DE19756706A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Detektion und Identifikation von Personen, Fahrzeugen und Schildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion und Identifikation von Personen, Fahrzeugen und Schildern vorzugsweise von einem Fahrzeug aus. Die Vorrich­ tung besteht aus zwei räumlich getrennten Komponenten. Auf der Fahrzeugseite befinden sich ein Lichtstrahler, ein Licht­ sensor, eine Auswerteeinheit und eine Steuereinheit. Auf der anderen Seite werden gefährdete Personen, Fahrzeuge und Schilder mit mindestens einem Reflektor ausgerüstet, der aus­ schließlich Licht vorzugsweise im Infrarotbereich zurück­ wirft. Die Steuereinheit steuert den Lichtstrahler so an, daß dieser ein in der Intensität moduliertes Licht mit mindestens zwei Lichtwellenlängen abstrahlt. Der Lichtsensor empfängt das reflektierte Licht und wandelt es in elektrische Signale um, die an eine nachgeschaltete Auswerteeinheit weitergelei­ tetwerden. Die Auswerteeinheit ermittelt anhand der Intensi­ tät und Intensitätsverteilung der vom Lichtstrahler emittierten Lichtwellenlängen aus dem reflektierten Licht die Anwesenheit von solchen Personen, Fahrzeugen und Schildern, die mit einem Reflektor, der ausschließlich Licht vorzugs­ weise im Infrarotbereich zurückwirft, ausgerüstet sind.

Zur Vermeidung von Unfällen und Verringerung der Unfallfolgen wird an technischen Konzepten gearbeitet, die die Sicherheit im Straßenverkehr deutlich erhöhen sollen. Für Kraftfahrer sind Assistenzsysteme wie Abstandswarner, Spurwechsel- und Abbiegehilfen sowie Navigationssysteme bekannt, die zu seiner Entlastung führen sollen. Für die Erkennung potentieller Gefahren werden Sensoren eingesetzt, die auf der Basis von Video, Radar, Laserabtastung und Ultraschall ein Bild der Fahrzeugumgebung ermitteln. Mittels Bildverarbeitungs- und Objekterkennungsalgorithmen werden das Gefährdungspotential der Verkehrssituationen beurteilt und geeignete Maßnahmen getroffen. Insbesondere die Wahrnehmung und sichere Identifi­ zierung von Fußgängern und Radfahrern ist für die elektroni­ schen Sicherheitssysteme der Kraftfahrzeuge eine schwierige Aufgabe. Die Unterscheidung von Verkehrsteilnehmern und unwichtigen Gegenständen im Umfeld eines Fahrzeuges ist insbesondere in städtisch bebauten Gebieten und bei Verkehrsstillstand z. B. an Kreuzungen, bei dem ein Bewegungs­ kriterium nicht gefunden werden kann, ein noch nicht zufrie­ denstellend gelöstes Problem. Die Lösung dieses Problems erfordert darüber hinaus einen großen Aufwand für die Senso­ rik und die anschließende Bildauswertung und -interpretation.

Aus Druckschrift US 5,068,654 ist ein System zur Vermeidung von Kollisionen zwischen Fahrzeugen bekannt, das die Ausrü­ stung von Fahrzeugen mit Transpondermodulen voraussetzt, zwischen denen Informationen ausgetauscht werden. Es handelt sich um ein System mit paarweise aktiven Komponenten. Es ist deswegen weniger geeignet zur Vermeidung von Kollisionen mit Personen und nichtmotorisierten Fahrzeugen.

In Druckschrift US 5,268,692 wird ein Entfernungsmeßvorrich­ tung zum Einleiten von Bremsvorgängen beschrieben. Die Vor­ richtung basiert auf der Abstrahlung und Reflexion von Radarwellen. Hiermit ist zwar eine Erkennung von Hindernissen im Fahrweg möglich, jedoch lassen sich besonders gefährdete Personen und Fahrzeuge nicht explizit von anderen Objekten unterscheiden.

Eine Vielzahl weiterer Druckschriften befaßt sich mit der Ausnutzung des Doppler-Effektes bei Radaranwendungen. Der Doppler-Effekt schränkt jedoch die Verwendbarkeit der Detek­ tionsvorrichtungen auf sich bewegende Objekte ein und trägt zur vollständigen Lösung des Problems nicht bei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und robuste Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion und Iden­ tifikation von gefährdeten Personen, gefährdeten Fahrzeugen und Schildern zu schaffen. Die Vorrichtung soll insbesondere auch bei Nichtvorliegen einer Relativbewegung funktionieren und nicht zwingend aus zwei aktiven Komponenten bestehen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vor­ richtung zur eindeutigen Identifikation von gefährdeten Personen oder Fahrzeugen einen Reflektor, also ein passives Element benutzt, der ausschließlich das Licht eines bestimm­ ten Wellenbereiches reflektiert. Da im Straßenraum bereits Reflektoren des gesamten Farbspektrums vorhanden sind (Verkehrs- und Nummernschilder, Rückstrahler, Leitpfosten usw.), sollen die Reflektoren zur Markierung von Personen, Fahrzeugen und Schildern vorzugsweise Licht im Infrarot- Wellenbereich reflektieren.

Zur Erkennung dieser Reflektoren senden zweckmäßig an einem Fahrzeug angebrachte Lichtstrahler, angesteuert durch eine Ansteuereinheit, ein in der Intensität moduliertes Licht mit mindestens zwei Lichtwellenlängen ab. Zweckmäßigerweise liegt eine abgestrahlte Wellenlänge innerhalb des Infrarotbereiches und die andere in sichtbaren Bereich. Somit kann die Funk­ tionstüchtigkeit der Vorrichtung auch visuell überprüft werden. Lichtsensoren, ebenfalls zweckmäßig am Fahrzeug angebracht, empfangen das reflektierte Licht und wandeln es in elektrische Signale um, welche von einer nachgeschalteten Auswerteeinheit analysiert werden. Die Modulation des abge­ strahlten Lichtes ermöglicht einerseits die Trennung von Tages-, Fremd- und Reflexionslichtanteil, andererseits in vorteilhafter Weise auch die digitale Übertragung von Informationen.

Die Auswerteeinheit ermittelt anhand der Intensität und Intensitätsverteilung der vom Lichtstrahler emittierten Lichtwellenlängen aus dem reflektierten Licht die Anwesenheit der mit dem Reflektor ausgerüsteten Personen, Fahrzeuge und Schilder.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Personen- und Fahrzeuggruppen durch verschiedene Reflexions­ wellenbereiche und Kombinationen hieraus markiert und durch die Auswerteeinheit identifiziert werden.

In vorteilhafter Weise kann auch der Bewegungszustand eines Fahrzeuges erkannt werden, indem Reflektoren vorzugsweise mit einem anderen Reflexionswellenbereich so an Rad und/oder Achse angebracht sind, daß sie bei Bewegung des Fahrzeuges die Reflexionslichtintensität zusätzlich periodisch modulie­ ren. Der gleiche Effekt kann auch mit rotierenden Blenden erzielt werden.

Eine weiteren Auslegung der Erfindung besteht darin, daß gefährdete Fahrzeuge mit einem Lichttransmitter ausgerüstet sind, der periodisch oder auf Anfrage des gefährdenden Fahr­ zeuges digital kodierte Daten z. B. über ihren Bewegungszu­ stand (Geschwindigkeit, Abbiegewunsch, Beschleunigungs- und Bremsaktivität) aus sendet.

Über einen modulierten Lichtstrahler können in Bedrängnis geratene Personen oder Fahrzeuge auch einen digital kodierten Notruf an das bedrängende Fahrzeug senden, der von der Aus­ werteeinheit erkannt und an den Fahrer weitergeleitet wird. In vorteilhafter Weise kann ein solcher Ruf auch über andere Medien wie z. B. Funk, Mikrowellen und Ultraschall übertragen werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können Schilder mit einem Reflektor markiert werden, der mindestens zwei ver­ schiedene vorzugsweise Infrarot-Wellenbereiche reflektiert. Über den Reflexionsflächenanteil der jeweiligen Wellenbereiche können die Schilder kodiert werden. So ausgestattete Schilder, insbesondere Verkehrsschilder können von der Vorrichtung erkannt und dem Fahrer gemeldet werden.

Von Vorteil ist hierbei, daß nur markierte Schilder gemeldet werden.

Die Erfindung stellt somit eine Vorrichtung mit folgenden vorteilhaften Eigenschaften dar: Die Strahler-Sensorkombina­ tion ist sehr robust und hat ein kleines Volumen, so daß sie an beliebiger Stelle eines Fahrzeugs auch mehrfach angeordnet werden kann. Im Unterschied zu Lidar- und Ultraschallsystemen gibt es keine bewegten Teile. Im Gegensatz zu aufwendigen Kamera- und Bildverarbeitungssystemen ist eine hohe Identifi­ kationssicherheit auch bei stehendem Verkehr gegeben. Durch aktive, aber unsichtbare Anstrahlung des Umfeldes können Überwachungsreichweiten und -richtungen variabel festgelegt werden. Dies ist insbesondere für die Abschätzung und Bewer­ tung des Gefahrenpotentials und die anschließende Begrenzung der Meldungen auf wirkliche Gefahrensituationen wichtig. Wei­ terhin können über die Kombination reflektierter Wellenberei­ che Zusatzinformationen über die markierten Objekte abgefragt werden.

Die Markierung gefährdeter Personen (z. B. durch Bekleidung, Schulranzen, Fahrradhelme) und gefährdeter Fahrzeuge (z. B. Fahrräder) ist insbesondere mit reflektierenden Folien sehr einfach möglich und gewährleistet eine eindeutige Identifi­ kation durch den aktiven fahrzeugseitigen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Durch das optische Funktionsprinzip können Erfassungsbereiche durch einfache Optiken und Blendenanordnungen problemlos festgelegt und kontrolliert werden. Eine Funktionskontrolle ist über eine Lichtabstrahlung im sichtbaren Bereich auch visuell möglich.

Die Erfindung soll nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau der Vorrichtung;

Fig. 2 die beispielhafte Abfolge der Lichtabstrahlung;

Fig. 3 eine beispielhafte Anordnung mehrerer Vorrichtungen an einem Fahrzeug;

Fig. 4 die Anordnung von Reflektoren zur Bewegungserkennung;

Fig. 5 die Ausführung eines Reflektors zur Schildmarkierung.

Fig. 1 zeigt Aufbau der zweiteiligen Vorrichtung. An einem gefährdeten Fahrzeug oder einer gefährdeten Person (12) ist ein Reflektor (1) angebracht, der von einem optischen, das sichtbare Licht absperrenden Filter (9) abgedeckt ist. An einem potentiell gefährdenden Fahrzeug (11) ist eine Anordnung, die aus dem Lichtstrahler (2), dem Lichtsensor (3), der Steuereinheit (4) und der Auswerteeinheit (8) besteht, zweckmäßig montiert.

Eine Steuereinheit (4) steuert einen Lichtstrahler (2) so an, daß dieser ein in der Intensität moduliertes Licht mit minde­ stens zwei Lichtwellenlängen abstrahlt. Über die Reflexion an einem Reflektor (1), der mit einem optischen, das sichtbare Licht absperrenden Filter (9) abgedeckt ist, gelangt das modulierte Licht auf den Lichtsensor (3). Das aus dem Licht­ sensor (3) gewonnene elektrische Signal enthält Anteile aus dem unmodulierten Tages- und Fremdlicht, dem eigenmodulierten Reflexionslicht sowie dem modulierten Licht anderer Fahrzeuge mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der elektrische Filter (5) filtert die Signalanteile, die nicht von einer Reflexion stammen, heraus, so daß der Zentraleinheit (6) das Refle­ xionslichtsignal zur Verfügung steht. Die Zentraleinheit (6) nimmt über eine Laufzeitmessung des abgestrahlten und empfan­ genen Lichtes ein Entfernungsberechnung vor und prüft über einen Vergleich der in den beiden abgestrahlten Wellenberei­ chen reflektierten Lichtintensitäten, ob das empfangene Lichtsignal von einem Reflektor mit der entsprechenden Refle­ xionswellenlänge stammt. Ein gefährdetes Objekt und die errechnete Entfernung zu ihm werden dann über den Datenausgang (7) gemeldet, wenn ausschließlich das infrarote Reflexlicht detektiert wurde. Wenn außerdem Reflexlicht im sichtbaren Bereich empfangen wurde, rührt dieses von einem weißen Reflektor her. Für diesen Fall wird kein Objekt gemel­ det. Der elektrische Filter (5) erkennt und dekodiert außer­ dem Signale, die von anderen modulierten Lichtstrahlern ausgesendet wurden. Die Zentraleinheit (6) koordiniert das Zusammenspiel zwischen dem Lichtempfang und der Lichtabstrah­ lung.

In Fig. 2 ist ein beispielhafter Modus für die Lichtabstrah­ lung dargestellt. Nach der Abstrahlung eines modulierten Lichtbursts der Lichtwellenlängen im Infrarotbereich (1) folgt die Abstrahlung eines Lichtbursts im sichtbaren Bereich (2). Danach schließt sich eine Pause (3) an, in der digitale Nachrichten von anderen Lichtsendern empfangen wer­ den können. Bevor die Abstrahlung wieder beginnt, prüft die Zentraleinheit, ob sich andere modulierte Lichtstrahler im Fahrzeugumfeld befinden. Erst wenn dies nicht der Fall ist, wird die erneute Abstrahlung zur Suche nach einem passenden Reflektor freigegeben.

Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Vorrichtungen an einem Fahrzeug und die damit abgedeckten Gefährdungspoten­ tiale für Fahrradfahrer. Die Vorrichtungen sind an den Außen­ spiegeln angebracht. Detektionsbereich (1) überwacht von hinten einfahrende Radfahrer bei einem Halt vor einer Kreu­ zung. Der Fahrer wird z. B. beim Wiederanfahren in Verbindung mit einem Lenkradeinschlag nach rechts optisch oder akustisch auf das Gefahrenpotential hingewiesen. Detektionsbereich (2) deckt das Gefahrenpotential durch quer und entgegengesetzt zur Normalfahrtrichtung fahrende Radfahrer hin. Detektionsbe­ reich (4) warnt beim Linksabbiegen vor entgegenkommenden Fahrzeugen und Detektionsbereich (5) weist auf Überholer hin. Die Detektionsbereiche (1) und (5) decken das Gefahrenpoten­ tial beim Türöffnen ab.

Fig. 4 stellt eine Anordnungsmöglichkeit von Reflektoren für die Bewegungsdetektion an Fahrrädern dar. Für die Detektion von vorn werden in den Speichen Radialreflektoren (3) befe­ stigt, die in Fahrtrichtung reflektieren. Für die Detektion von der Seite sind Axialreflektoren (1) angebracht, die zur Seite reflektieren und bei Drehbewegung des Rades durch eine Blende (2) periodisch abgedeckt werden. Somit kann die Win­ kelgeschwindigkeit des Rades ermittelt werden. Für die Detek­ tion eines Fahrzeuges im Stand sollten außerdem weitere Reflektoren an unbeweglichen Teilen, z. B. an den Leuchten, befestigt werden. Hierbei können mit verschiedenen Refle­ xionswellenbereichen bestimmte Personen- und Fahrzeuggruppen gekennzeichnet werden.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine Verkehrsschildmarkierung. Ein kreisrunder Reflektor (3) ist in Sektoren aufgeteilt, die je nach Bedeutung des Verkehrsschildes verschiedene Flächen­ verhältnisse zueinander haben. Jeder Sektor reflektiert in einem anderen Infrarot-Wellenbereich. Beispielhaft zeigt Reflektor (3) mit einem Flächenverhältnis der Reflexionsflä­ che (1) zur Reflexionsfläche (2) von 1 : 3 ein Tempo-30-Schild an.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Detektion und Identifikation von Perso­ nen, Fahrzeugen und Schildern vorzugsweise von einem Fahrzeug aus, bestehend aus mindestens einem Lichtstrah­ ler, mindestens einem Lichtsensor, mindestens einem Reflektor, mindestens einer Steuereinheit und mindestens einer Auswerteeinheit dadurch gekennzeichnet, daß

• - an einem Fahrzeug mindestens ein Lichtstrahler und min­ destens ein Lichtsensor angebracht sind, wobei
  • - der Lichtstrahler von einer Steuereinheit so ange­ steuert wird, daß er ein in der Intensität modu­ liertes Licht mit insgesamt mindestens zwei Lichtwellenlängen abstrahlt, wobei der Lichtstrah­ ler auch aus mehreren Einzelstrahlern einer Wellen­ länge bestehen kann,
  • - der Lichtsensor Licht empfängt und in elektrische Signale umwandelt, die von einer Auswerteeinheit verarbeitet werden,
• - an einer Personen und/oder einem jeweils anderen Fahr­ zeug und/oder einem Schild mindestens ein Reflektor angebracht ist, der ausschließlich Licht in mindestens einem bestimmten Wellenbereich, vorzugsweise im Infra­ rotbereich, zurückwirft,
• - die an den Lichtsensor angeschlossene Auswerteeinheit anhand der Intensität und Intensitätsverteilung der vom Lichtstrahler emittierten Lichtwellenlängen aus dem reflektierten Licht die Anwesenheit einer Person und/oder eines Fahrzeugs und/oder eines Schildes ermit­ telt, welches mit dem Reflektor markiert ist.

2. Vorrichtung zur Detektion und Identifikation von Perso­ nen, Fahrzeugen und Schildern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinheit aus einem elek­ trischen Filter und einer Zentraleinheit besteht, wobei

• - der elektrische Filter aus dem elektrischen Signal des Lichtsensors die Anteile herausfiltert, die aus dem unmodulierten Tages- und Fremdlicht und dem modulierten Licht anderer Fahrzeuge mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 stammen,
• - die Zentraleinheit die Abstrahlung nur dann erlaubt, wenn der Lichtsensor keine andere modulierte Licht­ strahlung in der Umgebung feststellt, die von der Vor­ richtung nach Anspruch 1 anderer Fahrzeuge oder einer anderen Vorrichtung nach Anspruch 5 und/oder Anspruch 6 stammt.

3. Vorrichtung zur Bewegungsdetektion von angestrahlten Fahrzeugen vorzugsweise unter Nutzung der Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Reflektoren so an mindestens einer Achse und/oder einem Rad angebracht sind, daß sie in Richtung des Lichtsensors eine zusätzliche periodische Intensitätsmodulation des reflektierten Lichtes erzeugen, deren Frequenz proportional der Geschwindigkeit des ange­ strahlten Fahrzeuges ist.

4. Vorrichtung zur Bewegungsdetektion von angestrahlten Fahrzeugen vorzugsweise unter Nutzung der Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Reflektoren mittels einer oder mehre­ rer Blenden so periodisch verdeckt werdend daß die Fre­ quenz der hiermit erzeugten zusätzlichen Intensitätsmodulation des reflektierten Lichtes propor­ tional der Geschwindigkeit des angestrahlten Fahrzeuges ist.

5. Vorrichtung zur Warnung vor Kollision mit Fahrzeugen vorzugsweise unter Nutzung der Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Lichtstrahler eines anderen Fahrzeugs digital kodierte Daten über dessen Bewegungszustand aussendet,
• - die am Lichtsensor vorzugsweise der Vorrichtung nach Anspruch 1 angeschlossene Auswerteeinheit die digital kodierten Lichtsignale anderer Fahrzeuge dekodiert und gegebenenfalls eine Kollisionsmeldung ableitet.

6. Vorrichtung zur Warnung vor Kollision mit Personen und Fahrzeugen vorzugsweise unter Nutzung der Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Lichtstrahler einer gefährdeten Person und/oder eines gefährdeten anderen Fahrzeugs einen digital kodierten Notruf aussendet,
• - die am Lichtsensor vorzugsweise der Vorrichtung nach Anspruch 1 angeschlossene Auswerteeinheit am gefährdendem Fahrzeug den Notruf dekodiert und an den Fahrer weiterleitet.

7. Verfahren zur Detektion und Identifikation von Personen, Fahrzeugen und Schildern dadurch gekennzeichnet, daß

• - mindestens ein, vorzugsweise an einem Fahrzeug angebrachter Lichtstrahler ein in der Intensität modu­ liertes Licht mit insgesamt mindestens zwei Lichtwel­ lenlängen abstrahlt,
• - das abgestrahlte Licht von einem Reflektor zurückgewor­ fen wird, der ausschließlich Licht in mindestens einem bestimmten Wellenbereich, vorzugsweise im Infrarotbe­ reich, reflektiert,
• - der Reflektor ein Objekt, vorzugsweise eine gefährdete Person und/oder ein gefährdetes Fahrzeug und/oder ein Schild, markiert,
• - das vom Lichtstrahler ausgesendete und vom Reflektor zurückgeworfene Licht von einem Lichtsensor empfangen wird,
• - anhand der Intensität und Intensitätsverteilung des reflektierten Lichtes in den Bereichen der abgestrahl­ ten Wellenlängen die Anwesenheit mindestens eines markierten Objektes ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß

• - mittels Intensitätsmodulation des abgestrahlten Lichtes Daten digital kodiert und periodisch abgestrahlt wer­ den,
• - die digital kodierten Daten unveränderlich und/oder systematisch veränderlich und/oder zufällig veränder­ lich sind,
• - die Lichtabstrahlungen zeitweise ausgesetzt werden.

9. Verfahren zur Warnung vor Kollision mit Personen und Fahrzeugen nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß gefährdete Personen und/oder Fahrzeuge über Funk und/oder Mikrowellen und/oder Ultraschallwellen und/oder Lichtwel­ len einen digital kodierten Ruf an ein Fahrzeug senden können.