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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm.
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Stand der Technik
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Für teil- und vor allem hochautomatisierte bzw. autonom fahrende Fahrzeuge wird eine sehr sichere Ermittlung des Umfeldes als Basis für Entscheidungen (zum Beispiel´: Überholen ja/nein?) benötigt.
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Aktuelle Fahrerassistenzfunktionen verwenden in der Regel eine objektbasierte Fusion von Sensorobjekten. Neben diesen objektbasierten Verfahren werden heutzutage rohdatenbasierte Fusionsverfahren in einem Belegungsgitter eingesetzt. Die Berechnung der Belegung einzelner Belegungsgitterzellen folgt dabei ausschließlich aus Sensordaten von Umfeldsensoren des Fahrzeugs.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein verbessertes Verfahren zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann ferner darin gesehen werden, eine entsprechende Vorrichtung zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, ein entsprechendes Computerprogramm bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei Zellen eines das Umfeld unterteilendes Belegungsgitters jeweils ein Belegungswert in Abhängigkeit von Kartendaten einer digitalen Karte zugeordnet wird, so dass stationäre Elemente der digitalen Karte belegten Zellen des Belegungsgitters entsprechen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitgestellt, umfassend eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen von Kartendaten einer digitalen Karte und eine Zuordnungseinrichtung zum Zuordnen von jeweils einem Belegungswert zu Zellen eines das Umfeld unterteilendes Belegungsgitters in Abhängigkeit von den Kartendaten, so dass stationäre Elemente der digitalen Karte belegten Zellen des Belegungsgitters entsprechen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs umfasst, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Nach einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug umfassend die Vorrichtung zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitgestellt.
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Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Fahrerassistenzsystem umfassend die Vorrichtung zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs bereitgestellt.
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Nach einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug umfassend das Fahrerassistenzsystem bereitgestellt, wobei das Fahrerassistenzsystem die Vorrichtung zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs aufweist.
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Durch das Verwenden von Kartendaten einer digitalen Karte kann unabhängig von Sensoren ein Belegungsgitter gebildet werden, das zumindest die stationären Objekte oder Elemente im Umfeld des Fahrzeugs abbildet. Basierend auf dem Belegungsgitter kann das Fahrzeug betrieben, also insbesondere zumindest teilweise autonom und/oder zumindest teilweise automatisiert geführt, werden, insbesondere vollständig autonom und/oder vollständig automatisiert geführt werden. Selbst bei einem Sensorenausfall kann somit ein Betrieb des Fahrzeugs zumindest im Umfang der Kenntnis der Positionen und der Größe der stationären Objekte sichergestellt werden. Der Begriff "stationär" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird synonym mit den Begriffen statisch, stehend oder nicht-bewegt verwendet.
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Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass, wenn ein sich außerhalb des Belegungsgitters befindendes stationäres Element der digitalen Karte in das Belegungsgitter aufgrund einer Fahrzeugbewegung eintritt, dem Eintritt entsprechende Zellen des Belegungsgitters als belegt gekennzeichnet werden.
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Dadurch ist eine einfache und zuverlässige Möglichkeit der Zuordnung bewirkt.
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Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass den belegten Zellen eine Geschwindigkeit von 0 m/s und/oder eine Beschleunigung von 0 m/s–2 zugeordnet werden. Insbesondere kann den belegten Zellen ein Bewegungsmodell "konstante Position" zugeordnet werden. Ein solches Bewegungsmodell ist also ein Modell, was eine Bewegung eines statischen Objekts mathematisch beschreibt.
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Ein Belegungsgitter im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst mehrere Zellen. Jeder Zelle ist insbesondere ein Belegungswert zugeordnet, der insbesondere als Belegung bezeichnet werden kann. Ein Belegungswert kann beispielsweise einen Wahrscheinlichkeitswert umfassen. Ein solcher Wahrscheinlichkeitswert ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit dafür, dass diese Zelle durch ein Objekt belegt ist. Das heißt also insbesondere, dass an der dieser Zelle entsprechenden Position im Umfeld des Fahrzeugs sich das Objekt befindet entsprechend der Wahrscheinlichkeit.
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Eine Zelle, die einen Wahrscheinlichkeitswert aufweist, der größer ist als ein vorbestimmter Wahrscheinlichkeitswert, beispielsweise 1 %, vorzugsweise 5 %, insbesondere 10 %, kann als belegte Zelle bezeichnet werden. Eine Zelle mit einem Wahrscheinlichkeitswert von kleiner dem vorbestimmten Wahrscheinlichkeitswert kann als nicht-belegte oder unbelegte Zelle bezeichnet werden.
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Jeder Zelle ist insbesondere eine kinematische Zustandsgröße zugeordnet, die insbesondere auch als eine Bewegungsinformation bezeichnet werden kann. Im Folgenden kann diese kinematische Zustandsgröße einer Zelle auch als individuelle kinematische Zustandsgröße bezeichnet werden. Diese beschreibt insbesondere eine Bewegung des Objekts des Umfelds des Fahrzeugs, das dieser Zelle zugeordnet ist.
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Eine kinematische Zustandsgröße im Sinne der vorliegenden Erfindung beschreibt insbesondere eine Bewegung des Objekts. Eine kinematische Zustandsgröße kann beispielsweise eine Position, eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung sein. Beispielsweise kann die kinematische Zustandsgröße ein Winkel, eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Winkelbeschleunigung sein. Beispielsweise kann die kinematische Zustandsgröße eine Gierrate sein. Beispielsweise können mehrere kinematische Zustandsgrößen vorgesehen sein, also insbesondere geschätzt werden. Bei mehreren kinematischen Zustandsgrößen können diese insbesondere gleich oder vorzugsweise unterschiedlich gebildet sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Umfeld des Fahrzeugs sensorisch erfasst wird, wobei Zellen eines das Umfeld des Fahrzeugs unterteilendes Sensor-Belegungsgitters jeweils ein Belegungswert in Abhängigkeit von dem sensorisch erfassten Umfeld zugeordnet wird, wobei Zellen des Belegungsgitters und Zellen des Sensor-Belegungsgitters jeweils untereinander zugeordnet werden, so dass untereinander zugeordnete Zellen einem gleichen Ort im Umfeld entsprechen, wobei das Belegungsgitter mit dem Sensor-Belegungsgitter verglichen wird, um basierend auf dem Vergleich ein das Umfeld des Fahrzeugs unterteilendes fusioniertes Belegungsgitter zu bilden, dessen Zellen entsprechend dem Belegungsgitter und dem Sensor-Belegungsgitter belegt sind.
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Durch den Vergleich kann in vorteilhafter Weise abgeglichen werden, inwieweit das Umfeld sensorisch korrekt erfasst und die Zuordnung korrekt durchgeführt wurde. Denn belegte Zellen im Sensor-Belegungsgitter, die einem stationären Objekt im Umfeld entsprechen, müssten bei korrekter Erfassung und korrekter Zuordnung auch im Belegungsgitter zu finden sein. Es wird also durch den Vergleich und/oder durch die Fusion die Zellen des Belegungsgitters mit den Informationen aus dem Sensor-Belegungsgitter ergänzt (Fusion) oder umgekehrt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Zuordnung der Zellen beider Belegungsgitter (also Sensor-Belegungsgitter und Belegungsgitter) basierend auf einer momentanen Fahrzeugposition in der digitalen Karte durchgeführt wird.
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Bei Kenntnis der momentanen Fahrzeugposition in der digitalen Karte ist somit bekannt, wo im Belegungsgitter sich welche stationären Objekte relativ zur Fahrzeugposition im Belegungsgitter befinden. Nach diesen stationären Objekten, also entsprechend belegten Zellen, wird dann im Sensor-Belegungsgitter gesucht und wenn diese dort gefunden werden, ist auch im Sensor-Belegungsgitter die Fahrzeugposition bekannt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen Zellen der beiden Belegungsgitter (also Sensor-Belegungsgitter und Belegungsgitter) untereinander zugeordnet werden, indem das Belegungsgitter und das Sensor-Belegungsgitter derart übereinander gelegt werden, dass sich jeweils zumindest ein Zellen-Muster in den beiden Belegungsgittern mit einem vorbestimmten Deckungswert, der größer einem vorbestimmten Deckungswert ist, einander überlappen.
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Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die momentane Fahrzeugposition in der digitalen Karte nicht bekannt ist. Denn eine Position des Fahrzeugs im Sensor-Belegungsgitter markiert beim sich überlappenden Belegungsgitter eine Position des Fahrzeugs im Belegungsgitter und somit in der digitalen Karte.
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Bei Kenntnis der momentanen Fahrzeugposition in der digitalen Karte kann in vorteilhafter Weise ein Abgleich der beiden Zuordnungen durchgeführt werden, sodass beispielsweise eventuelle Fehler erkannt und dann entsprechend angegangen werden können.
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Vergleich mit einer konstanten Zeitfrequenz durchgeführt wird. Das heißt also insbesondere, dass ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vergleichen konstant ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Vereinfachung bei der Durchführung des Verfahrens bewirkt, da ein Rechenaufwand reduziert werden kann. Insbesondere kann eine Umrechnung entfallen, die eine konstante Ortsfrequenz garantiert.
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Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Vergleich abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer festen Ortsfrequenz durchgeführt wird. Bei einem Vergleich mit einer festen Ortsfrequenz wird insbesondere eine konstante Menge neuer Sensorinformationen verarbeitet, um in vorteilhafter Weise eine optimale Gewichtung der einzelnen Vergleichsergebnisse zu ermöglichen. Im Extremfall bei stehendem Fahrzeug liefert der Sensor immer ein Abbild der gleichen Szene. Somit ist auch das Vergleichsergebnis immer ähnlich. Eine optimale Gewichtung ist dann zumindest schwer zu realisieren. Dies wird beim Vergleichen mit fester Ortsfrequenz in vorteilhafter Weise vermieden. Denn hier wird mit dem Vergleich so lange abgewartet, bis wieder ausreichend neue Sensorinformationen zur Verfügung stehen.
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Nach einer Ausführungsform kann die Bereitstellungseinrichtung als ein Navigationssystem gebildet sein oder von einem solchen umfasst sein.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Zuordnungseinrichtung von einer Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere von einem Computer, umfasst ist oder als eine solche gebildet ist.
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Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zum sensorischen Erfassen des Umfelds des Fahrzeugs eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist. Die Sensoreinrichtung kann insbesondere einen oder mehrere Sensoren umfassen. Die Sensoren können beispielsweise gleich oder vorzugsweise unterschiedlich gebildet sein. Solche Sensoren können beispielsweise ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor, ein Videosensor oder ein Lidarsensor sein. Insbesondere kann eine Stereovideokamera umfassend einen oder mehrere Videosensoren vorgesehen sein. Insbesondere kann ein Lasersensor vorgesehen sein. Sensoren der Sensoreinrichtung können insbesondere als Umfeldsensoren bezeichnet werden. Die Sensoreinrichtung kann vorzugsweise als Umfeldsensoreinrichtung bezeichnet werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen
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1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs,
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2 eine Vorrichtung zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs,
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3 ein Belegungsgitter, ein Sensor-Belegungsgitter und ein fusioniertes Belegungsgitter und
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4 zwei Belegungsgitter zu aufeinander folgenden Zeitpunkten.
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Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs.
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Gemäß einem Schritt 101 werden Kartendaten einer digitalen Karte bereitgestellt. In einem Schritt 103 wird jeweils ein Belegungswert in Abhängigkeit von den Kartendaten Zellen eines das Umfeld des Fahrzeugs unterteilendes Belegungsgitters zugeordnet, sodass stationäre Elemente der digitalen Karte belegten Zellen des Belegungsgitters entsprechen.
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In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Kartendaten einer digitalen Karte mittels eines Navigationssystems bereitgestellt werden.
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2 zeigt eine Vorrichtung 201 zum Detektieren von Objekten in einem Umfeld eines Fahrzeugs.
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Die Vorrichtung 201 umfasst eine Bereitstellungseinrichtung 203 zum Bereitstellen von Kartendaten einer digitalen Karte. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 201 eine Zuordnungseinrichtung 205 zum Zuordnen von jeweils einem Belegungswert zu Zellen eines das Umfeld unterteilenden Belegungsgitters in Abhängigkeit von den bereitgestellten Kartendaten, sodass stationäre Elemente der digitalen Karte belegten Zellen des Belegungsgitters entsprechen.
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In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 201 eine Sensoreinrichtung zum sensorischen Erfassen eines Umfelds des Fahrzeugs umfasst.
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3 zeigt ein Belegungsgitter 307, ein Sensor-Belegungsgitter 315 und ein fusioniertes Belegungsgitter 325.
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Um das Belegungsgitter 307 zu bilden, wird zunächst eine digitale Karte 301 umfassend digitale Kartendaten bereitgestellt. Ein Fahrzeug in der digitalen Karte 301 ist mit dem Bezugszeichen 305 gekennzeichnet. Ein stationäres oder statisches Objekt im Umfeld des Fahrzeugs 305 und in der digitalen Karte 301 ist mit dem Bezugszeichen 303 gekennzeichnet.
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Basierend auf der digitalen Karte 301 mit dem Fahrzeug 305 und dem stationären Objekt 303 kann dann entsprechend dem Belegungsgitter 307 gebildet werden. Hierbei sind Zellen 311 des Belegungsgitters 307 entsprechend dem stationären Objekt 303 als belegt markiert oder gekennzeichnet. Belegte Zellen in Belegungsgittern, insbesondere in dem Belegungsgitter 307, dem Sensor-Belegungsgitter 315 und dem fusionierten Belegungsgitter 325, sind schraffiert dargestellt. Nicht belegte Zellen sind als nicht schraffiert gekennzeichnet, also nicht ausgemalt.
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Um das Sensor-Belegungsgitter 315 zu bilden, wird das Umfeld des Fahrzeugs 305 mittels mehrerer Umfeldsensoren, die hier der Übersicht halber nicht gezeigt sind, sensorisch erfasst. Ein jeweiliger Erfassungsbereich der Umfeldsensoren ist mit dem Bezugszeichen 313 gekennzeichnet. Basierend auf dem sensorisch erfassten Umfeld des Fahrzeugs 305 kann dann das Sensor-Belegungsgitter 315 gebildet werden. Sensorisch erfasste Objekte im Umfeld des Fahrzeugs 305 sind in dem Sensor-Belegungsgitter 315 als belegte Zellen mit den Bezugszeichen 317, 319 und 321 gekennzeichnet.
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Es findet gemäß einem Schritt 323 eine Fusion und/oder ein Vergleich zwischen den beiden Belegungsgittern 307 und 315 statt. Der Vergleich (und/oder Fusion) kann beispielsweise über eine bekannte momentane Fahrzeugposition des Fahrzeugs 305 in der digitalen Karte 301 durchgeführt werden und/oder über ein sogenanntes Scan-Matching-Verfahren, bei dem eine beste Übereinstimmung der beiden Belegungsgitter 307 und 315 bestimmt wird. Ein Scan-Matching-Verfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere zwei Scans, beispielsweise Punktwolken, miteinander vergleichen. Ein solches Scan-Matching-Verfahren kann beispielsweise das sogenannte „Iterative Closest Point“-Verfahren sein.
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Basierend auf dem Vergleich und/oder der Fusion kann dann das fusionierte Belegungsgitter 325 gebildet werden. Dieses umfasst dann belegte Zellen 309, 317, 319, 321, die den belegten Zellen in den beiden Belegungsgittern 307 und 315 entsprechen. Der Vergleich kann beispielsweise mittels eines Scan-Matching-Verfahrens durchgeführt werden und findet insbesondere vor der Fusion statt. In der Fusion werden die einzelnen Vergleichsergebnisse weiter verarbeitet.
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4 zeigt ein Belegungsgitter 307 zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
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Das Bezugszeichen 401 kennzeichnet das Belegungsgitter 307 zu einem Zeitpunkt t. Das Bezugszeichen 403 kennzeichnet das Belegungsgitter 307 zu einem Zeitpunkt t + 1.
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Zum Zeitpunkt t befindet sich das stationäre Objekt 303 der digitalen Karte 301 noch außerhalb des Belegungsgitters 307, also außerhalb seiner Reichweite. Zum Zeitpunkt t + 1 tritt das stationäre Objekt 303 aufgrund einer Fahrzeugbewegung in das Belegungsgitter 307 ein. Zu diesem Zeitpunkt t + 1 kann dann die dem Eintritt entsprechende Zelle als belegt gekennzeichnet werden. Insbesondere kann dann dieser Zelle eine Geschwindigkeit von 0 m/s und eine Beschleunigung von 0 m/s–2 zugeordnet werden. Die Weiterverfolgung des stationären Objekts 303 in dem Belegungsgitter 307 kann insbesondere durch Vergleich mit Sensormessungen, also Erfassung des Umfelds des Fahrzeugs mittels Umfeldsensoren, durchgeführt werden, also direkt im Belegungsgitter 307. Dies insbesondere über einen Partikelfilter. Solche Partikelfilter sind auch als sogenannte SMC-Filter bekannt. „SMC“ steht hier für „Sequenzielle Monte-Carlo“ und bezeichnen stochastische Verfahren zur Zustandsschätzung eines dynamischen Prozesses. Hier beschreibt ein solches Verfahren eine genaue und kontinuierlich aktualisierte Bestimmung eines Ortes und einer Geschwindigkeit eines Objektes aufgrund einer ungenauen und fehlerhaften Messung des Ortes (auch als Tracking bezeichnet).
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Zusammenfassend umfasst die Erfindung also insbesondere den Gedanken, den Umstand auszunutzen, dass digitale Karten in der Regel eine Reihe wertvoller Informationen über stehende (statische, nicht-bewegte) Objekte beinhalten. Eine solche digitale Karte liefert somit in vorteilhafter Weise (Vor-)Wissen über eine Position und ein Bewegungsmodell dieser Objekte. Das Bewegungsmodell („Bewegungsmodell: konstante Position“) ist in diesem Zusammenhang wie folgt: konstante Position im Raum. Bei einer ausschließlich, wie im Stand der Technik bekannten, sensorbasierten Fusion müssen Position und Bewegungsmodell vollständig aus den Rohdaten der Umfeldsensoren ermittelt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Fusion der Information der digitalen Karte bei der Berechnung des Belegungszustandes der Zellen des fusionierten Belegungsgitters wird in vorteilhafter Weise eine Unsicherheit der Objektposition und Bewegung verringert, sodass eine Unterscheidung zwischen stehenden und bewegten Objekten schneller und zuverlässiger getroffen werden kann.
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Dies kann in vorteilhafter Weise eine Fahrzeugsicherheit erhöhen. Denn basierend auf Belegungsgittern wird in der Regel eine Fahrerassistenzfunktion gesteuert. Insbesondere werden Entscheidungen, wie sich das Fahrerassistenzsystem verhalten soll, basierend auf Belegungsgitter getroffen. Das fusionierte Belegungsgitter weist somit weniger bis gar keine Unsicherheiten hinsichtlich seines Belegungszustandes auf. Das hier beschriebene fusionierte Belegungsgitter und die entsprechenden Ausführungsformen sind somit für eine sichere Fahrzeugführung, insbesondere für eine hochautomatisierte Fahrzeugführung oder ein autonom fahrendes Fahrzeug, von großer Bedeutung und technischer Relevanz.
