EP2862123A1 - Verfahren zur darstellung einer fahrzeugumgebung - Google Patents

Verfahren zur darstellung einer fahrzeugumgebung

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EP2862123A1
EP2862123A1 EP13727037.7A EP13727037A EP2862123A1 EP 2862123 A1 EP2862123 A1 EP 2862123A1 EP 13727037 A EP13727037 A EP 13727037A EP 2862123 A1 EP2862123 A1 EP 2862123A1
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EP
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probability
resolution level
grid
grid cells
value
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EP13727037.7A
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Ralf GREWE
Andree Hohm
Hermann Winner
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Continental Teves AG and Co OHG
Aumovio Microelectronic GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
Continental Teves AG and Co OHG
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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    • G06T2207/30252—Vehicle exterior; Vicinity of vehicle
    • G06T2207/30261—Obstacle

Definitions

  • Quadtrees in two-dimensional space and octtrees in three-dimensional space which are based on a recursive subdivision of an area into quarters, are known here. This is illustrated by way of example in FIG. 1a.
  • a tree-like data structure For storing the data (probability values) a tree-like data structure can be used, this is illustrated by way of example in FIG. 1b.
  • the environment model can process and provide environment data in various resolution levels. This object is achieved by the features of independent claim 1.
  • An ⁇ An advantageous use of the method according ⁇ invention is given in the further independent claims.
  • the inventive method comprises imaging a vehicle surrounding environment in a model with at least two resolu ⁇ sungsebenen.
  • the environment model is configured as a Probability ⁇ grid having a plurality of grid cells.
  • a different spatial resolution In a high resolution level a predetermined region is displayed in the field by a higher At ⁇ number of lattice cells than in a low resolution level.
  • the method is provided for a vehicle that includes at least one sensor system for environment detection and at least one driver assistance system.
  • the sensor system, the environment information for the environment model for Availability checked ⁇ supply and function of the driver assistance system is based on the so-created environment model.
  • Data from at least two Git ⁇ terzellen at a high resolution level are summarized and stored in a grid cell at a lower resolu ⁇ sungsrase.
  • a processing of the data in various levels of resolution can be performed.
  • three resolution levels (a, b, c) are shown as a tree structure by way of example.
  • (coarser resolution) for applications that do not require high resolution calculation time can be saved by processing Informa ⁇ functions on lower level.
  • a plurality of higher resolution cells eg resolution level c in FIG. 1b
  • a simple average for the proces ⁇ processing of probabilities would lead, when used in an environment model for a driver assistance system to an incorrect result, as the following example illustrates: If the detected occupancy of a cell of 100% and three unoccupied cells (0%) sublattice is a be ⁇ interpretation of 25% as the average value would give it, incorrect because an occupancy is given on the combined surface still 100%.
  • the inventive method provides that, taken together for a ⁇ men charged of at least two grid cells at a high resolution level, the value one of the at least two grid cells and is stored in a grid cell on a lower resolution level.
  • the at least two lattice cells contained on a high resolution level a probability value that indicates an occupancy plausibility ⁇ friendliness.
  • the document probability indicates whether the corresponding area in the real world is occupied by obstacles, for example, and thus can not be traversed by a vehicle.
  • the maximum value of the grid cells at a high resolution level is entered into a grid cell at a lower resolution level. In Figure 2, this process is exemplified for summarizing four cells.
  • the area in the lower left of the trokeitsgit ⁇ ters includes four cells, one of which is marked as occupied by a black color and has the maximum document International ⁇ probability of the four cells.
  • the four ⁇ tel is summarized in a lower resolution level is set ⁇ , the entire area is now colored black and is therefore marked busy or carries the maximum evidence probability ⁇ of the four individual cells from Fig. 2a.
  • a re ⁇ italic division into quarters (level, Quadtree) or eighths (Spatial, Octtree) and any other divisions are possible.
  • m is a name
  • the grid cells contain the at least two grid cells on a high resolution level only a single probability value, which indicates an occupancy probability.
  • At least two grid cells contain at a high resolution level a probability value indicating a probability space ⁇ .
  • the free space probability indicates whether the corresponding area in the real world is free and thus passable for a vehicle.
  • the grid cells contain the at least two grid cells on a high Resolution level only a single probability value indicating a free space probability.
  • At least two probability values are stored in the at least two grid cells at a high level of resolution, namely a probability value that indicates an occupancy probability, and a probability value indicating a free ⁇ space probability.
  • the maximum occupancy probability value and the free space value associated with the maximum value grid cell are entered at a high resolution level into a grid cell at a lower resolution level.
  • a summary in the case that a plurality of grid ⁇ cells of the probability lattice contains a value for a reflected power of a radar or lidar or ultrasonic ⁇ sensors provided so that the minimum value of the grid cells at a high level of resolution in a grid cell is entered at a lower resolution level.
  • a plurality of lattice cells of the probability lattice contain a value provided by a camera sensor system, which indicates a height or a height gradient for this space segment.
  • the minimum value of the grid cells or the maximum value of the grid cells at a high resolution level is entered into a grid cell at a lower resolution level.
  • the value is stored in a grid cell at a lower resolution level in the form of a reference to that grid cell of a high resolution level whose value is to be adopted. By way of example, this is shown in FIG. There, the bolded paths indicate a reference to a cell at a higher resolution level.
  • a low-resolution sensor A (FIG. 2 b) is fused to a high-resolution sensor B (FIG. 2 a).
  • the low-resolution information from sensor A is fused with the relevant information of the high-resolution sensor B.
  • the tree structure for storing the data with reference to the relevant cells can be used in particular in a network with several subscribers for efficient data transmission.
  • a source sends the tree up to the highest resolution level to all receiving subscribers.
  • the receiving participants reconstruct the tree up to the required resolution level, higher-level planes are ignored, for example. This can be saved in the participants who are not the maximum resolution level Need Beer ⁇ term, memory and processing time.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung mit zumindest zwei Auflösungsebenen für ein Fahrzeug angegeben. Das Fahrzeug umfasst Sensorsystem zur Umfelderfassung und zumindest einem Fahrerassistenzsystem. Das Umfeldmodell ist als ein Wahrscheinlichkeitsgitter mit einer Vielzahl von Gitterzellen ausgestaltet. Daten aus zumindest zwei Gitterzellen werden auf einer hohen Auflösungsebene zusammengefasst und in einer Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe hinterlegt.

Description

Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung
Nahezu alle bekannten serienverfügbaren Fahrerassistenzsyste¬ me, die auf Daten von Umgebungserfassungssensorik basieren, nutzen ein objektabstraktes Umfeldmodell, typischerweise wird eine Objektliste mit Umgebungsobjekten zur Verfügung gestellt. Von Objekten unbesetzte Flächen, die einen potentiellen Manöverraum definieren, werden über einen solchen Ansatz nicht abgedeckt. Im Bereich der Forschung sind Ansätze bekannt, Senso¬ ren zu verwenden, die eine Belegungsinformation über einen definierten Bereich im Umfeld des Fahrzeuges liefern und diese in eine Belegungskarte eintragen. Die Belegungskarte ist vor¬ zugsweise als ein Wahrscheinlichkeitsgitter ausgestaltet, das pro Gitterzelle zumindest einen Wahrscheinlichkeitswert ent¬ hält, z.B. ob sich in diesem Raumsegment in der Fahrzeugumge¬ bung ein Objekt befindet, d.h. die Zelle belegt ist. Für ein Wahrscheinlichkeitsgitter ist eine räumliche Diskretisierung des Fahrzeugumfeldes notwendig.
Neben einer Diskretisierung mit konstanter Schrittweite können Diskretisierungsverfahren, die verschiedene Auflösungsstufen unterstützen, zum Einsatz kommen. Bekannt sind hier im vor allem sog. Quadtrees im zweidimensionalen Raum und Octtrees im dreidimensionalen Raum, die auf einer rekursiven Unterteilung einer Fläche in Viertel basieren. Dies ist beispielhaft in der Figur la dargestellt. Zur Speicherung der Daten (Wahrscheinlichkeitswerte) kann eine baumartige Datenstruktur verwendet werden, diese ist beispielhaft in Abbildung lb dargestellt.
Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abbildung einer Umgebung in ein Umfeldmodell insbesondere für ein Fahrzeug anzugeben. Das Umfeldmodell kann Umfelddaten in verschiedenen Auflösungsstu- fen verarbeiten und zur Verfügung stellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen An¬ spruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Verwendung des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens wird in den weiteren unabhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Abbildung einer Fahrzeugumgebung in ein Umfeldmodell mit zumindest zwei Auflö¬ sungsebenen. Das Umfeldmodell ist als ein Wahrscheinlichkeits¬ gitter mit einer Vielzahl von Gitterzellen ausgestaltet.
Mit unterschiedlichen Auflösungsebenen ist eine unterschiedliche örtliche Auflösung gemeint. In einer hohen Auflösungsebene wird eine vorgegebene Region im Umfeld durch eine höhere An¬ zahl von Gitterzellen dargestellt, als in einer niedrigen Auflösungsebene. Das Verfahren ist für ein Fahrzeug vorgesehen, das zumindest ein Sensorsystem zur Umfelderfassung und zumindest ein Fahrerassistenzsystem umfasst. Das Sensorsystem stellt die Umfeldinformationen für das Umfeldmodell zur Verfü¬ gung und die Funktion des Fahrerassistenzsystems basiert auf dem so erstellten Umfeldmodell. Daten aus zumindest zwei Git¬ terzellen auf einer hohen Auflösungsebene werden zusammenge- fasst und in einer Gitterzelle in einer niedrigeren Auflö¬ sungsstufe hinterlegt.
Prinzipiell kann eine Verarbeitung der Daten in verschiedenen Auflösungsebenen durchgeführt werden. In Figur lb sind beispielhaft drei Auflösungsebenen (a,b,c) als Baumstruktur dargestellt. Insbesondere kann durch ein Verarbeiten von Informa¬ tionen auf niedriger Ebene (gröberer Auflösung) für Anwendungen, die keine hohe Auflösung benötigen, Rechenzeit eingespart werden .
Da Informationen nicht auf allen Ebenen des Baums vorliegen, ist ein Verfahren zum Erzeugen von Informationen auf einer höheren oder tieferen Ebene notwendig. Da insbesondere auf einer höheren Ebene (Auflösungsstufe) keine feiner aufgelösten In- formationen vorliegen, werden die Informationen der nächsten niedrigeren, belegten Ebene verwendet.
Für den Zugriff auf Informationen einer niedrigeren Ebene, z.B. Auflösungsstufe b in Figur lb, müssen mehrere Zellen mit höherer Auflösung, z.B. Auflösungsstufe c in Figur lb, zusam- mengefasst werden. Eine einfache Mittelung für die Verarbei¬ tung von Wahrscheinlichkeiten würde bei einer Verwendung in einem Umfeldmodell für ein Fahrerassistenzsystem zu einem falschen Resultat führen, wie das folgende Beispiel erläutert: Bei einer festgestellter Belegung einer Zelle von 100% und drei nicht belegten Zellen (0%) des Untergitters ist eine Be¬ legung von 25%, wie der Mittelwert es ergeben würden, nicht korrekt, da auf der zusammengefassten Fläche immer noch zu 100% eine Belegung gegeben ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass für eine Zusam¬ menfassung von zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene der Wert einer der zumindest zwei Gitterzellen übernommen und in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe hinterlegt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthalten die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene einen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Belegungswahrschein¬ lichkeit angibt. Die Belegwahrscheinlichkeit gibt an, ob der entsprechende Bereich in der Realwelt z.B. durch Hindernisse belegt und somit für ein Fahrzeug nicht passierbar ist. Durch die Verringerung der Auflösung wird die Information über die Position des belegten Bereiches ungenauer, es darf aber keine Information darüber verloren gehen, dass ein belegter Bereich vorliegt. Für die Zusammenfassung wird also der maximale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen. In Figur 2 ist dieser Prozess beispielhaft für das Zusammenfassen von vier Zellen dargestellt. In Figur 2a umfasst das Viertel im unteren linken Bereich des Wahrscheinlichkeitsgit¬ ters vier Zellen, davon ist eine durch eine schwarze Färbung als belegt gekennzeichnet bzw. weist die maximale Belegwahr¬ scheinlichkeit der vier Zellen auf. In Figur 2b ist das Vier¬ tel zusammengefasst in einer niedrigeren Auflösungsstufe dar¬ gestellt, der gesamte Bereich ist nun schwarz gefärbt und ist somit als belegt gekennzeichnet bzw. trägt die maximale Beleg¬ wahrscheinlichkeit der vier Einzelzellen aus Fig. 2a. Für alle Ausführungsbeispiele der Erfindung gilt, dass neben einer re¬ kursiven Aufteilung in Viertel (Ebene, Quadtree) bzw. Achtel (Räumlich, Octtree) auch beliebige andere Aufteilungen möglich sind. Allgemein formuliert ist für jede Dimension m eine na- m
türlich zahlige Unterteilung ^^ ni m, ni e□ ;ni > 2 möglich.
i=l
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Gitterzellen die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene nur einen einzigen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt.
In einer weiteren positiven Ausgestaltung der Erfindung enthalten die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene einen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Freiraum¬ wahrscheinlichkeit angibt. Die Freiraumwahrscheinlichkeit gibt an, ob der entsprechende Bereich in der Realwelt frei und da¬ mit für ein Fahrzeug passierbar ist. Für die Zusammenfassung wird der minimale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflö¬ sungsstufe eingetragen.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Gitterzellen die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene nur einen einzigen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Freiraumwahrscheinlichkeit angibt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in den zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene zumindest zwei Wahrscheinlichkeitswerte hinterlegt, nämlich ein Wahrscheinlichkeitswert, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt, und ein Wahrscheinlichkeitswert, der eine Frei¬ raumwahrscheinlichkeit angibt. Für die Zusammenfassung der Gitterzellen werden der maximale Wert für die Belegungswahrscheinlichkeit und der zur Gitterzelle mit dem maximalen Wert gehörige Freiraumwert auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen.
Insbesondere ist in dem Fall, dass eine Mehrzahl von Gitter¬ zellen des Wahrscheinlichkeitsgitter einen Wert für eine reflektierte Energie eines Radar- oder Lidar- oder Ultraschall¬ sensors enthalten eine Zusammenfassung derart vorgesehen, dass der minimale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstu- fe eingetragen wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthalten eine Mehrzahl von Gitterzellen des Wahrscheinlichkeitsgitters einen von einem Kamerasensorsystem zur Verfügung gestellten Wert, der eine Höhe oder einen Höhengradienten angibt für dieses Raumsegment angibt. Für eine Zusammenfassung wird der minimale Wert der Gitterzellen oder der maximale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen. In einer positiven Ausgestaltung der Erfindung ist der Wert in einer Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe in Form eines Verweises auf diejenige Gitterzelle einer hohen Auflösungsebene hinterlegt, deren Wert übernommen werden soll. Beispielhaft ist dies in Figur 3 dargestellt. Dort geben die fett markierten Pfade einen Verweis auf eine Zelle in einer höheren Auflösungsebene an.
Damit kann ein neues Berechnen der relevanten Werte auf einer niedrigen Ebene für jeden neuen Zugriff vermieden werden und es lassen sich die relevanten Werte auf eine effiziente Weise speichern. Dazu wird in jedem Knoten auf hoher Ebene auf den relevanten Knoten auf niedrigerer Ebene verwiesen, z.B. durch Angabe des jeweiligen Quadranten.
Vorteilhaft ist die Verwendung des oben vorgestellten Verfahrens in einem Fahrzeug mit zumindest zwei Umfeldsensoren mit einer unterschiedlichen Auflösung zur Zusammenführung von Daten der Sensoren. Für die Fusion mehrerer Sensoren kann das beschriebene Verfahren in umgekehrter Reifenfolge eingesetzt werden. Ein Sensor A mit niedriger Auflösung (Figur 2 b) wird mit einem Sensor B mit hoher Auflösung (Abb. 2a) fusioniert. Dazu wird die niedrig aufgelöste Information von Sensor A mit der relevanten Information des hoch auflösenden Sensors B fusioniert .
Weiterhin vorteilhaft ist eine Verwendung des oben vorgestell¬ ten Verfahrens in einem Fahrzeug mit zumindest zwei Fahreras¬ sistenzfunktionen, wobei ein erstes Fahrerassistenzsystem Umfelddaten mit einer höheren Auflösungsstufe benötigt als ei¬ ne zweites Fahrerassistenzsystem. Die Baumstruktur zum Speichern der Daten mit Verweis auf die relevanten Zellen kann insbesondere in einem Netzwerk mit mehreren Teilnehmern für die effiziente Datenübertragung verwendet werden. Eine Quelle sendet den Baum bis hin zur höchsten Auflösungsebene an alle empfangenden Teilnehmer. Die empfangenden Teilnehmen rekonstruieren sich den Baum bis zur benötigten Auflösungsebene, Ebenen höherer Ordnung werden z.B. ignoriert. Dadurch kann bei den Teilnehmern, die nicht die maximale Auflösungsebene benö¬ tigen, Speicherplatz und Rechenzeit gespart werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Abbildung einer Fahrzeugumgebung in ein
Umfeldmodell für ein Fahrzeug, wobei
- das Fahrzeug ein Sensorsystem zur Umfelderfassung und zumindest einem Fahrerassistenzsystem umfasst, und
- das Umfeldmodell zumindest zwei Auflösungsebenen umfasst und das Umfeldmodell als ein Wahrscheinlichkeitsgitter mit einer Vielzahl von Gitterzellen ausgestaltet ist
dadurch gekennzeichnet, dass
Daten aus zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene zusammengefasst und in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe hinterlegt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
für eine Zusammenfassung von zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene der Wert einer der zumindest zwei Gitterzellen übernommen wird und in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe hinterlegt wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflö¬ sungsebene einen Wahrscheinlichkeitswert enthalten, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt, und
- für die Zusammenfassung der maximale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird .
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gitterzellen die zumindest zwei Gitterzellen auf ei¬ ner hohen Auflösungsebene nur einen einzigen Wahrscheinlichkeitswert enthalten, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflö¬ sungsebene je einen Wahrscheinlichkeitswert enthalten, der eine Freiramwahrscheinlichkeit angibt, und
- für die Zusammenfassung der minimale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzel¬ le auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird .
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gitterzellen die zumindest zwei Gitterzellen auf ei¬ ner hohen Auflösungsebene nur einen einzigen Wahrscheinlichkeitswert enthalten, der eine Freiraumwahrscheinlichkeit angibt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflö¬ sungsebene je
- einen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Belegungswahr¬ scheinlichkeit angibt, und
- einen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Freiraumwahr¬ scheinlichkeit angibt, enthalten und für die Zusammenfassung der maximale Wert der Gitterzellen für die Belegungswahrscheinlichkeit und der zur Gitterzelle mit dem maximalen Wert gehörige Frei¬ raumwert auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitter¬ zelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird .
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Mehrzahl von Gitterzellen des Wahrscheinlichkeits¬ gitters einen Wert für eine reflektierte Energie eines Radar- oder Lidar- oder Ultraschallsensors enthalten und für eine Zusammenfassung der minimale Wert der Gitterzel¬ len auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Mehrzahl von Gitterzellen des Wahrscheinlichkeits¬ gitters einen von einem Kamerasensorsystem zur Verfügung gestellten Wert enthalten, der eine Höhe oder einen Höhengradienten angibt und für eine Zusammenfassung der minimale Wert der Gitterzellen oder der maximale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe einge¬ tragen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wert in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflö¬ sungsstufe in Form eines Verweises auf diejenige Gitter- zelle einer hohen Auflösungsebene hinterlegt wird, deren Wert übernommen werden soll.
11. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10 in einem Fahrzeug mit zumindest zwei Umfeldsensoren mit einer unterschiedlichen Auflösung zur Zusammenführung von Daten der Sensoren.
12. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10 in einem Fahrzeug mit zumindest zwei Fahrerassis¬ tenzfunktionen, wobei ein erstes Fahrerassistenzsystem Umfelddaten mit einer höheren Auflösungsstufe benötigt als eine zweites Fahrerassistenzsystem.
EP13727037.7A 2012-06-19 2013-04-30 Verfahren zur darstellung einer fahrzeugumgebung Ceased EP2862123A1 (de)

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