EP4445154A1 - Verfahren zur bestimmung der geschwindigkeit und/oder bewegungsrichtung eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur bestimmung der geschwindigkeit und/oder bewegungsrichtung eines fahrzeugs

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Publication number
EP4445154A1
EP4445154A1 EP22821282.5A EP22821282A EP4445154A1 EP 4445154 A1 EP4445154 A1 EP 4445154A1 EP 22821282 A EP22821282 A EP 22821282A EP 4445154 A1 EP4445154 A1 EP 4445154A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
camera
movement
speed
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22821282.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Priller
Thomas SCHLÖMICHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of EP4445154A1 publication Critical patent/EP4445154A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01P3/38—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light using photographic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G06T7/246—Analysis of motion using feature-based methods, e.g. the tracking of corners or segments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30248—Vehicle exterior or interior
    • G06T2207/30252—Vehicle exterior; Vicinity of vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the speed and/or direction of movement of a vehicle, with a camera on the vehicle recording at least one image of the area surrounding the vehicle, at least one object in the image being recognized by a processing device and based on the movement of the object relative to the Vehicle the speed and / or direction of movement of the vehicle is calculated.
  • It also relates to a measuring device for determining the speed and/or the direction of movement of a vehicle, the measuring device having a camera for recording images of the area surrounding the vehicle and a processing device connected to the camera for detecting at least one object in the image and for calculating the speed and /or having a direction of movement, and wherein the camera has an optical axis.
  • the side slip angle (the drift angle) can be measured to estimate the oblique load on the tire, which is relevant for evaluating the driving dynamics.
  • IMUs intial measurement units
  • GPS/GNSS global positioning system
  • the object of the invention is therefore to provide a method, a measuring device and a vehicle that enable the speed and/or direction of movement to be calculated easily, quickly and as precisely as possible.
  • this object is achieved in that, in order to record the image, an optical axis of the camera is directed essentially normally onto the underbody of the vehicle.
  • the processing device is designed to calculate the speed and/or direction of movement essentially perpendicular to the optical axis.
  • an optical axis of the camera is directed essentially perpendicularly to the underside of the vehicle to record the image means that the optical axis of the camera is directed downwards along a vertical axis of the vehicle and an optical axis of the camera is essentially parallel to the Vertical axis is arranged.
  • a movement of the vehicle relative to the ground is detected. Based on the direction of movement and the measured change in path over a certain period of time, conclusions can be drawn about the speed and acceleration. This movement can be a linear movement and/or a rotation.
  • the detection of the object does not necessarily have to include the detection of the entire object. For example, only a small portion of a lane may be present in an image. However, even this small part can be enough to successfully detect the object to the extent that it is sufficient for determining the speed and/or direction of movement. It is sometimes sufficient for recognition if one or a few features of the object, for example an edge or a color change, can be recognized as a pattern.
  • the recognition can take place, for example, by means of a neural network and/or by means of image recognition algorithms.
  • image recognition algorithms are already adequately described in the technical literature. Due to the direct direction of the camera on the ground, a particularly quick and easy determination is made possible, which is also particularly precise. On the one hand, this is due to the fact that the distance between the camera and the base of the vehicle is essentially known as a result of this orientation.
  • the speed and/or direction of movement is calculated from the motion blur of the object on the image, with this calculation preferably including that the brightness profile in a motion blur area of the object, particularly preferably at the edge of the object, is included in the calculation is included.
  • This can be particularly useful in poor lighting conditions, since there are inevitably blurred areas due to the longer exposure time.
  • a single image is sufficient for such a measurement in order to enable the direction of movement and/or speed to be determined with sufficient accuracy.
  • the calculation of the speed can include multiplying a measured displacement BLD of an object in a specific direction between the two images by a scaling factor and preferably changing the sign.
  • a vehicle movement FZG can be calculated in a linear measure such as meters in a specific direction, which reflects the length of movement of the vehicle in the period of time that has elapsed between the recording of the two images:
  • the velocity when divided by the time delay between the two images, the velocity can be calculated.
  • the time delay can be determined, for example, by the difference in the time stamps of the two image recordings. If this is carried out in the direction of travel, for example, then the movement distance, ie the distance covered in the direction of travel and thus the speed of the vehicle, can be determined. If this is done at right angles to the direction of travel, a drift movement and thus also the drift speed can be calculated. It can also be provided that the direction of movement is determined, the movement distance is calculated in this movement direction and then this movement direction is preferably broken down into different parts, for example into a part parallel to the direction of travel and into a part transverse to the direction of travel, i.e. in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the scaling factor results from the resolution of the camera and the distance from the camera to the background.
  • a similar procedure is also possible if a rotation or a movement with a rotational component takes place.
  • the angle of rotation and the axis of rotation can be calculated and a lateral drift without rotation or other or purely translational movements can be distinguished from normal cornering.
  • the calculation procedure works in a similar way to that described above, with the change in the angle of the position of the objects relative to one another in the two images providing information about the rotation of the vehicle.
  • the position of the vehicle can also be determined at a specific point in time if the starting point is known.
  • the position of the vehicle is determined on the basis of the detected object.
  • the exact position of the vehicle can be determined after retrieving position data that is linked to the detected object and is preferably also stored in the object database. This can be carried out in parallel with the aspects of the invention already described and the speed and/or direction of movement data thus obtained can be supplemented by these.
  • these objects can also have been arranged especially or primarily for determining the position of the vehicle, for example in test tracks.
  • the measuring device has an object database unit and a position determination unit is connected to the object database unit and the camera and for unambiguous Recognition of a recorded object is set up by comparison with the objects stored in the object database unit and for determining the position of the vehicle based on the recognized object.
  • the position determination unit can also be connected to the processing device. In this way it can be achieved that the processed or calculated data of the processing device, in particular the detected objects, are made available to the position determination unit. It can also be provided that the processing device and the position determination unit are implemented together, for example by a common calculation unit.
  • a position of the vehicle is calculated on the basis of the calculated speed and/or direction of movement, with this position particularly preferably being corrected on the basis of the known object when a known object stored in the object database is detected.
  • this position particularly preferably being corrected on the basis of the known object when a known object stored in the object database is detected.
  • At least one detected object has position information and the position of the vehicle is determined on the basis of the position information.
  • the object can be a QR code or include one that contains the exact position data of the object.
  • the camera is essentially rigidly connected to at least one wheel axle of the vehicle in order to record the image. It is sufficient for the camera to be rigidly connected to the axle of just one wheel, as this ensures that the spring movements of the vehicle do not cause any changes in distance. This also applies analogously if the camera is essentially rigidly connected to at least one wheel axle of the vehicle.
  • the distance between the camera and the ground is measured using a distance measurement unit, preferably using ultrasound transit time and/or using laser distance measurement, and the measured distance is included in the calculation of the speed and/or direction of movement.
  • a distance measurement unit preferably using ultrasound transit time and/or using laser distance measurement
  • the measured distance is included in the calculation of the speed and/or direction of movement.
  • the measuring device is a distance measuring unit, preferably one Ultrasonic time-of-flight distance measurement unit and/or a laser distance measurement unit, which is directed essentially in the same direction as the camera and is connected to the processing device.
  • the invention also relates to a vehicle that has a measuring device according to the invention, with an optical axis of the camera being directed downwards along a vertical axis of the vehicle and the optical axis of the camera being essentially parallel to the vertical axis.
  • the vertical axis means an axis of the vehicle which is vertical when the vehicle is in the intended position of use on level ground, in other words runs from the underbody of the vehicle to the roof lining. This requires the camera to look directly at the ground.
  • the camera is arranged in the underbody of the vehicle. This requires safe and space-saving positioning.
  • the camera is essentially rigidly connected to at least one wheel axle of the vehicle.
  • FIG. 1 shows two images recorded at two different points in time by a measuring device according to the invention while a method according to the invention is being carried out;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a measuring device according to the invention in a first embodiment.
  • FIG. 1 shows two recordings 10, 11 recorded at a time t1 and a time t2.
  • the substrate 4 of the vehicle is visible on it during a straight forward movement of the vehicle.
  • recording 10 at time t1 there is an object on the lower right edge, in this case a spot and further spot-like, punctiform color changes arranged next to it Roadway visible as underground 4. This was recognized as an object by a processing device 6, 7, see margin 12.
  • a change in the position of the object can be measured in the form of a displacement BLD become.
  • a shift BLD can only be seen parallel to the x-axis of the captured images. It can thus be determined that the direction of movement is along the x-axis and that it is purely a forward movement, since the direction of movement represents the opposite direction of the displacement BLD from image 10 to image 11. If the vehicle corners, an additional displacement along the y-axis would also be measurable. As a result, the exact overall direction of movement of the vehicle can be determined by combining these movement direction components.
  • the overall speed of the vehicle which is made up of a speed in the x-direction and a speed in the y-direction.
  • a rotational movement or a movement with a rotational component can be detected even more precisely if at least two objects are detected in the two recordings 10, 11. In this case, cornering, for example, can also be easily distinguished from a sideways drift movement.
  • the change in path of the vehicle is calculated by multiplying BLD by a scaling factor k and changing the sign. If this change in path is divided by the time difference, the speed of the vehicle is obtained.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a measuring device 5 according to the invention, which is arranged in a vehicle according to the invention.
  • a camera 1 of the measuring device 5 is installed in an underbody 2 of the vehicle between the wheels 3a, 3b.
  • the front wheel or wheels 3a can also be arranged between the camera 1 and the rear wheel or wheels 3b.
  • An optical axis A which is transverse to the image area of the camera, is parallel to a vertical axis H of the vehicle and thus points directly to the ground 4 on which the vehicle is standing or driving.
  • the measuring device 5 has a processing device 6, 7 connected to the camera 1, which receives the image data from the camera 1 and uses this to carry out object recognition (box 6).
  • the processing device 6, 7 calculates the direction of movement tion and speed (Box 7). The data obtained in this way with regard to the speed and/or direction of movement 20 are output or stored by the measuring device 5 .
  • the data of the detected objects are transmitted from the processing device 6 , 7 to a position determination unit 8 connected to it, which compares the object data obtained with the data from an object database unit 9 . If the data match, the position of the detected object in the recorded image or images is determined. In addition, the position data of the recognized object is retrieved in the object database unit 9 . The absolute position of the vehicle is determined from this data and this absolute position data 21 is also output or stored.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs, wobei eine Kamera (1) am Fahrzeug zumindest ein Bild (10,11) der Umgebung des Fahrzeugs aufnimmt, zumindest ein Objekt auf dem Bild (10, 11) von einer Verarbeitungseinrichtung (6, 7) erkannt wird und auf Grundlage der Bewegung des Objekts relativ zum Fahrzeug die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Fahrzeugs berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme des Bildes (10, 11) eine optische Achse (A) der Kamera (1) im Wesentlichen normal auf den Untergrund (4) des Fahrzeugs gerichtet wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs, wobei eine Kamera am Fahrzeug zumindest ein Bild der Umgebung des Fahrzeugs aufnimmt, zumindest ein Objekt auf dem Bild von einer Verarbeitungseinrichtung erkannt wird und auf Grundlage der Bewegung des Objekts relativ zum Fahrzeug die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Fahrzeugs berechnet wird.
Sie betrifft auch eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/ der Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs, wobei die Messreinrichtung eine Kamera zur Aufnahme von Bildern der Umgebung des Fahrzeugs und eine mit der Kamera verbundene Verarbeitungseinrichtung zur Erkennung zumindest eines Objekts auf dem Bild und zur Berechnung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung aufweist, und wobei die Kameraeine optische Achse aufweist.
Insbesondere bei Testfahrten eines Fahrzeugs ist es wichtig, möglichst genaue Daten über die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung unabhängig von der Fahrzeugsensorik zu erhalten. So können Fahrbarkeitsanalysen, Fahrwerksabstimmung oder Fahrzeugfunktionen entwickelt und getestet werden. Beispielsweise kann die Messung des Schwimmwinkels (des Driftwinkels) zur Abschätzung der Schräglast am Reifen, welcher relevant für die Bewertung der Fahrdynamik ist, bestimmt werden.
Eine Möglichkeit zur Messung der Fahrzeugbewegung bilden IMUs (inertial measurement units), die für die nötige Präzision aber sehr aufwendig und teuer sind. Eine andere Möglichkeit bildet die zyklische Bestimmung der absoluten Position des Fahrzeugs über GPS/GNSS, gefolgt von einer ersten und zweiten Ableitung nach der Zeit. Aufgrund der begrenzten Auflösung und Genauigkeit ist auch dieses System nur eingeschränkt für diese Aufgaben verwendbar.
Es sind auch optische Methoden bekannt, welche durch Messung zweier phasenverschobener Signale die Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit ermittelt. Dies ist aber technisch sehr aufwendig und für Wegmessungen nicht ausreichend genau.
In der US 6,535,114 Bl wird ein Fahrzeug beschrieben, das eine nach vorne gerichtete Kamera aufweist, die mehrere Bilder aufnimmt, Objekte, die sich in der Umgebung des Fahrzeugs befinden, darauf erkennt und verfolgt. Durch die Winkeländerung der Objekte zur Kamera zwischen mehreren Bildern kann so die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung berechnet werden. Dieses Verfahren ist aber einerseits sehr rechenaufwendig und andererseits benötigt es insbesondere am Beginn eine längere Abfolge von Bildern, um eine akkurate Berechnung zu ermöglichen. Darüber hinaus ist die Berechnung aufgrund der mitunter geringen Änderungen nicht sehr genau.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren, eine Messeinrichtung und ein Fahrzeug bereitzustellen, das eine einfache, schnelle und möglichst exakte Berechnung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Aufnahme des Bildes eine optische Achse der Kamera im Wesentlichen normal auf den Untergrund des Fahrzeugs gerichtet wird.
Sie wird auch dadurch gelöst, dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse zu berechnen.
Dass zur Aufnahme des Bildes eine optische Achse der Kamera im Wesentlichen senkrecht auf den Untergrund des Fahrzeugs gerichtet wird, bedeutet also, dass die optische Achse der Kamera entlang einer Hochachse des Fahrzeugs nach unten gerichtet wird und eine optische Achse der Kamera im Wesentlichen parallel zu der Hochachse angeordnet wird. Es erfolgt mit anderen Worten also die Erkennung einer relativen Bewegung des Fahrzeugs in Bezug zum Untergrund. Aufgrund der Bewegungsrichtung und der gemessenen Wegänderung während einer bestimmten Zeitspanne kann auf die Geschwindigkeit und Beschleunigung rückgeschlossen werden. Diese Bewegung kann eine lineare Bewegung und/oder eine Rotation sein.
Dabei muss die Erkennung des Objekts nicht zwangsläufig die Erkennung des gesamten Objekts umfassen. Beispielsweise kann nur ein kleiner Teil eines Fahrstreifens auf einem Bild vorhanden sein. Jedoch kann bereits dieser kleine Teil ausreichen, um das Objekt erfolgreich so weit zu erkennen, dass es für die Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung ausreicht. Es reicht mitunter zur Erkennung bereits, wenn eines oder wenige Merkmale des Objekts, beispielsweise eine Kante oder eine farbliche Änderung, wie ein Muster erkannt werden können.
Die Erkennung kann beispielsweise durch ein neuronales Netzwerk und/oder durch Algorithmen der Bilderkennung erfolgen. Solche Algorithmen sind bereits in der Fachliteratur ausreichend beschrieben. Durch die direkte Richtung der Kamera auf den Untergrund wird eine besonders schnelle und einfache Bestimmung ermöglicht, welche ebenso besonders exakt ist. Dies liegt einerseits daran, dass durch diese Ausrichtung der Abstand der Kamera zum Untergrund des Fahrzeugs im Wesentlichen bekannt ist.
Andererseits muss eine Bewegung des Objekts in einem Bild, sichtbar durch Unschärfebereiche, oder eine Bewegung über mehrere Bilder hinweg nicht winkelkorrigiert werden, was die Berechnung erleichtert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass aus der Bewegungsunschärfe des Objekts auf dem Bild die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung berechnet wird, wobei vorzugsweise diese Berechnung umfasst, dass der Helligkeitsverlauf in einem Bewegungsunschärfebereich des Objekts, besonders vorzugsweise am Rand des Objekts, in die Berechnung miteinbezogen wird. Dies kann insbesondere bei schlechten Beleuchtungsbedingungen sinnvoll sein, da sich hier zwangsläufig Unschärfebereiche durch die längere Belichtungszeit ergeben. Für eine solche Messung reicht bloß ein einziges Bild, um eine ausreichend genaue Bestimmung der Bewegungsrichtung und/oder Geschwindigkeit zu ermöglichen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest zwei Bilder aufgenommen werden und aus der Positionsänderung des Objekts zwischen den beiden Bildern die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung berechnet wird. Dadurch ist eine besonders exakte Berechnung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung möglich und auch Driftbewegungen während der Fahrt gut erkennbar.
Dabei kann die Berechnung der Geschwindigkeit umfassen, dass eine gemessene Verschiebung BLD eines Objekts in eine bestimmte Richtung zwischen den zwei Bildern mit einem Skalierungsfaktor multipliziert wird und vorzugsweise das Vorzeichen geändert wird. So kann eine Fahrzeugbewegung FZG in einem Längenmaß wie Meter in eine bestimmte Richtung errechnet werden, welche die Bewegungslänge des Fahrzeugs im Zeitraum, der zwischen der Aufnahme der beiden Bilder vergangen ist, widerspiegelt:
FZG = -k * BLD
Bei Division durch die Zeitverzögerung zwischen den zwei Bildern kann so die Geschwindigkeit berechnet werden. Die Zeitverzögerung kann beispielsweise durch die Differenz der Zeitstempel der beiden Bildaufnahmen ermittelt werden. Wird dies beispielsweise in Fahrtrichtung durchgeführt, so kann die Bewegungsdistanz, also der zurückgelegte Weg entlang der Fahrtrichtung und damit die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden. Wird dies quer zur Fahrtrichtung durchgeführt, so kann eine Driftbewegung und damit auch die Driftgeschwindigkeit berechnet werden. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Bewegungsrichtung bestimmt wird, die Bewegungsdistanz in diese Bewegungsrichtung berechnet wird und danach vorzugsweise diese Bewegungsrichtung in verschiedene Teile, beispielsweise in einen Teil parallel zur Fahrtrichtung und in einen Teil quer zur Fahrtrichtung, also in Längsrichtung des Fahrzeugs zerlegt wird. Der Skalierungsfaktor ergibt sich aus der Auflösung der Kamera und der Entfernung der Kamera zum Untergrund.
Ein ähnliches Vorgehen ist auch möglich, wenn eine Rotation oder eine Bewegung mit einer Rotationskomponente stattfindet. In diesem Fall ist besonders vorteilhaft, wenn zumindest zwei Punkte eines Objekts oder unterschiedlicher Objekte erkannt werden und deren Verschiebung zwischen den zwei Bildern erkannt werden und in die Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung miteinbezogen werden. Dadurch können nicht nur die absoluten Bewegungen der beiden Objekte in den Bildern, sondern auch die relativen Bewegungen zueinander erkannt werden. So kann der Rotationswinkel und die Rotationsachse berechnet werden und ein seitlicher Drift ohne Rotation oder andere oder rein translatorischen Bewegungen von einer normalen Kurvenfahrt unterschieden werden. Das Berechnungsverfahren funktioniert ähnlich wie oben beschrieben, wobei die Änderung des Winkels der Position der Objekte zueinander in den beiden Bildern Auskunft über die Drehung des Fahrzeugs gibt.
Durch die stetige Überwachung der Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit kann bei bekanntem Startpunkt auch die Position des Fahrzeugs zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein erkanntes Objekt mit einer Objektdatenbank verglichen wird und bei Erkennung eines bekannten, in der Objektdatenbank gespeicherten Objektes die Position des Fahrzeugs auf Grundlage des erkannten Objekts ermittelt wird. Dadurch kann nicht nur die relative Bewegung des Fahrzeugs, sondern auch die absolute Position des Fahrzeugs bestimmt werden. Wird beispielsweise eine Fahrstreifenmarkierung oder eine Bodenmarkierung wie ein Pfeil erkannt, so kann nach erfolgter Abrufung auf Positionsdaten, die mit dem erkannten Objektes verknüpft sind und vorzugsweise in der Objektdatenbank ebenso hinterlegt sind, die genaue Position des Fahrzeugs bestimmt werden. Dies kann parallel zu den bereits beschriebenen Aspekten der Erfindung durchgeführt und die so erhaltenen Geschwindigkeits- und/oder Bewegungsrichtungsdaten um diese ergänzt werden. Dabei können diese Objekte auch extra oder überwiegend zur Ermittlung der Position des Fahrzeuges angeordnet worden sein, beispielsweise in Teststrecken. Entsprechendes gilt auch wenn die Messeinrichtung eine Objektdatenbankeinheit aufweist, und eine Positionsbestimmungseinheit mit der Objektdatenbankeinheit und der Kamera verbunden ist und zur eindeutigen Erkennung eines aufgenommenen Objektes durch Vergleich mit den in der Objektdatenbankeinheit gespeicherten Objekten und zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs auf Grundlage des erkannten Objekts eingerichtet ist. Dabei kann die Positionsbestimmungseinheit auch mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden sein. So kann erreicht werden, dass die verarbeiteten oder errechneten Daten der Verarbeitungseinrichtung, insbesondere die erkannten Objekte, der Positionsbestimmungseinheit zur Verfügung gestellt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinrichtung und die Positionsbestimmungseinheit gemeinsam ausgeführt sind, beispielsweise durch eine gemeinsame Berechnungseinheit.
Es kann auch vorgesehen sein, dass auf Basis der berechneten Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung eine Position des Fahrzeugs berechnet wird, wobei besonders vorzugsweise diese Position bei Erkennung eines bekannten, in der Objektdatenbank gespeicherten Objektes die berechnete Position auf Grundlage des bekannten Objektes korrigiert wird. So kann eine möglichst akkurate Fahrtverfolgung erreicht werden. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass die berechnete Bewegungsrichtung und/oder Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch die bestimmte absolute Position des Fahrzeugs korrigiert wird. Insbesondere bei Erkennung mehrerer Objekte, deren Positionsdaten bekannt sind, während des Zeitverlaufs kann so zur Verbesserung der Geschwindigkeitsberechnung oder Bewegungsrichtungsberechnung beitragen.
Vorteilhaft ist auch, wenn zumindest ein erkanntes Objekt Positionsinformationen aufweist und die Position des Fahrzeugs auf Grundlage der Positionsinformationen ermittelt wird. Beispielsweise kann das Objekt ein QR-Code sein oder einen solchen umfassen, welcher die genauen Positionsdaten des Objekts beinhaltet.
Damit die Distanz zwischen Kamera und Untergrund immer möglichst gleich ist, kann vorgesehen sein, dass zur Aufnahme des Bildes die Kamera mit zumindest einer Radachse des Fahrzeugs im Wesentlichen starr verbunden wird. Dabei reicht es aus, dass die Kamera mit der Achse nur eines Rades starr verbunden ist, da so sichergestellt ist, dass die Federbewegungen des Fahrzeugs keine Distanzänderungen bewirken. Dies gilt sinngemäß auch, wenn die Kamera mit zumindest einer Radachse des Fahrzeugs im Wesentlichen starr verbunden ist.
Weiters ist vorteilhaft, wenn die Distanz zwischen der Kamera und dem Untergrund über eine Distanzmessungseinheit, vorzugsweise mittels Ultraschalllaufzeit und/ oder mittels Laserdistanzmessung, gemessen wird und die gemessene Distanz in die Berechnung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung miteinbezogen wird. Dies ist ebenso eine schnelle und einfache Methode der Distanzmessung um Federvorgänge und Fahrbahnunebenheiten auszugleichen. Entsprechendes gilt auch, wenn die Messeinrichtung eine Distanzmessungseinheit, vorzugsweise eine Ultraschall-Laufzeit-Distanzmessungseinheit und/oder eine Laser-Distanz-Messeinheit, aufweist, welche im Wesentlichen in die gleiche Richtung wie die Kamera gerichtet ist und mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Distanz zwischen der Kamera und dem Untergrund von der Kamera über optische Methoden, vorzugsweise über eine Autofokuseinstellung, gemessen wird und diese Messung in die Berechnung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung miteinbezogen wird. So können Distanzänderungen, beispielsweise Fahrbahnunebenheiten, ausgeglichen werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das eine erfindungsgemäße Messeinrichtung aufweist, wobei eine optische Achse der Kamera entlang einer Hochachse des Fahrzeugs nach unten gerichtet ist und die optische Achse der Kamera im Wesentlichen parallel zur der Hochsachse steht. Mit Hochachse ist dabei eine Achse des Fahrzeugs gemeint, welche bei bestimmungsgemäßer Gebrauchslage des Fahrzeugs auf ebenem Untergrund vertikal steht, also mit anderen Worten vom Unterboden des Fahrzeugs zum Fahrzeughimmel verläuft. Dies bedingt die direkte Blickrichtung der Kamera auf den Untergrund.
In diesem Sinne kann auch vorgesehen sein, dass die Kamera im Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist. Dies bedingt eine sichere und platzsparende Positionierung.
Zur möglichst geringen Änderung der Distanz zwischen Kamera und Untergrund kann auch vorgesehen sein, dass die Kamera mit zumindest einer Radachse des Fahrzeugs im Wesentlichen starr verbunden ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 zwei Bilder, aufgenommen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten durch eine erfindungsgemäße Messeinrichtung während der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung in einer ersten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt zwei Aufnahmen 10, 11, aufgenommen zu einem Zeitpunkt tl und einem Zeitpunkt t2. Sichtbar ist darauf der Untergrund 4 des Fahrzeugs während einer geraden Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs. Dabei ist in Aufnahme 10 zum Zeitpunkt tl am rechten unteren Rand ein Objekt, in diesem Fall ein Fleck und daneben angeordnete weitere fleckenartige, punktuelle Farbänderungen auf der Fahrbahn als Untergrund 4 sichtbar. Dieses wurde durch eine Verarbeitungseinrichtung 6, 7 als ein Objekt erkannt, siehe Rand 12.
Bei der Aufnahme 11 zum Zeitpunkt t2, zu dem sich das Fahrzeug bereits weiter bewegt hat, wird das selbe Objekt wieder erkannt, siehe Rand 13. Durch Vergleich der Position des Objektes auf den zwei Bildern kann eine Positionsänderung des Objekts in Form einer Verschiebung BLD gemessen werden. In diesem Beispiel ist eine Verschiebung BLD bloß parallel zur x-Achse der aufgenommenen Bilder ersichtlich. Damit ist feststellbar, dass die Bewegungsrichtung entlang der x-Achse verläuft und es sich um eine reine Vorwärtsbewegung handelt, da die Bewegungsrichtung die entgegengesetzte Richtung der Verschiebung BLD von Bild 10 zu Bild 11 darstellt. Im Falle einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs würde auch eine zusätzliche Verschiebung entlang der y-Achse messbar sein. Dadurch kann durch Kombination dieser Bewegungsrichtungskomponenten die exakte Gesamtbewegungsrichtung des Fahrzeugs ermittelt werden. Das gleiche gilt auch für die Gesamtgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die sich aus einer Geschwindigkeit in x-Richtung und einer Geschwindigkeit in y-Richtung zusammensetzt. Noch genauer kann eine Rotationsbewegung oder eine Bewegung mit einer Rotationskomponente erfasst werden, wenn zumindest zwei Objekte auf den beiden Aufnahmen 10, 11 erkannt werden. In diesem Fall kann eine Kurvenfahrt beispielsweise auch von einer seitlichen Driftbewegung gut unterschieden werden.
Durch die Multiplikation von BLD mit einem Skalierungsfaktor k und Vorzeichenänderung wird so die Wegänderung des Fahrzeugs berechnet. Wird diese Wegänderung durch die Zeitdifferenz dividiert, erhält man so die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
In Fig. 2 wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung 5 gezeigt, welche in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug angeordnet ist. Dabei ist eine Kamera 1 der Messeinrichtung 5 in einem Unterboden 2 des Fahrzeugs zwischen den Rädern 3a, 3b verbaut. Alternativ kann das Vorderrad oder die Vorderräder 3a auch zwischen Kamera 1 und dem Hinterrad oder den Hinterrädern 3b angeordnet sein. Eine optische Achse A, welche quer zur Bildfläche der Kamera steht, ist parallel zu einer Hochachse H des Fahrzeugs und zeigt damit direkt auf den Untergrund 4, auf dem das Fahrzeug steht oder fährt.
Die Messeinrichtung 5 weist neben der Kamera 1 eine mit der Kamera 1 verbundene Verarbeitungseinrichtung 6, 7 auf, welche die Bilddaten der Kamera 1 empfängt und anhand dieser eine Objekterkennung durchführt (Box 6). Zusätzlich erfolgt durch die Verarbeitungseinrichtung 6, 7 eine Berechnung der Bewegungsrich- tung und der Geschwindigkeit (Box 7). Die so erhaltenen Daten bezüglich der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung 20 werden von der Messeinrichtung 5 ausgegeben oder gespeichert.
Gleichzeitig werden die Daten der erkannten Objekte von der Verarbeitungseinrichtung 6, 7 an eine mit ihr verbundene Positionsbestimmungseinheit 8 übermittelt, welche die erhaltenen Objektdaten mit den Daten einer Objektdatenbankeinheit 9 vergleicht. Bei Übereinstimmung der Daten wird die Position des erkannten Objekts in dem aufgenommenen Bild oder Bildern bestimmt. Zusätzlich werden die Positionsdaten des erkannten Objekts in der Objektdatenbankeinheit 9 abgerufen. Aus diesen Daten wird die absolute Position des Fahrzeugs bestimmt und diese absoluten Positionsdaten 21 ebenso ausgegeben oder gespeichert.

Claims

- 9 -
P A T E N T A N S P R Ü C H E Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs, wobei eine Kamera (1) am Fahrzeug zumindest ein Bild (10,11) der Umgebung des Fahrzeugs aufnimmt, zumindest ein Objekt auf dem Bild (10, 11) von einer Verarbeitungseinrichtung (6, 7) erkannt wird und auf Grundlage der Bewegung des Objekts relativ zum Fahrzeug die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Fahrzeugs berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme des Bildes (10, 11) eine optische Achse (A) der Kamera (1) im Wesentlichen normal auf den Untergrund (4) des Fahrzeugs gerichtet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Bewegungsunschärfe des Objekts auf dem Bild (10, 11) die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung berechnet wird, wobei vorzugsweise diese Berechnung umfasst, dass der Helligkeitsverlauf in einem Bewegungsunschärfebereich des Objekts, besonders vorzugsweise am Rand des Objekts, in die Berechnung miteinbezogen wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Bilder (10, 11) aufgenommen werden und aus der Positionsänderung des Objekts zwischen den beiden Bildern (10, 11) die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung berechnet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erkanntes Objekt mit einer Objektdatenbank (9) verglichen wird und bei Erkennung eines bekannten, in der Objektdatenbank (9) gespeicherten Objektes die Position des Fahrzeugs auf Grundlage des erkannten Objekts ermittelt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erkanntes Objekt Positionsinformationen aufweist und die Position des Fahrzeugs auf Grundlage der Positionsinformationen ermittelt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme des Bildes (10, 11) die Kamera (1) mit zumindest einer Radachse des Fahrzeugs im Wesentlichen starr verbunden wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen der Kamera (1) und dem Untergrund über eine Distanzmessungseinheit, vorzugsweise mittels Ultraschalllaufzeit und/oder mittels Laserdistanzmessung, gemessen wird und die gemessene Distanz in die Berechnung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung miteinbezogen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen der Kamera (1) und dem Untergrund (4) von der Kamera (1) über optische Methoden, vorzugsweise über eine Autofokuseinstellung, gemessen wird und diese Messung in die Berechnung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung miteinbezogen wird. Messeinrichtung (5) zur Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs, wobei die Messreinrichtung (5) eine Kamera (1) zur Aufnahme von Bildern (10, 11) der Umgebung des Fahrzeugs und eine mit der Kamera (1) verbundene Verarbeitungseinrichtung (6, 7) zur Erkennung zumindest eines Objekts auf dem Bild (10, 11) und zur Berechnung der Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung aufweist, und wobei die Kamera (1) eine optische Achse (A) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (6, 7) dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse (A) zu berechnen. Messeinrichtung (5) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) eine Objektdatenbankeinheit (9) aufweist, und eine Positionsbestimmungseinheit (8) mit der Objektdatenbankeinheit (9) und der Kamera (1) verbunden ist und zur eindeutigen Erkennung eines aufgenommenen Objektes durch Vergleich mit den in der Objektdatenbankeinheit (9) gespeicherten Objekten und zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs auf Grundlage des erkannten Objekts eingerichtet ist. Messeinrichtung (5) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) eine Distanzmessungseinheit, vorzugsweise eine Ultraschall-Laufzeit-Distanzmessungseinheit und/oder eine Laser- Distanz-Messeinheit, aufweist, welche im Wesentlichen in die gleiche Richtung wie die Kamera (1) gerichtet ist und mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist. Fahrzeug mit einer Messeinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Achse (A) der Kamera (1) entlang einer Hochachse (H) des Fahrzeugs nach unten gerichtet ist und die optische Achse (A) der Kamera (1) im Wesentlichen parallel zur der Hochachse (H) steht. Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) im Unterboden (2) des Fahrzeugs angeordnet ist. - 11 -
14. Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) mit zumindest einer Radachse des Fahrzeugs im Wesentlichen starr verbunden ist.
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