DE102012105332A1

DE102012105332A1 - Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung

Info

Publication number: DE102012105332A1
Application number: DE102012105332A
Authority: DE
Inventors: Ralph Grewe; Andree Hohm; Hermann Winner
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG; Aumovio Microelectronic GmbH
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-12-19
Also published as: WO2013189482A1; US20150003683A1; JP2015521767A; EP2862123A1; DE112013003083A5; US9607229B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung mit zumindest zwei Auflösungsebenen für ein Fahrzeug angegeben. Das Fahrzeug umfasst Sensorsystem zur Umfelderfassung und zumindest einem Fahrerassistenzsystem. Das Umfeldmodell ist als ein Wahrscheinlichkeitsgitter mit einer Vielzahl von Gitterzellen ausgestaltet. Daten aus zumindest zwei Gitterzellen werden auf einer hohen Auflösungsebene zusammengefasst und in einer Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe hinterlegt.

Description

Nahezu alle bekannten serienverfügbaren Fahrerassistenzsysteme, die auf Daten von Umgebungserfassungssensorik basieren, nutzen ein objektabstraktes Umfeldmodell, typischerweise wird eine Objektliste mit Umgebungsobjekten zur Verfügung gestellt. Von Objekten unbesetzte Flächen, die einen potentiellen Manöverraum definieren, werden über einen solchen Ansatz nicht abgedeckt. Im Bereich der Forschung sind Ansätze bekannt, Sensoren zu verwenden, die eine Belegungsinformation über einen definierten Bereich im Umfeld des Fahrzeuges liefern und diese in eine Belegungskarte eintragen. Die Belegungskarte ist vorzugsweise als ein Wahrscheinlichkeitsgitter ausgestaltet, das pro Gitterzelle zumindest einen Wahrscheinlichkeitswert enthält, z.B. ob sich in diesem Raumsegment in der Fahrzeugumgebung ein Objekt befindet, d.h. die Zelle belegt ist. Für ein Wahrscheinlichkeitsgitter ist eine räumliche Diskretisierung des Fahrzeugumfeldes notwendig. Neben einer Diskretisierung mit konstanter Schrittweite können Diskretisierungsverfahren, die verschiedene Auflösungsstufen unterstützen, zum Einsatz kommen. Bekannt sind hier im vor allem sog. Quadtrees im zweidimensionalen Raum und Octtrees im dreidimensionalen Raum, die auf einer rekursiven Unterteilung einer Fläche in Viertel basieren. Dies ist beispielhaft in der 1a dargestellt. Zur Speicherung der Daten (Wahrscheinlichkeitswerte) kann eine baumartige Datenstruktur verwendet werden, diese ist beispielhaft in dargestellt.
Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abbildung einer Umgebung in ein Umfeldmodell insbesondere für ein Fahrzeug anzugeben. Das Umfeldmodell kann Umfelddaten in verschiedenen Auflösungsstufen verarbeiten und zur Verfügung stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den weiteren unabhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Abbildung einer Fahrzeugumgebung in ein Umfeldmodell mit zumindest zwei Auflösungsebenen. Das Umfeldmodell ist als ein Wahrscheinlichkeitsgitter mit einer Vielzahl von Gitterzellen ausgestaltet. Mit unterschiedlichen Auflösungsebenen ist eine unterschiedliche örtliche Auflösung gemeint. In einer hohen Auflösungsebene wird eine vorgegebene Region im Umfeld durch eine höhere Anzahl von Gitterzellen dargestellt, als in einer niedrigen Auflösungsebene. Das Verfahren ist für ein Fahrzeug vorgesehen, das zumindest ein Sensorsystem zur Umfelderfassung und zumindest ein Fahrerassistenzsystem umfasst. Das Sensorsystem stellt die Umfeldinformationen für das Umfeldmodell zur Verfügung und die Funktion des Fahrerassistenzsystems basiert auf dem so erstellten Umfeldmodell. Daten aus zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene werden zusammengefasst und in einer Gitterzelle in einer niedrigeren Auflösungsstufe hinterlegt. Prinzipiell kann eine Verarbeitung der Daten in verschiedenen Auflösungsebenen durchgeführt werden. In 1b sind beispielhaft drei Auflösungsebenen (a, b, c) als Baumstruktur dargestellt. Insbesondere kann durch ein Verarbeiten von Informationen auf niedriger Ebene (gröberer Auflösung) für Anwendungen, die keine hohe Auflösung benötigen, Rechenzeit eingespart werden. Da Informationen nicht auf allen Ebenen des Baums vorliegen, ist ein Verfahren zum Erzeugen von Informationen auf einer höheren oder tieferen Ebene notwendig. Da insbesondere auf einer höheren Ebene (Auflösungsstufe) keine feiner aufgelösten Informationen vorliegen, werden die Informationen der nächsten niedrigeren, belegten Ebene verwendet.
Für den Zugriff auf Informationen einer niedrigeren Ebene, z.B. Auflösungsstufe b in 1b, müssen mehrere Zellen mit höherer Auflösung, z.B. Auflösungsstufe c in 1b, zusammengefasst werden. Eine einfache Mittelung für die Verarbeitung von Wahrscheinlichkeiten würde bei einer Verwendung in einem Umfeldmodell für ein Fahrerassistenzsystem zu einem falschen Resultat führen, wie das folgende Beispiel erläutert: Bei einer festgestellter Belegung einer Zelle von 100% und drei nicht belegten Zellen (0%) des Untergitters ist eine Belegung von 25%, wie der Mittelwert es ergeben würden, nicht korrekt, da auf der zusammengefassten Fläche immer noch zu 100% eine Belegung gegeben ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass für eine Zusammenfassung von zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene der Wert einer der zumindest zwei Gitterzellen übernommen und in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe hinterlegt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthalten die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene einen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt. Die Belegwahrscheinlichkeit gibt an, ob der entsprechende Bereich in der Realwelt z.B. durch Hindernisse belegt und somit für ein Fahrzeug nicht passierbar ist. Durch die Verringerung der Auflösung wird die Information über die Position des belegten Bereiches ungenauer, es darf aber keine Information darüber verloren gehen, dass ein belegter Bereich vorliegt. Für die Zusammenfassung wird also der maximale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen.
In 2 ist dieser Prozess beispielhaft für das Zusammenfassen von vier Zellen dargestellt. In 2a umfasst das Viertel im unteren linken Bereich des Wahrscheinlichkeitsgitters vier Zellen, davon ist eine durch eine schwarze Färbung als belegt gekennzeichnet bzw. weist die maximale Belegwahrscheinlichkeit der vier Zellen auf. In 2b ist das Viertel zusammengefasst in einer niedrigeren Auflösungsstufe dargestellt, der gesamte Bereich ist nun schwarz gefärbt und ist somit als belegt gekennzeichnet bzw. trägt die maximale Belegwahrscheinlichkeit der vier Einzelzellen aus 2a. Für alle Ausführungsbeispiele der Erfindung gilt, dass neben einer rekursiven Aufteilung in Viertel (Ebene, Quadtree) bzw. Achtel (Räumlich, Octtree) auch beliebige andere Aufteilungen möglich sind. Allgemein formuliert ist für jede Dimension m eine natürlich zahlige Unterteilung
möglich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Gitterzellen die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene nur einen einzigen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt.
In einer weiteren positiven Ausgestaltung der Erfindung enthalten die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene einen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Freiraumwahrscheinlichkeit angibt. Die Freiraumwahrscheinlichkeit gibt an, ob der entsprechende Bereich in der Realwelt frei und damit für ein Fahrzeug passierbar ist. Für die Zusammenfassung wird der minimale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Gitterzellen die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene nur einen einzigen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Freiraumwahrscheinlichkeit angibt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in den zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene zumindest zwei Wahrscheinlichkeitswerte hinterlegt, nämlich ein Wahrscheinlichkeitswert, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt, und ein Wahrscheinlichkeitswert, der eine Freiraumwahrscheinlichkeit angibt. Für die Zusammenfassung der Gitterzellen werden der maximale Wert für die Belegungswahrscheinlichkeit und der zur Gitterzelle mit dem maximalen Wert gehörige Freiraumwert auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen.
Insbesondere ist in dem Fall, dass eine Mehrzahl von Gitterzellen des Wahrscheinlichkeitsgitter einen Wert für eine reflektierte Energie eines Radar- oder Lidar- oder Ultraschallsensors enthalten eine Zusammenfassung derart vorgesehen, dass der minimale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthalten eine Mehrzahl von Gitterzellen des Wahrscheinlichkeitsgitters einen von einem Kamerasensorsystem zur Verfügung gestellten Wert, der eine Höhe oder einen Höhengradienten angibt für dieses Raumsegment angibt. Für eine Zusammenfassung wird der minimale Wert der Gitterzellen oder der maximale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen.
In einer positiven Ausgestaltung der Erfindung ist der Wert in einer Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe in Form eines Verweises auf diejenige Gitterzelle einer hohen Auflösungsebene hinterlegt, deren Wert übernommen werden soll. Beispielhaft ist dies in 3 dargestellt. Dort geben die fett markierten Pfade einen Verweis auf eine Zelle in einer höheren Auflösungsebene an. Damit kann ein neues Berechnen der relevanten Werte auf einer niedrigen Ebene für jeden neuen Zugriff vermieden werden und es lassen sich die relevanten Werte auf eine effiziente Weise speichern. Dazu wird in jedem Knoten auf hoher Ebene auf den relevanten Knoten auf niedrigerer Ebene verwiesen, z.B. durch Angabe des jeweiligen Quadranten.
Vorteilhaft ist die Verwendung des oben vorgestellten Verfahrens in einem Fahrzeug mit zumindest zwei Umfeldsensoren mit einer unterschiedlichen Auflösung zur Zusammenführung von Daten der Sensoren. Für die Fusion mehrerer Sensoren kann das beschriebene Verfahren in umgekehrter Reifenfolge eingesetzt werden. Ein Sensor A mit niedriger Auflösung (2b) wird mit einem Sensor B mit hoher Auflösung ( ) fusioniert. Dazu wird die niedrig aufgelöste Information von Sensor A mit der relevanten Information des hoch auflösenden Sensors B fusioniert.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Verwendung des oben vorgestellten Verfahrens in einem Fahrzeug mit zumindest zwei Fahrerassistenzfunktionen, wobei ein erstes Fahrerassistenzsystem Umfelddaten mit einer höheren Auflösungsstufe benötigt als eine zweites Fahrerassistenzsystem. Die Baumstruktur zum Speichern der Daten mit Verweis auf die relevanten Zellen kann insbesondere in einem Netzwerk mit mehreren Teilnehmern für die effiziente Datenübertragung verwendet werden. Eine Quelle sendet den Baum bis hin zur höchsten Auflösungsebene an alle empfangenden Teilnehmer. Die empfangenden Teilnehmen rekonstruieren sich den Baum bis zur benötigten Auflösungsebene, Ebenen höherer Ordnung werden z.B. ignoriert. Dadurch kann bei den Teilnehmern, die nicht die maximale Auflösungsebene benötigen, Speicherplatz und Rechenzeit gespart werden.

Claims

Verfahren zur Abbildung einer Fahrzeugumgebung in ein Umfeldmodell für ein Fahrzeug, wobei – das Fahrzeug ein Sensorsystem zur Umfelderfassung und zumindest einem Fahrerassistenzsystem umfasst, und – das Umfeldmodell zumindest zwei Auflösungsebenen umfasst und das Umfeldmodell als ein Wahrscheinlichkeitsgitter mit einer Vielzahl von Gitterzellen ausgestaltet ist dadurch gekennzeichnet, dass Daten aus zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene zusammengefasst und in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe hinterlegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Zusammenfassung von zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene der Wert einer der zumindest zwei Gitterzellen übernommen wird und in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe hinterlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene einen Wahrscheinlichkeitswert enthalten, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt, und – für die Zusammenfassung der maximale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterzellen die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene nur einen einzigen Wahrscheinlichkeitswert enthalten, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene je einen Wahrscheinlichkeitswert enthalten, der eine Freiramwahrscheinlichkeit angibt, und – für die Zusammenfassung der minimale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterzellen die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene nur einen einzigen Wahrscheinlichkeitswert enthalten, der eine Freiraumwahrscheinlichkeit angibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene je – einen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Belegungswahrscheinlichkeit angibt, und – einen Wahrscheinlichkeitswert, der eine Freiraumwahrscheinlichkeit angibt, enthalten und für die Zusammenfassung der maximale Wert der Gitterzellen für die Belegungswahrscheinlichkeit und der zur Gitterzelle mit dem maximalen Wert gehörige Freiraumwert auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Gitterzellen des Wahrscheinlichkeitsgitters einen Wert für eine reflektierte Energie eines Radar- oder Lidar- oder Ultraschallsensors enthalten und für eine Zusammenfassung der minimale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Gitterzellen des Wahrscheinlichkeitsgitters einen von einem Kamerasensorsystem zur Verfügung gestellten Wert enthalten, der eine Höhe oder einen Höhengradienten angibt und für eine Zusammenfassung der minimale Wert der Gitterzellen oder der maximale Wert der Gitterzellen auf einer hohen Auflösungsebene in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert in eine Gitterzelle auf einer niedrigeren Auflösungsstufe in Form eines Verweises auf diejenige Gitterzelle einer hohen Auflösungsebene hinterlegt wird, deren Wert übernommen werden soll.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–10 in einem Fahrzeug mit zumindest zwei Umfeldsensoren mit einer unterschiedlichen Auflösung zur Zusammenführung von Daten der Sensoren.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–10 in einem Fahrzeug mit zumindest zwei Fahrerassistenzfunktionen, wobei ein erstes Fahrerassistenzsystem Umfelddaten mit einer höheren Auflösungsstufe benötigt als eine zweites Fahrerassistenzsystem.