DE19911665B4

DE19911665B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Entfernung von auf der Fahrbahn vorhandenen Objekten zu einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE19911665B4
Application number: DE19911665A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr.rer. nat. Bergholz; Jörg Höllermann; Rudolf Mai; Tim Weis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: DE19911665A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Entfernung von auf einer Fahrbahn vorhandenen Objekten zu einem Fahrzeug mit Hilfe einer Kamera und einer Anzeigeeinrichtung, wobei mittels der Kamera ein Bild aufgenommen wird und auf der Anzeigeeinrichtung ein Raster paralleler horizontaler Linien erzeugt wird, die bestimmten Entfernungen zugeordnet sind, wobei eine Position der Linien auf der Anzeigeeinrichtung aus einem Winkel zwischen einer optischen Achse der Kamera und einem auf einen in einer entsprechenden Entfernung liegenden Fahrbahnpunkt gerichteten Sehstrahl errechnet wird, wobei die Linien zusammen mit dem aufgenommenen Bild der Kamera auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden, wobei die Position der Rasterlinien oder des Objektbildes korrigiert wird, um den Einfluss des Nickwinkels des Fahrzeugs auszugleichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung von auf der Fahrbahn vorhandenen Objekten zu einem Fahrzeug.
Aus DE 43 45 147 A1 ist bekannt, den hinter einem Fahrzeug liegenden Raum mittels einer vorzugsweise am Heck befindlichen Videokamera zu beobachten, die ein Bild auf einem im Fahrzeug befindlichen Monitor erzeugt. In EP 04 82 604 ist eine Entfernungsmessvorrichtung für ein Fahrzeug beschrieben, welche durch rechnerischen Vergleich der von zwei Bildsensoren erfassten Bilder eines vor dem Fahrzeug liegenden Objekts dessen Entfernung bestimmt. Eine solche Einrichtung erfordert einen beträchtlichen Aufwand zur Aufnahme und Verarbeitung der Bildsignale. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem einfachen Verfahren, das dem Fahrzeugführer die Bestimmung des Abstandes von vor oder hinter dem Fahrzeug auf der Fahrbahn befindlichen Objekten gestattet.
Aus der GB 2 224 475 A ist ein Head-up-display bekannt, bei dem horizontale Linien im Sichtbereich des Fahrers eingespiegelt werden, wobei die einzelnen Linien verschiedenen Sicherheitsabständen entsprechen.
Aus der GB 1 238 244 A ist eine Sicherheitsvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der eine transparente Folie auf die Windschutzscheibe im Sichtbereich des Fahrers aufgeklebt wird. Unterhalb einer horizontalen Augen-Sichtlinie des Fahrers sind Linien dargestellt, die den Bremsweg bei einer bestimmten der Linie zugeordneten Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt.
Aus der US 4 942 533 A ist ein Entfernungssensor für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend eine Kamera, die in einem bestimmten Winkel zur Horizontalen auf die Fahrbahn gerichtet ist, wobei aus trigonometrischen Beziehungen aufgrund der Position der Abbildung eines Objektes auf einer Fokalebene der Kamera der Abstand des Objektes berechnet werden kann.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen dem Führer eines Fahrzeugs die Entfernung von vor und/oder hinter dem Fahrzeug auf der Fahrbahn befindlichen Objekten angezeigt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Hauptanspruch und eine Vorrichtung nach dem unabhängigen Nebenanspruch gelöst.
Erfindungsgemäß wird der Fahrbahnbereich vor und/oder hinter dem Fahrzeug durch mindestens eine Kamera erfasst. Das Bildsignal einer jeden Kamera wird auf je eine Anzeigeeinrichtung oder einem der Kamera zugeordneten Bereich einer für mehrere Kameras vorgesehenen Anzeigeeinrichtung dargestellt. Als Anzeigeeinrichtung kann jede Vorrichtung dienen, die ein Bildsignal visuell beobachtbar macht, beispielsweise ein LCD (Flüssigkristallanzeige), ein Monitor oder ein Head-up Display. Jedes der Bilder wird mit einem Raster aus parallelen horizontalen Linien überlagert, von denen jede einer bestimmten Entfernung zugeordnet ist. Da ein auf der Anzeigeeinrichtung dargestelltes Objekt, beispielsweise ein vorausfahrendes oder nachfolgendes Fahrzeug, je nach seiner Entfernung in unterschiedlicher Höhe über dem unteren Rand der Anzeigeeinrichtung bzw. des Anzeigebereichs dargestellt wird, kann der Fahrzeugführer diese Entfernung unmittelbar an der die Abbildung des Objekts berührenden Rasterlinie ablesen. Zur Erleichterung können die den Rasterlinien zugeordneten Entfernungen neben diesen auf der Anzeigeeinrichtung angegeben werden.
Die Signale für die Darstellung der Rasterlinien können in einer einfachen Bilderzeugungseinheit generiert werden, wobei die Positionen der Linien durch einfache geometrische Berechnungen aus der Richtung der optischen Achse der Kamera, deren Höhe über der Fahrbahn, dem Abbildungsmaßstab und erforderlichenfalls anderen verfügbaren Daten festgelegt werden können.
Da bei der visuellen Beurteilung des Anzeigebildes durch den Fahrzeugführer am leichtesten die in der Nähe der Fahrbahn liegenden Unterkante des vorausfahrenden oder nachfolgenden Fahrzeugs erkannt wird, legt man für die Berechnung der Rasterlinien die von der Kamera zu den in den entsprechenden Entfernungen liegenden Punkten der Fahrbahn gerichteten Sehstrahlen zugrunde. Dadurch wird das Verfahren auch bei Dunkelheit anwendbar, wenn statt des Umrisses nur die in Fahrbahnnähe liegenden Scheinwerfer bzw.
Rücklichter des nachfolgenden bzw. vorausfahrenden Fahrzeugs erkennbar sind. Dabei wird in dieser Berechnung eine Korrektur angebracht, wenn der Nickwinkel des Fahrzeugs vom Normalwert abweicht, z. B. durch ungleichmäßige Beladung. In einem solchen Falle würde nämlich, wenn die Kamera starr mit dem Fahrzeug verbunden ist, bei einer Veränderung des Nickwinkels der Winkel zwischen der optischen Achse der Kamera und der Fahrbahn ebenfalls verändert und dadurch das Bild des Objekts auf dem Monitor vertikal verschoben, wodurch die abzulesende Entfernung verfälscht würde. Einrichtungen zur Erfassung des Nickwinkels sind bekannt, beispielsweise zur automatischen Nachstellung der Scheinwerfer. Aufgrund eines von einer Nickwinkelerfassungseinrichtung gelieferten Signals kann in der Bilderzeugungsvorrichtung die vertikale Position der Rasterlinien dem aktuellen Nickwinkel entsprechend korrigiert werden, so dass die abzulesenden Entfernungswerte korrekt sind.
Alternativ kann auch die Kamera durch eine Nachführeinrichtung in Abhängigkeit vom Nickwinkel so auf und ab geschwenkt werden, dass der Winkel zwischen ihrer optischen Achse und der Fahrbahn konstant bleibt. Hierdurch wird der Einfluss des Nickwinkels auf die Position des Objektbildes ausgeglichen, so dass korrekte Entfernungswerte ablesbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die vertikale Position der Rasterlinien korrigiert, um Fehler durch eine Krümmung der Fahrbahn in Fahrtrichtung zu kompensieren. Wenn beispielsweise vor dem Fahrzeug eine Steigungsstrecke liegt, dann wird das Bild eines auf der Steigung befindlichen Objekts in einer höheren vertikalen Position auf dem Monitor erscheinen und eine größere Entfernung abgelesen. Dieser Effekt kann in der Bilderzeugungsvorrichtung korrigiert werden, wenn der Höhenunterschied in Abhängigkeit von der Entfernung bekannt ist. Solche Daten können beispielsweise aus digitalen Straßenkarteninformationen in Verbindung mit einer Positionsbestimmung des Fahrzeugs durch GPS bereitgestellt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand konkreter Ausführungsformen weiter erläutert. Es zeigen:
1 ein am Heck mit einer Videokamera ausgerüstetes Fahrzeug mit einem nachfolgenden Fahrzeug in zwei unterschiedlichen Entfernungen,
2 einen Monitor im Fahrzeug mit Bildern des nachfolgenden Fahrzeugs,
3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Das in 1 gezeigte Fahrzeug 1 bewegt sich in Pfeilrichtung auf der Fahrbahn 6 und trägt am Heck eine rückwärts gerichtete Videokamera 21. Die optische Achse 9 der Videokamera verläuft in diesem Falle parallel zur Fahrbahn 6. Zwei nachfolgende Fahrzeuge 2, 3 sind alternativ in zwei verschiedenen Entfernungen dargestellt.
Auf dem in 2 dargestellten Monitor 10 ist das nachfolgende Fahrzeug 2 als Bild 12 und entsprechend Fahrzeug 3 als Bild 13 zu erkennen. Die Oberkante 15 und die Unterkante 14 des Monitors entsprechen den das wirksame Bildfeld der Videokamera 21 begrenzenden Sehstrahlen 5 bzw. 4. Man sieht, dass der zur Unterkante des Fahrzeugs 2 führende Sehstrahl 7 unter dem Sehstrahl 8 liegt, der auf die Unterkante des Fahrzeugs 3 gerichtet ist. Entsprechend liegt die Unterkante des Bildes 12 auf dem Monitor unter der des Bildes 13. Eine Schar 11 horizontaler Rasterlinien, die mit den Entfernungszahlen 10, 15, 20, 50, 100 und ∞ bezeichnet sind, ist dem Bild überlagert. Durch Vergleich der Fahrzeugunterkanten im Bild mit dem Rasterliniensystem erkennt man, dass die Entfernung des Fahrzeugs 2 zwischen 15 und 20, etwa 18 m und die des Fahrzeugs 3 zwischen 50 und 100, etwa 80 m beträgt.
3 zeigt die Komponenten einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Vorrichtung. Diese umfasst eine Videokamera 21, die mit einem Monitor 10 verbunden ist. Eine Bilderzeugungsvorrichtung 22 berechnet die Positionen für Rasterlinien und überträgt ein entsprechendes Signal an den Monitor 22. Bevorzugt ist eine Nickwinkelerfassungseinrichtung 23 vorhanden, die alternativ entweder mit der Bilderzeugungsvorrichtung 22 oder mit einer Stellvorrichtung 24 verbunden ist. Letztere schwenkt die Videokamera 21 um eine horizontale quer zum Fahrzeug liegende Achse. Weiter bevorzugt ist ein Speicher 25 vorhanden, der eine digitalisierte Straßenkarte einschließlich der topographischen Höhen enthält. In diesem Fall erhält die Bilderzeugungsvorrichtung 22 auch Information vom Positionsbestimmungssystem (GPS) 26 und ruft die zur Position und den entsprechenden Entfernungen gehörenden Höhenwerte aus dem Speicher 25 ab.
Vorteilhaft ist der in dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung vorgesehene Monitor 10 ein Head-up Display. Bei einem solchen beispielsweise in der DE 195 39 799 A1 beschriebenen Display wird ein virtuelles Bild erzeugt, das in das Gesichtsfeld des Fahrzeugführers eingespiegelt und seiner Ansicht des Außenbereichs überlagert wird.
Vorteilhaft ist der in dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung vorgesehene Monitor 10 ein Head-up Display. Bei einem solchen beispielsweise in der DE 195 39 799 A1 beschriebenen Display wird ein virtuelles Bild erzeugt, das in das Gesichtsfeld des Fahrzeugführers eingespiegelt und seiner Ansicht des Außenbereichs überlagert wird.

1: Fahrzeug
2, 3: nachfolgendes Fahrzeug
4: unterer bildfeldbegrenzender Sehstrahl
5: oberer bildfeldbegrenzender Sehstrahl
6: Fahrbahn
7, 8: Sehstrahlen zur Fahrzeugunterkante
9: optische Achse der Videokamera
10: Monitor, Anzeigeeinrichtung
11: Rasterlinienschar
12, 13: Fahrzeugbilder
14: Unterkante des Monitors
15: Oberkante des Monitors
21: Videokamera, Kamera
22: Bilderzeugungsvorrichtung für Rasterlinien
23: Nickwinkelerfassungseinrichtung
24: Stellvorrichtung
25: Speicher mit digitaler Straßenkarte
26: Positionsbestimmungssystem (GPS)

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Entfernung von auf einer Fahrbahn vorhandenen Objekten zu einem Fahrzeug mit Hilfe einer Kamera und einer Anzeigeeinrichtung, wobei mittels der Kamera ein Bild aufgenommen wird und auf der Anzeigeeinrichtung ein Raster paralleler horizontaler Linien erzeugt wird, die bestimmten Entfernungen zugeordnet sind, wobei eine Position der Linien auf der Anzeigeeinrichtung aus einem Winkel zwischen einer optischen Achse der Kamera und einem auf einen in einer entsprechenden Entfernung liegenden Fahrbahnpunkt gerichteten Sehstrahl errechnet wird, wobei die Linien zusammen mit dem aufgenommenen Bild der Kamera auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden, wobei die Position der Rasterlinien oder des Objektbildes korrigiert wird, um den Einfluss des Nickwinkels des Fahrzeugs auszugleichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Position des Objektbildes durch Verstellung der Kamera entsprechend dem Nickwinkel korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Position der Linien korrigiert wird, um den Einfluss der Fahrbahnkrümmung in Fahrtrichtung auszugleichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kamera den Bereich hinter dem Fahrzeug aufnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kamera den Bereich vor dem Fahrzeug aufnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als Anzeigeeinrichtung ein Head-up Display verwendet wird.
Vorrichtung zur Bestimmung der Entfernung von auf einer Fahrbahn vorhandenen Objekten zu einem Fahrzeug, umfassend eine Anzeigeeinrichtung, mit der eine Kamera und eine Bilderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Bildsignals für eine Rasterlinienschar verbunden sind, wobei die Rasterlinienschar parallele horizontale Linien sind, die bestimmten Entfernungen zugeordnet sind, wobei eine Position der Linien auf der Anzeigeeinrichtung aus einem Winkel zwischen einer optischen Achse der Kamera und einem auf einen in einer entsprechenden Entfernung liegenden Fahrbahnpunkt gerichteten Sehstrahl errechenbar ist, wobei die Linien zusammen mit einem aufgenommenen Bild der Kamera auf der Anzeigeeinrichtung darstellbar sind, wobei die Vorrichtung weiter mit einer Nickwinkelerfassungseinrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einer auf die Kamera wirkenden Stellvorrichtung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung mit einem eine digitalisierte Straßenkarte enthaltenden Speicher und ggf. einer Positionsbestimmungseinrichtung (GPS) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Anzeigeeinrichtung ein Head-up Display ist.