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Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Anordnung zur Erkennung von Gesten in einer Fahrzeugumgebung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Mit Lichtlaufzeitkamera bzw. Lichtlaufzeitkamerasystem sollen nicht nur Systeme umfasst sein, die Entfernungen direkt aus der Lichtlaufzeit ermitteln, sondern insbesondere auch alle Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kamerasysteme, die eine Laufzeitinformation aus der Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u.a. in den Anmeldungen
EP 1 777 747 A1 ,
US 6 587 186 B2 und auch
DE 197 04 496 A1 beschrieben und beispielsweise von der Firma 'ifm electronic GmbH’ oder 'PMD-Technologies GmbH' als Frame-Grabber O3D bzw. als CamCube zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können.
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Aus der
EP 1 339 561 B1 ist eine Anordnung zur Überwachung des Umfelds eines Fahrzeugs bekannt, bei der über zwei Kameras die Umgebung des Fahrzeugs dreidimensional vermessen wird. Die gewonnenen Informationen werden einem Fahrerinformationssystem zur Verarbeitung zur Verfügung gestellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zur Verfügung zu stellen, dass im Außenraum eines Fahrzeugs eine Interaktion mit dem Fahrzeug erlaubt.
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Diese Aufgabe wird vorteilhaft mit den Systemen und Anordnungen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteilhaft ist ein Lichtlaufzeitkamerasystem für ein Fahrzeug vorgesehen, mit einer Beleuchtung zur Aussendung eines intensitätsmodulierten Lichts in einen seitlichen Außenbereichs des Fahrzeugs und einem Lichtlaufzeitsensor zum Empfang eines modulierten Lichts, wobei eine Auswerteeinheit zur Erkennung von Gesten, ausgehend von den Signalen des Lichtlaufzeitsensors, ausgebildet ist.
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Ein derartiges System erlaubt es, im Außenbereich eines Fahrzeuges Gesten zu erkennen und beispielsweise einem Steuerungssystem für die weitere Verwendung zur Verfügung zu stellen, so dass anhand von Gesten beispielsweise Bedienwünsche an das Fahrzeug übermittelt werden können.
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Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung eines entsprechenden Lichtlaufzeitkamerasystems vorgesehen, bei dem das Lichtlaufzeitkamerasystem mindestens an einem Seitenbereich des Fahrzeugs angeordnet ist und einen definierten Freiraumbereich in einem seitlichen Außenbereich des Fahrzeugs überwacht.
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Bevorzugt ist ein Öffnungswinkel des Lichtlaufzeitkamerasystems derart ausgestaltet, dass eine im Erfassungsbereich des Lichtlaufzeitkamerasystems stehende Person vollständig erfasst wird. Durch das vollständige Erfassen wird sichergestellt, dass jedwede Körpergeste mit Händen, Füßen oder Kopf durch das System erfasst und ausgewertet werden können. Auch lässt sich durch die vollständige Erfassung die Person als Ganzes beurteilen, so dass beispielsweise anhand der Körpergröße weitere Einstellungen der Fahrzeugparameter vorgenommen werden können.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug mit einem vorgenannten Lichtlaufzeitkamerasystem oder einer vorgenannten Anordnung vorgesehen, bei dem das Steuerungssystem mit elektrischen Komponenten des Fahrzeugs verbunden und derart ausgestaltet ist, dass in Abhängigkeit der erkannten Person und/oder Gesten elektrische Komponenten des Fahrzeugs angesteuert werden. Wobei bevorzugt eine Steuerung der elektrischen Komponenten nur dann erfolgt, wenn eine Berechtigung erkannt wurde.
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Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass beispielsweise nur Gesten von legitimierten Personen als gültige Geste erkannt werden. Die Legitimierung kann beispielsweise über so genannte keyless go Systeme erfolgen.
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Ebenso vorteilhaft ist ein Verfahren zum Betreiben eines der vorgenannten Systeme oder Anordnungen vorgesehen, bei dem das System einen Freiraumbereich in mindesten einem Seitenbereich eines Fahrzeugs überwacht und in Abhängigkeit von Gesten, die in diesem Freiraumbereich erkannt werden, Fahrzeugaktionen auslöst.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematisch ein Lichtlaufzeitkamerasystem
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2 eine Anordnung eine Lichtlaufzeitkamera an einem Fahrzeug,
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3 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß 2
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4 eine Anordnung mit eine Lichtlaufzeitkamera in einem vorderen Fahrzeugbereich.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der
DE 197 04 496 A1 bekannt ist.
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Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtung 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitsensor 22.
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Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Laufzeitpixel, vorzugsweise auch ein Pixel-Array auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 kann beispielsweise als Reflektor oder Linsenoptik ausgebildet sein.
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Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einem bestimmten Modulationssignal M0 mit einer Basisphasenlage φ0 beaufschlagt. Im dargestellten Beispiel ist ferner zwischen dem Modulator 30 und der Lichtquelle 12 ein Phasenschieber 35 vorgesehen, mit dem die Basisphase φ0 des Modulationssignals M0 der Lichtquelle 12 um definierte Phasenlagen φvar verschoben werden kann. Für typische Phasenmessungen werden vorzugsweise Phasenlagen von φvar = 0°, 90°, 180°, 270° verwendet.
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Entsprechend des eingestellten Modulationssignals sendet die Lichtquelle 12 ein intensitätsmoduliertes Signal Sp1 mit der ersten Phasenlage p1 bzw. p1 = φ0 + φvar aus. Dieses Signal Sp1 bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben Δφ(tL) mit einer zweiten Phasenlage p2 = φ0 + φvar + Δφ(tL) als Empfangssignal Sp2 auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal M0 mit dem empfangenen Signal Sp2 gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.
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Als Beleuchtungsquelle bzw. Lichtquelle 12 eignen sich vorzugsweise Infrarot-Leuchtdioden. Selbstverständlich sind auch andere Strahlungsquellen in anderen Frequenzbereichen denkbar, insbesondere kommen auch Lichtquellen im sichtbaren Frequenzbereich in Betracht.
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Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit einem 3D-Kamerasystem für die Erfassung eines vorzugsweise nahen Außen- und insbesondere Seitenbereich auszustatten, wobei das System derart ausgebildet ist, das insbesondere menschliche Gesten und Objekte in diesem Außenbereich erkannt werden.
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Ein derartiges System erlaubt beispielsweise in nicht abschließendere Aufzählung folgende
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Applikationen:
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- – Berührungslose Betätigung einer Türöffnung und Türschliessung einer autonom öffnenden und schließenden Tür unter Berücksichtiung erkannter menschlicher Gesten in Verbindung mit einer Kontrolle des Schwenkbereiches der Tür durch das 3D-Kamerasystems. Daneben kann über diese 3D-Kamera eine Erfassung von Körpermaßen der einstiegswilligen Person der minimal mögliche Türöffnungswinkel bestimmt werden.
- – Betätigung der Fahrzeuglüftung von außen durch eine Handgeste durch den Fahrzeugnutzer, z.B. Fahrer, oder durch das Sytem als Berechtigte erkannt.
- – Definition der gewünschten Parkposition durch eine Geste des Fahrzeugnutzers im Falle eines autonom einparkenden Fahrzeuges
- – Identifikation von Hindernissen, die beim autonom einparkenden Fahrzeug ein Hinderniss darstellen können
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Selbstverständlich kann diese Gestenerkennung mit einem so genannten „keyless entry system“ kombiniert werden, so dass eine Fuß- und/oder Beingeste zu einer Aktion führen, wenn eine Berechtigung erkannt wurde.
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2 zeigt eine Anordnung zweier Lichtlaufzeitkamerasysteme in einem Seitenbereich eines Fahrzeugs 100, die einen seitlichen Freiraumbereich 150 des Fahrzeugs 100 überwachen.
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3 zeigt eine Queransicht der Anordnung gemäß 2, in der ein Fußgänger 200 in den Freiraumbereich 150 eintritt. Der Öffnungswinkel des Lichtlaufzeitkamerasystems 1 ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass eine im Erfassungsbereich stehende Person vollständig erfasst werden kann. Die Erfassungsmöglichkeiten direkt am Fahrzeug sind typischerweise durch die Fahrzeuggeometrien vorgegeben.
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Wird eine Person 200 als eingabeberechtigt erkannt, kann die Person 200 im Erfassungsbereich im Freiraumbereich 150 des Systems 1 über Gesten mit dem Fahrzeug 100 interagieren. Beispielsweise könnte über eine Schwenkbewegung des rechten Arms ein Öffnen der Tür veranlasst werden. Weitere Beispiele in einer nicht abschließenden Aufzählung:
- – Abwärtsbewegung der Hand in der Nähe einer Fensterscheibe führt zur Absenkung der Fensterscheibe;
- – Abwärtsbewegung beider Hände öffnet alle Fensterscheiben,
- – Beim Öffnen der Tür könnte durch eine Hand der Öffnungsweg der Tür begrenzt werden,
- – Ein Anheben der Hand im hinteren, seitlichen Bereich könnte ein Öffnen und anheben der Heckklappe veranlassen,
- – Ein Öffnen der Heckklappe könnte auch durch eine Annährung eines Beines an die Wagenunterkante erfolgen.
- – über eine Geste der Hilfslosigkeit (z.B. am Boden liegend und mit Armen winkend) könnte die Alarmanlage ausgelöst werden
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Die Lichtlaufzeitkamera ist vorzugsweise am seitlichen Dachbereich eines Fahrzeugs angeordnet. Hierbei ist ein Öffnungswinkel aus Kameraperspektive von Breite 120° und Höhe 70° bevorzugt vorzusehen. Die Blickrichtung der Kamera hat vorzugsweise eine Neigung von 35° von der Waagrechten (y-/z-Ebene) nach unten, seitlich im Bereich von –60° bis +60° (x-/z-Ebene). Durch diese Ausrichtung kann das in der Nähe der seitlichen Türen angebrachte System einfach Hand- und Fußgesten erfassen.
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4 zeigt eine Alternative Anordnung von zwei Lichtlaufzeitkamerasystemen, die im vorderen Bereich des Fahrzeugs, beispielsweise in den Rückspiegeln oder im in den vorderen Richtungsanzeigern, angeordnet sind. Hierbei ist ein Öffnungswinkel (aus Kameraperspektive) von Breite 75° und Höhe 40° vorzusehen. Die Blickrichtung der Kamera ist dann +20° in der vertikalen Ebene (x-/z-Ebene) nach oben und +40° in der horizontalen Ebene (x-/y-Ebene). Vorteil der Ausführung: eine vollständige Erfassung der Freiräume im Schwenkbereich von Türen kann gewährleistet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1777747 A1 [0002]
- US 6587186 B2 [0002]
- DE 19704496 A1 [0002, 0020]
- EP 1339561 B1 [0003]
