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Dokumentenidentifikation DE102005044977A1 22.03.2007
Titel Verfahren zur Erkennung von Fahrspurmarkierungen
Anmelder ADC Automotive Distance Control Systems GmbH, 88131 Lindau, DE
Erfinder Fechner, Thomas, Dipl.-Ing., 88079 Kressbronn, DE;
Heinrich, Stefan, Dipl.-Ing., 77855 Achern, DE;
Ulbricht, Dirk, Dipl.-Ing., 77855 Achern, DE
DE-Anmeldedatum 20.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005044977
Offenlegungstag 22.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.03.2007
IPC-Hauptklasse G06K 9/62(2006.01)A, F, I, 20050920, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G06T 7/00(2006.01)A, L, I, 20050920, B, H, DE   G05D 1/02(2006.01)A, L, I, 20050920, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zur Erkennung von Fahrspurmarkierungen für ein bewegtes Kraftfahrzeug mit einer Strahlungsaufnahmeeinheit vorgestellt. Der Helligkeitsverlauf wird zeitabhängig in einem bezüglich des Fahrzeugs vorgegebenen Bereich aufgezeichnet. Anschließend wird eine Frequenzanalyse der aufgenommenen Helligkeitswerte oder einer Hilfsfunktion, die von den aufgenommenen Werten abhängt, durchgeführt. Es werden Fahrspurmarkierungen bei Vorhandensein eines periodisch wiederkehrenden Helligkeitsverlaufs erkannt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrspurerkennung. Ein wichtiger Bestandteil von Fahrerassistenzsystemen, die z. B. zur Abstandsregelung oder Spurhaltung eingesetzt werden, ist die Prädiktion der Fahrspur. In der Literatur werden verschiedene Lösungsansätze zu diesem Thema angegeben. DE 10327869 offenbart ein Navigationssystem mit Fahrspurhinweisen, bei dem Straßenkartendaten mit Fahrspurinformationen in einem Speicherelement abgelegt und zusätzlich die Straße vor dem Kraftfahrzeug erfasst wird. Die Datensätze werden zur Positions- und Fahrspurbestimmung des Kraftfahrzeugs verglichen.

Alternativ werden häufig Kamerasysteme zur Fahrspurfindung eingesetzt. Es wird z. B. in DE 102004003502 ein Verfahren und Vorrichtung zum Assistieren beim Führen eines Kraftfahrzeugs vorgestellt. Die Fahrzeugumgebung wird mit einer Kamera aufgenommen. Zur Auswertung der Bilddaten werden vorgegebene Suchfenster benutzt, in denen Fahrbahnmarkierung detektiert werden. Die Maximalanzahl der verfügbaren Suchfenster wird situationsbedingt ermittelt. Dieses Vorgehen bietet den Vorteil, dass auch bei einer Kurvenfahrt oder einem Fahrspurwechsel eine Fahrspur weiterhin erkannt werden kann. Beide vorgestellten Verfahren sind technisch aufwändig und kostenintensiv.

Es ist eine Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die Fahrspur eines Kraftfahrzeugs kostengünstig und sicher zu erkennen.

Die Aufgabe wird erfinderisch gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Die abhängigen Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung auf.

Zur Fahrspurfindung wird ein Strahlungsempfänger eingesetzt, der auf die Fahrbahn gerichtet ist. Der Strahlungsempfänger ist auf den Fahrbahnbereich ausgerichtet, in dem sich typischerweise Fahrspurmarkierungen befinden. Der aufgenommene Helligkeitsverlauf wird mit einem dafür geeigneten Auswerteverfahren (Algorithmus) analysiert. Eine räumliche Auflösung ist für das hier vorgestellte Verfahren nicht notwendig, deshalb ist als Strahlungsempfänger eine kostengünstige Anordnung, z. B. ein einzelner Photodetektor oder auch ein Ausschnitt eines Kamerabildes, wobei die Kamera mehrere Sensor-Funktionen erfüllt, vorgesehen. Für ein schnelles und sicheres Auffinden der Fahrspur ist es vorteilhaft, die Markierungsart zu kennen. Z. B. wird in Deutschland bevorzugt eine in periodischen Abständen unterbrochene weiße Line als Fahrspurmarkierung verwendet, wohingegen in den USA häufig punktförmige, erhabenen Spurmarkierungen, sog. Bot Dots, anzutreffen sind. Ist die Art der Fahrspurmarkierung bekannt, die aktuell die Fahrspur des Fahrzeugs begrenzt, kann in den Bilddaten gezielt nach dem Vorhandensein von Objekten mit einer vorgegeben Form und einem vorgegebenen Abstand gesucht werden. Erfindungsgemäß wird ein Helligkeitsverlauf zeitabhängig in einem bezüglich des Fahrzeugs vorgegebenen Bereich, dem Bereich der Fahrspurmarkierung, aufgezeichnet und eine Frequenzanalyse der aufgenommenen Helligkeitswerte oder einer Hilfsfunktion, die von den aufgenommenen Werten abhängt, durchgeführt. Bei dem Vorhandensein eines periodisch wiederkehrenden Verlaufs werden diese als Fahrspurmarkierungen erkannt.

Insbesondere wird zur Identifizierung der Art einer Fahrspurmarkierung, das Frequenzspektrum mit den Spektren verglichen, die bekannte Fahrspurmarkierungen hervorrufen. Das ermittelte Frequenzspektrum wird in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit so angepasst, dass es mit den vorgegeben Spektren verglichen werden kann. Dieses Vorgehen stellt sicher, dass es sich tatsächlich um eine Fahrspurmarkierung handelt und anhand des charakteristischen Spektrums kann die Art der Fahrspurmarkierung (unterbrochene Linie, Bot Dot,...) identifiziert werden.

Insbesondere bei einer im Wesentlichen gleichförmigen Bewegung des Fahrzeugs, die Frequenz des Messsignals direkt analysiert wird. Das Frequenzspektrum wird dann unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Identifizierung der Fahrspurmarkierung herangezogen. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Hilfsfunktion mit räumlich äquidistanten Abtastwerten aus dem zeitabhängigen Messsignal und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Da die Fahrspurmarkierungen periodisch wiederkehrend auf der Fahrbahn angeordnet sind, wird auch die Frequenzanalyse mit einer Hilfsfunktion, die räumlich äquidistante Abtastwerte zur Verfügung stellt, durchgeführt. Ziel der Untersuchung ist die Erkennung bzw. Identifizierung von Fahrmarkierungen durch Vergleich mit den Frequenzspektren bekannter Markierungsarten.

Zudem wird eine Vorrichtung mit einem Strahlungsempfänger und einer Steuereinheit mit einer hinterlegten Programmierung zur Durchführung eines wie oben beschriebenen Verfahrens vorgestellt. Als Strahlungsempfänger ist z. B. ein einzelner Photodetektor mit nur einer aktiven Empfangsfläche oder auch ein Ausschnitt eines Kamerabildes geeignet. Bei letzterem ist eine ortsaufgelöste Messung bzw. Datenauswertung nicht notwendig.

Referenzdaten zu bekannten Fahrspurmarkierungen und eine Programmierung zur Durchführung eines wie oben beschriebenen Verfahrens sind auf der Steuereinheit hinterlegt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Der Helligkeitsverlauf wird von einem Photoempfänger im Bereich des Fahrspurrandes über die Zeit aufgezeichnet. Zunächst bewegt sich das Fahrzeug mit einer nicht gleichmäßigen Geschwindigkeit. Da die Geschwindigkeit bzw. die zurückgelegte Strecke des Fahrzeugs bekannt ist, kann die zwischen den zeitlich äquidistanten Abtastzeitpunkten zurückgelegte Strecke bestimmt werden. Im Anschluss daran wird aus diesen Messsignalen eine Hilfsfunktion mit räumlich äquidistanten Abtastwerten berechnet. Eine Frequenzanalyse der Hilfsfunktion ergibt die Wiederholfrequenz von periodischen Helligkeitsänderungen. Durch einen Vergleich mit zuvor in einer Steuereinheit abgelegten Werten, die den Wiederholfrequenzen typischer Fahrspurmarkierungen entsprechen, ermöglicht die Identifikation der Markierungsart (z. B. unterbrochene Linie).

In einem zweiten Ausführungsbeispiel bewegt sich das Fahrzeug mit einer zumidest nahezu konstanten Geschwindigkeit. Hier kann die Wandlung in ein äquidistantes Signal entfallen, da es sich durch eine konstante Geschwindigkeit von selbst ergibt. Der Helligkeitsverlauf wird über die Zeit aufgezeichnet und eine Frequenzanalyse durchgeführt. Zur Identifizierung der Markierungsart (unterbrochene Linie, Bot Dot, etc.) werden relevante Frequenzbereiche in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst und mit vorgegeben Frequenzspektren verglichen.


Anspruch[de]
Verfahren zur Erkennung von Fahrspurmarkierungen für ein bewegtes Kraftfahrzeug mit einer Strahlungsaufnahmeeinheit,

dadurch gekennzeichnet, dass

– ein Helligkeitsverlauf zeitabhängig in einem bezüglich des Fahrzeugs vorgegebenen Bereich aufgezeichnet wird,

– eine Frequenzanalyse der aufgenommenen Helligkeitswerte oder einer Hilfsfunktion, die von den aufgenommenen Werten abhängt, durchgeführt wird und

– bei dem Vorhandensein eines periodisch wiederkehrenden Verlaufs, Fahrspurmarkierungen erkannt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifizierung einer Fahrspurmarkierung (unterbrochene Linie, Bot Dots,...), eine Frequenzanalyse durchgeführt wird, wobei ein ermitteltes Frequenzspektrum/relevante Frequenzbereiche in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst wird werden, und die Übereinstimmung des ermittelten Wiederholfrequenzspektrums mit einem vorgegebenen Spektrum geprüft wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer im Wesentlichen gleichförmigen Bewegung des bewegten Kraftfahrzeugs, eine Frequenzanalyse des Messsignals direkt durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsfunktion mit räumlich äquidistanten Abtastwerten aus dem zeitabhängigen Messsignal und dem Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs bestimmt und eine Frequenzanalyse des Hilfssignals durchgeführt wird. Vorrichtung mit einem Strahlungsempfänger und einer Steuereinheit mit einer hinterlegten Programmierung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach Anspruch 5.






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