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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung zumindest eines Objekts in zumindest einem Teil einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs, wobei mittels eines Laserscheinwerfers des Kraftfahrzeugs und mindestens einem vorbestimmten ersten Zeitintervall ein erster Lichtstrahl ausgesandt und in den zumindest einen Teil der Umgebung projiziert wird. Weiterhin wird mittels mindestens einer Kamera in mindestens einem zweiten Zeitintervall, welches mit dem ersten Zeitintervall zumindest teilweise zeitlich überlappt, ein Bild von dem zumindest einen Teil der Umgebung mit zumindest einem Teil der Projektion des ersten Lichtstrahls aufgenommen und zumindest ein Vorhandensein des Objekts in dem zumindest einen Teil der Umgebung in Abhängigkeit von dem zumindest einen Teil der Projektion des ersten Lichtstrahls im Bild erfasst. Zur Erfindung gehören auch eine entsprechende Erfassungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Erfassungseinrichtung.
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Scheinwerfer und Scheinwerfersysteme sind in vielzähligen Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt. Darunter fallen zum Beispiel hochauflösende Fahrzeugscheinwerfer, die hauptsächlich als sogenannte Pixellichtsysteme ausgebildet sind. Um die einzelnen Pixel bereitzustellen, können beispielsweise eine LCD-Matrix oder eine Mikrospiegel-Matrix verwendet werden. Die einzelnen vom Scheinwerferlicht beleuchteten Matrixelemente können an- und ausgeschaltet werden, wodurch die gewünschte Lichtverteilung generiert werden kann. Als Lichtquellen können dabei unter anderem Laserlichtquellen verwendet werden.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2015 012 023 A1 einen hochauflösenden Laserscheinwerfer, mit welchem detektierte Objekte in der Umgebung, wie Fußgänger, andere Kraftfahrzeuge, und so weiter, gezielt ausgeblendet werden können. Die Objektdetektion erfolgt dabei mittels einer Kamera und nachgeschalteten Erkennungs- und Klassifikationsverfahren, die auf Basis der von der Kamera aufgenommenen Bilder arbeiten. Dann kann der Scheinwerfer in Abhängigkeit von den detektierten Objekten angesteuert werden. Dieser Scheinwerfer umfasst dabei eine Laserlichtquelle und eine nachgeschaltete Optik mit einem Flüssigkristalldisplay oder einer Mikrospiegelanordnung.
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In ähnlicher Weise beschreibt auch die
DE 10 2016 001 692 A1 ein Fahrerassistenzsystem zur Steuerung einer Lichtabstrahlung einer fahrzeugseitigen Scheinwerfereinrichtung, wobei hierbei erfasste Objekte gezielt mit dem Scheinwerfer ausgeleuchtet werden sollen, und zwar wenn ein Fahrer auf diese Objekte blickt, was mit einer Blickerfassungseinrichtung erfasst werden kann. Der Scheinwerfer kann dabei als Pixellichtsystem ausgebildet sein, welches mehrere LEDs, ein Laserdiodenarray oder eine Laserlichtquelle und ein digitales Mikrospiegelelement DMD (Digital Micromirror Device) umfasst. Zur Erfassung von Objekten in der Umgebung werden hier bevorzugt 3D-Umfeld-Erfassungseinrichtungen verwendet, wie zum Beispiel eine Stereo-Kameraeinrichtung, eine Time-of-Flight-Kameraeinrichtung, eine Laserscannereinrichtung, eine Radareinrichtung und/oder eine Lidareinrichtung.
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Die
DE 10 2016 211 653 A1 beschreibt weiterhin eine Scheinwerferanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei der Scheinwerfer wiederum als Pixellichtsystem ausgebildet sein kann. Durch dieses Scheinwerfersystem können weiterhin ein blendfreies Fernlicht und ein adaptives Fernlicht bereitgestellt werden, bei welchen der Scheinwerfer in Abhängigkeit von mittels einer Umfeldsensorik erfassten anderen Verkehrsteilnehmern gesteuert wird, um diese nicht zu blenden, indem der Lichtkegel abgesenkt wird beziehungsweise gezielt Bereiche ausgeblendet werden.
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Wie dem Stand der Technik zu entnehmen ist, werden zur Umfelderfassung üblicherweise diverse Umfeldsensoren verwendet, wie Kameras, Radare, Laserscanner, insbesondere scannende Lidare, Time-of-Flight-Kameras, und so weiter. Je verlässlicher die Umfelderfassung erfolgen muss, desto aufwendiger und teurer muss die Umfeldsensorik ausgestaltet werden. Gerade bei Anwendungen wie dem autonomen Fahren muss eine zuverlässige Umfelderfassung gewährleistet sein. Relativ günstige Systeme, wie beispielsweise kamerabasierte Systeme, reichen oftmals nicht aus, um bei solchen Anwendungen die erforderliche Verlässlichkeit der Umfelderfassung bereitzustellen. Wünschenswert wäre es daher, eine Umfelderfassung auf möglichst kostengünstige, aber gleichzeitig möglichst verlässliche Weise ermöglichen zu können.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2016 006 391 A1 eine umgebungsabhängige Kalibrierung einer Projektion mittels eines hochauflösenden Fahrzeugscheinwerfers. Mittels des Fahrzeugscheinwerfers können Bilder auf die Fahrbahn projiziert werden, um Informationen für den Fahrer des Kraftfahrzeugs bereitzustellen, wie zum Beispiel Richtungspfeile, Führungs- und Leitlinien, Piktogramme und so weiter. Um diese projizierten Informationen möglichst verzerrungsfrei darstellen zu können, auch wenn die Fahrbahn gekrümmt ist oder sich andere Objekte, insbesondere andere Verkehrsteilnehmer, in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befinden, kann mittels des Scheinwerfers ein weiteres Bild in Form eines lediglich zu Messzwecken projizierten Musters auf die Umgebung projiziert und von einer Kamera erfasst werden und das Informationsbild entsprechend in seiner Projektion angepasst werden.
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Prinzipiell können hierbei Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels der von den Scheinwerfers projizierten Messmuster erfasst werden. Diese Messmuster sollen jedoch von einem Fahrer oder Benutzer des Kraftfahrzeugs nicht wahrgenommen werden. Dies hat einen sehr aufwendigen und ineffizienten Betrieb des Pixelscheinwerfers zur Folge. Zu diesem Zweck können beispielsweise alternierend ein Informationsbild und ein Messmuster auf die Straße projiziert werden oder es kann das Informationsbild als jeweils zwei Halbbilder mit jeweils komplementär überlagertem Messmuster projiziert werden. Das Messmuster muss weiterhin mit einer solchen Frequenz projiziert werden, welche vom Fahrer oder Benutzer des Kraftfahrzeugs nicht wahrnehmbar ist. Das zur Erzeugung des Messmusters notwendige Licht stellt damit kein Nutzlicht dar, was eine hohe Verlustleistung des Scheinwerfers zur Folge hat. Auch bei der Erzeugung von Halbbildern und komplementären Messmustern werden die Pixel, die in einem Zeitschritt aktiv sind, im nächsten Zeitschritt inaktiv geschaltet, was bedeutet, dass das auf diese korrespondierende Bereiche einer LCD-Matrix oder eines DMDs treffende Licht absorbiert wird und damit ebenfalls kein Nutzlicht darstellt. Letztendlich gestaltet sich der Betrieb eines solchen Pixelscheinwerfers, der gleichzeitig zur Projektion von Messmustern genutzt werden soll, als sehr aufwendig und ineffizient.
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Die
US 2009/0097038 A1 beschreibt ein vorausschauendes Dämpfungssystem für ein Fahrzeug mit einem Bildsensor und einer Energiequelle, die Licht emittiert, welches auf einen bestimmten Bereich vor einem Rad im Blickfeld des Bildsensors projiziert wird, wobei auf Basis der vom Bildsensor erfassten Bilddaten Oberflächenunregelmäßigkeiten vor dem Rad erfasst werden.
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Die
DE 10 2016 200 109 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Erfassungsbereich mit einer Strahlungseinrichtung zum Aussenden eines elektromagnetischen Abtaststrahls in wenigstens einen Teil des Erfassungsbereichs und mit einer Einrichtung zur Modulierung des Abtaststrahls sowie mit einer Detektionseinrichtung zur Detektion von reflektierter Strahlung aus wenigstens einem Teil des Erfassungsbereichs und mit einer Einrichtung zur Auswertung des Zeitverhaltens der detektierten reflektierten Strahlung in Abhängigkeit von der Modulierung des Abtaststrahls.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Erfassung zumindest eines Objekts in zumindest einem Teil einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs, eine Erfassungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche die Erfassung eines solchen Objekts in der Umgebung auf möglichst einfache und effiziente Weise ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, durch eine Erfassungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung zumindest eines Objekts in zumindest einem Teil einer Umgebung eines Kraftfahrzeugs wird mittels eines Laserscheinwerfers des Kraftfahrzeugs in mindestens einem vorbestimmten ersten Zeitintervall ein erster Lichtstrahl ausgesandt und in den zumindest einen Teil der Umgebung projiziert. Weiterhin wird mittels mindestens einer Kamera, in mindestens einem zweiten Zeitintervall, welches mit dem ersten Zeitintervall zumindest teilweise zeitlich überlappt, ein Bild von dem zumindest einen Teil der Umgebung mit zumindest einem Teil der Projektion des ersten Lichtstrahls aufgenommen und ein Vorhandensein des Objekts in dem zumindest einen Teil der Umgebung in Abhängigkeit von dem zumindest einen Teil der Projektion des ersten Lichtstrahls im Bild erfasst. Dabei wird der erste Lichtstrahl im mindestens einen vorbestimmten ersten Zeitintervall als gemäß einer vorgegebenen Trajektorie kontinuierlich bewegter erster Lichtstrahl ausgesandt und das Vorhandensein des Objekts in dem zumindest einen Teil der Umgebung in Abhängigkeit von einem Verlauf des zumindest einen Teils der Projektion des ersten Lichtstrahls im Bild erfasst. Dabei wird durch den ersten Lichtstrahl ein Scheinwerferlicht zur Beleuchtung zumindest eines Teils einer Straße bereitgestellt, wobei der erste Lichtstrahl gemäß der vorgegebenen Trajektorie derart bewegt wird, dass eine Fläche in der Umgebung, die von der durch den ersten Lichtstrahl im ersten Zeitintervall im zeitlichen Verlauf erzeugten Projektionslinie überstrichen wird, für eine Person homogen ausgeleuchtet erscheint.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass zur Umfelderfassung, insbesondere zur Erfassung eines Objekts in zumindest einem Teil einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, kein zu einem definierten Zeitpunkt räumlich verteiltes Messmuster, wie dies üblicherweise von Pixellichtsystemen erzeugt wird, erforderlich ist, sondern dass beispielsweise ein einzelner, zeitlich bewegter Lichtstrahl, insbesondere ein gemäß einer vorgegebenen und damit bekannten Trajektorie bewegter Lichtstrahl, ausreichend ist, um Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Objekten in der Umgebung zu ziehen. Ein solcher zeitlich kontinuierlich bewegter Lichtstrahl erzeugt zu einem gegebenen Zeitpunkt lediglich einen einzelnen Projektionspunkt in der Umgebung. In einem Kamerabild, welches während einer endlichen Belichtungszeit aufgenommen wird, erscheint die Projektion eines solchen Lichtstrahls jedoch als ausgedehnte Kurve oder Linie, je nach Ausgestaltung der vorgegebenen Trajektorie und der Oberflächengeometrie der Umgebung. Ein solcher Verlauf des Teils der Projektion des ersten Lichtstrahls im Bild kann in vorteilhafterweise dazu genutzt werden, Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Wird beispielsweise mit dem ersten bewegten Lichtstrahl geradlinig über eine ebene Oberfläche gescannt, so erscheint diese Scanlinie im Bild ebenfalls als geradlinig verlaufende Linie. Weist die Oberfläche jedoch eine Krümmung auf, so erscheint diese Scanlinie im Bild ebenfalls gekrümmt. Befindet sich irgendein Hindernis oder eine Unebenheit auf der Oberfläche, so erscheint die Scanlinie im Bild an dieser Stelle zum Beispiel mit einem Knick, unterbrochen oder stark gekrümmt, je nach Geometrie dieses Hindernisses beziehungsweise Objekts. Eine Zick-Zach-Linie im Bild weist beispielsweise auf das Vorhandensein eines Bordsteins hin. Entsprechend lässt sich also anhand des Verlaufs des zumindest einen Teils der Projektion des ersten Lichtstrahls im Bild vorteilhafterweise das Vorhandensein eines Objekts erfassen. Da hierzu zudem ein einzelner bewegter Lichtstrahl ausreichend ist, lässt sich zur Umfelderfassung vorteilhafterweise ein scannender Laserscheinwerfer verwenden, welcher im Gegensatz zu Pixellichtsystemen dazu ausgelegt ist, einen zeitlich kontinuierlich bewegten Lichtstrahl, nämlich den ersten Lichtstrahl, bereitzustellen, und diesen gemäß einer vorgegebenen Trajektorie auszusenden. Dies wiederum erlaubt einen deutlich effizienteren Scheinwerferbetrieb. Dies hat insbesondere gleich zwei Gründe: Zum einen werden bei einem scannenden Laserscheinwerfer, um einzelne Bereiche nicht zu beleuchten, keine Pixel inaktiv geschaltet, sondern stattdessen wird der betreffende Lichtstrahl einfach nur in die auszuleuchtenden Bereiche gelenkt. Daher erlaubt bereits die grundsätzliche Funktionsweise eines solchen scannenden Laserscheinwerfers einen deutlich effizienteren Betrieb, da es durch diese Betriebsweise kein nennenswertes durch das Ablenksystem verursachtes absorbiertes Verlustlicht gibt.
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Zum anderen kann der Lichtstrahl, der zur Beleuchtung der Fahrbahnoberfläche oder zumindest eines Teils davon verwendet wird, gleichzeitig zu Messzwecken verwendet werden. Es muss also kein separates Messlicht oder kein separater Messstrahl bereitgestellt werden, was die Effizienz zusätzlich enorm steigert. Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung besteht zudem darin, dass als Kamera eine herkömmliche, einfache Kamera des Kraftfahrzeugs genutzt werden kann, die in Fahrzeugen oftmals ohnehin, zum Beispiel im Bereich des Rückspiegels, verbaut ist. Im Gegensatz dazu verwenden typische Laserscanner, wie zum Beispiel Lidare, als Teil der Umfelderfassung einen Sensor beziehungsweise eine Kamera zur Erfassung des ausgesandten und reflektierten Laserlichts, welche extrem schnell sein muss, das heißt eine sehr hohe Bildrate haben muss, um einzelne Laserpunkte auflösen zu können. Dies gestaltet solche Kameras oder Sensoren extrem aufwendig und teuer. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch ist eine „langsame“ Kamera, das heißt eine Kamera mit geringer beziehungsweise normaler Bildrate, vollkommen ausreichend beziehungsweise sogar erwünscht, da in einem Bild nicht einzelne Projektionspunkte des ersten Lichtstrahls erfasst werden sollen, sondern zumindest ein Abschnitt des zeitlichen Verlaufs der Projektion des Lichtstrahls, da gerade dieser Verlauf Aufschluss über das Vorhandensein, und insbesondere auch weitere Eigenschaften des in der Umgebung befindlichen Objekts gibt. Somit ermöglicht es die Erfindung in vorteilhafter Weise, die Funktionsweise eines normalerweise extrem teuren Laserscanners in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer zu integrieren, ohne dass sich dies auf die Effizienz des Betriebs des Scheinwerfers negativ auswirkt. Die Funktionalität eines solchen Laserscanners kann damit durch bereits bestehende Komponenten des Kraftfahrzeugs, nämlich den Laserscheinwerfer und die Kamera, bereitgestellt werden.
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Der erste Lichtstrahl stellt vorzugsweise weißes Licht bereit. Zur Erzeugung des Lichtstrahls weist der Laserscheinwerfer eine Laserlichtquelle auf, zum Beispiel eine oder mehrere Laserdioden. Zur Erzeugung von weißem Licht kann der Laserscheinwerfer beispielsweise eine Laserlichtquelle aufweisen, die dazu ausgelegt ist, Laserlicht mit einer vorbestimmten ersten Wellenlänge zu emittieren, zum Beispiel im blauen oder UV-Bereich, und welches auf ein Wellenlängenkonversionselement, wie zum Beispiel einen Leuchtstoff, eingestrahlt wird, das das eingestrahlte Laserlicht in weißes Licht konvertiert und abstrahlt. Der Laserscheinwerfer kann aber beispielsweise auch drei oder mehr Laserlichtquellen unterschiedlicher Farbe, zum Beispiel eine im roten, eine im grünen und eine im blauen Wellenlängenbereich, aufweisen, während jeweilige emittierte Strahlen zu einem weißen Lichtstrahl kombiniert werden. Weiterhin kann der Laserscheinwerfer auch eine Kollimationsoptik aufweisen, welche zum Beispiel eine Linse und/oder einen Reflektor umfassen kann, und welche dazu ausgelegt ist, den von der mindestens einen Laserlichtquelle des Laserscheinwerfers bereitgestellten Lichtstrahl beziehungsweise das den Lichtstrahl bildende Strahlenbündel zu kollimieren. Durch eine solche Kollimationsoptik wird aus einem divergenten Strahlenbündel ein paralleles Strahlenbündel bzw. zumindest im Wesentlichen paralleles Strahlenbündel mit äußerst geringer Divergenz geformt. Dieses kann dann in Form des ersten Lichtstrahls den Laserscheinwerfer verlassen. Dadurch weist der erste Lichtstrahl eine sehr geringe räumliche Divergenz auf, was ein hohes Auflösungsvermögen ermöglicht.
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Zur Ablenkung des ersten Lichtstrahls gemäß der vorgegebenen Trajektorie umfasst der Laserscheinwerfer weiterhin ein Ablenkelement. Vorzugsweise ist dieses dazu ausgebildet, den ersten Lichtstrahl vor Verlassen des Laserscheinwerfers in zwei voneinander unabhängige Raumrichtungen abzulenken, zum Beispiel in der Horizontalen und in der Vertikalen in Bezug auf die bestimmungsgemäße Einbaulage des Laserscheinwerfers im Kraftfahrzeug. Die Horizontale definiert sich dann entsprechend über die Fahrzeugquerachse, und die Vertikale ist definiert über die Fahrzeughochachse. Vorzugsweise ist dieses Ablenkelement als Mikrospiegel, insbesondere als mikroelektomechanischer Spiegel (MEMS), ausgebildet, der um zwei zueinander senkrecht stehende Achsen, welche in der Spiegelfläche liegen, bewegbar beziehungsweise schwenkbar ist. Hierdurch lässt sich eine besonders schnelle und effiziente Ablenkung des Lichtstrahls in zwei unabhängige Richtungen bereitstellen und damit im Prinzip jede beliebige Trajektorie beschreiben. Als Ablenkelement kann aber auch ein rotierender Polygonspiegel verwendet werden oder auch eine Kombination aus einem rotierenden Polygonspiegel und einem nur um eine Achse schwenkbaren Mikrospiegel.
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Das erste Zeitintervall, in welchem der erste Lichtstrahl ausgesandt wird, kann beispielsweise durch eine Betriebsdauer oder Betriebszeit des Laserscheinwerfers definiert sein. Ist also der Laserscheinwerfer aktiv, so emittiert dieser den ersten Lichtstrahl und zwar als fortwährend beziehungsweise kontinuierlich bewegten ersten Lichtstrahl, zum Beispiel bis der Laserscheinwerfer wieder ausgeschaltet wird. Das erste Zeitintervall kann aber auch kürzer als die Betriebszeit definiert sein. Der erste Lichtstrahl kann zum Beispiel auch nur abschnittsweise kontinuierlich bewegt ausgesandt werden, z.B. mit temporären Unterbrechungen. Ein solcher zusammenhängender Abschnitt kann dann das korrespondierende erste Zeitintervall definieren. Das zweite Zeitintervall, in welchem die Kamera das Bild von dem zumindest einen Teil der Umgebung mit der Projektion des ersten Lichtstrahls aufnimmt, kann durch eine Belichtungszeit der Kamera definiert sein. Diese kann beispielsweise im Mikrosekundenbereich, insbesondere mehrstelligen Mikrosekundenbereich, liegen. Das vorbestimmte zweite Zeitintervall ist also deutlich kürzer als das erste Zeitintervall. Die Kamera kann darüber hinaus auch fortwährend Bildaufnahmen machen. Mit anderen Worten kann die Kamera zeitlich sequenziell mehrere Bilder von dem zumindest einen Teil der Umgebung machen, in jeweiligen, zeitlich aneinandergrenzenden oder auch zeitlich beabstandeten zweiten Zeitintervallen, die vorzugsweise alle gleich lang sind. Alle diese zweiten Zeitintervalle können dann entsprechend vom ersten Zeitintervall umfasst sein. Ein jeweiliges Bild nimmt dann entsprechend einen Verlaufsabschnitt des Verlaufs der Projektion des ersten Lichtstrahls auf. Je länger die Belichtungszeit der Kamera ist, desto größer ist der Anteilteil der Projektion, deren Verlauf aufgenommen wird.
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Unter Projektion ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere der Lichtanteil des ersten Lichtstrahls, und insbesondere analog auch des später noch beschriebenen zweiten Lichtstrahls, zu verstehen, der auf eine Projektionsfläche trifft, die insbesondere durch einen Teil der Umgebung bereitgestellt wird, also zum Beispiel der Lichtanteil der auf die Straße trifft und/oder auf ein Objekt und/oder ein Hindernis und/oder eine Wand. Die zeitliche Überlagerung der einzelnen durch den bewegten Lichtstrahl bereitgestellten Projektionspunkte bildet eine durch die Trajektorie vorgegebene Projektionsfigur, die je nach Oberflächengeometrie der Umgebung, Position des Scheinwerfers und Position der Kamera verzerrt ist.
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Das zumindest eine Objekt im zumindest einen Teil der Umgebung des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise ein Hindernis, einen anderer Verkehrsteilnehmer, eine Fahrbahnunebenheit, wie beispielsweise ein Schlagloch, eine Bordsteinkante oder Ähnliches darstellen. Insbesondere kann das Objekt ein von der Fahrbahn verschiedenes Objekt darstellen oder aber auch die Fahrbahn selbst darstellen. Neben dem Vorhandensein eines solchen Objekts lassen sich nicht nämlich vorteilhafterweise durch das beschriebene Verfahren auch weitere Objekteigenschaften, wie zum Beispiel die Fahrbahnkrümmung, ermitteln.
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Erfindungsgemäß wird durch den ersten Lichtstrahl ein Scheinwerferlicht zur Beleuchtung, insbesondere Ausleuchtung, zumindest eines Teils einer Straße bereitgestellt. Insbesondere kann dabei der erste Lichtstrahl gemäß der vorgegebenen Trajektorie derart bewegt werden, dass eine Fläche in der Umgebung, wie zum Beispiel ein Bereich der Straßen- oder Fahrbahnoberfläche, die von der durch den ersten Lichtstrahl im ersten Zeitintervall im zeitlichen Verlauf erzeugten Projektionslinie überstrichen wird, für eine Person homogen ausgeleuchtet erscheint. Mit anderen Worten kann der erste Lichtstrahl derart schnell und engmaschig über einen Umgebungsbereich bewegt werden, dass seine im zeitlichen Verlauf erzeugte Projektionslinie auf einer Fläche wie eine homogene Ausleuchtung dieser Fläche erscheint, da dieser im Prinzip einzelne kontinuierlich auf der Oberfläche bewegte, durch den ersten Lichtstrahl bereitgestellte Scanpunkt weder zeitlich noch räumlich vom menschlichen Auge auflösbar ist, welches im Schnitt nur ca. 25 Bilder pro Sekunde auflösen kann.
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Wie oben bereits beschrieben, hat dies den großen Vorteil, dass kein separater Messstrahl bereitgestellt werden muss. Der erste Lichtstrahl dient somit gleichzeitig zur Bereitstellung des Scheinwerferlichts sowie auch zur Erfassung von Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs. Die tatsächliche, insbesondere der Ansteuerungselektronik zur Ansteuerung des Ablenkelements bekannte, Skantrajektorie stellt gleichzeitig das Scheinwerferlicht bzw. Fahrlicht dar. Mit anderen Worten ergibt sich aus der Betriebsart des Scheinwerfers automatisch ein nutzbares Muster bzw. eine Figur, die dann vorteilhafterweise auch zu Messzwecken genutzt werden kann. Genau genommen muss also an einer Betriebsweise des Scheinwerfers nichts geändert werden. Zur Umfelderfassung ist dann lediglich eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die die von der Kamera, zum Beispiel ebenfalls ohnehin aufgenommenen Bilder in Bezug auf den darin befindlichen Verlauf des zumindest einen Teils der Projektion des ersten Lichtstrahls auswertet. Die Ansteuerung des Laserscheinwerfers kann dann beispielsweise von der Umfelderfassung, insbesondere von der Verwendung des Scheinwerferlichts zur Umfelderfassung, vollkommen unbeeinflusst bleiben.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn, wie dies gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, das Vorhandensein des Objekts in dem zumindest einen Teil der Umgebung in Abhängigkeit von der vorgegebenen Trajektorie erfasst wird, gemäß welcher der erste Lichtstrahl zumindest in einem Überlappungszeitintervall, in welchem sich das erste und zweite Zeitintervall überlappen, ausgesandt wird. Eine solche Abhängigkeit von der vorgegebenen Bewegungstrajektorie des ausgesandten Lichtstrahls kann dabei optional auch implizit durch die Detektionskriterien berücksichtigt sein, auf Basis von welchen das Objekt in der Umgebung detektiert wird. Da der Lichtstrahl wie beschrieben zeitlich kontinuierlich ausgesandt wird, so lässt eine Unterbrechung des Verlaufs der Projektion des Lichtstrahls im Bild auf ein Objekt, wie beispielsweise ein Hindernis, eine Bodenunebenheit oder Ähnliches schließen. Ein geeignetes Detektionskriterium zur Detektion des Objekts kann beispielsweise vorsehen, nach solchen Lücken beziehungsweise Unstetigkeiten im Verlauf der Projektionslinie in den aufgenommenen Bildern zu suchen. Wird beispielsweise eine gerade Scanlinie ausgesandt, so lässt die Detektion einer gekrümmten Scanlinie im Bild, insbesondere unter Berücksichtigung eventuell verzerrender Eigenschaften der Kameraoptik selbst, auf eine entsprechende Oberflächenkrümmung schließen. Da die vorgegebene Trajektorie ohnehin bekannt ist, da die Kenntnis dieser in die Ansteuerung des Ablenkelements des Laserscheinwerfers eingeht und damit durch die Ansteuerungselektronik vorgegeben ist, kann hierdurch eine besonders einfache und vorteilhafte Detektion von Objekten in der Umgebung bereitgestellt werden. Bei der Analyse des Verlaufs der Projektion im Bild kann darüber hinaus auch die Position des Scheinwerfers und der Kamera berücksichtigt werden. Trifft also die vom ersten Lichtstrahl in seinem zeitlichen Verlauf erzeugte Figur auf eine ideal ebene Oberfläche, wie beispielsweise eine ebene Fahrbahn, so wird sie aus der Kameraperspektive verzerrt erfasst. Diese Verzerrung hängt von der Position der erfassenden Kamera, der Scheinwerferposition und der beleuchteten Oberfläche ab. Dabei sind die Positionen des Scheinwerfers und der Kamera im Fahrzeugkoordinatensystem bekannt. Aus der Verzerrung der erzeugten Figur, das heißt des Verlaufs der Projektion, kann die Ausrichtung der beleuchteten Oberfläche berechnet werden. Eine gekrümmte Oberfläche, wie beispielsweise eine gekrümmte Fahrbahn, erzeugt dann entsprechend eine abschnittsweise anders verzerrte Figur. Daraus kann beispielsweise auch explizit die Oberflächenkrümmung zurückgerechnet werden. Objekte oder Hindernisse auf der Fahrbahn erzeugen aus der Kameraspektive Knicke, wie dies beispielsweise bei Hindernissen der Fall ist, und/oder Unterbrechungen mit Versatz der Scanlinie, wie dies beispielsweise bei einem Schlagloch der Fall ist. Aber auch weitere Objekteigenschaften können ermittelt werden.
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Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn mindestens eine Objekteigenschaft, insbesondere eine Oberflächengeometrie und/oder eine Größe und/oder eine Position und/oder eine Art des Objekts in Abhängigkeit von dem Verlauf des zumindest einen Teils der Projektion des ersten Lichtstrahls im Bild erfasst wird, insbesondere in Abhängigkeit von mehreren, im Bereich des Objekts befindlichen Verlaufsabschnitten des zumindest einen Teils der Projektion des ersten Lichtstrahls in jeweilig zeitlich sequenziell mittels der Kamera aufgenommen Bildern.
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Mit anderen Worten können durch mehrere Scannvorgänge und dadurch versetzte und anders gerichtete Scantrajektorien die Größe und die Form eines Objekts ermittelt werden. Auch die Art des Objekts kann ermittelt werden, da, wie oben beschrieben, unterschiedliche Objekte, Hindernisse oder Schlaglöcher auch unterschiedliche Auswirkungen auf den Verlauf der Scantrajektorie haben. Wird also der erste Lichtstrahl in seinem seitlichen Verlauf im ersten Zeitintervall mehrmals über das Objekt in der Umgebung geführt, so kann dadurch nicht nur das Vorhandensein dieses Objekts detektiert werden, sondern eben auch dessen Größe und Form abgeschätzt beziehungsweise ermittelt werden. Die Position eines Objekts lässt sich darüber hinaus beispielsweise dadurch ermitteln, dass bekannt ist, in welcher Richtung der erste Lichtstrahl zu einem gegebenen Zeitpunkt, zu welchem die Kamera das entsprechend korrespondierende Bild erfasst, aussendet. Zudem lassen sich zur Positionsbestimmung zusätzlich auch Informationen aus den Kamerabildern selbst verwenden. Letztendlich lassen sich hierdurch umfassende Umfeldinformationen bereitstellen und vor allem die Topologie der Umgebung aus der Trajektorienverzerrung und Unterbrechung sehr genau berechnen. Somit können vorteilhafterweise viele Zusatzinformationen über Objekte in der Umgebung gewonnen werden, die z.B. eine Objektklassifikation oder Gefahreneinschätzung ermöglichen oder deutlich vereinfachen. Auch wird hierduch eine sehr genaue Oberflächen- und Umgebungsmodellierung ermöglicht, was von vielen Fahrerassistenzsystemen genutzt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die vorgegebene Trajektorie des ersten Lichtstrahls zumindest in einer ersten Raumrichtung, vorzugsweise zusätzlich auch in einer zur ersten Raumrichtung senkrechten zweiten Raumrichtung, durch eine harmonische Schwingung beschreibbar. Mit anderen Worten kann die vorbestimmte Trajektorie eine Lissajous-Figur darstellen. Grundsätzlich kann die vorgegebene Trajektorie auch jede beliebige andere Bahn oder Kurve beschreiben. Beispielsweise ist es auch denkbar, die Umgebung gemäß einer helixförmigen Trajektorie abzuscannen oder auch zeilenweise oder Ähnliches. Der große Vorteil einer Trajektorie, die in zwei Dimensionen aus harmonischen Schwingungen aufgebaut ist, besteht vor allem darin, dass die Ablenkung des ersten Lichtstrahls durch das Ablenkelement, vor allem wenn dieses als resonanter Mikrospiegel ausgebildet ist, extrem schnell erfolgen kann und sich die Ansteuerung dieses Mikrospiegels sehr einfach gestaltet. Ein resonanter Mikrospiegel schwingt ohnehin harmonisch um seine Schwenkachsen, wodurch sich automatisch eine Ablenkung des Lichtstrahls in den korrespondierenden, zueinander senkrechten Raumrichtungen gemäß harmonischen Schwingungen ergibt.
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Zusätzlich ist die Ablenkgeschwindigkeit eines solchen resonanten Spiegels um ein Vielfaches höher als bei einem nicht resonanten Spiegel. In gegebener Zeit lässt sich damit eine viel größere Projektionsfläche durch den ersten Lichtstrahl überstreichen, die somit für einen Betrachter homogen beleuchtet erscheint. Entsprechend ist es auch bevorzugt, dass, wenn die vorgegebene Trajektorie eine Lissajous-Figur darstellt, das Ablenkelement als resonanter 2D-Mikrospiegel ausgebildet ist. Weiterhin muss die vorgegebene Trajektorie nicht permanent die gleiche Lissajous-Figur beschreiben. Beispielsweise können die Ansteuerfrequenzen in der Horizontalen und Vertikalen auch während des ersten Zeitintervalls variiert werden, so dass daraus unterschiedliche Lissajous-Figuren resultieren, die sich zeitlich überlagern und dadurch eine auszuleuchtende Fläche deutlich besser abdecken können. Eine gute Flächenabdeckung kann aber auch durch geeignete Wahl der jeweiligen Frequenzen der harmonischen Schwingungen in der Horizontalen und Vertikalen erreicht werden. Dabei stehen zahlreiche Möglichkeiten bezüglich der Ausgestaltung der Lissajous-Figunren zu Wahl, die eine gute Flächenausleuchtung ermöglichen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mittels des Laserscheinwerfers ein in zumindest einem dritten Zeitintervall zumindest zeitweise gemäß einer vorgegebenen Trajektorie kontinuierlich bewegter zweiter Lichtstrahl mit einem vom ersten Lichtstrahl verschiedenen Wellenlängenspektrum, insbesondere im infraroten Wellenlängenbereich, ausgesandt und auf zumindest einen zweiten Teil der Umgebung projiziert, wobei die mindestens eine Kamera ein zweites Bild vom zweiten Teil der Umgebung mit der Projektion des zweiten Lichtstrahls aufnimmt und wobei ein Vorhandensein eines zweiten Objekts im zweiten Teil der Umgebung in Abhängigkeit vom Verlauf der Projektion des zweiten Lichtstrahls im zweiten Bild erfasst wird.
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Dieser zweite Lichtstrahl kann im Allgemeinen einen zusätzlich zum ersten Lichtstrahl oder auch alternativ zum ersten Lichtstrahl ausgesandten Lichtstrahl darstellen. Beispielsweise können mit diesem zweiten Lichtstrahl Umgebungsbereiche beleuchtet werden, die aktuell vom ersten Lichtstrahl nicht beleuchtet werden, zum Beispiel weil es die aktuelle Fahrsituation nicht erfordert. Mit anderen Worten können auch so Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels des zweiten Lichtstrahls erfasst werden, die sich aktuell nicht im vom Scheinwerfer ausgeleuchteten Bereich befinden. Da dieser zweite Lichtstrahl ein Wellenlängenspektrum zumindest zum Großteil im infraroten Wellenlängenbereich hat, ist dieser vom menschlichen Auge auch nicht wahrnehmbar. Somit lässt sich vorteilhafterweise der Erfassungsbereich des Laserscheinwerfers durch Verwendung dieses zusätzlichen zweiten Lichtstrahls vergrößern, ohne dass dies von einem Benutzer bemerkt wird. Nichtsdestoweniger können der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl den gleichen optischen Pfad nutzen. Die optischen Elemente, die vom Laserscheinwerfer umfasst sind, können damit sowohl für den ersten als auch für den zweiten Lichtstrahl genutzt werden, so dass hierdurch weder Zusatzkosten noch eine aufwendige Gestaltung des Scheinwerfers die Folge sind. Soll also beispielsweise ein Umgebungsbereich vom weißen ersten Lichtstrahl nicht beleuchtet werden, so wird, wenn das Ablenkelement den zu diesem Umgebungsbereich korrespondierenden Raumwinkelbereich überstreicht, die den ersten weißen Lichtstrahl bereitstellende Laserlichtquelle abgeschaltet, und nur die Infrarotlichtquelle ist aktiv, bis das Ablenkelement wieder in einen Raumwinkelbereich bewegt wird, der ausgeleuchtet werden soll. Dann kann entsprechend wiederum die dem ersten Lichtstrahl zugeordnete Laserlichtquelle angeschaltet und optional die Infrarotlichtquelle abgeschaltet werden. Entsprechend stellt es eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn im dritten Zeitintervall der erste Lichtstrahl nicht ausgesandt wird oder im dritten Zeitintervall der erste Lichtstrahl nicht in den zweiten Teil der Umgebung projiziert wird.
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In dem Fall, in welchem vom zweiten Lichtstrahl ein Umgebungsbereich beleuchtet beziehungsweise abgetastet werden soll, der vom ersten Lichtstrahl nicht beleuchtet werden soll, ist also auch das genannte dritte Zeitintervall, in welchem der zweite Lichtstrahl ausgesandt wird, vom ersten Zeitintervall, in welchem der erste Lichtstrahl ausgesandt wird, verschieden. Entsprechend unterscheidet sich in diesem Fall auch der zumindest eine zweite Teil der Umgebung vom zumindest einen ersten Teil der Umgebung, und auch das zweite Objekt, welches im zumindest einen zweiten Teil der Umgebung erfasst wird, kann ein anderes als das oben genannte erste Objekt, das mittels des ersten Lichtstrahls im ersten Teil der Umgebung erfasst wird, darstellen oder zumindest einen anderen Teil des gleichen Objekts.
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Das Erfassungsprinzip der Objekterfassung mittels des zweiten Lichtstrahls ist jedoch genau dasselbe wie dies im Zusammenhang mit dem ersten Lichtstrahl bereits beschrieben wurde. In diesem Fall ist die Kamera lediglich zusätzlich oder alternativ zur Erfassung von infrarotem Licht ausgelegt. Dabei kann einerseits ein und dieselbe Kamera verwendet werden, um sowohl die Projektion des ersten Lichtstrahls als auch die Projektion des zweiten Lichtstrahls zu erfassen. Diese Kamera ist dann entsprechend sowohl im sichtbaren Wellenlängenbereich als auch im infraroten Wellenlängenbereich sensitiv. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine weitere Kamera verwendet werden, zum Beispiel eine Infrarotkamera, die lediglich im infraroten Wellenlängenbereich sensitiv ist.
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Durch die Bereitstellung dieses zweiten Lichtstrahls ist es jedoch nicht nur möglich, den Erfassungsbereich auszuweiten, sondern beispielsweise auch das Auflösungsvermögen der Erfassung zu verbessern. Beispielsweise ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn der zweite Lichtstrahl als modulierter, insbesondere zeitlich modulierter und/oder intensitätsmodulierter Lichtstrahl, ausgesandt wird. Somit kann dieser infrarote zweite Lichtstrahl auch verwendet werden, um einen modulierten Projektionsstrahl bereitzustellen. Dieser Projektionsstrahl kann insbesondere intensitätsmoduliert sein. Beispielsweise kann der infrarote Lichtstrahl für einen kürzeren Zeitraum, als die eingesetzte Kamera für eine Einzelaufnahme braucht, eingeschaltet oder moduliert werden. Mit anderen Worten ist das dritte Zeitintervall kürzer als das zweite Zeitintervall, und der zweite Lichtstrahl wird wiederholt in aufeinanderfolgenden, aber zeitlich voneinander beabstandeten dritten Zeitintervallen ausgesandt. Damit entsteht ein vorgegebenes Unterbrechungsmuster in der Scantrajektorie. Mit einem der Abschnitte kann beispielsweise nur das interessierende Objekt getroffen werden. Dadurch können vorteilhafterweise die Anforderungen an die Erfassungstechnik reduziert werden. Würde beispielsweise die Kamera nur zwei benachbarte Scanlinien aufgrund der geringen Reaktionszeit erfassen können, so kann beim Durchlaufen der zweiten Linie die Infrarotlichtquelle abgeschaltet und damit die Aussendung des zweiten Lichtstrahls beendet werden, so dass die Kamera nur eine dünne Linie als Projektion des ersten Lichtstrahls erfasst. So kann durch Ein- und Ausschalten der Infrarotlichtquelle das Auflösungsvermögen erhöht werden. Der infrarote zweite Lichtstrahl kann somit also auch zumindest teilweise gleichzeitig mit dem ersten Lichtstrahl ausgesandt werden. Durch eine entsprechende Modulation des Infrarotlichts kann damit insgesamt ein modulierter Projektionsstrahl bereitgestellt werden. In diesem Fall können sich also das erste Zeitintervall, in welchem der erste Lichtstrahl ausgesandt wird, und das dritte Zeitintervall, in welchem der zweite Lichtstrahl ausgesandt wird, überlappen, oder das dritte Zeitintervall kann auch vollständig innerhalb des ersten Zeitintervalls liegen. In diesem Fall kann auch der erste Teil der Umgebung mit dem zweiten Teil der Umgebung übereinstimmen, und auch das erste und zweite Objekt können das gleiche Objekt betreffen.
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Zum Bereitstellen des zweiten Lichtstrahls ist lediglich eine zusätzliche Infrarotlichtquelle, die ebenfalls in den Scheinwerfer integriert werden kann, erforderlich. So lassen sich auf besonders einfache und kostengünstige Weise enorme Vorteile in Bezug auf die Vergrößerung des Erfassungsbereichs und die Erhöhung der Erfassungsauflösung und Präzision erzielen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Erfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Erfassung zumindest eines Teils einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, wobei die Erfassungseinrichtung einen Laserscheinwerfer aufweist, der dazu ausgelegt ist, in mindestens einem vorbestimmten ersten Zeitintervall einen Lichtstrahl auszusenden, und auf den zumindest einen Teil der Umgebung zu projizieren, wobei die Erfassungseinrichtung eine Kamera aufweist, die dazu ausgelegt ist, in mindestens einem zweiten Zeitintervall, welches mit dem ersten Zeitintervall zumindest teilweise zeitlich überlappt, ein Bild von dem zumindest einen Teil der Umgebung mit zumindest einem Teil der Projektion des Lichtstrahls aufzunehmen, und wobei die Erfassungseinrichtung eine Auswerteeinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, ein Vorhandensein eines Objekts in dem zumindest einen Teil der Umgebung in Abhängigkeit von dem zumindest einen Teil der Projektion des Lichtstrahls im Bild zu erfassen. Darüber hinaus ist der Laserscheinwerfer dazu ausgelegt, als Lichtstrahl einen im mindestens einen vorbestimmten ersten Zeitintervall gemäß einer vorgegebenen Trajektorie kontinuierlich bewegten Lichtstrahl auszusenden, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, das Vorhandensein des Objekts in dem zumindest einen Teil der Umgebung in Abhängigkeit von einem Verlauf des zumindest einen Teils der Projektion des Lichtstrahls im Bild zu erfassen. Dabei ist der Laserscheinwerfer dazu ausgelegt, durch den ersten Lichtstrahl ein Scheinwerferlicht zur Beleuchtung zumindest eines Teils einer Straße bereitzustellen, und den ersten Lichtstrahl gemäß der vorgegebenen Trajektorie derart zu bewegen, dass eine Fläche in der Umgebung, die von der durch den ersten Lichtstrahl im ersten Zeitintervall im zeitlichen Verlauf erzeugten Projektionslinie überstrichen wird, für eine Person homogen ausgeleuchtet erscheint.
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Insbesondere ist die Erfassungseinrichtung dazu ausgelegt, ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine seiner Ausgestaltungen auszuführen.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltung genannten Vorteile gelten damit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Erfassungseinrichtung. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausgestaltungen genannten Verfahrensschritte die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung durch weitere korrespondierende gegenständliche Merkmale.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Auch hier gelten die in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Erfassungseinrichtung zur Umfelderfassung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Laserscheinwerfers der Erfassungseinrichtung zur Umfelderfassung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung der Scantrajektorie, die den zeitlichen Verlauf des vom Laserscheinwerfer ausgesandten Lichtstrahls beschreibt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung eines mittels der Kamera der Erfassungseinrichtung aufgenommen Bildes mit dem Verlauf eines Teils der Projektion des Lichtstrahls im Bereich eines Hindernisses, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 5 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Umfelderfassung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10, welches eine Erfassungseinrichtung 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist. Die Erfassungseinrichtung 12, die zur Umfelderfassung dient, umfasst dabei zumindest einen Kraftfahrzeugscheinwerfer 14, welcher als Laserscheinwerfer 14 ausgebildet ist, insbesondere als hochauflösender Laserscheinwerfer 14, eine Kamera 16 sowie eine Auswerteeinheit 18. Der vom Laserscheinwerfer 14 ausleuchtbare Umgebungsbereich ist weiterhin mit 20 bezeichnet. Dieser ausleuchtbare Bereich 20, welcher gleichzeitig auch den Scanbereich des Laserscheinwerfers 14 bereitstellen kann, kann beispielsweise in der Horizontalen, das heißt parallel zur dargestellten x-Richtung, ± 15 Grad betragen, insbesondere ausgehend vom Laserscheinwerfer 14, und in der Vertikalen, das heißt parallel zur dargestellten y-Richtung, beispielsweise ± 5 Grad. Denkbar sind aber auch größere Öffnungswinkel in der Horizontalen sowie in der Vertikalen. Weiterhin ist der Erfassungsbereich der Kamera 16 mit 22 bezeichnet.
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Der Laserscheinwerfer 14 ist weiterhin als scannender Laserscheinwerfer 14 ausgebildet. Dies bedeutet, dass durch den Laserscheinwerfer 14 ein Lichtstrahl 24 bereitgestellt wird, insbesondere ein stark kollimierter Lichtstrahl 24, welcher kontinuierlich bewegt wird und dabei in seinem zeitlichen Verlauf gemäß einer vorgegebenen Trajektorie den auszuleuchtenden Umgebungsbereich 20 überstreicht. Dabei muss nicht notwendigerweise immer der maximal ausleuchtbare Umgebungsbereich 20 ausgeleuchtet werden, sondern je nach Situation kann auch nur ein Teilbereich davon beleuchtet werden. Der Lichtstrahl 24 überstreicht dabei eine auszuleuchtende Fläche, wie zum Beispiel einen Teil 26 einer Straßenoberfläche bzw. einer Straße 27 derart schnell, dass diese Teilfläche 26 für einen Betrachter, wie beispielsweise einen Fahrer 28 des Kraftfahrzeugs 10, als homogen beleuchtet erscheint, obwohl zu einem gegebenen Zeitpunkt durch den Lichtstrahl 24 nur ein einzelner Punkt beziehungsweise punktförmiger Bereich dieser Teilfläche 26 beleuchtet wird. Die letztendlich resultierende Lichtverteilung, die vom Betrachter 28 wahrgenommen wird, wird somit als zeitliche Überlagerung der Scanlinie, die die Projektion des vom Scheinwerfer 14 ausgesandten Lichtstrahls 24 darstellt, erzeugt. Weiterhin stellt in diesem Fall der Teilbereich 26 den auf Basis des durch den Scheinwerfer 14 bereitgestellten Lichtstrahls 24 zu erfassenden Umgebungsbereich 26 dar.
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Die Kamera 16 kann beispielsweise als herkömmliche Verkehrsüberwachungskamera des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet sein. Fast alle modernen Fahrzeuge sind mit einer solchen Verkehrsüberwachungskamera ausgestattet. Die Kamera 16 kann beispielsweise in der Nähe des Rückspiegels im Kraftfahrzeug 10 oder am Rückspiegel selbst angeordnet sein. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Position sowohl in Bezug auf die Erfassung des projizierten Scheinwerferlichts 24 als auch in Bezug auf die Verkehrserfassung dar. Vorteilhaft an dieser Position ist vor allem, dass die Kamera 16 den auf Basis des durch den Scheinwerfer 14 bereitgestellten Lichtstrahls 24 zu erfassenden Umgebungsbereich 26 aus einer anderen Perspektive als der Laserscheinwerfer 14 aufnimmt beziehungsweise betrachtet.
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Die Kamera 16 nimmt nun wiederholt gemäß ihrer Bildaufnahmefrequenz Bilder von der Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 auf, insbesondere von dem Teil 30 der Umgebung, welcher innerhalb des Erfassungsbereichs 22 der Kamera 16 liegt. Auch der vom Laserscheinwerfer 14 beleuchtete Teil 26 der Straße 27 stellt einen Teil dieses Umgebungsteils 30 dar. Nimmt nun die Kamera 16 ein Bild von diesem beleuchteten Straßenabschnitt 26 während eines Zeitintervalls auf, welcher der Belichtungszeit der Kamera 16 entspricht, so erscheint in diesem Bild ebenfalls ein Teil der Scantrajektorie, die vom Lichtstrahl 24 bereitgestellt wird. Dieser Teil der Bewegungs- beziehungsweise Scantrajektorie ist dabei mehr oder weniger verzerrt, wobei diese Verzerrung von der Position der Kamera 16, von der Position des Scheinwerfers 14 und von der Position und Orientierung der beleuchteten Oberfläche 26 abhängt. Somit kann in Kenntnis der Position des Scheinwerfers 14 sowie der Position der Kamera 16, zum Beispiel in Kraftfahrzeugkoordinaten, die Orientierung beziehungsweise Ausrichtung der beleuchteten Oberfläche 26 ermittelt werden. Auch Objekte oder Hindernisse in dem ausgeleuchteten Bereich 26 verursachen typische Verzerrungen der Scanlinie und führen beispielsweise auch zu Unterbrechungen oder Knicken oder Ähnlichem. Somit kann vorteilhafterweise anhand des von der Kamera 16 in jeweiligen Bildern aufgenommenen Verlaufs der Projektion des Lichtstrahls 24 in Kenntnis der Trajektorie, gemäß welcher dieser Lichtstrahl 24 im zeitlichen Verlauf ausgesandt wird, ein Vorhandensein von Objekten, Hindernissen, oder Ähnlichem detektiert werden. Eine solche Detektion kann durch die Auswerteeinheit 18 auf Basis einer Bildanalyse der von der Kamera 16 aufgenommenen Bildern durchgeführt werden. Dies wird nun im Folgenden nochmal detaillierter beschrieben.
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Dazu zeigt 2 zunächst eine schematische Darstellung einiger Komponenten des Laserscheinwerfers 14 im Detail. Zunächst umfasst der Laserscheinwerfer 14 eine Laserlichtquelle 32, welche wiederum mehrere Einzellichtquellen 34, 36, 38, 40 umfassen kann. In diesem Beispiel sind zum einen eine rote Einzellaserlichtquelle 34, eine grüne Einzellaserlichtquelle 36 sowie eine blaue Einzellaserlichtquelle 38 dargestellt, deren kombiniertes Laserlicht den ersten Lichtstrahl 24 bereitstellt. Zur Beleuchtung eines Teils 26 der Straße 27 ist es bevorzugt, dass dieser erste Lichtstrahl 24 weißes Licht bereitstellt. Durch Verschiebung der Intensitätsverhältnisse bei der Kombination der Einzellaserlichtstrahlen der jeweiligen Einzellaserlichtquellen 34, 36, 38 lässt sich im Prinzip jedoch jede beliebige Farbe als Scheinwerferlicht bereitstellen. So lässt sich der Scheinwerfer 14 nicht nur zur Bereitstellung einer homogen ausgeleuchteten Fläche 26 verwenden, sondern kann auch gezielt zur Projektion von Symbolen 42 oder Piktogrammen oder allgemeinen Fahrhinweisen verwendet werden. Weiterhin umfasst in diesem Beispiel die Laserlichtquelle 32 auch noch eine weitere Einzellaserlichtquelle 40, die Licht im infraroten Wellenlängenbereich bereitstellt. Mit anderen Worten kann diese Einzellichtquelle 40 als Infrarotkanal aufgefasst werden. So lässt sich alternativ oder zusätzlich zum ersten Lichtstrahl 24 auch ein zweiter Lichtstrahl, welcher hier nicht explizit veranschaulicht ist, bereitstellen, dessen Funktion später näher erläutert wird. Weiterhin weist der Laserscheinwerfer 14 ein Ablenkelement in Form eines 2D-Mikrospiegels 44 als Teil eines 2D-MEMS-Scanners 46 auf. Dieser Mikrospiegel 44 befindet sich im Strahlengang des Lichtstrahls 24 und lenkt entsprechend diesen Lichtstrahl 24 entsprechend der Ansteuerung des Mikrospiegels 44 ab. Zu diesem Zweck kann der Mikrospiegel 44 um zwei voneinander unabhängige und zueinander senkrecht stehende Schwenkachsen gedreht beziehungsweise geschwenkt werden. Ist dieser Mikrospiegel 44 als resonanter Mikrospiegel 44 ausgebildet, so führt dieser Mikrospiegel 44 bei entsprechender Ansteuerung eine harmonische Schwingung mit gegebener Frequenz aus. Dies gilt insbesondere für beide Schwenkachsen des Mikrospiegels 44, wobei die den Schwenkachsen zugeordneten Frequenzen unterschiedlich sein können. Als Resultat beschreibt der ausgesandte erste Lichtstrahl 24 eine Lissajous-Figur, deren konkrete Ausgestaltung von den jeweiligen Ansteuerfrequenzen des Mikrospiegels 44 in seine beiden Schwenkrichtungen abhängt sowie von einer jeweiligen Phasendifferenz.
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Eine exemplarische Trajektorie 48, gemäß welcher der erste Lichtstrahl 24 mittels des Mikrospiegels 44 abgelenkt wird, ist in Form einer solchen Lissajous-48 in 3 exemplarisch dargestellt. Die Ablenkung des ersten Lichtstrahls 24 gemäß einer solchen Trajektorie 48 führt zu einer korrespondierenden Projektion 50 im beleuchteten Umgebungsteil 26, welcher wiederum exemplarisch in 2 dargestellt ist. Hierbei soll angemerkt werden, dass diese Projektionslinie 50, die den zeitlichen Verlauf des ersten Lichtstrahls 24, der auf den Umgebungsbereich 26 auftrift, beschreibt, lediglich beispielhaft als schlangenförmige Linie dargestellt ist, und nicht mit der in 3 dargestellten Lissajous-48 korrespondiert.
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Durch sehr schnelles und engmaschiges Bewegen des ersten Lichtstrahls 24 über die zu beleuchtende Fläche 26 erscheint dies einem Betrachter 28 homogen. Die Kamera 16 kann jedoch die einzelnen Projektionslinien 50 auflösen. Je nach Belichtungszeit erfasst die Kamera 16 dabei pro Bild typischerweise nur einen Teil einer solchen Projektionslinie 50. Die vom Scheinwerfer 14 projizierte 48 wird je nach Oberflächenbeschaffenheit und Krümmung der Oberfläche, auf welche sie projiziert wird, wie zum Beispiel den Teil 26 der Straßenoberfläche 27, verzerrt. Durch Vergleich dieser Verzerrung gegenüber der ursprünglichen und bekannten 48 bzw. der bekannten Trajektorie 48 kann die Topologie der Oberfläche 26 errechnet werden. Vor allem aber können auch Objekte oder Hindernisse im abgescannten Bereich 26 erkannt werden. Dies soll nun anhand von 4 veranschaulicht werden.
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4 zeigt dabei eine schematische Darstellung eines in einem kurzen Zeitintervall von der Kamera 16 aufgenommenen Bildes 52 von dem Teil 26 der Umgebung 30, in welchem der Laserscheinwerfer 14 den Lichtstrahl 24 im gleichen Zeitintervall projiziert hat und welcher im Bild 52 als entsprechender Teil der Projektion 50 erscheint. Der Verlauf dieser Projektion 50 gibt Aufschluss über das Vorhandensein von Objekten 54, wie in diesem Beispiel ein zylindrisches Hindernis 54. Wie an diesem zu erkennen ist, weist die Projektion 50 des Laserlichtstrahls 24 im Bereich dieses Objekts 54 eine Unterbrechung 56 auf. Zudem ist auch zu erkennen, dass ein Teil der Projektion 50 im Bereich des Objekts 54 deutlich gegenüber seinem ursprünglichen Verlauf verzerrt ist und einen deutlichen Knick 58 aufweist. Auf Basis solcher Charakteristika, wie der beschriebenen Unterbrechung 56 und des Knicks 58, kann das Vorhandensein von Objekten im beleuchteten Bereich 26 detektiert werden. Die Position des Objekts 54 kann zudem auf Basis der aktuellen Scanrichtung des Laserscheinwerfers 14 sowie auf Basis der Kamerabildinformation errechnet werden. Darüber hinaus lassen sich aber auch noch weitere Informationen über Objekte gewinnen. Beispielsweise können durch mehrere Scanvorgänge und dadurch versetzte und/oder anders gerichtete Scantrajektorien 50, wie beispielsweise die beschriebene Lissajous-48, auch die Größe und die Form des Objekts 54 ermittelt werden. So können Hindernisform und Größe mit Hilfe der Projektion 50 der Scantrajektorien 48 aus mindestens einer Scheinwerferperspektive und der Aufnahme aus mindestens einer anderen Perspektive mittels der Kamera 16 ebenfalls erkannt werden.
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Zusätzlich zum beschriebenen ersten Lichtstrahl 24 kann es vorgesehen sein, dass der Laserscheinwerfer 14 auch dazu ausgelegt ist, einen infraroten Lichtstrahl auszusenden. Dieser kann von der zu 2 erwähnten Infrarotlichtquelle 14 bereitgestellt werden. Durch einen solchen infraroten Lichtstrahl ergeben sich vielzählige zusätzliche Vorteile. Beispielsweise können Bereiche des gewünschten Erfassungsbereichs, die aktuell vom ersten Lichtstrahl 24 nicht beleuchtet werden, zum Beispiel weil dies die Scheinwerferlichtverteilung in der gegebenen Situation erfordert, stattdessen vom infraroten Lichtstrahl abgescannt werden. Dies erlaubt eine Umfelderfassung auch in Bereichen, die aktuell vom Scheinwerfer 14 mittels des weißen Lichtstrahls 24 nicht ausgeleuchtet werden sollen. Auch dieser Infrarotstrahl beziehungsweise dessen Projektion können in entsprechender Weise von der Kamera 16 oder auch einer weiteren Infrarotkamera erfasst werden. Im Gegensatz zum sichtbaren Strahl, das heißt dem ersten Strahl 24, kann ein Infrarotstrahl in einem kontinuierlichen Modus oder komplementär zum sichtbaren Strahl 24 betrieben werden. Unter einem kontinuierlichen Modus soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass die Infrarotlichtquelle 40 permanent aktiv sein kann und der Infrarotstrahl damit die komplette vom Mikrospiegel 44 abdeckbare Beleuchtungsfläche bestrahlen kann, da das infrarote Licht vom menschlichen Auge ohnehin nicht wahrgenommen wird. Stattdessen wird der weiße Lichtstrahl 24 beziehungsweise dessen zugeordnete Lichtquelle 34, 36, 38 an- und ausgeschaltet, um zum Beispiel gezielt einen Teilbereich des gesamten beleuchtbaren Bereichs zu beleuchten. Auch kann ein solcher Infrarotstrahl verwendet werden, um die Präzision der Erkennung zu erhöhen. Zu diesem Zweck kann der Infrarotlaser beispielsweise für eine kürzere Zeit als die eingesetzte Kamera 16 für die Einzelaufnahme braucht, eingeschaltet oder moduliert werden. Dadurch entstehend Unterbrechungsmuster, die auf dem sichtbaren Lichtstrahl überlagert sein können.
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Grundsätzlich können zur Erfassung der Projektion 50 nicht nur eine Kamera 16, sondern beispielsweise auch mehrere Kameras 16 verwendet werden. Diese können auch unterschiedliche Abfolgen der Scantrajektorienabschnitte mit sequenzieller Aufnahmereihenfolge erfassen. Die von der jeweiligen Kamera 16 gemachten Aufnahmen können dann zur weiteren Analyse ebenfalls der Auswerteeinheit 18 zugeführt werden, die die erfassten Bilder analog auswertet. Bei der Auswertung können dann analog die unterschiedlichen Kamerapositionen berücksichtigt werden.
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5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Umfelderfassung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in Schritt S10 mittels des Laserscheinwerfers 14 ein Lichtstrahl 24 auf eine zu beleuchtende Fläche 26 gemäß einer vorgegebenen Trajektorie 48 ausgesandt. Dieses Aussenden erfolgt über einen Zeitraum, in welchem der Lichtstrahl 24 gemäß dieser vorgegebenen Trajektorie 48 kontinuierlich bewegt wird. Währenddessen wird von der Kamera 16 des Kraftfahrzeugs 10 zumindest eine Bildaufnahme in Schritt S12 gemacht, und zwar zumindest zum Teil von demjenigen Umgebungsbereich, in welchen der Lichtstrahl 24 ausgesandt wird. Dadurch umfasst das von der Kamera 16 aufgenommene Bild 52 zumindest einen Teil der Projektion 50 des Lichtstrahls 24. Der Verlauf dieses Projektionsabschnitts 50 wird von der Auswerteeinheit 18 in Schritt S14 analysiert. Insbesondere wird hierbei der Verlauf 52 im Hinblick auf Verzerrungen analysiert, anhand von welchen das Vorhandensein von Objekten 54, zum Beispiel wie oben bereits beschrieben, erfolgen kann. Die Ergebnisse dieser Analyse, die beispielsweise das Vorhandensein von Objekten 54, deren Position, Größe, Form sowie gegebenenfalls auch deren Art, können dann beispielsweise in Schritt S16 einem Fahrerassistenzsystem zur Verfügung gestellt werden. Ein solches Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs 10 kann beispielsweise ein Kollisionswarnsystem darstellen, welches den Fahrer 28 rechtzeitig vor einer Kollision mit anderen Objekten 54 auf der Fahrbahn 27 warnen kann und gegebenenfalls auch einen automatischen Bremseingriff auslösen kann. Ein solches Fahrerassistenzsystem kann aber beispielsweise auch ein Assistenzsystem zum autonomen Fahren des Kraftfahrzeugs 10 darstellen. Es kann auch ein Assistenzsystem zum automatischen Einparken des Kraftfahrzeugs 10 darstellen sowie auch jegliches andere Assistenzsystem, welches den Fahrer bei der Ausführung der Fahraufgabe auf Grundlage einer Umfelderfassung unterstützen kann. Beispielsweise kann das Fahrerassistenzsystem auch eine automatische Fahrwerkseinstellung bzw. Einstellungsänderung bei als Objekt 54 erkannter Bodenwelle vornehmen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren zur Umfelderfassung mit Hilfe eines hochauflösenden Scheinwerfers und einer Kamera bereitgestellt werden kann, welches bestehende Komponenten im Fahrzeug nutzt, insbesondere die besagte Kamera und einen scannenden Scheinwerfer, um eine Funktionserweiterung des Fahrzeugs bereitzustellen. Dabei entstehen vorteilhafterweise keine oder kaum zusätzliche Hardware-Kosten. Zur Optimierung und/oder Erweiterung der Funktionalität des Systems ist entsprechend die Einspielung eines Software-Updates ohne die Notwendigkeit eines Hardware-Updates ausreichend. Nichtsdestoweniger lässt sich durch dieses kostengünstige System eine präzise Datengewinnung zur Objekterkennung bereitstellen. Gerade das Scannen mit Lissajous-Figuren ermöglicht eine solche präzise Datengewinnung auf eine äußerst effektive Art.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Erfassungseinrichtung
- 14
- Laserscheinwerfer
- 16
- Kamera
- 18
- Auswerteeinrichtung
- 20
- Umgebungsbereich
- 22
- Erfassungsbereich der Kamera
- 24
- Lichtstrahl
- 26
- Teilfläche
- 27
- Straße
- 28
- Betrachter
- 30
- Teil der Umgebung
- 32
- Laserlichtquelle
- 34
- Einzellichtquelle
- 36
- Einzellichtquelle
- 38
- Einzellichtquelle
- 40
- Einzellichtquelle
- 42
- Symbol
- 44
- Mikrospiegel
- 46
- 2D-MEMS-Scanner
- 48
- Trajektorie
- 50
- Projektion
- 52
- Bild
- 54
- Objekt
- 56
- Unterbrechung
- 58
- Knick
