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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Ein Verfahren zur Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs ist beispielsweise aus der Patentschrift
DE 10 2015 008 774 B4 der Anmelderin bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird wenigstens ein hochauflösender Pixelscheinwerfer mit einer Kamera so synchronisiert, dass ein Muster in die Umgebung projiziert wird, welches von der Kamera erfasst wird. Dabei werden das Kamerabild und das projizierte Muster so synchronisiert, dass der Vorgang lediglich für die Kamera erfassbar, nicht jedoch für das menschliche Auge sichtbar ist. Das Muster dient dabei der verbesserten Erfassung von Objekten im Fahrtzielbereich des Fahrzeugs.
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Aus dem weiteren Stand der Technik in Form der
DE 11 2017 001 112 T5 ist ein aktiv gepulstes vierdimensionales Kamerasystem bekannt. Darin wird unter anderem erwähnt, dass der Betrieb sowohl bei Tag als auch in der Nacht ermöglicht wird, und dass Funktionen wie eine Schattenentfernung Verwendung finden können.
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Wie in der eingangs genannten
DE 10 2015 008 774 B4 erwähnt, liegt das Problem bei derartigen Verfahren immer darin, dass nach Möglichkeit zwischen dreidimensionalen und flächigen Objekten in der Umgebung unterschieden werden soll, und dass auch bei Dunkelheit eine möglichst zuverlässige Erkennung auch von kleinen Objekten möglich sein sollte.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht deshalb genau darin, die bestehende Objekterkennung weiter zu verbessern.
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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.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt, vergleichbar wie das Verfahren im eingangs zuerst genannten Stand der Technik, wenigstens eine Kamera und wenigsten einen hochauflösenden Pixelscheinwerfer, welche zeitlich aufeinander synchronisiert werden, um angestrahlte Objekte zu erkennen. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt darüber hinaus bei der Erkennung einen Schattenwurf des potenziellen Objekts, welcher mit ausgewertet wird. Ein potenzielles Objekt wird durch den Pixelscheinwerfer angestrahlt, wobei ein gezieltes Anstrahlen des Objekts zur Erzeugung eines Schattens möglich ist. Der Schatten hat dabei den Vorteil, dass er das Objekt auf dem erfassten Bild der Kamera entsprechend vergrößert, sodass auch kleinere Objekte zuverlässiger erkannt werden können. Außerdem erlaubt die Kenntnis eines Schattenwurfs eine Aussage über die Höhe des Objekts. Ein flächiges Objekt, wie beispielsweise ein anderer Straßenbelag oder dergleichen, werfen keinen Schatten, während ein dreidimensionales auf der Straßenoberfläche befindliches Objekt einen Schatten wirft. Anhand des Schattenwurfs kann also bestimmt werden, ob es sich um dreidimensionales Objekt handelt, und gegebenenfalls lässt sich auch die Höhe des dreidimensionalen Objekts aufgrund des Schattenwurfs besser einschätzen, sodass eine zuverlässigere Erkennung der Umgebung des Fahrzeugs, und hier insbesondere des Fahrtzielbereichs, ermöglicht wird.
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Dies kann prinzipiell bei allen Fahrzeugen mit einer Umgebungserkennung zur Unterstützung von Assistenzfunktionen in dem Fahrzeug zum Einsatz kommen. Eine besonders bevorzugte Verwendung sieht es vor, dass das erfindungsgemäße Verfahren in einem autonom fahrenden Fahrzeug zum Einsatz kommt, bei dem eine sichere und zuverlässige Objekterkennung sowohl am Tag als auch, wie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, bei Nacht bzw. immer dann, wenn die Scheinwerfer eingeschaltet sind, sehr wichtig ist.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es nun ferner vorgesehen sein, dass das Verfahren bei einem Fahrzeug mit zwei beabstandet voneinander angeordneten hochauflösenden Pixelscheinwerfern durchgeführt wird. Typischerweise sind diese quer zur Fahrtrichtung und parallel zur Straßenoberfläche beabstandet voneinander angeordnet, beispielsweise in den vorderen rechten und linken Bereichen des Fahrzeugs. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt nun diese beiden beabstandet voneinander angeordneten hochauflösenden Pixelscheinwerfer, um den Schattenwurf sowohl des einen als auch des anderen Pixelscheinwerfers entsprechend auszuwerten. Der Schattenwurf geht dabei beim einen Scheinwerfer in die eine Richtung und bei dem durch den anderen Scheinwerfer verursachten Schattenwurf in die andere Richtung. Sind beide Scheinwerfer gleichzeitig auf das Objekt gerichtet, ergibt sich damit bei einem dreidimensionalen Objekt eine deutliche Vergrößerung der Fläche des Objekts, was dieses leichter zu erkennen macht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es dabei möglich, dass der Schattenwurf durch das Licht des einen hochauflösenden Pixelscheinwerfers sowie der Schattenwurf durch das Licht des wenigstens einen anderen hochauflösenden Pixelscheinwerfers in aufeinanderfolgenden Bildern der Kamera erfasst und ausgewertet werden. Dies lässt sich durch eine Synchronisation der Kamera und der schnell schaltbaren hochauflösenden Pixelscheinwerfer entsprechend realisieren. Damit sind zwei aufeinanderfolgende Bilder der Kamera erhältlich, welche einmal den Schattenwurf in die eine und einmal den Schattenwurf in die andere Richtung zeigen. Hierdurch lässt sich eine besonders gute Auswertung, beispielsweise hinsichtlich der Größe und der Höhe des Objekts, sowie hinsichtlich seiner Entfernung zu dem Fahrzeug realisieren.
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Eine alternative Ausführungsvariante sieht es dahingegen vor, dass der Schattenwurf durch das Licht des einen Pixelscheinwerfers und durch das Licht des anderen Pixelscheinwerfers in einem Bild der Kamera während der aufeinanderfolgenden Lichtpulse der wenigstens zwei hochauflösenden Pixelscheinwerfer belichtet, erfasst und ausgewertet wird. Dadurch liegen beide Schattenwürfe auf einer belichteten Einstellung der Kamera vor, sodass durch die beiden verschiedenen Lichtpulse des rechten und des linken hochauflösenden Pixelscheinwerfers einmal der eine und einmal der andere Schatten scharf vorliegen. Damit ergibt sich in dem gemeinsamen Bild eine sehr deutliche Abbildung der Schatten, welche das dreidimensionale Objekt entsprechend vergrößert und damit leicht und zuverlässig erfassbar macht.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass das Licht im Bereich des potenziellen Objekts während der Erfassung mit der Kamera abgedunkelt wird. Die hochauflösenden Pixelscheinwerfer lassen sich sehr schnell und hinsichtlich der Ausleuchtung der Umgebung des Fahrzeugs sehr exakt ansteuern. Ist ein potenzielles Objekt bzw. eine Objekthypothese erfasst worden, dann kann in ihrem Bereich das Licht entsprechend reduziert werden, um einen verbesserten Schattenwurf zu erreichen. In genau dieser Phase wird dann durch die Synchronisation mit der Kamera das den Schatten oder die Schatten aufweisende Bild bzw. die die Schatten aufweisenden Bilder aufgenommen und ausgewertet. Hierdurch lässt sich der Schatten sehr gut im Umfeld erkennen, was die Auswertung nochmals verbessert.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es außerdem vorgesehen sein, dass der wenigstens eine hochauflösende Pixelscheinwerfer so synchron zur wenigstens einen Kamera betrieben wird, dass für das menschliche Auge kein unbeleuchteter Zeitpunkt wahrnehmbar ist. Die Synchronisation kann also ähnlich wie im eingangs genannten Stand der Technik so erfolgen, dass die Lichtpulse oder auch das Reduzieren des Lichts im Umfeld der Objekthypothese um einen besseren Schattenwurf zu erzeugen, so synchronisiert werden, dass sie für das menschliche Auge, aufgrund dessen relativer Trägheit, nicht wahrnehmbar sind. Allenfalls ein leichtes Abdunkeln des Lichts kann durch das Auge erkannt werden, nicht jedoch der unbeleuchtete Zeitpunkt, welcher gegebenenfalls zwischen den einzelnen Lichtpulsen auftritt. Das Lichtempfinden einer das Fahrzeug nutzenden Person wird deshalb nicht nachteilig beeinflusst, während die Möglichkeit zur Erkennung von Objekten durch die Erzeugung und Auswertung von Schatten jedoch deutlich verbessert wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
- 1 ein Szenario zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Seitenansicht;
- 2 ein Szenario analog zur 1 in der Draufsicht;
- 3 ein alternatives Szenario in einer Draufsicht analog zu der in 2; und
- 4 ein weiteres alternatives Szenario in einer Draufsicht analog zur 2 und 3.
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In der Darstellung der 1 ist ein Fahrzeug 1 in einer schematischen Seitenansicht zu erkennen. Das Fahrzeug 1 bewegt sich auf einer angedeuteten Fahrbahn 2 in der Fahrtrichtung F, in diesem Beispiel von rechts nach links, fort. Das Fahrzeug 1 verfügt über eine angedeutete Kamera 3 sowie zwei Scheinwerfer 4 im Frontbereich, von welchen wenigstens einer als hochauflösender Pixelscheinwerfer 5 ausgebildet ist oder von welchem zumindest einer einen solch hochauflösenden Pixelscheinwerfer als Teil des Beleuchtungssystems aufweist. Insbesondere beim Fahren in dunkler Umgebung kann nun über diesen hochauflösenden Pixelscheinwerfer 5 ergänzend zu einer Grundbeleuchtung durch die Scheinwerfer 4 oder auch kurzzeitig anstelle oder ergänzend zu einer solchen Grundbeleuchtung ein Teilbereich eines Umfeldbereiches gezielt ausgeleuchtet werden. Dieser Umfeldbereich ist in der Darstellung der 1 mit dem Bezugszeichen 6 versehen und stellt einen sogenannten Fahrtzielbereich dar, in welchen sich das Fahrzeug 1 in Fahrtrichtung F derzeit bewegt. Er beginnt unmittelbar vor dem Fahrzeug 1 bzw. an dem Punkt, an dem die Scheinwerfer beginnen, den Fahrtzielbereich 6 auszuleuchten. Er endet in einer unbestimmten Entfernung, welche einerseits mit der Reichweite der Scheinwerfer 4 und andererseits mit dem Verlauf der Fahrbahn 2 zu tun hat, weshalb das Ende des Fahrtzielbereichs 6 hier nicht eingezeichnet ist. Beispielhaft ist in dem in 1 dargestellten Szenario ein von den Scheinwerfern 4 beleuchteter Gegenstand 7 innerhalb des Fahrtzielbereichs 6 angedeutet. Dieser wird nun auch von der Kamera 3 umfasst.
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Bei normalen Tageslichtverhältnissen ließe sich aus den Kontrasten, aus der Höhe, aus der Position, aus dem Schatten des Gegenstands 7, dessen Größe und Position sowie die Entfernung vom Fahrzeug 1 zumindest grob bestimmen, um derartige Werte einem Fahrzeugsteuersystem, insbesondere zur Verbesserung der Sicherheit, zur Umfelderkennung oder auch zum Einsatz im Rahmen des autonomen Fahrens zuzuführen. In der Dunkelheit ist dies entsprechend schwierig, da Farbunterschiede in der Dunkelheit nicht mehr sinnvoll wahrnehmbar sind und da die für die Umfelderfassung sehr wichtigen Kontraste bei weitem nicht mehr so stark auftreten, wie bei Tageslicht. All dies macht es für die Kamera 3 bzw. eine mit ihr verbundene Bildverarbeitungseinrichtung des Fahrzeugs 1 außerordentlich schwierig, Größe, Position und weitere umfeldspezifische Daten, beispielsweise des Gegenstands 7 oder auch der Fahrbahn 2, wie Fahrbahnunebenheiten, eine seitliche Fahrbahnbegrenzung oder dergleichen, sinnvoll und in der Genauigkeit, welche für Assistenz- und Sicherheitssysteme in dem Fahrzeug 1 wünschenswert wäre, zu erkennen.
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Um diesen Nachteil auszugleichen, wird über den hochauflösenden Pixelscheinwerfer 5 nun ein in der Draufsicht auf dieses Szenario in 2 prinzipmäßig angedeuteter mit dem Bezugszeichen 8 versehener Schattenwurf mit ausgewertet. Die Auswertung eines solchen Schattenwurfs 8 des Objekts 7 stellt einerseits sicher, dass das Objekt 7 tatsächlich ein dreidimensionales Objekt ist und eine entsprechende Höhe h, welche wiederum in 1 eingezeichnet ist, aufweist. Außerdem vergrößert sie das Objekt für die Kamera 3, was dieses wiederum besser zu erkennen macht. Prinzipiell kann dabei das Verfahren zur Erzeugung und Auswertung eines Schattenwurfs 8 des Objekts 7 mit einem der Scheinwerfer 4 als Pixelscheinwerfer 5 realisiert werden, wie es in der Darstellung der 2 zu erkennen ist. Genauso gut wäre selbstverständlich der andere Scheinwerfer 4 bzw. ein darin integrierter Pixelscheinwerfer 5 geeignet, wie es in 3 entsprechend angedeutet ist.
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Das Objekt 7, nachdem dieses zuerst als Objekthypothese erfasst worden ist, lässt sich dabei gezielt beleuchten, und zwar für einen sehr kurzen Zeitraum, indem die Kamera 3 dann synchronisiert mit der Lichtabstrahlung durch den Pixelscheinwerfer 5 zur Beleuchtung des Objekts 7 das Objekt 7 und seinen Schattenwurf 8 entsprechend erfasst. Die Beleuchtung kann dabei im Bereich des Objekts 7, wie es in der Darstellung der 3 durch einen strichpunktiert angedeuteten Bereich, welcher mit dem Bezugszeichen 9 versehen ist, angedeutet wird, abgedunkelt werden, um einen besseren Schattenwurf 8 zu erreichen.
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Neben der reinen Verwendung des rechten oder des linken Scheinwerfers 4 bzw. des hochauflösenden Pixelscheinwerfers 5, welcher diesen bildet, oder welcher von diesem umfasst wird, lassen sich selbstverständlich auch beide Scheinwerfer 4 mit ihren Pixelscheinwerfern 5 verwenden. Dies ist in der Darstellung der 4 angedeutet. Die Synchronisation wird dann so ausgelegt, dass die beiden hochauflösenden Pixelscheinwerfer 5 abwechselnd einen Schattenwurf 8 auf das potenziell vorhandene Objekt 7 bzw. die Objekthypothese hervorrufen, und zwar in schneller Folge. Nun lassen sich entweder in aufeinanderfolgenden Bildern der Schattenwurf 8 des jeweils anderen Pixelscheinwerfers 5 detektieren, oder aber durch einen längere Belichtungszeit der Kamera 3 gegenüber der Dauer der Lichtpulse der beiden hochauflösenden Pixelscheinwerfer 5 beide gleichzeitig erfassen und auswerten. Wie bereits erwähnt kann es auch hier vorgesehen sein, dass das Licht in der Nähe der Objekthypothese, also des potenziellen Objekts 7, entsprechend abgedunkelt wird, um den Schattenwurf zu verstärken, wie es am Beispiel der 3 und dem Bereich 9 oben bereits beschrieben worden ist. Um den Bereich 9 festzustellen, können Daten hinsichtlich der Objekthypothese sowohl der Kamera 3 als auch von anderen hier nicht gezeigten aber prinzipiell denkbaren Sensoren in dem Fahrzeug 1 entsprechend genutzt werden, beispielsweise Daten von Radarsensoren, Lidar, Ultraschall oder dergleichen.
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Durch den Schattenwurf 8 eines potenziellen Objekts 7 kann selbiges nun auch bei schlechten Beleuchtungsverhältnissen besser detektiert werden, da sich die vermeintliche Größe des Objekts 7 um die Größe des Schattenwurfs 8 vergrößert, was insbesondere bei kleinen Objekten eine verbesserte Detektion ermöglicht. Zudem ist es, wie oben bereits erwähnt, so, dass ein Schattenwurf 8 nur dann stattfindet, wenn auch tatsächlich ein dreidimensionales Objekt 7 vorhanden ist. Liegt ein Objekt 7 ohne eine entsprechende Höhe h vor, also ist beispielsweise nur ein Teil der Straße repariert worden und hat deshalb eine dunklere Farbe seiner Oberfläche, dann kann durch die Auswertung des Schattens, insbesondere dem Vergleich von Bildern mit und ohne Schatten auf jeweils einer Seite des Objekts 7, einfach und schnell detektiert werden, dass die Objekthypothese nicht zutrifft und kein dreidimensionales Objekt vorhanden ist.
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Durch die Kopplung der Kamera 3 mit den hochauflösenden Pixelscheinwerfern 5 kann die Ansteuerung dabei so schnell erfolgen, dass der Verkehrsteilnehmer selbst von der Beleuchtung und der Erzeugung der Schatten des Objekts 7 quasi nichts mitbekommt, da die durchschnittliche Helligkeit, welche er aufgrund der Trägheit seines Auges wahrnehmen kann, quasi unverändert ist, oder allenfalls im Mittel etwas verringert ist. Er nimmt jedoch keine unbeleuchteten Zeitabschnitte explizit wahr, auch wenn diese bei dem Verfahren auftreten können. Hierdurch wird eine gute Möglichkeit zur Detektion von Objekten 7 im Fahrtzielbereich 6 des Fahrzeugs 1 geschaffen, ohne dass bei einer das Fahrzeug 1 nutzenden Person oder dieses beobachtenden Personen das Gefühl einer nicht ausreichenden oder flackernden Umgebungsbeleuchtung zu befürchten ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015008774 B4 [0002, 0004]
- DE 112017001112 T5 [0003]
