DE102013217488A1

DE102013217488A1 - Belegungsgitter mit kompakten Gitterebenen

Info

Publication number: DE102013217488A1
Application number: DE102013217488.8A
Authority: DE
Inventors: Ralph Grewe; Stefan Hegemann; Claudia Nilles
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-05

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Repräsentation eines Umfelds eine Fahrzeugs in einem Belegungsgitter angegeben, wobei die Daten mit zumindest einem Umfelderfassungssystem erfasst werden. Umfeldinformationen werden in zumindest einer Gitterzelle in mehr als einer Ebene gespeichert. Das Vorhandensein einer weiteren Ebene hängt von der Information in der Gitterzelle in der ersten Ebene ab.

Description

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Darstellung einer Fahrzeugumgebung, insbesondere zur Steuerung eines Fahrerassistenzsystems.
Ein verbreiteter Ansatz zur Repräsentation des Fahrzeugumfelds ist ein Belegungsgitter, das das Umfeld in Zellen unterteilt und für jede Zelle eine Klassifikation in „befahrbar“ und „belegt“ speichert. Neben der Befahrbarkeit kann auch eine Klassifikation anhand anderer Merkmale gespeichert werden, z.B. eine reflektierte Radar-Energie. Neben der guten Komprimierbarkeit ist ein Vorteil des Belegungsgitters der hohe Abstraktionsgrad, der auch eine Fusion von verschiedenartigen Sensoren, wie z.B. Stereokamera, Radar, Lidar oder Ultraschall ermöglicht. Nachteil der Abstraktion z.B. durch eine Klassifikation von Objekten ist, dass Informationen verloren gehen, die von einigen Anwendungen (Fahrerassistenzsystemen) benötigt werden. Beispielsweise die Höheninformation für eine Schätzung des Verlaufs von Bordsteinen oder ein Erkennen von fehlerhaft als Fahrstreifenmarkierung erkannten Kanten auf Leitwänden. Andere Verfahren zur Repräsentation eines Fahrzeugumfelds speichern keine Klassifikation von Umgebungsobjekten, sondern Rohdaten. Dies kann z.B. in einem Gitter erfolgen, in dem für jede Zelle z.B. reflektierte Energie gespeichert wird. Nachteile einer Umfelddarstellung mit Rohdaten sind zum einen, dass eine Fusion unterschiedlicher Sensoren nicht möglich ist, wenn diese nicht die gleichen Daten liefern, beispielsweise misst ein Radarsensorsystem die reflektierte Intensität, ein Kamerasensorsystem kann die Höhe eines Objekts recht genau vermessen. Zum anderen ist die Darstellung schlechter komprimierbar, da sich die Werte benachbarter Zellen in der Regel unterscheiden. Neben einem Gitter sind andere reduzierte Darstellungen einer Fahrzeugumgebung bekannt, z.B. die sogenannte Stixel-Welt. Diese basiert auf Polarkoordinaten, für jeden polaren „Sichtstrahl“ wird die radiale Entfernung und die Höhe das angrenzenden Objekts gespeichert. Somit wird zwar eine Reduktion der Datenmenge erreicht, der abgedeckte Bereich ist aber eingeschränkt und eine Fusion von Sensoren wird (neben unterschiedlichen Daten) durch das gewählte Koordinatensystem erschwert.
Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung in einem gitterbasierten Umfeldmodell anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche geprüft.
Es wird ein Verfahren zur Repräsentation eines Umfelds eines Fahrzeugs in einem Belegungsgitter angegeben, wobei die Daten mit zumindest einem Umfelderfassungssystem erfasst werden. Ein wesentlicher Erfindungsgedanke ist es, dass in zumindest einer Gitterzelle Umfeldinformationen in mehr als einer Ebene gespeichert werden und das nur dann Informationen in einer weiteren Ebene hinterlegt werden, wenn die Information der Gitterzelle in der ersten Ebene einen vorgebbaren Wert einnimmt. Vorzugsweise wird nur dann, wenn eine Gitterzelle in einer ersten Ebene als belegt gekennzeichnet ist, eine weitere Information, vorzugsweise eine Höheninformation, in einer weiteren Ebene gespeichert. Für einen befahrbaren Bereich ist die Höhe irrelevant, da sich die Fahrbahn auf einer angenommenen Bodenebene befindet und muss daher nicht gespeichert werden. Dies kann z.B. durch das Setzen auf einen vordefinierten Wert wie z.B. 0 oder irrelevant erfolgen. Lediglich für „belegte“ Zellen, die Hindernisse bzw. Objekterepräsentieren, wird die Höhe gespeichert. Da durch diese Darstellung eine Vielzahl von Zellen den gleichen Wert, nämlich irrelevant oder 0 o.ä. aufweist, lässt sich die Höhenebene stark komprimieren. Verfahren zur Komprimierung eines Umfeldmodells werden z.B. in unserer Anmeldung WO 2013/060323 beschrieben. Die Höheninformation lässt sich mit dem hier beanspruchten Verfahren mit geringem zusätzlichem Ressourcenverbrauch speichern und ermöglicht eine effiziente Speicherung und Übertragung des Umfeldmodells. Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Verfahrens ist, dass sich auch Sensoren, die keine Höheninformation liefern, wie z.B. ein Radarsensorsystem ohne Elevationsauflösung in das Umfeldmodell integrieren lassen. Die Bewertung der Messungen des Radars gehen in diesem Fall nur in die Wahrscheinlichkeiten für „befahrbar“ und „belegt“ ein, was der ersten Ebene 1 entspricht und erhöht so die Sicherheit der Klassifikation von Hindernissen bzw. Objekten. Eine Verbesserung der Höhenschätzung würde in diesem Fall durch die Fusion nicht stattfinden, eine genaue Höhenschätzung ist für viele Anwendungen allerdings weniger relevant als eine sichere Klassifikation in „befahrbar“ und „belegt“.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei Umfelderfassungssysteme vorgesehen, um Informationen für das Belegungsgitter zu erfassen. Falls ein erstes Umfelderfassungssystem eine Gitterzelle als belegt und ein zweites Umfelderfassungssystem dieselbe Gitterzelle als frei erkennt, wird die Information der weiteren Ebene, insbesondere die Höheninformation, für die Entscheidung genutzt, ob die Gitterzelle den Zustand frei oder belegt einnimmt. Insbesondere wenn für das Belegungsgitter die Dempster-Shafer-Theorie verwendet wird aber auch in anderen Fällen, kann bei der Fusion mehrerer Sensoren ein Konflikt erkannt werden, wenn ein Sensorsystem die Gitterzelle als belegt und ein Sensorsystem als befahrbar erkennt. Mit den Höhendaten stehen zusätzliche Informationen zur Behandlung dieser Konflikte zur Verfügung. So wird z.B. ein Bordstein von der Kamera als Hindernis erkannt, vom Radar jedoch nicht. Mit den Höhendaten der Kamera stehen Informationen zur Verfügung, die darauf schließen lassen, dass es sich um ein Objekt handelt, was unterhalb der vom Radarsystem sicher detektierbaren Höhe ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Höheninformation in Abhängigkeit von einer Fahrbahnhöheninformation in das Belegungsgitter eingetragen. Bei Sensoren, die Höheninformationen liefern, wie z.B. Stereokamera, Monokamera mit Auswertung des optischen Flusses, Lidar- oder Radarsystemen mit mehreren vertikalen Erfassungsbereichen, ist für die Bestimmung der Bereiche, in denen keine Höheninformation gespeichert werden muss, eine Schätzung der Bodenebene erforderlich. Beispielsweise können nicht planare Bodenebenen auf Basis der Daten einer Stereokamera geschätzt werden. Nach Entfernen des Rauschens werden die aktuellen Disparitätswerte in Fahrzeugorientierung mit denen einer planaren Umgebung verglichen. Abhängig von der Entfernung wird eine höhere Toleranz zugelassen um auch fallende oder steigende befahrbare Verläufe zu erfassen. Der als befahrbar geltende Bereich wird approximiert. Anhand der Approximation können die Höhen angrenzender Objekte relativ zur Fahrbahnebene kalkuliert und gespeichert werden. Die Höheninformationen lassen weitere Interpretationsstufen zu. So kann z.B. die folgenden Situationsanalyse getroffen werden: In Normalsituationen nicht befahrbar, aber Ausweichraum für Notfälle, z.B. zum Schutz menschlichen Lebens. So kann es z.B. im Notfall günstiger sein, in einen Graben zu fahren oder einen hohen Randstein zu überfahren als eine Kollision mit dem Gegenverkehr oder mit Fußgängern herbeizuführen. Die Beschädigung des Fahrzeugs kann von zukünftigen Systemen, die automatisiert fahren, zum Schutz von Leben billigend in Kauf genommen werden. Somit sind zusätzliche Informationen ein wichtiger Schritt in diese Richtung.
Anstelle der Höheninformation oder zusätzlich können weitere Daten in einer weiteren Ebenen gespeichert werden, dies könnten z.B. Intensitäten von einem Radar- oder Lidarsensor aber insbesondere auch Zustände bewegter Objekte, insbesondere eine Klassifikation bewegt, Geschwindigkeit, Quergeschwindigkeit, Beschleunigung oder Bewegungsrichtung sein.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Belegungsgitter mit zwei zusätzlichen Ebenen. Die belegten Zellen in Ebene 1 kennzeichnen eine seitliche Begrenzung sowie ein Vorausfahrzeug. In der Höhenebene (Ebene 2) werden Daten zur seitliche Begrenzungen sowie dem Vorausfahrzeug gespeichert. In der Ebene 3 mit kinematischen Daten ist nur der Bereich des Vorausfahrzeuges mit Informationen belegt. Die beiden letztgenannten Ebenen lassen sich daher sehr stark komprimieren. Für die Übertragung kinematischer Daten bietet sich insbesondere eine Differenzbildung aufeinanderfolgender Kinematik-Ebenen ggf. mit anschließender Entropie-Codierung an. Da sich die kinematischen Daten üblicherweise nur wenig ändern (geringe Beschleunigungen/geringer Ruck), ist eine Ungleichverteilung der Differenzen mit hohen Wahrscheinlichkeiten für niedriger Werte zu erwarten, die mit Entropie-Codierung gut komprimierbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/060323 [0005]

Claims

Verfahren zur Repräsentation eines Umfelds eine Fahrzeugs in einem Belegungsgitter, wobei die Daten mit zumindest einem Umfelderfassungssystem erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass nur dann Informationen in einer weiteren Ebene hinterlegt werden, wenn die Information der Gitterzelle in der ersten Ebene einen vorgebbaren Wert einnimt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur wenn eine Gitterzelle in einer ersten Ebene als belegt gekennzeichnet ist, eine weitere Information in einer weiteren Ebene gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiteren Ebene eine Höheninformation gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest zwei Umfelderfassungssysteme vorgesehen sind, um Informationen für das Belegungsgitter zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass falls ein erstes Umfelderfassungssystem eine Gitterzelle als belegt und ein zweites Umfelderfassungssystem dieselbe Gitterzelle als frei erkennt, die Information der weiteren Ebene für die Entscheidung genutzt wird, ob die Gitterzelle den Zustand frei oder belegt einnimmt.
Verfahren anch einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höheninformation in Abhängigkeit von einer Fahrbahnhöheninformation in das Belegungsgitter eingetragen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ebene zumindest eine der folgenden Informationen gespeichert ist i) Intensitäten von einem Radar- oder Lidarsensor ii) Zustand eines bewegten Objekts, insbesondere Klassifikation bewegt, Geschwindigkeit, Quergeschwindigkeit, Beschleunigung oder bewegungsrichtung
Fahrassistenzsystem umfassend zumindest ein Sensorsystem zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung und eine Auswerte- bzw. Steuereinheit zur Steuerung einer Fahrerassistenzfunktion, die einen elektronischen Speicher auf dem ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hinterlegt ist, und einen Prozessor zur Ausführung eines Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche.