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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Höhenprofils eines Gebiets sowie ein zugehöriges Vermessungssystem.
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Intelligente Kreuzungen sind bislang noch nicht im Feld als Massenprodukt verfügbar. Es gibt jedoch bereits einige Forschungs- und Vorentwicklungsprojekte. Es gibt beispielsweise Systeme, bei welchen mittels Kameras automatisiert der Verkehr beobachtet wird oder eine Verkehrszählung vorgenommen wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, weitere Informationen bereitzustellen, welche beispielsweise im Zusammenhang mit intelligenten Kreuzungen verwendet werden können. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein zugehöriges Vermessungssystem bereitzustellen. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und ein Vermessungssystem gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Höhenprofils eines Gebiets. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- - Aufnehmen des Gebiets oder eines Teils des Gebiets mittels einer Kamera, dabei Erzeugen eines Bilds,
- - Erkennen eines oder mehrerer Referenzobjekte in dem Bild, wobei die jeweilige Höhe der Referenzobjekte bekannt ist,
- - Erkennen der jeweiligen Position der Referenzobjekte im Bild, und
- - Zuordnen der Position der Referenzobjekte zu der jeweiligen bekannten Höhe im Höhenprofil.
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Mittels eines solchen Verfahrens kann in einfacher Weise ein Höhenprofil erstellt werden, welches bei der später erfolgenden Auswertung von Informationen einen erheblichen Vorteil darstellen kann. Insbesondere kann auf diese Weise ein jeweiliger Ort im Bild mit einer jeweiligen Höhe verknüpft werden, so dass bei einem erkannten Objekt an dem Ort auf seine Höhe geschlossen werden kann.
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Das Höhenprofil kann insbesondere in Form einer digitalen Karte oder einer Datenbank vorliegen. Insbesondere kann das Höhenprofil jeweils einen Ort in einem zweidimensionalen Koordinatensystem einer jeweiligen Höhe zuordnen.
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Das Bild kann insbesondere als elektronisch verarbeitbares Bild vorliegen. Insbesondere kann es ein Bild sein, welches in einer Pixeldatei vorliegt. Die Referenzobjekte können dedizierte Objekte in dem Bild sein, welche entweder natürlicherweise vorhanden sind oder speziell zum Zweck der Verwendung als Referenzobjekt in das entsprechende Gebiet gebracht wurden. Mögliche Ausführungen werden weiter unten beschrieben. Die Höhe der Referenzobjekte kann auf unterschiedliche Art und Weise bekannt sein, worauf weiter unten näher eingegangen wird. Die Position eines Referenzobjekts in dem Bild kann insbesondere in einem Koordinatensystem innerhalb des Bilds angegeben werden. Nach dem Zuordnen der Position und der jeweiligen Höhe kann insbesondere das Höhenprofil entsprechend aktualisiert bzw. erweitert oder abgespeichert werden.
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Grundsätzlich kann die Höhe bereits bei Erkennen des Referenzobjekts bekannt sein. Es genügt jedoch, wenn sie hinterher bekannt wird, beispielsweise durch eine Höhenvermessung wie hierin beschrieben.
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Die Höhe eines oder mehrerer Referenzobjekte kann insbesondere durch eine, insbesondere vorherige, Höhenvermessung bekannt sein. Eine solche Höhenvermessung kann beispielsweise eine Laservermessung sein. Mittels Laserstrahlen kann beispielsweise von einem gegebenen Referenzpunkt aus die Entfernung und basierend auf einem bekannten Winkel auch die jeweilige Höhe eines jeweiligen Punkts in dem Gebiet bestimmt werden. Dies erlaubt ein automatisiertes und zuverlässiges Vermessen der Höhen des Gebiets.
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Position und Höhe zusammen bilden typischerweise entscheidende Daten für ein Höhenprofil. Das Höhenprofil ordnet somit vorzugsweise jeder Position oder zumindest einigen Positionen eine jeweilige Höhe zu. Derartige Daten stehen nach Durchführung des Verfahrens zur Verfügung, beispielsweise zur Verwendung durch Verkehrsteilnehmer oder Infrastruktureinheiten.
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Die Höhe kann gemäß einer Ausführung absolut angegeben sein. Eine solche Höhe bezieht sich typischerweise auf ein Normal-Null, also beispielsweise die Höhe eines Meeresspiegels. Die Höhe kann gemäß einer alternativen Ausführung relativ angegebenen sein, beispielsweise relativ zu einem definierten Referenzpunkt. Ein solcher Referenzpunkt kann beispielsweise lokal definiert werden, beispielsweise für eine Kreuzung. Insbesondere kann ein Kreuzungsmittelpunkt als Referenzpunkt verwendet werden.
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Die hierin beschriebene Vorgehensweise grenzt sich insbesondere davon ab, dass ein Höhenprofil aus einer bereits vorhandenen Karte, beispielsweise einer hochgenauen Karte, extrahiert wird. Im letztgenannten Fall wäre eine Verknüpfung des Höhenprofils mit installierten Kameras nur möglich, wenn hinreichend statische Referenzobjekte, wie Schilder- oder Ampelpfosten, in der Karte vermerkt sind und gleichzeitig im Kamerabild bestimmt werden können. Die hierin beschriebene Vorgehensweise ermöglicht eine Generalisierung, vor allem im Hinblick darauf, wie sich dynamische Verkehrsteilnehmer über eine Kreuzung bewegen. Zudem kann es vorkommen, dass beispielsweise durch bauliche Veränderungen an den herangezogenen Referenzobjekten Teile der Karte nicht mehr gültig sind.
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Ein, einige oder alle Referenzobjekte können beispielsweise natürliche Objekte sein. Ebenso können ein, einige oder alle Referenzobjekte Bauten sein. Bei natürlichen Objekten handelt es sich typischerweise um Objekte, welche der natürlichen Umgebung zuzuordnen sind, beispielsweise Pflanzen wie Bäume oder Blumen sowie natürlicherweise vorhandene Böschungen oder Seen. Bei Bauten kann es sich insbesondere um Objekte handeln, welche an einem bestimmten Ort von menschlicher Hand gebaut wurden, typischerweise um einem bestimmten Zweck zu dienen. Beispielsweise kann es sich dabei um Häuser, andere Gebäude, Straßenlaternen oder Begrenzungspfosten handeln.
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Ein, einige oder alle Referenzobjekte können insbesondere platzierte Referenzobjekte sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass sie speziell für den Zweck, als Referenzobjekt zu dienen, an einem bestimmten Ort platziert wurden. Dies ist typischerweise ein manueller Prozess, welcher jedoch auch automatisiert werden kann.
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Ein, einige oder alle platzierten Referenzobjekte können insbesondere ihre Höhe mittels Satellitennavigation oder differenzieller Satellitennavigation bestimmen. Insbesondere können die Referenzobjekte eine entsprechende Ausstattung haben, um eine solche Höhenbestimmung durchzuführen. Beispielsweise kann es sich um Referenzobjekte handeln, welche an unterschiedlichen Orten, d.h. in unterschiedlichen Gebieten, verwendet werden können, und welche deshalb besonders für die hierin beschriebene Verfahrensführung geeignet sind. Eine Kommunikation mit solchen Referenzobjekten kann beispielsweise über Funk erfolgen.
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Gemäß einer Ausführung sind ein, einige oder alle Referenzobjekte Referenzfahrzeuge. Derartige Referenzfahrzeuge können beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie sich gezielt auf einem Untergrund bewegen können, beispielsweise durch eine manuelle Steuerung oder auch durch eine automatische Steuerung. Die Referenzfahrzeuge können insbesondere ihre Höhe mittels Satellitennavigation oder differenzieller Satellitennavigation bestimmen. Dann ist in diesem Fall die Höhe in gleicher Weise bekannt wie weiter oben bereits mit Bezug auf die platzierten Referenzobjekte beschrieben.
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Unter differenzieller Satellitennavigation kann insbesondere verstanden werden, dass sowohl Signale von Satelliten ausgewertet werden wie auch Signale von terrestrischen Funkstationen, wobei letztere typischerweise Ungenauigkeiten in den von Satelliten empfangenen Signalen angeben und somit zur Verbesserung der Ortsbestimmung dienen können.
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Ein, einige oder alle Referenzfahrzeuge können sich insbesondere während der Ausführung des Verfahrens durch das Gebiet bewegen. Insbesondere können dabei mehrere Positionen und zugehörige Höhen bestimmt werden. Dadurch können sich die Referenzfahrzeuge oder auch nur ein Referenzfahrzeug durch das Gebiet so bewegen, dass an unterschiedlichen Orten eine Zuordnung zwischen Position und Höhe erfolgen kann.
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Ein, einige oder alle platzierten Referenzobjekte oder Referenzfahrzeuge können insbesondere ein Kalibriermuster tragen. Ein solches Kalibriermuster kann insbesondere ein Muster sein, welches eine vorgegebene und/oder bekannte Struktur hat, so dass dieses Muster im Bild leicht zu identifizieren ist. Beispielsweise können geeignete Bilderkennungsverfahren eingesetzt werden, um das jeweilige Kalibriermuster zu detektieren. Dies erlaubt ein einfaches und zuverlässiges Detektieren der Referenzobjekte oder Referenzfahrzeuge und somit eine einfache Verfahrensführung.
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Gemäß einer Ausführung sind ein, einige oder alle Referenzobjekte projizierte Lichtpunkte oder Lichtmuster. Dies erlaubt ein flexibles Erzeugen der Referenzobjekte, beispielsweise durch die Verwendung von Beleuchtungseinrichtungen wie Lampen oder Laser. Diese können Lichtpunkte oder Lichtmuster erzeugen, welche dann wiederum als Referenzobjekte verwendet werden können. Dies erlaubt eine einfache und flexible Verfahrensführung.
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Basierend auf einem oder mehreren Lichtpunkten oder Lichtmustern kann insbesondere eine Anomalie im Gebiet erkannt werden. Eine solche Anomalie kann insbesondere eine Struktur in einer Oberfläche sein, welche unter normalen Lichtverhältnissen und/oder mit bloßem Auge nicht erkennbar ist, jedoch bei Anwesenheit des projizierten Lichtpunkts oder des Lichtmusters erkennbar ist. Insbesondere kann eine solche Anomalie automatisiert erfasst und ausgewertet werden. Dies kann weitere Hinweise auf das Profil des Geländes geben.
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Bei der Projektion eines Lichtpunkts oder eines Lichtmusters kann insbesondere ein Teil des Gebiets gezielt beleuchtet werden. Dies kann im menschlich sichtbaren Spektralbereich oder auch im nicht menschlich sichtbaren Spektralbereich, beispielsweise im Nahinfrarotbereich, erfolgen. Erzeugte Lichtmuster sind insbesondere besonders einfach im Bild detektierbar. Das Lichtmuster kann während der Durchführung des Verfahrens statisch sein, es kann jedoch alternativ auch verändert werden. Gleiches gilt für die Position eines Lichtpunkts.
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Insbesondere kann die Kamera während des Verfahrens hinsichtlich Ort und/oder Blickrichtung konstant gelassen werden. Dies erlaubt einen konstanten Sichtbereich und damit eine einfache Verfahrensführung und einfache Auswertung. Insbesondere kann auf einen Wechsel von Koordinatensystemen während der Verfahrensführung verzichtet werden.
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Insbesondere kann das Gebiet eine Kreuzung beinhalten. Bei einer Kreuzung kann es sich insbesondere um eine Anordnung handeln, bei welcher sich zwei oder mehr Straßen queren. Bei derartigen Kreuzungen kann das Verfahren besonders vorteilhaft eingesetzt werden, da das Höhenprofil bei nachfolgend erfolgenden Auswertungen von Verkehrssituationen eine besonders vorteilhafte Auswertung ermöglicht. Auch für andere Gebiete kann das Verfahren jedoch eingesetzt werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Vermessungssystem, aufweisend eine Kamera und eine elektronische Vorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren wie hierin beschrieben auszuführen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein hierin beschriebenes Verfahren ausführt. Bezüglich des Verfahrens kann jeweils auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Hierin werden insbesondere verschiedene effiziente Wege vorgeschlagen, um intelligente Kreuzungen effizient, schnell und einfach zu kalibrieren. Damit können auch komplexe Kreuzungen erfasst werden, bei welchen eine Kreuzungsgeometrie nicht mehr basierend auf einer „flat world“-Annahme abgebildet werden kann.
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Grundsätzlich können verwendete Kameras ab Werk intrinsisch kalibriert sein. Eine solche Intrinsik-Kalibrierung kann insbesondere als Datenpakete an die Verarbeitungselektronik gesendet werden.
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Auf einer Bodenebene der Kreuzung kann eine Vermessung insbesondere in verschiedenen Genauigkeitsstufen erfolgen. Durch eine angenommene Bodenebene, die die Bodenhöhe null darstellt, oder durch eine Vermessung der Kreuzung mit einem hochgenauen Lasersystem, beispielsweise in Kombination mit differenzieller Satellitennavigation, kann gegebenenfalls eine hochgenaue Karte erzeugt und/oder wiederverwendet werden. Für die Kalibrierung der Kamera kann das erstellte Kreuzungsprofil mit den Bildinformationen korreliert werden, damit möglichst vielen Pixeln ein Startwert für die Kalibrierungsmethode zugewiesen werden kann.
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Anschließend können insbesondere markante Punkte für die Kalibrierung ausgesucht werden. Dies kann händisch, halbautomatisiert oder automatisiert erfolgen. Beispielsweise können Bodenpunkte von Pfählen, Bordsteine, Bordsteinmarkierungen oder andere Objekte ausgewählt werden, die zur Kalibrierung in Kombination mit der auf differenzielle Satellitennavigation gestützten Laservermessung der Kreuzung verwendet werden können. Dabei kann beachtet werden, dass die eingemessenen markanten Punkte möglichst präzise im Kamerabild bestimmbar sind.
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Beispielsweise können Boden-Pattern bzw. -Muster eingesetzt werden. Von der Laservermessung können definierte Boden-Pattern ausgelegt werden, die sowohl in den Kamerabildern als auch im Laserbild zu sehen bzw. zu detektieren sind. Dadurch können künstliche Landmarken bzw. Referenzobjekte erzeugt werden. Für die Kalibrierung sind sie vor allem im Bereich einer geringen Dichte von markanten Punkten vorteilhaft, oder in Bereichen größerer Veränderungen.
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Typischerweise fallen homogene Flächen unter die erste Kategorie, wobei die zweite vor allem bei Steigungen oder Übergängen (zum Beispiel Straße zu Bürgersteig) auftreten.
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Es kann ein Trägerfahrzeug eingesetzt werden, welches beispielsweise ein zweidimensionales oder dreidimensionales Kalibriermuster hat. Das Trägerfahrzeug kann insbesondere auf Satellitennavigation oder auf differenzieller Satellitennavigation basieren. Ein mit einem oder mehreren Kalibriermustern bzw. Kalibrier-Pattern (zweidimensional oder dreidimensional) ausgestattetes Kalibrierfahrzeug kann sich auf einem Zufallsmuster über die laservermessene Kreuzung bewegen. Auch eine Ausprägung mit integriertem Lasermesssystem ist möglich. Der Vorteil dieser Vermessungsart ist, dass auch tiefer in die Kreuzungsarme vermessen werden kann, sofern die montierten Kameras diesen Bereich auch abdecken.
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Eine Kalibrierung kann während und/oder nach einer Laservermessung beispielsweise mittels Lichtmustern, Lichtpunkten, Lichtstrahlen, konzentrischen Kreisen und/oder strukturiertem Licht erfolgen. Während oder nach der Laservermessung können mittels der genannten Methoden Kalibrierbilder in den einzelnen Kameras erzeugt werden. Der Vorteil einer solchen Projektion ist die Bestimmbarkeit von Anomalien innerhalb dieser projizierten Muster, welche durch die externe Laservermessung eventuell nicht auftreten. Diese Veränderungen können unter anderem durch Verdeckung oder Höhenunterschiede entstehen. Das System kann insbesondere mittels eines zu den erzeugten Daten passenden Kalibrieralgorithmus kalibriert werden.
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Insbesondere wird eine kosteneffiziente schnelle Systemkalibrierung für hochwertige Systemergebnisse beim Einsatz von Monokameras an der intelligenten Kreuzung ermöglicht.
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Weitere Merkmale wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:
- 1: eine Kreuzung, und
- 2: eine Straße.
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1 zeigt eine Kreuzung 10, an welcher sich eine erste Straße 11 und eine zweite Straße 12 kreuzen. Beispielhaft ist in 2 dargestellt, dass die erste Straße 11 im Verlauf einem Höhenverlauf folgt, wobei sie von links nach rechts abfällt. Dies ist in 1 nicht erkennbar, da es sich dabei um eine Draufsicht handelt. Ebenso kann die zweite Straße 12 einem Höhenverlauf folgen. Derartige Höhenverläufe können in einem Höhenprofil erfasst werden, was nachfolgend beispielhaft beschrieben wird.
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Zum Erstellen eines Höhenprofils ist unter anderem eine Kamera 20 vorhanden. Diese Kamera 20 kann ein Bild der Kreuzung 10 aufnehmen. Dabei werden nicht nur die beiden Straßen 11, 12, sondern auch weitere Objekte erkannt. Dabei handelt es sich vorliegend beispielhaft um einen Pfosten 21, bei welchem es sich um ein künstliches Objekt handelt, und welcher somit als künstliches Referenzobjekt verwendet werden kann. Des Weiteren ist eine Hecke 22 vorhanden, welche ein natürliches Objekt darstellt und somit als natürliches Referenzobjekt verwendet werden kann. Die Höhen des Pfostens 21 und der Hecke 22 können beispielsweise mittels Laservermessung bestimmt werden, und bei Erfassen durch die Kamera 20 können die ermittelten Höhen den im Bild gesehenen Koordinaten zugeordnet werden. Dadurch kann ein Höhenprofil erstellt werden.
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2 zeigt ferner ein Referenzfahrzeug 30, welches sich auf der ersten Straße 11 bewegen kann. Das Referenzfahrzeug 30 weist ein Kalibriermuster 32 auf, welches vorliegend in Form eines gestreiften Musters ausgeführt ist. Dieses Kalibriermuster 32 kann besonders einfach und zuverlässig von einer der Kamera 20 nachgeschalteten Bildverarbeitung erkannt werden, wodurch das Referenzfahrzeug 30 leicht im Bild identifiziert werden kann und ein Referenzobjekt darstellt. Das Referenzfahrzeug 30 verfügt über eine eingebaute, nicht dargestellte Höhenbestimmung mittels differenzieller Satellitennavigation. Somit weiß das Referenzfahrzeug 30 immer, in welcher Höhe es sich gerade befindet. Des Weiteren fährt das Referenzfahrzeug 30 vorliegend selbsttätig über die erste Straße 11, wodurch eine Vermessung an zahlreichen Stellen automatisiert erfolgen kann.
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In 2 ist auch ein Laser 40 zu sehen, welcher einen Laserstrahl 42 aussendet. Der Laserstrahl 42 erzeugt einen Lichtpunkt 44 auf der ersten Straße 11 als Referenzobjekt. Die Höhe dieses Lichtpunkts 44 kann aufgrund einer Laservermessung bekannt sein, so dass bei Erfassen durch die Kamera 20 die Höhe des Lichtpunkts 44 unmittelbar der jeweiligen Position im Bild zugeordnet werden kann. Alternativ könnte mittels des Lasers 40 auch ein nicht dargestelltes Lichtmuster erzeugt werden, welches ebenfalls durch die Kamera 20 entsprechend erkannt und ausgewertet werden kann.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
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Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kreuzung
- 11
- erste Straße
- 12
- zweite Straße
- 20
- Kamera
- 21
- Pfosten
- 22
- Hecke
- 30
- Referenzfahrzeug
- 32
- Kalibriermuster
- 40
- Laser
- 42
- Laserstrahl
- 44
- Lichtpunkt
