WO2014019574A1 - Verfahren zur darstellung einer fahrzeugumgebung mit positionspunkten - Google Patents

Verfahren zur darstellung einer fahrzeugumgebung mit positionspunkten Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to the technical field of representation of structures in the surroundings of a vehicle as a database for driver assistance systems with machine perception.
  • the invention relates to a method and a device for displaying a vehicle environment (2) for a vehicle (1) with a sensor system (5) for environment detection, the vehicle environment (2) having a predefined fixed set of position points (in this application, equivalent to particles ) is described.
  • the environment representation as a fixed particle quantity has the advantage of an always constant amount of data, which is used for the storage and transmission of the
  • the proposed invention is thus advantageous in a transmission of environmental data in a vehicle, for example, from a first evaluation that calculates an environment representation, to a second unit, which is designed for example as a control device for a driver assistance function. It is also advantageous that the administration and access of this data structure can be carried out very efficiently on the software side.
  • the set amount of position points is also used very densely in those places where extensive structural descriptions are required. This results in a highly efficient use of the memory reserved for the representation and the bandwidth for its transmission.
  • the position points are stochastically distributed in a predeterminable detection area.
  • the method provides that the particles are arranged based on the data of the sensor system for detecting the surroundings in the detection area (2), wherein the distribution of the position points in the detection area as a function of detected structures in the vehicle environment.
  • FIG. 2 shows schematically that one sensor model is created per sensor and then a plurality of sensor models (6) are combined.
  • a simple method for merging (fusing) the particles of several sensors is to accumulate all the particles obtained from the various sensors (sensor models) in a common representation on a cycle-by-cycle basis.
  • a cycle is a predetermined period of time.
  • the position points are updated every cycle.
  • this method can be used for merging the particles of a plurality of sensors whose viewing ranges do not overlap or only slightly overlap in order to maintain a high accuracy of the merged representation.
  • the total number of particles in this case is constant and equal to the sum of the number of particles of the fused sensors.
  • the reduction in the number of particles can be carried out, for example, by obtaining the particles for the reduction in addition to their parameters, a weighting factor.
  • a particle of the fused overall representation is obtained, e.g. the more particles there are in the sensor presentation in its environment, the higher the weight.
  • a new particle set is generated by randomly drawing new particles from the initial representation (sensor representation) until the predetermined quantity has been reached, the probability of occurrence of a particle in the reduced representation being proportional to the weight in the initial representation.
  • weighting factor may depend on the state quantity or quantities derived therefrom, e.g. a higher weighting factor at high gradient of the course of the state variable.
  • the state variables of a particle of the reduced representation can be determined from the neighboring particles by interpolation (eg constant, linear, guadratical).

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung für ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem zur Umfelderfassung angegeben. Dazu wird die Fahrzeugumgebung mit einer vorgegebenen festen Menge von Positionspunkten (Partikeln) beschrieben.

Description

Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung mit Positionspunkten
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Repräsentation von Strukturen in der Umgebung eines Fahrzeuges als Datenbasis für Fahrerassistenzsysteme mit maschineller Wahrnehmung.
Für Fahrerassistenzsysteme, die auf SensorSystemen zur
Umfelderfassung basieren, ist die Modellierung und Darstellung der Fahrzeugumgebung von großer Bedeutung. Eine Möglichkeit der Darstellung ist ein Belegungsgitter, in dem die Fahrzeugumgebung in äguidistante Gitterzellen aufgeteilt wird und jede Gitterzelle mit einer Information z.B. belegt oder unbelegt versehen wird. Ein alternativer Ansatz ist die Darstellung in einer dichten Umfeldrepräsentation. Hier wird eine Belegungsinformation über einen definierten Bereich im Umfeld des Fahrzeuges aus den Sonsordaten gewonnen und in eine Belegungskarte eingetragen. Eine solche Darstellung erlaubt eine mittelbare Einschätzung des zur Verfügung stehenden Manöverraumes.
Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung anzugeben.
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung (2) für ein Fahrzeug (1) mit einem Sensorsystem (5) zur Umfelderfassung angegeben, wobei die Fahrzeugumgebung (2) mit einer vorgegebenen festen Menge von Positionspunkten (in dieser Anmeldung gleichbedeutend mit Partikeln) beschrieben wird. Die Umfeldrepräsentation als feste Partikelmenge besitzt den Vorteil einer immer gleichbleibenden Datenmenge, die zur Speicherung und Übertragung des
Umfeldmodells benötigt wird. Dies gilt insbesondere wenn Komprimierungsverfahren zur Reduzierung der zu übertragenden Daten angewendet werden, die die redundante Übertragung von Zellen- gruppen vermeiden, die den gleichen Wert aufweisen. Dabei sind die zu übertragenen Datenmengen über zeitlich folgende Pakete nicht konstant. Dies führt zu Problemen bei einer seriennahen Auslegung von Kommunikationskanälen insbesondere bei zeitdefinierten Lösungen wie z.B. FlexRay. Insbesondere ist die vorgeschlagenen Erfindung also vorteilhaft bei einer Übertragung der Umfelddaten in einem Fahrzeug, z.B. von einer ersten Auswerteeinheit, die eine Umfelddarstellung berechnet, zu einer zweiten Einheit, die z.B. als Steuergerät für eine Fahrerassistenzfunktion ausgebildet ist. Vorteilhaft ist zudem, dass Verwaltung und Zugriff dieser Datenstruktur softwareseitig sehr effizient durchzuführen. Die festgelegte Menge an Positionspunkten wird außerdem genau an den Stellen besonders dicht verwendet, an denen umfangreiche strukturelle Beschreibungen notwendig sind. Dies führt zu einer hocheffizienten Nutzung des für die Repräsentation vorgehaltenen Speichers und der Bandbreite für deren Übertragung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Positionspunkt (Partikel) mit einer frei definierbaren Anzahl von Attributen versehen, die eine Eigenschaft des Fahrzeugumfelds an der Position des Positionspunktes darstellen. Ein Attribut ist eine Positionsangabe, die die Lage des Positionspunkts relativ zu einem Egofahrzeug angibt. Die Lage kann z.B. durch Abstand, Winkel, Raumkoordinaten o.ä. angegeben werden.
In einer positiven Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest ein Positionspunkt (Partikel) bevorzugt jedoch eine Mehrzahl von Positionspunkten/ alle Positionspunkte mit zumindest einem weiteren Attribut versehen, das eine Eigenschaft des Fahrzeugumfelds an der Position des Positionspunktes darstellt. Das weitere Attribut gibt z.B. eine Höhe über dem Boden oder einen Wert für eine Überfahrbarkeit an. Z.B. kann eine Höhe bzw. Tiefe einer Bodenwelle, die Tiefe eines Straßengrabens, ein Bauzaun (nicht überfahrbar), eine durchgezogene Fahrbahnmarkierung (nicht überfahrbar), eine gestrichelte Fahrbahnmarkierung (überfahrbar), eines Objekts auf oder neben der Fahrbahn, z.B. eine Coladose (überfahrbar), ein anderes Fahrzeug (nicht überfahrbar) als Attribut zum Positionspunkt angegeben werden .
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahren werden -falls keine Informationen über eine Umgebungsstruktur (4) vorliegen, was insbesondere beim Neustart des Erfassungssystems (5) der Fall ist - die Positionspunkte stochastisch in einem vorgebaren Erfassungsbereich verteilt sind. Eine solche Verteilung
(3) ist beispielhaft in Figur 1 dargestellt.
Insbesondere sieht das Verfahren vor, dass die Partikel basierend auf den Daten des Sensorsystems zur Umfelderfassung im Erfassungsbereich (2) angeordnet werden, wobei die Verteilung die Positionspunkte im Erfassungsbereich in Abhängigkeit von erkannten Strukturen im Fahrzeugumfeld erfolgt. Strukturen
(4) , die nicht oder nur eingeschränkt überfahrbar sind werden mit einer hohen Dichte an Positionspunkten dargestellt. Eine solche Verteilung ist beispielhaft in Fig. 3 dargestellt.
Vorzugsweise umfasst das Sensorsystem (5) zur Umfelderfassung zumindest einen Radarsensor. Hier werden die Positionspunkte in Abhängigkeit von einer reflektierten Radar Strahlung angeordnet, insbesondere in Abhängigkeit von der Amplitude bzw. Energie der reflektierten RadarStrahlung .
Der Radarsensor detektiert ortslokalisierbar eine Energiemenge, die insbesondere als Indikator für die Existenz und Massivität typischer Umfeldstrukturen wie etwa Baustellenwände oder Warnbaken genutzt werden kann. Eine einfache Interpretation der Sensordaten, also das spezifische Sensormodell (6), bedeu- tet in diesem Fall eine Verteilung der verfügbaren Menge an Positionspunkten analog zur zurückgestrahlten Energie und gemäß der Position der Reflexion.
Vorzugsweise wird das Verfahren angewendet, wenn das Sensorsystem (5) zur Umfelderfassung eine Mehrzahl von verschiedenartigen Sensoren umfasst. Für jeden Sensor bzw. jede Sensorart ist ein spezifisches Sensormodell ( 6 ) zur Verteilungsanpassung der Positionspunkte vorgesehen. Das Sensormodell (6) bildet die erkannten Strukturen über eine entsprechende Verteilungsanpassung der Partikel in der Umfeldrepräsentation ab. Um Daten über die Struktur (4) der Umgebung in die
Umfelddarstellung einzutragen, muss für jeden Sensor ein spezifisches Sensormodell ( 6 ) existieren, welches dessen Detekti- onsmöglichkeiten und -leistungsfähigkeiten berücksichtigt. Ein Sensormodell für einen Radarsensor wurde beispielhaft weiter oben beschrieben.
In Fig. 2 ist schematisch dargestellt, dass pro Sensor ein Sensormodell erstellt wird und danach eine Mehrzahl von Sensormodellen (6) zusammengeführt wird.
Ein einfaches Verfahren für das Zusammenführen (fusionieren) der Partikel mehrerer Sensoren besteht darin, alle von den verschiedenen Sensoren (Sensormodellen) erhaltenen Partikel in einer gemeinsamen Darstellung zyklenweise zu akkumulieren. Als Zyklus wird eine vorgegebene Zeitdauer bezeichnet. Vorzugsweise werden die Positionspunkte in jedem Zyklus aktualisiert. Dieses Verfahren kann insbesondere für das Zusammenführen der Partikel mehrerer Sensoren, deren Sichtbereiche sich nicht oder nur geringfügig überlappen verwendet werden, um eine hohe Genauigkeit der fusionierten Darstellung beizubehalten. Die Gesamtzahl der Partikel ist in diesem Fall konstant und gleich der Summe der Partikelzahlen der fusionierten Sensoren.
Bei stark überlappenden Sichtbereichen führt eine einfache Akkumulation zu einem erhöhten Ressourcenverbrauch verglichen mit der PartikeldarStellung eines Einzelsensors. Um den Ressourcenverbrauch zu limitieren, kann für die Fusion eine Darstellung mit reduzierter Partikelzahl gewählt werden. Die Verteilung dieser Partikel wird bei der Fusion so angepasst, dass sie die kumulierte Verteilung der zu fusionierenden
PartikeldarStellungen möglichst gut approximiert.
Die Reduktion der Partikelzahl kann beispielsweise durchgeführt werden, indem die Partikel für die Reduktion zusätzlich zu ihren Parametern einen Gewichtungsfaktor erhalten. Dabei erhält ein Partikel der fusionierten Gesamtdarstellung z.B. ein umso höheres Gewicht, je mehr Partikel sich in der Sensordarstellung in seiner Umgebung befinden. Für die reduzierte Gesamtdarstellung wird ein neues Partikelset erzeugt, indem zufällig neue Partikel bis zum Erreichen der vorgegebenen Menge aus der Ausgangsdarstellung ( Sensordarstellung) gezogen werden, wobei die Auftretenswahrscheinlichkeit eines Partikels in der reduzierten Darstellung dem Gewicht in der Ausgangsdarstellung proportional ist.
Desweiteren kann der Gewichtungsfaktor von der Zustandsgröße oder daraus abgeleiteten Größen abhängen, z.B. ein höherer Gewichtungsfaktor bei hohem Gradient des Verlaufs der Zustandsgröße .
Die Zustandsgrößen eines Partikels der reduzierten Darstellung (z.B. Belegungswahrscheinlichkeit oder Höhe) können aus den benachbarten Partikeln durch Interpolation (z.B. konstant, linear, guadratisch) bestimmt werden.
Liste der Bezugszeichen
1 Egofahrzeug
2 Bereich der Umfeldpräsentation
3 Stochastische Verteilung der Positionspunkte
4 Strukturen
5 Sensoren
6 Sensormodelle
7 Fusionierte PartikeldarStellung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Darstellung einer Fahrzeugumgebung für ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem zur Umfelderfassung dadurch gekennzeichnet, dass
die Fahrzeugumgebung mit einer vorgegebenen festen Menge von Positionspunkten (Partikeln) beschrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Positionspunkten mit einer frei definierbaren Anzahl von Attributen versehen ist, wobei ein Attribut eine Positionsangabe ist, die die Lage zu einem Egofahrzeug angibt .
3. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Positionspunkten mit zumindest einem weiteren Attribut versehen ist, wobei dieses Attribut eine Höhe über dem Boden oder einen Wert für eine Überfahrbarkeit angibt .
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
falls keine Informationen über eine Umgebungs struktur vorliegen, insbesondere beim Start des Verfahrens, die Positionspunkte stochastisch in einem vorgebaren Erfassungsbereich verteilt sind.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikel basierend auf den Daten des Sensorsystems zur Umfelderfassung im Erfassungsbereich angeordnet werden, wobei die Verteilung die Positionspunkte in Abhängigkeit von erkannten Strukturen im Fahrzeugumfeld erfolgt .
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Sensorsystem zur Umfelderfassung zumindest einen Radarsensor umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikel in Abhängigkeit von einer örtlich
reflektierten RadarStrahlung, insbesondere in
Abhängigkeit von der Amplitude oder Energie der refelektierten RadarStrahlung, im
Erfassungsbereich angeordnet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Bereich, in dem die Amplitude oder Energie der reflektierte RadarStrahlung einen hohen Wert einnimmt mehr Partikel angeordnet werden als in einem Bereich in dem die Energie der reflektierte RadarStrahlung einen niedrigen Wert einnimmt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sensorsystem zur Umfelderfassung eine Mehrzahl von verschiedenartige Sensoren umfasst
dadurch gekennzeichnet, dass
für jeden Sensor bzw. jede Sensorart ein spezifisches Sensormodell zur Verteilungsanpassung der Positionspunkte vorgesehen ist, wobei die Verteilung der Positionspunkte in Abhängigkeit von Strukturen, insbesondere erhabenen Strukturen, im Fahrzeugumfeld erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der verschiedenartigen Sensoren fusioniert werden, indem die Partikel jedes Sensors in einer gemeinsamen (fusionierten) Darstellung zyklenweise akkumuliert werden
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anzahl der Positionspunkte der fusionierten Darstellung limitiert wird, indem für die fusionierte Gesamtdarstellung eine geringere Anzahl der Positionspunkte als für die akkumulierten Sensordarstellungen gewählt wird und insbesondere diese reduzierte Anzahl der Positionspunkte so angepasst wird, dass sie die akkumulierte Darstellung bestmöglich approximiert
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Reduktion der Anzahl der Positionspunkte erzielt wird, indem jeder Positionspunkt der Ausgangsdarstellung (Sensordarstellung) ein Gewicht erhält,
und das Gewicht in Abhängigkeit von einem oder beiden der folgenden Parameter bestimmt wird
i) der Anzahl benachbarter Positionspunkte und
ii) einer aus einer gespeicherten Zustandgröße, z.B. eine Belegungswahrscheinlichkeit oder Höhe,
und für eine fusionierte Darstellung die Positionspunkte gemäß ihres Gewichts berücksichtigt werden, bis die vorgegebene Menge an Positionspunkten erreicht ist.
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