DE4332612C2 - Außenansichts-Überwachungsverfahren für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Außenansichts-Überwachungsverfahren für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anzeigen einer Gefahrensituation
in Vorder-, Seiten- oder Rückrichtung bei einem
Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren einen Fahrer
alarmieren kann, unter Verwendung von Bildern, die von
einer Videokamera auf genommen werden, die auf dem
Vorderteil, Seitenteil oder Rückteil eines Kraftfahrzeugs,
wie beispielsweise eines Autos, angebracht ist, und ein
Kraftfahrzeug oder ein Hindernis vor dem eigenen Fahrzeug
des Fahrers während einer Fahrt ermittelt.
Ein konventionelles Verfahren dieser Art ist in der
Veröffentlichung der japanischen ungeprüften
Patentanmeldung Nr. 241855/1990 beschrieben. Das in dieser
Veröffentlichung beschriebene Verfahren umfaßt folgende
Schritte: Aufnahme einer Beobachtung in Vorderrichtung von
dem sich bewegenden, eigenen Kraftfahrzeug des Fahrers;
Erkennen einer Bewegung eines einzigen Punktes in der
aufgenommenen Vorderansicht als optischer Fluß zu jedem
vorbestimmten Zeitpunkt; Sammeln von Information, also der
Position eines vorausfahrenden Kraftfahrzeugs in Bezug auf
das eigene Kraftfahrzeug des Fahrers und die
Relativgeschwindigkeit, auf der Grundlage des optischen
Flusses, und auf der Grundlage eines Abstandsensors zum
Messen der Entfernung zum voraus fahrenden Kraftfahrzeug;
und Warnen des Fahrers bezüglich einer Gefahr, wenn das
Vorhandensein einer Gefahr festgestellt wird.
Unter dem Begriff "optischer Fluß" ist ein Geschwindigkeitsvektor zu
verstehen, wie er beispielsweise in Fig. 2(d) dargestellt ist.
Zur Berechnung des optischen Flusses wurde bislang ein
Verfahren eingesetzt, welches als Anpassungsverfahren
bezeichnet wird. Das Anpassungsverfahren stellt einen
korrespondierenden Punkt in zwei Bildern fest. Das
Anpassungsverfahren umfaßt folgende Schritte: Einstellen
eines Fensters W1 für einen Zielbildpunkt (Target-Pixel) P
in einem Bild zu einem Zeitpunkt t, wie in Fig. 10(a)
gezeigt; Berechnen eines Korrelationswertes, während das
Fenster über den gesamten Teil des Bildes oder einen
Nachbarbereich bewegt wird; und Auffinden eines
korrespondierenden Punktes in einem Fenster W2, definiert
zum Zeitpunkt, an welchem der Korrelationswert ein Maximum
annimmt, also eines Pixels Q gemäß Fig. 10(b). Ein Pfeil
PQ bezeichnet einen optischen Fluß. Zur Berechnung des
voranstehend erwähnten Korrelationswertes wird die
nachstehende Gleichung verwendet.
Σ(W1(x,y) × W2(x,y) / (WΣ1²(x,y) × ΣW2²(x,y) 1/2 (1)
hierbei sind W1(x,y), W2(x,y) die Ausgangswerte der
Koordinaten (x, y) innerhalb der Fenster W1, W2.
Zur Beurteilung einer Gefahr erfordert das konventionelle
Verfahren allerdings einen Abstandssensor zum Messen der
Entfernung zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug, um die
Position des voraus fahrenden Kraftfahrzeugs in Bezug auf
das eigene Kraftfahrzeug des Fahrers festzustellen,
zusätzlich zur Videokamera zur Aufnahme des Bildes in
Vorwärtsrichtung.
Zur Berechnung des optischen Flusses muß der Vorgang der
Ermittlung des korrespondierenden Punktes in einem Bild
durchgeführt werden. Wie voranstehend erläutert, umfaßt
ein derartiger Vorgang die Ermittlung sämtlicher
Bildpunkte (Pixel) in dem gesamten Teil oder einem
Nachbarbereich des Bildes in Bezug auf einen einzigen
Bildpunkt innerhalb des Bildes, um einen einzigen,
korrespondierenden Punkt aufzufinden. Zur Erfassung des
korrespondierenden Punktes über den gesamten Teil des
Bildes muß dieser Vorgang für sämtliche Bildpunkte
durchgeführt werden. Zusätzlich ist die Durchführung einer
großen Anzahl von Berechnungen erforderlich, um
Korrelationswerte zu finden, die als Suchindizes verwendet
werden sollen.
Daher führt der große Umfang der Berechnungen dazu, daß
eine Bearbeitung in Echtzeit unmöglich ist. Zur
Durchführung einer Bearbeitung in Echtzeit ist ein
Hochgeschwindigkeitsprozessor erforderlich, was die
Hardwarekosten erhöht. Es ist nicht einfach, die Quelle
eines optischen Flusses zu unterscheiden; also ob der
optische Fluß von dem voraus fahrenden Kraftfahrzeug
herrührt oder von Szenen außerhalb der Straße, oder von
Zeichen, Symbolen oder weißen Linien auf der
Straßenoberfläche, oder dergleichen.
Durch den Artikel "Computer am Ruder" in "mot-Technik"
7/1990 ist ein Verfahren zum Anzeigen einer Gefahrensitua
tion bei einem Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem zeitlich
versetzte Aufnahmen von mindestens zwei Bildern von Außenan
sichten gemacht werden, Geschwindigkeitsvektoren berechnet
werden und ein Warnsignal an den Kraftfahrer abgegeben wird,
wenn ein vorgegebener Schwellenwert durch einen der Ge
schwindigkeitsvektoren überschritten wird.
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der
voranstehenden Umstände entwickelt. Daher besteht die
Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines
Verfahrens zum Anzeigen einer Gefahrensituation in
Vorwärtsrichtung, Seitenrichtung oder Rückrichtung bei einem
Kraftfahrzeug, welches automatisch die Gefahrenrate
bezüglich eines voraus fahrenden Kraftfahrzeugs oder
anderer Hindernisse in Vorwärtsrichtung, Seitenrichtung
oder Rückrichtung beurteilen kann, während Bilder in
Vorwärtsrichtung, Seitenrichtung oder Rückrichtung
verwendet werden, die von einer Videokamera überwacht
werden, die am Vorderteil, Seitenteil oder Rückteil des
Kraftfahrzeugs angebracht ist, ohne die Entfernung
zwischen dem voraus fahrenden Kraftfahrzeug und dem
eigentlichen Kraftfahrzeug des Fahrers zu messen.
Weiterhin soll mit dem Verfahren
schnell eine
Bewegung desselben Punktes in Vorderrichtung,
Seitenrichtung oder Rückrichtung bei einer Bildaufnahme
durch die Videokamera für jeden vorbestimmten Zeitpunkt
als optischen Fluß identifiziert werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Anzeigen einer
Gefahrensituation bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem derartigen Verfahren
wird eine Gefahrenrate abhängig von der Größe
und dem Ort eines Vektors eines optischen Flusses
beurteilt, der von einem Punkt auf dem vorausfahrenden
Kraftfahrzeug oder dem Hindernis auf der Straße abgeleitet
wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Umfang der Berechnung verringert
werden und eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung erreicht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden bei
dem voranstehend erwähnten Verfahren
weiterhin folgende
Schritte vorgenommen: Berechnung von Differenzen der Helligkeitswerte
für jeweilige Punkte der
beiden Bilder; und Berechnung der Geschwindigkeitsvektoren nur für
solche Punkte, für welche die Differenzen der
Helligkeitswerte eine vorbestimmte Schwelle überschreiten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bei
dem Verfahren
weiterhin folgende
Schritte vorgenommen: Entfernen von Geschwindigkeitsvektoren, die von
Szenen abgeleitet werden, die außerhalb der Straße liegen,
von Straßenunterteilungslinien, von Zeichen, Symbolen oder
dergleichen, die auf eine Straßenoberfläche aufgemalt
sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden
folgende Schritte durchgeführt: Voreinstellung von
Bereichen, entsprechend Szenen einer Straße; und
Unterdrücken der Bearbeitung der vorbestimmten Bereiche,
wenn ein Geschwindigkeitsvektor berechnet wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich
durch folgende Schritte aus: Berechnung einer Höhe von
einer Straßenunterteilungslinie, einem Zeichen, einem
Symbol oder dergleichen auf einer Straßenoberfläche, von
welcher ein Geschwindigkeitsvektor zu einer Videokamera abgeleitet
wird, auf der Grundlage von Daten der Geschwindigkeitsvektoren unter
Verwendung der Videokamera zur Aufnahme einer Beobachtung
in Vorderrichtung, Seitenrichtung oder Rückrichtung von
dem eigenen Fahrzeug des Fahrers, welches sich bewegt; und
Entfernen eines Geschwindigkeitsvektors, für welchen die Höhe
von der Straßenoberfläche mit der Höhe der Videokamera
zusammenfällt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich durch
folgende Schritte aus: Unterteilung einer vorbestimmten
Fläche in mehrere Zonen; Gewichtung einer Summe von Längen
der Geschwindigkeitsvektoren, die in jeder Zone vorhanden sind,
auf einer Zonenbasis; und Beurteilung einer Gefahrenrate
auf der Grundlage einer Größe des gewichteten Wertes.
Daher läßt sich der spezifische Ort ermitteln, in welchem eine
Gefahr vorliegt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden
folgende Schritte vorgenommen: Einstellen einer
vorbestimmten Schwelle für jede der entsprechenden Zonen; und
Beurteilung, daß eine Zone gefährlich ist, in welcher die
Summe der Längen der Geschwindigkeitsvektoren die
vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich durch
folgende Schritte aus: Beurteilung eines Pegels der
Gefahrenrate auf der Grundlage von Pegeln jeder Schwelle,
welche die Summe der Längen der Geschwindigkeitsvektoren
überschritten hat, durch Einstellung mehrerer Pegel für
die Schwelle.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich durch
folgende Schritte aus: Abgabe eines Alarms entsprechend
der berechneten Größe der Gefahrenrate.
Berücksichtigt man die Tatsache, daß der Geschwindigkeitsvektor
desto größer wird, je kleiner die Entfernung zwischen dem
eigenen Fahrzeug des Fahrers und dem voraus fahrenden
Kraftfahrzeug oder Hindernis ist, oder je größer die
Relativgeschwindigkeit ist, so ist das erfindungsgemäße
Verfahren so ausgelegt, daß die Gefahr von der Größe eines
Geschwindigkeitsvektors her beurteilt wird, der von einem Punkt
auf einem voraus fahrenden Kraftfahrzeug oder einem
Hindernis auf der Straße abgeleitet wird. Daher ist es
nicht besonders erforderlich, ein Abstandsmeßgerät
anzubringen, um die Entfernung zum vorausfahrenden
Kraftfahrzeug zu messen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es
zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer
beispielhaften Vorrichtung zur
Ausführung eines Verfahrens gemäß der
Erfindung;
Fig. 2(a) bis 2(b) Diagramme mit einer Darstellung einer
Beobachtung in Vorwärtsrichtung und
von Bildern, die durch eine
Videokamera aufgenommen werden
sollen, und erhaltenen optischen
Flüssen;
Fig. 3 ein Diagramm, welches erläutert, wie
ein Hindernis oder dergleichen durch
das erfindungsgemäße Verfahren erfaßt
wird;
Fig. 4(a) und 4(b) Diagramme zur Erläuterung, wie ein
optischer Fluß durch das
erfindungsgemäße Verfahren berechnet
wird;
Fig. 5 ein Diagramm mit einer Darstellung
eines beispielhaften Bereiches, der
so eingestellt ist, daß der optische
Fluß durch das erfindungsgemäße
Verfahren berechnet werden kann;
Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung, wie der
optische Fluß, der von einer
Spurunterteilungslinie auf einer
Straßenoberfläche abgeleitet ist,
durch das erfindungsgemäße Verfahren
eliminiert wird;
Fig. 7 ein Diagramm mit einer Darstellung
beispielhafter Zonen, die so
definiert sind, daß die Gefahrenrate
durch das erfindungsgemäße Verfahren
beurteilt werden kann;
Fig. 8 ein Diagramm mit einer Darstellung
einer Reihe von
Verarbeitungsschritten, die bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren
vorgesehen sind;
Fig. 9(a) bis 9(d) Diagramme mit einer Darstellung einer
Beobachtung in Rückwärtsrichtung und von
Bildern, die von einer Videokamera
aufgenommen werden sollen, sowie von
erhaltenen optischen Flüssen; und
Fig. 10(a) und 10(b) Diagramme zur Erläuterung von
Problemen, die bei einem
konventionellen Verfahren auftreten.
Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung, in welcher das
erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht ist. In Fig. 1
bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Videokamera zur
Aufnahme einer Beobachtung in Vorderrichtung, 2 bezeichnet
eine Arithmetik- und Logikeinheit zur Durchführung einer
Bildbearbeitung (die nachstehend beschrieben wird) durch
Empfang eines Bildes, welches von der Videokamera 1
erhalten wird; 3 bezeichnet einen Tachometer zur Messung
der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs des Fahrers; 4
bezeichnet eine Arithmetik- und Logikeinheit zur
Ausführung einer Gefahrenbeurteilungsverarbeitung durch
Empfang des Bildbearbeitungsergebnisses, welches von der
Arithmetik- und Logikeinheit 2 erhalten wird, und der
Geschwindigkeit des eigenen Kraftfahrzeugs des Fahrers,
welche von dem Tachometer 3 erhalten wird; und 5
bezeichnet eine Alarmvorrichtung.
Die Fig. 2(a) bis (d) stellen Diagramme zur Erläuterung
einer Änderung eines Bildes in
Vorwärts-Beobachtungsrichtung dar, welches von der
Videokamera 1 erhalten wird. Ein Teil (b) ist ein Bild,
welches von der Videokamera 1 zu einem Zeitpunkt t in
einer Situation aufgenommen wird, die im Teil (a) gezeigt
ist, einschließlich des eigenen Kraftfahrzeugs des
Fahrers; und Teil (c) ist ein Bild, welches zu einem
Zeitpunkt t + Δt aufgenommen wird.
Es wird nunmehr angenommen, daß sich das eigene
Kraftfahrzeug des Fahrers geradeaus auf einer flachen
Straße bewegt. Wenn die Videokamera auf ein
Straßenverkehrszeichen und ein Gebeuge fokussiert ist, wie
in Fig. 2(a) gezeigt, dann werden im Verlauf der Zeit die
in Fig. 2(b) und 2(c) gezeigten Bilder zu einem Zeitpunkt
t und zu einem Zeitpunkt t + Δt aufgenommen. Wenn
entsprechende Punkte in diesen beiden Bildern aufgesucht
und verbunden werden, lassen sich Geschwindigkeitsvektoren
erhalten, die in Fig. 2(d) gezeigt sind. Diese Vektoren
stellen das dar, was als "optische Flüsse" bezeichnet
wird.
Diese optischen Flüsse erscheinen radial von einem
einzigen Punkt aus, der als ein Expansionsbrennpunkt (FOE)
innerhalb eines Bildes bezeichnet wird. Der Begriff FOE
bezeichnet auch einen Punkt im Unendlichen oder einen
verschwindenden Punkt, und entspricht einem einzigen Punkt
auf dem Bild, wobei der einzige Punkt die
Vorwärtsbewegungsrichtung des eigenen Kraftfahrzeugs des
Fahrers angibt, wenn sich das Kraftfahrzeug geradeaus
bewegt. Daher befinden sich die optischen Flüsse, die
erhalten werden, wenn das eigene Kraftfahrzeug des Fahrers
fährt, von dem FOE aus in Radialrichtungen. Optische
Flüsse, die von einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug
abgeleitet werden, umfassen Information wie beispielsweise
die Entfernung des vorausfahrenden Kraftfahrzeuges zum
eigenen Kraftfahrzeug des Fahrers, und die
Relativgeschwindigkeit. Es wird angenommen, daß das Ausmaß
der Gefahr desto größer wird, je länger die optischen
Flüsse sind.
Einzelheiten des Verfahrens werden unter Bezug auf Fig. 3
beschrieben. Nimmt man an, daß bei der optischen Anordnung
von Fig. 3 die Bezugsziffer 11 eine Linse der Videokamera
bezeichnet; 12 eine Bildebene der Videokamera bezeichnet;
f eine Entfernung von der Linse 11 zu der Bildebene 12
bezeichnet; P (X, Y, Z) eine willkürlichen Punkt auf einem
vorausfahrenden Kraftfahrzeug oder auf einem Hindernis
bezeichnet; und p einen Punkt auf der Bildebene 12
entsprechend dem Punkt P bezeichnet, dann gilt
x = f·X/Z (2)
und zwar aus dem Ähnlichkeitsverhältnis zwischen
Dreiecken.
Wird Gleichung (2) umgeschrieben und nach der Zeit
differenziert, so erhält man
X′ = (ΔX/Δt·Z+ x·Z′)/f (3).
Da eine Komponente u in der Richtung von x des optischen
Flusses gegegeben ist durch
u = Δx/Δt (4)
ergibt sich unter Verwendung von Gleichung (4),
Z = (f·X′-X·Z′)/u (5)
da Z′ gleich einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem
vorausfahrenden Kraftfahrzeug oder dem Hindernis und dem
eigenen Kraftfahrzeug des Fahrers ist, und zwar gleich
-α (6) kann die voranstehende Gleichung (5)
folgendermaßen umgeschrieben werden
Z = (f·X′ + xα)/u (7).
Daher ergibt sich die Komponente u in der X-Richtung des
optischen Flusses als
u = (f·X′+xα)/Z (8)
Das gleiche gilt für Y.
Aus der voranstehenden Gleichung (8) sieht man, daß die
x-Komponente des optischen Flusses desto größer wird, je
kleiner Z ist (also je geringer die Entfernung zum
vorausfahrenden Kraftfahrzeug oder zum Hindernis ist),
oder je größer α ist (also je größer die
Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das vorausfahrende
Kraftfahrzeug ist). Das gleiche gilt für die Y-Richtung.
Daher wird der optische Fluß länger bei kleineren
Entfernungen zum vorausfahrenden Kraftfahrzeug oder
dergleichen, oder bei größeren Relativgeschwindigkeiten.
Dies führt dazu, daß angenommen wird, daß die Gefahrenrate
in Bezug auf das voraus fahrende Fahrzeug oder auf das
Hindernis relativ desto größer wird, je länger der
optische Fluß ist.
Die Erfindung ist so ausgelegt, daß optische Flüsse mit
hoher Geschwindigkeit berechnet werden, während von der
Tatsache Gebrauch gemacht wird, daß optische Flüsse in
Radialrichtungen von dem FOE aus aufgefunden werden
können. Nachstehend wird unter Bezug auf Fig. 4 ein
Verfahren zur Berechnung eines optischen Flusses
beschrieben.
Fig. 4(a) und (b) sind Diagramme zur Erläuterung eines
beispielhaften Verfahrens zur Berechnung eines optischen
Flusses mit hoher Geschwindigkeit. Zuerst wird ein langes
und enges Fensters in einer Radialrichtung von dem FOE aus
eingestellt, in Bezug auf einen einzigen Punkt, der als
Ziel in einem Bild zu einem Zeitpunkt t genommen wird
(Fig. 4(a)). Dann wird in einem Bild zum Zeitpunkt t +Δt
die Summe von Absolutwerten der Differenz der Helligkeit
zwischen dem Fenster zum Zeitpunkt t und dem Fenster zum
Zeitpunkt t + Δt berechnet, während das Fenster zum
Zeitpunkt t in der Radialrichtung bewegt wird, und zwar
punktweise von dem FOE aus. Eine
Fensterbewegungsentfernung zu dem Zeitpunkt, an welchem
die Summe den Minimalwert annimmt, wird als ein
Geschwindigkeitsvektor des Zielpunktes berechnet
(Fig. 4(b)). Die Helligkeitsdifferenzen treten zwischen
den jeweiligen Bildpunkten auf, welche das Fenster bilden,
also beispielsweise zwischen den Bildpunkten, die in den
Fig. 4(a) und (b) von Kreisen umschlossen sind. Die
optischen Flüsse des gesamten Teils des Bildes können
dadurch erhalten werden, daß die voranstehend geschilderte
Bearbeitung für sämtliche Punkte auf dem Bild zum
Zeitpunkt t wiederholt wird.
Ein konventionelles Verfahren verwendet gegenseitige
Korrelationswerte beim Vergleich der entsprechenden
Fenster. Im Gegensatz hierzu kann das erfindungsgemäße
Verfahren, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Summe
der Absolutwerte der Differenzen der Helligkeit verwendet
wird, den Umfang der Berechnung verringert, wodurch die
Bearbeitungsgeschwindigkeit verbessert wird.
In Bezug auf den Geschwindigkeitsvektor zeichnet sich die
erfindungsgemäße Bearbeitung dadurch aus, daß zuerst
Differenzen der Helligkeit zwischen einem Bild zum
Zeitpunkt t und einem Bild zum Zeitpunkt t + Δt berechnet
werden, und dann nur Punkte bearbeitet werden, für welche
derartige Differenzen eine vorbestimmte Schwelle
überschreiten, anstatt die Geschwindigkeitsvektoren für
sämtliche Punkte innerhalb des Bildes aufzufinden.
Im allgemeinen weisen Beobachtungen in Vorderrichtung, die
von einer Videokamera aufgenommen werden, während ein
Kraftfahrzeug fährt, in den meisten Fällen Orte auf, bei
denen wenige Änderungen der Helligkeit in einem bestimmten
Zeitraum auftreten, beispielsweise den Himmel und eine
Straße. Es ist grundsätzlich unmöglich, an solchen Orten
optische Flüsse festzustellen. Daher trägt das
erfindungsgemäße Verfahren dazu bei, überflüssige
Bearbeitungsvorgänge entbehrlich zu machen, und daher Zeit
zu sparen, da sich das Verfahren nämlich dadurch
auszeichnet, daß bei der Bearbeitung
Helligkeitsdifferenzen zwischen einem Bild zum Zeitpunkt t
und einem Bild zum Zeitpunkt t + Δt berücksichtigt werden.
Durch das voranstehend geschilderte Verfahren lassen sich
schnell optische Flüsse erhalten. Die hier erhaltenen
optischen Flüsse umfassen solche, die von anderen Objekten
als Hindernisse abgeleitet werden, beispielsweise von
Szenen außerhalb der Straße und von
Spurunterteilungslinien auf der Straßenoberfläche. Daher
ist es schwierig, das Vorhandensein eines Hindernisses in
Vorwärtsrichtung zu bewerten, oder die Gefahrenrate, die
durch ein derartiges Hindernis hervorgerufen wird, wenn
derartige optische Flüsse verwendet werden. Daher ist es
erforderlich, die optischen Flüsse zu entfernen, die von
den Szenen außerhalb der Straße und der
Spurunterteilungslinien auf der Straßenoberfläche
abgeleitet werden. Nachstehend wird ein Verfahren zur
Durchführung einer derartigen Bearbeitung beschrieben.
Fig. 5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Entfernen
optischer Flüsse, die von Szenen außerhalb der Straße
abgeleitet werden. In Fig. 5 bezeichnet der schraffierte
Bereich einen Ort auf der Straße, und es wird angenommen,
daß an anderen Orten als an diesem Ort keine Bearbeitung
durchgeführt wird. Dies ist ein Verfahren zum Isolieren
optischer Flüsse, die von Szenen außerhalb der Straße
abgeleitet sind, seit dem Beginn der Bearbeitung. Ein
derartiges Verfahren mit einer Begrenzung des Bereichs,
welcher bearbeitet wird, dient dem Zweck der Verkürzung
der Bearbeitungszeit.
Nachstehend wird unter Bezug auf Fig. 6 ein Verfahren zum
Ausschalten von Markierungen auf der Straßenoberfläche
beschrieben. Fig. 6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren.
Zuerst wird die optische Anordnung beschrieben. Fig. 6
ist so dargestellt, daß angenommen wird, daß die gesamte
Straßenoberfläche einem Kraftfahrzeug entgegenkommt,
welches mit einer Videokamera ausgerüstet ist, statt das
ein derartiges Kraftfahrzeug geradeaus fährt. Die
Bezugsziffer 11 bezeichnet eine Linse der Videokamera zur
Abbildung einer Beobachtung in Vorwärtsrichtung; 12
bezeichnet eine Bildebene der Videokamera; und 13 und 14
bezeichnen Spurenunterteilungs-Linienabschnitte vor und
nach einer Bewegung des Kraftfahrzeuges. Sowohl
dreidimensionale Koordinaten mit dem Zentrum der Linse als
Ursprung, als auch zweidimensionale Koordinaten mit dem
voranstehend erwähnten FOE als Ursprung werden betrachtet.
Falls angenommen wird, daß ein Ort des
Spurenunterteilungs-Linienabschnitts vor der Bewegung P
(X, Y, Z + ΔZ) ist, und daß dessen Ort nach einer Bewegung
um ΔZ in der Z-Richtung gleich groß Q (X, Y, Z) ist, dann
ergibt sich aus dem Ähnlichkeitsverhältnis zwischen zwei
Dreiecken die Höhe zwischen der Spurunterteilungslinie,
von welcher ein optischer Fluß abgeleitet wird, und der
Videokamera aus der nachstehende Gleichung (9).
Y = y²ΔZ/fΔy (9).
Unter Verwendung der auf diese Weise erhaltenen Höhendaten
können optische Flüsse gelöscht werden, die von
Makierungen oder dergleichen auf der Straßenoberfläche
abgeleitet sind, deren Höhen gleich der Höhe der
Videokamera sind.
Hierbei ist ΔZ die Entfernung, um welche sich das
Kraftfahrzeug während eines Zeitintervalls Δt zwischen den
beiden Bildern vorwärts bewegt hat. Diese Daten können
berechnet werden, wenn die Geschwindigkeit des
Kraftfahrzeugs bekannt ist. Durch die voranstehend
beschriebene Verarbeitung können die optischen Flüsse
entfernt werden, die von Objekten abgesehen von
Hindernissen in Vorwärtsrichtung abgeleitet sind. Daher
kann die Gefahrenrate, welche das Ausmaß der Gefahr eines
Hindernisses in Vorwärtsrichtung angibt, aus den
Positionen und Längen optischer Flüsse berechnet werden,
die nach dem Entfernen verblieben sind.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Berechnung der
Gefahrenrate beschrieben. Fig. 7 zeigt ein beispielhaftes
Verfahren. Zuerst wird der Aufbau geschildert. Die
Bezugszeichen I bis IV stellen Zonen dar, die jeweils den
nächsten Teil der Spur des Fahrers anzeigen, deren
entfernten Teil, und den nahen Teil einer benachbarten
Spur. Die Gefahrenrate wird beurteilt unter Verwendung des
Wertes, der durch Gewichtigung auf Zonenbasis der Summe
der Längen optischer Flüsse erhalten wird, die in jeder
Zone vorhanden sind. Weiterhin wird für jede Zone eine
vorbestimmte Schwelle festgelegt, so daß dann, wenn die
Summe der Längen der in einer Zone vorhandenen optischen
Flüsse die Schwelle überschreitet, eine derartige Zone als
gefährlich beurteilt wird. Die Gefahr kann durch den Pegel
bewertet werden, wenn mehrere Pegel von Schwellen
eingestellt werden.
Im letzten Schritt kann der Fahrer auf das Vorhandensein
einer Gefahr durch eine Alarmvorrichtung aufmerksam
gemacht werden, entsprechend der Größe der ermittelten
Gefahrenrate. Die Gefahrenrate kann auf einer
Anzeigevorrichtung durch die Zone angezeigt werden.
Abhängig von dem Gefahrenpegel kann der Alarmton geändert
werden.
Fig. 8 faßt das Verfahren der voranstehend erwähnten
Bildbearbeitung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zusammen. Im Schritt S1 wird ein Bild zum Zeitpunkt t
gelesen, und im Schritt S2 wird ein Bild zum Zeitpunkt
t + Δt gelesen. Dann wird im Schritt S3 ein FOE
eingestellt, und im Schritt S4 ein Bearbeitungsbereich
eingestellt. Daraufhin werden im Schritt S5 Zonen
herausgezogen, in welchen die Helligkeits- oder
Leuchtdichtedifferenzen zwischen den Bildern zum Zeitpunkt
t und zum Zeitpunkt t + Δt eine vorbestimmte Schwelle
überschritten haben. Im Schritt S6 werden in jeder
herausgezogenen Zone optische Flüsse berechnet, und im
Schritt S7 werden optische Flüsse eliminiert, die von
Objekten abgesehen von Hindernissen auf der Straße
abgeleitet sind. Im Schritt S8 wird die Gefahrenrate unter
Verwendung des auf der Grundlage der Zone gewichteten
Wertes berechnet.
Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird ein Beispiel für das
Überwachungsverfahren für Beobachtungen in
Vorwärtsrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben.
Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch für ein
entsprechendes Überwachungsverfahren für Beobachtungen in
Seitenrichtung oder Rückwärtsrichtung für Kraftfahrzeuge
eingesetzt werden, wenn eine Videokamera zur Bildaufnahme
einer Beobachtung in Seitenrichtung oder
Rückwärtsrichtung vorgesehen wird. Fig. 9(a) bis (d) sind
Diagramme zur Erläuterung einer Änderung eines Bildes in
Rückwärtsbeobachtungsrichtung, welches von der Videokamera
1 erhalten wird. Ein Teil (b) ist ein Bild, welches von
der Videokamera 1 zu einem Zeitpunkt t in einer Situation
aufgenommen wird, die im Teil (a) gezeigt ist, und das
eigene Kraftfahrzeug des Fahrers einschließt, und Teil (c)
ist ein Bild, welches zu einem Zeitpunkt t + Δt
aufgenommen wird.
Nunmehr wird angenommen, daß das eigene Kraftfahrzeug des
Fahrers sich in Geradeausrichtung auf einer flachen Straße
vorwärtsbewegt. Ist die Videokamera auf ein Verkehrsschild
und ein Gebäude fokussiert, wie beispielsweise in Fig.
9(a) gezeigt ist, dann werden Bilder wie in Fig. 9(b) und
(c) gezeigt zu einem Zeitpunkt t und einem Zeitpunkt
t + Δt in Verlauf der Zeit aufgenommen. Wenn
korrespondierende Punkte in diesen beiden Bildern
aufgesucht und verbunden werden, können solche
Geschwindigkeitsvektoren erhalten werden, wie sie in Fig.
2(d) gezeigt sind. Diese Vektoren stellen die sogenannten
"optischen Flüsse" dar. Wie aus Fig. 9(d) hervorgeht,
ergibt sich eine Richtung des Geschwindigkeitsvektors in
Gegenrichtung, verglichen mit der in Fig. 2 gezeigten
Ausführungsform, wenn ein hinterherfahrendes Fahrzeug sich
nahe am eigenen Kraftfahrzeug des Fahrers befindet. Das
übrige Verfahren zur Berechnung der Gefahrenrate verläuft
ebenso wie bei der vorherigen Ausführungsform, so daß eine
entsprechende Beschreibung unterbleiben kann.
Wie auf den voranstehenden Seiten beschrieben kann die
Erfindung das Vorliegen eines Hindernisses in
Vorwärtsrichtung, Seitenrichtung oder Rückwärtsrichtung
oder die Gefahrenrate automatisch beurteilen, wodurch ein
sicheres Fahren eines Kraftfahrzeuges sichergestellt wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß
die Gefahrenrate durch die Größe eines optischen Flusses
beurteilt wird, der von einem Punkt auf einem
vorausfahrenden Kraftfahrzeug oder auf einem Hindernis
abgeleitet wird. Daher ist eine Videokamera zur Abbildung
einer Beobachtung in Vorwärtsrichtung, Seitenrichtung
oder Rückrichtung von einem sich bewegenden, eigenen
Kraftfahrzeug des Fahrers vorgesehen, welches keine
Abstandsmeßvorrichtung zum Messen der Entfernung zu einem
vorausfahrenden Kraftfahrzeug benötigt. Dies führt dazu,
daß eine kostengünstige Vorrichtung erhalten werden kann.
Weiterhin tragen die Merkmale, wie beispielsweise die
Verringerung des Berechnungsaufwands, die Ausschaltung
unnötiger Bearbeitung, und die Begrenzung der
Bearbeitungszonen zur Erhöhung der
Bearbeitungsgeschwindigkeit bei, wodurch eine Verarbeitung
in Echtzeit ermöglicht wird.
Darüber hinaus lassen sich Vorteile in der Hinsicht
erzielen, daß bei Kenntnis einer gefährlichen Zone ein
geeigneter Alarm abgegeben werden kann, und die
Gefahrenrate angegeben werden kann.
Die voranstehende Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung erfolgte zum Zwecke der
Erläuterung und Beschreibung. Hierdurch soll die Erfindung
nicht auf die exakte, beschriebene Form erschöpft oder
begrenzt werden, und es wird darauf hingewiesen, daß
Änderungen und Variationen angesichts der voranstehend
geschilderten Lehre möglich sind, oder sich bei der
Praktizierung der Erfindung ergeben können. Die
Ausführungsformen wurden zu dem Zweck ausgewählt oder
beschrieben, um die Grundlagen der Erfindung zu erläutern,
sowie deren praktische Umsetzbarkeit, damit ein Fachmann
auf diesem Gebiet die Erfindung in unterschiedlichen
Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen
einsetzen kann, wie sich dies für einen bestimmten
Einsatzzweck als erforderlich erweisen kann.
Claims (11)
1. Verfahren zum Anzeigen einer Gefahrensituation bei einem
Kraftfahrzeug, welches sich bewegt, mit folgenden Schritten:
- - Zeitlich versetzte Aufnahme von mindestens zweier Bilder von Außenansichten.
- - Berechnung von Geschwindigkeitsvektoren, wobei zur Berech nung der Geschwindigkeitsvektoren in dem früher aufgenommenen ersten Bild ein langes und enges Fenster eingestellt wird, wobei sich dieses Fenster radial von einem Expansionsbrenn punkt aus erstreckt, und in dem später aufgenommenen zweiten Bild das im ersten Bild eingestellte Fenster solange in Radi alrichtung verschoben wird, bis die Summe von Absolutwerten der Differenzen der Helligkeitswerte zwischen dem Fenster im ersten Bild und dem Fenster im zweiten Bild minimal wird, und die gerichtete Strecke zwischen dem Mittelpunkt des Fensters im ersten Bild und dem Mittelpunkt des Fensters im zweiten Bild einen Geschwindigkeitsvektoren darstellt.
- - Abgabe eines Warnsignals an den Kraftfahrer, wenn ein vorge gebener Schwellwert durch einen der Geschwindigkeitsvektoren überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
Berechnen der Differenzen der Helligkeitswerte für jeweilige Punkte der beiden Bilder; und
Berechnen der Geschwindigkeitsvektoren nur von Punkten, für welche die Differenzen der Helligkeitswerte eine vorbestimm te Schwelle überschreiten.
Berechnen der Differenzen der Helligkeitswerte für jeweilige Punkte der beiden Bilder; und
Berechnen der Geschwindigkeitsvektoren nur von Punkten, für welche die Differenzen der Helligkeitswerte eine vorbestimm te Schwelle überschreiten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
Entfernen von Geschwindigkeitsvektoren, die von Szenen au ßerhalb der Straße abgeleitet sind, von Spurunterteilungsli nien, von Zeichen, Symbolen oder dergleichen, die auf eine Straßenoberfläche aufgemalt sind.
Entfernen von Geschwindigkeitsvektoren, die von Szenen au ßerhalb der Straße abgeleitet sind, von Spurunterteilungsli nien, von Zeichen, Symbolen oder dergleichen, die auf eine Straßenoberfläche aufgemalt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
Voreinstellung von Bereichen, welche Szenen außerhalb einer Spur, in welcher gefahren werden soll, entsprechen, und
Behandlung nur eines Bereiches, welcher nicht den voreinge stellten Bereichen entspricht, bei der Berechnung eines Ge schwindigkeitsvektors.
Voreinstellung von Bereichen, welche Szenen außerhalb einer Spur, in welcher gefahren werden soll, entsprechen, und
Behandlung nur eines Bereiches, welcher nicht den voreinge stellten Bereichen entspricht, bei der Berechnung eines Ge schwindigkeitsvektors.
5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
Berechnung einer Höhe von einer Spurunterteilungslinie, ei nem Zeichen, einem Symbol oder dergleichen auf einer Stra ßenoberfläche, von welcher ein Geschwindigkeitsvektor zu ei ner Videokamera abgeleitet wird, auf der Grundlage von Daten der Geschwindigkeitsvektoren unter Verwendung der Videokame ra zur Bildaufnahme einer Außenbeobachtung von dem sich be wegenden, eigenen Kraftfahrzeug des Fahrers; und
Entfernen eines Geschwindigkeitsvektors, für welchen die Hö he von der Straßenoberfläche mit der Höhe der Videokamera zusammenfällt.
Berechnung einer Höhe von einer Spurunterteilungslinie, ei nem Zeichen, einem Symbol oder dergleichen auf einer Stra ßenoberfläche, von welcher ein Geschwindigkeitsvektor zu ei ner Videokamera abgeleitet wird, auf der Grundlage von Daten der Geschwindigkeitsvektoren unter Verwendung der Videokame ra zur Bildaufnahme einer Außenbeobachtung von dem sich be wegenden, eigenen Kraftfahrzeug des Fahrers; und
Entfernen eines Geschwindigkeitsvektors, für welchen die Hö he von der Straßenoberfläche mit der Höhe der Videokamera zusammenfällt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
Unterteilen eines vorbestimmten Bereiches in mehrere Zonen;
Gewichtung einer Summe von Längen der Geschwindigkeitsvekto ren, die in jeder Zone vorhanden sind, auf einer Zonen- Grundlage; und
Beurteilung einer Gefahrenrate aus einer Größe des gewichte ten Wertes.
Unterteilen eines vorbestimmten Bereiches in mehrere Zonen;
Gewichtung einer Summe von Längen der Geschwindigkeitsvekto ren, die in jeder Zone vorhanden sind, auf einer Zonen- Grundlage; und
Beurteilung einer Gefahrenrate aus einer Größe des gewichte ten Wertes.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
Einstellung einer vorbestimmten Schwelle für jede der ent sprechenden Zonen; und
Beurteilung, daß eine Zone gefährlich ist, in welcher die Summe der Längen der Geschwindigkeitsvektoren die vorbe stimmte Schwelle überschreitet.
Einstellung einer vorbestimmten Schwelle für jede der ent sprechenden Zonen; und
Beurteilung, daß eine Zone gefährlich ist, in welcher die Summe der Längen der Geschwindigkeitsvektoren die vorbe stimmte Schwelle überschreitet.
8. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
Beurteilung eines Pegels der Gefahrenrate aus Pegeln jeder Schwelle, welche die Summe der Längen der Geschwindigkeits vektoren überschritten haben, durch Einstellung mehrerer Pe gel für die Schwelle.
Beurteilung eines Pegels der Gefahrenrate aus Pegeln jeder Schwelle, welche die Summe der Längen der Geschwindigkeits vektoren überschritten haben, durch Einstellung mehrerer Pe gel für die Schwelle.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
Abgabe eines Alarms entsprechend der berechneten Größe der Gefahrenrate.
Abgabe eines Alarms entsprechend der berechneten Größe der Gefahrenrate.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Außenansicht eine Seitenrichtung oder eine Rückwärts
richtung betrifft.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Geschwindigkeitsvektor eines von hinten sich nähernden
Fahrzeuges von dem Expansionsbrennpunkt weg gerichtet ist.
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