WO2013020872A1 - Objekterfassungsvorrichtung für ein fahrzeug, fahrzeug mit einer derartigen objekterfassungsvorrichtung sowie verfahren zur ermittlung einer relativen lagebeziehung von stereokameras zueinander - Google Patents

Objekterfassungsvorrichtung für ein fahrzeug, fahrzeug mit einer derartigen objekterfassungsvorrichtung sowie verfahren zur ermittlung einer relativen lagebeziehung von stereokameras zueinander Download PDF

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Abstract

Eine Objekterfassungsvorrichtung (24) für ein Fahrzeug (2) hat eine Mehrzahl von jeweils in einem Kameragehäuse untergebrachten Stereokameras (3a, 3b, 4, 5, 6). Ein Steuer- und Kommunikationsmodul steht mit den Stereokameras derart in Signalverbindung, dass ein zur Erfassung eines Objektes im Fahrzeugumfeld ausgewählte Stereokamerapaar (3a, 3b; 3b, 4; 3a, 6) zu einem Fernbereichserfassungs-Stereokameramodul zusammengefasst wird, wobei die erfassten Objektdaten der beiden Stereokameras des Fernbereichserfassungs-Stereokameramoduls zu einem Fernbereichs- Stereobild des Objektes beitragen. Die Objekterfassungsvorrichtung kann zusätzlich ein Kalibrier-Modul aufweisen, das aus erfassten Stereobildern der einzelnen Stereokameras und aus erfassten Fernbereichs-Stereobildern von ausgewählten Stereokamerapaaren Kalibrierdaten berechnet, die eine relative Lagebeziehung der Stereokameras zueinander repräsentieren. Ein Verfahren zur Ermittlung einer relativen Lagebeziehung von Stereokameras zueinander, die mit einer Montage- und Aufhängungstoleranz an einem Fahrzeug montiert und aufgehängt sind, wird zudem angegeben. Es resultiert eine Objekterfassungsvorrichtung, bei der die Flexibilität der Erfassung verbessert ist und die Erfassungsmöglichkeiten erweitert sind, ohne dass dies den Einsatz komplex aufgebauter Kameras erfordert.

Description

Objekterfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug, Fahrzeug mit einer derartigen Objekterfassungsvorrichtung sowie Verfahren zur Ermittlung einer relativen Lagebeziehung von Stereokameras zueinander Die Erfindung betrifft eine Objekterfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen Objekterfassungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung einer relativen Lagebeziehung von Stereokameras zueinander, die an einem Fahrzeug montiert und aufgehängt sind.

Objekterfassungsvorrichtungen und hiermit ausgerüstete Fahrzeuge sind bekannt aus der DE 10 2010 023 199 AI, der DE 10 2008 061 749 AI und der DE 10 2007 044 536 AI . Die DE 10 2009 012 758 AI offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion mindestens eines Objektes mit einem ersten Bilderfassungssensor, einer Stereokamera mit zwei weiteren Bilderfassungssensoren und einer Auswerteeinheit. Die

DE 44 46 452 B4 offenbart eine Fahrleitvorrichtung und ein Fahrleitverfahren für ein Fahrzeug mit einem Paar Kameras, die an einem rechten und linken Bereich des Fahrzeugs angebracht sind und zur Aufnahme dreidi- mensionaler stereoskopischer Bilder dienen. Die EP 1 376 051 Bl offenbart eine Kalibrierung eines Bildsensorsystems an einem Kraftfahrzeug mit Kalibrierobjekt und Lagebezugssensor.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Objekterfassungsvor- richtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Flexibilität der Erfassung verbessert ist und die Erfassungsmöglichkeiten erweitert sind, ohne dass dies den Einsatz komplex aufgebauter Kameras erfordert. Diese Aufgabe ist erfmdungsgemäß gelöst durch eine Objekterfassungsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Einsatz mehrerer Stereokameras zur Objekterfassung in der Umgebung eines Fahrzeugs nicht nur die Möglichkeit liefert, die Stereobilder der einzelnen Stereokameras wiederzugeben, sondern auch die Möglichkeit liefert, die Bilddaten der einzelnen Stereokameras zusammenzuführen und hieraus Fernbereichs-Stereobilder zu erzeugen. Aus einem Paar der Stereokameras kann dann ein Fernbe- reichserfassungs-Stereokameramodul softwaremäßig erzeugt werden, sodass bei der Objekterfassung in der Umgebung des Fahrzeugs eine neue stereoskopische Dimension hinzukommt. Die Stereokameras können je nach Anforderung, also insbesondere dann, wenn die beiden Stereokameras eines Paars das gleiche Objekt erfassen, paarweise zusammengeschaltet werden. Aus den Fernbereichs-Stereobilddaten, die gegebenenfalls zur Objektcharakterisierung mit den normalen Nahbereichs-Stereobildern der einzelnen Stereokameras abgeglichen werden können, kann dann das erfasste Objekt aus einer Mehrzahl von Blickrichtungen plastisch erfasst werden. Dies ermöglicht es, Objekte in der Umgebung eines Fahrzeugs trotz un- aufwändiger Kameraausrüstung mit hoher Redundanz sicher zu charakterisieren. Objekte können dann präzise katalogisiert und hinsichtlich ihrer Relevanz sortiert werden. Jede der Stereokameras, die in einem Kameragehäuse untergebracht ist, kann eine Basis im Bereich zwischen 20 mm und 80 mm, insbesondere im Bereich von 40 mm haben. Jede der Stereokame- ras kann eine Fischaugenoptik aufweisen. Die Stereokameras können im Bereich von 200 mm bis 800 mm über einer Fahrbahnebene, insbesondere im Bereich von 500 mm über der Fahrbahnebene angeordnet sein. Eine optische Achse der Kameraoptik der jeweiligen Stereokamera kann im Bereich zwischen 10° und 40° zur Fahrbahnebene nach unten geneigt sein, insbesondere im Bereich zwischen 25° und 40°, insbesondere im Bereich von 30°. Eine Anordnungshöhe sowie eine Neigung der optischen Achse der Kameraoptik der jeweiligen Stereokamera kann an die jeweiligen Erfassungsvorgaben für die Fahrzeugumgebung angepasst sein. Das Steue- rungs- und Kommunikationsmodul kann ein von den Stereokameras separates und insbesondere zentrales Modul sein oder kann alternativ auch dezentral innerhalb der Stereokameras untergebracht sein. Bei einer solchen dezentralen Anordnung kann eine Moduleinheit in einer der Stereokameras als Master und entsprechende Moduleinheiten in den anderen Stereokame- ras können als Slaves konfiguriert sein.

Vier Stereokameras ermöglichen eine gute undum-Erfassung um das Fahrzeug. Die Objekterfassungsvorrichtung kann alternativ auch fünf Stereokameras aufweisen, wobei zwei Stereokameras nach vorne oder zwei Stereokameras nach hinten gerichtet sein können. Alternativ kann die Ob- jekterfassungs Vorrichtung auch sechs Stereokameras aufweisen, wobei zwei Stereokameras nach vorne und zwei Stereokameras nach hinten gerichtet sein können und wobei die drei anderen Stereokameras an den verbleibenden drei Seiten des Fahrzeugs angeordnet sein können. Auch Varianten von Objekterfassungsvorrichtungen mit einer größeren Anzahl von Stereokameras sind möglich.

Ein Bildfeldsensor nach Anspruch 3 kann eine Auflösung von zum Beispiel 1280 Pixeln horizontal und 780 Pixeln vertikal haben. Eine Brennwei- te der Kameraoptik kann im Bereich zwischen dem 100-fachen und dem 1000-fachen einer Pixelerstreckung betragen, insbesondere im Bereich eines 300-fachen der Pixelerstreckung. Jede Kameralinse einer individuellen Stereokamera kann einen eigenen zugeordneten Bildfeldsensor aufweisen. Die Vorteile eines Fahrzeugs nach Anspruch 4 entsprechen denen, die vorstehend im Zusammenhang mit der Objekterfassungsvorrichtung bereits erläutert wurden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Fahrzeug mit einer Objekterfassungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Kameras, deren Lagebeziehung untereinander sicher zu erfassen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeug mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen.

Das erfindungsgemäße Kalibrier-Modul nutzt neben den Nahbereichs- Stereobilddaten der einzelnen Stereokameras auch Fernbereichs- Stereobilddaten von ausgewählten Stereokamerapaaren, also von einer Zusam- menschaltung von jeweils zweien der einzelnen Stereokameras. Aus den so ermittelten Bilddaten ist über einen Kalibrieralgorithmus eine Berechnung der relativen Lagebeziehung der Stereokameras zueinander möglich. Insbesondere lässt sich die Relativlage der Stereokameras zueinander in den sechs Freiheitsgraden (3 -Translation/3 -Rotation) angeben. Über diese La- gebeziehung ist eine relative Ortsbestimmung der einzelnen Stereokameras möglich. Die Ermittlung der relativen Lagebeziehung der Stereokameras zueinander erlaubt im Anschluss eine präzise Erfassung von Objekten im Fahrzeugumfeld. Das Kalibrier-Modul kann zusätzlich zu einem Fahrzeug mit einer Objekterfassungsvorrichtung nach Anspruch 4 zum Einsatz kommen. Das Kalibrieren kann durch Auswerten von Bildfluss-Daten der Stereokameras erfolgen. Gier- und Nickwinkel des Fahrzeuges können durch Auswerten der Stereobilder einzelner Stereokameras und der Rollwinkel des Fahrzeugs kann durch Auswertung von Fernbereichs-Stereobil- dern erfasst werden. Das Kalibrier-Modul kann gleichzeitig auch die Funk- tion des Steuerungs- und Kommunikationsmoduls des Fahrzeugs nach Anspruch 4 übernehmen. Eine Kompensation von verzerrenden Abbildungseffekten einer Fischaugenoptik kann durch entsprechende Auswertung der Bilddaten, zum Beispiel durch Verwendung von Entzerrungs-Faktoren und durch Zusammenfassung von Pixelgruppen bei der Auswertung mit Gruppengrößen abhängig vom Abstand der Pixel von einer optischen Achse der Kamera geschehen.

Die Vorteile eines Verfahrens nach Anspruch 6 entsprechen denen, die vorstehend in Zusammenhang mit dem Fahrzeug nach Anspruch 5 bereits erläutert wurden. Als ausgezeichneter Punkt, dessen Lagekoordinaten ermittelt werden, kann ein Durchstoßpunkt der optischen Achse der jeweiligen Stereokamera durch ein Bildfeld der Stereokamera herangezogen werden. Insbesondere ein Bildfluss der erfassten Stereobilder der einzelnen Stereokameras und/oder der erfassten Fernbereichs-Stereobilder von ausgewählten Stereokamerapaaren wird bei dem Ermittlungsverfahren ausgewertet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 stark schematisch in einer Aufsicht ein Fahrzeug mit insgesamt vier am Fahrzeug angeordnete Stereokameras, die jeweils in einem eigenen Kameragehäuse untergebracht sind;

Fig. 2 einen Meridionalschnitt durch die Optik einer der Stereokameras; Fig. 3 die Stereokamera- Anordnung nach Fig. 1 , wobei einander teilweise überlappenden Erfassungsbereiche der einzelnen Stereokameras zusätzlich dargestellt sind; Fig. 4 in einer zu Fig. 1 ähnlichen Darstellung eine Anordnung von fünf Stereokameras an einem Fahrzeug, wobei zwei frontseitige Stereokameras vorgesehen sind;

Fig. 5 in einer zu Fig. 3 ähnlichen Darstellung zusätzliche Erfassungsbe- reiche aufgrund einer Zusammenschaltung von Paaren der Stereokameras zu Fernbereichserfassungs-Stereokameramodulen;

Fig. 6 in einer zu den Fig. 1 und 4 ähnlichen Darstellung eine weitere

Ausführung mit insgesamt sechs an einem Fahrzeug angebrachten Stereokameras, wobei zwei frontseitige und zwei rückseitige Stereokameras vorgesehen sind;

Fig. 7 in einer zu den Fig. 3 und 5 ähnlichen Darstellung die zusätzlichen Erfassungsbereiche aufgrund weiterer, zu Fernbereichserfassungs- Stereokameramodulen zusammengefassten Stereokamerapaaren;

Fig. 8 ein mögliches Signalverbindungsschema der Objekterfassungsvorrichtung nach Fig. 6 mit den sechs Stereokameras mit dezentraler Steuerung;

Fig. 8a eine zusätzliche Details zeigende Ausschnittsvergrößerung aus Fig.

8, die eine der Stereokameras zeigt; ein alternatives oder zusätzliches Signalverbindungsschema der sechs Stereokameras in der Ausführung nach Fig. 6 mit einem zentralen Steuerungs- und Kommunikationsmodul. Eine Objekterfassungsvorrichtung 1 für ein Fahrzeug 2 dient zur Erfassung von Objekten, die um das Fahrzeug herum angeordnet sind und/oder sich in der Nähe des Fahrzeugs 2 bewegen. Bei dem Fahrzeug 2 handelt es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise um einen Pkw oder um einen LKW. Grundsätzlich kann es sich bei dem Fahrzeug 2 auch um ein Luftfahrzeug, insbesondere um ein Flugzeug, oder um ein Wasserfahrzeug, insbesondere um ein Schiff, handeln.

Die Objekterfassungsvorrichtung 1 hat insgesamt vier Stereokameras 3, 4, 5, 6, nämlich eine frontseitige Stereokamera 3, eine an der rechten Seite des Fahrzeugs 2 angebrachte Stereokamera 4, eine rückseitige Stereokamera 5 und eine an der linken Seite des Fahrzeugs 2 angebrachte Stereokamera 6. Jede der Stereokameras 3 bis 6 ist in einem eigenen Kameragehäuse untergebracht, das wiederum tragend mit einer Karosserie des Fahrzeugs 2 verbunden ist. Die frontseitige Stereokamera 3 kann beispielsweise im Be- reich eines Kühlergrills des Fahrzeugs 2 angeordnet sein. Die beiden seitlich angebrachten Stereokameras 4 und 6 können im Bereich von Rückspiegeln des Fahrzeugs 2 angeordnet sein. Die rückseitige Stereokamera 5 kann zwischen den Rücklichtern des Fahrzeugs 2 angeordnet sein. Die Stereokameras können im Bereich zwischen 200 mm und 800 mm über einer Fahrbahnebene einer Fahrbahn für das Fahrzeug 2 angeordnet sein. Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind die Stereokameras 3 bis 6 im Bereich von 500 mm über der Fahrbahnebene angeordnet. Eine optische Achse oA (vgl. Fig. 2) der Stereokameras 3 bis 6 kann im Bereich zwischen 10° und 40° zur Fahrbahnebene nach unten geneigt sein, damit die Stereokameras 3 bis 6 einen entsprechenden Bodenbereich in der Umgebung des Fahrzeugs 2 erfassen. Die Neigung der optischen Achse oA kann insbesondere im Bereich zwischen 25° und 40° liegen. Bei der Ausführung nach Fig. 1 liegt eine Neigung der optischen Achse oA im Bereich von 30° vor. Die opti- sehen Achsen der beiden Stereokameras 3 und 5 sind dabei um 25° zur Fahrbahnebene nach unten geneigt und die optischen Achsen der Stereokameras 4 und 6 um 35°.

Die Stereokameras 3 bis 6 sind mit einer Montage- und Aufhängungstole- ranz am Fahrzeug 2 montiert und aufgehängt. Diese Toleranz äußert sich in möglichen Verlagerungs- und Schwenkbewegungen der Stereokameras 3 bis 6 relativ zur Karosserie des Fahrzeugs 2 in den sechs möglichen Freiheitsgraden (3 -Translation/3 -Rotation) . Zur Objekterfassungsvorrichtung 1 gehört weiterhin ein Steuerungs- und Kommunikationsmodul 7, das mit allen Stereokameras 3 bis 6 in in der Fig. 1 nicht dargestellter Weise in Signalverbindung steht. Weiterhin hat die Objekterfassungsvorrichtung 1 ein Kalibrier-Modul 7a, das einerseits mit dem Steuerungs- und Kommunikationsmodul 7 und andererseits mit den Stereokameras 3 bis 6 in in der Fig. 1 nicht dargestellter Weise in Signalverbindung steht.

Bei einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Ausführungsform können das Steuerung- und Kommunikationsmodul 7 und das Kalibrier-Modul 7a zu einem einzigen Komponentenmodul der Objekterfassungsvorrichtung 1 zusammengefasst sein. Fig. 2 zeigt Details zum optischen Aufbau einer der Stereokameras. Da alle Stereokameras 3 bis 6 gleich aufgebaut sind, genügt es nachfolgend, diesen optischen Aufbau anhand der Stereokamera 3 zu erläutern. Die Stereokamera 3 hat eine Fischaugenoptik mit zwei Fischaugen-Linsen 8, 9. Optische Achsen oAL, oAR der beiden Fischaugen-Linsen 8, 9 sind horizontal zueinander um einen Basis-Abstand B beabstandet, der bei der dargestellten Ausführung 40 mm beträgt. Dieser Basis-Abstand wird auch kurz als Basis bezeichnet. Die Basis B erstreckt sich parallel zur Fahrbahn- ebene und bei den Stereokameras 3 und 5 senkrecht zu einer Fahrtrichtung F (vgl. Fig. 1) und bei den seitlichen Stereokameras 4 und 6 parallel zur Fahrtrichtung F. Die Ausrichtung der Basis B ist beliebig. Bei senkrecht zur Fahrtrichtung F ausgerichteter Basis B können Selbstverdeckungen und insbesondere tote Winkel vermieden werden.

Bei anderen Ausführungen der Stereokameras 3 bis 6, die ebenfalls zum Einsatz kommen können, kann die Basis B im Bereich zwischen 20 mm und 80 mm liegen. Zur Optik der Stereokamera 3 gehört weiterhin ein Bildfeldsensor 10 mit einer Horizontal-Ortsauflösung von mehreren 100 Pixeln parallel zur Fahrbahnebene (in der Zeichenebene der Fig. 2) und einer Vertikal-Ortsauf- lösung von ebenfalls mehreren 100 Pixeln senkrecht zur Fahrbahnebene (senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2). Bei der Ausführung nach Fig. 2 hat der Bildfeldsensor 10 eine Auflösung von 1280 Pixeln horizontal und 780 Pixeln vertikal. Hierdurch kann die Stereokamera 3 in horizontaler Richtung ein Bildfeld von etwa 160° erfassen. Ein halber horizontaler Erfassungswinkel BF/2 ist in der Fig. 2 eingezeichnet. Vertikal, also senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2, hat die Stereokamera einen Bildfeld- winkel von etwa 120°, kann also in vertikaler Richtung ein Gesichtsfeld von etwa 120° erfassen. Eine Brennweite der Linsen 8, 9 beträgt etwa den 300-fachen Pixelabstand zwischen benachbarten Pixeln auf dem Bildfeldsensor 10.

Anstelle eines gemeinsamen Bildfeldsensors 10 können auch zwei den Linsen 8, 9 jeweils individuell zugeordnete Bildfeldsensoren 10a, 10b vorgesehen sein, wie in der Fig. 2 durch gestrichelte Unterbrechungen angedeutet. Die Pixel-Auflösungen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem Bildfeldsensor 10 angegeben wurden, gelten dann für die beiden einzelnen Bildfeldsensoren 10a, 10b jeweils.

Dargestellt ist in der Fig. 2 stark schematisch eine Abbildung eines punktförmigen Objektes 1 1 in punktförmige Bilder 12a, 12b auf dem Bildfeld- sensor 10. Das Objekt 1 1 ist etwa 5 m von einem Ursprungspunkt 13 zwischen den beiden Linsen 8, 9 der Stereokamera 3 entfernt angeordnet. Durch den Ursprungspunkt 13 geht auch die optische Achse oA der Stereokamera 3. Fig. 3 zeigt Erfassungsbereiche der Stereokameras 3 bis 6 in der Anordnung nach Fig. 1. Die Stereokamera 3 hat einen Erfassungsbereich 14. Die Stereokamera 4 hat einen Erfassungsbereich 15. Die Stereokamera 5 hat einen Erfassungsbereich 16. Die Stereokamera 6 hat einen Erfassungsbereich 17.

Die Erfassungsbereiche 14 und 15 überlappen in einem Überlappungsbereich 18, der in der Fig. 3 schraffiert dargestellt ist. Die Erfassungsbereiche 15 und 16 überlappen in einem Überlappungsbereich 19, der in der Fig. 3 schraffiert dargestellt ist. Die Erfassungsbereiche 16 und 17 überlappen in einem Überlappungsbereich 20, der in der Fig. 3 schraffiert dargestellt ist. Die Erfassungsbereiche 14 und 17 überlappen in einem Überlappungsbereich 21, der in der Fig. 3 schraffiert dargestellt ist. Die äußeren Grenzen der Erfassungsbereiche 14 bis 17 sind in der Fig. 3 dort gezogen, wo die Stereokameras 3 bis 6 eine Ortsauflösung von +/- 0,25 m haben. Weiter entfernte Objekte können auch erfasst werden, allerdings mit schwächerer Ortsauflösung. Diese Ortsauflösung von +/- 0,25 m entspricht einem Viertel einer Pixelerstreckung des Bildfeldsen- sors 10.

Insgesamt kann eine Umgebung 23 um das Fahrzeug 2 mit einer Erstreckung von 15 m längs der Fahrtrichtung F und einer Erstreckung von 12 m quer zur Fahrtrichtung F mit einer Ortsauflösung von mindestens 0,25 m erfasst werden.

Die Erfassungsbereiche 14 bis 17 können generell zur Hinderniserkennung und zur Parklückenerfassung genutzt werden. Der Erfassungsbereich 14 kann zur Crashgefahrerkennung sowie zur Fußgängererkennung genutzt werden. Die Erfassungsbereiche 15 und 17 können zur Erfassung eines toten Rückspiegel- Winkels sowie zur Erkennung eines Seitencrash- isikos genutzt werden. Der Erfassungsbereich 16 kann wiederum zur Fußgängererkennung und zur Erfassung eines Heckaufprall- Risikos genutzt werden.

Das Steuerungs- und Kommunikationsmodul 7 steht mit den Stereokameras 3 bis 6 derart in Signalverbindung, dass ein zur Erfassung eines Objektes, zum Beispiel des Objektes 1 1, im Fahrzeugumfeld ausgewähltes Ste- reokamerapaar zu einem Fernbereichserfassungs-Stereokameramodul zu- sammengefasst wird, wobei die erfassten Objektdaten der beiden Stereokameras des Fernbereichserfassungs-Stereokameramoduls zu einem Fernbereichs- Stereobild des Objektes beitragen. Dies wird anhand eines Objek- tes 1 la in der Fig. 3 näher erläutert. Dieses Objekt 1 la liegt im Überlagerungsbereich 18 der Erfassungsbereiche 14 und 15 der Stereokameras 3 und 4. Vom Objekt 1 la können daher Nahbereichs-Stereobilder der Stereokameras 3 und 4 erfasst werden. Die Stereokameradaten der beiden Stereokameras 3 und 4 bei der Erfassung des Objekts 1 la können zu einem Fernbereichs-Stereobild zusammengesetzt werden, wobei dieses Fernbe- reichs-Stereobild dann mit einer Stereokamera-Basis entsteht, die dem Abstand zwischen den beiden Stereokameramodulen 3 und 4 entspricht, der beispielsweise 800 mm betragen kann oder auch noch größer sein kann. Das die beiden Stereokameras 3 und 4 beinhaltende Fernbereichserfas- sungs- Stereokameramodul hat einen im Vergleich zu den Erfassungsbereichen 14 und 15 deutlich weiter ausgedehnten, kegelförmigen Erfassungsbereich 22, mit dem auch weiter entfernte Objekte, beispielsweise das Objekt 1 lb, erfasst werden können. Die Objekte 1 la und 1 lb werden also über ein Fernbereichs-Stereobild abgebildet, bei dem zur stereoskopischen Bilder- zeugung zum einen die Stereokamera 3 und zum anderen die Stereokamera 4 beiträgt. Dies erfolgt zwar auf Kosten der Ortsauflösung, was aber aufgrund der größeren Objektentfernung für die Zwecke der Fahrzeug- Objekterfassung nicht weiter ins Gewicht fällt. Der Erfassungsbereich 22 kann zur Kontrolle eines Kreuzungsverkehrs oder eines Wechselverkehrs, beispielsweise zur Erfassung eines Wildwechsel-Risikos genutzt werden. Das Kalibrier-Modul 7a ist derart ausgebildet, das es aus den erfassten Stereobildern der einzelnen Stereokameras 3 bis 6 und zudem aus den erfassten Fernbereichs- Stereobildern von ausgewählten Stereokamerapaaren, also beispielsweise dem Stereokamerapaar mit den Stereokameras 3 und 4, Kalibrierdaten berechnet, die eine relative Lagebeziehung der Stereokameras 3 bis 6 zueinander repräsentieren. Auf diese Weise können die jeweiligen Montage- und Aufhangungstoleranzen der Stereokameras 3 bis 6 jedenfalls relativ zueinander bestimmt werden. Diese Kalibrierdatenberechnung kann werkseitig zunächst anhand ausgewählter Objekte erfolgen. Während des Betriebs kann die Kalibrierung überwacht und gegebenenfalls nachgestellt werden, zum Beispiel anhand der Erfassung von Objekten bekannter Struktur und Größe, zum Beispiel anhand der Erfassung von Leitpfosten. Im Anschluss an die Kalibrierung kann eine präzise Erfassung von neuen Objekten erfolgen. Das Kalibrieren kann unter Auswertung von Bildfluss- Daten der Stereokameras 3 bis 6 erfolgen, wobei auch Bildfluss-Daten von Fernbereichs- Stereobildern jeweils zusammengeschaltener Fernbereichser- fassungs-Stereokameramodule ausgewertet werden können, im vorliegen- den Fall also der Paare der Stereokameras 3, 4, der Stereokameras 4, 5, der Stereokameras 5, 6 und der Stereokameras 3, 6.

Mit Hilfe erfasster Objekte bekannter Größe und Struktur können alle die Lage des Fahrzeugs 2 bzw. der Stereokameras 3 bis 6 spezifizierenden Winkel, also der Gierwinkel, der Nickwinkel und der Rollwinkel des Fahrzeugs 2, erfasst werden. Ein Gier- und ein Nickwinkel des Fahrzeugs 2 können auch durch Auswertung des Bildflusses einzelner der Stereokameras 3 bis 6 ohne Zuhilfenahme von Objekten bekannter Größe und Struktur erfasst werden. Ein relativer Rollwinkel (Rotation um eine zur Fahrtrich- tung parallele Fahrzeug- Längsachse) zweier der Stereokameras 3 bis 6 zueinander kann dann durch Auswertung von Fernbereichs-Stereobildern er- fasst werden. Unter Zugrundelegung der Annahme einer ebenen Fahrbahn, auf der das Fahrzeug 2 steht oder rollt, ist sogar die Erfassung der absolu- ten Rollwinkel der Stereokameras 3 bis 6 möglich.

Durch die Stereokameras 3 bis 6 mit der Fischaugenoptik mit den beiden Fischaugen-Linsen 8, 9 wird eine Folge äquidistanter Raumpunkte mit unterschiedlichen Abständen zur optischen Achse oA auf den Bildfeldsensor 10 als Folge nicht äquidistanter Bildpunkte auf ein gekrümmtes Bildfeld projiziert. Dies kann mathematisch durch eine Pinhole-Projektion auf eine gekrümmte Bildfläche modelliert werden. Das Pinhole befindet sich dabei am Ort einer Eintrittsfläche der jeweiligen Fischaugen-Linse 8, 9. Eine Kompensation von verzerrenden Abbildungseffekten der Optik mit den Fischaugen 8, 9 kann durch eine entsprechende Auswertung und digitale Nachbearbeitung der Bilddaten erfolgen, zum Beispiel durch Verwendung von Entzerrungs-Faktoren beziehungsweise durch Zusammenfassung von Pixelgruppen bei der Auswertung mit Gruppengrößen abhängig vom Abstand der Pixel von der optischen Achse oA der jeweiligen Stereokamera 3 bis 6. Hierbei kann die Folge nicht äquidistanter Bildpunkte, die von der Fischaugenoptik erzeugt wird, durch radiale Entzerrung der aufgrund der Pinhole-Modellierung auf der gekrümmten Bildfläche vorliegenden Bildpunkte auf eine ebene Bildfläche in eine Folge äquidistanter Bildpunkte umgerechnet werden.

Bei der Ermittlung einer relativen Lagebeziehung der Stereokameras 3 bis 6 zueinander kann folgendermaßen verfahren werden: Zunächst werden die Lagekoordinaten eines ausgezeichneten Punktes der Stereokameras 3 bis 6 im Raum ermittelt. Bei dem ausgezeichneten Punkt der Stereokameras 3 bis 6 kann es sich um den Ursprungspunkt 13 beziehungsweise um einen Durchstoßpunkt der optischen Achse oA durch ein Bildfeld des Bildfeldsensors 10 handeln. Anschließend kann ein Gierwinkel der Stereokameras 3 bis 6 aus den erfassten Stereobildern der einzelnen Stereokameras 3 bis 6 ermittelt werden. Sodann kann ein Nickwinkel der Stereokameras 3 bis 6 aus den erfassten Stereobildern der einzelnen Stereokameras 3 bis 6 ermittelt werden. Schließlich kann ein Rollwinkel der Stereokameras aus erfassten Fernbereichs- Stereobildern von ausgewählten Paaren der Stereokameras 3 bis 6 ermittelt werden.

Soweit vorstehend von Gier-, Nick- und Rollwinkeln der Stereokameras 3 bis 6 die Rede war, ist dabei jeweils der Lage-Toleranzwinkel der Stereo- kameras 3 bis 6 bei einer Verlagerung um die Gier-, Nick- und Rollachse des Fahrzeugs 2 gemeint.

Dieses Kalibrier- Verfahren beziehungsweise Lagebeziehungs-Ermittlungs- verfahren ermöglicht eine spontane Kalibrierung der Lagebeziehungen der Stereokameras untereinander auch während einer Fahrt des Fahrzeugs. Es ist nicht erforderlich, die Stereokameras toleranzfrei starr an der Karosserie des Fahrzeugs festzulegen. Es ist durchaus eine in Grenzen„weiche" Befestigung der Stereokameras am Fahrzeug möglich, die sowohl bei der Montage selbst als auch während der Fahrt eine gewisse Montage- und Aufhängungs-Toleranz bietet. Eine solche„weiche" Anbringung hat den Vorteil, dass sie gegebenenfalls empfindliche Kamerabauteile schont.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung einer Objekterfassungsvorrichtung 24. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezug- nahme auf die Objekterfassungsvorrichtung 1 nach den Fig. 1 bis 3 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. Anstelle einer einzelnen frontseitigen Stereokamera 3 hat die Objekterfassungsvorrichtung 24 zwei frontseitige Stereokameras 3a und 3b, die jeweils in einem eigenen Kameragehäuse untergebracht sind. Die beiden Stereokameras 3a, 3b bilden ein Fernbereichserfassungs-Stereokameramodul mit Erfassungsbereich 25 (vgl. Fig. 5). Dieses Fernbereichs- Stereo- kameramodul mit den Stereokameras 3a, 3b hat eine Basis B3a> 3b von 800 mm.

Die frontseitig rechts angebrachte Stereokamera 3b bildet gemeinsam mit der rechtseitig am Fahrzeug 2 angebrachten Stereokamera 4 ein weiteres Fernbereichserfassungs-Stereokameramodul mit Basis B3b; 4 von 1600 mm. Dieses Fernbereichserfassungs-Stereokameramodul mit den Stereokameras 3b, 4 hat einen Erfassungsbereich 26 (vgl. Fig. 5). Ein entsprechendes, spiegelsymmetrisch angeordnetes Fernbereichserfassungs-Stereo- kameramodul ist durch die beiden Stereokameras 3 a und 6 gebildet, hat eine Basis B3a; 6 (vgl. Fig. 4) von ebenfalls 1600 mm und einen Erfassungsbereich 27 (vgl. Fig. 5).

Der Erfassungsbereich 25 ermöglicht in einer Entfernung von 50 m eine Objekterfassung mit einer Auflösung von +/- 1,25 m. Die Erfassungsberei- che 26, 27 ermöglichen eine Objekterfassung in einer Entfernung bis 20 m mit einer Ortsauflösung von +/- 0,10 m. Die höhere Ortsauflösung im Vergleich zu den Nahbereichs- Stereobildern der einzelnen Stereokameras 3 bis 6 ergibt sich aufgrund der vergrößerten Basis B3b; 4 beziehungsweise B3a; 6. Der Erfassungsbereich 25 kann zur Objekterfassung bei stark kurvigen Straßen zur Einleitung einer Notbremsung, zur Erfassung von die Straße überquerenden Fußgängern oder auch zum automatischen Fahrbetrieb, das heißt zur geregelten Rückkopplung zum Fahrbetrieb des Fahrzeugs 2 ge- nutzt werden. Die Erfassungsbereiche 26, 27 können wiederum zur Erfassung seitlicher Objekte, insbesondere zur Wildwechsel-Erfassung, genutzt werden.

Die Stereokameras 3 a, 3b haben natürlich ihrerseits wiederum eigene Nah- bereichs-Stereobild-Erfassungsbereiche, die jeweils dem Erfassungsbereich 14 der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 entsprechen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführung einer Objekterfassungsvorrichtung 28. Komponenten und Funktionen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.

Anstelle der Stereokamera 5 bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 hat die Objekterfassungsvorrichtung 28 zwei rückseitige Stereokameras 5a, 5b.

Die beiden Stereokameras 5 a, 5b haben ihrerseits individuelle Nahbe- reichs-Stereobild-Erfassungsbereiche, die dem Erfassungsbereich 16 der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 entsprechen. Zudem bilden die Stereokameras 5a, 5b ein Fernbereichserfassungs-Stereokameramodul mit Erfas- sungsbereich 29 (vgl. Fig. 7), der von den Auflösungsdaten her dem Erfassungsbereich 25 der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 entspricht. Weiterhin bilden die Stereokameras 4 und 5a ein Fernbereichserfassungs-Stereo- kameramodul mit Erfassungsbereich 30 (vgl. Fig. 7) und die Stereokameras 5b und 6 ein Fernbereichserfassungs-Stereokameramodul mit Erfassungs- bereich 31. Die beiden Erfassungsbereiche 30 und 31 ermöglichen eine Ortsauflösung von +/- 2 m bis zu einer Entfernung von 40 m.

Die Erfassungsbereiche 25 bis 27 sowie 29 bis 31 haben jeweils einen Öff- nungswinkel ß im Bereich von 150°. Auch andere Öffnungswinkel ß im Bereich zwischen 120° und 180° sind möglich.

Die Erfassungsbereiche 30 und 31 können beim Ausparken zur Erfassung des vorbei fließenden Verkehrs genutzt werden. Der Erfassungsbereich 29 kann zur Erfassung von überholendem Verkehr genutzt werden. Die Nah- bereichs-Stereobild-Erfassungsbereiche der Stereokameras 5a, 5b können wiederum zum Fußgängerschutz und zur Erfassung eines Heckaufprall- Risikos genutzt werden. Fig. 8 zeigt eine Variante einer Signalverbindung der Stereokameras 3a, 3b, 4, 5a, 5b und 6 der Objekterfassungsvorrichtung 28. In einer Ausschnittsvergrößerung ist die Stereokamera 6 in der Fig. 8 links nochmals dargestellt. Anhand der Stereokameras 6 wird der Detailaufbau der Stereokameras beispielhaft erläutert. Die anderen Stereokameras sind identisch aufgebaut. Die Stereokamera 6 hat zwei Signal-Eingangsports 32, 33 und einen Signal-Ausgangsport 34.

Über Signalleitungen 35 stehen die Ports 32 bis 34 sowie die Bildfeldsensoren 10a, 10b mit einer Signalverarbeitungs- und Signalbearbeitungsein- heit 36 in Signalverbindung. Die Signalverarbeitungs- und Signalbearbeitungseinheiten 36 der Stereokameras 3a, 3b, 4, 5a, 5b und 6 können sich in ihrer Funktion zum Steuerungs- und Kameramodul 7 und zum Kalibrier- Modul 7a andererseits ergänzen, sodass diese Module nicht mehr zentral, wie bei den vorstehend geschilderten Ausführungsformen, sondern dezentral beim Signalverbindungsschema nach Fig. 8 realisiert sind.

Die Einheit 36 beinhaltet Gleichrichterkomponenten, eine Bildfluss- Erfassungskomponente sowie Daten-Darstellungskomponenten.

Die Ports 32 bis 34 der einzelnen Stereokameras 3a, 3b, 4, 5a, 5b und 6 stehen über Signalleitungen 37 miteinander in Verbindung. Fig. 9 zeigt ein alternatives Signalverbindungsschema der Stereokameras 3a, 3b, 4, 5a, 5b und 6. Die einzelnen Stereokameras 3a, 3b, 4, 5a, 5b und 6 sind dabei genauso aufgebaut, wie vorstehend in Zusammenhang mit der Fig. 8 beschrieben. Zusätzlich weist das Schema nach Fig. 9 ein zentrales Modul 38 auf, welches die Funktionen des Steuerungs- und Kommunikati- onsmoduls 7 und des Kalibrier-Moduls 7a der Ausführung nach den Fig. 1 bis 7 in sich vereinigt. Das Modul 38 steht mit den Stereokameras 3a, 3b, 4, 5a, 5b und 6 über bidirektionale Signalleitungen 39 in Verbindung.

Über eine weitere bidirektionale Signalleitung 40 steht das Modul 38 mit einem Display 41 in Verbindung.

Das Modul 38 beinhaltet eine Bildverarbeitungs- und Bildweiterleitungs- einheit 42, über die unter anderem Bilder zwischen den einzelnen Stereokameras 3a, 3b, 4, 5a, 5b und 6 zur Erzeugung eines Fernbereichs-Stereo- bildes ausgetauscht werden können. Das Modul 38 beinhaltet weiterhin eine Systemsteuerung 43 und eine Überwachungs-Rechnereinheit 44. Letztere hat neben der Berechnung der Nahbereichs- und Fernbereichs-Stereo- bilder auch die Kalibrier-Funktion beziehungsweise die Funktion, eine relative Lagebeziehung der Stereokameras 3a, 3b, 4, 5a, 5b und 6 zueinander zu ermitteln, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Kalibrier-Modul 7a erläutert. Die Einheit 44 stellt zudem die Bilddaten für das Display 41 zur Verfügung. Die Optikeinheiten mit den Linsen 8, 9, die durch sich konisch erweiternde Rohraufsätze 44 geschützt sind, und mit den Bildfeldsensoren 10a, 10b sowie die Ports 32 bis 34 sind an einem Kameragehäuse 45 der Stereokamera 6 angebracht. Das Kameragehäuse 45 beinhaltet die Signalleitungen 35 und die Signalverarbeitungs- und Signalbearbeitungseinheit 36.

Claims

Patentansprüche
1. Objekterfassungs Vorrichtung (1 ; 24; 28) für ein Fahrzeug (2)
mit einer Mehrzahl von jeweils in einem Kameragehäuse (44) un- tergebrachten Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a,
5b, 6),
mit einem Steuerungs- und Kommunikationsmodul (7), das mit den Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) derart in Signalverbindung steht, dass ein zur Erfassung eines Ob- jektes (1 1 ; I Ia, 1 lb) im Fahrzeugumfeld ausgewähltes Stereokamerapaar (3, 4; 4, 5; 5, 6; 3, 6; 3a, 3b; 3b, 4; 3a, 6; 5a, 4; 5b, 6) zu einem Fernbereichserfassungs-Stereokameramodul zusammenge- fasst wird, wobei die erfassten Objektdaten der beiden Stereokameras (3, 4; 4, 5; 5, 6; 3, 6; 3a, 3b; 3b, 4; 3a, 6; 5a, 4; 5b, 6) des Fern- bereichserfassungs-Stereokameramoduls zu einem Fernbereichs-
Stereobild des Objektes (1 1 ; I Ia, 1 lb) beitragen.
2. Objekterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens vier jeweils in einem Kameragehäuse (45) untergebrachte Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6).
3. Objekterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) mindestens einen Bildfeldsensor (10; 10a, 10b)
- mit einer Horizontal-Ortsauflösung von mehreren 100 Pixeln parallel zu einer Fahrbahnebene und
mit einer Vertikal-Ortsauflösung von mehreren 100 Pixeln senkrecht zur Fahrbahnebene aufweist. Fahrzeug (2) mit einer Objekterfassungsvorrichtung (1 ; 24; 28) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Fahrzeug mit einer Objekterfassungsvorrichtung (1 ; 24; 28)
mit einer Mehrzahl von jeweils in einem Kameragehäuse (45) untergebrachten Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6), die mit einer Montage- und Aufhängungstoleranz am Fahrzeug (2) montiert und aufgehängt sind,
mit einem Kalibrier-Modul (7a), welches mit den Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) in Signalverbindung steht und derart ausgebildet ist, dass es
— aus erfassten Stereobildern der einzelnen Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) und
— aus erfassten Fernbereichs-Stereobildern von ausgewählten Stereokamerapaaren (3, 4; 4, 5; 5, 6; 3, 6; 3a, 3b; 3b, 4; 3a, 6; 5a, 4; 5b, 6)
Kalibrierdaten berechnet, die eine relative Lagebeziehung der Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) zueinander repräsentieren.
Verfahren zur Ermittlung einer relativen Lagebeziehung von Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) zueinander, die mit einer Montage- und Aufhängungstoleranz an einem Fahrzeug montiert und aufgehängt sind, mit folgenden Schritten:
Ermitteln der Lagekoordinaten eines ausgezeichneten Punktes der Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) im Raum; Ermitteln eines Gierwinkels der Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) aus erfassten Stereobildern der einzelnen Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6);
Ermitteln eines Nickwinkels der Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) aus erfassten Stereobildern der einzelnen Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6);
Ermitteln eines Rollwinkels der Stereokameras (3 bis 6; 3a, 3b, 4 bis 6; 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 6) aus erfassten Fernbereichs-Stereobildern von ausgewählten Stereokamerapaaren ((3, 4; 4, 5; 5, 6; 3, 6; 3a, 3b; 3b, 4; 3a, 6; 5a, 4; 5b, 6).
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