WO2010060413A1 - Verfahren zur erkennung von fahrzeuglichtern und retroreflektoren mit einem kamerasystem - Google Patents

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    • B60Q2300/40—Indexing codes relating to other road users or special conditions
    • B60Q2300/42—Indexing codes relating to other road users or special conditions oncoming vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method for distinguishing oncoming vehicle lights and retroreflectors in the dark according to the preamble of claim 1 in the field of automatic light control in motor vehicles.
  • the detection of vehicles at night is needed in particular in an automatic light control in a vehicle.
  • the aim of an automatic light control is to control the brightness and / or direction of their own vehicle headlights such that other road users are not dazzled.
  • An important feature for detecting vehicles by means of a camera in the dark is the vehicle lighting of oncoming vehicles, which is reflected in the camera image by high-intensity points.
  • WO 2008/064621 A1 shows a method for detecting reflectors and vehicle lights with a camera sensor system in a vehicle environment. For this purpose, a sequence of images of the vehicle environment is recorded. At least one point of light in the image sequence is tracked (tracked). The intensity of the light spot in the image sequence is determined and analyzed. Light points above a first threshold are detected as vehicle lights, and light spots below a second threshold are detected as reflectors.
  • EP 1837803 A2 shows a method for detecting vehicle headlights, rear lights and street lighting. A classifier is proposed, which is trained and then, for example, to distinguish a street lighting from reflectors based on a Gaussian intensity distribution in the camera image.
  • Distinguishing vehicles and retroreflectors is often difficult because the characterizing classifier characteristics for these two classes are very similar in some situations, resulting in misclassifications.
  • the object of the present invention is to specify a method which offers increased reliability of the distinction between oncoming vehicle lights and retroreflectors.
  • the method according to the invention for distinguishing oncoming vehicle lights and retroreflectors in the dark, which are recorded as light surfaces by an image acquisition device oriented in the surroundings of a vehicle comprises the following steps.
  • the image pickup device which is an analog or digital camera system, is at least one About the vehicle environment.
  • the image is evaluated by image processing. On the image located light surfaces are analyzed.
  • the aim of the analysis is to determine the optical interaction of light sources with other objects in the image.
  • the light of an oncoming vehicle is scattered by particles such as dust or pollen or by water droplets that are in the air. This results in an image surrounding the light source that is brighter than the background. The intensity of this area decreases continuously from the edge of the light source to the level of the background brightness.
  • Another example of an optical interaction is the reflection of the vehicle lights on the road surface. This results in an area below the vehicle lights in which there are light areas which correspond to the mirrored vehicle lights.
  • a retroreflector causes a reflection in which the radiation is reflected back in directions which are approximately opposite to the radiation direction, this type of reflection being largely independent of the illumination.
  • traffic signs, guide posts and road markings are usually designed as retroreflectors.
  • light surfaces mirrored in the image on the road surface are identified as vehicle lights. Retroreflectors show almost no reflection on the road surface.
  • Retroreflectors create light surfaces in the picture when they are illuminated by the headlights of their own vehicle. Due to the position and the arrangement of the retroreflectors and the directional direction of the light reflected by the retroreflectors, no reflection occurs on the road surface.
  • the spatial profile of the intensity of light surfaces is analyzed.
  • the intensity profile can preferably be analyzed in the direction of the horizontal image axis.
  • Retroreflectors appear in the picture as clearly demarcated areas with a high contrast between the light surface and the background.
  • the spatial course of the intensity is characterized by unsteady or erratic increases or decreases on the periphery. The reason for this is that retroreflectors only reflect back towards the headlights of their own vehicle and thus the image pickup device.
  • the gradient (spatial derivative) of the intensity in an image direction in the region of a light surface is calculated. With an almost constant gradient of the intensity gradient in a region around the edge of a light surface this is identified as vehicle light. With a narrow and pronounced maximum of the gradient of the intensity in an area around the edge of a light surface, however, it is identified as a retroreflector.
  • the method can be used according to a further embodiment for verification of a first classification according to any classification method.
  • a first classification e.g. Based on the intensity of classifies as vehicle lights or retroreflectors.
  • This initial classification is verified by the method described here. This verification increases the reliability of a first classification and may correct misclassifications if necessary.
  • the invention includes a device for distinguishing retroreflectors and vehicle lights in the dark in a vehicle environment.
  • the device comprises an image recording device and an evaluation unit, which evaluates the image data acquired by the image recording device and uses one of the described methods for this purpose.
  • the advantage of the invention is increased reliability of the classification. Compared with tracking methods, the method according to the invention offers the advantage that it can be classified on the basis of a single image. Thus, the process is fast. If an image sequence is analyzed by the method according to the invention, the reliability of the distinction between vehicle lights and retroreflectors is further optimized.
  • Fig. 1 shows images of an oncoming vehicle.
  • FIG. 2 shows a picture with a retroreflector at the roadside.
  • FIG 3 shows the spatial intensity profile of a vehicle light and a retroreflector.
  • the lights of an oncoming vehicle (FL) in the far, middle and near range are seen as a pair of light areas of increasing magnitude. Below the vehicle lights (FL) a further pair of light surfaces can be seen. These areas of light are caused by a reflection of the vehicle lights on the road surface (rFL).
  • the occurrence of reflections of light surfaces on the road surface (rFL) in this embodiment is the criterion that the light source of the light surfaces are vehicle lights (FL).
  • the location of the road surface can be determined and provided, for example, by a lane guide.
  • a retroreflector (R) can be seen at the roadside as a light surface. Below the retroreflector (R) there is no reflection on the road (0). This is because the retroreflector (R) is not an active light source but is illuminated by the headlamps of the vehicle and reflects this light in a directed manner.
  • the retroreflector (R) is not an active light source but is illuminated by the headlamps of the vehicle and reflects this light in a directed manner.
  • the spatial progression of the intensity I (x) at the edge of light surfaces is illustrated and analyzed.
  • the image in Fig. 3a corresponds to that shown in Fig. Ic.
  • FIG. 3c shows the intensity profile I (x) of the region defined in FIG. 3a.
  • FIG. 3e shows the spatial derivative dl / dx of the intensity in the x-direction, that is to say the intensity gradient for the intensity profile according to FIG. 3c.
  • FIG. 3b shows the intensity profile I (x) of the region defined in FIG. 3b around the region of the light surface of the retroreflector (R).
  • I intensity
  • FIG. 3f shows the intensity gradient d1 / dx for the intensity profile from FIG. 3d.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung von entgegenkommenden Fahrzeuglichtern (FL) und Retroreflektoren (R) bei Dunkelheit, die als Lichtflächen von einer in die Umgebung eines Fahrzeugs ausgerichteten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen werden. Die Bildaufnahmevorrichtung nimmt mindestens ein Bild der Fahrzeugumgebung auf. Das Bild wird durch eine Bildverarbeitung ausgewertet. Auf dem Bild befindliche Lichtflächen werden analysiert. Es wird eine Entscheidung getroffen, ob es sich bei einer Lichtfläche um ein Fahrzeuglicht (FL) oder einen Retroreflektor (R) handelt. Lichtflächen, deren optische Wechselwirkung mit anderen Objekten sich im Bild zeigt, werden als Fahrzeuglichter (FL) identifiziert.

Description

Verfahren zur Erkennung von Fahrzeuglichtern und Retroreflek- toren mit einem Kamerasystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung von entgegenkommenden Fahrzeuglichtern und Retroreflektoren bei Dunkelheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 auf dem Gebiet der automatischen Lichtsteuerung in Kraftfahrzeugen.
Die Erkennung von Fahrzeugen bei Nacht wird insbesondere bei einer automatischen Lichtsteuerung in einem Fahrzeug benötigt. Ziel einer automatischen Lichtsteuerung ist es, die Helligkeit und/oder Richtung der eigenen Fahrzeugscheinwerfer derart zu steuern, dass andere Verkehrsteilnehmer nicht geblendet werden.
Ein wichtiges Merkmal zur Erkennung von Fahrzeugen mittels einer Kamera bei Dunkelheit ist die Fahrzeugbeleuchtung von entgegenkommenden Fahrzeugen, die sich im Kamerabild durch Punkte hoher Intensität abbildet.
WO 2008/064621 Al zeigt ein Verfahren zur Erkennung von Reflektoren und Fahrzeuglichtern mit einem Kamerasensorsystem in einer Fahrzeugumgebung. Hierzu wird eine Bilderfolge der Fahrzeugumgebung aufgenommen. Zumindest ein Lichtpunkt in der Bilderfolge wird verfolgt (getrackt) . Die Intensität des Lichtpunkts in der Bilderfolge wird bestimmt und analysiert. Lichtpunkte oberhalb eines ersten Schwellwerts werden als Fahrzeuglichter und Lichtpunkte unterhalb eines zweiten Schwellwerts werden als Reflektoren erkannt. Die EP 1837803 A2 zeigt ein Verfahren zur Erkennung von Fahrzeugvorderlichtern, -rücklichtern und Straßenbeleuchtung. Es wird ein Klassifikator vorgeschlagen, der trainiert wird und anschließend z.B. anhand einer Gauß' sehen Intensitätsverteilung im Kamerabild eine Straßenbeleuchtung von Reflektoren zu unterscheiden .
Die Unterscheidung von Fahrzeugen und Retroreflektoren ist in vielen Fällen schwierig, da die charakterisierenden Klassifi- kator-Merkmale für diese beiden Klassen einander in manchen Situationen stark ähneln, wodurch es zu Fehlklassifikationen kommt .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren anzugeben, das eine erhöhte Zuverlässigkeit der Unterscheidung zwischen entgegenkommenden Fahrzeuglichtern und Retroreflek- toren bietet .
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterscheidung von entgegenkommenden Fahrzeuglichtern und Retroreflektoren bei Dunkelheit, die als Lichtflächen von einer in die Umgebung eines Fahrzeugs ausgerichteten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen werden, umfasst die nachfolgend genannten Schritte.
Die Bildaufnahmevorrichtung, bei der es sich um ein analoges oder digitales Kamerasystem handelt, nimmt mindestens ein BiId der Fahrzeugumgebung auf. Das Bild wird durch eine Bildverarbeitung ausgewertet. Auf dem Bild befindliche Lichtflächen werden analysiert. Ziel der Analyse ist es, die optische Wechselwirkung von Lichtquellen mit anderen Objekten im Bild festzustellen.
Beispielsweise wird das Licht eines entgegenkommenden Fahrzeugs an Partikeln wie Staub oder Pollen oder an Wassertröpfchen, die sich in der Luft befinden, gestreut. Dies führt im Bild zu einem die Lichtquelle umgebenden Bereich, der heller als der Hintergrund ist. Die Intensität dieses Bereichs nimmt vom Rand der Lichtquelle aus kontinuierlich bis auf das Nivea der Hintergrundhelligkeit ab.
Ein anderes Beispiel einer optischen Wechselwirkung ist die Reflexion der Fahrzeuglichter an der Straßenoberfläche. Da- durch ergibt sich im Bild ein Bereich unterhalb der Fahrzeuglichter, in dem sich Lichtflächen befinden, die den gespiegelten Fahrzeuglichtern entsprechen.
Es wird basierend auf der Analyse eine Entscheidung getrof- fen, ob es sich bei einer Lichtfläche um ein Fahrzeuglicht oder einen Retroreflektor handelt. Zeigen sich Ergebnisse einer optischen Wechselwirkung einer Lichtquelle mit anderen Objekten, so wird die Lichtfläche auf dem Bild einem Fahrzeugscheinwerfer zugeordnet. Zeigt sich hingegen keine Wech- selwirkung mit anderen Objekten, so wird diese Lichtfläche einem Retroreflektor zugeordnet. Ein Retroreflektor bewirkt eine Reflexion, bei der die Strahlung in Richtungen zurückgestrahlt wird, die der Anstrahlrichtung annähernd entgegengerichtet sind, wobei diese Art der Reflexion weitgehend unab- hängig von der Anstrahlung ist. Insbesondere Verkehrsschilder, Leitpfosten und Fahrbahnmarkierungen sind in der Regel als Retroreflektoren ausgestaltet. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Lichtflächen, die im Bild auf der Straßenoberfläche gespiegelt sind, als Fahrzeuglichter identifiziert. Retroreflektoren zeigen nahezu keine Reflexion an der, Straßenoberfläche. Retroreflek- toren erzeugen im Bild Lichtflächen, wenn sie von den Scheinwerfern des eigenen Fahrzeugs angestrahlt werden. Aufgrund des Standpunkts und der Anordnung der Retroreflektoren und der gerichteten Rückstrahlrichtung des Lichts durch die Retroreflektoren tritt keine Reflexion an der Straßenoberflä- che auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der räumliche Verlauf der Intensität von Lichtflächen analysiert. Der Intensitätsverlauf kann vorzugsweise in Richtung der ho- rizontalen Bildachse analysiert werden.
Bei Fahrzeuglichtern führt die Streuung, Beugung oder Reflexion an in der Luft befindlichen Partikeln wie Staub oder Pollen oder an Wassertröpfchen zu einem die Lichtfläche umgebenden Bereich im Bild, der heller als der Hintergrund ist. Die Intensität dieses Bereichs nimmt vom Rand der Lichtquelle aus graduell bzw. kontinuierlich bis auf das Nivea der Hintergrundhelligkeit ab.
Retroreflektoren zeigen sich im Bild als klar abgegrenzte Flächen mit hohem Kontrast zwischen Lichtfläche und Hinter- grund. Der räumliche Verlauf der Intensität ist gekennzeichnet von unsteten bzw. sprunghaften Zu- oder Abnahmen am Randbereich. Die Ursache dafür liegt darin, dass Retroreflektoren nur gerichtet in Richtung der Scheinwerfer des eigenen Fahrzeugs und damit der Bildaufnahmevorrichtung zurückstrahlen. Bevorzugt wird der Gradient (räumliche Ableitung) der Intensität in einer Bildrichtung im Bereich einer Lichtfläche berechnet . Bei einem fast konstanten Verlauf des Gradienten der Intensität in einem Bereich um den Rand einer Lichtfläche wird diese als Fahrzeuglicht identifiziert. Bei einem schmalen und ausgeprägten Maximum des Gradienten der Intensität in einem Bereich um den Rand einer Licht fläche wird diese dagegen als Retroreflektor identifiziert.
Das Verfahren kann entsprechend einer weiteren Ausgestaltung zur Verifikation einer Erstklassifikation nach einem beliebigen Klassifikationsverfahren eingesetzt werden. Dazu werden Lichtflächen z.B. anhand der Intensität erstklassifiziert als Fahrzeuglichter bzw. Retroreflektoren. Diese Erstklassifikation wird verifiziert durch das hier beschriebene Verfahren. Diese Verifikation erhöht die Zuverlässigkeit einer Erstklassifikation und kann Fehlklassifikationen gegebenenfalls korrigieren .
Die Erfindung schließt eine Vorrichtung zur Unterscheidung von Retroreflektoren und Fahrzeuglichtern bei Dunkelheit in einem Fahrzeugumfeld ein. Die Vorrichtung umfasst eine Bildaufnahmevorrichtung und eine Auswerteeinheit, die die von der Bildaufnahmevorrichtung erfassten Bilddaten auswertet und dazu eines der beschriebenen Verfahren anwendet .
Der Vorteil der Erfindung ist eine erhöhte Zuverlässigkeit der Klassifikation. Gegenüber Tracking-Verfahren bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass anhand eines einzelnen Bildes klassifiziert werden kann. Somit ist das Verfahren schnell. Wird eine Bilderfolge durch das erfindungsgemäße Verfahren analysiert, so wird die Zuverlässigkeit der Unterscheidung zwischen Fahrzeuglichtern und Retroreflek- toren weiter optimiert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt Bilder eines entgegenkommenden Fahrzeugs.
Fig. 2 zeigt ein Bild mit einem Retroreflektor am Straßen- rand .
Fig. 3 zeigt den räumlichen Intensitätsverlauf eines Fahrzeuglichts und eines Retroreflektors .
Auf den Bildern in Fig. Ia, Ib und Ic sind die Lichter eines entgegenkommenden Fahrzeugs (FL) im Fern-, Mittel- und Nahbereich als ein Paar von Lichtflächen mit zunehmender Größe zu erkennen. Unterhalb der Fahrzeuglichter (FL) ist jeweils ein weiteres Paar Lichtflächen zu erkennen. Diese Lichtflächen entstehen durch eine Reflexion der Fahrzeuglichter an der Straßenoberfläche (rFL) . Das Auftreten von Reflexionen von Lichtflächen an der Straßenoberfläche (rFL) ist in diesem Ausführungsbeispiel das Kriterium dafür, dass die Lichtquelle der Lichtflächen Fahrzeuglichter (FL) sind. Zur Ergänzung des Kriteriums, dass die reflektierten Lichtflächen (rFL) unterhalb der Fahrzeuglichter (FL) auftreten, kann die Lage der Straßenoberfläche beispielsweise von einem Spurassisten ermittelt und bereitgestellt werden. So kann vorteilhaft ausgewertet werden, ob es sich bei Lichtflächen, die sich unter- halb von Fahrzeuglichtern (FL) befinden, tatsächlich um Reflexionen an der Straßenoberfläche (rFL) handelt.
Auf dem Bild in Fig. 2 ist ein Retroreflektor (R) am Straßenrand als Lichtfläche zu erkennen. Unterhalb des Retroreflek- tors (R) ist keine Reflexion auf der Straße (0) zu erkennen. Das liegt daran, dass der Retroreflektor (R) keine aktive Lichtquelle ist, sondern von den Scheinwerfern des Fahrzeugs angestrahlt wird und dieses Licht gerichtet reflektiert. In den Bildern und Diagrammen in Fig. 3 wird der räumliche Verlauf der Intensität I (x) am Rand von Lichtflächen illustriert und analysiert. Das Bild in Fig. 3a entspricht dem in Fig. Ic dargestellten. Durch die Lichtfläche des Fahrzeuglichts (FL) eines entgegenkommenden Fahrzeugs wird in x- Richtung, die in diesem Ausführungsbeispiel der horizontalen Bildachse entspricht, der Verlauf der Intensität I (x) in einem Bereich um den Rand der Lichtfläche des Fahrzeuglichts (FL) analysiert. In Fig. 3c ist der Intensitätsverlauf I (x) des in Fig. 3a definierten Bereichs dargestellt. Man erkennt den allmählichen, kontinuierlichen Anstieg der Intensität (I) , der sich fast auf den ganzen gewählten Bereich erstreckt. In Fig. 3e ist die räumliche Ableitung dl/dx der In- tensität in x-Richtung, also der Intensitätsgradient für den Intensitätsverlauf nach Fig. 3c dargestellt. Man erkennt hier den kontinuierlichen Anstieg der Intensität I (x) an dem fast konstanten Gradienten dl/dx im mittleren Bereich.
Das Bild in Fig. 3b ist mit dem in Fig. 2 dargestellten vergleichbar und zeigt ein retroreflektierendes Verkehrsschild (R) . In Fig. 3d ist der Intensitätsverlauf I (x) des in Fig. 3b definierten Bereichs um den Bereich der Lichtfläche des Retroreflektors (R) dargestellt. Man erkennt den sprunghaften Anstieg der Intensität (I) am Rand des Retroreflektors (R) . Das menschliche Auge nimmt dies als deutlichen Kontrast im Bild in Fig. 3b zwischen dem dunklen Hintergrund und dem klar abgegrenzten Reflektor (R) wahr. In Fig. 3f ist der Intensitätsgradient dl/dx für den Intensitätsverlauf aus Fig. 3d dargestellt. Man erkennt hier den sprunghaften Anstieg der Intensität I (x) an dem schmalen und ausgeprägten Maximum des Gradienten dl/dx.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Unterscheidung von entgegenkommenden Fahrzeuglichtern (FL) und Retroreflektoren (R) bei Dunkelheit, die als Lichtflächen von einer in die Umgebung eines Fahrzeugs ausgerichteten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen werden, wobei die Bildaufnahmevorrichtung mindestens ein Bild der Fahrzeugumgebung aufnimmt ,
- das Bild durch eine Bildverarbeitung ausgewertet werden,
- auf dem Bild befindliche Lichtflächen analysiert werden,
- eine Entscheidung, ob es sich bei einer Lichtfläche um ein Fahrzeuglicht (FL) oder einen Retroreflektor (R) handelt getroffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
Lichtflächen, deren optische Wechselwirkung mit anderen Objekten sich im Bild zeigt, als Fahrzeuglichter identifiziert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtflächen, die im Bild auf der Fahrbahnoberfläche gespiegelt sind (rFL) , als Fahrzeuglichter (FL) identifiziert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass Lichtflächen, deren räumlicher Intensitätsverlauf I (x) sprunghaft ansteigt oder abfällt, als Retro- reflektoren (R) identifiziert werden und Lichtflächen, deren räumlicher Intensitätsverlauf I (x) graduell und stetig ansteigt oder abfällt als Fahrzeuglichter (FL) identifiziert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient der Intensität dl/dx in einer Bildrichtung in einem Bereich um eine Lichtfläche berechnet wird, und
- bei einem fast konstanten Verlauf des Gradienten der Intensität dl/dx in dem Bereich die Lichtfläche als Fahrzeuglicht (FL) identifiziert wird oder
- bei einem schmalen und ausgeprägten Maximum des Gradienten der Intensität dl/dx in dem Bereich die Lichtfläche als Retroreflektor (R) identifiziert wird.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verfahrensschritte zur Verifikation einer Erstklassifikation nach einem beliebigen Klassifikationsverfahren eingesetzt werden.
6. Vorrichtung zur Unterscheidung von Retroreflektoren (R) und Fahrzeuglichtern (FL) bei Dunkelheit in einem Fahrzeugumfeld umfassend eine Bildaufnahmevorrichtung und eine Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit die von der Bildaufnahmevorrichtung er- fassten Bilddaten durch ein Verfahren entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 5 auswertet.
PCT/DE2009/001645 2008-11-28 2009-11-23 Verfahren zur erkennung von fahrzeuglichtern und retroreflektoren mit einem kamerasystem WO2010060413A1 (de)

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