. Dabei erfolgt ein Abschalten des modulierten Lichts dann nicht, wenn alle identifizierten hellen Bereiche auch als Reflexionsobjekte identifiziert werden. Auf diese Weise wird zuverlässig sichergestellt, dass die Funktion des Abschaltens des Kraftfahrzeugscheinwerfers dann nicht ausgelöst wird, wenn sich nur reflektierende Objekte und damit keine Fremdlichtquellen bzw. keine entgegenkommenden Fahrzeuge in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befinden. Ein unerwünschtes Abschalten der Scheinwerfereinrichtung ohne Gegenverkehr wird hierdurch vermieden.
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In einer besonders bevorzugten Variante ist das durch die Scheinwerfereinrichtung ausgesendete modulierte Licht ein Fernlicht. Diese Variante wird vorzugsweise mit der soeben beschriebenen Ausführungsform kombiniert, bei der das Licht der Scheinwerfereinrichtung basierend auf einem Abschaltkriterium abgeschaltet wird. Hierdurch kann eine verbesserte Fernlichtassistenz-Funktion in einem Kraftfahrzeug erreicht werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Scheinwerfereinrichtung des Kraftfahrzeugs eine oder mehrere Laserdioden und/oder LEDs, welche das modulierte Licht aussenden. Diese Scheinwerfereinrichtungen senden Licht mit einer besonders hohen Helligkeit aus, so dass eine Lichtassistenz-Funktion basierend auf dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft ist.
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Zur Modulation des Scheinwerferlichts können beliebige Verfahren eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das modulierte Licht mit einer Pulsweitenmodulation moduliert, bei der in jeweiligen Perioden entsprechend der Frequenz der Pulsweitenmodulation ein Tastverhältnis festgelegt ist, der die zeitlichen Anteile spezifiziert, die das Licht in der jeweiligen Periode an- und abgeschaltet ist. Dabei wird durch Variation des Tastverhältnisses zwischen aufeinander folgenden Perioden das Informationssignal erzeugt. Die Frequenz der Pulsweitenmodulation liegt vorzugsweise zwischen 200 Hz und 1 kHz. Wie sich aus der speziellen Beschreibung ergibt, kann mittels der Pulsweitenmodulation z. B. ein sinusförmiges Signal auf das Scheinwerferlicht aufmoduliert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung verwendet die Pulsweitenmodulation Tastverhältnisse, welche aus einer Menge von vorbestimmten Tastverhältnissen ausgewählt sind. Jedes vorbestimmte Tastverhältnis stellt dabei ein Symbol im Informationssignal dar. Bei der Analyse der durch die Bildaufnahmeeinrichtung erfassten Umgebung werden dann die Tastverhältnisse aus der Folge von Bildern ermittelt und hierdurch die Symbole im Informationssignal bestimmt. Auf diese Weise kann ein schnelles Auslesen des Informationssignals erreicht werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens codiert das Informationssignal eine eindeutige Identifikation des Kraftfahrzeugs, insbesondere zumindest einen Teil der Fahrgestellnummer. Die eindeutige Identifikation wird zur Identifizierung von Reflexionsobjekten aus dem Informationssignal extrahiert. Diese Variante hat den Vorteil, dass entgegenkommender Gegenverkehr, der gegebenenfalls auch moduliertes Scheinwerferlicht abstrahlt, nicht fälschlicherweise als Reflexionsobjekt identifiziert wird.
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Um ein schnelles Auslesen der eindeutigen Identifikation aus dem Informationssignal zu erreichen, wird die eindeutige Identifikation vorzugsweise auf einen Hashwert abgebildet, der im Informationssignal enthalten ist. Der Hashwert ist dabei deutlich kürzer als die Identifikation selbst.
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In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt das Informationssignal eine Folge von Modulationsmustern dar, welche zufällig aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Modulationsmustern ausgewählt werden, wobei ein Bereich in der durch die Bildaufnahmeeinrichtung erfassten Umgebung dann als Reflexionsobjekt identifiziert wird, wenn die zeitliche Folge von zufällig ausgewählten Modulationsmustern für den Bereich detektiert wird. Auf diese Weise kann auch ohne Verwendung einer eindeutigen Identifikation eines Kraftfahrzeugs eine zuverlässige Unterscheidung zwischen Reflexionsobjekten und anderen Objekten erreicht werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Bildverarbeitung in einem Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung eine Modulationseinrichtung und eine Auswerteeinheit umfasst, welche derart ausgestaltet sind, dass sie im Betrieb im eingebauten Zustand im Kraftfahrzeug mit einer Scheinwerfereinrichtung und einer Bildaufnahmeeinrichtung des Kraftfahrzeugs wie folgt wechselwirken:
- – durch die Modulationseinrichtung wird mittels Modulation ein Informationssignal erzeugt, das in moduliertem Licht enthalten ist, das durch Scheinwerfereinrichtung ausgesendet wird;
- – in einer durch die Bildaufnahmeeinrichtung erfassten Umgebung, welche durch das modulierte Licht der Scheinwerfereinrichtung ausgeleuchtet wird und eine zeitliche Folge von Bildern darstellt, wird durch die Auswerteeinrichtung nach Bereichen gesucht, welche das Informationssignal enthalten, wobei aufgefundene Bereiche als Reflexionsobjekte identifiziert werden, an denen das modulierte Licht der Scheinwerfereinrichtung reflektiert wurde.
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Die Vorrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine oder mehrere bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorrichtung durchführbar sind.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Scheinwerfereinrichtung und einer Bildaufnahmeeinrichtung, wobei das Kraftfahrzeug die oben beschriebene Vorrichtung zur Bildverarbeitung bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten dieser Vorrichtung umfasst.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, in dem eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildverarbeitung durchgeführt wird; und
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2 ein Zeitdiagramm, welches eine Pulsweitenmodulation wiedergibt, die in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren in Zusammenhang mit einem Fernlichtassistenzsystem in einem Kraftfahrzeug beschrieben, welches bei der Erkennung von Gegenverkehr bzw. vorausfahrenden Fahrzeugen ein bei Dunkelheit angeschaltetes Fernlicht abblendet, so dass nur noch das Abblendlicht des entsprechenden Scheinwerfers angeschaltet ist und somit die Blendung entgegenkommender bzw. vorausfahrender Fahrzeuge vermieden wird.
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Gemäß 1 umfasst ein entsprechendes Kraftfahrzeug 1 einen Scheinwerfer 2, der durch Pfeile L angedeutetes Fernlicht aussendet. Vorzugsweise wird das Fernlicht mittels Laserdioden generiert, so dass es eine sehr hohe Reichweite aufweist. Dem Scheinwerfer 2 ist ein entsprechendes Steuergerät 3 zugeordnet, welches in Kommunikationsverbindung (angedeutet durch Pfeil P) mit einer Auswerteeinheit 5 steht, welche einer Kamera 4 zugeordnet ist, die im oberen Bereich der Frontscheibe des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Mit der Kamera 4 wird die Umgebung vor dem Fahrzeug als Folge von Bildern erfasst. In dem Szenario der 1 enthält die Umgebung einen reflektierenden Leitbalken. Solche Leitbalken sind üblicherweise entlang von Landstraßen aufgestellt und umfassen reflektierende Elemente, so dass dem Fahrer der Verlauf der Landstraße angezeigt wird.
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Bei herkömmlichen Scheinwerfern, welche nicht auf Laserlicht basieren, wird durch eine von der Auswerteeinheit 5 durchgeführte Bildanalyse der von der Kamera aufgenommenen Bilder erkannt, wenn es sich bei einem leuchtenden Objekt in den Bildern um die Scheinwerfer eines entgegenkommenden Fahrzeugs handelt. Dabei kann Fremdverkehr von Reflexionen an Objekten, wie z. B. an den Reflexionselementen des Leitbalkens 6, unterschieden werden, denn das reflektierte Licht weist eine geringere Helligkeit als das Scheinwerferlicht entgegenkommender Fahrzeuge auf. Bei der Generierung eines Fernlichts mit Laserlicht sind aufgrund der erhöhten Lichtstärke die Reflexionen an Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs jedoch oftmals derart hell, dass sie von Scheinwerfern entgegenkommender Fahrzeuge nicht mehr unterschieden werden können. Diese Problematik wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das ausgesendete Laserlicht L über das Steuergerät 3 geeignet moduliert ist.
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In der hier beschriebenen Ausführungsform wird als Modulation eine Pulsweitenmodulation verwendet. Dabei wird das sog. Tastverhältnis innerhalb entsprechender Perioden der Pulsweitenmodulation variiert, wodurch ein Informationssignal auf das Licht aufmoduliert wird. Ein Beispiel einer solchen Modulation ist in 2 wiedergegeben. Diese Figur zeigt im oberen Teil den zeitlichen Verlauf PM des pulsweitenmodulierten Lichts, wobei der Zustand 1 den angeschalteten Zustand des Fernlichts und der Zustand 0 den abgeschalteten Zustand des Fernlichts wiedergibt. Durch PE ist die Periode der Pulsweitenmodulation angedeutet, welche einer Frequenz der Pulsweitenmodulation entspricht. Das Tastverhältnis ist dabei das Verhältnis der Zeitdauer, in der das Fernlicht in der Periode abgeschaltet ist, zu der Zeitdauer, in der das Fernlicht in eine Periode angeschaltet ist. Wie man aus 2 erkennt, variiert das Tastverhältnis mit der Zeit. Insbesondere wird der Anteil des angeschalteten Fernlichts in den aufeinander folgenden Perioden PE zunächst immer größer und nimmt dann wieder ab. Durch diese Variation wird gemäß 2 ein Informationssignal IS generiert, das im unteren Teil des Diagramms angedeutet ist. Dieses Informationssignal stellt ein sinusförmiges Signal dar.
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Das entsprechend modulierte Signal der 2 wird über den Scheinwerfer 2 als moduliertes Licht L ausgesendet. Parallel erfasst die Kamera 4 die mit dem Scheinwerfer 2 ausgeleuchtete Umgebung. Über eine an sich bekannte Bildanalyse mittels der Auswerteeinheit 5 werden dann helle Bereiche identifiziert, deren Helligkeit einer vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Gleichzeitig wird ausgewertet, ob die hellen Bereiche das Informationssignal IS gemäß 2 enthalten. Um nunmehr sicherzustellen, dass kein versehentliches Abblenden aufgrund von Reflexionen des Scheinwerferlichts erfolgt, wird im Falle, dass alle hellen Bereiche in der erfassten Umgebung das Informationssignal IS enthalten, das Fernlicht nicht abgeblendet, da in diesem Fall kein Gegenverkehr entgegenkommt und die hellen Bereiche anderweitig durch Reflexionen z. B. an dem Leitbalken 6 oder anderen reflektierenden Objekten (z. B. Verkehrsschildern) verursacht sind.
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Sollten demgegenüber in den durch die Kamera 4 erfassten Bildern auch helle Bereiche enthalten sein, die keinem reflektierten modulierten Fernlicht entsprechen, wird eine weitergehende Analyse durchgeführt, um zu ermitteln, ob die hellen Bereiche in der Tat Scheinwerfer von entgegenkommenden Fahrzeugen darstellen. Hierzu können bekannte Analyseverfahren verwendet werden, die in heutigen Fernlichtassistenten bereits enthalten sind. Wird schließlich ein Scheinwerfer eines entgegenkommenden Fahrzeugs identifiziert, wird von der Auswerteeinheit 5 ein entsprechender Befehl an das Steuergerät 3 des Scheinwerfers 2 gegeben, der ein Abschalten des Fernlichts bewirkt.
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Wird die in 2 gezeigte Modulation verwendet, wird von der Auswerteeinheit 5 ein entsprechender sinusförmiger Verlauf als Informationssignal detektiert. Nichtsdestotrotz können auch andere Arten von Informationssignalen erzeugt und detektiert werden. In einer Abwandlung wird eine eindeutige Identifikation des Kraftfahrzeugs 1 im modulierten Signal codiert, z. B. die Fahrgestellnummer des Fahrzeugs oder ein Teil dieser Fahrgestellnummer. Die Auswerteeinheit 5 ist dann dazu ausgelegt, das entsprechend codierte Signal in den erfassten Bildern zu detektieren. Diese Variante hat den Vorteil, dass das Licht entgegenkommender Fahrzeuge nie die gleiche Modulation aufweisen kann, so dass entgegenkommende Fahrzeuge nicht fälschlicherweise als reflektierende Objekte detektiert werden.
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Um ein schnelles Auslesen des Informationssignals zu erreichen, verwendet die Pulsweitenmodulation in einer weiteren Ausgestaltung eine Menge an vorbestimmten Testverhältnissen, wobei jedes Tastverhältnis ein Symbol im Informationssignal darstellt. Mit einer geeigneten Kamera und Auswerteeinheit kann dabei das Tastverhältnis von jeder aufeinander folgenden Periode identifiziert werden und somit das entsprechende Symbol und damit das Informationssignal ausgelesen werden.
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In einer weiteren Abwandlung wird als Informationssignal eine zeitliche Folge von Modulationsmustern übertragen, welche zufällig aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Modulationsmustern ausgewählt werden. Die zufällige Auswahl wird dabei durch die Auswerteeinheit 5 durchgeführt, wobei diese Auswahl an das Steuergerät 3 kommuniziert wird, welches dann die zufällige zeitliche Folge der Modulationsmuster generiert. Im Rahmen der Auswertung der über die Kamera 4 erfassten Bilder wird dann die entsprechende zufällige Folge der Modulationsmuster über die Auswerteeinheit 5 detektiert. Da die Auswerteeinheit die zufällige Auswahl selbst durchgeführt hat, ist ihr auch die zufällige zeitliche Folge der Modulationsmuster bekannt. Aufgrund der zufälligen Generierung der Modulationsmuster können wiederum eindeutig Reflexionsobjekte von Scheinwerfern entgegenkommender Fahrzeuge unterschieden werden, wobei jedoch keine eindeutige Identifikation des Kraftfahrzeugs im Informationssignal übertragen werden muss.
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Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird eine verbesserte Bildverarbeitung geschaffen, mit der Objekte, welche Scheinwerferlicht reflektieren, sehr gut von Scheinwerfern anderer Fahrzeuge unterschieden werden können. Hierdurch kann die Funktion eines Fernlichtassistenten im Fahrzeug deutlich verbessert werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das ausgesendete Fernlicht sehr hell ist und z. B. Laserlicht darstellt. In diesem Fall ist eine Unterscheidung zwischen reflektierenden Objekten und Scheinwerfern von Gegenverkehr aufgrund der hohen Helligkeit des Laserlichts mit herkömmlichen Methoden oftmals nicht möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Scheinwerfer
- 3
- Steuergerät des Scheinwerfers
- 4
- Kamera
- 5
- Auswerteeinheit
- 6
- Leitbalken
- IS
- Informationssignal
- L
- Licht des Scheinwerfers
- P
- Kommunikationsverbindung
- PE
- Periode der Pulsweitenmodulation
- PM
- pulsweitenmoduliertes Signal
- t
- Zeit
