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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die Druckschrift
GB 2 513 393 beschreibt eine Anordnung mit einer Kamera und einem Target. Die Kamera ist an einem Fahrzeug befestigt, das Target an einem Anhänger. Indern das Target in den von der Kamera aufgenommen Bildern identifiziert und lokalisiert wird, lässt sich eine Trajektorie berechnen. Diese Trajektorie beschreibt einen Weg in Richtung des Anhängers, den das Fahrzeug zum Ankoppeln des Anhängers zurücklegen muss.
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Ein ähnliches System ist aus der Druckschrift
WO 2013/130479 bekannt. Hier wird ein Stereosystem mit zwei Kameras offenbart. Mittels Triangulationen lässt sich die Entfernung eines Targets bestimmen. Diese Entfernung wird zusammen mit der Entfernung eines weiteren Targets verwendet, um eine Position eines Anhängers zu bestimmen. Basierend darauf wird eine Trajektorie zum Ankoppeln des Anhängers ermittelt.
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Die bisher bekannten Anordnungen lassen es nicht zu, den Abstand zwischen Fahrzeug und Anhängern im Nahbereich mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. So ändert sich bei einem Target, welches senkrecht zur Hauptachse einer Kamera ausgerichtet ist, in den Bilder der Kamera die Größe des Targets, nicht aber seine Position, wenn sich der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger ändert. Nähert sich das Fahrzeug dem Anhänger, erscheint das Target im Kamerabild lediglich geringfügig vergrößert. Wegen Mess- und Pixelungenauigkeiten führt dies zu einer ungenauen Schätzung der Entfernung des Anhängers.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile verfügbar zu machen. Insbesondere soll die automatisierte bzw. autonome Annäherung eines Fahrzeugs an einen Anhänger, um den Anhänger an das Fahrzeug anzukoppeln, schneller und zielsicherer gestaltet werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die Anordnung umfasst eine erste Kamera, ein erstes Muster, mindestens eine Auswerteeinheit und mindestens ein Mittel zur Übertragung mindestens eines durch die Kamera aufgenommenen Bildes von der Kamera zu der Auswerteeinheit. Die Übertragung des Bildes vollzieht sich etwa, indem Daten, in denen das Bild kodiert ist, von der Kamera zu der Auswerteeinheit übertragen werden.
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Ein Muster ist allgemein eine Anordnung von Objekten die unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere kann es sich bei den Objekten um Flächen handeln. Deren Helligkeit stellt eine Eigenschaft dar. Flächen unterschiedlicher Helligkeit ergeben ein Muster.
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Die Helligkeit einer Fläche bezeichnet eine mittlere Leuchtdichte der Fläche. Unterschiedliche Helligkeiten verschiedener Flächen kommen etwa durch unterschiedlich helle Farben und/oder Grauwerte zustande. Hierbei ergeben sich Helligkeitsunterschiede durch ein unterschiedliches Reflexionsvermögen der einzelnen Flächen gegenüber Licht, d. h. elektromagnetischer Strahlung aus dem sichtbaren Spektrum. Je höher der Anteil des einfallenden Lichts ist, das eine Fläche reflektiert, desto größer ist ihre Helligkeit.
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Bevorzugt werden das erste Muster und ein zweites Muster jeweils durch mindestens eine Fläche einer ersten Helligkeit und mindestens einer Fläche einer zweiten Helligkeit gebildet. Dabei weisen die Flächen der ersten Helligkeit ein höheres Reflexionsvermögen gegenüber Licht als die Flächen der zweiten Helligkeit auf. Das erste Muster und/oder das zweite Muster sind bevorzugt gedruckt oder gemalt.
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Vorzugsweise umfasst die Anordnung ein erstes Schild und ein zweites Schild. Auf das erste Schild ist das erste Muster, etwa durch Bedrucken oder Bemalen, aufgebracht. Entsprechend ist das zweite Muster auf das zweite Schild aufgebracht, etwa durch Bedrucken oder Bemalen.
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Die erste Kamera ist an einem Fahrzeug und das erste Muster an einem Anhänger angebracht, oder die erste Kamera ist an dem Anhänger und das erste Muster an einem Fahrzeug angebracht. Bei dem Fahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Kraftfahrzeug, etwa ein Nutzfahrzeug, wie beispielsweise einen Ackerschlepper.
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Die erste Kamera bzw. das erste Muster ist so an dem Fahrzeug angebracht, dass die erste Kamera bzw. das erste Muster unbeweglich an dem Fahrzeug fixiert ist. Auch die Anbringung des ersten Musters bzw. der ersten Kamera an dem Anhänger erfolgt in Form einer unbeweglichen Fixierung des ersten Musters bzw. der ersten Kamera an dem Anhänger. Eine unbewegliche Fixierung bezeichnet eine Fixierung, die weder translatorische noch rotatorische Freiheitsgrade aufweist.
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Die Auswerteeinheit ist ausgebildet; das erste Muster in dem von der der Kamera zu der Auswerteinheit übertragenen Bild zu identifizieren. Dies bedeutet, dass die Kamera Bestandteile des Bildes klassifiziert als solche, die das Muster oder einen Teil davon enthalten, und solche, die nicht dem Muster zuzurechnen sind. Die Gesamtheit der als dem Muster zugehörig klassifizierten Bildbestandteile ist eine Abbildung des Musters.
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Der Begriff des in dem Bild vorhandenen Musters wird im Folgenden synonym für ein von der ersten Kamera aufgenommenes Abbild eines Musters verwendet. Dieses Abbild ist Teil des von der Kamera zu der Auswerteeinheit übertragenen Bildes.
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Mindestens ein Teil des ersten Musters ist erfindungsgemäß mindestens teilweise horizontal ausgerichtet. Eine mindestens teilweise horizontale Ausrichtung bezeichnet eine nicht vertikale Ausrichtung. Der mindestens teilweise horizontal ausgerichtete Teil des ersten Musters kann also horizontal ausgerichtet sein oder gegenüber der Horizontalen um einen Winkel verkippt sein, der sich von 90° unterscheidet.
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Mit Horizontale wird eine horizontale Ebene bezeichnet. Durch die Anbringung der ersten Kamera und des ersten Musters an dem Fahrzeug bzw. dem Anhänger ist die Anordnung relativ zu einer feststehenden Umgebung des Fahrzeugs und des Anhängers beweglich. Die Horizontale bezeichnet vor diesem Hintergrund eine Ebene, die bezüglich der Anordnung feststehend ist, und die horizontal verläuft, wenn die Anordnung sich in einer Referenzposition befindet. Die Referenzposition ist frei wählbar. Vorzugsweise wird die Referenzposition dann eingenommen, wenn das Fahrzeug und/oder der Anhänger eine Ebene, horizontal ausgerichtete Oberfläche befahren oder hierauf zum Stehen kommen.
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Vorzugsweise ist der Teil des ersten Musters ohne Einschränkungen horizontal ausgerichtet.
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Bezüglich des obengenannten Teils des ersten Musters ist die erste Kamera vertikal, d. h. orthogonal zu der Horizontalen versetzt angeordnet. Dies bedeutet, dass ein Bezugspunkt der ersten Kamera und ein Bezugspunkt des Teils Musters einen unterschiedlichen Abstand zu der Horizontalen aufweisen. Bei dem Referenzpunkt der Kamera handelt es sich vorzugsweise um einen Punkt einer Frontlinse der Kamera, etwa um den Punkt der äußeren Oberfläche der Frontlinse, der auf einer optischen Achse der Kamera liegt.
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Eine optische Achse bezeichnet eine Symmetrieachse eines reflektierenden und/oder brechenden optischen Elements oder optischen Systems. Bei der optischen Achse einer Kamera handelt es sich entsprechend um die optische Achse eines Objektivs der Kamera.
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Vorzugsweise sind die Punkte der ersten Kamera und die Punkte des Teils des ersten Musters paarweise vertikal zueinander versetzt angeordnet. Jeder Punkt der Kamera und jeder Punkt des Musters weisen also einen unterschiedlichen Abstand zu der Horizontalen auf. Dabei ist entweder der Abstand der Punkte der Kamera durchgehend größer oder durchgehend kleiner als der Abstand der Punkte des Teils des Musters. Dies bedeutet, dass mindestens eine horizontale Ebene zwischen der ersten Kamera und dem Teil des ersten Musters verläuft, ohne die erste Kamera oder den Teil des ersten Musters zu schneiden. Insbesondere befinden sich die erste Kamera und der Teil des ersten Musters sauf unterschiedlichen Seiten dieser Ebene.
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Die Erfindung ermöglicht es, die Position des Anhängers relativ zu dem Fahrzeug mit erhöhter Genauigkeit zu ermitteln. Durch die erfindungsgemäße Anordnung geht eine Bewegung des Fahrzeugs und des Anhängers relativ zueinander mit einer Änderung der Position des Musters bzw. des Abbilds des Musters in dem von der Kamera aufgenommenen Bild einher. Diese Verschiebung ist ausgeprägter, je weiter sich der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Anhänger verringert. Die Anordnung ermöglicht damit eine besonders präzise Bestimmung der Position des Anhängers relativ zu dem Fahrzeug im Nahbereich.
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Bei einem solchen System zum autonomen Ankoppeln des Anhängers an das Fahrzeug wird eine Trajektorie ermittelt, entlang der sich das Fahrzeug bewegen muss, um den Anhänger anzukoppeln. Diese Trajektorie muss umso präziser geplant werden, je weiter sich das Fahrzeug dem Anhänger nähert. Die Erfindung ermöglicht vor diesem Hintergrund eine schnellere und zielsicherere Ankopplung des Anhängers Um das Muster bei Annäherung des Anhängers erfassen zu können, ist die erste Kamera in einer bevorzugten Weiterbildung mindestens teilweise vertikal ausgerichtet. Die Ausrichtung der Kamera bestimmt sich anhand ihrer optischen Achse. Dies bedeutet, dass die optische Achse der ersten Kamera weiterbildungsgemäß mindestens teilweise vertikal ausgerichtet ist.
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Eine mindestens teilweise vertikale Ausrichtung bezeichnet eine Ausrichtung, die nicht horizontal ist. Weiterbildungsgemäß ist die optische Achse der ersten Kamera also um einen von Null abweichenden Winkel gegenüber der Horizontalen verschwenkt. Insbesondere kann dieser Winkel 90° betragen. Dies entspricht einer ohne Einschränkungen vertikalen Ausrichtung der ersten Kamera. Bevorzugt wird ein Verschwenkungswinkel der ersten Kamera, der in einem Bereich von 10 bis 80°, 20 bis 70°, 30 bis 60° oder 40 bis 50° liegt.
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In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ist die erste Kamera so ausgerichtet, dass sie in der Lage ist, das erste Muster zu erfassen, wenn der Anhänger an das Fahrzeug angehängt ist. Das erste Muster wird genau dann von der ersten Kamera erfasst, wenn es in dem von der ersten Kamera aufgenommenen Bild enthalten ist, d. h. wenn ein Abbild des ersten Musters Bestandteil des von der ersten Kamera aufgenommen Bildes ist.
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Die Auswerteeinheit ist bevorzugt weitergebildet, anhand der Position des ersten Musters bzw. des Abbildes des ersten Musters in dem Bild eine Entfernung des ersten Musters zu einem Referenzpunkt zu ermitteln. Der Referenzpunkt ist relativ zu der ersten Kamera feststehend. Diese weiterbildungsgemäße Ermittlung der Entfernung des ersten Musters ist, wie eingangs beschrieben, aufgrund der horizontal versetzten Anordnung der ersten Kamera und des ersten Musters im Nachbereich besonders genau.
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Die Position des ersten Musters in dem Bild lässt sich definieren als eine Position eines Referenzpunktes des ersten Musters bzw. dessen Abbildes in dem von der Kamera aufgenommenen Bild. Da es sich um ein zweidimensionales Bild handelt, ist die Position in dem Bild gleichbedeutend mit einer zweidimensionalen Ortsangabe. Insbesondere lässt sich die Position durch genau zwei Bildkoordinaten festlegen.
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Die erste Kamera ist für die Erkennung des ersten Musters im Nahbereich optimiert. Um den Anhänger auch ankoppeln zu können, wenn er sich in weitere Entfernung von dem Fahrzeug befindet, umfasst eine darüber hinaus bevorzugte Weiterbildung die oben bereits erwähnte zweite Kamera und ein zweites Muster. Die zweite Kamera ist gegenüber der ersten Kamera in Richtung der Horizontalen verkippt. Dies gilt insbesondere für die optischen Achsen der beiden Kameras, d. h. die optische Achse der zweiten Kamera ist gegenüber der optischen Achse der ersten Kamera in Richtung der Horizontalen verkippt. Ein Winkel, den die optische Achse der zweiten Kamera mit der Horizontalen einschließt, ist betragsmäßig kleiner als ein Winkel, den die optische Achse der ersten Kamera mit der Horizontalen einschließt.
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Insbesondere kann die zweite Kamera horizontal ausgerichtet sein. In diesem Fall verläuft die optische Achse der zweiten Kamera parallel zu der Horizontalen.
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Die gegenüber der ersten Kamera in Richtung der horizontalen verkippte Ausrichtung der zweiten Kamera bedingt, dass mindestens ein Teil des zweiten Musters gegenüber dem oben genannten Teil des ersten Musters in Richtung der Vertikalen verkippt ist. Dies ist gleichbedeutend mit einer Verkippung des Teils des zweiten Musters gegenüber dem Teil des ersten Musters in Richtung einer vertikal, d. h. orthogonal zu der Horizontalen verlaufenden Geraden. Ein Winkel, den der Teil des zweiten Musters und diese Gerade einschließen, ist betragsmäßig kleiner als ein Winkel, den der Teil des ersten Musters und diese Gerade einschließen.
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Vorzugsweise ist der Teil des zweiten Musters ohne Einschränkungen vertikal, d. h. orthogonal zu der Horizontalen ausgerichtet.
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Bevorzugt sind das Fahrzeug und der Anhänger mit jeweils einer Kupplungshälfte weitergebildet. Bei den Kupplungshälften handelt es sich um Bestandteile der Kupplung. Durch eine formschlüssige Verbindung zwischen einer ersten Kupplungshälfte, mit welcher der Anhänger versehen ist und einer zweiten Kupplungshälfte mit welcher das Fahrzeug versehen ist, ist der Anhänger an das Fahrzeug anhängbar, ankoppelbar bzw. mit dem Fahrzeug verbindbar.
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Die Auswerteeinheit ist weiterbildungsgemäß in der Lage, anhand des ersten Musters, insbesondere unter Verwendung der wie oben beschrieben ermittelten Entfernungen eine Position der ersten Kupplungshälfte und der zweiten Kupplungshälfte relativ zueinander zu ermitteln. Diese Position wiederum lässt sich zur Ermittlung einer Trajektorie zum Koppeln des Anhängers an das Fahrzeug verwenden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
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1 einen Ackerschlepper;
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2 eine Seitenansicht eines Anhängers; und
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3 eine Aufsicht des Anhängers.
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Ein Ackerschlepper 101 gemäß 1 ist mit einer ersten Kamera 103 und einer zweiten Kamera 105 versehen. Die erste Kamera 103 und die zweite Kamera 105 befinden sich im Heckbereich des Ackerschleppers 101 und erfassen jeweils einen Bereich hinter dem Ackerschlepper 101.
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Eine optische Achse 107 der ersten Kamera 103 ist aus der Vertikalen heraus nach unten verkippt. Eine optische Achse 109 der zweiten Kamera 105 hingegen verläuft horizontal. Weiterhin ist die erste Kamera 103 höher angeordnet als die zweite Kamera 105.
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Die zweite Kamera 105 ist auf Höhe einer Deichsel 201 eines in 2 dargestellten Anhängers 203 angeordnet. Die Deichsel 201 ist mit einem ersten Schild 205 und einem zweiten Schild 207 versehen.
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Das erste Schild 205 weist ein erstes Muster auf, das zweite Schild 207 ein zweites Muster. Das erste Muster und das zweite Muster sind so gestaltet, dass sie sich von der Umgebung abheben, so dass sie in den von der ersten Kamera 103 und der zweiten Kamera 105 aufgenommenen Bilder automatisiert erkannt werden können.
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Das erste Schild 205 ist horizontal ausgerichtet. Dabei weist das erste Muster nach oben. Das zweite Schild ist vertikal ausgerichtet. Von dem Anhänger 203 aus betrachtet weist das zweite Muster nach vorne bzw. in Fahrtrichtung.
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Ein drittes, mit einem dritten Muster versehenes Schild 301 zeigt 3. Das dritte Schild 301 ist an der Deichsel 201 angebracht und ebenso wie das zweite Schild 207 vertikal ausgerichtet. Zusammen mit dem zweiten Schild 207 dient das dritte Schild 301 dazu, die Position des Anhängers 203 über weitere Distanzen zu ermitteln.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Ackerschlepper
- 103
- erste Kamera
- 105
- zweite Kamera
- 107
- optische Achse der ersten Kamera
- 109
- optische Achse der zweiten Kamera
- 201
- Deichsel
- 203
- Anhänger
- 205
- erstes Schild
- 207
- zweites Schild
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2513393 [0002]
- WO 2013/130479 [0003]
