-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
(a) Gebiete der Erfindung
-
Diese
Erfindung betrifft ein Fahrbahnmodellierungs-Verfahren für ein Fahrspur-Abtriftwarnungssystem und
insbesondere ein Verfahren für
ein Fahrspur-Abtriftwarnungssystem, in welchem eine Fahrbahn präzise modelliert
werden kann, während
ein Fahrzeug gefahren wird, sogar beim Erzeugen von Fehlern, welche durch
Rauschen in den Fahrbahn-Bildsignal-Daten verursacht werden.
-
(b) Beschreibung des Standes
der Technik
-
Mit
Bezug auf 1 weist ein übliches
Fahrspur-Abtriftwarnungssystem
auf eine Kamera, wie beispielsweise eine verkettete Platten-(CCD)Kamera
zum Sammeln von Bildern von Fahrspurmarkierungen und zum Ausgeben
korrespondierender Bildsignale; eine elektronische Steuereinheit
(ECU) zum Empfangen der Bildsignale, die von der Kamera ausgegeben
werden, das Bearbeiten der Bildsignale unter Verwendung eines vorher
installierten Programms, um zu ermitteln, ob das Fahrzeug von der
Fahrspur ausschert, in welcher es ist, und das Ausgeben von Alarmsignalen,
falls ermittelt ist, dass das Fahrzeug weg aus der Fahrspur abtriftet; und
eine Alarmeinheit zum Ausgeben eines Alarms zum Alarmieren des Fahrers,
wenn die Alarmsignale von der ECU ausgegeben werden.
-
In
einem derartigen, herkömmlichen
Fahrspur-Abtriftwarnungssystem
wird das Fahrbahn-Modellieren unter der Verwendung der Bildsignalen
und dem in der ECU vorher installierten Programm durchgeführt, um zu
ermitteln, ob das Fahrzeug weg aus der Fahrspur abtriftet. Mit Bezug
auf 2a wird die Fahrbahnmodellierung
durch Extrahieren und Auswählen
einer Mehrzahl von Punkten durchgeführt, welche als mögliche Zeichen
für Fahrbahn-Fahrspur-Markierungen
ermittelt sind, wobei dann die Punkte durch eine gerade Linie verbunden
werden.
-
Das
Dokument US-A-5 301 115 (NOUSO KAZUNORI) 5. April 1994 (1994-04-05)
offenbart ein System, welches eine Fahrbahnlinien-Markierung und
eine Zähleinrichtung
verwendet, die mit dem Grenzkoordinatenwert der Fahrbahnlinie verglichen
wird.
-
Falls
jedoch in den Bildsignal-Daten aufgrund unterschiedlicher, externer
Einflüsse
(z. B. Radiowellen-Inteferenzen,
physikalische Erschütterungen,
die an das System abgegeben werden, fehlerhafter Teile und fehlerhafter
Betätigung
des Systems) Rauschen erzeugt wird, können Fahrbahn-Modellierungsfehler
auftreten, sodass die Fahrspur-Markierungs-Modellierung
fehlerhaft ist, wie in 2b gezeigt.
Demgemäß können sich
zwei ernsthafte Folgen ereignen: kein Warnen des Fahrers, wenn das
Fahrzeug von der Fahrspur ausschert und irrtümliches Ausgeben eines Alarms,
wenn das Fahrzeug nicht aus der Fahrspur abgetriftet ist.
-
Ferner
wird zum Extrahieren der Punkte, die wie oben beschrieben als mögliche Zeichen
der Fahrbahnlinienmarkierung ermittelt sind, eine komplizierte Hardware
benötigt.
Schließlich
ist der Extrahierungsprozess von derartigen Punkten inhärent langsam,
was eine Echtzeit-Betätigung
schwierig macht. Dies kann dazu führen, dass der Fahrer auf unpassende
Art und Weise alarmiert wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung wurde mit dem Bestreben angefertigt, die obigen Probleme
zu lösen.
-
Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein Fahrbahnmodellierungs-Verfahren für ein Fahrspur-Abtriftwarnungssystem
bereitzustellen, in welchem, nachdem ein Rand der Fahrspur-Markierungen extrahiert
ist, die Fahrbahnmodellierung präzise
durchgeführt
wird, selbst bei der Erzeugung von Fehlern als Ergebnis von Rauschen der
extrahierten Fahrspur-Markierungs-Daten.
-
Um
das obige Ziel zu erreichen, stellt diese Vorrichtung ein Fahrbahnmodellierungs-Verfahren
für ein Fahrspur-Abtriftwarnungssystem
bereit. Das Verfahren weist die Schritte auf Extrahieren eines Randes
von Fahrspurmarkierungen einer Fahrspur, in welcher ein Fahrzeug
gefahren wird, mittels einer Kamera, welche Bilder von den Fahrspurmarkierungen
sammelt und korrespondierende Bildsignale ausgibt, wobei Rauschen aus
den Fahrspurmarkierungs-Bildsignalen beseitigt wird, und wobei die
Bildsignale in mehrere Auflösungen unterteilt
werden; Durchführen
einer Fahrbahnmodellierung mittels Eingebens einer minimalen Anzahl
von möglichen
Markierungspunkten der Fahrspurränder
und Extrahierens von zwei geraden Linien, die am nächsten die
Fahrspur definieren, durch Anwenden der Methode der kleinsten Quadrate
auf die Punkte, dann Ermitteln, ob die Fahrbahnmodellierung beendet
ist; Berechnen einer Breite der Fahrspur, wenn die Fahrbahnmodellierung
beendet ist, mittels Berechnens eines Kameraparameters gemäß einer
Positionierung der Kamera und mittels Ermittelns eines Abstands
zwischen Pixel der Bildkoordinaten; und Ermitteln, ob das Fahrzeug
von der Fahrspur ausschert, unter Verwendung von Informationen aus
der Breite der Fahrspur, und Ausgeben einer Warnung, wenn ermittelt
wird, dass das Fahrzeug von der Fahrspur ausschert.
-
Gemäß einem
Merkmal der Erfindung weist der Schritt des Durchführens einer
Fahrbahnmodellierung ferner die Schritte auf Eingeben einer minimalen
Anzahl von möglichen
Markierungspunkten der extrahierten Fahrspurränder; Erzielen einer linearen
Funktion, die eine minimale Abweichung von den möglichen Markierungspunkten
der Fahrspurränder
hat; und Erzielen von Linien der Fahrspurmarkierungen, welche die
Fahrspur definieren, unter Verwendung der linearen Funktion.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
beigefügten
Zeichnungen, welche in der Anmeldung inkorporiert sind und einen
Teil davon bilden, stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar
und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erklären der Prinzipien
der Erfindung:
-
1 ist ein Blockdiagramm
eines üblichen
Fahrspur-Abtriftwarnungssystems
für Fahrzeuge;
-
2a ist eine Zeichnung, die
verwendet wird, um das Modellieren von Fahrspurmarkierungen in dem üblichen
Fahrspur-Abtriftwarnungssystem
aus 1 darzustellen;
-
2b ist eine Zeichnung, die
verwendet wird, um das Modellieren von Fahrspurmarkierungen in dem üblichen
Fahrspur-Abtriftwarnungssystem
von 1 dazustellen, in
welchem Rauschen in den Bildsignal-Daten erzeugt ist;
-
3 ist ein Flussdiagramm
eines Fahrbahnmodellierungs-Verfahrens
für ein
Fahrspur-Abtriftwarnungssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
4 ist ein Flussdiagramm,
das verwendet wird, um detaillierter das Fahrbahnmodellierungs-Verfahren
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zu beschreiben; und
-
5 ist ein Graph, der verwendet
wird, um das Fahrbahn-Modellieren
unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate darzustellen
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
-
3 ist ein Flussdiagramm
eines Fahrbahnmodellierungs-Verfahrens
für ein
Fahrspur-Abtriftwarnungssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
-
Zuerst
sammelt im Schritt S20 eine Kamera Bilder von Fahrspurmarkierungen
einer Fahrspur, in welcher das Fahrzeug gefahren wird, dann werden
die Bilder in Bildsignale umgewandelt und ausgegeben. Als nächstes werden
in Schritt S21 Rauschen aus den Fahrspurmarkierungs-Bildern beseitigt,
wonach in Schritt S22 die Bilder in mehrere Auflösungen unterteilt werden. Danach
werden in Schritt S23 die Markierungsränder schnell extrahiert, während des
Aufrechterhaltens der mehreren Auflösungen. Nachdem die Fahrspurmarkierungsränder in
Schritt S23 extrahiert sind, wird in Schritt S24 die Fahrbahn-Modellierung durchgeführt. D.
h. eine minimale Anzahl von möglichen
Markierungen von Fahrspurrändern
wird eingegeben, dann wird eine den Markierungen am nächsten folgende
gerade Linie extrahiert unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate
(d. h. "die kleinsten
Quadraten passen").
-
Als
nächstes
wird in Schritt S25 ermittelt, ob der Fahrbahnmodellierungs-Prozess
komplettiert ist. Falls jedoch in Schritt S25 die Fahrbahnmodellierung
nicht komplettiert ist, kehrt der Prozess zu Schritt S23 zurück. Falls
jedoch die Fahrbahnmodellierung in Schritt S25 komplettiert ist,
wird ein Kamera-Parameter gemäß einer Positionierung
der Kamera berechnet und in Schritt S26 wird eine Breite der Fahrspur
gemäß einem
Abstand zwischen Bildpixel-Koordinaten ermittelt. Nach diesem Schritt
wird in Schritt S27 ermittelt, ob das Fahrzeug von der Fahrspur
ausschert. Falls in Schritt S27 das Fahrzeug nicht von der Fahrspur
ausschert, kehrt der Prozess zu Schritt S23 zurück. Falls jedoch in Schritt
S27 das Fahrzeug von der Fahrspur abtriftet, wird in Schritt S28
eine Warnung ausgegeben, um den Fahrer zu alarmieren.
-
4 zeigt ein Flussdiagramm,
welches verwendet wird, um detaillierter das Fahrbahnmodellierungs-Verfahren
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zu erläutern.
Zuerst wird in Schritt S40 eine minimale Anzahl von möglichen
Markierungen der extrahierten Fahrspurränder eingegeben. Als nächstes wird
im Schritt S41 unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate
eine Linearfunktion erzielt, die eine minimale Abweichung von den
möglichen
Markierungen der Fahrspurränder
aufweist. Im Anschluss an diesen Schritt werden in Schritt S42 unter
Verwendung der Linearfunktion Linien erzielt, welche die Fahrspurmarkierungen
definieren, wodurch der Fahrbahnmodellierungs-Prozess komplettiert
wird.
-
5 ist ein Graph, der verwendet
wird, um die Fahrbahnmodellierung darzustellen, welche die Methode
der kleinsten Quadrate gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verwendet. Wie in der Zeichnung gezeigt, wird eine
Ausgleichslinien-Anpassung von den Linienmarkierungs-Daten erzielt
unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate, oder "die kleinsten Quadrate
passen". D. h.,
nachdem eine Mehrzahl von möglichen
Punkten für
die Fahrspurmarkierungen erzielt ist, wird die Methode der kleinsten
Quadrate verwendet, um eine Ausgleichslinie zu finden, die dem Fluss
der Punkte folgt.
-
Die
Betätigung
des obigen Verfahrens der Erfindung wird hiernach mit Bezug auf
Elemente eines Fahrspur-Abtriftwarnungssystems
erläutert.
-
Eine
CCD-Kamera ist an dem Fahrzeug an einer vorher ermittelten Stelle
montiert und die Kamera ist an eine elektronische Steuereinheit
(ECU) angeschlossen, wobei in der ECU ein vorher ermitteltes Programm darin
installiert ist. Wenn das Fahrzeug bedient wird, sammelt die Kamera
Bilder von Fahrspurmarkierungen und gibt korrespondierende Bildsignale
an die ECU aus, wodurch Schritt S20 durchgeführt wird, in welchem Bildsignale
in die ECU eingegeben werden.
-
Als
nächstes
wird Schritt S21 durchgeführt,
in welchem Rauschen von den Bildsignale unter Anwendung eines Median-Filters beseitigt
wird. Nach dieser Betätigung
wird Schritt S22 durchgeführt,
in welchem die Bildsignale in mehrere Auflösungen unterteilt werden, wodurch
ermöglicht
wird, dass die Bildsignale schnell verarbeitbar sind. D. h. die
Anzahl von Pixel in der Bildsignal-Eingabe, die in die ECU eingegeben
wird, wird auf die gleiche Weise reduziert und die Pixel werden
in mehrere, unterschiedliche Auflösungen unterteilt.
-
Im
Anschluss an das Obige führt
die ECU Schritt S23 durch und extrahiert Fahrspurmarkierungs-Ränder aus
den Fahrspurmarkierungs-Bildsignalen, welche mit unterschiedlichen
Auflösungen
unterteilt werden. Als nächstes
führt die
ECU Schritt S24 durch, in welchem die Fahrbahnmodellierung durchgeführt wird.
Detaillierter mit Bezug auf 4 werden
in Schritt S40 eine minimale Anzahl von möglichen Markierungen der extrahierten
Fahrspurränder
eingegeben. Als nächstes
unter Durchführung
von Schritt S41 wird unter Verwendung der Methode der kleinsten
Quadrate aus den möglichen
Markierungen der Fahrspurränder
eine lineare Funktion erzielt, die eine minimale Abweichung aufweist.
Schließlich
werden in Schritt S42 unter Verwendung der linearen Funktion aus
Schritt S42 Linien erzielt, welche die Fahrspurmarkierungen definieren,
wodurch der Fahrbahnmodellierungs-Prozess komplettiert wird.
-
Im
Folgenden wird die Entwicklung der Gleichungen skizziert, um diese
Betätigung
durchzuführen. y(x) = a + bxa, b: unbekannte
Größe (1)Um an jedem
Punkt in Gleichung (1) eine Abweichung (ri) zu erzielen, ri = yi – y(x) = yi – (a + bx),
i = 1, 2, 3 ... iL:
Gesamtzahl von gemessenen Koordinaten (2)Eine Summe
(R) der Quadrate der Abweichungen R = Σ(ri)2 = Σ(yi – a – bxi)2 (3)ein
Wert zum Minimieren des Wertes von R wird erzielt. Die Differentiation
von R bezüglich
a und b ist auf 0 gesetzt. Differentiation (R/a) = –2Σ(yi – a – bxi) = 0
Differentiation
(R/b) = –2(xi – a – bxi) =
0 (4)Falls
Gleichung (4) in Matrixform geschrieben: (A(1, 1)A(1, 2),A(2, 1)A(2, 2))(a, b) = (Z1, Z2) (5)mit:
A(1,1)
= L
A(1, 1) = Σxi
Z1
= Σyi
A(1,
1) = Σxi
A(1,1)
= Σ(xi)2
Z1 = Σxiyi
a und b sind:
a = [A(2, 2)Z1 – A(1, 2)Z2]/d
b
= [A(1, 1)A(2, 2) – A(1,
2)A(2, 1)]/d (6)d
= A(1, 1)A(1, 2) – A(1,
2)A(2, 1): ermittelt
-
Ein
Entwurf der gemessenen Fahrspur-Markierungs-Punkte ist wie folgt:
-
-
Wie
von den gemessenen Werten in Tabelle 1 gezeigt wird, was sich auch
in 5 zeigt, selbst wenn mögliche Fahrspurmarkierungen
(i) 2 und 3 offensichtliche Fehler sind, die sich aus Rauschen ergeben,
kann die gerade Linie, welche veranlasst wird, der Abfolge möglicher
Fahrspurmarkierungen (i) 1, 4, 5 und 6 zu folgen, diese Fehler kompensieren.
-
Nachdem
die ECU den Prozess einer Fahrbahnmodellierung von Schritt S24 wie
in dem obigen durchgeführt
hat, führt
die ECU Schritt S25 durch und ermittelt, ob die Fahrbahnmodellierung
komplettiert ist. Falls sie ermittelt, dass die Fahrbahnmodellierung
nicht komplettiert ist, kehrt der Prozess zu Schritt S23 zurück. Falls
jedoch die Fahrbahnmodellierung komplettiert ist, führt die
ECU Schritt 26 durch, in welchem ein Kamera-Parameter erzielt
wird, um die Kamera an einer Anfangsposition zu fixieren und um
die aktuelle Breite der Fahrspur zu berechnen, um die aktuelle Breite
der Fahrspur aus zweidimensionalen Bild-Koordinaten bezüglich der
Bildsignale zu extrahieren, die von der CCD Kamera eingegeben werden.
Nachdem der Kamera-Parameter erzielt ist, wird die aktuelle Breite
der Fahrspur, wie im obigen in der modellierten Fahrbahn, gemäß einem
Abstand zwischen Bild-Koordinaten-Pixel berechnet.
-
Im
Anschluss an das Obige führt
die ECU Schritt S27 durch, in welchem sie ermittelt, ob das Fahrzeug aus
der Breite der in Schritt S26 berechneten Fahrspur ausschert. Zu
diesem Zeitpunkt, wenn von der ECU ermittelt ist, dass das Fahrzeug
nicht von der Fahrspur ausschert, kehrt der Prozess zu Schritt S23
zurück. Falls
jedoch in Schritt S27 das Fahrzeug aus der Fahrspur abtriftet, führt die
ECU Schritt S28 durch und gibt ein Alarmausgangssignal an eine Alarmeinheit
aus, welche wiederum ein Warnsignal ausgibt, um den Fahrer zu alarmieren.
-
In
dem Fahrbahnmodellierungs-Verfahren für ein Fahrspur-Abtriftwarnungssystem
von dieser Erfindung, wie oben beschrieben, ist eine präzise Fahrbahnmodellierung
einer Fahrspur in der ein Fahrzeug fährt sogar mit der Erzeugung
von Fehlern möglich,
welche von Rauschen in den Fahrbahn-Bildsignaldaten verursacht werden.
-
Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
dieser Erfindung hierin vom Obigen detailliert erklärt worden sind,
sollte ersichtlich sein, dass viele Variationen und/oder Modifikationen
der hierin gelehrten, erfinderischen Basis-Konzepte, welche dem
Fachmann ersichtlich sind, noch innerhalb des wie in den beigefügten Ansprüchen definierten
Schutzbereichs dieser Erfindung fallen.
