EP4062370A1 - Kamerabasierte detektion von kippbewegungen - Google Patents

Kamerabasierte detektion von kippbewegungen

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EP4062370A1
EP4062370A1 EP20803815.8A EP20803815A EP4062370A1 EP 4062370 A1 EP4062370 A1 EP 4062370A1 EP 20803815 A EP20803815 A EP 20803815A EP 4062370 A1 EP4062370 A1 EP 4062370A1
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EP
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camera
optical flow
vehicle
movement
expected
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EP20803815.8A
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Markus Birk
Gabriela Jager
Dieter Balz
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ZF Friedrichshafen AG
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    • G06T2207/30252—Vehicle exterior; Vicinity of vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method according to claim 1 and a vehicle according to the independent device claim.
  • the invention is based on the object of improving the stability of vehicles from tipping over at low speeds. This object is achieved by a method according to claim 1 and a vehicle according to the independent device claim.
  • a tilting movement is a rolling movement, i.e. a turning movement around the longitudinal axis of the vehicle, or a pitching movement, i.e. a turning movement around the transverse axis of the vehicle, which causes the vehicle to become unbalanced and fall over.
  • the vehicle is, for example, a wheel loader, a forklift or a dumper.
  • the vehicle has a camera.
  • a camera is a means of recording images of the environment on an imaging medium. It is preferably an optical camera in which visible light is imaging. The camera is fixed to the vehicle.
  • the method provides that an image sequence is recorded with the camera.
  • An image sequence is a sequence of at least two images.
  • An optical flow is determined in the recorded image sequence. This is a vector field of the speed projected into the image plane of the camera of visible points of at least one object recorded by the camera.
  • an optical flow to be expected is determined. The determination is based on a driving movement of the vehicle and a topography of the ground. A movement of the vehicle relative to the ground is referred to as driving movement.
  • the topography of the subsurface is its surface texture.
  • the movement of the vehicle and the topography of the ground clearly define a movement of the camera relative to objects that are stationary relative to the ground. This results in the expected optical flow of the object recorded by the camera.
  • the step of determining the expected optical flow is subdivided into several sub-steps.
  • the driving movement of the vehicle is determined.
  • the driving movement is preferably performed while the image sequence is being recorded. averages. If necessary, the topography of the subsurface is also determined. This can be omitted if the surface is level.
  • a movement of the camera relative to one or more objects recorded by the camera is clearly defined. This movement is determined in a further sub-step.
  • the objects are objects that are stationary, i.e. immovable relative to the subsurface.
  • the background itself can be such an object.
  • the optical flow is determined which is to be expected on the basis of the determined movement of the camera.
  • the sub-step of determining an optical flow to be expected due to the movement of the camera is further subdivided into sub-steps in a further preferred development.
  • the object recorded by the camera is recognized in the image sequence.
  • Corresponding automated or computer-implemented methods for image recognition are known to those skilled in the art from the prior art.
  • neural networks or stochastic algorithms can be used for image recognition.
  • an area in the image sequence is identified in which the object is imaged.
  • the optical flow of this area is determined. This means that not the optical flow of the entire image area, but only the optical flow of the object in the image sequence is determined. This makes the determination more efficient and interference, for example caused by moving objects or people, is avoided.
  • a corresponding optical flow of the object to be expected based on the movement of the camera is determined in the image sequence.
  • the optical flow to be expected due to the movement of the camera is determined in the above-mentioned area in which the object is imaged.
  • a vehicle according to the invention has at least one camera and at least one evaluation unit which implements the method according to the invention or a preferred development, ie which is designed to carry out such a method.
  • FIG. 1 A preferred embodiment of the invention is shown in FIG. 1 in detail shows:
  • the vehicle 101 shown in FIG. 1 has a camera 103 and an evaluation unit 105.
  • the camera 103 is connected to the evaluation unit 105 in a signal-conducting manner.
  • An object 107 is located in the image area of the camera 103, i.e. in an area recorded by the camera 103.
  • the evaluation unit 105 determines an optical flow of the object 107 in an image sequence recorded by the camera 103.
  • the evaluation unit 105 also detects a travel movement of the vehicle 101. This results in an expected optical flow of the object 107, which the evaluation unit 105 compares with the actual optical flow. If there are deviations, this suggests a tilting movement of the vehicle 101. In this case, the evaluation unit 105 initiates countermeasures to stabilize the vehicle 101.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Kippbewegung eines Fahrzeugs (101), das mindestens eine an dem Fahrzeug (101) fixierte Kamera (103) aufweist, mit den Schritten Aufnahme einer Bildsequenz mit der Kamera (103); Ermitteln eines optischen Flusses der Bildsequenz; Ermitteln eines aufgrund einer Fahrbewegung des Fahrzeugs (101) und einer Topografie des Untergrunds zu erwartenden optischen Flusses; und Prüfen, des optischen Flusses der Bildsequenz und des zu erwartenden optischen Flusses auf Abweichungen.

Description

Kamerabasierte Detektion von Kippbewegungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Fahrzeug nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch.
Aus dem Stand der Technik sind Systeme bekannt, die das Umkippen von PKWs oder LKWs verhindern. Diese Systeme stabilisieren das Fahrzeug durch einen Ein griff in die Bremse und/oder die Lenkung des Fahrzeugs.
Flurförderzeuge und Baumaschinen drohen häufig aufgrund der statischen Verlage rung angehobener Lasten umzukippen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme sind hier wirkungslos, da sie dynamisch wirken und eine hinreichend schnelle Fahrbewegung des Fahrzeugs voraussetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kippsicherheit von Fahrzeugen bei geringen Geschwindigkeiten zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Fahrzeug nach dem unabhängigen Vorrich tungsanspruch.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, eine Kippbewegung eines Fahrzeugs zu erkennen. Eine Kippbewegung ist eine Rollbewegung, d.h. eine Drehbewegung um die Längsachse des Fahrzeugs, oder eine Nickbewegung, d.h. eine Drehbewe gung um die Querachse des Fahrzeugs, die zur Folge hat, dass das Fahrzeug aus dem Gleichgewicht gerät und umfällt.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um einen Radlader, einen Gabel stapler oder einen Dumper. Das Fahrzeug weist eine Kamera auf. Eine Kamera ist ein Mittel zum Aufzeichnen von Bildern der Umgebung auf einem bildgebenden Me dium. Vorzugsweise handelt es sich um eine optische Kamera, bei der sichtbares Licht bildgebend ist. Die Kamera ist an dem Fahrzeug fixiert.
Das Verfahren sieht vor, dass mit der Kamera eine Bildsequenz aufgenommen wird. Eine Bildsequenz ist eine Folge von mindestens zwei Bildern. In der aufgenommenen Bildsequenz wird ein optischer Fluss ermittelt. Dies ist ein Vektorfeld der in die Bildebene der Kamera projizierten Geschwindigkeit von sichtba ren Punkten mindestens eines von der Kamera aufgenommenen Objekts.
Neben dem tatsächlich in der aufgenommenen Bildsequenz vorhandenen optischen Fluss wird ein zu erwartender optischer Fluss ermittelt. Der Ermittlung zugrunde ge legt wird eine Fahrbewegung des Fahrzeugs und eine Topografie des Untergrunds. Mit Fahrbewegung wird eine Bewegung des Fahrzeugs relativ zu dem Untergrund bezeichnet. Bei der Topografie des Untergrunds handelt es sich um dessen Oberflä chenbeschaffenheit.
Unter der Prämisse, dass das Fahrzeug nicht kippt, wird durch dessen Fahrbewe gung und die Topografie des Untergrunds eindeutig eine Bewegung der Kamera re lativ zu Objekten festgelegt, die relativ zu dem Untergrund ortsfest sind. Hieraus ergibt sich der zu erwartende optische Fluss des von der Kamera aufgenommenen Objekts.
Schließlich wird geprüft, inwiefern der in der Bildsequenz tatsächlich vorhandene op tische Fluss von dem zu erwartenden optischen Fluss abweicht. Abweichungen sind ein Indiz für Kippbewegungen des Fahrzeugs.
Wird aufgrund der Abweichungen des optischen Flusses eine drohende Kippbewe gung erkannt, können Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. So können die Ge schwindigkeit des Fahrzeugs und/oder dessen Lenkwinkel reduziert werden. Wird eine Last angehoben, kann das Anheben gestoppt und/oder die Last abgelassen werden.
Der Schritt des Ermittelns des zu erwartenden optischen Flusses untergliedert sich in einer bevorzugten Weiterbildung in mehrere Teilschritte. So wird, um den zu erwar tenden optischen Fluss zu ermitteln, die Fahrbewegung des Fahrzeugs ermittelt. Vorzugsweise wird die Fahrbewegung während der Aufnahme der Bildsequenz er- mittelt. Gegebenenfalls wird darüber hinaus die Topografie des Untergrunds ermittelt. Darauf kann verzichtet werden, wenn der Untergrund eben ist.
Aufgrund der Fahrbewegung und der Topografie ist unter der Prämisse, dass das Fahrzeug nicht kippt, eine Bewegung der Kamera relativ zu einem oder mehreren von der Kamera aufgenommenen, d.h. in der Bildsequenz enthaltenen Objekten, eindeutig definiert. Diese Bewegung wird in einem weiteren Teilschritt ermittelt. Bei den Objekten handelt es sich um Objekte, die ortsfest, d.h. relativ zu dem Untergrund unbeweglich, angeordnet sind. Insbesondere kann es sich bei dem Untergrund selbst um ein solches Objekt handeln.
In einem letzten weiterbildungsgemäßen Teilschritt wird der optische Fluss ermittelt, der aufgrund der ermittelten Bewegung der Kamera zu erwarten ist.
Der Teilschritt des Ermittelns eines aufgrund der Bewegung der Kamera zu erwar tenden optischen Flusses ist in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung nochmals in Teilschritte untergliedert. In einem ersten Teilschritt wird das von der Kamera aufgenommene Objekt in der Bildsequenz erkannt. Entsprechende automa tisierte bzw. computerimplementierte Verfahren zur Bilderkennung sind dem Fach mann aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere können neuronale Netze oder stochastische Algorithmen zur Bilderkennung verwendet werden.
Durch die Erkennung des Objekts in der Bildsequenz wird ein Bereich in der Bildse quenz identifiziert, in dem das Objekt abgebildet wird. In einem weiteren Teilschritt wird der optische Fluss dieses Bereichs ermittelt. Dies bedeutet, dass nicht der opti sche Fluss des gesamten Bildbereichs, sondern lediglich der optische Fluss des Ob jekts in der Bildsequenz ermittelt wird. Dadurch wird die Ermittlung effizienter und Störungen, etwa durch sich bewegende Objekte oder Personen werden vermieden.
In einem weiteren Teilschritt wird ein entsprechender, aufgrund der Bewegung der Kamera zu erwartender optischer Fluss des Objekts in der Bildsequenz ermittelt. Im Einzelnen wird der aufgrund der Bewegung der Kamera zu erwartende optische Fluss in dem oben genannten Bereich, in dem das Objekt abgebildet wird, ermittelt. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist mindestens eine Kamera und mindestens eine Auswerteinheit auf, die das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Weiterbildung implementiert, d.h. die ausgebildet ist, ein solches Verfahren auszufüh ren.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Im Ein zelnen zeigt:
Fig. 1 ein Fahrzeug.
Das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug 101 weist eine Kamera 103 und eine Auswert einheit 105 auf. Die Kamera 103 ist signalleitend mit der Auswerteinheit 105 verbun den. Im Bildbereich der Kamera 103, d.h. in einem Bereich, der von der Kamera 103 aufgenommen wird, befindet sich ein Objekt 107.
Die Auswerteinheit 105 ermittelt einen optischen Fluss des Objekts 107 in einer von der Kamera 103 aufgenommenen Bildsequenz. Weiterhin erfasst die Auswerteinheit 105 eine Fahrbewegung des Fahrzeugs 101. Daraus ergibt sich ein zu erwartender optischer Fluss des Objekts 107, den die Auswerteinheit 105 mit dem tatsächlichen optischen Fluss vergleicht. Sind Abweichungen vorhanden, lässt dies auf eine Kipp bewegung des Fahrzeugs 101 schließen. In dem Fall leitet die Auswerteinheit 105 Gegenmaßnahmen zur Stabilisierung des Fahrzeugs 101 ein.
Bezuqszeichen Fahrzeug Kamera Auswerteinheit Objekt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen einer Kippbewegung eines Fahrzeugs (101), das min destens eine an dem Fahrzeug (101 ) fixierte Kamera (103) aufweist, mit den Schrit ten
- Aufnahme einer Bildsequenz mit der Kamera (103);
- Ermitteln eines optischen Flusses der Bildsequenz;
- Ermitteln eines aufgrund einer Fahrbewegung des Fahrzeugs (101) und einer To pografie des Untergrunds zu erwartenden optischen Flusses; und
- Prüfen, des optischen Flusses der Bildsequenz und des zu erwartenden optischen Flusses auf Abweichungen.
2. Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns des zu erwartenden optischen Flusses die folgenden Teil schritte umfasst:
- Ermitteln der Fahrbewegung des Fahrzeugs (101);
- Ermitteln einer aufgrund aus der Fahrbewegung und der Topografie zu erwartenden Bewegung der Kamera (103) relativ zu mindestens einem von der Kamera (103) auf genommenen Objekt (107); und
- Ermitteln eines aufgrund der Bewegung der Kamera (103) zu erwartenden opti schen Flusses.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns des zu erwartenden optischen Flusses die folgenden Teil schritte umfasst:
- Erkennen des Objekts (107) in der Bildsequenz
- Ermitteln des optischen Flusses eines Bereichs der Bildsequenz, in dem das Objekt abgebildet wird; und
- Ermitteln eines aufgrund der Bewegung der Kamera (103) zu erwartenden opti schen Flusses des Bereichs.
4. Fahrzeug (101) mit mindestens einer Kamera (103) und mindestens einem Steu ergerät (105); dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (105) ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche implementiert.
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