DE69822187T2

DE69822187T2 - Verfahren und vorrichtung zur ortung und führung eines mit einer linearen kamera versehenen fahrzeugs

Info

Publication number: DE69822187T2
Application number: DE69822187T
Authority: DE
Inventors: Michel Parent; David Gualino
Original assignee: Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA
Current assignee: Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2018-10-07
Also published as: JP2001522079A; EP1027636A1; ES2216315T3; FR2770672B1; FR2770672A1; EP1027636B1; DE69822187D1; ATE261138T1; US6654482B1; WO1999023543A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ortung und Führung eines mit einer linearen Kamera ausgerüsteten Fahrzeugs.
Ihr Anwendungsgebiet ist das der Ortung und/oder Führung eines Kraftfahrzeugs, das auf einer Straße fährt, längs der ortsfeste Baken verteilt sind, die eine Bezugsfahrbahn definieren, wobei die Baken entweder intermittierend aktiv abstrahlen (intermittierende Strahlungsquellen) oder in passiver Weise reflektieren (durch eine Blitzlichtquelle angestrahlte Retroreflexions- bzw. Rückstrahlungsbaken).
Man kennt schon mehrere Techniken zur Ortung und Führung von Kraftfahrzeugen.
Eine dieser Techniken, "Drahtlenkung" genannt, besteht darin, ein Kraftfahrzeug kontinuierlich mittels eines leitfähigen Drahts zu lenken, der sich im Boden befindet und mit einer ausgewählten Frequenz gespeist wird.
Eine andere bekannte Technik besteht darin, das Kraftfahrzeug mittels magnetischer Markierungen zu lenken, die in den Boden eingelassen sind. Ein oder mehrere Detektoren an Bord eines Fahrzeugs detektieren das Vorhandensein der Markierungen, wenn das Fahrzeug über ihnen passiert, und ermöglicht derart, das Fahrzeug in Bezug auf die Markierungen zu orten.
Wieder eine andere Technik besteht darin, eine Drahtlenkung mittels eines strahlenden Kabels zu realisieren, das längs der Fahrbahn verlegt wird, auf der das Fahrzeug sich fortbewegt. Ein Sensor an Bord des Fahrzeugs ermittelt den Abstand, der das Fahrzeug von dem Kabel trennt. Eine Regelungsvorrichtung hält diesen Abstand auf einem konstanten Wert.
Solche Techniken haben den Nachteil, Infrastrukturen zu erfordern, deren Bereitstellung im Boden und in dem Fahrzeug im Allgemeinen teuer sind. Zudem liefern diese Techniken nur Informationen über den Abschnitt der Straße, der sich in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugs befindet. Diese Informationen ermöglichen folglich keine Voraussage über den nachfolgenden Streckenverlauf, was keine Regulierung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit von diesem nachfolgenden Streckenverlauf ermöglicht.
Eine weitere bekannte Technik nutzt die Bildverarbeitung, um ein Fahrzeug bezüglich auf der Fahrbahn sichtbarer Markierungen wie zum Beispiel weißer Streifen zu arten. Jedoch ist auch diese Technik nicht zufriedenstellend wegen Markierungsmängeln (alte weiße Streifen, Straßenarbeiten, Wasserlachen, Sonnenreflexe), die die Bildverarbeitung stören.
Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme.
Sie basiert auf einem Verfahren zur Ortung eines Fahrzeugs, das mit einer Bildaufnahmekamera des Typs mit einer Linearanordnung photosensibler Elemente, die bezüglich mit dem Fahrzeug verbundener Bezugsachsen gemäß einer bekannten Richtung ausgerichtet ist, mit Bildverarbeitungseinrichungen sowie mit Einrichtungen zur Erfassung von Informationen bezüglich der Fahrzeugbewegung ausgerüstet ist.
Nach einer allgemeinen Definition der Erfindung umfasst das Verfahren folgende Schritte:

a) Verteilen von ortsfesten Baken in der Fortbewegungszone des Fahrzeugs, die intermittierend in aktiver und/oder passiver Weise strahlen,
b) Aufnehmen – mit einem gewählten Takt – eines Paars unterschiedlicher linearer Bilder desselben Bildfelds von dem Fahrzeug aus, das eine mit abstrahlender Bake oder abstrahlenden Baken und das andere mit nichtstrahlender Bake oder nichtstrahlenden Baken,
c) Verarbeiten des Paars linearer Bilder, um Punkt für Punkt die Subtraktion durchzuführen,
d) Erlangen wenigstens eines strahlenden bzw. hervorstechenden Punkts mit Hilfe der Subtraktion der beiden linearen Bilder, repräsentativ für wenigstens eine strahlende Bake in der Umgebung, und
e) Berechnen – aufgrund der Informationen bezüglich der Bewegung des Fahrzeugs, aus der Position des strahlenden bzw. hervorstechenden Punkts. auf der Linearanordnung sowie aus seiner Abweichung – einer ersten Information bezüglich der Distanz, die die derart dargestellte Bake und einen mit dem Fahrzeug verbundenen Bezugspunkt trennt, und einer zweiten Information bezüglich einer Winkelposition der Bake in Bezug auf den genannten, mit dem Fahrzeug verbundenen Bezugspunkt, was ermöglicht, das Fahrzeug in Abhängigkeit von den derart berechneten ersten und zweiten Informationen in Bezug auf die genannte Bake auf relative Weise zu orten.

Nach einer ersten Ausführungsart der Erfindung umfasst der Schritt e) außerdem eine absolute Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf einen festen Bezugspunkt, definiert mit Hilfe von zwei verschiedenen Baken, die simultan gesehen werden können, wobei die genannte absolute Ortung darin besteht, zu einem bestimmten einzigen Zeitpunkt eine relative Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf jede Bake wie oben beschrieben zu berechnen, den Kurs des Fahrzeugs in Bezug auf die beiden Baken zu berechnen, und die Koordinaten eines gewählten Punkts des Fahrzeugs in Bezug auf den genannten, mit den beiden Baken verbundenen festen Bezugspunkt zu berechnen.
Nach einer zweiten Ausführungsart der Erfindung umfasst der Schritt e) außerdem eine absolute Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf ein festes Bezugssystem, definiert mit Hilfe von zwei verschiedenen Baken, die wenigstens sukzessive entsprechend der Bewegung des Fahrzeugs gesehen werden können, wobei die genannte absolute Ortung darin besteht, zu einem ersten bestimmten Zeitpunkt eine erste relative Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf die erste Bake wie oben beschrieben zu berechnen, zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten bestimmten Zeitpunkt eine zweite relative Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf die auf die erste Bake folgende zweite Bake wie oben beschrieben zu berechnen, durch Wegmessung die Bewegung des Fahrzeugs und den Kurs des Fahrzeugs in Bezug auf die erste und die zweite Bake zu berechnen, und die Koordinaten eines gewählten Punkts des Fahrzeugs in Bezug auf den genannten festen Bezugspunkt zu berechnen.
Vorteilhafterweise ist die Verteilung der Vielzahl von Baken längs der Fahrbahn, um eine Bezugsbahn zu definieren, wobei das Verfahren außerdem einen Schritt f) umfasst, darin bestehend, die genannte Bezugsbahn mit Hilfe der relativen und/oder absoluten Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf die genannten Baken wie oben beschrieben festzulegen und das Fahrzeug zu lenken und dabei einen bestimmten Abstand zwischen dem Fahrzeug und der genannten Bezugsbahn aufrechtzuerhalten bzw. einzuhalten.
Ein solches Verfahren ermöglicht dem Fahrzeug, Voraussagen über den nachfolgenden Streckenverlauf zu liefern, um zum Beispiel die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu regulieren.
Die vorliegende Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Figuren hervor:
die 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug, zum Beispiel ein Automobil, das Aufnahmen von seiner Umgebung macht, die vor allem eine Bake aufweist;
die 2 zeigt schematisch die wesentlichen Einrichtungen der Linearkamera und der Blitzlichteinrichtung nach der Erfindung;
die 3 ist eine Vorderansicht bzw. ein Aufriss des Trägers der Kamera, die Lumineszenzdioden umfasst, die erfindungsgemäß um das Objektiv der Kamera herum angeordnet sind, um eine Blitzlichteinrichtung zu realisieren;
die 4A bis 4C zeigen die Erlangung von zwei linearen Bildern desselben Bildfelds, das eine ohne Blitz, das andere mit Blitz, und die Punkt-für-Punkt-Subtraktion, um eine strahlende Bake auf der Linearanordnung zu orten;
die 5 zeigt eine erste erfindungsgemäße Art der absoluten Ortung des Fahrzeugs, erlangt in einem bestimmten Zeitpunkt in Bezug auf zwei verschiedene Baken, die gleichzeitig gesehen werden können; und
die 6 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Art der absoluten Ortung des Fahrzeugs, erlangt in zwei bestimmten Zeitpunkten in Bezug auf zwei verschiedene Baken, die wenigstens nacheinander gesehen werden können.
In der 1 bewegt sich ein Fahrzeug, zum Beispiel ein Automobil M auf einer Straße CH, längs der wenigstens eine Bake B1 angeordnet ist. Das Fahrzeug besitzt eine Ortungsvorrichtung mit einer Kamera und ggf. einer Blitzlichteinrichtung, die in der Folge detaillierter beschrieben wird. Die Kamera macht Aufnahmen von ihrer Umgebung entsprechend einem Sichtfeld V mit einer Visierachse V.
Die Umgebung des Fahrzeugs umfasst eine Serie von Baken wie zum Beispiel B1, die in Richtung des Fahrzeugs intermittierend ein Licht abstrahlen oder reflektieren, vorzugsweise IR-Licht, um die anderen Autofahrer nicht zu stören.
Bei einer ersten Ausführungsart können die Baken selbst aktive intermittierende IR-Strahlungsquellen sein, mit Selbstversorgung oder auch mit Netzanschluss.
Bei einer bevorzugten Variante ist das Fahrzeug M mit einer Blitzlichteinrichtung ausgerüstet, die die Beobachtungszone der Ortungsvorrichtung mit einem gewählten Takt bestrahlt. Die Baken sind dann passiv und werden einfach durch Retroreflektoren wie zum Beispiel Rückstrahler bzw. Katzenaugen gebildet. Das Fahrzeug selbst ist autonom, das heißt einerseits selbstfahrend und andererseits mit Automatik- oder Servolenkbetrieb für die seitliche Führung bzw. Seitenlenkung, wie weiter unten detailliert beschrieben.
Die Ortungsvorrichtung wird zum Beispiel im Innraum des Fahrzeugs befestigt, in Höhe des Innenrückspiegels des Fahrers. Die Kamera kann im Wesentlichen nach unten gerichtet sein, zum Beispiel mit einem Winkel von ungefähr 5° in Bezug auf die Horizontalebene.
Die Visierachse der Ortungsvorrichtung weist in eine bezüglich mit dem Fahrzeug verbundener Bezugsachsen bekannte Richtung. In der Folge wird davon ausgegangen, dass diese Richtung nach vom weist und festgelegt ist.
In bekannter Weise umfasst das Fahrzeug Einrichtungen zur Erfassung von Informationen, die die Fahrzeugbewegung betreffen, zum Beispiel Informationen des Typs Wegmessung. Es sind zum Beispiel Codierer ODO an den nicht angetriebenen Rädern des Fahrzeugs angebracht (hier entspricht der Punkt A des Fahrzeugs in Bezug auf die 1 der Hinterachse des Fahrzeugs). Recheneinrichtungen (nicht dargestellt) an Bord des Fahrzeugs können dank dieser Wegmessungs-Codierer mit guter Genauigkeit, zum Beispiel dank eines Kalman-Filters, die Lineargeschwindigkeit Va sowie die Winkelgeschwindigkeit des Mittelpunkts A der Hinterachse des Fahrzeugs berechnen. Als Alternative kann ein Gyrometer benutzt werden, um die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, umfasst die Ortungsvorrichtung R eine Blitzlichteinrichtung FH, die in derselben Richtung wie die Kamera CA ausgerichtet ist. Die Blitzlichteinrichtung FH ist auf einem Träger 10 angeordnet, der eine Öffnung 12 aufweist, die die Lichtstrahlen durchqueren können.
An der Peripherie 14 der Öffnung 12 ist eine Vielzahl von Lumineszenzdioden E angeordnet, die im IR-Bereich abstrahlen.
Die Öffnung 12 ist zum Beispiel von parallelflacher Form und der Träger 10 ist von konkaver Form, mit einer Konkavität von einigen Grad. Die Abmessungen der Öffnung 12 betragen zum Beispiel 47,5 mm und 30 mm.
Mit einem gewählten Abstand von dem Rand der Öffnung, zum Beispiel 1 mm, sind Lumineszenzdioden-Reihen angeordnet. Zum Beispiel ist auf jeder der Hauptseiten der Öffnung eine Reihe mit 7 Dioden angeordnet, E1 bis E7 auf der ersten Hauptseite und E8 bis E14 auf der zweiten Hauptseite. Die Dioden E4 und E11 befinden sich auf der Visierachse V.
Auf jeder Schmalseite der Öffnung befindet sich eine Reihe mit 4 Dioden. Vorteilhafterweise sind weitere parallele Reihen mit 3 oder 4 Dioden auf den Schmalseiten der Öffnung angeordnet. Selbstverständlich kann die Verteilung der Dioden anders sein als in der 3 dargestellt, in Abhängigkeit von dem erwünschten Strahlungsdiagramm. Wenn man zum Beispiel einen Randstreifen der Straße stärker bestrahlen will wie den anderen, kann man mehr Dioden auf einer der Seiten der Öffnung 12 anordnen.
Die Kamera CA umfasst eine Linearanordnung 9 aus zum Beispiel 2048 Fotoelementen des Typs CCD. Die Länge der Linearanordnung 9 beträgt 30 mm. Sie ist horizontal angeordnet, längs einer zu der Fortbewegungsachse des Fahrzeugs senkrechten Geraden. Außer der CCD-Anordnung umfasst die Kamera eine sphärische Linse 20 des Typs Fotoapparat mit einer Brennweite von 28 mm und einer zylindrischen Linse 22 mit einer Brennweite f von ungefähr 100 mm, mit horizontaler Generatrix bzw. Mantellinie.
Schließlich wird das optische System durch einen Filter ergänzt (nicht dargestellt), der nur IR-Strahlen durchlässt.
Die Kamera kann im Wesentlichen nach unten gerichtet sein, zum Beispiel mit einem Winkel von einigen Grad in Bezug auf die Horizontalebene. Das Sichtfeld der Kamera beträgt also in der Vertikalebene einige Grad (zum Beispiel 10°) und in der Horizontalebene ungefähr 60°.
Festzustellen ist, dass die zylindrische Linse 22 ermöglicht, die Projektion der Baken, die sich in dem Sichtfeld befinden, in der Honzontalebene zu beobachten, unabhängig von ihrer Position in der Vertikalebene.
Der "Brennpunkt" des optischen Systems befindet sich in einem Abstand von ungefähr 15 Metern.
Die Kamera ist mit Verarbeitungseinrichtungen verbunden, die sich an Bord des Fahrzeugs befinden und die die Informationen verarbeiten, die von der Kamera und den Wegmessungsdaten-Erfassungseinrichtungen stammen.
Nach der Erfindung werden zwei Linearbilder IL1 und IL2 desselben Bildfelds mit einem gewählten Takt (zum Beispiel 1000 Hz) aufgenommen. Das erste Bild IL1 (4A) wird ohne Blitzlicht aufgenommen (oder wenn die Bake oder Baken gerade nicht abstrahlt oder abstrahlen, falls es sich um aktive, intermittierend abstrahlende Baken handelt), ggf. wenn die Sonne scheint.
Das Signal SIL1 entspricht dem Wert der Lichtstärke der 2048 Pixel der Linearkamera. Der Wert der Lichtstärke der Pixel der Linearkamera wird in 12 Bits codiert, das heißt von 0 bis 4090 in arbiträrer Einheit. Mit Bezug auf die 4A hat das Hintergrundgeräusch eine Stärke in der Größenordnung von 1000 für die Pixel, die von 1100 bis 1170 gehen.
Das zweite Bild IL2 (4B) erhält man mit Blitzlicht (oder auch, wenn die Bake(n) im Falle aktiver Baken angestrahlt wird (werden)). In der 4B bilden die Pixel von hoher Intensität ein Peak EP1, das repräsentativ ist für die strahlende Bake, und die Basis des Peaks EP1 hat eine Nichtnull-Intensität wegen des Dauer-Hintergrundgeräusches.
Die Punkt-für-Punkt-Subtraktion der Bilder IL1 und IL2 ermöglicht, zuverlässig und ohne Hintergrundgeräusch wenigstens eine Gruppe strahlender Punkte P1 zu erhalten. Mit Bezug auf die 4C wird die zentrale Position e der Gruppe strahlender Punkte P1 gemäß Schwellen S1 und S2 berechnet, festgelegt aufgrund der Intensität des der Subtraktion der beiden Bilder IL1 und IL2 entsprechenden Signals. Zum Beispiel liegt die Schwelle S1 bei 400 und die Schwelle S2 bei 800. Die zentrale Position e wird zum Beispiel abgeleitet von dem Mittelwert der Gruppe der Punkte P1, die hier dem Zentrum der Punkte PS11 und PS12 für die Schwelle S1 und dem Zentrum der Punkte PS21 und PS22 für die Schwelle S2 entspricht.
Die zentrale Position e in der CCD-Linearanordnung (zum Beispiel ist e gleich 1136 bei 2048 Pixeln) repräsentiert die strahlende Bake B1 in der Umgebung des Fahrzeugs, so wie mit Bezug auf die 1 beschrieben.
Aufgrund von Informationen bezüglich der Fortbewegung des Fahrzeugs (zum Beispiel Wegmessungsdaten), der Position e des oder der strahlenden Punktes) P1 in der Linearanordnung, sowie der Abweichung ė dieser Position e, legen die Recheneinrichtungen die Distanz D1 fest, die die Bake B1 von einem mit dem Fahrzeug verbundenen Bezugspunkt trennt. In der Praxis hat der mit dem Fahrzeug verbundene Bezugspunkt den Punkt A zum Nullpunkt, der mit Bezug auf die 1 beschrieben wurde.
Die Recheneinrichtungen bestimmen mit Hilfe der vorhergehenden Informationen auch die Winkelposition Ψ₁ der Bake B1 in Bezug auf den genannten, mit dem Fahrzeug verbundenen Bezugspunkt A.
Die Auflösung diese Informationen D1 und tg Ψ₁ erlangt man durch die im Anhang angegebenen Formeln I und II mit Hilfe folgender bekannter Parameter:

– e: Position des strahlenden Punkts in der CCD-Anordnung;
– Va: Lineargeschwindigkeit des Fahrzeugs (Wegmessungsgröße);
– f: Brennweite der Kamera;
– d: Distanz zwischen dem Mittelpunkt A der Hinterachse des Fahrzeugs und der CCD-Anordnung;
– Ψ: Abweichung der Winkelposition oder Winkelgeschwindigkeit (Wegmessungsgröße);
– ė: Abweichung von e.

Am Ende der Berechnung wird das Fahrzeug relativ in Bezug auf die Bake B1 lokalisiert.
Eine Vielzahl von Baken kann längs der Fahrbahn verteilt sein, um eine Bezugsbahn zu definieren. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht dann darin, die durch die Baken definierte Bezugsbahn festzustellen, indem sie das Fahrzeug mit Hilfe der oben beschriebenen Relativlokalisierung ortet. Anschließend gewährleisten die Recheneinrichtungen, dass ein bestimmter Abstand zwischen dem Fahrzeug und der derart festgelegten Bezugsbahn aufrechterhalten bzw. eingehalten wird.
Ein derartiges Verfahren ermöglicht dem Fahrzeug eine Voraussage über den nachfolgenden Streckenverlauf zum Beispiel hinsichtlich einer Regulierung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Es ermöglicht auch, eine seitliche Führung bzw. Seitenlenkung des Fahrzeugs hinsichtlich der Bezugsbahn.
Vorzugsweise sind die Baken so verteilt, dass das Fahrzeug an jedem Punkt seiner Fortbewegung wenigstens zwei davon sieht (zum Beispiel eine Bake alle 5 m).
Für eine Anwendung der automatischen Steuerung des Fahrzeugs nach der Erfindung muss das Fahrzeug elektronische Steuerungs- bzw. Befehlsmöglichkeiten seiner Antriebs-, Brems- und Lenkorgane besitzen.
Diese elektronischen Befehle stammen zum Beispiel aus einer mitgeführten Mikroinformatikvorrichtung (nicht dargestellt), die fähig ist, Brems-, Lenk- und Antriebsaktuatoren zu betätigen.
Es kann auch nötig sein, eine Absolutlokalisierung des Fahrzeugs in Bezug auf einen festen Bezugspunkt, definiert durch eine oder mehrere Baken, durchzuführen.
Mit Bezug auf die 5 wird die Absolutlokalisierung mit Hilfe von zwei Baken B1 und B2 durchgeführt, die gleichzeitig gesehen werden können und die einen festen Bezugspunkt R0 in Bezug auf das Fahrzeug definieren. In diesem Bezugspunkt R0 hat die Bake B1 die Koordinatenwerte 0 und 0, die Bake B2 hat die Koordinatenwerte X_B2 und 0 und der Punkt A hat die Koordinatenwerte X_A und Y_A.
Den Kurs des Fahrzeugs tg Ψ_v definiert man gemäß den im Anhang angegebenen Formeln III und IV mit Hilfe der folgenden Parameter (berechnet wie beschrieben mit Bezug auf die 1):
D1: Distanz zwischen dem Punkt A und der Bake B1;
D2: Distanz zwischen dem Punkt A und der Bake B2;
Ψ₁: Winkelposition des Punkts A in Bezug auf auf B1; und
Ψ₂: Winkelposition des Punkts A in Bezug auf auf B2.
Die Koordinaten des Punkts A werden definiert durch den Schnittpunkt der Kreise C1 und C2 mit den jeweiligen Mittelpunkten B1 und B2 und den jeweiligen Radien D1 und D2 nach den Formeln V und VI.
Die Koordinaten des Fahrzeugs X_A und X_B werden nach den Formeln VII und VIII bestimmt.
Die Absolutlokalisierung wird hier zu einem einzigen bestimmten Zeitpunkt realisiert, bezogen auf die durch die Kamera gleichzeitig gesehenen Baken B1 und B2.
Mit Bezug auf die 6 erlangt man die Absolutlokalisierung zu zwei bestimmten Zeitpunkten gemäß der Fortbewegung des Fahrzeugs in Bezug auf zwei Baken, die wenigstens nacheinander durch die Linearkamera gesehen werden können. Die Absolutlokalisierung erhält man mit Hilfe einer ersten Relativlokalisierung des Fahrzeugs in Bezug auf die Bake B1, berechnet zu einem bestimmten Zeitpunkt t1, und einer zweiten Relativenlokalisierung des Fahrzeugs in Bezug auf die Bake B2, berechnet zu einem weiteren bestimmten Zeitpunkt t2 mit einem Abstand von einigen Sekunden von dem ersten Zeitpunkt t1.
Zum Zeitpunkt t1 sieht das Fahrzeug die Bake B1 (Position A1). Zum Zeitpunkt t2 sieht das Fahrzeug die Bake B2 (Position A2).
Die Berechnung der beiden Relativlokalisierungen erfolgt ähnlich wie die der mit Bezug auf die 5 beschriebenen Relativlokalisierungen. Die erste Lokalisierung ermöglicht, die Parameter D1 und Ψ₁ zu erhalten. Die zweite Lokalisierung ermöglicht, die Parameter D2 und Ψ₂ zu erhalten.
Kurz gesagt sucht man hier die absoluten Koordinaten X_A2 und Y_A2 des Punkts A2 des Fahrzeugs in dem Bezugspunkt R₀ durch Überschneidung von zwei Kreisen C'1 und C2 sowie durch seinen Kurs tg Ψ_v wie in der Folge beschrieben.
Zunächst werden vier Untersuchungs- bzw. Versuchsbezugssysteme R₀, R₁, R'₁, R₂ nach der Formel IX definiert. Der Bezugspunkt bzw. das Bezugssystem R₀ ist mit der Bake B1 verbunden. Die anderen Bezugspunkte bzw. Bezugssysteme sind mit dem Fahrzeug verbunden.
Anschließend bestimmt man dank der Relativlokalisierungen die Distanzen D1 und D2, die jeweils den Punkt A1 von der Bake B1 und den Punkt A2 von der Bake B2 trennen, nach der im Anhang angegebenen Formel II.
Das Fahrzeug befindet sich in bzw. auf dem Kreis C1 des Mittelpunkts B1 und des Radius D1. Ebenso befindet sich der Punkt A2 auf dem Kreis C2 des Mittelpunkts B2 und des Radius D2. Der Punkt A2 befindet sich ebenfalls auf dem Kreis C'1 des Mittelpunkts B1 und des Radius D'1.
Die Distanz D'1 ist diejenige, welche den Punkt A2 von der Bake B1 trennt.
Anschließend berechnet man mittels Wegmessung die Distanz D'1 in Abhängigkeit von den Parametern dX, dY und dΨ nach den Formeln X, XI und XII aus dem Anhang. In diesen Formeln ist dX die die Punkte A1 und A2 in der Längsrichtung der Fahrzeugbewegung trennende Distanz, ist dY die die Punkte A1 und A2 in der Querrichtung der Fahrzeugbewegung trennende Distanz, und dΨ ist die Differenz der Winkelpositionen Ψ₁ und Ψ₂.
Nach Auflösung der Formel XII erhält man die Koordinaten des Punktes A2 in dem Bezugssystem nach der Formel XIII aus dem Anhang.
Der Kurs des Fahrzeugs tg Ψ_v mit Bezug auf die 6 wird nach den Formeln XIV und XV bestimmt.
Selbstverständlich kann die Berechnung der Relativ- und/oder Absolutlokalisierungen nach anderen Formeln erfolgen.
Vorhergehend hat man gesehen, dass die Kamera eine oder mehrere Baken erfasst, die periodisch blinken. Dieses Blinken ermöglicht, die Hintergrundgeräusche mittels der Differenz zweier aufeinanderfolgender Bilder zu unterdrücken, wobei bei dem einen die Baken strahlen und bei dem anderen die Baken nicht strahlen. Derart ist das Detektieren der Peaks (oder strahlenden Punkte) viel leichter und vor allem viel zuverlässiger.
Jedoch kann noch ein Synchronisationsproblem zwischen der Kamera und den strahlenden Baken. Wenn nämlich die Belichtungsphase der Kamera zusammenfällt mit der Zustandswechselphase der Baken kann das aufgenommene Bild inkorrekt sein.
Eine Lösung dieses Problems besteht darin, das Belichtungssignal der Kamera und das Blinksignal der Baken in Phase zu bringen.
Um diese Synchronisation herzustellen, wird die Blinkfrequenz der Baken so gewählt, dass sie der Zeilen-Erfassungsfrequenz der Linearkamera entspricht. Ein intrinsischer Frequenzabstand ist jedoch erlaubt (anderer Oszillator, Temperatur).
Anschließend ist es zweckmäßig, die Phasendifferenz zwischen den beiden elektrischen Signalen zu regulieren. Eine bekannte Lösung besteht darin, elektronische Einrichtungen zu verwenden, die mit Hilfe einer geeigneten Software eine Phasenverriegelungsschleife, auch PLL genannt (für "Phase Loop Locked"), realisieren. Um zum Beispiel die Phasenabstände zwischen den Signalen der Kamera und der Baken zu beseitigen, ist die Software-Lösung verknüpft mit einer Modulation der Erfassungsperiode der Kamera.
Im Falle der passiven Baken, die mittels Blitzlicht bestrahlt werden, sind die Synchronisationseinrichtungen vorgesehen, um die Blitzlichtsteuerung und die Kamerasteuerung zu synchronisieren.
ANHANG
ANHANG (Fortsetzung)

Claims

Verfahren zur Ortung eines Fahrzeugs, versehen mit einer bezüglich mit dem Fahrzeug verbundener Bezugsachsen in einer bekannten Richtung ausgerichteten Bildaufnahmekamera des Typs mit einer Linearanordnung photosensibler Elemente (CA), und versehen mit Bildverarbeitungseinrichtungen sowie Erfassungseinrichtungen von Informationen (ODO) bezüglich der Bewegung des Fahrzeugs (M), dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: a) Verteilen von ortsfesten Baken (B1, B2) in der Fortbewegungszone des Fahrzeugs, die intermittierend in aktiver und/oder passiver Weise leuchten, b) Aufnehmen – mit einem gewählten Takt – eines Paars unterschiedlicher linearer Bilder (IL1 und IL2) desselben Bildfelds von dem Fahrzeug (M) aus, das eine mit leuchtender Bake oder leuchtenden Baken und das andere mit nicht leuchtender Bake oder nicht leuchtenden Baken, c) Verarbeiten des Paars linearer Bilder, um Punkt für Punkt die Subtraktion durchzuführen, d) Erlangen wenigstens eines leuchtenden bzw. hervorstechenden Punkts (P1) mit Hilfe der Subtraktion der beiden linearen Bilder (IL1 und IL2), repräsentativ für wenigstens eine leuchtende Bake in der Umgebung, und e) Berechnen – aufgrund der Informationen bezüglich der Bewegung des Fahrzeugs, aus der Position (e) des leuchtenden bzw. hervorstechenden Punkts (P1) auf der Linearanordnung sowie aus seiner Abweichung – einer ersten Information bezüglich der Distanz (D1), die die derart dargestellte Bake (B1) und einen mit dem Fahrzeug verbundenen Bezugspunkt (A) trennt, und einer zweiten Information bezüglich einer Winkelposition der Bake in Bezug auf den genannten mit dem Fahrzeug verbundenen Bezugspunkt, was ermöglicht, das Fahrzeug in Abhängigkeit von den derart berechneten ersten und zweiten Informationen in Bezug auf die genannte Bake auf relative Weise zu orten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt e) außerdem eine absolute Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf einen festen Bezugspunkt umfasst, definiert mit Hilfe von zwei verschiedenen Baken, die simultan gesehen werden können, wobei die genannte absolute Ortung darin besteht, zu einem bestimmten Zeitpunkt eine relative Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf jede Bake nach Anspruch 1 zu berechnen, den Kurs des Fahrzeugs in Bezug auf die beiden Baken zu berechnen, und die Koordinaten eines gewählten Punkts des Fahrzeugs in Bezug auf den genannten, mit den beiden Baken verbundenen festen Bezugspunkt zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt e) außerdem eine absolute Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf ein festes Bezugssystem (R₀) umfasst, definiert mit Hilfe von zwei verschiedenen Baken (B1, B2), die wenigstens sukzessive entsprechend der Bewegung des Fahrzeugs gesehen werden können, wobei die genannte absolute Ortung darin besteht, zu einem ersten bestimmten Zeitpunkt eine erste relative Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf die erste Bake nach Anspruch 1 zu berechnen, zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten bestimmten Zeitpunkt eine zweite relative Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf die auf die erste Bake folgende zweite Bake nach Anspruch 1 zu berechnen, durch Wegmessung die Bewegung des Fahrzeugs und den Kurs des Fahrzeugs in Bezug auf die erste und die zweite Bake zu berechnen, und die Koordinaten eines gewählten Punkts (A2) des Fahrzeugs in Bezug auf den genannten festen Bezugspunkt (R₀) zu berechnen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von Baken (B1, B2, ...) längs der Fahrbahn (CH) verteilt ist, um eine Bezugsbahn zu definieren, wobei das Verfahren außerdem einen Schritt f) umfasst, darin bestehend, die genannte Bezugsbahn mit Hilfe der relativen und/oder absoluten Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf die genannten Baken nach einem der Ansprüche 1 bis 3 festzulegen und das Fahrzeug zu lenken und dabei eine bestimmte Distanz zwischen dem Fahrzeug und der genannten Bezugsbahn aufrechtzuerhalten bzw. einzuhalten.
Verfahren zur Ortung eines Fahrzeugs, versehen mit einer bezüglich mit dem Fahrzeug verbundener Bezugsachsen in einer bekannten Richtung ausgerichteten Bildaufnahmekamera (CA) des Typs mit einer Linearanordnung photosensibler Elemente, und versehen mit Bildverarbeitungseinrichtungen sowie Erfassungseinrichtungen von Informationen (ODO) bezüglich der Bewegung des Fahrzeugs (M), dadurch gekennzeichnet, dass es ortsfeste Baken umfasst, verteilt in der Fortbewegungszone des Fahrzeugs, die intermittierend in aktiver und/oder passiver Weise leuchten, dass die Linearkamera (CA) fähig ist, mit einem gewählten Takt ein Paar unterschiedlicher linearer Bilder (IL1 und IL2) desselben Bildfelds aufzunehmen, wobei in einem die Bake oder Baken leuchten und in dem anderen die Bake oder Baken nicht leuchten, dass die Bildverarbeitungseinrichtungen fähig sind, das Paar linearer Bilder zu verarbeiten, um Punkt für Punkt die Subtraktion durchzuführen und mit Hilfe der Subtraktion der beiden linearen Bilder wenigstens einen leuchtenden bzw. hervorstechenden Punkt (P1) zu erhalten, repräsentativ für wenigstens eine Bake in der Umgebung, dass das Fahrzeug Recheneinrichtungen umfasst, fähig aufgrund von Informationen bezüglich der Bewegung des Fahrzeugs aus der Position (e) des leuchtenden bzw. hervorstechenden Punkts (P1) auf der Linearanordnung sowie aus seiner Abweichung eine erste Information bezüglich der Distanz (D1), die die derart dargestellte Bake (B1) und einen mit dem Fahrzeug verbundenen Bezugspunkt (A) trennt, und eine zweite Information bezüglich einer Winkelposition der Bake in Bezug auf den genannten mit dem Fahrzeug verbundenen Bezugspunkt zu berechnen, was ermöglicht, das Fahrzeug in Abhängigkeit von den derart berechneten ersten und zweiten Informationen in Bezug auf die genannte Bake auf relative Weise zu orten.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtungen fähig sind, eine absolute Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf einen festen Bezugspunkt durchzuführen, definiert mit Hilfe von zwei verschiedenen Baken (B1 und B2), die simultan gesehen werden können, wobei die genannten Recheneinrichtungen fähig sind, zu einem bestimmten Zeitpunkt eine relative Ortung in Bezug auf jede Bake nach Anspruch 5 zu berechnen, den Kurs des Fahrzeugs in Bezug auf die genannten beiden Baken (B1 und B2) zu berechnen und die Koordinaten eines gewählten Punkts des Fahrzeugs in Bezug auf den genannten, mit den beiden Baken verbundenen festen Bezugspunkt zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtungen fähig sind, eine absolute Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf zwei Baken durchzuführen, die entsprechend der Bewegung des Fahrzeugs wenigstens nacheinander gesehen werden können, wobei die Recheneinnchtungen fähig sind, in einem ersten bestimmten Zeitpunkt eine erste relative Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf die erste Bake nach Anspruch 5 durchzuführen, in einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten bestimmten Zeitpunkt eine zweite relative Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf die zweite Bake nach Anspruch 5 durchzuführen, mittels Wegmessung die Bewegung des Fahrzeugs und den Kurs des Fahrzeugs in Bezug auf die erste und die zweite Bake zu berechnen und die Koordinaten eines gewählten Punkts (A2) des Fahrzeugs in Bezug auf den genannten festen Bezugspunkt (R₀) zu berechnen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der eine Vielzahl von Baken längs der Fahrbahn (CH) verteilt ist, um einen Bezugsbahn zu definieren, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Recheneinrichtungen fähig sind, die genannte Bezugsbahn mit Hilfe der relativen und/oder absoluten Ortung des Fahrzeugs in Bezug auf die Baken nach einem der Ansprüche 5 bis 7 durchzuführen und das Fahrzeug zu lenken und dabei eine bestimmte Distanz zwischen dem Fahrzeug und der genannten Bezugsbahn aufrechtzuerhalten bzw. einzuhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der die leuchtenden Baken (B1, B2) vom reflektierenden Typ sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug außerdem eine Blitzlichteinrichtung umfasst, fähig die genannten leuchtenden Baken intermittierend in passiver Weise leuchten zu lassen, wobei die Blitzlichteinrichtung und die Kamera synchron gesteuert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzlichteinrichtung (FH) einen Träger (10) umfasst, ausgerichtet in derselben Richtung wie die Kamera und versehen mit einer Öffnung (12), die die Lichtstrahlen durchqueren, um die Kamera zu erreichen, auf deren äußerem Umfang sich eine Vielzahl von Lumineszenzdioden (EL) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) der Blitzlichteinrichtung von generell konkaver Form ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Baken in passiver Weise leuchten, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug Synchronisationseinrichtungen umfasst, die fähig sind, das Erfassungssignal der Kamera und das Leuchtsignal der Blitzlichteinrichtung in Phase zu bringen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Baken in aktiver Weise leuchten, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug Synchronisationseinrichtungen umfasst, die fähig sind, das Erfassungssignal der Kamera und das Leuchtsignal der Blitzlichteinrichtung in Phase zu bringen.