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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Nässe auf einer Fahrbahn nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Zur Erfassung von Nässe auf einer Fahrbahn können Sensoren wie bereits existierende Regensensoren an der Frontscheibe eines Fahrzeugs nur sehr bedingt eingesetzt werden, da es auch ohne Regen zur Nässe auf einer Fahrbahn kommen kann. Aus diesem Grund beschreibt die
DE 10 2016 009 928 A1 ein Verfahren, bei dem Nässe auf einer Fahrbahn über Reflexionen auf der Fahrbahn detektiert werden kann. Hierfür können insbesondere Kameras eingesetzt werden. Häufig wird darüber hinaus die Polarisationseigenschaft des reflektierten Lichts auf der Oberfläche der Fahrbahn detektiert und ausgewertet, insbesondere zusammen mit Kontrastverhältnissen und Farbeigenschaften der Fahrbahn. Dies kann dann für eine Klassifikation der Fahrbahnoberfläche als nass oder trocken herangezogen werden. In der Praxis ist es so, dass solche Lösungen das Problem haben, dass ein entsprechender Bereich für die Erfassung festgelegt werden muss, in der sich dann der relevante auszuwertende Fahrbahnbelag befindet. Zudem benötigen diese Lösungen typischerweise Stereokameras mit Polarisationsfiltern, was sie hinsichtlich der benötigten Hardware sehr aufwendig macht.
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In der genannten
DE 10 2016 009 928 A1 sowie in den beiden darin genannten Schriften
DE 10 2010 063 017 A1 und der
DE 10 2015 015 022 A1 wird unter anderem auch die Gischt, welche von den Reifen eines Fahrzeugs aufgewirbelt wird, ausgewertet, um Nässe auf der Oberfläche der Fahrbahn zu detektieren. Während die beiden älteren Schriften die Gischt im Heckbereich des Fahrzeugs auswerten, was aufgrund einer dort häufig verbauten Kamera recht einfach erscheint, nutzt die Variante in der
DE 10 2016 009 928 A1 Kameras im Bereich der Außenspiegel. Anders als die Kameras im Heckbereich sind diese bei Weitem weniger anfällig gegen Verschmutzung, sodass eine sichere und zuverlässige Auswertung mit diesen in den Außenspiegeln angeordneten Kameras, welche die von den Vorderreifen eines Fahrzeugs aufgewirbelte Gischt erfassen, möglich wird.
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Dennoch ist es in der Praxis so, dass die Auswertung immer noch relativ komplex und unzuverlässig ist. Dies liegt unter anderem daran, dass durch Kameras in den Außenspiegeln die Fahrbahn unterhalb des Fahrzeugs beziehungsweise seitlich neben dem Fahrzeug erfasst wird. Insbesondere bei schneller Fahrt ergibt sich eine deutliche Bewegungsunschärfe des Fahrbahnuntergrunds in den erfassten Bildern. Diese ist über eine herkömmliche Bildauswertung nur mit erheblichem Aufwand von einem recht ähnlichen Bild durch aufgewirbelte Gischt zu unterscheiden.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Verbesserung der Erfassung von Nässe auf einer Fahrbahn mit im Bereich wenigstens eines Außenspiegels erfassten Bildern anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es so, dass - vergleichbar wie im eingangs genannten Stand der Technik - wenigstens eine im Bereich eines Außenspiegels angeordnete Kamera vorhanden ist, welche vom Vorderreifen des Fahrzeugs aufgewirbelte Gischt erfasst. Erfindungsgemäß werden Ausschnitte der erfassten Bilder dann einer Fourier-Transformation unterzogen, gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens einer zweidimensionalen Fourier-Transformation. Anschließend werden die transformierten Bilder bezüglich einer Unschärfe ausgewertet. Prinzipiell kann das mit den gesamten Bildern erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch nur ein für die Erfassung relevanter Ausschnitt der Bilder der Fourier-Transformation unterzogen, insbesondere auch um die Erkennung mit optimierten Rechenaufwand durchführen zu können.
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Eine solche Auswertung der über eine Fourier-Transformation transformierten Bildern hinsichtlich einer Unschärfe, so hat es sich den Erfindern gezeigt, erlaubt sehr einfach und außerordentlich zuverlässig das Erkennen von Gischt, unabhängig von einer eventuellen Bewegungsunschärfe der Fahrbahnoberfläche in den erfassten Bildern.
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Der Hintergrund hierfür liegt darin, dass eine Bewegungsunschärfe bei der Oberfläche der Fahrbahn erkennbar wird, indem die erfassten Bilder Bewegungslinien parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs erkennen lassen. Im erfassten Bild einer trockenen Fahrbahn ohne Gischt resultiert die Fahrzeugbewegung also in einer Unschärfe entlang der Bewegungsrichtung. Die hochfrequenten Anteile in der Fourier-Transformation des relevanten Bildausschnitts liegen also orthogonal zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs. Gischt bewegt sich dagegen in Fahrtrichtung mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie das sie aufwirbelnde Fahrzeug fort und weist eine starke Bewegungskomponenten quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf. Die Anhand der Bewegungsunschärfe in den erfassten Bildern der Gischt erkennbaren Bewegungen der Gischtteilchen weisen somit immer eine Richtungskomponente quer zur Fahrrichtung des Fahrzeugs auf. Ein Oberfläche der Fahrbahn mit Gischt unterscheidet sich hinsichtlich der in den Bildern erfassten Unschärfe, und hier insbesondere in deren Ausrichtung zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs von einer trockenen Fahrbahn.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist es dementsprechend vorgesehen, dass ein Betragsspektrum der transformierten Bilder ausgewertet wird, wobei bei einem Bereich eines höheren Amplitudenbetrags orthogonal zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs auf eine trockene Fahrbahn geschlossen wird, , da die Unschärfe in diesem Fall auf die Bewegungsunschärfe in den erfassten Bildern zurückgeht. Kommt es dahingegen zu einem höheren Amplitudenbetrags in einem von der Orthogonalen zur Bewegungsrichtung abweichenden Bereich, dann kann sehr zuverlässig auf Gischt und damit auf eine nasse Oberfläche der Fahrbahn geschlossen werden. Der Amplitudenbetrag kann dabei zur Auswertung vorzugsweise logarithmisch aufgetragen werden.
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Eine besonders günstige Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es vor, dass als Kamera eine Monokamera verwendet wird. Anders als bei einigen Verfahren im Stand der Technik ist für das erfindungsgemäße Verfahren eine relativ einfache und hinsichtlich ihres Justageaufwands einfach zu montierende Monokamera völlig ausreichend. Durch die Auswertung der Fourier-transformierten Bilder kann auf die Notwendigkeit einer Stereokamera beziehungsweise eines Polarisationsfilters verzichtet werden.
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Wie bereits erwähnt kann es dabei vorgesehen sein, dass der von der Kamera erfasste Bereich quer zur Fahrtrichtung seitlich neben dem Vorderrad und in Fahrtrichtung von der Drehachse des Vorderrads ausgehend nach hinten liegt, so dass also in jedem Fall durch den Einbau der Kamera zuverlässig der Bereich erfasst wird, in welchem bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs die Gischt im Falle einer nassen Fahrbahn zu erwarten ist.
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Die über das erfindungsgemäße Verfahren oder eine seiner Varianten erfasste Tatsache, dass die Fahrbahn nass ist, kann dabei alleine oder insbesondere zusammen mit anderen bekannten Verfahren und daraus generierten Informationen zuverlässig genutzt werden, um eine Klassifikation der Fahrbahn in trocken, nass und gegebenenfalls in einen Grad der auftretenden Nässe vorzunehmen. Diese Daten können dann beispielsweise einem Fahrerassistenzsystem zur Unterstützung eines Fahrers oder einem System zum voll oder teilweise autonomen Fahren des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden. Die einzelnen Merkmale, welche zur Klassifizierung geführt haben, können dabei auch einem lernenden System zur Verfügung gestellt werden, um so die Klassifikation hinsichtlich der Nässe der Oberfläche der Fahrbahn mit zunehmend erfassten Daten gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens fortwährend zu verbessern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird außerdem anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
- 1 Prinzipansicht eines Fahrzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer nassen Fahrbahn von oben;
- 2 ein Betragsspektrum aus einer zweidimensionalen Fourier-Analyse eines Ausschnitts der erfassten Bilder, für den Fall, dass keine Gischt auftritt; und
- 3 ein Betragsspektrum aus einer zweidimensionalen Fourier-Analyse eines Ausschnitts der erfassten Bilder, für den Fall, dass Gischt auftritt.
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In der Darstellung der 1 ist in der Ansicht von oben ein Fahrzeug 1 auf einer beispielhaften Fahrbahn 2 angedeutet. Das Fahrzeug 1 bewegt sich in Fahrtrichtung F vorwärts. Die Fahrbahn 2 soll nass sein. Das Fahrzeug 1 erzeugt deshalb, hier exemplarisch im Bereich von zwei angedeuteten Vorderrädern 3 eingezeichnet, im Bereich quer zur Fahrtrichtung F seitlich des Fahrzeugs 1 und in Fahrtrichtung F von den Vorderrädern 3 aus nach hinten verlaufend jeweils eine mit 4 bezeichnete Gischtwolke. In zwei Seitenspiegeln 5 des Fahrzeugs befindet sich jeweils eine Monokamera 6, welche den Bereich in Fahrtrichtung F seitlich neben dem Fahrzeug 1 und ausgehend von den Vorderrädern 3 entgegen der Fahrtrichtung F erfasst. Damit wird auch die Gischt 4 von der Monokamera 6 erfasst, wenn die Oberfläche der Fahrbahn 2 nass ist und es dementsprechend zu einer Gischtbildung kommt. Dies ist so weit aus dem Stand der Technik bekannt.
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Um nun äußerst einfach und zuverlässig auswerten zu können, ob Gischt vorliegt, oder ob das Bild der jeweiligen Monokameras 6 lediglich eine aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs 1 in Fahrtrichtung F erzeugte Bewegungsunschärfe der Oberfläche der Fahrbahn 2 aufgenommen hat, können die Daten in einer Auswerteeinheit 7 ausgewertet werden. Sie werden dazu einer zweidimensionalen Fourier-Transformation unterzogen. Das Ergebnis dieser Fourier-Transformation ist ein Betragsspektrum, welches hier über zwei Frequenzen v und u aufgetragen ist, wie es in den 2 und 3 dargestellt ist. Die Graustufe der jeweiligen Pixel versinnbildlicht dabei den logarithmischen Amplitudenbetrag, wie es in der Legende zwischen den beiden 2 und 3 angedeutet ist. In der Darstellung der 2 ist nun der Fall gezeigt, bei welchem über die beiden Monokameras 6 keine Gischt, sondern lediglich eine Bewegungsunschärfe bei der Erfassung der Oberfläche der Fahrbahn 2 aufgenommen worden ist. Die größte Unschärfe und damit in dem Betragsspektrum der 2 die höheren Beträge der logarithmischen Amplitude ergeben sich dementsprechend entlang der vertikalen Achse, wenn die Kamera 6 orthogonal zur Fahrtrichtung steht. Bei einer rotierten Kamera 6 käme es dementsprechend auch zu einer gleichartigen Rotation des Betragsspektrums, so dass die höheren Beträge ungeachtet der rotatorischen Position der Kamera 6 orthogonal zur Bewegungsrichtung der Fahrzeugs 1 verlaufen. Im Beispiel ist dies die vertikale Richtung, welche die im Uhrzeigersinn nummerierten Quadranten 1 und 2 von den Quadranten 3 und 4 trennt. Eine Unschärfe in diesem Bereich, welche hier durch den höheren logarithmischen Amplitudenbetrag und damit die hellere Farbe entlang dieser vertikalen Achse angezeigt wird, ist ein eindeutiger Hinweis darauf, dass eine Bewegungsunschärfe der Fahrbahn 2 erfasst worden ist.
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In der Darstellung der 3 ist der Fall dargestellt, bei dem Gischt erfasst worden ist. Das Betragsspektrum ist ansonsten dasselbe. Die Tatsache, dass eine Gischt erfasst worden ist, führt nun in dem Betragsspektrum dazu, dass eine deutliche Erhöhung der logarithmischen Amplitudenbeträge sowohl im ersten Quadranten als auch im dritten Quadranten zu erkennen ist. Unabhängig von der rotatorischen Position der Kamera 6 gesehen also in von der Orthogonalen zur Bewegungsrichtung der Fahrzeugs 1 abweichenden Bereichen. Anders als bei der Bewegungsunschärfe der Oberfläche der Fahrbahn 2 in den erfassten Bildern, welche in Fahrtrichtung F verläuft, bewegt sich die Gischt mit dem Fahrzeug 1 und der annähernd selben Geschwindigkeit mit und zeigt die primäre Unschärfe der Bewegung ihrer Partikel in Richtungen quer und schräg zur Fahrtrichtung F, was sich in dem in 3 gezeigten Bild des Betragsspektrums abbildet.
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Außerordentlich einfach und sehr zuverlässig kann so eine nasse Fahrbahn 2 durch die von den Vorderrädern 3 des Fahrzeugs 1 aufgewirbelte Gischt erkannt und sicher und zuverlässig als solche klassifiziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016009928 A1 [0002, 0003]
- DE 102010063017 A1 [0003]
- DE 102015015022 A1 [0003]
