DE102020213862A1 - Method and environment detection system for providing environment data - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Umgebungsdaten, welche die Umgebung eines Fahrzeugs (1) beschreiben, wobei die Umgebung beschreibende Sensordaten mit mindestens einem Sensor (12) des Fahrzeugs (1) erfasst werden und wobei der mindestens eine Sensor (12) die Sensordaten mit einer definierten Auflösung, einer definierten Rate und in einem definierten Koordinatensystem liefert und auf den Sensordaten basierende Umgebungsdaten durch Übertragen an andere Verkehrsteilnehmer (6) und/oder an eine Infrastruktureinrichtung (100) als Empfänger bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsdaten über eine Konvertierung der Sensordaten erhalten werden, bei der zumindest eine oder mehrere Wandlungen vorgenommen werden, welche ausgewählt sind ausi) dem Erhöhen oder Verringern der Auflösung,ii) dem Erhöhen oder Verringern der Rate, undii) dem Durchführen einer Dekonstruktion der Sensordaten, welche die Sensordaten abstrahiert und dadurch anonymisiert.Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Umgebungserfassungssystem (10) für ein Fahrzeug (1) sowie ein Computerprogramm, welche zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet sind.The invention relates to a method for providing environmental data describing the environment of a vehicle (1), sensor data describing the environment being recorded with at least one sensor (12) of the vehicle (1) and the at least one sensor (12) storing the sensor data with a defined resolution, a defined rate and in a defined coordinate system, and environmental data based on the sensor data are provided by transmission to other road users (6) and/or to an infrastructure facility (100) as a receiver, characterized in that the environmental data are provided via a Conversion of the sensor data is obtained, in which at least one or more conversions are made, which are selected from i) increasing or decreasing the resolution, ii) increasing or decreasing the rate, and ii) performing a deconstruction of the sensor data, which abstracts the sensor data and thereby anonymized. Width Re aspects of the invention relate to an environment detection system (10) for a vehicle (1) and a computer program, which are set up to carry out the method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Umgebungsdaten, welche die Umgebung eines Fahrzeugs beschreiben, wobei die Umgebung beschreibende Sensordaten mit mindestens einem Sensor des Fahrzeugs erfasst werden und wobei der Sensor die Sensordaten mit einer definierten Auflösung und einer definierten Rate liefert und auf den Sensordaten basierende Umgebungsdaten durch Übertragen an andere Verkehrsteilnehmer und/oder an eine Infrastruktureinrichtung als Empfänger bereitgestellt werden. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Umgebungserfassungssystem für ein Fahrzeug und ein Computerprogramm, welche zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet sind.The invention relates to a method for providing environment data which describes the environment of a vehicle, with sensor data describing the environment being recorded with at least one sensor of the vehicle and with the sensor supplying the sensor data with a defined resolution and a defined rate and based on the sensor data Area data are provided by transmission to other road users and / or to an infrastructure facility as a recipient. Further aspects of the invention relate to an environment detection system for a vehicle and a computer program, which are set up to carry out the method.
Stand der TechnikState of the art
Moderne Fahrzeuge weisen zunehmend Assistenzsysteme auf, welche den Fahrer des Fahrzeugs bei der Ausführung verschiedener Fahrmanöver unterstützen. Auch sind Fahrzeuge bekannt, welche automatisierte Fahrfunktionen aufweisen, welche zumindest unter bestimmten Bedingungen einen autonomen Fahrbetrieb ohne den Eingriff eines Fahrers erlauben.Modern vehicles increasingly have assistance systems that support the driver of the vehicle in performing various driving maneuvers. Vehicles are also known which have automated driving functions which, at least under certain conditions, allow autonomous driving without the intervention of a driver.
Diese Assistenzsysteme und die autonomen Fahrfunktionen sind auf präzise Daten über die Umgebung des Fahrzeugs angewiesen. Dazu verfügen die Fahrzeuge jeweils über Sensoren, welche Sensordaten erfassen. Diese Sensoren werden beispielsweise verwendet, um Objekte um das autonome Fahrzeug herum zu lokalisieren. Darauf basierend kann durch eine autonome Fahrfunktion eine Trajektorienplanung und eine Ansteuerung von Fahrzeugaktuatoren innerhalb eines autonomen Fahrzeugs erfolgen. Mit den Fahrzeugaktuatoren wird dann jeweils die Querführung, also die Lenkung des Fahrzeugs, und/oder die Längsführung, also das Beschleunigen bzw. Abbremsen des Fahrzeugs, beeinflusst.These assistance systems and autonomous driving functions rely on precise data about the vehicle's surroundings. For this purpose, the vehicles each have sensors that record sensor data. These sensors are used, for example, to locate objects around the autonomous vehicle. Based on this, an autonomous driving function can be used to plan a trajectory and control vehicle actuators within an autonomous vehicle. The lateral guidance, ie the steering of the vehicle, and/or the longitudinal guidance, ie the acceleration or braking of the vehicle, are then influenced by the vehicle actuators.
Eine Verarbeitung der die Umgebung beschreibenden Sensordaten erfolgt beispielsweise mithilfe von intelligenten Objekterkennungsalgorithmen, die beispielsweise als neuronalen Netze oder künstliche Intelligenz implementiert sein können. Die Objekterkennungsalgorithmen verwenden dabei in der Regel Sensordaten mit einer definierten Auflösung und Datenrate. Die Verarbeitungsalgorithmen innerhalb eines autonomen Fahrzeugs sind dabei dazu eingerichtet mit den Auflösungen der unterschiedlichen am Fahrzeug angeordneten Sensoren umzugehen, bzw. die Auswertealgorithmen sind auf die entsprechenden Auflösungen und Datenraten der Sensordaten der unterschiedlichen Sensoren des jeweiligen Fahrzeugs parametriert oder im Falle von neuronalen Netzen trainiert.The sensor data describing the environment is processed, for example, with the aid of intelligent object recognition algorithms, which can be implemented, for example, as neural networks or artificial intelligence. The object recognition algorithms usually use sensor data with a defined resolution and data rate. The processing algorithms within an autonomous vehicle are set up to deal with the resolutions of the different sensors arranged on the vehicle, or the evaluation algorithms are parameterized for the corresponding resolutions and data rates of the sensor data of the different sensors of the respective vehicle or, in the case of neural networks, are trained.
Des Weiteren ist bekannt, dass Fahrzeuge untereinander (car-to car communication) oder mit einer Infrastruktureinrichtung (car-to-infrastructure communication) Daten austauschen können. Diese ausgetauschten Daten können insbesondere Umgebungsdaten umfassen, welche die Umgebung des Fahrzeugs beschreiben.Furthermore, it is known that vehicles can exchange data with one another (car-to-car communication) or with an infrastructure device (car-to-infrastructure communication). This exchanged data can in particular include environmental data that describe the environment of the vehicle.
Bei dem Austausch von Sensordaten unterschiedlicher Sensoren zwischen verschiedenen Fahrzeugen untereinander oder mit einer Infrastruktureinrichtung tritt das Problem auf, dass die in einem Fahrzeug vorhandenen Auswertealgorithmen auf bestimmte Auflösungen und/oder Datenraten eingerichtet sind. Eine Nutzung der ausgetauschten Sensordaten wird dadurch erschwert oder sogar unmöglich. Des Weiteren können insbesondere bei dem Austausch von Bilddaten Datenschutzbedenken bestehen, insbesondere, wenn Personen oder Nummernschilder in den ausgetauschten Bildern identifizierbar sind. Derartige Datenschutzbedenken können dazu führen, dass diese Sensordaten nicht ausgetauscht werden können und somit für eine Auswertung durch andere Fahrzeuge oder durch eine Infrastruktureinrichtung nicht zur Verfügung stehen.When sensor data from different sensors are exchanged between different vehicles or with an infrastructure device, the problem arises that the evaluation algorithms present in a vehicle are set up for specific resolutions and/or data rates. This makes it more difficult or even impossible to use the exchanged sensor data. Furthermore, data protection concerns can arise, especially when image data is exchanged, especially if people or number plates can be identified in the exchanged images. Such data protection concerns can mean that this sensor data cannot be exchanged and is therefore not available for evaluation by other vehicles or by an infrastructure device.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es wird ein Verfahren zum Bereitstellen von Umgebungsdaten vorgeschlagen, welche die Umgebung eines Fahrzeugs beschreiben, wobei die Umgebung beschreibende Sensordaten mit mindestens einem Sensor des Fahrzeugs erfasst werden und wobei der mindestens eine Sensor die Sensordaten mit einer definierten Auflösung, einer definierten Rate und in einem definierten Koordinatensystem liefert und auf den Sensordaten basierende Umgebungsdaten durch Übertragen an andere Verkehrsteilnehmer und/oder an eine Infrastruktureinrichtung als Empfänger bereitgestellt werden. Ferner ist vorgesehen, dass die Umgebungsdaten über eine Konvertierung der Sensordaten erhalten werden, bei der zumindest eine oder mehrere Wandlungen vorgenommen werden, welche ausgewählt sind aus
- i) dem Erhöhen oder Verringern der Auflösung,
- ii) dem Erhöhen oder Verringern der Rate, und
- iii) dem Durchführen einer Dekonstruktion der Sensordaten, welche die Sensordaten abstrahiert und dadurch anonymisiert.
- i) increasing or decreasing the resolution,
- ii) increasing or decreasing the rate, and
- iii) performing a deconstruction of the sensor data, which abstracts the sensor data and thereby renders it anonymous.
Bevorzugt erfolgt zusätzlich eine Wandlung der Sensordaten in das Fahrzeugkoordinatensystem des Empfängers oder in ein globales Koordinatensystem (Weltkoordinatensystem).In addition, the sensor data is preferably converted into the vehicle coordinate system of the receiver or into a global coordinate system (world coordinate system).
Bei dem mindestens einen Sensor kann es sich beispielsweise um eine Videokamera, ein Mikrofon, eine Kamera, einen Ultraschallsensor, einen LiDAR-Sensor oder einen Radar-Sensor handeln. Das Fahrzeug kann insbesondere mehr als einen Sensor aufweisen, wobei das Fahrzeug mehrere gleichartige Sensoren aufweisen kann und/oder Sensoren unterschiedlicher Typen aufweisen kann.The at least one sensor can be, for example, a video camera, a microphone, a camera, an ultrasonic sensor, a LiDAR sensor or a radar sensor. In particular, the vehicle can have more than one sensor, it being possible for the vehicle to have a plurality of sensors of the same type and/or to have sensors of different types.
Entsprechend des Typs des mindestens eines Sensors kann es sich bei den Sensordaten um verschiedene Datentypen handeln, beispielsweise Bilddaten, welche Bilder repräsentieren, Videos (in Form einer Abfolge von Bildern bzw. Bilddaten), Wellenformen, welche eine Tonaufzeichnung repräsentieren können, dreidimensionale Punktwolken und dergleichen. Diese Datentypen weisen jeweils eine Auflösung auf, welche eine Präzision der Daten angibt. Des Weiteren weisen die Datentypen eine Rate auf, welche insbesondere einer Wiederholrate der durch den jeweiligen Sensor ausgeführten Messung entsprechen kann.According to the type of at least one sensor, the sensor data can be different types of data, for example image data representing images, videos (in the form of a sequence of images or image data), waveforms which can represent a sound recording, three-dimensional point clouds and the like . These data types each have a resolution that indicates a precision of the data. Furthermore, the data types have a rate which can correspond in particular to a repetition rate of the measurement carried out by the respective sensor.
Beispielsweise handelt es sich bei der Auflösung um eine Bildauflösung oder Farbtiefe von Bilddaten, eine Bittiefe von Samples einer Wellenform, eine Zahlenpräzision eines diskreten Sensorwerts, die Zahlenpräzision eines 3D-Modells bzw. einer Punktwolke.For example, the resolution is an image resolution or color depth of image data, a bit depth of samples of a waveform, a numerical precision of a discrete sensor value, the numerical precision of a 3D model or a point cloud.
Bei der Rate handelt es sich beispielsweise um eine Bildrate eines Stroms von Bilddaten, eine Abtastrate einer Wellenform, eine Wiederholrate diskreter Sensorwerte, die Updaterate eines 3d-Modells bzw. einer Punktwolke.The rate is, for example, a frame rate of a stream of image data, a sampling rate of a waveform, a repetition rate of discrete sensor values, the update rate of a 3D model or a point cloud.
Zur Auswertung der Sensordaten werden bevorzugt Algorithmen und/oder Kl-Verfahren eingesetzt, die beispielsweise bestimmte Merkmale aus den Sensordaten extrahieren, um insbesondere Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs zu identifizieren. In der Regel erwarten diese Algorithmen und/oder KI-Verfahren die Sensordaten jeweils in einem bestimmten Eingabeformat, also insbesondere in einer bestimmten Auflösung und/oder Rate. Um die Sensordaten für die Verarbeitung durch andere Verkehrsteilnehmer und/oder eine Infrastruktureinrichtung verarbeitbar zu machen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Sensordaten durch Konvertieren in ein vorgegebenes Zielformat zu bringen und die so erhaltenen Umgebungsdaten für die Verwendung durch andere bereitzustellen.Algorithms and/or AI methods are preferably used to evaluate the sensor data, which, for example, extract specific features from the sensor data in order to identify objects in the area surrounding the vehicle in particular. As a rule, these algorithms and/or AI methods expect the sensor data to be in a specific input format, i.e. in particular in a specific resolution and/or rate. In order to make the sensor data processable for processing by other road users and/or an infrastructure facility, the invention provides for the sensor data to be converted into a specified target format and the environmental data obtained in this way made available for use by others.
Bei den anderen Verkehrsteilnehmern handelt es sich insbesondere um weitere Fahrzeuge, welche sich in der Nähe befinden. Durch das Übermitteln der Umgebungsdaten, die auf den eigenen Sensordaten basieren, können diese weiteren Fahrzeuge aus einer anderen Perspektive Einblick in das aktuelle Verkehrsgeschehen erhalten. Dies ermöglicht es beispielsweise Informationen über Bereiche der Umgebung zu erhalten, die durch die jeweils Fahrzeugeigenen Sensoren nicht eingesehen werden können, da diese beispielsweise durch Objekte verdeckt werden. Jeder Verkehrsteilnehmer kann dabei die erhaltenen Umgebungsdaten unter Verwendung der eigenen Auswertealgorithmen und/oder KI-Verfahren verarbeiten, so dass die Funktionalität aller Fahrzeugeigener Assistenzfunktionen und autonomer Fahrfunktionen voll zur Verfügung steht, egal ob eigene Sensordaten oder erhaltene Umgebungsdaten verwendet werden.The other road users are, in particular, other vehicles that are in the vicinity. By transmitting the environmental data based on their own sensor data, these other vehicles can gain an insight into the current traffic situation from a different perspective. This makes it possible, for example, to obtain information about areas of the environment that cannot be viewed by the vehicle's own sensors, since these are covered by objects, for example. Each road user can process the environmental data obtained using their own evaluation algorithms and/or AI methods, so that the functionality of all of the vehicle's own assistance functions and autonomous driving functions is fully available, regardless of whether their own sensor data or environmental data obtained are used.
Bei der Infrastruktureinrichtung kann es sich beispielsweise um einen zentralen Server handeln, insbesondere einen Cloud-Server. Die Infrastruktureinrichtung kann dabei die erhaltenen Umgebungsdaten anderen Verkehrsteilnehmern zur Verfügung stellen und/oder eigene Auswertungen der Umgebungsdaten vornehmen. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Infrastruktureinrichtung unter Verwendung eines Algorithmus oder eines Kl-Verfahrens über die erhaltenen Umfelddaten eine Verkehrsdichte bestimmt oder freie Parkplätze identifiziert. Diese abgeleiteten Informationen können dann wiederum Verkehrsteilnehmern zur Verfügung gestellt werden.The infrastructure device can be a central server, for example, in particular a cloud server. The infrastructure device can make the environmental data obtained available to other road users and/or carry out its own evaluations of the environmental data. For example, it is conceivable for the infrastructure device to determine a traffic density or identify free parking spaces using the environmental data obtained using an algorithm or an AI method. This derived information can then in turn be made available to road users.
Das Zielformat der Konvertierung kann für alle an einem Austausch von Umgebungsdaten teilnehmenden Verkehrsteilnehmer und/oder Infrastruktureinrichtungen identisch vorgegeben werden. Alternativ dazu kann das Zielformat individuell von einem Empfänger vorgegeben werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Empfänger von dem Fahrzeug Umgebungsdaten in dem vorgegebenen Zielformat anfragt und somit mit der Anfrage Angaben über das gewünschte Zielformat übermittelt.The target format of the conversion can take part in an exchange of environment data for all taking road users and / or infrastructure facilities are specified identically. Alternatively, the target format can be specified individually by a recipient. It can be provided in particular that the recipient requests environmental data from the vehicle in the specified target format and thus transmits information about the desired target format with the request.
Für die Übermittlung der Umfelddaten wird bevorzugt ein drahtloses Kommunikationsverfahren eingesetzt. Hierbei kann beispielsweise eine direkte Verbindung zwischen zwei Verkehrsteilnehmern hergestellt werden oder es kann eine Verbindung mit einem Kommunikationsnetzwerk wie dem Internet hergestellt werden. Geeignete Kommunikationsverfahren umfassen insbesondere Mobilfunktechniken wie GSM, UMTS, LTE, 5G sowie Verfahren für die drahtlose Vernetzung wie Bluetooth oder WiFi.A wireless communication method is preferably used for the transmission of the environment data. In this case, for example, a direct connection can be established between two road users or a connection to a communication network such as the Internet can be established. Suitable communication methods include, in particular, mobile radio technologies such as GSM, UMTS, LTE, 5G and methods for wireless networking such as Bluetooth or WiFi.
Bevorzugt werden für das Ausführen der Konvertierung ein oder mehrere Algorithmen, Maschinenlernverfahren oder künstliche-Intelligenzverfahren sowie Kombinationen daraus eingesetzt, wobei für verschiedene Arten von Sensordaten und/oder für verschiedene Wandlungen jeweils verschiedene Algorithmen, Maschinenlernverfahren oder künstliche-Intelligenzverfahren eingesetzt werden oder ein Algorithmus, ein Maschinenlernverfahren und/oder ein künstliche-Intelligenzverfahren mehrere Wandlungen für eine oder mehrere Arten von Sensordaten ausführt.One or more algorithms, machine learning methods or artificial intelligence methods and combinations thereof are preferably used to carry out the conversion, with different algorithms, machine learning methods or artificial intelligence methods being used for different types of sensor data and/or for different conversions, or an algorithm Machine learning method and / or an artificial intelligence method performs multiple conversions for one or more types of sensor data.
Bei der Verwendung unterschiedlicher Algorithmen für die Konvertierung der Sensordaten kann beispielsweise ein Algorithmus Sensordaten in eine einheitliche Auflösung konvertieren, während ein nachgelagerter Algorithmus die Rate anpasst und wieder ein nachgelagerter Algorithmus eine Dekonstruktion der Sensordaten berechnet.When using different algorithms for converting the sensor data, for example, one algorithm can convert sensor data into a uniform resolution, while a downstream algorithm adjusts the rate and another downstream algorithm calculates a deconstruction of the sensor data.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass bei der Konvertierung nur bestimmte Parameter der Sensordaten geändert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, bei der Konvertierung lediglich die Rate oder lediglich die Auflösung anzupassen.However, it can also be provided that only certain parameters of the sensor data are changed during the conversion. For example, it can be provided that only the rate or only the resolution is adjusted during the conversion.
Bevorzugt erfolgt ein Erhöhen der Rate unter Verwendung von Extrapolationsalgorithmen oder Interpolationsalgorithmen aus zwei benachbarten Datenpunkten der Sensordaten, wobei Zwischenpunkte berechnet werden. Zum Verringern der Rate erfolgt bevorzugt eine Auswahl der zu übertragenden Datenpunkte der Sensordaten entsprechend der als Ziel vorgegeben Rate und/oder es werden unter Verwendung von Extrapolationsalgorithmen oder Interpolationsalgorithmen aus zwei benachbarten Datenpunkten der Sensordaten Zwischenpunkte berechnet.The rate is preferably increased using extrapolation algorithms or interpolation algorithms from two adjacent data points of the sensor data, with intermediate points being calculated. To reduce the rate, the data points of the sensor data to be transmitted are preferably selected according to the rate specified as the target and/or intermediate points are calculated from two adjacent data points of the sensor data using extrapolation algorithms or interpolation algorithms.
Handelt es sich bei den Sensordaten um Bilddaten, so wird bevorzugt zum Verändern der Bildauflösung der Bilddaten und/oder für eine Dekonstruktion der Bilddaten ein neuronales Netz eingesetzt.If the sensor data is image data, a neural network is preferably used to change the image resolution of the image data and/or to deconstruct the image data.
Eine geänderte Auflösung bzw. Bildauflösung von Bilddaten kann mithilfe eines neuronalen Netzes berechnet werden. Sofern die Auflösung der Bilddaten erniedrigt wird, können beispielsweise bestimmte Pixel der Bilddaten weggelassen und das resultierende Bild geglättet werden. Bei einer Erhöhung der Auflösung erfolgt bevorzugt mithilfe des neuronalen Netzes eine Extrapolation von fehlenden Pixeln aus den vorhandenen Pixeln der Bilddaten.A changed resolution or image resolution of image data can be calculated using a neural network. If the resolution of the image data is reduced, for example specific pixels of the image data can be omitted and the resulting image can be smoothed. If the resolution is increased, the neural network is preferably used to extrapolate missing pixels from the existing pixels of the image data.
Das Verwenden neuronaler Netze für das Verändern der Auflösung von Bilddaten ist dem Fachmann bekannt. Ein Beispiel hierfür wird in der Veröffentlichung Mehdi S. M. Sajjadi, Bernhard Schölkopf, Michael Hirsch „EnhanceNet: Single Image Super-Resolution Through Automated Texture Synthesis“, arXiv:1612.07919v2 beschrieben.Using neural networks to change the resolution of image data is known to those skilled in the art. An example of this is described in the publication Mehdi SM Sajjadi, Bernhard Schölkopf, Michael Hirsch "EnhanceNet: Single Image Super-Resolution Through Automated Texture Synthesis", arXiv:1612.07919v2.
Eine geänderte Rate bzw. im Fall eines Videos die Bildanzahl über die Zeit, wird bevorzugt ebenfalls mithilfe eines neuronalen Netzes berechnet. Beispielsweise werden Sensordaten erst um einen Zyklus versetzt an weitere Verkehrsteilnehmer oder an eine Infrastruktureinrichtung übertragen. Dabei entspricht ein Zyklus der Rate des Umfeldsensors, mit der dieser Daten liefert. Im Fall von Bilddaten als Sensordaten erfolgt bei einer Erhöhung der Rate (Bildrate) mithilfe eines neuronalen Netzes beispielsweise um den Faktor zwei die Extrapolation eines Bildes aus zwei aufeinanderfolgenden Bildern. Dabei werden beispielsweise mithilfe des neuronalen Netzes die Unterschiede der verschiedenen Pixel zwischen den beiden Bildern ermittelt und darauf basierend mithilfe eines Extrapolationsalgorithmus das fehlende Bild zwischen den beiden Bildern berechnet. Anschließend werden alle 3 Bilder übertragen. Auf diese Weise können Bilddaten in diesem Beispiel mit der doppelten Rate aus den vorhandenen Bilddaten erzeugt werden und anschließend an weitere Verkehrsteilnehmer oder eine Infrastruktureinrichtung übertragen werden. Der Faktor zwei ist dabei nur als Beispiel zu sehen. Je intelligenter der Algorithmus, desto mehr Bilddaten können stufenweise aus den zwei benachbarten Bildern erzeugt werden, je nach geforderter Bildrate auf der Empfängerseite. Auch eine Reduzierung der Bildrate mithilfe des neuronalen Netzes ist denkbar. In diesem Fall wird beispielsweise nur jedes zweite Bild an einen Empfänger übermittelt. A changed rate or, in the case of a video, the number of images over time is preferably also calculated using a neural network. For example, sensor data is only transmitted to other road users or to an infrastructure facility offset by one cycle. One cycle corresponds to the rate at which the environment sensor supplies data. In the case of image data as sensor data, when the rate (frame rate) is increased by a factor of two, for example, an image is extrapolated from two consecutive images using a neural network. For example, the neural network is used to determine the differences between the various pixels between the two images and, based on this, the missing image between the two images is calculated using an extrapolation algorithm. All 3 images are then transferred. In this way, image data can be generated from the existing image data at twice the rate in this example and then transmitted to other road users or an infrastructure facility. The factor of two can only be seen as an example. The more intelligent the algorithm, the more image data can be generated step by step from the two adjacent images, depending on the required frame rate on the receiver side. A reduction in the frame rate using the neural network is also conceivable. In this case, for example, only every second image is transmitted to a recipient.
Soll die Bildrate beispielsweise um ein Drittel reduziert werden, werden beispielsweise zwei oder drei benachbarte Bilder verwendet und darauf basierend mithilfe eines Extrapolationsalgorithmus innerhalb des neuronalen Netzes die Pixelinhalte jedes Pixels des Bildes für ein Drittel der Bildrate berechnet.For example, if the frame rate is to be reduced by a third, two or three adjacent frames are used and based on that rend uses an extrapolation algorithm within the neural network to calculate the pixel content of each pixel in the image for a third of the frame rate.
Bei der Dekonstruktion von Sensordaten werden eingegebene Sensordaten durch ein neuronales Netz verarbeitet. Das neuronale Netz wandelt dabei z.B. Bilddaten in ein Maschinenformat um, welches nur von einer Maschine verstanden werden kann. Aus diesem Maschinenformat kann dann beispielsweise ein nachgelagertes neuronales Netz bestimmte Merkmale extrahieren. Die dabei extrahierten Merkmale sind beispielsweise geeignet, die Positionen von Objekten zu beschreiben und/oder eine Klassifizierung der Art des Objekts vorzunehmen, so dass beispielsweise zwischen Fahrzeugen, Bäumen und Fußgängern unterschieden werden kann. Das durch die Dekonstruktion erhaltene Maschinenformat bzw. die extrahierten Merkmale lassen es jedoch nicht zu, Personen zu identifizieren oder Nummernschilder zu lesen. Auch ist es nicht möglich, über die dekonstruierten Daten bzw. die extrahierten Merkmale die ursprünglichen Bilddaten zu rekonstruieren. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, Bilddaten zu anonymisieren und ohne Datenschutzbedenken als Umgebungsdaten zu übermitteln.In sensor data deconstruction, input sensor data is processed by a neural network. The neural network converts, for example, image data into a machine format that can only be understood by a machine. A downstream neural network, for example, can then extract certain features from this machine format. The features extracted in this way are suitable, for example, for describing the positions of objects and/or for classifying the type of object, so that a distinction can be made between vehicles, trees and pedestrians, for example. However, the machine format obtained through the deconstruction or the extracted features do not allow people to be identified or license plates to be read. It is also not possible to reconstruct the original image data using the deconstructed data or the extracted features. In this way it is possible, for example, to anonymize image data and transmit it as environmental data without any data protection concerns.
Die Sensordaten des Fahrzeugs werden üblicherweise zunächst mit Bezug zu einem lokalen Fahrzeugkoordinatensystem als definiertes Koordinatensystem erfasst, welches beispielsweise auf eine Sensorposition oder einen Referenzpunkt des Fahrzeugs bezogen ist. Die Sensordaten des Fahrzeugs werden vor der Übertragung bevorzugt in ein Fahrzeugkoordinatensystem des Empfängers oder in ein globales Koordinatensystem transformiert. Hierzu kann beispielsweise anhand einer empfangenen Position und Orientierung eines weiteren Verkehrsteilnehmers unter Verwendung einer bekannten Position des Fahrzeugs eine entsprechende Wandlung vorgenommen werden. Des Weiteren kann vorgesehen sein, eine Wandlung des definierten Koordinatensystems der Sensordaten in ein globales Koordinatensystem vorzunehmen. Ein solches globales Koordinatensystem ist bevorzugt weltweit eindeutig und kann beispielsweise durch eine Infrastruktureinrichtung direkt verarbeitet werden. Andere Verkehrsteilnehmer können gegebenenfalls über eine weitere Transformation die erhaltenen Umfelddaten in ihr eigenes, lokales Koordinatensystem transformieren.The sensor data of the vehicle are usually first recorded with reference to a local vehicle coordinate system as a defined coordinate system, which is related, for example, to a sensor position or a reference point of the vehicle. The sensor data of the vehicle are preferably transformed into a vehicle coordinate system of the receiver or into a global coordinate system before transmission. For this purpose, for example, a corresponding conversion can be carried out on the basis of a received position and orientation of another road user using a known position of the vehicle. Furthermore, it can be provided that the defined coordinate system of the sensor data is converted into a global coordinate system. Such a global coordinate system is preferably unique worldwide and can be processed directly by an infrastructure facility, for example. Other road users can, if necessary, transform the environmental data obtained into their own local coordinate system via a further transformation.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, die Position und Orientierung des Fahrzeugs und gegebenenfalls die Position und Ausrichtung des Sensors zusammen mit den Umgebungsdaten an den Empfänger übermitteln, so dass diese eine entsprechende Transformation des Koordinatensystems ausführen kann.As an alternative to this, it can be provided that the position and orientation of the vehicle and, if necessary, the position and orientation of the sensor are transmitted to the receiver together with the environmental data, so that the latter can carry out a corresponding transformation of the coordinate system.
Die Position und gegebenenfalls die Ausrichtung des Fahrzeugs kann beispielsweise über Empfänger für Signale von Navigationssatelliten bestimmt werden. Gegebenenfalls können zur Unterstützung einer Lokalisierung Signale von Sensoren des Fahrzeugs wie beispielsweise ein Odometriesensor oder ein Kompass berücksichtigt werden.The position and, if necessary, the alignment of the vehicle can be determined, for example, via receivers for signals from navigation satellites. If necessary, signals from sensors of the vehicle, such as an odometry sensor or a compass, can be taken into account to support localization.
Bevorzugt werden die bereitgestellten Umgebungsdaten kryptografisch signiert, so dass deren Integrität und Herkunft nachvollzogen werden kann.The environmental data provided are preferably cryptographically signed so that their integrity and origin can be traced.
Hierzu können die Umgebungsdaten vor der Übertragung an einen Empfänger mit einem einheitlichen und eindeutigen Hashwert versehen werden. Auf diese Weise können die Umgebungsdaten bei einer Speicherung auf dem weiteren Verkehrsteilnehmer oder der Infrastruktureinrichtung jederzeit einem bestimmten Verkehrsteilnehmer zugeordnet werden. Der Hashwert der Umgebungsdaten wird dabei mithilfe eines eindeutigen Schlüssels, der zu genau einem Fahrzeug passt berechnet (private Key). Die Prüfung des Hashwerts der Umgebungsdaten außerhalb des Fahrzeugs erfolgt dann mithilfe eines öffentlichen Schlüssels (public Key).For this purpose, the environmental data can be provided with a uniform and unique hash value before transmission to a recipient. In this way, the environmental data can be assigned to a specific road user at any time when stored on the other road user or the infrastructure facility. The hash value of the environment data is calculated using a unique key that fits exactly one vehicle (private key). The hash value of the environmental data outside the vehicle is then checked using a public key.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist das Bereitstellen eines Umgebungserfassungssystems für ein Fahrzeug. Das Umgebungserfassungssystem umfasst mindestens einen Sensor, mit dem die Umgebung beschreibende Sensordaten erfasst werden können, sowie eine Kommunikationseinrichtung zur Übermittlung von Umgebungsdaten an andere Verkehrsteilnehmer oder eine Infrastruktureinrichtung und ein Steuergerät.Another aspect of the invention is providing an environment sensing system for a vehicle. The environment detection system comprises at least one sensor with which sensor data describing the environment can be detected, as well as a communication device for transmitting environment data to other road users or an infrastructure device and a control device.
Das Umgebungserfassungssystem ist dabei zur Ausführung eines der hierin beschriebenen Verfahren eingerichtet. Daher gelten im Rahmen eines der Verfahren beschriebene Merkmale entsprechend für das Umgebungserfassungssystem und umgekehrt gelten im Rahmen eines der Verfahren beschriebene Merkmale entsprechend für das Umgebungserfassungssystem.The environment detection system is set up to carry out one of the methods described herein. Therefore, features described within the scope of one of the methods apply accordingly to the environment detection system and vice versa, features described within the scope of one of the methods apply accordingly to the environment detection system.
Bevorzugt ist der mindestens eine Sensor eine Videokamera, ein Mikrofon, eine Stereokamera, ein Ultraschallsensor, ein LiDAR-Sensor, ein Radar-Sensor oder eine Kombination mehrerer dieser Sensoren. Dabei können insbesondere mehrere gleiche Sensoren und/oder Kombinationen mehrerer verschiedener Typen von Sensoren eingesetzt werden.The at least one sensor is preferably a video camera, a microphone, a stereo camera, an ultrasonic sensor, a LiDAR sensor, a radar sensor or a combination of several of these sensors. In this case, in particular, several identical sensors and/or combinations of several different types of sensors can be used.
Die Kommunikationseinrichtung ist bevorzugt für eine drahtlose Kommunikation eingerichtet, wobei beispielsweise eine Mobilfunktechnik wie GSM, UMTS, LTE, 5G und/oder Verfahren für die drahtlose Vernetzung wie Bluetooth oder WiFi implementiert werden.The communication device is preferably set up for wireless communication, for example using mobile radio technology such as GSM, UMTS, LTE, 5G and/or methods for the wireless networking such as Bluetooth or WiFi can be implemented.
Das Steuergerät kann insbesondere einen Mikrokontroller oder einen Prozessor umfassen, der für die Ausführung des Verfahrens entsprechend programmiert ist und insbesondere für das Durchführen der Konvertierung der Sensordaten eingerichtet ist.The control device can in particular comprise a microcontroller or a processor which is programmed accordingly for the execution of the method and is set up in particular for carrying out the conversion of the sensor data.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem die durch das Fahrzeug auszuführenden Schritte der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung eines Fahrassistenzsystems oder eines Subsystems hiervon in einem Fahrzeug handeln oder um eine Applikation für Fahrassistenzfunktionen, welche beispielsweise auf einem Smartphone oder Tablet ausführbar ist. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD, Blu-Ray Disc oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server zum Herunterladen bereitgestellt werden, z.B. über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.According to the invention, a computer program is also proposed, according to which the steps of the method described herein to be executed by the vehicle are carried out when the computer program is executed on a programmable computer device. The computer program can be, for example, a module for implementing a driver assistance system or a subsystem thereof in a vehicle, or an application for driver assistance functions, which can be executed on a smartphone or tablet, for example. The computer program may be stored on a machine-readable storage medium, such as a permanent or rewritable storage medium, or associated with a computing device, or on a removable CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc, or USB stick. Additionally or alternatively, the computer program may be made available on a computing device, such as a server, for download, e.g., over a data network such as the Internet or a communications link such as a telephone line or wireless connection.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Sensordaten eines Sensors zur Erfassung der Umgebung eines Fahrzeugs für eine Bereitstellung als Umgebungsdaten in ein vorgegebenes Format konvertiert, bevor diese an weitere Verkehrsteilnehmer oder eine Infrastruktureinrichtung übertragen werden. Dies erlaubt es, die Umgebungsdaten direkt auf der Empfängerseite auszuwerten bzw. weiterzuverarbeiten, ohne dass auf Empfängerseite eine weitere Konvertierung stattfinden muss. Auf diese Weise wird die Auswertung der Umgebungsdaten auf Empfängerseite beschleunigt. Dabei kann der Empfänger in vorteilhaften Varianten des Verfahrens das Zielformat der Konvertierung vorgeben, um die Umgebungsdaten in genau dem Format zu erhalten, welches für die Weiterverarbeitung benötigt wird.In the method according to the invention, sensor data from a sensor for detecting the surroundings of a vehicle are converted into a predefined format for provision as surroundings data before they are transmitted to other road users or an infrastructure facility. This allows the environment data to be evaluated or further processed directly on the receiver side without further conversion having to take place on the receiver side. In this way, the evaluation of the environment data is accelerated on the receiver side. In advantageous variants of the method, the recipient can specify the target format for the conversion in order to receive the environmental data in exactly the format that is required for further processing.
Bei der Konvertierung kann vorteilhafterweise eine Dekonstruktion von Sensordaten, insbesondere von Bilddaten vorgenommen werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Privatsphäre beispielsweise von Fußgängern in den Bilddaten bei der nachträglichen Verarbeitung durch den Empfänger gewährleistet wird. Das ermöglicht es auch bei strengen Datenschutzbestimmungen Bilddaten als Umgebungsdaten ohne Datenschutzbedenken an andere Verkehrsteilnehmer oder an eine Infrastruktureinrichtung zu übermitteln, so dass den Empfängern insgesamt mehr Daten über die Umgebung zur Verfügung stehen. Die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer wird durch diese weiteren Umgebungsdaten deutlich gesteigert, da entsprechend ein präziseres und vollständigeres Abbild der Umgebung vorliegt.During the conversion, sensor data, in particular image data, can advantageously be deconstructed. This ensures that the privacy of pedestrians in the image data, for example, is guaranteed during subsequent processing by the recipient. Even with strict data protection regulations, this makes it possible to transmit image data as environment data to other road users or to an infrastructure facility without data protection concerns, so that the recipients have more data about the environment at their disposal. The safety of road users is significantly increased by this additional environment data, since a more precise and complete image of the environment is accordingly available.
Bei den Empfängern der Umgebungsdaten können die für die Verarbeitung verwendeten Algorithmen bzw. KI-Verfahren besonders einfach ausgestaltet werden, da diese die Umgebungsdaten immer in dem erwarteten Format erhalten.In the case of the recipients of the environmental data, the algorithms or AI methods used for processing can be designed in a particularly simple manner, since they always receive the environmental data in the expected format.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Straßenkreuzung, bei der sich drei Fahrzeuge treffen von denen zwei ein erfindungsgemäßes Umgebungserfassungssystem aufweisen.The only figure shows a crossroads where three vehicles meet, two of which have an environment detection system according to the invention.
Die Figur stellt den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.The figure represents the subject matter of the invention only schematically.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
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Die
1 zeigt schematisch eine Straßenkreuzung 2. Ein Fahrzeug 1 und ein weiterer Verkehrsteilnehmer 6 sind jeweils mit einem Umgebungserfassungssystem 10 ausgestattet. Das Umgebungserfassungssystem 10 weist in dem vereinfachten Beispiel der1 jeweils einen Sensor 12, ein Steuergerät 14 und eine Kommunikationseinrichtung 16 auf. Selbstverständlich kann das Umgebungserfassungssystem 10 auch mehrere Sensoren 12 aufweisen. Denkbar ist dabei, das Steuergerät 14 und gegebenenfalls die Kommunikationseinrichtung 16 zusammen mit dem Sensor 12 als eine integrierte Einheit auszugestalten.the1 shows aroad junction 2 schematically. A vehicle 1 and anotherroad user 6 are each equipped with anenvironment detection system 10 . Theenvironment detection system 10 has in the simplified example of FIG1 each have asensor 12, acontrol unit 14 and acommunication device 16. Of course, theenvironment detection system 10 can also havemultiple sensors 12 . It is conceivable here for thecontrol device 14 and, if appropriate, thecommunication device 16 to be configured together with thesensor 12 as an integrated unit.
Die Sensoren 12 weisen jeweils einen Sichtbereich 13, 13' auf, innerhalb dem diese Objekte erkennen können. Der Sensor 12 des Fahrzeugs 1 kann ein entgegenkommendes Fahrzeug 8 erkennen, da sich dieses in dem Sichtbereich 13 des Sensors 12 des Fahrzeugs 1 befindet. Der Sensor 12 des weiteren Verkehrsteilnehmers 6 kann das entgegenkommende Fahrzeug 8 nicht erkennen, da in der in
Somit haben Assistenzsysteme bzw. autonome Fahrfunktionen des weiteren Verkehrsteilnehmers 6 zunächst keine Kenntnis darüber, dass sich auch das entgegenkommende Fahrzeug 8 der Kreuzung nährt.Thus, assistance systems or autonomous driving functions of the
Das Fahrzeug 1 kann jedoch über das Umgebungserfassungssystem 10 Umgebungsdaten, die auf Sensordaten des Sensors 12 des Fahrzeugs 1 basieren, dem weiteren Verkehrsteilnehmer 6 bereitstellen. Hierzu ist vorgesehen, Sensordaten des Sensors 12 des Fahrzeugs 1 in standardisierte Umgebungsdaten zu konvertieren, wobei durch Wandlung beispielsweise eine Rate und eine Auflösung verändert werden. Diese standardisierten Umgebungsdaten werden anschließend über die Kommunikationseinrichtung 16 an das Umgebungserfassungssystem 10 des weiteren Verkehrsteilnehmers 6 übertragen.However, the vehicle 1 can provide the
Die Sensordaten des Fahrzeugs 1 werden vor der Übertragung bevorzugt in das Fahrzeugkoordinatensystem des Verkehrsteilnehmers 6 transformiert. Hierzu kann anhand einer empfangenen Position und Orientierung des weiteren Verkehrsteilnehmers 6 durch das Steuergerät 14 unter Verwendung einer bekannten Position des Fahrzeugs 1 eine entsprechende Wandlung vorgenommen werden. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, die Position und Orientierung des Fahrzeugs 1 und gegebenenfalls die Position und Ausrichtung des Sensors 12 zusammen mit den Umgebungsdaten an den weiteren Verkehrsteilnehmer 6 zu übermitteln, so dass eine entsprechende Transformation durch das Steuergerät 14 des weiteren Verkehrsteilnehmers 6 erfolgen kann. Das Fahrzeug 1 und der weitere Verkehrsteilnehmer 6 können dazu ihre jeweilige Position mit Bezug zu einem globalen Koordinatensystem beispielsweise über Signale von Navigationssatelliten bestimmen.The sensor data of the vehicle 1 are preferably transformed into the vehicle coordinate system of the
Assistenzsysteme bzw. eine autonome Fahrfunktion des weiteren Verkehrsteilnehmers 6 können nun die erhaltenen Umgebungsdaten so verarbeiten, als wären diese durch einen Sensor 12 des weiteren Verkehrsteilnehmers 6 selbst erfasst worden. Somit kann der weitere Verkehrsteilnehmer 6 bei einer Trajektorienplanung das entgegenkommende Fahrzeug 8 bereits berücksichtigen, bevor dieses in den Sichtbereich 13' des Sensors 12 des weiteren Verkehrsteilnehmers 6 eintritt. Die Fahrsicherheit wird somit erhöht.Assistance systems or an autonomous driving function of the
Darüber hinaus können die Umgebungserfassungssysteme 10 des Fahrzeugs 1 und/oder des weiteren Verkehrsteilnehmers 6 Umgebungsdaten einer Infrastruktureinrichtung 100 bereitstellen.In addition, the
Bei der Infrastruktureinrichtung 100 kann es sich beispielsweise um einen zentralen Server handeln, der in dem in
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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