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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur automatisierten Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 6 näher definierten Art.
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Die
DE 10 2010 043 829 A1 beschreibt ein optisches Abtastsystem und -verfahren, um das insbesondere rückwärtige Umfeld eines Fahrzeuges zu erfassen. Dazu wird zusätzlich zur Beleuchtung des Fahrzeuges Strahlung im unsichtbaren IR-Bereich ausgestrahlt und parallel zu dem sichtbaren Licht über zwei geeignete Bildsensoren erfasst. Über das System lassen sich viele Paramater erfassen, z. B. ob sich das Fahrzeug bewegt, und wenn ja wie schnell. Unter anderen lassen sich auch Hindernisse hinter dem Fahrzeug erfassen, um zusammen mit der erfassten Bewegung eine Kollisionswarnung zu erzeugen. Die Vorrichtung und das Verfahren sind dabei sehr aufwändig, sowohl hinsichtlich der benötigen Bauteile und Zusatzfunktionen, als auch der Auswertung.
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Aus der
DE 10 2014 000 495 A1 ist es bekannt, Informationen von einem Fahrzeug aus auf die Fahrbahnfläche im Umfeld des Fahrzeuges zu projizieren, so dass diese Informationen für Personen in dem Fahrzeug und Personen im Umfeld des Fahrzeuges erkennbar sind. Eine vergleichbare Idee beschreibt auch die
DE 10 2006 050 546 A1 .
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Aus „Trotzauer, Alexander: Kalibrierung und Wahrnehmung von blendfreiem LED-Fernlicht, München: Utz 20134 (Darmstädter Lichttechnik), ISBN: 978-3-8316-4295-3, Seiten 51 bis 61” ist es ferner bekannt, dass zur langfristig zuverlässigen blendfreien Ausleuchtung eine häufige Kalibrierung der Scheinwerfer nötig ist. Um dies in Betrieb dynamisch zu ermöglichen wird vorgeschlagen Kalibrierungsmarken außerhalb des Sichtbereich des Fahrers auf die Straße zu projizieren.
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Grundlegend sind aus dem Stand der Technik sogenannte Pixelscheinwerfer bekannt. Hierzu kann beispielhaft auf die
DE 10 2009 020 619 A1 verwiesen werden, welche einen solchen Pixelscheinwerfer als Beleuchtungseinrichtung aus mehreren Leuchtdioden zeigt. Ferner ist ein solcher Pixelscheinwerfer Bestandteil der Lehre der
DE 10 2012 024 511 A1 . Dort wird der Pixelscheinwerfer zur Erhöhung der Auflösung über vorgegebene Schrittweiten verschwenkt.
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Letztlich beschreibt außerdem die
DE 10 2013 016 904 A1 eine Leuchteinheit für ein Fahrzeug und ein Verfahren zu ihrem Betrieb. Auch hier ist die Leuchteinheit als Pixelscheinwerfer ausgebildet. Um auch bei einer hohen Anzahl von Pixeln eine Ansteuerung über den CAN-Bus eines Fahrzeugs realisieren zu können, wird eine vorgegebene Grundlichtverteilung der Leuchteinheit mit einer Blendenfunktion kombiniert, um so eine an die Straßensituation angepasste Hell/Dunkel-Verteilung bei der Ausleuchtung des Umfelds des Fahrzeugs zu realisieren. Vorzugsweise geht es hierbei um das vor dem Fahrzeug liegende Umfeld, in welches das Fahrzeug sich bei einer Vorwärtsfahrt bewegt, und welches nachfolgend als der Fahrtzielbereich bezeichnet wird.
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Im Rahmen der Offenlegung der
DE 10 2013 016 904 A1 wird ferner ausgeführt, dass einige Muster, welche mit Pixelscheinwerfern grundsätzlich denkbar sind, also beispielsweise Streifen- oder Schachbrettmuster, als Lichtverteilung im Fahrbetrieb niemals eine Anwendung finden, sondern allenfalls zu Testzwecken einsetzbar sind. Dies schränkt die Anzahl der verfügbaren Blendenfunktionen entsprechend ein und ermöglicht damit eine Ansteuerung im Sinne der in der genannten Offenlegungsschrift beschriebenen Idee.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren und insbesondere eine Vorrichtung zur automatischen Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs, mit wenigstens einer Kamera und wenigstens einem hochauflösenden Pixelscheinwerfer weiter zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 6 die Aufgabe. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus den von dem Vorrichtungsanspruch abhängigen Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren haben die Erfinder erkannt, dass es, anders als im zuletzt genannten oben angesprochenen Stand der Technik ausgeführt ist, durchaus sinnvoll ist, wenn durch das strukturierte Licht des Pixelscheinwerfers das Muster auch im Fahrbetrieb des Fahrzeugs zumindest zeitweise in den Umfeldbereich projiziert wird. Ein solches Muster, welches insbesondere vordefiniert und bekannt ist, kann nämlich dabei helfen, schlecht zu erkennende Strukturen im Umfeldbereich des Fahrzeugs deutlicher hervorzuheben und/oder ihre Entfernung sehr viel besser abschätzen zu können. Das Muster kann hierfür gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee ein vorgegebenes Linien- bzw. Streifenmuster; Punktmuster; Gitternetz; Schachbrettmuster und/oder pseudo-zufälliges Muster umfassen. Dieses vorgegebene Muster erlaubt dann durch eine Auswertung der in dem Muster auftretenden Verzerrungen, durch wenigstens eine Kamera der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum automatisierten Erfassen des Umfeldbereichs des Fahrzeugs, eine sehr einfache und zuverlässige Erkennung von umfeldspezifischen Eigenschaften, insbesondere im Rahmen der Auswertung in einer Bildverarbeitungseinheit. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatisierten Erfassung eines Fahrtzielbereichs, als Umfeldbereich, eines Fahrzeugs, mit wenigstens einer Kamera und wenigstens einem hochauflösenden Pixelscheinwerfer, ist es demnach auch vorgesehen, dass der Pixelscheinwerfer während des Fahrtbetriebs zumindest zeitweise ein Muster in den Umfeldbereich projiziert, wobei die Kamera immer zumindest dann, wenn das Muster in den Umfeldbereich projiziert wird, das Umfeld optisch erfasst. Das aufgezeichnete Kamerabild zeigt also immer das Umfeld mit dem entsprechenden Muster. Dies ist insbesondere im Nachtbetrieb des Fahrzeugs, also bei Dunkelheit in der Umgebung, für die Kamera gut sichtbar und kann vorzugsweise nur in solchen Situationen, also bei eingeschalteten Scheinwerfern, erzeugt werden. Genau in diesen Situationen, nämlich wenn im Umfeld des Fahrzeugs Dunkelheit herrscht, ist es für bisherige Kamerasysteme außerordentlich schwierig, anhand von Kontrast und Farbunterschieden Objekte einerseits und insbesondere deren Position im Raum innerhalb des Umfelds des Fahrzeugs zu erkennen. Durch die Ausstrahlung von strukturiertem Licht und dadurch die Projektion eines Musters über den oder die hochauflösenden Pixelscheinwerfer kann diese Erkennung nun deutlich verbessert werden. So kann insbesondere eine verbesserte Objekterkennung und insbesondere eine bessere Erkennung der Positionen der Objekte innerhalb des Umfeldbereichs ermöglicht werden.
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Um nun dem Fahrer des Fahrzeugs und auch anderen Verkehrsteilnehmern Irritation durch die über den hochauflösenden Pixelscheinwerfer erzeugten Muster zu ersparen, ist es dabei vorgesehen sein, dass die Muster ergänzend zu einer Grundbeleuchtung oder kurzzeitig anstelle der Grundbeleuchtung projiziert werden, wobei die Zeitspanne der kurzzeitigen Projektion so kurz gewählt wird, dass sie vom menschlichen Auge nicht wahr genommen wird.
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Eine solche sehr kurzzeitige Projektion des Musters vermeidet eine Irritation des Fahrers des Fahrzeuges. Gleichzeitig kann die mit dem hochauflösenden Pixelscheinwerfer synchronisierte Kamera immer genau und nur dann das Umfeld optisch erfassen, wenn gerade kurzzeitig das Muster projiziert wird. Anschließend kann die bereits erwähnte durch das Muster deutlich verbesserte und vereinfachte Auswertung der optisch erfassten Daten hinsichtlich umfeldspezifischer Eigenschaften, wie beispielsweise dem Erkennen von Fahrbahnunebenheiten, dem Erkennen von Fahrbahnbegrenzungen durch Leitplanken, Pfosten oder Wände sowie die Abstandsmessung zu derartigen Fahrbahnbegrenzungen, oder allgemein das Erkennen von Objekten auf der Fahrbahn einschließlich ihrer Position, erfolgen. Das Erkennen von Fahrbahnbegrenzungen, Leitplanken, Pfosten, aber auch Verkehrsschildern oder dergleichen, kann einerseits für autonome Fahr-Anwendungen eingesetzt werden und kann andererseits zur verbesserten Information des Fahrers genutzt werden, beispielsweise im Rahmen einer Verkehrsschilderkennung, einer Fahrspurerkennung oder dergleichen. Auch das Erkennen von anderen Objekten auf der Fahrbahn, von beispielsweise anderen Fahrzeugen, Personen, Gegenständen oder dergleichen, kann für Pre-Safe-Funktionalitäten eingesetzt werden. Die Erkennung von Fahrbahnunebenheiten spielt insbesondere für die Ansteuerung eines aktiven Fahrwerks eine Rolle. All diese Funktionalitäten sind bei den bisherigen Systemen auf eine vergleichsweise hohe Qualität der Kontrast- und/oder Farbunterschiede in der optischen Erfassung der Kamera angewiesen. Da diese in der Dunkelheit nicht mehr oder nur noch teilweise vorhanden sind, stellte dies bisher immer einen gravierenden Nachteil dar. Durch die Möglichkeit nun zumindest zeitweise ein Muster über den hochauflösenden Pixelscheinwerfer in das Umfeld des Fahrzeugs zu projizieren, wird dieser Nachteil komplett aufgehoben, und es lässt sich eine einfache, schnelle und sehr gute Auswertung von umfeldspezifischen Eigenschaften erreichen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich außerdem aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 ein Fahrzeug mit einer möglichen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht;
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2 das in 1 dargestellte Szenario in einer Draufsicht;
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3 eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines gedimmten Pixels eines hochauflösenden Pixelscheinwerfers;
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4 eine Darstellung analog zur 3, wenn der Pixel bei der Erzeugung des Musters in einem dunkeln Bereich des Musters liegt;
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5 eine Darstellung analog zur 3, wenn der Pixel bei der Erzeugung des Musters in einem hellen Bereich des Musters liegt;
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6 eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines ungedimmten Pixels eines hochauflösenden Pixelscheinwerfers eine Darstellung analog zur 3;
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7 eine Darstellung analog zur 6, wenn der Pixel bei der Erzeugung des Musters in einem dunklen Bereich des Musters liegt; und
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8 eine Darstellung analog zur 6, wenn der Pixel bei der Erzeugung des Musters in einem hellen Bereich des Musters liegt.
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In der Darstellung der 1 ist ein Fahrzeug 1 in einer schematischen Seitenansicht zu erkennen. Das Fahrzeug 1 bewegt sich auf einer angedeuteten Fahrbahn 2 in der Fahrtrichtung F, in diesem Beispiel von rechts nach links, fort. Das Fahrzeug 1 verfügt über eine angedeutete Kamera 3 sowie zwei Scheinwerfer 4 im Frontbereich, von welchen wenigstens einer als hochauflösender Pixelscheinwerfer 5 ausgebildet ist oder von welchem zumindest einer einen solch hochauflösenden Pixelscheinwerfer als Teil des Beleuchtungssystems aufweist. Insbesondere beim Fahren in dunkler Umgebung kann nun über diesen hochauflösenden Pixelscheinwerfer 5 ergänzend zu einer Grundbeleuchtung durch die Scheinwerfer 4 oder auch kurzzeitig anstelle einer solchen Grundbeleuchtung ein Muster in einen Umfeldbereich projiziert werden. Dieser Umfeldbereich ist in der Darstellung der 1 mit dem Bezugszeichen 6 versehen und stellt einen sogenannten Fahrtzielbereich dar, in welchen sich das Fahrzeug 1 in Fahrtrichtung F derzeit bewegt. Er beginnt unmittelbar vor dem Fahrzeug 1 bzw. an dem Punkt, an dem die Scheinwerfer beginnen, den Fahrtzielbereich 6 auszuleuchten. Er endet in einer unbestimmten Entfernung, welche einerseits mit der Reichweite der Scheinwerfer 4 und andererseits mit dem Verlauf der Fahrbahn 2 zu tun hat, weshalb das Ende des Fahrtzielbereichs 6 hier nicht eingezeichnet ist. Beispielhaft ist in dem in 1 dargestellten Szenario ein von den Scheinwerfern 4 beleuchteter Gegenstand 7 innerhalb des Fahrtzielbereichs 6 angedeutet. Dieser wird nun auch von der Kamera 3 umfasst. Bei normalen Tageslichtverhältnissen ließe sich aus den Kontrasten, aus der Höhe, aus der Position, aus dem Schatten des Gegenstands 7, dessen Größe und Position sowie die Entfernung vom Fahrzeug 1 zumindest grob bestimmen, um derartige Werte einem Fahrzeugsteuersystem, insbesondere zur Verbesserung der Sicherheit, zur Umfelderkennung oder auch zum Einsatz im Rahmen des autonomen Fahrens zuzuführen. In der Dunkelheit ist dies entsprechend schwierig, da Farbunterschiede in der Dunkelheit nicht mehr sinnvoll wahrnehmbar sind und da die für die Umfelderfassung sehr wichtigen Kontraste bei weitem nicht mehr so stark auftreten, wie bei Tageslicht. All dies macht es für die Kamera 3 bzw. eine mit ihr verbundene Bildverarbeitungseinrichtung des Fahrzeugs 1 außerordentlich schwierig, Größe, Position und weitere umfeldspezifische Daten, beispielsweise des Gegenstands 7 oder auch der Fahrbahn 2, wie Fahrbahnunebenheiten, eine seitliche Fahrbahnbegrenzung oder dergleichen, sinnvoll und in der Genauigkeit, welche für Assistenz- und Sicherheitssysteme in dem Fahrzeug 1 wünschenswert wäre, zu erkennen.
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Um diesen Nachteil auszugleichen, wird über den hochauflösenden Pixelscheinwerfer 5 nun ein insbesondere in der Draufsicht auf dieses Szenario in 2 prinzipmäßig angedeutetes mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnetes Muster projiziert. Dieses Muster 8 kann beispielsweise ein Linien- oder Streifenmuster oder auch das hier beispielhaft angedeutete Gitter sein. Durch ein solches Gitter lassen sich insbesondere Unebenheiten der Fahrbahn 2 und sich auf am Rande oder neben der Fahrbahn 2 befindliche Objekte sehr viel leichter hinsichtlich ihrer Lage, ihrer Form, ihrer Größe und ihrer Position im Bezug zu Kamera 3 und damit letztlich im Bezug zum Fahrzeug 1 abschätzen. Über herkömmliche Bildverarbeitungseinrichtungen, wie sie auch zur Umfelderkennung bei Tageslicht eingesetzt werden, kann durch die zusätzliche Information über das von dem hochauflösenden Pixelscheinwerfer 5 ausgesendete Muster 8 nun eine außerordentlich genaue und zuverlässige Erfassung beispielsweise des Gegenstandes 7 im Fahrtzielbereich 6 erfolgen. Neben dem hier dargestellten Gittermuster sind wie bereits angesprochen auch Linienmuster bzw. Streifenmuster, Schachbrettmuster, Punktmuster oder auch pseudo-zufällige Muster denkbar. Ein solches pseudo-zufälliges Muster wirkt wie ein zufälliges Muster und wird im Prinzip zufällig erzeugt, ist jedoch sowohl dem Steuergerät des Pixelscheinwerfers 5, welcher letztlich für die Aussendung und Projektion des Musters 8 sorgt, sowie der Kamera 3, welche das Muster 8 zur Erkennung der umfeldspezifischen Eigenschaften nutzt, entsprechend bekannt.
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Da die Projektion des Musters 8 im Fahrbetrieb typischerweise in der Dunkelheit erfolgt, wäre ein derartiges Muster 8 für den Fahrer des Fahrzeugs 1 oder andere Verkehrsteilnehmer typischerweise störend. Das Muster 8 wird daher vorzugsweise lediglich zu Testzwecken dauerhaft und damit für einen Tester sichtbar projiziert. Im normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 wird das Muster nur zeitweise projiziert, und zwar insbesondere kurzzeitig ergänzend zu oder kurzzeitig anstelle der Grundbeleuchtung durch die Scheinwerfer 4. Die Zeiten, während welcher das Muster 8 projiziert wird, sind dabei typischerweise so kurz gewählt, dass aufgrund der Trägheit des menschlichen Auges das kurzzeitig eingeblendete Muster 8 für menschliche Betrachter des Szenarios unerkannt bleibt. Die Kamera 3 verfügt jedoch typischerweise über eine sehr viel höhere zeitliche Auflösung ihrer optischen Erfassung als das menschliche Auge und kann das Muster 8 erkennen. Um den Aufwand zu verringern, das Muster aus den entstandenen Bildern herauszufiltern, ist es nun insbesondere möglich, die optische Erfassung durch die Kamera 3 und die Projektion des Musters 8 über den hochauflösenden Pixelscheinwerfer 5 in der Art exakt miteinander zu synchronisieren, dass die Kamera 3 immer genau dann das Umfeld optisch erfasst, wenn das Muster projiziert wird.
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Typischerweise wird die Helligkeit der einzelnen Pixel des Pixelscheinwerfers 5 über eine sogenannte pulsweitenmodulierte Ansteuerung vorgenommen. Bei einem nicht mit voller Helligkeit betriebenen Pixel ergibt sich dann ein Wechsel aus Hellphasen und Dunkelphasen, welcher beispielhaft in der Darstellung der 3 zu erkennen ist. Die Ansteuerung startet auf der unteren mit 0 bezeichneten Linie, welche die Dunkelphase symbolisiert. Sie springt dann nach oben auf die mit 1 bezeichnete Linie, welche die Hellphase symbolisiert, bleibt dort für eine gewisse Zeitspanne Δt1 und springt dann wieder zurück auf die Stellung 0, also in die dunkle Phase. Diese dunkle Phase bleibt für eine andere Zeitspanne Δt2 bestehen, und so fort. Nun ist es so, dass beispielsweise zu einem mit t0 bezeichneten Zeitpunkt die Umfelderfassung durch die Kamera startet und bis zu einem mit te bezeichneten Zeitpunkt andauert. Innerhalb dieser Zeitspanne muss nun auch das Muster 8 entsprechend projiziert werden. In der Darstellung der 4 ist nun am Beispiel eines im dunklen Bereich des Musters 8 liegenden Pixels dies nochmals gezeigt. Die Ansteuerung ist gegenüber der Darstellung in 3 unverändert.
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In der Darstellung der 5 ist die Ansteuerung eines im hellen Bereich des Musters liegenden Pixels gezeigt. Der Pixel wird zwischen den Zeitpunkten t0 und te kurzzeitig eingeschaltet, wechselt also von seinem dunklen Zustand 0 auf den hellen Zustand 1. Um insgesamt die im zeitlichen Mittel für den Nutzer wahrgenommene Helligkeit nicht oder nur minimal zu beeinflussen, kann es dabei vorgesehen sein, dass die Zeitspanne, in welcher der Pixel gemäß 5 in den hellen Zustand geschaltet wird, im Bereich der Zeitspanne Δt1 entsprechend verkürzt wird. Dies ist in der Darstellung dadurch symbolisiert, dass der Endbereich der hellen Phase während der Zeitspanne Δt1 gestrichelt dargestellt ist. Dieser Bereich wird entsprechend verschoben, wie es durch den Pfeil mit dem das Bezugszeichen 9 angedeutet ist. Die Gesamthelligkeit bleibt also im wahrnehmbaren zeitlichen Mittel gleich, dennoch steht in der Zeitspanne zwischen den Zeiten t0 und te das Muster zur Verfügung und kann durch die Kamera 3 aufgenommen werden, was hier durch den mit 10 bezeichneten Kasten 1 angedeutet ist.
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In dieser Konstellation wird der Fahrer oder andere Verkehrsteilnehmer von der Projektion des Musters 8 typischerweise nichts bemerken. Andererseits gibt es nun im Bereich des hochauflösenden Pixelscheinwerfers 5 auch einzelne Pixel maximaler Helligkeit oder zeitliche Phasen in denen alle Pixel auf Hell geschaltet sind. Dies ist analog zur Darstellung in 3 in der 6 angedeutet. In diesem Fall bleibt der wiederum in 8 angedeutete Zustand der Schaltung bei einem im hellen Bereich des Musters 8 liegenden Pixel durchgehend hell und unverändert. Umgekehrt zur oben beschriebenen Ausführung bei einem gedimmten Pixel muss jetzt der im dunklen Bereich des Musters 8 liegende Pixel zwischen den Zeiten t0 und te abgedunkelt werden. Dies ist beispielhaft in der Darstellung der 7 angedeutet. Ergibt sich hier keine anschließende Dimmung des Pixels, dann muss in dieser Situation ein kurzzeitiges Verringern der Gesamtlichtstärke in Kauf genommen werden, was bei einer entsprechend kurzen Wahl der Zeitspanne zwischen t0 und te jedoch für den Fahrer aufgrund der Trägheit des menschlichen Auges typischerweise ebenfalls nicht sichtbar wird.
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Ohne eine Beeinflussung des Fahrers lässt sich somit, insbesondere bei Dunkelheit in der Umgebung des Fahrzeugs 1, die Erkennung von umfeldspezifischen Eigenschaften durch eine Bildverarbeitungseinheit, welche die optisch erfassten Daten der Kamera 3 entsprechend auswertet, deutlich verbessern. Die Grundbeleuchtung zur Ansteuerung des Fahrtzielbereichs bleibt vom Einsatz des strukturierten Lichts zur Erzeugung des Musters 8 weitgehend unbeeinflusst. Sie kann beispielsweise – wie im Stand der Technik beschrieben – mit einer der Straßen- und/oder Verkehrssituation angepassten Lichtverteilung erfolgen.
