DE102009005505A1 - Verfahren zur Erzeugung eines Abbildes der Umgebung eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung eines Abbildes der Umgebung eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Erzeugung eines Abbildes der Umgebung eines Kraftfahrzeugs bezüglich einer virtuellen Kameraposition aus den Bildern von mindestens einer am Kraftfahrzeug angeordneten Kamera, wobei eine Umrechnung der Kamerabilder auf die virtuelle Kameraposition erfolgt, werden die Kamerabilder durch Hinzunahme von weiteren Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs korrigiert. Dabei wird insbesondere ein Structure-from-Motion-Verfahren zur Ableitung der weiteren Informationen aus den Kamerabildern eingesetzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Abbildes der Umgebung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
  • In heutigen Kraftfahrzeugen kommen verstärkt Fahrerassistenzsysteme zum Einsatz, die den Fahrer eines Kraftfahrzeugs unterstützen sollen. Beispiele derartiger Fahrerassistenzsysteme sind das bekannte ABS-System und das ESP-System, wobei das ABS-System den Fahrer beim Bremsen unterstützt und das ESP-System dem Schleuderverhalten eines Fahrzeugs in Grenzsituationen entgegen wirkt. Aufgrund der wachsenden Verkehrsdichte kommen verstärkt Fahrerassistenzsysteme zum Einsatz, die mittels geeigneter Sensoren die Umgebung eines Kraftfahrzeugs überwachen und den Fahrer beispielsweise Warnungen über Objekte in der Umgebung zukommen lassen und/oder steuernd in das Fahrverhalten eingreifen. Beispiele dafür sind ACC-Systeme, die das Fahrzeug bei freier Fahrt auf einer Wunschgeschwindigkeit halten und es selbsttätig auf eine Folgegeschwindigkeit abbremsen, falls sich auf der Fahrzeugspur ein langsameres Fahrzeug vor dem eigenen Fahrzeug befindet. Weitere Systeme sind das Lane-Assist-System, das den Fahrer dabei unterstützt das Fahrzeug auf einer Fahrspur zu halten.
  • Ferner sind Systeme bekannt bzw. in der Entwicklung, bei denen dem Fahrer ein optisches Abbild der Umgebung des Kraftfahrzeugs auf einer Anzeige zur Verfügung gestellt wird, so dass der Fahrer beispielsweise Fahrzeuge im Totwinkelbereich oder Hindernisse beim Einparken erkennen kann. Ein derartiges System ist in der EP 1 623 875 A1 beschrieben, wobei das System eine Beobachtungsvorrichtung aufweist, die den Fahrer mit einer Darstellung des Umfelds des sich bewegenden Kraftfahrzeugs versorgt. Dabei umfasst die Beobachtungseinrichtung eine Vielzahl von an dem Kraftfahrzeug angeordneten Kameras mit Fischaugenobjektiven, wobei mittels einer geeigneten Entzerrung die Bilder der verschiedenen Kameras zusammengeführt, zu einer Draufsicht auf die Umgebung des Kraftfahrzeugs vereinigt und zur Anzeige gebracht werden. Dabei wird die Umrechnung so vorgenommen, dass sich ein Bild der Umgebung des Kraftfahrzeugs bezüglich einer oberhalb des Kraftfahrzeugs angeordneten virtuellen Kameraposition ergibt.
  • Bei der Umrechung der diversen Kamerabilder in die oberhalb des Kraftfahrzeugs angeordnete virtuelle Kameraposition wird allerdings mangels näherer Information davon ausgegangen, dass sich alle Bildpunkte der aufgenommenen Bilder in der Bodenebene befinden. Daher kann man zwar bei einer derartigen Draufsicht die Fahrbahn sehr gut erkennen, Objekte, wie beispielsweise benachbarte parkende Fahrzeuge oder Pfosten, werden durch die Projektion in die Fahrebene unnatürlich in die Länge gezogen bzw. verzerrt. Daher sind derartige Objekte in der Darstellung nicht mehr als solche erkennbar.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein realeres Abbild der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erzeugen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine entsprechende Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines Abbildes der Umgebung eines Kraftfahrzeugs bezüglich einer virtuellen Kameraposition aus Bildern mindestens einer am Kraftfahrzeug angeordneten Kamera, wobei eine Umrechnung der Bilder der mindestens einen Kamera auf die virtuelle Kameraposition erfolgt, werden die Kamerabilder durch Hinzunahme von weiteren Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs korrigiert. Durch diese weiteren Informationen aus dem Umfeld oder der Umgebung des Kraftfahrzeugs werden Verzerrungen herausgerechnet, wie sie beispielsweise bei Objekten, wie Fahrzeuge oder Pfosten, durch die Projektion in die Fahrbahnebene entstehen.
  • Vorzugsweise werden diese weiteren Informationen aus den Kamerabildern durch ein Structure-from-Motion-Verfahren abgeleitet. Derartige Structure-from-Motion-Algorithmen sind beispielsweise aus dem Artikel P. A. Bartley et al.: „Sequentiell updating of projective and define structure from motion", International Journal of Computer Vision 23 (3), 235–259, 1997, bekannt. Derartigen Verfahren ist gemeinsam, dass unter Zugrundelegung der Bewegung der Kamera, d. h., des Fahrzeugs, aus den voneinander zeitlich und räumlich beabstandeten Bildern räumliche Strukturen berechnet werden können. Man unterscheidet in diesem Zusammenhang zwischen dem Erkennen von euklidschen Strukturen, welches eine kalibrierte Kamera voraussetzt, sowie dem Erkennen von affinen Strukturen und projektiven Strukturen, die keine kalibrierte Kamera benötigen. Unter Zugrundelegung der Bewegung der Kamera bzw. des Fahrzeugs ist es auch möglich, aus den projektiven Strukturen auf affine und insbesondere weiter auf euklidische Strukturen zu schließen, falls vorgegebene Randbedingungen erfüllt sind. Derartige Randbedingungen können beispielsweise durch eine vorgegebene Randbedingung bezüglich der Kamera, deren Bewegung oder der Bildszene sein.
  • Vorzugsweise werden durch das Structure-from-Motion-Verfahren die Größen, Ausdehnungen und/oder Abstände sowie die Richtungen von in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befindlichen dreidimensionalen Objekten bestimmt. Unter dreidimensionale Objekte, die sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befinden, fallen beispielsweise andere Fahrzeuge, Hindernisse, Fußgänger, Radfahrer usw.
  • Insbesondere können die ermittelten Größen, Ausdehnungen und/oder Abstände sowie die Richtungen der Objekte bezüglich des Kraftfahrzeugs in einer Karte, die sogenannte Umfeldkarte, gespeichert werden. Dabei kann die Umfeldkarte einerseits kraftfahrzeugfest oder raumfest sein, je nach momentaner Anforderung. Wird beispielsweise die Umfeldkarte in Zusammenhang mit einem Parkvorgang benötigt, so ist es sinnvoll diese raumfest anzuordnen, da auf diese Weise das tatsächliche Abbild der Umgebung dargestellt wird, wie es der Fahrer sieht. Bei hoher Geschwindigkeit ist es jedoch sinnvoll, die Umfeldkarte kraftfahrzeugfest anzuordnen, um dem Fahrer beispielsweise sich bewegende Hindernisse, d. h., andere Fahrzeuge, im Totwinkelbereich visuell anzuzeigen.
  • Insbesondere können so durch die Darstellung der weiteren Informationen in einer Umfeldkarte von der Kamera nicht einsehbare Bereiche bestimmt und gegebenenfalls graphisch angezeigt werden.
  • Vorzugsweise wird die virtuelle Kameraposition so gewählt, dass eine Draufsicht auf das Kraftfahrzeug und dessen Umgebung erzeugt wird, was auch als Topview bezeichnet wird. Andere virtuelle Bezugspunkte der Kamera sind möglich.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des im Vorangegangen erläuterten Verfahrens umfasst mindestens eine an einem Kraftfahrzeug angeordnete Kamera, welche Bilder der Kraftfahrzeugumgebung liefert, eine Vorrichtung zur Umrechnung der Kamerabilder in Umgebungsbilder bezüglich einer vorgegebenen virtuellen Kameraposition sowie eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige des Umgebungsbildes, wobei weiterhin die Vorrichtung einer Einrichtung zur Berechnung von Größen, Ausdehnungen und/oder Abständen von Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels eines Structure-from-Motion-Algorithmus aus den Kamerabildern aufweist.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Speichereinrichtung zur Erstellung einer Umgebungskarte aus den umgerechneten Kamerabildern sowie den Ergebnissen des Structure-from-Motion-Algorithmus.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt
  • 1 eine Draufsicht auf eine Umgebung eines Kraftfahrzeugs, bei der die Bildinformationen auf die Straßenebene projiziert sind, und
  • 2 ein Umgebungsabbild des Kraftfahrzeugs mit Korrekturen nach dem Structure-from-Motion-Ansatz.
  • 1 zeigt ein Umgebungsbild, wie es in bekannter Weise aus an einem Kraftfahrzeug befindlichen Kameras umgerechnet werden kann, wobei es sich um eine Draufsicht aus einer virtuellen Kameraposition über dem eigenen Fahrzeug 1 handelt. Das eigene Fahrzeug 1 ist in 1 innerhalb vorgegebener Bodenmarkierungen eingeparkt, wobei links von ihm ein freier Parkplatz ist, ferner ist links von dem eigenen Fahrzeug 1 ein Hindernis 3 dargestellt, dessen Verzerrung sich ab dem Hindernis 3 über die gesamte links vom Hindernis 3 befindliche Fläche erstreckt. Weiterhin ist rechts vom eigenen Fahrzeug 1 ein Pfosten 4 mit der Pfostenspitze 5 zu sehen, wobei aufgrund der Projektion der Kamerainformation in die Fahrbahnebene der Pfosten verzerrt dargestellt ist, so dass er sich über einen weiten Bereich erstreckt. Es ist offensichtlich, dass eine derartige Darstellung auf einem Display den Fahrer nicht erkennen lässt, um welche Objekte es sich beim Hindernis 3 sowie beim Pfosten 4 handelt.
  • Demgegenüber zeigt 2 ein Umgebungsabbild der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 in Draufsicht mit realen Proportionen. Aufgrund der durch das Structure-from-Motion-Prinzip errechneten Größen, Ausdehnungen, Richtungen und Abständen von Hindernissen wird nun der in 1 verzerrte Pfosten 4 in 2 als unverzerrter Pfosten 6 mit richtigen Proportionen dargestellt. Ebenso ist nun das Hindernis 7 als die von der Kamera sichtbare Seite eines parkenden Fahrzeugs zu erkennen, wobei der nicht einsehbare Bereich 8 seitlich der Seite des Hindernisses 7 als nicht einsehbarer Bereich, beispielsweise entsprechende farblich unterlegt oder gestrichelt in dem Umgebungsabbild des Fahrzeugs dargestellt wird. Aufgrund der durch das Structure-from-Motion-Prinzip erhaltenen erweiterten Informationen, die während der Bewegung des Fahrzeugs aus auf einander folgenden Bildern unter verschiedenen Winkeln herausgerechnet werden können, ist es möglich, eine natürliche Umfeldkarte der Umgebung des Fahrzeugs anzufertigen und darzustellen.
  • 1
    Eigenfahrzeug
    2
    Bodenmarkierungen
    3
    verzerrtes Hindernis
    4
    verzerrter Pfosten
    5
    Pfostenspitze
    6
    Pfosten
    7
    Hindernis
    8
    verdeckter Bereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1623875 A1 [0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - P. A. Bartley et al.: „Sequentiell updating of projective and define structure from motion”, International Journal of Computer Vision 23 (3), 235–259, 1997 [0008]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Erzeugung eines Abbildes der Umgebung eines Kraftfahrzeugs bezüglich einer virtuellen Kameraposition aus den Bildern von mindestens einer am Kraftfahrzeug angeordneten Kamera, wobei eine Umrechnung der Kamerabilder auf die virtuelle Kameraposition erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamerabilder durch Hinzunahme von weiteren Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs korrigiert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Kamerabildern durch ein Structure-from-Motion-Verfahren die weiteren Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs abgeleitet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Structure-from-Motion-Verfahren abgeleiteten weiteren Informationen Größen, Ausdehnungen und/oder Abstände von in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befindlichen dreidimensionalen Objekten betreffen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen, Ausdehnungen und/oder Abstände der Objekte bezüglich des Kraftfahrzeugs in einer Karte gespeichert werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den in der Karte gespeicherten Daten von der Kamera nicht einsehbare Bereiche bestimmt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass virtuelle Kameraposition so gewählt wird, dass eine Draufsicht auf das Kraftfahrzeug und dessen Umgebung erzeugt wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit mindestens einer an einem Kraftfahrzeug angeordneten Kamera, die Bilder der Kraftfahrzeugumgebung liefert, mit einer Vorrichtung zur Umrechnung der Kamerabilder in Umgebungsabbilder bezüglich einer vorgegebenen virtuellen Kameraposition und einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige des Umgebungsabbild, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Berechnung von Größen, Ausdehnung und/oder Abstände von Objekten in der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels eines Structure-from-Motion-Algorithmus aus den Kamerabildern aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Speichereinrichtung zur Erstellung einer Umgebungskarte aus den in Umgebungsbildern umgerechneten Kamerabildern und den Ergebnissen des Structure-from-Motion-Algorithmus aufweist.
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