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Dokumentenidentifikation DE102007012955A1 06.12.2007
Titel Verfahren zur Abstandsmessung zwischen Fahrzeugen
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70327 Stuttgart, DE
Erfinder Seekircher, Jürgen, Dr.-Ing., 73760 Ostfildern, DE;
Woltermann, Bernd, Dipl.-Inform., 70736 Fellbach, DE
DE-Anmeldedatum 14.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007012955
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse G08G 1/16(2006.01)A, F, I, 20070314, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60W 30/08(2006.01)A, L, I, 20070314, B, H, DE   G06K 9/62(2006.01)A, L, I, 20070314, B, H, DE   G01C 3/22(2006.01)A, L, I, 20070314, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Messung des Abstandes von einem messenden Fahrzeug zu einem benachbarten Fahrzeug (1) umfasst die Schritte
a) Identifizieren eines zu dem benachbarten Fahrzeug benachbarten ortsfesten Gegenstands zu einem ersten Zeitpunkt (S4),
b) Messen der Zeit, bis das messende Fahrzeug den Gegenstand passiert (S5, S6),
c) Berechnen der Entfernung zu dem benachbarten Fahrzeug anhand der gemessenen Zeit (S7),
d) Verknüpfen der berechneten Entfernung mit der Größe der Abbildung des Merkmals (S7),
e) Aufnehmen eines Bildes des benachbarten Fahrzeugs,
f) Identifizieren eines Merkmals des Fahrzeugs in dem Bild (S8),
g) Ermitteln der Größe der Abbildung des Merkmals in dem Bild (S9),
h) Abschätzen der Entfernung zu dem benachbarten Fahrzeug anhand der Größe der Abbildung (S10).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Messung des Abstandes zwischen Fahrzeugen. Derartige Verfahren sind insbesondere anwendbar in Fahrerassistenzsystemen, zum Beispiel, um einen Fahrer zu warnen, wenn ein kritischer Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug unterschritten wird, oder um die Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch anhand derjenigen des vorausfahrenden Fahrzeuges zu regeln.

Die meisten bekannten auf diesem Gebiet einsetzbaren Abstandsmessverfahren verwenden Triangulationstechniken, bei denen wenigstens zwei Kameras benötigt werden, um einen gleichen Punkt an einem benachbarten Fahrzeug anzupeilen und dessen Entfernung anhand einer Parallaxendifferenz der Kameras zu berechnen. Aufgrund der Notwendigkeit von wenigstens zwei Kameras sind derartige Verfahren kostspielig zu realisieren.

Aus EP 0 820 040 B1 ist ein Verfahren zur Abstandsmessung bekannt, das zur Messung des Abstandes zwischen benachbarten, sich bewegenden Fahrzeugen geeignet ist und mit einer einzigen Kamera auskommt. In diesem Verfahren wird von einem messenden Fahrzeug aus ein Bild des benachbarten Fahrzeuges aufgenommen, und ein Merkmal des benachbarten Fahrzeuges wird in dem Bild identifiziert. Das messende Fahrzeug verfügt hierfür über eine Datenbank von vorgegebenen, bekannten Merkmalen, in der zu jedem Merkmal auch dessen reale Größe verzeichnet ist. Indem die Größe der Abbildung des Merkmales in dem Bild ermittelt wird, kann anhand des Verhältnisses der Größe der Abbildung zur in der Datenbank verzeichneten realen Größe des Merkmales die Entfernung zu dem benachbarten Fahrzeug abgeschätzt werden.

Ein Problem dieses Verfahrens ist, dass es nur auf vorbekannte Merkmale anwendbar ist, für die ein Erkennungsmuster und die reale Größe in der Datenbank hinterlegt sind. Die Messung des Abstandes zu einem benachbarten Fahrzeug, von dem keine bekannten Merkmale in der Datenbank verzeichnet sind, ist nicht möglich. Da homologe Merkmale wie etwa Breite, Scheinwerferabstand oder dergleichen an verschiedenen Fahrzeugtypen unterschiedliche Abmessungen haben können, ist Voraussetzung für eine korrekte Abstandsschätzung, dass der Typ des benachbarten Fahrzeuges korrekt identifiziert wird. Diese Aufgabe wirft in der praktischen Realisierung erhebliche Schwierigkeiten auf.

Aus DE 44 30 179 A1 ist ein Verfahren bekannt, das die Messung des effektiven Sicherheitsabstandes von Fahrzeugen ermöglichen soll. Das Verfahren verwendet eine Uhr, die vom Fahrer des messenden Fahrzeuges gestartet wird, wenn das benachbarte Fahrzeug einen ortsfesten Bezugspunkt passiert, und die angehalten wird, wenn das messende Fahrzeug selbst den Bezugspunkt passiert. Die gemessene Zeit wird auf einer Skala der Uhr angezeigt, die in unterschiedlich gefärbte Abschnitte unterteilt ist. Eine kurze Messzeit, die einem unzureichenden Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug entspricht, ergibt eine Zeigerstellung in einem roten Abschnitt der Skala; längere Messzeiten entsprechen jeweils einer Zeigerstellung in einem gelben bzw. grünen Bereich der Skala. Anhand der Farbe kann der Fahrer erkennen, ob er den nötigen Sicherheitsabstand einhält; eine quantitative Entfernungsmessung ist damit nicht verbunden, da die Zeigerstellung allein durch die zwischen Start und Stopp der Uhr verstrichene Zeit bestimmt ist. Die Ausführung dieses Verfahrens beansprucht ein hohes Maß an Aufmerksamkeit des Fahrers, so dass es für einen Fahrer, der die nötige Aufmerksamkeit aufbringt, um auf die Einhaltung des Sicherheitsabstands zu achten, einfacher ist, vorbeugend einen großen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug einzuhalten, als das Verfahren durchzuführen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Messung des Abstandes zwischen Fahrzeugen anzugeben, das im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems ausführbar ist, ohne die Aufmerksamkeit des Fahrers zu beanspruchen, und das eine Entfernungsmessung mit einer einzigen Kamera ermöglicht, ohne auf die Identifizierbarkeit vorgegebener Merkmale benachbarter Fahrzeuge und die Bekanntheit der Abmessungen dieser Merkmale angewiesen zu sein.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem vor den Schritten des Aufnehmens eines Bildes des benachbarten Fahrzeuges, des Identifizierens eines Merkmales des Fahrzeuges in dem Bild, des Ermittelns der Größe der Abbildung des Merkmales in dem Bild und des Abschätzens der Entfernung zu dem benachbarten Fahrzeug anhand der Größe der Abbildung vorbereitend folgende Schritte ausgeführt werden:

  • – Identifizieren eines zu dem benachbarten Fahrzeug benachbarten ortsfesten Gegenstandes zu einem ersten Zeitpunkt,
  • – Messen der Zeit, bis das messende Fahrzeug den Gegenstand passiert,
  • – Berechnen der Entfernung zu dem benachbarten Fahrzeug anhand der gemessenen Zeit,
  • – Verknüpfen der berechneten Entfernung mit der Größe der Abbildung des Merkmales.

Anschaulich gesprochen ermöglicht die vorbereitende Entfernungsmessung die Berechnung der realen Größe des Merkmales, so dass später aus Änderungen der Größe der Abbildung des Merkmales auf Änderungen des Abstandes zu dem benachbarten Fahrzeug geschlossen werden kann. Da keine Vorabkenntnisse über das Merkmal erforderlich sind, kann ein beliebiges, in dem Bild des Fahrzeuges leicht erkennbares Merkmal gewählt werden. Das Verfahren ist daher auf benachbarte Fahrzeuge beliebigen Typs anwendbar.

Die Entfernung des benachbarten Fahrzeuges wird zweckmäßigerweise linear proportional zur Größe der Abbildung angenommen.

Um eine exakte Abstandsbestimmung zu ermöglichen, sollte ein möglichst ausgedehntes Merkmal des benachbarten Fahrzeuges gewählt werden; im praktisch relevanten Fall der Bestimmung der Entfernung zu einem vorausfahrenden oder nachfolgenden Fahrzeug wird als Merkmal daher zweckmäßigerweise eine Querausdehnung wie etwa der Abstand zwischen rechten und linken Scheinwerfern gewählt.

Als ortsfester Gegenstand kann ein beliebiger von dem benachbarten Fahrzeug passierter Gegenstand am Fahrbahnrand, zum Beispiel ein Fahrbahnbegrenzungspfosten, ein Baum oder Strauch oder dergl. gewählt werden.

Zweckmäßig ist auch, den Gegenstand, sofern möglich, auf der Fahrbahn zu wählen. Besonders zweckmäßig ist es, sofern vorhanden, einen Schlagschatten des benachbarten Fahrzeuges zu identifizieren und als Gegenstand für die Entfernungsbestimmung einen Gegenstand zu wählen, der den Schlagschatten des Fahrzeuges verlässt.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.

Dabei zeigen:

1 ein bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens von einer erfindungsgemäßen Kamera aufgezeichnetes Bild eines vorausfahrenden Fahrzeuges; und

2 ein Flussdiagramm des Verfahrens.

Ein Kraftfahrzeug ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet mit einer auf die vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahn ausgerichteten Kamera und einem Mikroprozessor für die Verarbeitung der von der Kamera gelieferten Bilder, der u.a. an einen Zeitgeber sowie an einen Tachometer des Fahrzeuges gekoppelt ist. Die Kamera hat vorzugsweise einen Blickwinkel von 180°, das heißt, sie erfasst den gesamten vor dem Fahrzeug liegenden Halbraum.

1 zeigt schematisch ein typisches von der Kamera aufgenommenes Bild. Zu sehen ist ein vorausfahrendes Fahrzeug 1, dessen Abstand zu dem die Kamera tragenden Fahrzeug überwacht werden soll, eine Fahrbahn 2, auf der sich die beiden Fahrzeuge bewegen, einen durchbrochenen Mittelstreifen 3 auf der Fahrbahnoberfläche sowie, neben der Fahrbahn, Straßenbegrenzungspfähle 4. Ein Schlagschatten 5 des Fahrzeuges 1 fällt auf die Fahrbahn 2 und einzelne Striche des Mittelstreifens 3.

Ein von dem Bildverarbeitungsprozessor ausgeführtes Verfahren zum Messen des Abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug 1 wird anhand des Flussdiagramms der 2 erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt S1 identifiziert der Bildverarbeitungsprozessor des messenden Fahrzeugs das vorausfahrende Fahrzeug 1 in einem von der Kamera aufgenommenen Bild. Nachdem in dem Bild das Fahrzeug 1 als solches identifiziert und sein Umriss in dem Bild festgelegt worden ist, wählt der Prozessor in Schritt S2 ein Referenzmerkmal des Fahrzeuges 1 für die Abstandsmessung. Wenn das Verfahren bei Tageslicht ausgeführt wird, kann das Merkmal zum Beispiel der Abstand zwischen rechtem und linkem Rand der Heckpartie des Fahrzeuges 1 sein; dies ist im Allgemeinen das ausgedehnteste Merkmal, das an dem Fahrzeug 1 gewonnen werden kann, und es ist als Grenze zwischen einem von der Heckpartie gebildeten Bereich des Bildes mit nicht oder langsam veränderlicher Farbe oder Helligkeit und einem von der Fahrbahn gebildeten Bereich stark variabler Farbe oder Helligkeit leicht zu identifizieren. Wenn das Verfahren bei Dunkelheit ausgeführt wird, bietet sich als Merkmal der Abstand zwischen Heckscheinwerfern 6 des Fahrzeuges 1 an.

Als Nächstes wird in Schritt S3 die Größe s einer Abbildung des ausgewählten Merkmales in der Bildebene der Kamera ermittelt.

Die Schritte S2 und S3 oder der Schritt S3 alleine werden/wird so oft iteriert, bis der Bildprozessor in einem Bild von der Kamera einen stationären Gegenstand identifiziert, der neben dem Fahrzeug 1 sichtbar wird. Bei diesem Gegenstand kann es sich zum Beispiel um einen der Straßenbegrenzungspfähle 4 handeln; es kann auch das Ende eines Striches des Mittelstreifens 3 oder ein beliebiges anderes geeignetes Objekt gewählt werden.

Unter den in 1 gezeigten Lichtverhältnissen, bei denen der Schlagschatten 5 des Fahrzeuges 1 auf den Mittelstreifen 3 fällt, ist es zweckmäßig, ein Strichende des Mittelstreifens 3 als Referenzgegenstand zu wählen, da der Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug 1 das Strichende passiert, eindeutig daran erkannt werden kann, dass dieses den Schlagschatten 5 des Fahrzeuges verlässt und dabei seine Helligkeit ändert. Die Wahl des Referenzgegenstandes durch den Bildprozessor kann dementsprechend vorzugsweise dadurch erfolgen, dass dieser in den Bildern der Kamera 5 jeweils den Schlagschatten 5 identifiziert und abrupte Helligkeitsänderungen, die am unteren Rand des Schlagschattens 5 auftreten, als Referenzgegenstand wählt.

Gleichzeitig mit der Wahl des Referenzgegenstandes misst der Bildprozessor in Schritt S4 einen Zeitpunkt Zeit1 anhand eines Signals vom Zeitgeber. Anschließend wird in Schritt S5 anhand sukzessive von der Kamera gelieferter Bilder überprüft, ob der ausgewählte Referenzgegenstand das Blickfeld der Kamera verlassen hat. Wenn der Referenzgegenstand in dem Bild von der Kamera nicht mehr zu erkennen ist, so bedeutet dies, dass das messende Fahrzeug den Referenzgegenstand passiert hat. In diesem Fall wird in Schritt S6 ein weiterer Zeitpunkt Zeit2 gemessen, und der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug 1 wird in Schritt S7 berechnet als Quotient der vom Tachometer empfangenen Fahrzeuggeschwindigkeit und der Differenz Zeit2-Zeit1. Damit ist eine Beziehung hergestellt zwischen dem Abstand zum Fahrzeug 2 und der Größe s, mit der das ausgewählte Merkmal des Fahrzeuges in der Bildebene der Kamera abgebildet wird.

Um die Entfernung zu dem vorausfahrenden Fahrzeug 1 fortlaufend zu überwachen, genügt es nun, in den von der Kamera gelieferten Bildern jeweils das in Schritt S2 gewählte Merkmal zu identifizieren (Schritt S8) und die Größe seiner Abbildung s' zu messen (Schritt S9). Da die Größe dieser Abbildung s' umgekehrt proportional zum momentanen Abstand d' zwischen den Fahrzeugen ist, wird der momentane Abstand d' in Schritt S10 nach der Formel d' = sd/s' erhalten.

Das oben beschriebene Verfahren stellt lediglich ein Grundkonzept der vorliegenden Erfindung dar; diverse Verfeinerungen sind möglich. So können zum Beispiel die Schritte S2, S3 und S8, S9 gleichzeitig für mehrere Merkmale des vorausfahrenden Fahrzeuges 1 ausgeführt werden, und der aktuelle Abstand d' wird in Schritt S10 jeweils als ein Mittelwert der anhand der verschiedenen Merkmale berechneten Abstände erhalten.

Eine andere Möglichkeit ist, die Schritte S4, S5 von Zeit zu Zeit, wenn ein geeigneter Referenzgegenstand identifiziert wird, zu wiederholen, um so zu einer von der Berechnung des Schrittes S10 unabhängigen Abstandsbestimmung zu kommen. Als tatsächlicher Abstand wird dann ein – ggf. gewichteter – Mittelwert dieser zwei Abstandswerte angenommen, und der in der Berechnung des Schrittes S9 verwendete Faktor sd wird für die Zukunft anhand dieses Mittelwertes aktualisiert.


Anspruch[de]
Verfahren zur Messung des Abstandes von einem messenden Fahrzeug zu einem benachbarten Fahrzeug (1), mit den Schritten

e) Aufnehmen eines Bildes des benachbarten Fahrzeugs (S1),

f) Identifizieren eines Merkmals des Fahrzeugs in dem Bild (S8),

g) Ermitteln der Größe der Abbildung des Merkmals in dem Bild (S9),

h) Abschätzen der Entfernung zu dem benachbarten Fahrzeug anhand der Größe der Abbildung (S10),

dadurch gekennzeichnet,

dass vorab die Schritte ausgeführt werden:

a) Identifizieren eines zu dem benachbarten Fahrzeug benachbarten ortsfesten Gegenstands zu einem ersten Zeitpunkt (S4),

b) Messen der Zeit, bis das messende Fahrzeug den Gegenstand passiert (S5, S6),

c) Berechnen der Entfernung zu dem benachbarten Fahrzeug anhand der gemessenen Zeit (S7),

d) Verknüpfen der berechneten Entfernung mit der Größe der Abbildung des Merkmals (S7).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekenneichnet, dass die Entfernung linear proportional zur Größe der Abbildung angenommen wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurchgekennzeichnet, dass das Merkmal eine Querausdehnung des benachbarten Fahrzeugs (1) ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass ein Schlagschatten (5) des benachbarten Fahrzeugs (1) identifiziert und als der Gegenstand ein den Schlagschatten verlassender Gegenstand (3) gewählt wird.






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