DE102016213377B4 - Method for clearance height detection - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Durchfahrtshöhe (H1,2,3) einer mit einem Fahrzeug (1) zu unterfahrenden vertikalen Engstelle, dadurch gekennzeichnet, dassa) die vorausliegende Fahrbahn (2) mit einer monokularen Kamera (4) aufgenommen wird und in der aufgenommenen Bilderfolge markante Merkmale identifiziert werden, aus denen mit Bezug auf ein Fahrzeugkoordinatensystem eine virtuelle 3D-Abildung der Fahrzeugumgebung erzeugt wird,b) ein virtuelles Höhenprofil der vorausliegenden Fahrbahn (2) mit einer Kamera erstellt wird undc) in der virtuellen 3D-Abbildung der Fahrzeugumgebung potentielle Hindernisse identifiziert werden, indem der Abstand zwischen einem potentiellen Hindernis und der Fahrbahn (2) bestimmt wird, wobei ein Warnsignal abgeben wird und/oder ein Bremseingriff erfolgt, wenn der Abstand zwischen einem detektierten Hindernis und der Fahrbahn (2) einen kritischen und vorgebbaren Wert unterschreitet, wobeid) der Abstand zwischen dem potenziellen Hindernis und der Fahrbahn (2) senkrecht zu einer Horizontalen (10) ermittelt wird, sofern die vorausliegende Fahrbahn (2) eine Krümmung aufweist, die einen kritischen Wert nicht überschreitet und/odere) der Abstand zwischen dem potenziellen Hindernis und der Fahrbahn (2) senkrecht zur Fahrbahnoberfläche (2) ermittelt wird, sofern die vorausliegende Fahrbahn (2) eine Krümmung aufweist, die einen kritischen Wert überschreitet.Method for determining the headroom (H1,2,3) of a vertical bottleneck to be driven under with a vehicle (1), characterized in that a) the road ahead (2) is recorded with a monocular camera (4) and prominent in the recorded sequence of images Features are identified from which a virtual 3D image of the vehicle environment is generated with reference to a vehicle coordinate system, b) a virtual height profile of the road ahead (2) is created with a camera and c) potential obstacles are identified in the virtual 3D image of the vehicle environment are determined by determining the distance between a potential obstacle and the roadway (2), a warning signal being emitted and/or braking intervention taking place when the distance between a detected obstacle and the roadway (2) falls below a critical and predeterminable value, whereind) the distance between the potential obstacle and the roadway (2) is determined perpendicular to a horizontal (10) if the roadway (2) ahead has a curvature that does not exceed a critical value and/ore) the distance between the potential Obstacle and the road (2) is determined perpendicular to the road surface (2), provided that the road ahead (2) has a curvature that exceeds a critical value.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Durchfahrtshöhe einer mit einem Fahrzeug zu unterfahrenden Engstelle.The present invention relates to a method for determining the headroom of a bottleneck to be driven under by a vehicle.

Im Straßenverkehr kommt es sowohl außerorts als auch innerorts regelmäßig zu Situationen, bei denen Fahrzeugführer mit nicht unterfahrbaren vertikalen Engstellen konfrontiert werden. Insbesondere bei Einfahrten in Parkhäuser, Tiefgaragen und Unterführungen ist die Durchfahrtshöhe begrenzt. Auch niedrig hängende Äste können ein solches Hindernis darstellen.In road traffic, situations regularly arise both outside and inside towns in which drivers are confronted with vertical bottlenecks that cannot be passed through. The clearance height is limited, particularly at entrances to multi-storey car parks, underground car parks and underpasses. Low-hanging branches can also pose such an obstacle.

In solchen Situationen muss der Fahrzeugführer sowohl die Höhe des eigenen Fahrzeugs als auch die lichte Höhe der vertikalen Engstelle einschätzen, um eine Kollision zu vermeiden, die ansonsten zu massiven Fahrzeug- und Personenschäden führen kann.In such situations, the driver must estimate both the height of his own vehicle and the clear height of the vertical bottleneck in order to avoid a collision, which could otherwise lead to massive vehicle damage and personal injury.

Es hat bereits mehrfach Versuche einer automatischen Durchfahrtshöhenerkennung für Fahrzeuge gegeben, die jedoch entweder ungenügende Ergebnisse lieferten und/oder mit erheblichen Kosten verbunden waren, was beides nachteilbehaftet ist.There have already been several attempts at automatic headroom detection for vehicles, but they either delivered unsatisfactory results and/or were associated with considerable costs, both of which have disadvantages.

Die Bestimmung der Durchfahrtshöhe mit einem Ultraschallsensor, wie es beispielsweise in DE 10 2004 015 749 A1 beschrieben ist, setzt in der Praxis voraus, dass sich das Fahrzeug langsam an das vertikale Hindernis annähert, was im fließenden Verkehr nicht umsetzbar ist.Determining the headroom with an ultrasonic sensor, such as in DE 10 2004 015 749 A1 described requires in practice that the vehicle slowly approaches the vertical obstacle, which cannot be implemented in flowing traffic.

Die alternative Verwendung eines Radarsensors, was ebenfalls in DE 10 2004 015 749 A1 offenbart ist, ist aufgrund der eingeschränkt möglichen Winkelmessung nicht exakt genug, weil bereits eine abweichende Messung von 2° bei einer Entfernung von 30 m zu einer Ungenauigkeit von ± 1,05 m führt. Ferner ist bei Radarsensoren der vertikale Öffnungswinkel gering, so dass vergleichsweise hohe Hindernisse im Nahbereich nicht erfasst werden können.The alternative use of a radar sensor, which is also in DE 10 2004 015 749 A1 is disclosed is not precise enough due to the limited possible angle measurement, because even a deviating measurement of 2° at a distance of 30 m leads to an inaccuracy of ± 1.05 m. Furthermore, the vertical opening angle of radar sensors is small, so that comparatively high obstacles in the close range cannot be detected.

Für die Anwendung eines optischen Systems zur Durchfahrtshöhenerkennung, wie es in DE 10 2006 041 651 A1 angedacht wird, haben sich automotive 3D-Kameras ebenfalls als nachteilbehaftet herausgestellt, weil diese eine geringe Auflösung besitzen und insofern vertikale Hindernisse erst bei einer geringen Entfernung zuverlässig detektierbar sind, was unmittelbar mit einer verspäteten Warnung vor dem Hindernis verbunden ist. Darüber hinaus setzt die Verwendung von 3D-Kameras die Aussendung eines Lichtsignals voraus, wodurch die Kamera um ein Zusatzmodul erweitert werden müsste. Schließlich scheidet die Verwendung von automotiven 3D-Kameras aufgrund der Störempfindlichkeit gegenüber anderer Lichtquellen, wie beispielsweise dem entgegenkommenden Straßenverkehr, aus.For the use of an optical system for headroom detection, as described in DE 10 2006 041 651 A1 is being considered, automotive 3D cameras have also proven to be disadvantageous because they have a low resolution and vertical obstacles can only be reliably detected at a short distance, which is directly associated with a delayed warning of the obstacle. In addition, the use of 3D cameras requires the emission of a light signal, which would require the camera to be expanded with an additional module. Ultimately, the use of automotive 3D cameras is ruled out due to their sensitivity to interference from other light sources, such as oncoming traffic.

Stereokameras benötigen einen relativ großen Bauraum, um ausreichend Platz für zwei Linsen zu schaffen, was das Sichtfeld des Fahrers einschränkt. Schließlich besitzt das Tiefenbild solcher Stereokameras eine vergleichsweise geringe Reichweite, was zu Funktionseinschränkungen bei hohen Fahrgeschwindigkeiten führt.Stereo cameras require a relatively large installation space to create enough space for two lenses, which limits the driver's field of vision. Finally, the depth image of such stereo cameras has a comparatively short range, which leads to functional restrictions at high driving speeds.

DE 10 2009 040 170 A1 offenbart ein Sensorfahrwerksystem, das eine Monokamera aufweisen kann und das ausgerichtet ist, um mittels einer Sensoreinheit den Fahrbahnbereich vor und/oder hinter und/oder unter und/oder über dem Fahrzeug zu erfassen, wobei in einer elektronischen Auswerteeinheit bestimmt wird, ob das Kraftfahrzeug, insbesondere im aktuellen Zustand, bezogen auf den sich voraus oder rückwärtig befindenen Fahrbahnbereich, eine maximale Durchfahrtshöhe einhält oder unterschreitet und/oder eine ausreichende Bodenfreiheit aufweist. DE 10 2009 040 170 A1 discloses a sensor chassis system which can have a mono camera and which is aligned in order to detect the road area in front of and/or behind and/or below and/or above the vehicle by means of a sensor unit, it being determined in an electronic evaluation unit whether the motor vehicle, especially in the current state, based on the roadway area ahead or behind, maintains or falls below a maximum clearance height and/or has sufficient ground clearance.

DE 699 32 021 T2 offenbart ein dreidimensionales Darstellungssystem mit einer einzelnen Kamera für Fahrzeuge, wobei dieses System auf die Bestimmung eines horizontalen Abstandes bezogen ist. DE 699 32 021 T2 discloses a three-dimensional display system with a single camera for vehicles, this system being related to the determination of a horizontal distance.

Ferner wird in DE 10 2013 222 846 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung der Durchfahrtsmöglichkeit eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren berücksichtigt auch einen nicht ebenen Verlauf einer Fahrbahn unterhalb eines Hindernisses, so dass auch vertikale Engstellen registriert werden, wenn die herkömmlich bemessende Höhe des Hindernisses eigentlich für eine Durchfahrt mit dem betroffenen Fahrzeug ausreichen dürfte.Furthermore, in DE 10 2013 222 846 A1 a method and a device for detecting whether a vehicle can pass through are described. The method also takes into account a non-level course of a road below an obstacle, so that vertical bottlenecks are also registered if the conventionally measured height of the obstacle should actually be sufficient for the affected vehicle to pass through.

DE 10 2012 200 127 A1 beschreibt die Tiefenbildberechnung mit einer Monokamera durch eine definierte Trajektorie. DE 10 2012 200 127 A1 describes the depth image calculation with a mono camera through a defined trajectory.

Schließlich sind nach dem Stand der Technik DE 10 2014 017 128 A1 bekannt, worin ein Kraftfahrzeug mit einer Kamera und einem Fahrassistenzsystem offenbart ist.Finally, according to the state of the art DE 10 2014 017 128 A1 known, in which a motor vehicle with a camera and a driving assistance system is disclosed.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung der Durchfahrtshöhe einer mit einem Fahrzeug zu unterfahrenden Engstelle anzugeben, die/das die zuvor genannten Nachteile ausräumt. Insbesondere soll eine zuverlässige, ressourcenschonende Durchfahrtshöhenbestimmung im Nah- und Fernbereich angegeben werden, was auch bei hohen Geschwindigkeiten eine genaue Erkennung von Hindernissen gewährleistet.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a method for determining the headroom of a bottleneck to be driven under by a vehicle, which eliminates the disadvantages mentioned above. In particular, a reliable, resource-saving clearance height determination should be specified in the short and long range, which ensures accurate detection of obstacles even at high speeds.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.This task is solved by the method according to claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist mehrere Verfahrensschritte auf, auf die im folgenden und mit Hinweis auf optionale und bevorzugte Ausgestaltungen eingegangen wird.The method according to the invention has several method steps, which will be discussed below and with reference to optional and preferred embodiments.

Zunächst wird die vorausliegende Fahrbahn mit einer monokularen Kamera aufgenommen und es werden in der ausgenommenen Bilderfolge markante Merkmale identifiziert, aus denen mit Bezug auf ein Fahrzeugkoordinatensystem eine virtuelle 3D-Abbildung der Fahrzeugumgebung erzeugt wird. Genauer gesagt werden initial markante Merkmale in einem Einzelbild der monokularen Kamera identifiziert. Diese Merkmale werden in den nachfolgenden Bildern des Bildstroms erneut detektiert. Aus der Verschiebung der Merkmale innerhalb der Bilderfolge werden über ein Triangulationsverfahren relative 3D-Positionen der Merkmale bestimmt. Für eine Skalierung im Fahrzeugkoordinatensystem wird die Eigenbewegung des Fahrzeugs berücksichtigt. Aus diesen Informationen wird eine virtuelle 3D-Abbildung der vorausliegenden Fahrzeugumgebung erzeugt.First, the road ahead is recorded with a monocular camera and distinctive features are identified in the captured image sequence, from which a virtual 3D image of the vehicle's surroundings is generated with reference to a vehicle coordinate system. More precisely, distinctive features are initially identified in a single image from the monocular camera. These features are detected again in the subsequent images of the image stream. From the displacement of the features within the image sequence, relative 3D positions of the features are determined using a triangulation process. The vehicle's own movement is taken into account for scaling in the vehicle coordinate system. This information is used to create a virtual 3D image of the vehicle environment ahead.

Ferner wird ein virtuelles Höhenprofil der vorausliegenden Fahrbahn mit einer Kamera erstellt. Hierzu können aus der bereits vorhandenen virtuellen 3D-Abbildung der Fahrzeugumgebung die Punkte bestimmt werden, die dem vorausliegenden Fahruntergrund zuzuordnen sind, woraus das Höhenprofil berechnet wird. Um den Verlauf der vorausliegenden Fahrbahn zu ermitteln, können auch Spurinformationen aus dem aktuellen (zweidimensionalen) Kamerabild die dreidimensionalen Punkte der virtuellen Fahrzeugumgebung und/oder eine Prädiktion der aktuellen Eigenbewegung des Fahrzeugs genutzt werden.Furthermore, a virtual height profile of the road ahead is created using a camera. For this purpose, the points that can be assigned to the driving surface ahead can be determined from the existing virtual 3D image of the vehicle's surroundings, from which the height profile is calculated. In order to determine the course of the road ahead, lane information from the current (two-dimensional) camera image, the three-dimensional points of the virtual vehicle environment and/or a prediction of the vehicle's current movement can also be used.

Zeitgleich werden in der virtuellen 3D-Abbildung der Fahrzeugumgebung potentielle Hindernisse identifiziert, indem der Abstand zwischen einem potentiellen Hindernis und der Fahrbahn bestimmt wird, wobei ein Warnsignal abgegeben wird und/oder ein Bremseingriff erfolgt, wenn der Abstand zwischen einem detektierten Hindernis und der Fahrbahn einen kritischen und vorgebbaren Wert unterschreitet. Unterstützend für die Hinderniserkennung werden im zweidimensionalen Bild Algorithmen zur Kantendetektion angewendet. Die detektierten Kanten werden ebenfalls trianguliert und der dreidimensionalen Fahrzeugumgebung als Linie im Raum hinzugefügt. Zur Erhöhung der Detektionsrate von Hindernissen können zusätzlich lernende Algorithmen angewendet werden, wie beispielsweise Deep Learning. Diese Algorithmen können zuvor extern auf vertikale Hindernisse trainiert werden und sind dann in der Lage, Objekte innerhalb des Bildstroms als potentielle Hindernisse zu identifizieren.At the same time, potential obstacles are identified in the virtual 3D image of the vehicle's surroundings by determining the distance between a potential obstacle and the road, with a warning signal being emitted and/or braking intervention occurring when the distance between a detected obstacle and the road is one falls below the critical and predeterminable value. To support obstacle detection, edge detection algorithms are used in the two-dimensional image. The detected edges are also triangulated and added to the three-dimensional vehicle environment as a line in space. To increase the detection rate of obstacles, additional learning algorithms can be used, such as deep learning. These algorithms can be previously trained externally for vertical obstacles and are then able to identify objects within the image stream as potential obstacles.

Es wurde bereits angesprochen, dass ein Warnsignal (vorzugsweise optisch und/oder akustisch) abgegeben wird, wenn der Abstand zwischen einem detektieren Hindernis und der Fahrbahn einen kritischen Wert unterschreitet. Die Bestimmung des Abstands zwischen den potentiellen Hindernissen und der Fahrbahn erfolgt fallabhängig und in zumindest zwei unterschiedlichen Weisen. In erster Näherung kann die Abstandsbestimmung entlang einer Geraden, die senkrecht zur Aufstandsebenen des Fahrzeugs angeordnet ist erfolgen, was eine schnelle und ressourcenschonende Abstandsbestimmung darstellt. Für den Fall einer ebenen Fahrbahn ist diese Berechnungsmethode präzise und liefert den tatsächlichen Abstand und mithin die zur Verfügung stehende Durchfahrtshöhe.It has already been mentioned that a warning signal (preferably visual and/or acoustic) is emitted when the distance between a detected obstacle and the road falls below a critical value. The distance between the potential obstacles and the road is determined depending on the case and in at least two different ways. In a first approximation, the distance determination can take place along a straight line that is arranged perpendicular to the contact plane of the vehicle, which represents a quick and resource-saving distance determination. In the case of a flat road, this calculation method is precise and provides the actual distance and therefore the available clearance height.

Wird abweichend hiervon ein dreidimensionaler Fahruntergrund registriert, wird die Durchfahrtshöhe zunächst lotrecht (senkrecht) zu einer Horizontalen bestimmt, deren Lage aufgrund der feststellbaren Fahrzeugneigung bekannt ist.
Sollte festgestellt werden, dass eine etwaige Krümmung des vorausliegenden Fahruntergrundes einen kritischen Wert überschreitet, wird das virtuelle dreidimensionale Höhenprofil im Bereich des potentiellen Hindernisses untersucht und es wird der tatsächliche Abstand zwischen der Fahrbahnoberfläche und dem Hindernis ermittelt, der vertikal zur Fahrbahnoberfläche zu bestimmen ist. Im Fall einer ebenen Fahrbahn, die unabhängig hiervon ein konstantes positives oder negatives Gefälle aufweisen kann, sind die Messergebnisse identisch und eine Überprüfung ist entbehrlich, weshalb bereits der ressourcenschonende Algorithmus korrekte Werte bestimmt.If, in deviation from this, a three-dimensional driving surface is registered, the clearance height is initially determined perpendicular to a horizontal, the position of which is known based on the detectable vehicle inclination.
If it is determined that any curvature of the driving surface ahead exceeds a critical value, the virtual three-dimensional height profile in the area of the potential obstacle is examined and the actual distance between the road surface and the obstacle is determined, which is to be determined vertically to the road surface. In the case of a level road, which can have a constant positive or negative gradient regardless of this, the measurement results are identical and a check is unnecessary, which is why the resource-saving algorithm already determines correct values.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend und in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the method according to the invention are specified below and in the subclaims.

Sollte der Fahrzeugführer auf das Warnsignal nicht reagieren, erfolgt ein automatischer Bremseingriff bis hin zum Stillstand des Fahrzeugs vor dem detektierten Hindernis. Die Durchfahrtshöhenerkennung kann zudem mit den vorhergesagten Streckendaten (PSD) und einer zusätzlichen Verkehrszeichenerkennung kombiniert werden. Die vorhergesagten Streckendaten beinhalten relative Informationen über die in der Navigation vorgeschlagene Route. Dabei können die Höhen von Brücken, Parkhäusern, Einfahrten hinterlegt werden und so vorab eine adäquate Route ausgewählt werden. Die Verkehrszeichenerkennung erfasst die Schilder zur Durchfahrtshöhenbegrenzung, deren Inhalt mit der Berechnung der Durchfahrtshöhe abgeglichen werden kann.If the vehicle driver does not respond to the warning signal, the brakes are automatically intervened until the vehicle comes to a standstill in front of the detected obstacle. The clearance height detection can also be combined with the predicted route data (PSD) and additional traffic sign recognition. The predicted route data contains relative information about the route suggested in the navigation. The heights of bridges, parking garages and entrances can be stored and an appropriate route can be selected in advance. Traffic sign recognition detects the clearance height limit signs, the content of which can be compared with the calculation of the clearance height.

Ferner ist das vorgeschlagene Verfahren mit weiterer Umfeldsensorik kombinierbar, wie beispielsweise Radar- oder Lidarsystemen. Dabei können die Sensoren komplementär fusioniert werden.Furthermore, the proposed method can be combined with other environmental sensors, such as radar or lidar systems. The sensors can be fused in a complementary manner.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich oder alternativ zur Bestimmung des Höhenprofils des Fahruntergrundes mit der monokularen Kamera eine Area-View-Kamera eingesetzt wird. Konkret werden in diesem Fall zur Erstellung des dreidimensionalen Höhenprofils der vorausliegenden Fahrbahn in definierten Zeitabständen Bilder der Fahrbahn mittels der Area-View-Kamera aufgenommen, auf denen relevante Merkmalspunkte der Fahrbahn identifiziert werden, deren Verschiebung in der Bilderfolge eine Bestimmung der jeweiligen Position erlaubt. Die aus dem Bildfluss der Area-View-Kamera erzeugten dreidimensionalen Punkte werden der dreidimensionalen Fahrzeugumgebung hinzugefügt, die durch die monokulare Kamera erzeugt wurden. Die ausschließliche Verwendung der monokularen Kamera, mit der auch die potentiellen Hindernisse detektiert werden, ist vorteilhaft für die Erstellung des virtuellen dreidimensionalen Höhenprofils, weil lediglich eine Kamera für die Erstellung des Höhenprofils und die Erkennung der Hindernisse eingesetzt wird. Hierdurch ergeben sich nicht nur Raumvorteile, sondern das Verfahren kann ressourcenschonend angewendet werden. Auch sind Fehlberechnungen aufgrund ungenau vermessener Tiltwinkel der Kameras ausgeschlossen.According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that an area view camera is used additionally or alternatively to determine the height profile of the driving surface with the monocular camera. Specifically, in this case, to create the three-dimensional height profile of the road ahead, images of the road are taken at defined time intervals using the area view camera, on which relevant feature points of the road are identified, the displacement of which in the image sequence allows the respective position to be determined. The three-dimensional points generated from the image flow of the area view camera are added to the three-dimensional vehicle environment generated by the monocular camera. The exclusive use of the monocular camera, which also detects potential obstacles, is advantageous for creating the virtual three-dimensional height profile because only one camera is used to create the height profile and detect the obstacles. This not only results in space advantages, but the process can also be used in a resource-saving manner. Miscalculations due to inaccurately measured camera tilt angles are also excluded.

Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Durchfahrtshöhe besitzt eine monokulare Kamera, mit der die vorausliegende Fahrbahn des Fahrzeugs aufgenommen wird und mit der potentielle Hindernisse identifiziert werden, um deren Position in einem dreidimensionalen virtuellen Höhenprofil zu bestimmen. Im Vergleich zu einer anderen Sensorik (Bifokale/Trifokale Kamera, Laserscanner etc.) ist die Verwendung einer monokularen Kamera wesentlich kostengünstiger und wird bereits erfolgreich für eine Vielzahl anderer Fahrer- und Fahrzeugassistenzsysteme verwendet. Dies vereinfacht eine Package- und Funktionsintegration ins Fahrzeug erheblich.A device for determining the clearance height has a monocular camera with which the road ahead of the vehicle is recorded and with which potential obstacles are identified in order to determine their position in a three-dimensional virtual height profile. Compared to other sensor technology (bifocal/trifocal camera, laser scanner, etc.), the use of a monocular camera is significantly more cost-effective and is already being used successfully for a variety of other driver and vehicle assistance systems. This significantly simplifies package and function integration into the vehicle.

Vorzugsweise weist die monokulare Kamera einen horizontalen Öffnungswinkel von mindestens 75° auf, wobei der Öffnungswinkel auch abhängig von den dynamischen Grenzen des Fahrzeugs sein kann. Eine kleinere maximale Querbeschleunigung führt hierbei zu einem kleineren horizontalen Öffnungswinkel. Der vertikale Öffnungswinkel beträgt ebenfalls mindestens 75°. Dabei ist die Kamera vorzugsweise mit einem Tiltwinkel von 0° gegenüber der Fahrbahn ausgerichtet und die Kamera ist bevorzugt auf halber Fahrzeughöhe angeordnet, was die Abstandsberechnung nicht nur vereinfacht sondern auch zu genaueren Ergebnissen führt. Bei dieser Ausrichtung können insbesondere beim Losfahren Hindernisse detektiert werden, die 5 m vor dem Fahrzeug und in einer Höhe von 4 m sind.The monocular camera preferably has a horizontal opening angle of at least 75°, whereby the opening angle can also be dependent on the dynamic limits of the vehicle. A smaller maximum lateral acceleration leads to a smaller horizontal opening angle. The vertical opening angle is also at least 75°. The camera is preferably aligned with a tilt angle of 0° relative to the road and the camera is preferably arranged at half the height of the vehicle, which not only simplifies the distance calculation but also leads to more precise results. With this orientation, obstacles that are 5 m in front of the vehicle and at a height of 4 m can be detected, especially when driving off.

Die Vorrichtung zur Bestimmung der Durchfahrtshöhe kann auch für das Rückwärtsfahren angewendet werden. Dafür ist eine monokulare Kamera im Fahrzeug so anzuordnen, dass die rückwärtige Fahrbahn erfasst wird.The device for determining the headroom can also be used for reversing. To do this, a monocular camera must be arranged in the vehicle in such a way that the rear lane is recorded.

Konkrete Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der 1 bis 4 beschrieben, die unterschiedliche Situationen bei der Durchfahrtshöhenbestimmung zeigen.Specific embodiments of the invention are described below with reference to 1 until 4 described, which show different situations when determining the clearance height.

1 zeigt ein Fahrzeug 1, dass auf einer horizontalen Fahrbahn 2 in Fahrrichtung 3 fährt. Das Fahrzeug 1 besitzt eine monokulare Kamera 4, die mit einem vertikalen Öffnungswinkel α von mindestens 75° die vorausliegende Umgebung aufnimmt. Gegenüber der Aufstandsebenen 5 des Fahrzeugs 1, die durch die Aufstandspunkte der Räder 8 auf der Fahrbahn 2 definiert ist, weist die Kamera 4 einen Tiltwinkel von 0° auf. Weil in 1 eine ebene Fahrbahn 2 dargestellt ist, die mit der Aufstandsebenen 5 zusammenfällt, ist die optische Achse 9 der monokularen Kamera 4 parallel zur Fahrbahn 2 ausgerichtet. 1 shows a vehicle 1 that is traveling on a horizontal roadway 2 in the direction of travel 3. The vehicle 1 has a monocular camera 4, which records the surroundings ahead with a vertical opening angle α of at least 75°. Compared to the contact planes 5 of the vehicle 1, which is defined by the contact points of the wheels 8 on the road 2, the camera 4 has a tilt angle of 0°. Because in 1 a flat roadway 2 is shown, which coincides with the contact plane 5, the optical axis 9 of the monocular camera 4 is aligned parallel to the roadway 2.

Die Kamera 4 nimmt in definierten Zeitpunkten die vorausliegende Fahrzeugumgebung auf und es werden automatisch markante Merkmale identifiziert. Im dargestellten Beispiel sind dies Punkte auf der Fahrbahnoberfläche 2 und die Kante 6 als potentielles Hindernis. Aus der Verschiebung der Punkte im Bilderstrom lässt sich mit Bezug auf ein Fahrzeugkoordinationensystem die relative Position der Merkmale bestimmen. Insbesondere lässt sich der Abstand der Kante 6 zur Aufstandsebenen 5 des Fahrzeugs 1 bestimmen, was eine erste Näherung der vorausliegenden Durchfahrtshöhe H1 darstellt und für hinreichend ebene Fahrbahnoberflächen ausreicht. 1 zeigt, dass die Durchfahrtshöhe H1 vertikal zur Fahrbahn 2 und zur aktuellen Aufstandsebenen 5 ist. Weil die Durchfahrtshöhe H1 geringfügig größer ist als die Fahrzeughöhe HF wird im vorliegenden Fall kein Warnsignal abgegeben und das Hindernis bzw. die Kante 6 kann unterfahren werden.The camera 4 records the vehicle environment ahead at defined times and distinctive features are automatically identified. In the example shown, these are points on the road surface 2 and the edge 6 as a potential obstacle. The relative position of the features can be determined from the displacement of the points in the image stream with reference to a vehicle coordination system. In particular, the distance between the edge 6 and the contact planes 5 of the vehicle 1 can be determined, which represents a first approximation of the headroom H 1 ahead and is sufficient for sufficiently flat road surfaces. 1 shows that the headroom H 1 is vertical to the roadway 2 and the current contact level 5. Because the clearance height H 1 is slightly greater than the vehicle height H F , no warning signal is given in the present case and the obstacle or edge 6 can be driven under.

2 zeigt eine Situation, bei der die Fahrbahn 2 eine konstante (negative) Neigung gegenüber einer Horizontalen 10 besitzt. Auch in diesem Fall führt eine Abstandsberechnung zwischen dem Hindernis 6 und der Aufstandsebenen 5 zum korrekten Ergebnis der Höhe H2 und die Näherung kann zur Bestimmung der Durchfahrtshöhe H2 ohne weiteres verwendet werden. 2 shows a situation in which the road 2 has a constant (negative) inclination relative to a horizontal 10. In this case too, a distance calculation between the obstacle 6 and the contact plane 5 leads to the correct result of the height H 2 and the approximation can easily be used to determine the clearance height H 2 .

Anders hingegen stellt sich die Situation in 3 dar. Dort weist die vorausliegende Fahrbahn 2 einen Knick 11 auf und der Abstand H1 zur Aufstandsebenen 5 lässt eine hinreichende Durchfahrtshöhe H1 vermuten. In einem solchen Fall, in dem ein gekrümmter bzw. nicht ebener Fahrbahnverlauf 2 detektiert wird, wird im Rahmen einer zweiten Näherung die Durchfahrtshöhe H2 lotrecht zu einer Horizontalen 10 bestimmt. Weil im dargestellten Ausführungsbeispiel die Fahrbahn 2 unmittelbar unterhalb der Kante 6 ebenfalls horizontal angeordnet ist, entspricht die derart festgestellte Höhe H2 der tatsächlichen Durchfahrtshöhe und die Berechnung ist hinreichend genau.However, the situation is different 3 This is where the road ahead points 2 has a bend 11 and the distance H 1 to the contact plane 5 suggests a sufficient headroom H 1 . In such a case, in which a curved or non-flat roadway 2 is detected, the headroom H 2 is determined perpendicular to a horizontal 10 as part of a second approximation. Because in the exemplary embodiment shown the roadway 2 is also arranged horizontally immediately below the edge 6, the height H 2 determined in this way corresponds to the actual headroom and the calculation is sufficiently accurate.

4 zeigt schließlich eine Situation, bei der weder eine Abstandsbestimmung zur Aufstandsebenen 5 noch eine lotrechte Bestimmung zu einer Horizontalen 10 zum richtigen Ergebnis der Durchfahrtshöhenmessung führt. In diesem Fall ist aufgrund der stark gekrümmten Fahrbahnoberfläche 2 der gesamte Bereich 12 unterhalb der Kante 6 zu untersuchen und es müssen die Punkte auf der Fahrbahnoberfläche 2 herausgefunden werden, bei dem eine Senkrechte zur Fahrbahnoberfläche das Hindernis schneidet. Die hierfür erforderlichen Algorithmen sind im Vergleich zu den beiden anderen Alternativen wesentlich aufwendiger und daher nur in besonderen Fällen anzuwenden, bei denen aufgrund der starken Fahrbahnkrümmung ein Näherungsverfahren zu falschen Ergebnissen führt. 4 finally shows a situation in which neither a distance determination to the contact level 5 nor a vertical determination to a horizontal 10 leads to the correct result of the headroom measurement. In this case, due to the strongly curved road surface 2, the entire area 12 below the edge 6 must be examined and the points on the road surface 2 must be found where a perpendicular to the road surface intersects the obstacle. The algorithms required for this are significantly more complex compared to the other two alternatives and can therefore only be used in special cases in which an approximation method leads to incorrect results due to the strong curvature of the road.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Fahrzeugvehicle
22
Fahrbahnroadway
33
FahrtrichtungDirection of travel
44
monokulare Kameramonocular camera
55
AufstandsebeneInsurgency level
66
KanteEdge
88th
RäderWheels
99
optische Achse der monokularen Kameraoptical axis of the monocular camera
1010
Horizontalehorizontal
1111
Knickkink
1212
Bereich unterhalb der KanteArea below the edge
αα
vertikaler Öffnungswinkel der monokularen Kameravertical opening angle of the monocular camera
H1,2,3H1,2,3
DurchfahrtshöheHeadroom
HFHF
FahrzeughöheVehicle height

Claims (3)

Verfahren zur Bestimmung der Durchfahrtshöhe (H1,2,3) einer mit einem Fahrzeug (1) zu unterfahrenden vertikalen Engstelle, dadurch gekennzeichnet, dass a) die vorausliegende Fahrbahn (2) mit einer monokularen Kamera (4) aufgenommen wird und in der aufgenommenen Bilderfolge markante Merkmale identifiziert werden, aus denen mit Bezug auf ein Fahrzeugkoordinatensystem eine virtuelle 3D-Abildung der Fahrzeugumgebung erzeugt wird, b) ein virtuelles Höhenprofil der vorausliegenden Fahrbahn (2) mit einer Kamera erstellt wird und c) in der virtuellen 3D-Abbildung der Fahrzeugumgebung potentielle Hindernisse identifiziert werden, indem der Abstand zwischen einem potentiellen Hindernis und der Fahrbahn (2) bestimmt wird, wobei ein Warnsignal abgeben wird und/oder ein Bremseingriff erfolgt, wenn der Abstand zwischen einem detektierten Hindernis und der Fahrbahn (2) einen kritischen und vorgebbaren Wert unterschreitet, wobei d) der Abstand zwischen dem potenziellen Hindernis und der Fahrbahn (2) senkrecht zu einer Horizontalen (10) ermittelt wird, sofern die vorausliegende Fahrbahn (2) eine Krümmung aufweist, die einen kritischen Wert nicht überschreitet und/oder e) der Abstand zwischen dem potenziellen Hindernis und der Fahrbahn (2) senkrecht zur Fahrbahnoberfläche (2) ermittelt wird, sofern die vorausliegende Fahrbahn (2) eine Krümmung aufweist, die einen kritischen Wert überschreitet.Method for determining the headroom (H 1,2,3 ) of a vertical bottleneck to be driven under with a vehicle (1), characterized in that a) the road ahead (2) is recorded with a monocular camera (4) and in the recorded Striking features are identified in an image sequence, from which a virtual 3D image of the vehicle environment is generated with reference to a vehicle coordinate system, b) a virtual height profile of the road ahead (2) is created with a camera and c) in the virtual 3D image of the vehicle environment Potential obstacles are identified by determining the distance between a potential obstacle and the roadway (2), a warning signal being emitted and/or braking intervention taking place if the distance between a detected obstacle and the roadway (2) is critical and predeterminable value, whereby d) the distance between the potential obstacle and the road (2) is determined perpendicular to a horizontal (10), provided that the road ahead (2) has a curvature that does not exceed a critical value and/or e) the distance between the potential obstacle and the road (2) is determined perpendicular to the road surface (2) if the road ahead (2) has a curvature that exceeds a critical value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem potentiellen Hindernis und der Fahrbahn (2) entlang einer Geraden bestimmt wird, die senkrecht zur Aufstandsebenen (5) des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the distance between the potential obstacle and the roadway (2) is determined along a straight line which is arranged perpendicular to the contact plane (5) of the vehicle (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung des dreidimensionalen Höhenprofils der vorausliegenden Fahrbahn (2) in definierten Zeitabständen Bilder der Fahrbahn (2) mittels der monokularen Kamera (4) oder einer Area-View-Kamera aufgenommen werden, auf denen relevante Merkmalspunkte der Fahrbahn (2) identifiziert werden, deren Verschiebung in der Bilderfolge eine Bestimmung der jeweiligen Position erlaubt.Procedure according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that in order to create the three-dimensional height profile of the road ahead (2), images of the road (2) are taken at defined time intervals using the monocular camera (4) or an area view camera, on which relevant feature points of the road (2 ) can be identified, whose displacement in the sequence of images allows the respective position to be determined.
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