DE102016116337A1

DE102016116337A1 - Fahrzeugpositionierungssystem

Info

Publication number: DE102016116337A1
Application number: DE102016116337.6A
Authority: DE
Inventors: Perry Robinson MacNeille; Oleg Yurievitch Gusikhin; Dehua Cui; John William SCHMOTZER; Dave A. Herman
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-04-27
Also published as: CN106515731A; US9952304B2; US20170075357A1; CN106515731B; GB201615295D0; MX2016011653A; GB2543404A; RU2016135042A

Abstract

Ein Verfahren, das Folgendes umfasst: Empfangen eines Synchronisierungssignals und Erfassen eines Rollverschluss-Bildes eines modulierten Lichts auf einem Sensor, Bestimmen einer Primärfrequenz aus dem Rollverschluss-Bild und Vergleichen der Primärfrequenz mit einem erwarteten Primärfrequenzbild, um eine Richtungsbewegung in Bezug auf ein Fahrzeug zu bestimmen.

Description

HINTERGRUND
Ein Fahrzeug wie etwa ein Kraftfahrzeug kann für einen autonomen Fahrbetrieb ausgelegt sein. Beispielsweise kann das Fahrzeug eine zentrale Steuereinheit oder dergleichen umfassen, d. h. eine Rechenvorrichtung mit einem Prozessor und einem Speicher, die Daten aus verschiedenen Fahrzeugdatenerfassungsvorrichtungen wie etwa Sensoren und in der Regel auch aus externen Datenquellen wie etwa Navigationsinformationen empfängt. Die zentrale Steuereinheit kann dann Befehle an verschiedene Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise Aktoren und dergleichen, die eine Lenkung, Bremsen, Beschleunigung usw. steuern, liefern, um den Fahrzeugbetrieb ohne Handlungen oder mit verringerten Handlungen durch eine menschliche Bedienperson zu steuern.
Egal, ob das Fahrzeug in einer autonomen Betriebsart, einer halbautonomen Betriebsart oder einer manuellen Betriebsart betrieben wird, kann es vielleicht Navigationshilfe benötigen, um einen Weg durch einen Bereich wie beispielsweise eine Parkeinrichtung oder dergleichen zu durchqueren. Leider fehlt es aufgrund der aktuellen Grenzen der derzeit verfügbaren Leitsysteme gegenwärtig an Mechanismen zum Navigieren eines autonomen Fahrzeugs oder eines halbautonomen Fahrzeugs in einer selbstgesteuerten Weise.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugpositionierungssystems.
2 zeigt beispielhafte Bilder von einem Bildsensor einer Rollverschluss-Kamera zusammen mit Bildern von verschiedenen Positionen entlang einer seitlichen Emissionsachse des Lichts.
3 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften autonomen Fahrzeugs, das seinen Bewegungsweg in einer Parkstruktur korrigiert.
4 ist eine Darstellung eines beispielhaften Prozesses zum Empfang einer Lichtquellen-Positionsbestimmung unter Verwendung von digitalen Signalverarbeitungstechniken (DSP-Techniken) mit einer Maske des erwarteten Inhalts zum Bestimmen einer Primärfrequenz.
5 ist eine Darstellung eines beispielhaften Prozesses zum Empfang einer Lichtquellen-Positionsbestimmung unter Verwendung von digitalen Signalverarbeitungstechniken (DSP-Techniken), ohne die Primärfrequenz im Voraus kennen zu müssen.
GENAUE BESCHREIBUNG
SYSTEMÜBERSICHT
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen gleiche Teile angeben, zeigt 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugleitsystems 5, das Wegdetektions- und Korrekturmechanismen umfasst. Ein Fahrzeug 10 umfasst eine Rechenvorrichtung 12, die dazu ausgelegt ist, Daten wie beispielsweise Bilder von einer Rollverschluss-Kamera 14 und ein Synchronisierungssignal zu empfangen. Der Computer 12 kann auch kommunikationstechnisch mit einer Gateway-Schnittstelle 16 und einem Lenkcontroller 20 gekoppelt sein. Ein Lichtcontroller 25 ist kommunikationstechnisch mit einer Lichtquelle 15 und einem Pulsgeber 26 gekoppelt.
Der Computer 12 umfasst im Allgemeinen Programmcode, der in dem Speicher 19 gespeichert ist, um das Fahrzeug 10 autonom und/oder halbautonom, d. h. ganz oder teilweise ohne Bedieneingaben zu betreiben. Der Computer 12 kann dazu programmiert sein, gesammelte Bilder von der Kamera 14 zu analysieren. Solche Bilder können eine Position des Fahrzeugs 10 angeben, das eine seitliche Emissionsachse 28 der Lichtquelle 15, auch bekannt als korrekten Bewegungsweg, durchquert, wie es in 3 gezeigt ist. Die Lichtquelle 15 kann ein beleuchtetes Zeichen oder dergleichen vor dem Fahrzeug 10 sein, wenn das Fahrzeug 10 eine ausgedehnte Fläche durchquert.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst der Computer 12 beispielsweise in dem Speicher 19 im Allgemeinen Befehle zum Vermitteln von Daten beispielsweise zwischen dem Computer 12 und der Gateway-Schnittstelle 16, dem Lenkcontroller 20 und einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 17.
Der Lichtcontroller 25, typischerweise eine Computervorrichtung mit einem Prozessor und einem Speicher, kann eine Programmierung zum Modulieren und Schalten des Lichts 29, das von der Lichtquelle 15 emittiert wird, umfassen. Die Lichtquelle 15 kann in viele Arten von Leuchtbeschilderung eingegliedert sein, z. B. Informationsbeschilderung, Leitbeschilderung, Identifikationsbeschilderung und Sicherheits- und Regulationsbeschilderung. Die Leuchtbeschilderung kann dann an oder in der Nähe von Fahrzeugwegen angeordnet sein, um ein Fahrzeug 10 zu führen, während das Fahrzeug 10 einen Bereich, beispielsweise einen Parkplatz, durchquert. Die Lichtquelle der Leuchtbeschilderung kann jede Art von Leuchtvorrichtung sein, beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) oder Fluoreszenzlicht, um nur einige zu nennen.
Die Lichtquelle 15 kann mit einem sich wiederholenden Muster moduliert werden, um ein moduliertes Licht 27 zu erzeugen. Beispielsweise kann die Lichtquelle 15 mit einem einzigartigen sich wiederholenden Muster pulsbreitenmoduliert (PWM) sein, um das modulierte Licht 27 eindeutig zu identifizieren, das aus der Lichtquelle 15 emittiert wird. Der Lichtcontroller 25 kann die Lichtquelle 15 anweisen, sich in einem sich wiederholenden Muster von moduliertem Licht 27 über eine Zeitspanne 60 einzuschalten und dann abzuschalten (was auch als Arbeitszyklus bekannt ist). Darüber hinaus kann der Lichtcontroller 25 den Pulsgeber 26 anweisen, ein Synchronisierungssignal 55 zu einem Anfang einer Zeitspanne 60 zu senden. Das Fahrzeug 10 empfängt das Synchronisierungssignal 55 und das modulierte Licht 27 und dementsprechend kann das Fahrzeug 10 einen Bewegungsweg relativ aus der Frequenz der Modulation auf der Lichtquelle 15 bestimmen. Das Fahrzeug 10 kann dann seinen Kurs in der autonomen Betriebsart korrigieren oder den Fahrer in der halbautonomen Betriebsart anweisen, die geeigneten Anpassungen an seinem Kurs zu machen.
BEISPIELHAFTE SYSTEMELEMENTE
Ein Fahrzeug 10 umfasst einen Fahrzeugcomputer 12, der im Allgemeinen einen Prozessor und einen Speicher 19 umfasst, wobei der Speicher 19 eine oder mehrere Formen von computerlesbaren Medien aufweist und Befehle speichert, die von dem Prozessor zum Durchführen von verschiedenen Operationen ausführbar sind, einschließlich der hier offenbarten. Ferner kann der Computer 12 mehr als eine Rechenvorrichtung umfassen, beispielsweise Controller oder dergleichen, die in dem Fahrzeug 10 enthalten sind, um verschiedene Fahrzeugkomponenten zu überwachen und/oder zu steuern, wie beispielsweise eine Kraftmaschinensteuereinheit (ECU), eine Getriebesteuereinheit (TCU) usw. Der Computer 12 ist im Allgemeinen für die Kommunikation auf einem Controllerbereichsnetz-Bus (CAN-Bus) oder dergleichen ausgelegt. Der Computer 12 kann auch eine Verbindung zu einem Onboard-Diagnoseverbinder (OBD-II) aufweisen. Über den CAN-Bus, OBD-II und / oder andere drahtgebundene oder drahtlose Mechanismen kann der Computer 12 Nachrichten an verschiedene Vorrichtungen in einem Fahrzeug übertragen und/oder Nachrichten von den verschiedenen Vorrichtungen wie beispielsweise Controllern, Aktoren, Sensoren, usw. einschließlich der Gateway-Schnittstelle 16, des Lenkcontrollers 20 und der HMI 17 empfangen. Alternativ oder zusätzlich kann in Fällen, in denen der Computer 12 tatsächlich mehrere Vorrichtungen umfasst, der CAN-Bus oder dergleichen für die Kommunikation zwischen den Vorrichtungen verwendet werden, die in dieser Offenbarung als der Computer 12 dargestellt sind. Zusätzlich kann der Computer 12 zum Kommunizieren mit der Gateway-Schnittstelle 16 ausgebildet sein, die, wie unten beschrieben verschiedene drahtgebundene und/oder drahtlose Netzwerktechnologien wie beispielsweise zellulare, Bluetooth-, drahtgebundene und/oder drahtlose Paketnetze usw. umfassen kann.
Im Allgemeinen sind in den Befehlen, die in dem Speicher 19 von dem Computer 12 gespeichert und ausgeführt werden, Befehle enthalten, um zu veranlassen, dass das Fahrzeug 10 eine oder mehrere Operationen autonom, d. h. ohne menschliches Eingreifen oder menschliche Steuerung, durchführt. Unter Verwendung von Daten, die in dem Computer 12 empfangen werden, wie beispielsweise von der Daten-Kamera 14, der Gateway-Schnittstelle 16 usw., kann der Computer 12 verschiedene Fahrzeugkomponenten 10 und/oder Operationen steuern, ohne dass ein Fahrer das Fahrzeug 10 betreibt. Zum Beispiel kann der Computer 12 die Geschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung, Lenkung, den Betrieb von Komponenten wie Lampen usw. des Fahrzeugs 10 regeln.
Ferner kann der Speicher 19 Befehle zum Decodieren der Modulation aus dem modulierten Licht 27 umfassen und gemäß einer Auswertung des modulierten Lichts 27 eine Richtungsbewegung des Fahrzeugs 10 bestimmen und/oder einen Fahrer über ein notwendiges Manöver informieren. Wenn das Fahrzeug 10 beispielsweise in einer autonomen Betriebsart ist, könnte eine Analyse des von der Kamera 14 empfangenen Bildes durch den Computer 12 beispielsweise eine Kurskorrektur wie etwa eine Linkskurve als notwendig angeben. Der Computer 12 kann dann einen Befehl an den Lenkcontroller 20 senden, um eine Linkskurve des Fahrzeugs 10 auszuführen. In einer manuellen oder halbautonomen Betriebsart kann der Computer 12 den Fahrer über die HMI 17 informieren, dass eine Linkskurve erforderlich ist.
Der Lichtcontroller 25 umfasst im Allgemeinen einen zweiten Prozessor und einen zweiten Speicher, wobei der zweite Speicher eine oder mehrere Formen von computerlesbaren Medien umfasst und Befehle speichert, die von dem zweiten Prozessor zum Durchführen von verschiedenen Operationen ausführbar sind, einschließlich der hier offenbarten. Ferner kann der Lichtcontroller 25 mehr als eine Rechenvorrichtung umfassen, beispielsweise Controller oder dergleichen zum Steuern der Lichtquelle 15 und des Pulsgebers 26.
Der Pulsgeber 26 sendet ein Synchronisierungssignal 55 unter Verwendung eines Hochfrequenzsignals. Alternativ kann das Synchronisierungssignal 55 eine Sekundärlichtquelle sein, oder das Synchronisierungssignal 55 kann in das von der Lichtquelle 15 emittierte Licht aufgenommen sein. Der Pulsgeber 26 weist Fähigkeiten für die drahtlose Kommunikation unter Verwendung einer IEEE-802.11-Typ-Übertragung wie etwa eines Wi-Fi-Signals, eines Bluetooth-Signals, eines Nahfeldkommunikations-Signals (NFC-Signals) und/oder eines zellulären Kommunikationssignals auf. Ferner kann der Pulsgeber 26 derartige Kommunikationsfähigkeiten nutzen, um über das Synchronisierungssignal 55 direkt mit dem Fahrzeugcomputer 12 über das Gateway 16, beispielsweise unter Verwendung von Bluetooth oder NFC, zu kommunizieren.
Der Lichtcontroller 25 moduliert das Licht, das von der Lichtquelle 15 emittiert wird. Zum Beispiel kann der Lichtcontroller 25 das emittierte Licht mit einem Signal pulsbreitenmodulieren (PWM), beispielsweise mit einem Rampenwellenformsignal mit zunehmender oder abnehmender Frequenz, um eine PWM-Frequenzrampe 29 zu erzeugen, wie sie in 2 gezeigt ist. Zusätzlich kann der Lichtcontroller 25 eine Pulsbreite beibehalten, die eine Intensität des modulierten Lichts 27 für die Kamera 14 des Fahrzeugs 10 während einer Zeitspanne 60 sichtbar hält. Pulsbreitenmodulation oder PWM ist eine Technik zur digitalen Steuerung von Licht durch Erzeugen einer Rechteckwelle, in der der Teil der Zeit, in der das Signal oder das Licht eingeschaltet ist, im Vergleich zu der Zeit, in der das Signal oder das Licht ausgeschaltet ist, auch als Tastgrad bekannt ist. Der Lichtcontroller 25 koordiniert die Übertragung des Synchronisierungssignals 55 zu Beginn eines jeden Frequenzrampenzyklus, der die gleiche Dauer wie die Zeitspanne 60 hat.
Die Kamera 14 des Fahrzeugs 10 verwendet einen Rollverschluss, um das modulierte Licht 27 auf dem komplementären Metall-Oxid-Halbleiter-Sensor (CMOS-Sensor) der Kamera 14 zu erfassen. Der Rollverschluss ist eine gut bekannte Technik der Bilderfassung, bei der ein Standbild nicht durch Aufnehmen einer Momentaufnahme einer gesamten Szene an einem einzelnen Zeitpunkt erfasst wird, sondern durch schnelles Abtasten über die Szene hinweg, entweder vertikal oder horizontal. Mit anderen Worten werden nicht alle Teile eines Bildes genau zum gleichen Zeitpunkt aufgezeichnet. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Bildsensor während des Erfassungsprozesses kontinuierlich Photonen sammeln kann, wodurch die Empfindlichkeit effektiv erhöht wird. Der Rollverschluss produziert auch vorhersehbare Verzerrungen, die "Fransen" genannt werden und durch schnelle Lichtblitze verursacht werden. Die Fransen ermöglichen eine verbesserte Decodierung komplexer Modulationen, die durch das emittierte modulierte Licht 27 übertragen werden.
Wenn die Kamera 14 des Fahrzeugs 10 das modulierte Licht 27 von der Lichtquelle 15 empfängt, beleuchtet das modulierte Licht 27 den CMOS-Sensor der Kamera 14. Der Rollverschluss der Kamera 14 wird mit dem modulierten Licht 27 über das Synchronisierungssignal 55 koordiniert, das von dem Gateway 16 empfangen wird. Mit anderen Worten beginnt oder koordiniert der Rollverschluss, dass die Erfassung von Daten durch den Computer 12 den CMOS-Sensor durchquert, wenn das Synchronisierungssignal 55 empfangen wird, was auch der Anfang der PWM-Frequenzrampe 29 und der Zeitspanne 60 ist.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3, in denen die Kamera 14 des Fahrzeugs 10 direkt vor der Lichtquelle 15 ist, empfängt der CMOS-Sensor der Kamera 14 ein erstes Frequenzbild 70. Das erste Frequenzbild 70 ist eine Darstellung der Frequenz aus der vorgenannten PWM-Frequenz und dem PWM-Arbeitszyklus. Der Arbeitszyklus wird durch verschiedene vertikale weiße (ein) und schwarze (aus) Spalten oder Streifen veranschaulicht. Der Computer 12 bestimmt die Position des Fahrzeugs 10, indem er die Frequenz und/oder die Pulsbreite des ersten Frequenzbildes 70 unter Verwendung von digitaler Signalverarbeitung (DSP) analysiert. Eine erste Frequenz des ersten Frequenzbildes 70 wird aus dem ersten Frequenzbild 70 isoliert und mit einer bekannten gespeicherten Mittenfrequenz verglichen. Wenn das Fahrzeug 10 beispielsweise links von der Traversierung einer seitlichen Emissionsachse 28 bleibt, empfängt der CMOS-Sensor der Kamera 14 ein zweites Frequenzbild 65 und sendet das Bild an den Computer 12. Der Computer 12 bestimmt, dass eine zweite Frequenz des zweiten Frequenzbilds 65 angibt, dass das Fahrzeug 10 links von der Traversierung einer seitlichen Emissionsachse 28 ist. Der Computer 12 kann dann den Lenkcontroller 20 anweisen, das Fahrzeug nach rechts zu drehen, bis die Kamera 14 das erste Frequenzbild 70 empfängt, das angibt, dass das Fahrzeug 10 wieder auf der Traversierung einer seitlichen Emissionsachse 28 ist. Wenn das Fahrzeug 10 andererseits rechts von der Traversierung einer seitlichen Emissionsachse 28 ist, veranlasst eine Analyse eines dritten Frequenzbildes 75 durch den Computer 12 das Fahrzeug 10 dazu sich weiter nach links zu drehen, bis das Fahrzeug auf der Traversierung einer seitlichen Emissionsachse 28 ist.
Zusätzlich kann das Synchronisierungssignal 55 ein Drehrichtungssignal aufweisen, das in das Synchronisierungssignal 55 codiert ist. Das Drehrichtungssignal gibt an, wann sich das Fahrzeug 10 drehen sollte und in welche Richtung es sich relativ zu der Lichtquelle 15 drehen sollte. Beispielsweise kann das Synchronisierungssignal 55 ein Drehrichtungssignal mit einem Drehrichtungsbefehl und einen Satz von Pixeldaten umfassen, um neunzig Grad nach links zu drehen, wenn das Fahrzeug 10 innerhalb von 10 Metern von der Lichtquelle 15 ist.
Um einen Abstand zu der Lichtquelle 15 zu erhalten, kann das Fahrzeug 10 den Satz von Pixeldaten mit dem Bild der Lichtquelle 15 in der Kamera 14 vergleichen. Zum Beispiel kann die Lichtquelle 15 in ein Informationsschild wie beispielsweise ein Vorfahrt-achten-Schild, das an einer Wand in einer Parkstruktur angeordnet ist, integriert sein. Das Vorfahrt-achten-Schild hat eine physikalische Abmessung, beispielsweise einen Meter in horizontaler Richtung und 50 Zentimeter in vertikaler Richtung. Wenn das Bild des Vorfahrt-achten-Schildes auf dem CMOS-Sensor der Kamera 14 erfasst wird, wird das Bild eine Anzahl von horizontalen und vertikalen Pixeln enthalten. Da der Abstand zum Vorfahrt-achten-Schild und das Bild des Vorfahrt-achten-Schildes eine direkte Korrelation haben, kann der Computer 12 den Abstand zu der Lichtquelle 15 durch einen Vergleich des Bildes der Kamera 14 mit einem bekannten Satz von Pixeldaten bestimmen. Der Satz von Pixeldaten kann eine Größe der Lichtquelle 15 in Pixel, ein Bild der Lichtquelle 15 oder eine Eigenschaft der Lichtquelle 15 sein, die der Computer 12 unter Verwendung von digitaler Signalverarbeitung bestimmen kann.
Der Satz von Pixeldaten kann zudem ein Indikator dafür sein, wo sich das Fahrzeug 10 drehen sollte. Wenn sich das Fahrzeug 10 beispielsweise der Lichtquelle 15 nähert, korreliert der Computer den Satz von Pixeldaten mit dem Bild der Kamera 14. Wenn es eine Korrelation gibt, wird der Computer 12 die Drehung ausführen und die Drehrichtung verwenden um entsprechend rechts oder links abzubiegen. In einigen Fällen können die Drehrichtung und der Satz von Pixeldaten bereits in dem Speicher 19 sein und müssen vielleicht nicht aus dem Synchronisierungssignal 55 erhalten werden.
4 ist eine Darstellung eines beispielhaften Prozesses 100 für das modulierte Licht 27 aus einem Licht 15 zur Positionsbestimmung unter Verwendung von digitalen Signalverarbeitungstechniken (DSP-Techniken) mit einer Maske eines erwarteten Primärfrequenzbildes.
Der Prozess 100 beginnt in einem Block 105, der auch auf einen Block 165, 170 oder 175 folgen kann, wie es nachfolgend beschrieben ist. In dem Block 105 wartet der Computer 12 auf das Referenzsynchronisierungssignal 55 von dem Gateway 16. Wenn das Synchronisierungssignal 55 empfangen wird, setzt sich das Verfahren 100 in einem Block 110 fort.
In dem Block 110 erfasst die Kamera ein Rollverschluss-Bild. Die Rollverschluss-Technik erhält wie oben diskutiert ein Rollverschluss-Bild aus dem CMOS-Sensor durch Abtasten über den CMOS-Sensor hinweg, entweder vertikal oder horizontal, beispielsweise Zeile für Zeile oder Spalte für Spalte, anstelle des Erfassens der Daten des CMOS-Sensors in einem Block von Bilddaten. Zum Beispiel nimmt die Kamera 14 das erste Frequenzbild 70 auf und sendet es an den Computer 12.
In dem Block 115 kann der Computer das Rollverschluss-Bild für eine bestimmte Farbe des Lichts in dem Lichtspektrum filtern, um ein Farbbild zu erzeugen. Beispielsweise kann das modulierte Licht 27 im Infrarotspektrum sein, woraufhin der Computer 12 unter Verwendung von digitalen DSP-Filtertechniken dann den Rest des Lichtspektrums entfernt, um nur das Infrarotlicht übrig zu lassen. Ein digitales Filter ist eine Technik, die mathematische Operationen an einem Auswahlbild wie beispielsweise an dem ersten Frequenzbild 70 durchführt, um bestimmte Aspekte dieses Bildes zu reduzieren oder zu verbessern und ein erstes farbgefiltertes Bild zu erzeugen.
Nach dem Block 115 kann der Computer 12 in einem Block 120 das Farbbild in ein Graustufenbild umwandeln. Ein Graustufenbild ist ein Bild, in dem der Wert eines jeden Pixels eines Bildes 70 mittels DSP in ein Bild nur mit Intensitätsinformationen umgewandelt wird. Bilder dieser Art, die auch als Schwarzweißbilder bekannt sind, sind ausschließlich aus Grautönen zusammensetzt, die von schwarz bei der schwächsten Intensität bis zu weiß bei der stärksten variieren. Beispielsweise kann der Computer 12 das erste farbgefilterte Bild, das in dem Block 115 erzeugt wird, in ein erstes Graustufen-Frequenzbild umwandeln.
Nach dem Block 120 verwäscht der Computer 12 in einem Block 125 unter Verwendung von DSP die hellen Streifen und die dunklen Streifen des Graustufenbilds, um ein Unschärfebild zu erzeugen. Zum Beispiel kann der Computer 12 das erste Graustufen-Frequenzbild verwaschen, um ein erstes unscharfes Frequenzbild zu erstellen. Wenn ein Bild unscharf wird, wird der Kantengehalt reduziert, was den Übergang von einer Farbe zur anderen glättet. Das Verwaschen kann durch viele übliche Arten von Filtern erreicht werden. Beispielsweise kann ein Mittelwertfilter oder ein gewichteter Mittelwertfilter oder ein Gauß-Filter das Bildverwaschen durchführen, um nur einige der vorhandenen Filter für die Bildverarbeitung zu nennen.
Nach dem Block 125 wandelt der Computer 12 in einem Block 130 unter Verwendung von DSP das unscharfe Bild in ein binäres Bild um, in dem jedes Pixelelement oder jede Gruppe von Pixelelementen des unscharfen Bildes quantisiert ist, d. h. ein numerischer Wert zugewiesen ist. Der Computer 12 kann das erste unscharfe Frequenzbild, das in dem Block 125 erzeugt wird, in ein erstes binäres Frequenzbild umwandeln. Beispielsweise kann einem schwarzen Pixelelement des Unschärfebilds ein Wert von null zugewiesen werden, während einem weißen Pixelelement ein Wert von 255 zugewiesen wird, wobei 254 Pixelgraustufen zwischen dem schwarzen mit einem Nullwert und dem weißen mit einem 255-Wert liegen. Darüber hinaus kann der Computer 12 eine Wahrscheinlichkeitsfunktion (PMF) und eine kumulative Verteilungsfunktion (CDF) auf das erste binäre Frequenzbild anwenden. Die PMF ergibt den Zählwert oder die Frequenz jedes Pixelelements und die CDF ergibt den Zählwert oder die Frequenz jedes Pixelelements. Von PMF und CDF ausgehend kann der Computer dann einen Histogrammausgleich verwenden, um den Kontrast des ersten binären Frequenzbildes zu verbessern.
Nach dem Block 130 verwendet der Computer 12 in einem Block 135 DSP zum Maskieren eines Rauschwerts aus dem binären Bild, was Rauschen rund um die Hellstreifen-Spalten und die Dunkelstreifen-Spalten entfernt, um ein rauschmaskiertes Bild zu erzeugen. Der Computer 12 ignoriert alle Pixelelemente unter einem bestimmten Rauschschwellenwert. Zum Beispiel kann der Rauschschwellenwert ein Wert sein, der das Rauschen des internen Systems des Fahrzeugs 10 berücksichtigt, wie etwa Hochfrequenzstörungen, die durch die Elektronik des Fahrzeugs 10 erzeugt werden. Der Computer 12 kann das erste Binärbild, das in dem Block 130 erzeugt wird, maskieren, um ein erstes rauschmaskiertes Bild zu erzeugen.
Als Nächstes kann der Computer 12 in einem Block 140 unter Verwendung von DSP eine durchschnittliche Helligkeit jeder Spalte in dem rauschmaskierten Bild bestimmen, um einen Durchschnitt von Vektoren der Hellstreifen-Spalten und der Dunkelstreifen-Spalten zu erzeugen. Beispielsweise bestimmt der Computer 12 die durchschnittliche Helligkeit von jeder Spalte in dem ersten rauschmaskierten Bild, um einen ersten Durchschnitt von Vektoren der Hellstreifen-Spalten und einen zweiten gewichteten Satz von Vektoren der Dunkelstreifen-Spalten zu erzeugen. Mit anderen Worten gruppiert der Computer 12 unter Verwendung von DSP die vertikalen Lichtspalten zusammen und trennt sie von den dunklen Spalten, um ein Muster aus hellen und dunklen vertikalen Spalten zu erzeugen.
Nach dem Block 140 berechnet der Computer 12 in einem Block 145 unter Verwendung von DSP Skalen und berechnet ein Leistungsspektrum des Durchschnitts von Vektoren der Hellstreifen-Spalten und der Dunkelstreifen-Spalten. Mit anderen Worten verfeinert der Computer 12 unter Verwendung von DSP eine Unterscheidung der Hellstreifen-Spalten und der Dunkelstreifen-Spalten weiter.
Als Nächstes kreuzkorreliert der Computer 12 in einem Block 150 unter Verwendung von DSP das Leistungsspektrum des Durchschnitts von Vektoren der Hellstreifen-Spalten und der Dunkelstreifen-Spalten mit einer vordefinierten Maske. Die vordefinierte Maske wird aus einer Schätzung einer erwarteten Primärfrequenz abgeleitet. Wenn die geschätzte vordefinierte Maskenfrequenz nicht korrekt ist, wird der Computer 12 eine Korrektur erzeugen und die vordefinierte Maske für eine mögliche Verwendung in einer nächsten Iteration dieses Blocks 150 neu definieren.
Nach dem Block 150 bestimmt der Computer 12 in einem Block 155 unter Verwendung von DSP, ob ein Abstand zwischen den Spalten schmaler als ein Referenzspaltenwert ist. Schmalere Spalten zeigen verglichen mit breiteren Spalten eine höhere Frequenz an, da die Spalten eine relative Zeitspanne zwischen einer Spitze und einem Tal des sich wiederholenden Musters darstellen. Der Referenzspaltenwert kann erhalten werden, wenn die Kamera 14 direkt in einer Linie mit der Traversierung einer seitlichen Emissionsachse 28 ist, wie es in 3 dargestellt ist. Wenn der Abstand zwischen den Spalten schmaler ist als der Referenzspaltenwert, geht der Prozess zu einem Block 170 über, ansonsten fährt der Prozess in einem Block 160 fort.
In dem Block 160 bestimmt der Computer 12 unter Verwendung von DSP, ob der Abstand zwischen den Spalten größer als der Referenzspaltenwert ist. Wenn der Abstand zwischen den Spalten größer als der Referenzspaltenwert ist, fährt der Prozess in einem Block 175 fort, ansonsten geht der Prozess zu einem Block 165 über.
In dem Block 165 kann der Computer 12 bestätigen, dass der Abstand zwischen den Spalten gleich dem Referenzspaltenwert ist, um zu bestätigen, dass das Fahrzeug auf der seitlichen Emissionsachse 28 ist, und der Prozess 100 fährt in dem Block 105 fort.
In dem Block 170 weist der Computer 12 den Lenkcontroller 20 an, eine Linkskurve in eine spezifizierte Richtung auszuführen, die das Fahrzeug 10 zu der seitlichen Emissionsachse 28 bringt. Der Prozess 100 fährt dann in dem Block 105 fort.
In dem Block 175 weist der Computer 12 den Lenkcontroller 20 an, eine Rechtskurve in die spezifizierte Richtung auszuführen, die das Fahrzeug 10 zu der seitlichen Emissionsachse 28 bringt. Der Prozess 100 fährt dann in dem Block 105 fort.
5 ist eine Darstellung eines beispielhaften Prozesses 200 zum Empfang einer softwaregesteuerten Lichtquellen-Positionsbestimmung unter Verwendung von digitalen Signalverarbeitungstechniken (DSP-Techniken), ohne die Primärfrequenz im Voraus kennen zu müssen.
Der Prozess 200 beginnt in einem Block 205, in dem eine einzelne Iteration des Prozesses 100 ausgeführt wird. Als Nächstes wird in dem Block 210 ein Frequenzwert der Primärfrequenz, der in dem Block 150 des Prozesses 100 gefunden wird, in einem ersten Speicher gespeichert.
Nach dem Block 210 wird in einem Block 215, der auch auf den Block 250 folgen kann, erneut eine einzelne Iteration des Prozesses 100 ausgeführt.
Als Nächstes wird in dem Block 220 die Primärfrequenz, die in dem Block 150 des Prozesses 100 gefunden wird, in einem zweiten Speicher gespeichert.
Nach dem Block 220 bestimmt der Computer 12 als Nächstes in einem Block 225, ob ein Ergebnis des Primärfrequenzwerts, der in dem ersten Speicher gespeichert ist, subtrahiert von dem Primärfrequenzwert, der in dem zweiten Speicher gespeichert ist, ein positiver Wert ist. Der Computer 12 speichert zudem das Ergebnis in einem dritten Speicher. Wenn die Differenz positiv ist, setzt sich der Prozess 200 in einem Block 230 fort, andernfalls fährt das Verfahren 200 in dem Block 235 fort.
In dem Block 230 sendet der Prozessor einen Befehl an den Lenkcontroller 20, sich um einen proportionalen Wert eines absoluten Werts der Differenz der Primärfrequenzen, die in dem Block 225 gefunden werden, nach rechts zu drehen. Zum Beispiel kann die Primärfrequenz 1000 Hertz betragen, wenn das Fahrzeug 10 auf die seitliche Emissionsachse 28 des Lichts 15 ausgerichtet ist. Wenn das Fahrzeug 10 einen Meter links von der seitlichen Emissionsachse 28 wäre, könnte die Primärfrequenz 900 Hertz sein. Die Differenz zwischen den beiden Frequenzen beträgt 100 Hertz oder zehn Prozent. Der Computer 12 kann den Lenkcontroller 20 anweisen, das Fahrzeug 10 mit zehn Prozent der maximalen Rechtsdrehfähigkeit des Fahrzeugs 10 nach rechts zu drehen, bis das Fahrzeug 10 wieder auf die seitliche Emissionsachse 28 ausgerichtet ist. In einem weiteren Beispiel kann der Proportionalwert aus einer Proportional-Integral-Differential-Berechnung (PID-Berechnung) stammen. Eine PID-Korrektur ist ein gut bekannter Regelkreis-Rückkopplungsmechanismus, der einen Fehlerwert als die Differenz zwischen der Position des Fahrzeugs 10, wie sie bestimmt ist, und einem gewünschten Bewegungsweg entlang der seitlichen Emissionsachse 28 berechnet. Der Prozess 200 kann dann in einem Block 250 fortfahren.
Alternativ bestimmt der Computer 12 nach dem Block 225 als Nächstes in dem Block 235, ob der Primärfrequenzwert, der in dem ersten Speicher gespeichert ist, subtrahiert von dem Primärfrequenzwert, der in dem zweiten Speicher gespeichert ist, ein negativer Wert ist. Ist diese Differenz negativ, setzt sich der Prozess 200 in einem Block 245 fort, andernfalls geht der Prozess 200 zu dem Block 240 über.
In dem Block 240 sendet der Prozessor einen Befehl an den Lenkcontroller 20, sich um einen proportionalen Wert eines absoluten Werts der Differenz der Primärfrequenzen, die in dem Block 235 gefunden werden, nach links zu drehen. Der Prozess 200 setzt sich in dem Block 250 fort.
In dem Block 245 bestätigt der Computer 12, dass es weder eine positive noch eine negative Differenz zwischen den beiden Primärfrequenzwerten gibt. Der Prozess 200 fährt in dem Block 250 fort.
In dem Block 250, der den Blöcken 230, 240 bzw. 245 folgen kann, ersetzt ein zweiter Speicherwert den ersten Speicherwert. Der Prozess 200 fährt mit dem Block 215 fort.
Wie hier verwendet bedeutet das Adverbial "im Wesentlichen", das ein Adjektiv modifiziert, dass eine Form, eine Struktur, eine Messung, ein Wert, eine Berechnung usw. von einer exakt beschriebenen Geometrie, Entfernung, Messung, Wert, Berechnung usw. abweichen können, weil Unvollkommenheiten in Materialien, mechanischer Bearbeitung, Herstellung, Sensormessungen, Berechnungen, Verarbeitungszeit, Kommunikationszeit usw. vorhanden sind.
Rechenvorrichtungen wie die hier besprochenen umfassen im Allgemeinen jeweils Befehle, die durch eine oder mehrere Rechenvorrichtungen wie die oben identifizierten ausführbar sind, und zum Ausführen von Blöcken oder Schritten von Prozessen, die oben beschrieben sind. Computerausführbare Befehle können aus Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung vielfältiger Programmiersprachen und/oder Technologien erstellt werden, darunter, ohne Beschränkung und entweder alleine oder als Kombination, Java^TM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl, HTML, PHP usw. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Befehle z. B. von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw. und führt diese Befehle aus, um dadurch einen oder mehrere Prozesse auszuführen, einschließlich eines oder mehrerer der hier beschriebenen Prozesse. Solche Befehle und andere Daten können unter Verwendung vielfältiger computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden. Eine Datei in einer Rechenvorrichtung ist im Allgemeinen eine Ansammlung von Daten, die auf einem computerlesbaren Medium, wie etwa einem Speichermedium, einem Direktzugriffsspeicher usw. gespeichert sind.
Ein computerlesbares Medium umfasst ein beliebiges Medium, das an der Bereitstellung von Daten (z. B. Befehlen), die durch einen Computer gelesen werden können, teilnimmt. Ein solches Medium kann viele Formen annehmen, darunter, aber ohne Beschränkung darauf, nichtflüchtige Medien, flüchtige Medien usw. Nichtflüchtige Medien wären z. B. optische oder magnetische Datenträger oder andere beständige Speicher. Zu flüchtigen Medien gehört dynamischer Direktzugriffsspeicher (DRAM), der typischerweise einen Hauptspeicher bildet. Übliche Formen von computerlesbaren Medien wären z. B. eine Floppy Disk, eine Diskette, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Papierband, ein beliebiges anderes physisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, ein FLASH-EEPROM, ein anderer Speicherchip oder -einsatz oder ein beliebiges anderes Medium, woraus ein Computer lesen kann.
Hinsichtlich der hier beschriebenen Medien, Prozesse, Systeme, Verfahren usw. versteht sich, dass, obwohl die Schritte solcher Prozesse usw. als gemäß einer bestimmten geordneten Sequenz auftretend beschrieben wurden, solche Prozesse mit den in einer anderen Reihenfolge als der hier beschriebenen Reihenfolge ausgeführten beschriebenen Schritten ausgeübt werden könnten. Ferner versteht sich, dass bestimmte Schritte gleichzeitig ausgeführt werden könnten, dass andere Schritte hinzugefügt werden könnten oder dass bestimmte hier beschriebene Schritte weggelassen werden könnten. Anders ausgedrückt, werden die Beschreibungen der Systeme und/oder der Prozesse hier zum Zwecke der Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen gegeben und sollten auf keinerlei Weise als Beschränkung der beanspruchten Erfindung aufgefasst werden.
Dementsprechend versteht es sich, dass die obige Beschreibung nicht einschränkend, sondern veranschaulichend sein soll. Fachleuten würden bei Durchsicht der obigen Beschreibung viele andere Ausführungsformen und Anwendungen als die gegebenen Beispiele ersichtlich sein. Der Schutzumfang der Erfindung sollte nicht mit Bezug auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte stattdessen mit Bezug auf die Ansprüche, die hier beigefügt sind und/oder in einer nicht vorläufigen Patentanmeldung, die hierauf basiert, enthalten sind, zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden. Es wird erwartet und beabsichtigt, dass zukünftige Entwicklungen in der hier besprochenen Technik auftreten werden und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in solche zukünftigen Ausführungsformen integriert werden. Zusammengefasst versteht es sich, dass die Erfindung modifiziert und abgewandelt werden kann.

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Empfangen eines Synchronisierungssignals und Erfassen eines Rollverschluss-Bildes eines modulierten Lichts auf einem Sensor; B estimmen einer Primärfrequenz aus dem Rollverschluss-Bild; und Vergleichen der Primärfrequenz mit einem erwarteten Primärfrequenzbild, um eine Richtungsbewegung in Bezug auf ein Fahrzeug zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Korrelieren des Rollverschluss-Bildes mit einem Satz von Pixeldaten, um eine Fahrzeug-zu-Lichtquellen-Entfernung zu bestimmen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner ein Veranlassen, dass das Fahrzeug eine Rechtskurve oder eine Linkskurve basierend auf einem Drehrichtungsbefehl ausführt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das modulierte Licht gemäß einem Signal, das ein zunehmendes oder abnehmendes Frequenzrampenwellenformsignal ist, bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner ein Empfangen des Synchronisierungssignals zu einem Beginn des Frequenzrampenwellenformsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Synchronisierungssignal ein Bluetooth-Signal, ein Wi-Fi-Signal oder ein Nahfeldkommunikationssignal ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich der Satz von Pixeldaten und der Drehrichtungsbefehl in einem Speicher befinden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Satz von Pixeldaten und der Drehrichtungsbefehl in dem Synchronisierungssignal enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Synchronisierungssignal ein Hochfrequenzsignal oder eine zweite Lichtquelle ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: Filtern des Rollverschluss-Bildes mit einem Farbfilter; Umwandeln des Rollverschluss-Bildes in ein Graustufenbild; Verwaschen des Graustufenbildes; Umwandeln des Graustufenbildes in ein Binärbild; Maskieren eines Rauschwertes aus dem Binärbild; Bilden mindestens eines Vektordurchschnittes des Binärbildes durch Mitteln einer Helligkeit des Binärbildes; Bestimmen eines Leistungsspektrums des mindestens einen Vektordurchschnittes; und Korrelieren des Leistungsspektrums des mindestens einen Vektordurchschnittes mit einer vordefinierten Maske, um eine spezifizierte Richtung zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Folgendes umfasst: Speichern der Primärfrequenz als einen ersten Speicherwert; Empfangen des Synchronisierungssignals und Erfassen des Rollverschluss-Bildes des modulierten Lichts auf dem Sensor; Bestimmen der Primärfrequenz aus dem Rollverschluss-Bild; Speichern der Primärfrequenz als einen zweiten Speicherwert; Subtrahieren des zweiten Speicherwertes von dem ersten Speicherwert und Speichern einer Differenz als einen dritten Speicherwert; und Veranlassen, dass das Fahrzeug eine Rechtskurve oder eine Linkskurve ausführt; wobei die spezifizierte Richtung für eine Rechtskurve ist, wenn die Differenz ein positiver Wert ist, und für eine Linkskurve ist, wenn die Differenz ein negativer Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner ein Bestimmen der spezifizierten Richtung aus einem Bewegungsweg und einer Differenz des ersten Speicherwertes und des zweiten Speicherwertes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner ein Bestimmen der spezifizierten Richtung aus einem Proportional-Integral-Differential-Schema (PID-Schema) unter Verwendung der Differenz des ersten Speicherwertes und des zweiten Speicherwertes umfasst.
System, das einen Computer in einem Fahrzeug umfasst, wobei der Computer einen Prozessor und einen Speicher umfasst, wobei der Speicher Befehle speichert, die von dem Prozessor ausführbar sind, um Folgendes durchzuführen: Empfangen eines Synchronisierungssignals und Erfassen eines Rollverschluss-Bildes eines modulierten Lichts auf einem Sensor; Bestimmen einer Primärfrequenz aus dem Rollverschluss-Bild; und Vergleichen der Primärfrequenz mit einem erwarteten Primärfrequenzbild, um eine Richtungsbewegung in Bezug auf ein Fahrzeug zu bestimmen.
System nach Anspruch 14, wobei das Rollverschluss-Bild mit einem Satz von Pixeldaten verglichen wird, um eine Fahrzeug-zu-Lichtquellen-Entfernung zu bestimmen.
System nach Anspruch 14, wobei das Fahrzeug eine Rechtskurve oder eine Linkskurve basierend auf einem Drehrichtungsbefehl ausführen wird.
System nach Anspruch 14, wobei das modulierte Licht mit einem Signal, das ein zunehmendes oder abnehmendes Frequenzrampenwellenformsignal ist, mit dem Synchronisierungssignal zu einem Beginn des Frequenzrampenwellenformsignals bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 14, wobei der Computer ferner Befehle durch den Prozessor ausführt, um Folgendes durchzuführen: Filtern des Rollverschluss-Bildes mit einem Farbfilter; Umwandeln des Rollverschluss-Bildes in ein Graustufenbild; Verwaschen des Graustufenbildes; Umwandeln des Graustufenbildes in ein Binärbild; Maskieren eines Rauschwertes aus dem Binärbild; Bilden mindestens eines Vektordurchschnittes des Binärbildes durch Mitteln einer Helligkeit des Binärbildes; Bestimmen eines Leistungsspektrums des mindestens einen Vektordurchschnittes; und Korrelieren des Leistungsspektrums des mindestens einen Vektordurchschnittes mit einer vordefinierten Maske, um eine spezifizierte Richtung zu bestimmen.
System nach Anspruch 14, wobei der Computer ferner Befehle durch den Prozessor ausführt, um Folgendes durchzuführen: Speichern der Primärfrequenz als einen ersten Speicherwert; Empfangen des Synchronisierungssignals und Erfassen des Rollverschluss-Bildes des modulierten Lichts auf dem Sensor; Bestimmen der Primärfrequenz aus dem Rollverschluss-Bild; Speichern der Primärfrequenz als einen zweiten Speicherwert; Subtrahieren des zweiten Speicherwertes von dem ersten Speicherwert und Speichern eines Ergebnisses als einen dritten Speicherwert; und Ausführen einer Rechtskurve oder einer Linkskurve; wobei eine spezifizierte Richtung für eine Rechtskurve ist, wenn die Differenz ein positiver Wert ist, und für eine Linkskurve ist, wenn die Differenz ein negativer Wert ist.
System nach Anspruch 14, wobei die spezifizierte Richtung aus einem Bewegungsweg und einer Differenz des ersten Speicherwertes und des zweiten Speicherwertes erfasst wird.