WO2011063785A1 - Verfahren zur schätzung des rollwinkels in einem fahrenden fahrzeug - Google Patents

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    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/10—Longitudinal speed

Definitions

  • the invention relates to a method for estimating the roll angle with a camera in a moving vehicle and finds e.g. Application in vehicles equipped with driver assistance functions.
  • Driver assistance functions include, for example, traffic sign recognition, automatic light control, vehicle and pedestrian recognition, night vision systems, adaptive cruise control (ACC), parking assistance or automatic control and tracking.
  • ACC adaptive cruise control
  • Track finding systems require precise knowledge of the A ⁇ installation position of the camera in the vehicle to estimate track width, track storage and the yaw angle. In particular, these are the height, as well as the roll (or roll), pitch and yaw angle of the camera, which usually have to be determined by a complex tape end or service calibration.
  • the roll angle is also referred to as roll angle.
  • the DE 10 2006 018 978 Al shows a method for determining the dynamic roll angle using an apparatus for determining the yaw rate and the specifi ⁇ rule Wankfedersteiftechnik of the vehicle.
  • It is the object of the presented invention is to provide a method for estimating the roll angle, which enables a current, accurate Rollwin ⁇ kel laminate in a moving vehicle.
  • step a) a sequence of images of the vehicle environment, in particular of the forward roadway is taken with a camera.
  • step b) is determined from the Ka ⁇ merajackn is at least one signature on the roadway surface ⁇ extracted, so ermit- their shape and position telt and tracked (tracked).
  • a signature is a structure on the road surface, such as the beginning or the end of a mark on the road. From the changed position of the at least one signature in one or more subsequent camera image (s), it is determined in step c) in which direction the camera is rotated with respect to the roll angle.
  • the amount of roll angle is estimated in step d). For this purpose, either in step dl) taking into account the vehicle speed (of the own vehicle) and ei ⁇ Nes imaging model of the camera, the roll angle is estimated directly or in step d2) the roll angle is iteratively increased or decreased by a correction angle until the roll angle, the rotation of the camera compensated. In the iterative roll angle estimation, the roll angle at the beginning of the method is preferably estimated to be zero. In the course of the method, the (currently estimated) roll angle is corrected by a correction angle corresponding to the direction of rotation determined in step c) until it is concluded from the changed position of the at least one signature in one or more subsequent camera images that the roll angle sufficiently compensated for the rotation of the camera.
  • the advantage of the invention is that the roll angle in the moving vehicle can be estimated up to date and precisely. No device for yaw rate determination is needed for the method according to the invention. In test runs, a roll angle deviation of up to seven degrees could be estimated and compensated by the method.
  • the invention is based on the consideration that in the event of a roll angle of zero all points within one of a shot by the camera of the image representing the surface of the roadway, having an identical distance to the camera in the projection of the vehicle longitudinal direction in the world coordinate Zei ⁇ le. This consideration is based on the assumption that the road is essentially flat.
  • a non-zero roll angle results in points within a line of an image taken by the camera representing the surface of the roadway having an increasing or decreasing distance in the projection of the vehicle's longitudinal direction in world coordinates.
  • the length of the flow vectors can be analyzed in particular from the optical flow of the pixels. For example, if the vertical components of the flux vectors of road points that are in the picture in a row, from left to right increas ⁇ ingly, the camera is turned to the right.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that in step dl) taking into account an imaging model of the camera, the distance of a signature to the camera in the vehicle longitudinal direction is determined.
  • a representation of the camera image ermit ⁇ telten signature (s) in bird's eye view of rear projection ekti- be created on and the distance between the signature and camera in the vehicle longitudinal direction are determined from this representation.
  • a distance of the signature after a time ⁇ is predicted from the determined distance of the signature (to the camera in the vehicle longitudinal direction) and the vehicle speed.
  • the distance of the same signature to the camera in the vehicle longitudinal direction is measured by rear projection from a subsequent image, which was taken a time ⁇ t after the first image.
  • the roll angle is estimated from a deviation of the measured distance from the predicted distance, taking into account an imaging model of the camera.
  • the prediction provides a distance with roll angle zero and in the event of a deviation the roll angle can be directly determined, at which the camera would have measured a distance which corresponds to the predicted distance.
  • step b) at least one first signature in the left half of the image and in the same or a subsequent image at least one second signature in the right half of the image is determined and tracked.
  • the vehicle speed is stored at the time of the respective taking of the camera image.
  • step c) a prediction of the signature spacing is performed separately for each signature taking into account the respective vehicle speed and the imaging model with the currently estimated roll angle of the camera.
  • the signature spacing is measured in a subsequent image. It is determined in which direction the camera (the roll angle) is rotated by comparing the deviation of the predicted signature spacing with the measured signature spacing for the first with the deviation for the signature spacing of the second signature.
  • the roll angle is iteratively estimated according to step d2).
  • This embodiment offers the advantage that errors in the vehicle speed can be compensated by comparing left and right signature deviations. Thus, this method offers a high degree of accuracy.
  • step b) at least one first signature in the left and in the same or a subsequent image, a second signature in the lower right image quadrant is determined and tracked. In addition, will stored the vehicle speed at the time of each recording of the camera image.
  • step c) for each of the signatures, the change of the vertical signature position in the image is related to the respective vehicle speed. This ratio is compared for both halves of the image, it being concluded that the camera is rotated in the direction of the image half in relation to its viewing direction in which this ratio is greater.
  • the roll angle is iteratively estimated according to step d2). This method has the advantage that errors in the absolute vehicle speed hardly affect.
  • the invention also relates to a device for estimating the roll angle in a moving vehicle with a camera and with means for estimating the roll angle according to the invention.
  • Fig. 1 Diagram of a method for roll angle estimation
  • Fig. 2 Camera image of a roadway with signatures
  • Fig. 3 Representation of the reproduced by the camera image scene in bird's eye view
  • a camera (8) is used to take a picture of the vehicle surroundings, which includes the road ahead.
  • at least one signature (S1-S6) on the road surface is determined from the camera image and its position in the image determined.
  • Sine signature (S1-S6) is a structure on the road surface, for example, the beginning (S2, S4) or the end (S3) of a mark on the road.
  • another image is taken, from which the current position of the signature (S1-S6) in the image is determined.
  • step c) From the changed position of the at least one signature (S1-S6) it is determined in step c) whether and in which direction the camera (8) is rotated relative to the roll angle. If the camera (8) is rotated, the roll angle is corrected in step d). The estimate of the roll angle he ⁇ are from the sum of the corrections in step d).
  • Fig. 2 shows an example of a camera image of the vehicle environment Conversely ⁇ as it is received in step a).
  • the vehicle is traveling on a carriageway (1) bounded by left (2) and right (3) continuous lane markings.
  • the middle of the lane (1) is marked by a dashed median strip.
  • On the road surface a variety of signatures can be seen. The signatures
  • the signature (S1-S6) are indicated in the figure.
  • the detection of the signatures (S1-S6) takes place in step b).
  • the signature (SI) is an additional mark on the left lane side.
  • the signatures (S2) and (S) or (S3) are the beginning and the end of center strip marks.
  • (S5) is a crack of the road surface and the signature (S6) is a structure on the right continuous pavement marking (3), for example, a stain or a hole thereof.
  • the auxiliary lines (4) and (5) mark the horizontal or vertical center of the image.
  • the image rows and columns run parallel to the auxiliary lines (5) and (4).
  • the fact that the horizon (6) is not horizontal gives the human observer an indication that the roll angle under which this image was taken deviates from zero and the camera (8) is turned to the left.
  • FIG. 3 A representation of the scene represented by the camera image in bird's eye view is shown in FIG. 3.
  • This representation of the represented by the camera image scene in bird's eye view (birdview or top down view) with markers and signatures (S1-S6) in world coordinates can be done from the 3ildkoordinaten with a step size of eg 5cm by a back projection, the from the image model the camera (8) was ermit ⁇ telt taking into account the actual estimated roll angle.
  • the signatures (S1-S6) on the road surface are extracted from this representation.
  • the distance (d) of a signature (S1-S6) to the camera (8) in the direction of the vehicle longitudinal axis in world coordinates is determined therefrom.
  • the position of this signature (S1-S6) in world coordinates is predicted for a later time considering the vehicle's airspeed (v).
  • the later time At is chosen so that at this later time At a subsequent image with the Ka mera (8) is recorded.
  • v the vehicle's airspeed
  • the image taken at the later time At is not shown.
  • the actual distance (d_meas) of this signature (S1-S6) in world coordinates is measured from the corresponding representation of the image taken at the later time dt.
  • the ratio of the predicted to measured Signa ⁇ turabending is averaged for the left and the right half (d_meas_links / d_est and d_meas_rechts / d_est).
  • an update of the estimated roll angle value may be performed as follows: • If d_meas_links / d_est> d_meas_right / d_est, the roll angle is increased by a correction angle.
  • the correction angle may be a predetermined constant value (e.g., 0.05 ° or 0.1 °) that determines the resolution of the roll angle estimate, or the correction angle may assume a value proportional to the amount of (d_meas_links / d_est-d_meas_right / d_est).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung des Rollwinkels in einem fahrenden Fahrzeug (7) mit den folgenden Schritten. In Schritt a) wird mit einer Kamera (8) eine Bilderfolge von der Fahrzeugumgebung, insbesondere von der vorausliegenden Fahrbahn (1) aufgenommen. In Schritt b) wird aus den Kamerabildern wird mindestens eine Signatur (S1-S6) auf der Fahrbahnoberflache extrahiert, also ermittelt und getrackt (verfolgt). Aus der veränderten Position der mindestens einen Signatur (S1-S6) in einem oder mehreren darauffolgenden Kamerabild(ern) wird in Schritt c) ermittelt, in welche Richtung die Kamera (8) bzgl. des Rollwinkels gedreht ist. Der Betrag des Rollwinkels wird in Schritt d) geschätzt. Hierzu wird entweder in Schritt d1) unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und eines Abbildungsmodells der Kamera (8) der Rollwinkel direkt geschätzt oder in Schritt d2) wird der Rollwinkel iterativ um einen vorgegebenen Korrekturwinkel erhöht oder erniedrigt, bis der Rollwinkel die Drehung der Kamera (8) hinreichend kompensiert. Hieraus ergibt sich der geschätzte Rollwinkel als Gesamtkorrekturwert.

Description

Verfahren zur Schätzung des Rollwinkels in einem fahrenden
Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung des Rollwinkels mit einer Kamera in einem fahrenden Fahrzeug und findet z.B. Anwendung in Fahrzeugen, die mit Fahrerassistenzfunktionen ausgestattet sind.
Zu Fahrerassistenzfunktionen zählen beispielsweise Verkehrszeichenerkennung, automatische Lichtsteuerung, Fahrzeug- und Fußgängererkennung, Nachtsichtsysteme, Abstandsregeltempomat (ACC) , Einparkhilfe oder -automatik und Spur- findung .
Spurfindungssysteme benötigen die genaue Kenntnis der Ein¬ baulage der Kamera im Fahrzeug, um Spurbreite, Spurablage und den Gierwinkel zu schätzen. Im speziellen sind dies die Höhe, sowie den Roll- (oder Wank-) , Nick- und Gierwinkel der Kamera, welche in der Regel durch eine aufwendige Bandende- bzw. Servicekalibrierung ermittelt werden müssen.
Spurfindungssysteme sind zwar in der Lage den Nick- und Gierwinkel zu schätzen, jedoch nur für den Fall, dass der Rollwinkel bekannt ist, da aus Fehlern im Rollwinkel Fehler im Nick- und Gierwinkel resultieren. Der Rollwinkel wird auch als Wankwinkel bezeichnet.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Ein grundlegendes Problem ist, dass auch bei einer sorgfäl¬ tigen Kalibrierung der Kameraeinbaulage nach dem Einbau in ein Fahrzeug zum einen ein geringer Fehler im Rollwinkel auftreten kann, der dann erhalten bleibt, und zum anderen spätere Änderungen der Einbaulage der Kamera oder bei¬ spielsweise eine ungleiche Beladung des Fahrzeugs zu einer Abweichung des Rollwinkels führen können.
Die DE 10 2006 018 978 AI zeigt ein Verfahren zur Bestimmung des dynamischen Wankwinkels unter Verwendung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Gierrate und der spezifi¬ schen Wankfedersteifigkeit des Fahrzeugs.
Es ist die Aufgabe der hier vorgestellten Erfindung ein Verfahren zur Schätzung des Rollwinkels anzugeben, das in einem fahrenden Fahrzeug eine aktuelle und präzise Rollwin¬ kelschätzung ermöglicht.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfah¬ ren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es wird ein Verfahren zur Schätzung des Rollwinkels in ei¬ nem fahrenden Fahrzeug angegeben mit den folgenden Schrit¬ ten. In Schritt a) wird mit einer Kamera eine Bilderfolge von der Fahrzeugumgebung, insbesondere von der vorausliegenden Fahrbahn aufgenommen. In Schritt b) wird aus den Ka¬ merabildern wird mindestens eine Signatur auf der Fahrbahn¬ oberfläche extrahiert, also ihre Form und Position ermit- telt und getrackt (verfolgt) . Eine Signatur ist eine Struktur auf der Fahrbahnoberfläche, beispielsweise der Anfang oder das Ende einer Markierung auf der Fahrbahn. Aus der veränderten Position der mindestens einen Signatur in einem oder mehreren darauffolgenden Kamerabild (ern) wird in Schritt c) ermittelt, in welche Richtung die Kamera bezüglich des Rollwinkels gedreht ist.
Der Betrag des Rollwinkels wird in Schritt d) geschätzt. Hierzu wird entweder in Schritt dl) unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit (des eigenen Fahrzeugs) und ei¬ nes Abbildungsmodells der Kamera der Rollwinkel direkt geschätzt oder in Schritt d2) wird der Rollwinkel iterativ um einen Korrekturwinkel erhöht oder erniedrigt, bis der Rollwinkel die Drehung der Kamera kompensiert. Bei der iterativen Rollwinkelschätzung wird der Rollwinkel zu Beginn des Verfahrens bevorzugt auf Null geschätzt. Im Laufe des Verfahrens wird der (aktuell geschätzte) Rollwinkel so lange um einen Korrekturwinkel entsprechend der in Schritt c) festgestellten Drehrichtung korrigiert, bis aus der veränderten Position der mindestens einen Signatur in einem oder mehreren darauffolgenden Kamerabild (ern) geschlossen wird, dass der Rollwinkel die Drehung der Kamera hinreichend kompensiert. Eine hinreichende Kompensation kann darin gesehen werden, dass der korrigierte Rollwinkel im Rahmen der Winkelauflösung nicht mehr von Null abweicht (z.B. Abweichung kleiner 0.1° oder 0.5°) Hieraus ergibt sich der absolut geschätzte Roilwinkel als Gesamtkorrekturwert , indem die Anzahl der durchgeführten Korrekturen mit dem vorgegebenen Korrekturwinkel multipliziert wird oder bei variierten Kor- rekturwinkelwerten als Summe der insgesamt vorgenommenen Korrekturen .
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Rollwinkel im fahrenden Fahrzeug aktuell und präzise geschätzt werden kann. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird keine Vorrichtung zur Gierratenbestimmung benötigt. Bei Testläufen konnte eine Rollwinkelabweichung von bis zu sieben Grad durch das Verfahren geschätzt und kompensiert werden.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass im Falle eines Rollwinkels von Null alle Punkte innerhalb einer Zei¬ le eines von der Kamera aufgenommenen Bildes, die die Oberfläche der Fahrbahn darstellen, in Weltkoordinaten eine identische Entfernung zur Kamera in der Projektion der Fahrzeuglängsrichtung aufweisen. Diese Überlegung beruht auf der Annahme, dass die Straße im Wesentlichen eben ist. Dies entspricht einer „Fiat earth geometry"-Annahme für die Straße. Unter Weltkoordinaten werden hierbei die Koordinaten im realen Raum verstanden, im Gegensatz zu den Bildkoordinaten, die beispielsweise durch Zeilen und Spalten des Kamerabildes gegeben sind. Ein Abbildungsmodell der Kamera gibt an, wie Punkte im realen Raum (Weltkoordinaten) auf das Bild abgebildet werden (Bildkoordinaten) . Punkte, deren Bildkoordinaten bekannt sind, können bei Kenntnis eines vollständigen Abbildungsmodells der Kamera auf Objektpunkte in Weltkoordinaten zurückproj i ziert werden. Da die Signaturen per Definition auf der Fahrbahnoberfläche liegen können und angenommen wird, dass die Fahrbahnoberfläche eben verläuft, genügt eine einfache Rückprojektion, um die Lage einer Signatur in Weltkoordinaten zu ermitteln. Im Rahmen der Erfindung interessiert insbesondere die Kompo¬ nente in Fahrzeuglängsrichtung des Abstands zwischen einem Punkt auf der Fahrbahnoberfläche und der Kamera im realen Raum.
Ein Rollwinkel ungleich Null führt dazu, dass Punkte inner¬ halb einer Zeile eines von der Kamera aufgenommenen Bildes, die die Oberfläche der Fahrbahn darstellen, in Weltkoordinaten eine steigende oder abnehmende Entfernung in der Projektion der Fahrzeuglängsrichtung haben. Sind beispielswei¬ se Fahrbahnpunkte, die im Bild in einer Zeile liegen, im realen Raum von links nach rechts immer weiter entfernt, so ist die Kamera bezogen auf ihre Blickrichtung nach links gedreht .
Um für Bildpunkte die Entfernung in der Projektion der Fahrzeuglängsrichtung zu ermitteln, können insbesondere aus dem optischen Fluss der Bildpunkte die Länge der Flussvektoren analysiert werden. Sind beispielsweise die vertikalen Komponenten der Flussvektoren von Fahrbahnpunkte, die im Bild in einer Zeile liegen, von links nach rechts zuneh¬ mend, so ist die Kamera nach rechts gedreht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in Schritt dl) unter Berücksichtigung eines Abbildungsmodells der Kamera der Abstand einer Signatur zur Kamera in Fahrzeuglängsrichtung ermittelt wird. Hierzu kann beispielsweise eine Repräsentation der im Kamerabild ermit¬ telten Signatur (en) in Vogelperspektive durch Rückpro ekti- on erstellt werden und der Abstand zwischen Signatur und Kamera in Fahrzeuglängsrichtung aus dieser Repräsentation ermittelt werden.
Bevorzugt wird aus dem ermittelten Abstand der Signatur (zur Kamera in Fahrzeuglängsrichtung) und der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Abstand der Signatur nach einer Zeit At prädiziert .
Bevorzugt wird aus einem darauffolgenden Bild, das eine Zeit At nach dem ersten Bild aufgenommen wurde, der Abstand derselben Signatur zur Kamera in Fahrzeuglängsrichtung durch Rückprojektion gemessen.
Bevorzugt wird aus einer Abweichung des gemessenen Abstands zum prädizierten Abstand unter Berücksichtigung eines Abbildungsmodells der Kamera der Rollwinkel geschätzt. Hierbei wird angenommen, dass die Prädiktion einen Abstand mit Rollwinkel Null liefert und bei einer Abweichung kann der Rollwinkel direkt ermittelt werden, bei dem von der Kamera ein Abstand gemessen worden wäre, der dem prädizierten Abstand entspricht.
Eine Unsicherheit beim Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit kann hierbei zu Folgefehlern bei der Rollwinkelschätzung führen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird daher ein bekannter Fehler im Sinne einer vorangegangenen Messunsicherheit bei der Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Schätzung des Rollwinkels berücksichtigt und der resultie- rende Rollwinkelfehler geschätzt, insbesondere mittels ei¬ nes Kaiman-Filters.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in Schritt b) mindestens eine erste Signatur in der linken Bildhälfte und im selben oder einem darauffolgenden Bild mindestens eine zweite Signatur in der rechten Bildhälfte ermittelt und verfolgt.
Zudem wird die Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt der jeweiligen Aufnahme des Kamerabildes gespeichert.
In Schritt c) wird für jede Signatur separat unter Berücksichtigung der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit und des Abbildungsmodells mit dem aktuell geschätzten Rollwinkel der Kamera eine Prädiktion des Signaturabstands durchgeführt. Der Signaturabstand wird jeweils in einem darauffolgenden Bild gemessen. Es wird ermittelt, in welche Richtung die Kamera (der Rollwinkel) gedreht ist, indem die Abweichung des prädizierten Signaturabstands mit dem gemessenen Signaturabstand für die erste mit der Abweichung für den Signaturabstand der zweiten Signatur verglichen wird.
Der Rollwinkel wird gemäß Schritt d2) iterativ geschätzt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass Fehler der Fahrzeuggeschwindigkeit durch den Vergleich von rechter und linker Signaturabweichung kompensiert werden können. Somit bietet dieses Verfahren ein hohes Maß an Genauigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) mindestens eine erste Signatur im linken und im selben oder einem darauffolgenden Bild eine zweite Signatur im rechten unteren Bildquadranten ermittelt und verfolgt. Zudem wird die Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt der jeweiligen Aufnahme des Kamerabildes gespeichert.
In Schritt c) wird für jede der Signaturen die Änderung der vertikalen Signaturposition im Bild ins Verhältnis gesetzt zur jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit. Dieses Verhältnis wird für beide Bildhälften verglichen, wobei gefolgert wird, dass die Kamera bezogen auf ihre Blickrichtung in die Richtung der Bildhälfte gedreht ist, in der dieses Verhältnis größer ist.
Der Rollwinkel wird gemäß Schritt d2) iterativ geschätzt. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass sich Fehler in der absoluten Fahrzeuggeschwindigkeit kaum auswirken.
Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Vorrichtung zur Schätzung des Rollwinkels in einem fahrenden Fahrzeug mit einer Kamera und mit Mitteln zur erfindungsgemäßen Schät- zung des Rollwinkels.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und Figuren erläutert.
Fig. 1: Diagramm eines Verfahrens zur Rollwinkelschätzung
Fig. 2: Kamerabild einer Fahrbahn mit Signaturen
Fig. 3: Repräsentation der durch das Kamerabild wiedergegebenen Szene in Vogelperspektive
Das Flussdiagramm in Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Schätzung des Rollwinkels. In einem fahrenden Fahrzeug wird in Schritt a) mit einer Kamera (8) ein Bild von der Fahrzeugumgebung aufgenommen, das die vorausliegende Fahrbahn umfasst. In Schritt b) wird aus dem Kamerabild mindestens eine Signatur (S1-S6) auf der Fahrbahnoberfläche ermittelt und deren Position im Bild bestimmt. Sine Signatur (S1-S6) ist eine Struktur auf der Fahrbahnoberfläche, beispielsweise der Anfang (S2, S4) oder das Ende (S3) einer Markierung auf der Fahrbahn. In einem folgenden Schritt a) wird ein weiteres Bild aufgenommen, aus dem die aktuelle Position der Signatur (S1-S6) im Bild ermittelt wird. Aus der veränderten Position der mindestens einen Signatur (S1-S6) wird in Schritt c) ermittelt, ob und in welche Richtung die Kamera (8) bzgl. des Rollwinkels ge¬ dreht ist. Ist die Kamera (8) gedreht, wird der Rollwinkel in Schritt d) korrigiert. Die Schätzung des Rollwinkels er¬ gibt sich aus der Summe der Korrekturen in Schritt d) .
Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Kamerabild der Fahrzeugumge¬ bung wie es in Schritt a) aufgenommen wird. Das Fahrzeug fährt auf einer Fahrbahn (1), die durch eine linke (2) und eine rechte (3) durchgehende Fahrbahnmarkierung begrenzt ist. Die Mitte der Fahrbahn (1) ist durch einen gestrichelten Mittelstreifen markiert. Auf der Fahrbahnoberfläche ist eine Vielzahl von Signaturen zu erkennen. Die Signaturen
(S1-S6) sind in der Figur gekennzeichnet. Die Detektion der Signaturen (S1-S6) erfolgt in Schritt b) . Die Signatur (Sl) ist eine zusätzliche Markierung auf der linken Fahrbahnseite. Die Signaturen (S2) und (S ) bzw. (S3) sind der Anfang bzw. das Ende von Mitteistreifenmarkierungen. Die Signatur
(S5) ist ein Riss des Fahrbahnbelags und die Signatur (S6) ist eine Struktur auf der rechten durchgehenden Fahrbahnmarkierung (3), beispielsweise eine Verschmutzung oder ein Loch derselben. Die Hilfslinien (4) und (5) markieren die horizontale bzw. vertikale Bildmitte. Die Bildzeilen und - spalten verlaufen parallel zu den Hilfslinien (5) und (4). Die Tatsache, dass der Horizont (6) nicht horizontal verläuft, liefert dem menschlichen Betrachter einen Hinweis darauf, dass der Rollwinkel unter dem dieses Bild aufgenommen wurde von Null abweicht und die Kamera (8) nach links gedreht ist.
Eine Repräsentation der durch das Kamerabild wiedergegebenen Szene in Vogelperspektive zeigt Fig. 3.
Die Erstellung dieser Repräsentation der durch das Kamerabild wiedergegebenen Szene in Vogelperspektive (birdview bzw. top down view) mit Markierungen und Signaturen (S1-S6) in Weltkoordinaten kann aus den 3ildkoordinaten mit einer Schrittweite von z.B. 5cm erfolgen durch eine Rückprojektion, die aus dem Abbildungsmodell der Kamera (8) unter Berücksichtigung des aktuell geschätzten Rollwinkels ermit¬ telt wurde.
Die Signaturen (S1-S6) auf der Fahrbahnoberfläche werden aus dieser Repräsentation extrahiert. Der Abstand (d) einer Signatur (S1-S6) zur Kamera (8) in Richtung der Fahrzeuglängsachse in Weltkoordinaten wird hieraus bestimmt.
Die Position dieser Signatur (S1-S6) in Weltkoordinaten wird für einen späteren Zeitpunkt unter Berücksichtigung der Eigengeschwindigkeit (v) des Fahrzeuges prädiziert. Der spätere Zeitpunkt At wird dabei so gewählt, dass zu diesem späteren Zeitpunkt At ein darauffolgendes Bild mit der Ka- mera (8) aufgenommen wird. Der spätere Zeitpunkt At ist al¬ so um ein Vielfaches des Kehrwerts der 3ildfrequenz später (z.B. 40ms) als der Zeitpunkt t=0 der Aufnahme des ersten Bildes (Fig. 2). Das zum späteren Zeitpunkt At aufgenommene Bild ist nicht dargestellt.
Eine Prädiktion zu einem Zeitpunkt At für eine Signatur (S1-S6) , deren Abstand zur Kamera (8) zum Zeitpunkt t=0 in Weltkoordinaten d_0 beträgt ergibt sich beispielsweise aus: d_est = d_0 - v-At
wobei v die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, die zum Zeitpunkt t=0 ermittelt wurde.
Der tatsächliche Abstand (d_meas) dieser Signatur (S1-S6) in Weltkoordinaten wird aus der entsprechenden Repräsentation des zu dem späteren Zeitpunkt dt aufgenommenen Bildes gemessen .
Das Verhältnis von gemessenem zu prädiziertem Signaturab¬ stand wird ermittelt: d_meas/d_est .
Auf diese Weise können gemäß einer weiteren Ausführungsform so lange Signaturen in der linken (S1-S3) und in der rech¬ ten (S4-S6) Bildhälfte analysiert werden, bis eine ausrei¬ chende Zahl N an Prädiktionen und Messungen (z.B. N=10 oder N=50) von Signaturabstandsänderungen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Bildern für die linke (N_links > N) und für die rechte (N_rechts > N) Bildhälfte durchgeführt wurde. Das Verhältnis der prädizierten zu gemessenen Signa¬ turabstände wird für die linke und die rechte Bildhälfte gemittelt (d_meas_links/d_est und d_meas_rechts/d_est ) . Dann kann eine Aktualisierung des geschätzten Rollwinkelwerts folgendermaßen durchgeführt werden: • Falls d_meas_links/d_est > d_meas_rechts/d_est , wird der Rollwinkel um einen Korrekturwinkel erhöht.
• Falls d_meas_links/d_est < d_meas_rechts/d_est , wird der Rollwinkel um einen Korrekturwinkel verringert .
• Andernfalls wird der Rollwinkel beibehalten.
Der Korrekturwinkel kann einen vorgegebenen konstanten Wert (z.B. 0.05° oder 0.1°) betragen, der die Auflösung der Rollwinkelschätzung bestimmt, oder der Korrekturwinkel kann einen Wert annehmen, der proportional zum Betrag von (d_meas_links/d_est - d_meas_rechts/d_est ) ist.
Durch die Bildung des Verhältnisses von gemessenem (d_meas) zu prädiziertem (d_est) Signaturabstand werden die Einflüs¬ se einer Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs berücksichtigt .
Bezugszeichen
1 Fahrbahn
2 Linke durchgehende Fahrbahnmarkierung
3 Rechte durchgehende Fahrbahnmarkierung
4 Horizontale Bildmitte
5 Vertikale Bildmitte
6 Horizont
7 Fahrzeug
8 Kamera
S1-S6 Signatur 1 bis 6
d Abstand Signatur zu Kamera in Richtung der
Fahrzeuglängsachse in Weltkoordinaten v Fahrzeuggeschwindigkeit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Schätzung des Rollwinkels in einem fahrenden Fahrzeug (7) mit einer Kamera (8) umfassend die folgenden Schritte:
a) mit der Kamera (8) wird eine Bilderfolge von der Fahrzeugumgebung aufgenommen,
b) aus den Kamerabildern wird mindestens eine Signatur (S1-S6) auf der Fahrbahnoberfläche ermittelt und verfolgt (getrackt)
c) aus der veränderten Position der mindestens einen Signatur (S1-S6) in einem oder mehreren darauffolgenden Kamerabild (ern) wird ermittelt, in welche Rollwinkelrichtung die Kamera (8) gedreht ist d) der Betrag des Rollwinkels wird
1) unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und eines Abbildungsmodells der Kamera (8) direkt geschätzt oder
2) iterativ um einen Korrekturwinkel korrigiert bis der geschätzte Rollwinkel die Drehung der Kamera (8) hinreichend kompensiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt dl) unter Berücksichtigung eines Abbildungsmodells der Kamera (8) der Abstand (d) mindestens einer Signatur
(S1-S6) zur Kamera (8) in Fahrzeuglängsrichtung bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei aus dem ermittelten Abstand (d) der Signatur (S1-S6) und der Fahrzeugge- schwindigkeit (v) ein Abstand (d_est) der Signatur (sl-S6) nach einer Zeit At prädiziert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei aus einem darauffolgenden Bild, das eine Zeit At nach dem ersten aufgenommen wurde, der Abstand (d_meas) derselben Signatur (S1-S6) zur Kamera (8) in Fahrzeuglängsrichtung durch Rückprojektion gemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei aus einer Abwei¬ chung des gemessenen Abstands (d_meas) zum prädi- zierten Abstand (d_est) unter Berücksichtigung eines Abbildungsmodells der Kamera (8) der Rollwinkel ge¬ schätzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
in Schritt b) mindestens eine erste Signatur (S1-S3) in der linken Bildhälfte und im selben oder einem darauffolgenden Bild eine zweite Signatur (S4-S6) in der rechten Bildhälfte ermittelt und verfolgt wird, zudem die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) zum Zeitpunkt der jeweiligen Aufnahme des Kamerabildes gespeichert wird,
in Schritt c) für jede Signatur (S1-S6) separat unter Berücksichtigung der jeweiligen Fahrzeugge¬ schwindigkeit (v) und eines Abbildungsmodells der Kamera (8) eine Prädiktion des Signaturabstands (d_est) durchgeführt wird und der Signaturabstand (d_meas) in einem darauffolgenden Bild gemessen wird und ermittelt wird, in welche Richtung die Kamera (8) gedreht ist, indem die Abweichung des prädizier- ten Signaturabstands (d_est) mit dem unter Berück¬ sichtigung des aktuell geschätzten Rollwinkels gemessenen Signaturabstand (d_meas) in beiden Bildhälften verglichen wird, und
der Rollwinkel gemäß Schritt d2 ) iterativ geschätzt wird .
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
in Schritt b) mindestens eine erste Signatur (S1-S3) im linken und im selben oder einem darauffolgenden Bild eine zweite Signatur (S4-S6) im rechten unteren Bildquadranten ermittelt und verfolgt wird und zudem die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) zum Zeitpunkt der jeweiligen Aufnahme des Kamerabildes gespeichert wird,
in Schritt c) für jede der Signaturen (S1-S6) die Änderung der Signaturposition im Bild ins Verhältnis gesetzt wird zu der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und dieses Verhältnis für beide Bildhälften verglichen wird, wobei gefolgert wird, dass die Kamera (8) in die Richtung der Bildhälfte gedreht ist, in der dieses Verhältnis größer ist, und
der Rollwinkel gemäß Schritt d2 ) iterativ geschätzt wird .
8. Vorrichtung zur Schätzung des Rollwinkels in einem fahrenden Fahrzeug (7) umfassend eine Kamera (8) und eine Auswerteeinheit mit Mitteln zur Schätzung des Rollwinkels nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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