DE102019006911A1

DE102019006911A1 - Vorrichtung und Verfahren zur automatisierten Erfassung eines Fahrtzielbereichs

Info

Publication number: DE102019006911A1
Application number: DE102019006911.0A
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Schiffert
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs (1), mit einem Projektionsmodul (7), welches wenigstens eine Quelle (10) für elektromagnetische Strahlung aufweist, und über welches ein Muster (6) in den Fahrtzielbereich projizierbar ist, mit wenigstens einem optischen Sensor (5) zur Erfassung des Fahrtzielbereichs während eines Fahrbetriebs in dessen Richtung, welcher dazu ausgebildet ist, zumindest das projizierbare Muster (6) zu erfassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (10) für die elektromagnetische Strahlung diese mit einer Wellenlänge emittiert, die außerhalb des sichtbaren Bereichs liegtDie Erfindung beschreibt außerdem ein entsprechendes Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatisierten Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 8 näher definierten Art.
Den gattungsgemäßen Stand der Technik bezüglich der Vorrichtung und insbesondere bezüglich des Verfahrens bildet das Patent DE 10 2015 008 774 B4 der Anmelderin. Hierin wird ein Verfahren zur autonomen Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs beschrieben. Über einen hochauflösenden Pixelscheinwerfer wird dabei ein Muster im Fahrbetrieb des Fahrzeugs in den Fahrtzielbereich projiziert. Das Muster, welches ergänzend zu einer oder anstelle einer Grundbeleuchtung projiziert wird, wird dann über einen optischen Sensor in Form einer Kamera erfasst und lässt sich entsprechend auswerten, sodass durch eine Verzerrung des Musters beispielsweise aufgrund von Unebenheiten, Schlaglöchern oder dergleichen eine verbesserte Erkennung des Fahrtzielbereichs möglich wird. Hierdurch lassen sich autonome Fahrfunktionen insbesondere bei Dunkelheit, optimieren. Die Technologie lässt sich prinzipiell auch bei einem Fahrtzielbereich hinter dem Fahrzeug, also im Heckbereich des Fahrzeugs, für den Fall einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs entsprechend anwenden.
Die kurzzeitigen Projektionen und Erfassung erfordern dabei einen vergleichsweise hohen Aufwand hinsichtlich der Synchronisation zwischen einem Projektionsmodul für das Muster und dem entsprechenden optischen Sensor. Sie machen dennoch Sinn, da man verhindern will, dass eine das Fahrzeug fahrende Person durch das Muster irritiert wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Fahrzeug sich nicht in einem autonomen Fahrmodus befindet.
Zum weiteren Stand der Technik kann außerdem auf die DE 10 2018 116 511 B3 hingewiesen werden, welche ein Verfahren zur Tiefenwahrnehmung zeigt, welches auf beidseitig angeordneten Scheinwerfern eines Fahrzeugs basiert, welche jeweils charakteristische Lichtmuster projizieren, die von einem Kamerasystem erfasst werden.
Wie bereits erwähnt wäre es wünschenswert, die Projektion von Mustern so zu gestalten, dass sie eine das Fahrzeug fahrende oder in dem Fahrzeug mitfahrende Person nicht irritiert. Zwar gibt es andere Sensoriken wie beispielsweise Radar oder Ultraschall, diese basieren jedoch nicht auf einer optischen Auswertung sondern auf einer Reflektion von Wellen. Sie sind damit nicht für dieselben Einsatzzwecke wie die beschriebenen Projektionen von Mustern und die Auswertung von Unregelmäßigkeiten in den Mustern geeignet.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, das Verfahren aus dem gattungsgemäßen Stand hinsichtlich des Verfahrens und hinsichtlich einer Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik weiter zu verbessern und dabei insbesondere die genannten Nachteile einer Irritation von Personen zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Ferner löst ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 8 die Aufgabe. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus den abhängigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht ein Projektionsmodul mit einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und einen optischen Sensor zur Erfassung eines über das Projektionsmodul projizierbaren Musters vor. Erfindungsgemäß ist es so, dass die Quelle für elektromagnetische Strahlung diese Strahlung mit einer Wellenlänge emittiert, die außerhalb des sichtbaren Bereichs liegt. Hierdurch wird es möglich, ein Muster auch über einen längeren Zeitraum auf den Fahrtzielbereich zu projizieren, ohne damit in dem Fahrzeug befindliche Personen, welche das Fahrzeug entweder fahren oder im autonomen Fahrmodus mit diesem mitfahren, sowie in der Umgebung des Fahrzeugs befindliche Personen zu irritieren. Die Wellenlänge kann dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee insbesondere im UV-Bereich oder besonders bevorzugt im Bereich des Infrarot liegen. Ein solches Muster, welches gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee als ein auf einer ebenen Oberfläche gleichmäßiges Netz ausgebildet sein kann, lässt sich also beispielsweise über das Projektionsmodul als IR-Muster auf die entsprechende Oberfläche projizieren. Der optische Sensor, welcher gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee eine in dem Fahrzeug ohnehin verbaute Kamera sein kann, welche in der Lage ist, auch IR-Strahlung entsprechend zu empfangen, kann dieses Netz, welches auch als Grid bezeichnet wird, dann entsprechend aufnehmen. Verzerrungen in dem Netz zeigen entsprechende Unebenheiten oder Hindernisse an, beispielsweise Schlaglöcher, Gegenstände, Steigungen oder dergleichen. Dies ist von der Auswertung der entsprechenden Muster soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Der Vorteil der hier beschriebenen Vorrichtung gegenüber diesem Stand der Technik liegt jedoch insbesondere darin, dass diese Muster eben nicht sichtbar sind sondern dass sie beispielsweise im IR-Bereich projiziert und empfangen und ausgewertet werden, zusätzlich zu einer herkömmlichen Beleuchtung eingesetzt werden können, ohne deren Außenwirkung auf in dem Fahrzeug oder im Bereich des Fahrzeugs befindliche Personen zu verändern.
Das Projektionsmodul kann dabei in Beleuchtungseinrichtungen des Fahrzeugs integriert ausgebildet sein, sodass das Projektionsmodul, beispielsweise beim bevorzugten Einsatz im Heckbereich eines Fahrzeugs, in eine oder beide der Heckleuchten integriert ausgeführt ist. Die Rückfahrkamera oder eine zusätzlich zur Rückfahrkamera installierte UV- oder IR-Kamera kann das projizierte Muster dann entsprechend aufzeichnen und hinsichtlich Verzerrungen in dem Netz auswerten, um so die entsprechenden Daten beispielsweise für eine ganz- oder teilweise automatisierte Fahrt in den Fahrtzielbereich zu erhalten.
Dabei hat die Integration in die Beleuchtungseinrichtungen den Vorteil, dass das optische Design des Fahrzeugs und die entsprechende Zulassung der Beleuchtungseinrichtungen nicht verändert werden muss, da die Beleuchtungseinrichtungen ohnehin in den zulässigen Positionen entsprechend angeordnet sind.
Da die emittierte Wellenlänge jedoch im Bereich des nicht sichtbaren Lichts liegt, ist eine solche Anordnung an den gesetzlich zulässigen Positionen für Beleuchtungseinrichtungen nicht unbedingt notwendig. Daher kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren auch vorgesehen sein, dass das Projektionsmodul außerhalb der Beleuchtungseinrichtungen des Fahrzeugs ausgebildet ist. Dieses ist damit unabhängig von den Beleuchtungseinrichtungen und kann beispielsweise im Stoßfänger platziert werden, um so beispielsweise bei einer zentralen Positionierung den Fahrtzielbereich einfach und effizient mit einer einzigen Projektionsvorrichtung ausleuchten zu können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann das Projektionsmodul dabei wenigstens ein Mikrolinsenfeld aufweisen, sowie ein Abbild des Musters in Form einer Maske. Über diese Maske, welche auch als Dia bzw. Mikrodia bezeichnet werden könnte, und das wenigstens eine Mikrolinsenfeld kann so das Muster in die Umgebung projiziert werden. Als Lichtquelle kann dabei insbesondere eine UV-LED oder eine Infrarot-LED eingesetzt werden, wobei das Bild des Musters auf dem Mikrodia vorzugsweise zwischen zwei Mikrolinsenfeldern in dem Projektionsmodul angeordnet wird.
Der erfindungsgemäße Verfahren sieht es dementsprechend vor, dass zur Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs ein optischer Sensor und wenigstens ein Projektionsmodul für ein Muster entsprechend eingesetzt werden, welches während eines Fahrbetriebs in Richtung des Fahrtzielbereichs das Muster in diesen projiziert, welches dann von dem optischen Sensor erfasst wird, so wie es im eingangs genannten gattungsgemäßen Stand der Technik ebenfalls der Fall ist. Erfindungsgemäß ist es bei dem Verfahren analog zur Ausgestaltung der Vorrichtung vorgesehen, dass zur Projektion des Musters eine Wellenlänge im nicht sichtbaren Bereich genutzt wird, sodass das Muster für das menschliche Auge unsichtbar bleibt, aber dennoch, beispielsweise als Muster im UV-Bereich oder im IR-Bereich, entsprechend erstellt und von einem geeigneten optischen Sensor aufgenommen und analog zu einem Muster im sichtbaren Lichtbereich ausgewertet werden kann.
Dementsprechend wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens das Muster in den Fahrtzielbereich projiziert und vom optischen Sensor aufgenommen und in einer Bildverarbeitungseinrichtung hinsichtlich Verzerrungen des Musters ausgewertet, um so auf Hindernisse, Steigungen, Schlaglöcher oder andere Veränderungen in der Oberfläche des Fahrtzielbereichs zu schließen. Das Muster kann hierfür zusammen mit dem optischen Sensor in einem ebenen Fahrtzielbereich entsprechend kalibriert werden, beispielsweise bei der Auslieferung des Fahrzeugs oder im Rahmen von Wartungsarbeiten, um dann, sofern kein vollständig ebener Fahrtzielbereich vorliegt, durch die entsprechende Verzerrung des Musters die gewünschten Ergebnisse zu ermöglichen.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es dabei vorgesehen sein, dass das Muster bei einer autonomen Rückwärtsfahrt in einen heckseitig des Fahrzeugs liegenden Fahrtzielbereich projiziert und von dem optischen Sensor erfasst wird.
Weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltungen der Idee ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
Dabei zeigen:

1 eine Draufsicht auf ein Szenario zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des Verfahrens; und
2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines Projektionsmoduls der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der Darstellung der 1 ist der Heckbereich eines Fahrzeugs 1 auf einer mit 2 bezeichneten Straße zu erkennen. Das Fahrzeug 1 soll sich in einer Rückwärtsfahrt befinden, wie es durch die Fahrtrichtung F im Bereich des Fahrzeugs 1 angedeutet ist. Ein Fahrtzielbereich befindet sich damit heckseitig hinter dem Fahrzeug 1. Er wird durch die Rückfahrscheinwerfer beispielsweise in den durch die gestrichelte Linie umrandeten Bereich ausgeleuchtet, wobei dieser ausgeleuchtete Bereich mit 3 bezeichnet ist. Innerhalb dieses ausgeleuchteten Bereichs 3 befindet sich ein mit 4 bezeichnetes Hindernis, beispielsweise ein Schlagloch. Je nach Licht und/oder Beleuchtungssituation kann dieses Schlagloch 4 für eine Rückfahrkamera 5 des Fahrzeugs 1 gegebenenfalls nicht oder nicht mit ausreichender Genauigkeit für eine autonome Fahrt des Fahrzeugs 1 in den Fahrtzielbereich erkannt werden.
Aus diesem Grund wird zusätzlich ein Muster 6 in Form eines Netzes in den Fahrtzielbereich projiziert. Hierfür dienen in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft zwei Projektionsmodule 7, welche in 1 nicht explizit zu erkennen sind, da sie hier in die Heckleuchten 8 des Fahrzeugs 1 integriert ausgebildet sind. Der beispielhafte Aufbau eines solchen Projektionsmoduls 7 ist in der Darstellung der 2 gezeigt und wird später noch entsprechend erläutert. Neben dieser Anordnung der Projektionsmodule 7 oder auch nur eines einzigen Projektionsmoduls 7 in einer der Heckleuchten 8 wäre es selbstverständlich auch denkbar, dieses Projektionsmodul beispielsweise zentral in einem mit 9 bezeichneten Stoßfänger des Fahrzeugs 1 zu integrieren.
Ungeachtet dieser Anordnung des Projektionsmoduls 7 ist es nun so, dass über ein oder mehrere Projektionsmodule 7 das Muster 6 in Form des Netzes in den Fahrtzielbereich projiziert wird. Hierfür bedient sich das Projektionsmodul 7 einer Quelle für elektromagnetische Strahlung bzw. Licht, welche so ausgebildet ist, dass direkt oder über entsprechende Filter erreicht wird, dass das Muster 6 mit einer Wellenlänge außerhalb des sichtbaren Bereichs projiziert wird. Insbesondere kann es sich bei der in 2 schematisch angedeuteten Quelle 10 für elektromagnetische Strahlung um eine Infrarot(IR)-LED handeln. Auch eine Quelle 10 für UV-Strahlung wäre alternativ denkbar.
Die Strahlung dieser Quelle 10, also beispielsweise IR-Strahlung, gelangt in dem dargestelltes Ausführungsbeispiel des Projektionsmoduls 7 in 2 über eine optionale Optik 11 zu einem Mikrolinsenarray 12 und von dort zu einer Maske 13, beispielsweise einem Mikrodia, welches das zu projizierende Muster 6 entsprechend abbildet. Über ein weiteres Mikrolinsenarray 14 wird das Muster 6 dann in den Fahrtzielbereich des Fahrzeugs 1 projiziert. Die Projektion des Musters 6 erfolgt dabei im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich, vorzugsweise im Infrarotbereich. Hierdurch ist es möglich, dass das Muster 6 projiziert wird, ohne das es für in dem Fahrzeug 1 oder in der Umgebung des Fahrzeugs 1 befindliche Personen wahrnehmbar ist. Außerdem macht die Projektion des Musters 6 im Wellenlängenbereich des Infrarots die Vorrichtung relativ unabhängig von den Beleuchtungsverhältnissen.
Die Rückfahrkamera 5 ist dazu ausgebildet, um dieses Muster 6 wieder aufzunehmen, beispielsweise in dem sie als IR-Kamera ausgebildet ist, oder als Kamera, welche auch im IR- oder alternativ im UV-Bereich, falls eine derartige Quelle 10 für die elektromagnetische Strahlung gewählt wird, Bilder aufnehmen kann. Im Ergebnis wird sie bei völlig ebenem Fahrtzielbereich ein unverändertes Muster 6 aufnehmen. Befindet sich ein Hindernis wie das hier angedeutete Schlagloch 4 in dem Fahrtzielbereich, so wird das Muster 6, wie es in der Darstellung der 1 angedeutet ist, in dessen Bereich entsprechend verzerrt sein, sodass anhand einer solchen Verzerrung des durch die Kamera 5 als optischen Sensor aufgenommenen Musters 6 in einer Bildverarbeitungseinrichtung 15 das Hindernis in Form des Schlaglochs 4 erkannt und für die Steuerung von autonomen oder teilweise autonomen Fahrmanövern entsprechend genutzt werden kann.
Damit lässt sich das grundsätzliche Erkennen eines Hindernisses, wie beispielsweise des Schlagloches 4, aber auch dessen Dimensionen, dessen Abstände von dem Fahrzeug 1 qualitativ weitaus besser erfassen als anhand eines reinen Kamerabildes, sodass sich hierdurch letztlich auch die autonomen oder teilweise autonomen Fahrfunktionen in ihrer Qualität und Zuverlässigkeit steigern lassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015008774 B4 [0002]
DE 102018116511 B3 [0004]

Claims

Vorrichtung zur automatischen Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs (1), mit einem Projektionsmodul (7), welches wenigstens eine Quelle (10) für elektromagnetische Strahlung aufweist, und über welches ein Muster (6) in den Fahrtzielbereich projizierbar ist, mit wenigstens einem optischen Sensor (5) zur Erfassung des Fahrtzielbereichs während eines Fahrbetriebs in dessen Richtung, welcher dazu ausgebildet ist, zumindest das projizierbare Muster (6) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (10) für die elektromagnetische Strahlung diese mit einer Wellenlänge emittiert, die außerhalb des sichtbaren Bereichs liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge im ultravioletten Bereich (UV) oder im infraroten Bereich (IR) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (7) in eine Beleuchtungseinrichtung (8) des Fahrzeugs (1) integriert ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (7) unabhängig von Beleuchtungseinrichtungen (8) des Fahrzeugs (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor als Kamera (5) ausgebildet ist, welche zumindest die emittierte Wellenlänge erfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (6) als ein auf einer ebenen Oberfläche gleichmäßiges Netz ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul (7) wenigstens ein Mikrolinsenfeld (12, 14) aufweist, sowie ein Abbild des Musters (6) in Form einer Maske (13).
Verfahren zur automatisierten Erfassung eines Fahrtzielbereichs eines Fahrzeugs (1) mit wenigstens einem optischen Sensor (5) und mit wenigstens einem Projektionsmodul (7) für ein Muster (6), welches während eines Fahrbetriebs in Richtung des Fahrtzielbereichs in diesen projiziert und von dem optischen Sensor (5) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Projektion des Musters (6) eine Wellenlänge im nicht sichtbaren Bereich genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (6) projiziert und von dem optischen Sensor (5) erfasst wird, um danach in einer Bildverarbeitungseinrichtung (15) hinsichtlich Verzerrungen des Musters (6) ausgewertet zu werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (6) bei autonomen Rückwärtsfahrten in einen heckseitig des Fahrzeugs (1) liegenden Fahrtzielbereich projiziert und von einer Rückfahrkamera (5) als optischen Sensor erfasst wird.