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WO2010099847A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer sichtweite für ein fahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer sichtweite für ein fahrzeug Download PDF

Info

Publication number
WO2010099847A1
WO2010099847A1 PCT/EP2010/000316 EP2010000316W WO2010099847A1 WO 2010099847 A1 WO2010099847 A1 WO 2010099847A1 EP 2010000316 W EP2010000316 W EP 2010000316W WO 2010099847 A1 WO2010099847 A1 WO 2010099847A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
vehicle
contrast
visibility
determined
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/000316
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thanh-Binh To
Wojciech Waclaw Derendarz
Henry Türmer
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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 Volkswagen Aktiengesellschaft filed Critical Volkswagen Aktiengesellschaft
Publication of WO2010099847A1 publication Critical patent/WO2010099847A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/55—Depth or shape recovery from multiple images
    • G06T7/593—Depth or shape recovery from multiple images from stereo images
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10004—Still image; Photographic image
    • G06T2207/10012—Stereo images
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR 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 present invention relates to a method and a device for determining a visibility for a vehicle, which can be used, for example, to control fog lamps or an automatic cruise control system of the vehicle.
  • a detection of off-vehicle conditions which limit the driver's visibility, such as Fog, smoke, heavy rain, heavy snowfall can contribute significantly to improving traffic safety.
  • driver assistance systems such as an automatic cruise control system, an automatically controlled rear fog light or automatically controlled fog lights are automatically adjusted depending on the specific visibility, thereby relieving the driver and increasing driving safety is achieved.
  • the driver can be issued a warning, for example in the event of sudden fog, so that the driver can adjust his speed and an accident and especially a heavy pile-up can be prevented.
  • DE 10 2008 003 948 A1 discloses a device that detects the presence of a component that interferes with a view of space that is present in front of a vehicle.
  • the ingredient results from a natural appearance in the room and may include, for example, fog.
  • the apparatus includes means for acquiring an image of the space, means for extracting a reference image, means for estimating the brightness values, means for detecting an obstacle, means for masking, means for calculating reliability, means for calculating a Total brightness intensity and means for determining.
  • the means for detecting the mapping of the space is used to detect the image seen from the vehicle and composed of a group of pixels having brightness values.
  • the means for extracting the reference image is used to extract the reference image from the map generated by the means for detecting the image is detected.
  • the reference image includes a portion of the map of the space located a predetermined distance away from the vehicle.
  • the means for estimating the brightness values is used to estimate the brightness values of the groups of bump elements in the reference image.
  • the obstacle estimating means is used to detect the obstacle from the reference image to obtain a contour of the obstacle in the reference image.
  • the means for masking is applied to mask a region including the image of the obstacle in the reference image in accordance with the contour of the obstacle detected by the obstacle detection block to produce a masked reference image.
  • the means for calculating the reliability is applied to calculate the reliability of determining the existence of the component based on the area which is masked in generating the masked reference image.
  • the means for calculating the total brightness intensity is applied to calculate the total brightness intensity as a function of the brightness values of the groups of pixels in the masked reference image to achieve the total brightness intensity.
  • the means for determining is applied to determine the existence of the component in accordance with the total intensity intensity calculated by the total brightness calculation block and the reliability of determining the existence of the component calculated by the reliability calculation block.
  • EP 1 498 721 A1 discloses a device for detecting fog for a vehicle.
  • the device comprises a camera having a plurality of pixels arranged in array form, the camera capturing a part of its surroundings, in particular the area in front of a vehicle.
  • the device further comprises an image evaluation unit for evaluating an image captured by the camera and for this purpose compares the brightness value of each pixel of the camera with a presettable minimum brightness value.
  • a fog indicating output signal is output when none of the pixels has a brightness value smaller than the minimum brightness value.
  • this device is not suitable for determining a visibility.
  • the device is highly dependent on the intensity of the environment, which may compromise the reliability of fog detection.
  • DE 695 04 761 T2 discloses a method for detecting the presence of fog or smoke in the vicinity of a motor vehicle.
  • the procedure will require at least At least one image of a spatial area is taken, the contrast of at least part of the image is analyzed, and a signal for detecting fog or smoke is sent as a function of this analysis.
  • a characteristic of a number of white pixels and a characteristic of a number of black pixels are determined, and this value is compared with thresholds. If one of these values of pixel counts is greater than its threshold, it is assumed that there is no fog.
  • the disclosed method does not provide a way to determine a current visibility.
  • DE 102 19 788 C1 discloses a method and a device for vision measurement with image sensor systems which consist of at least two image sensors which record substantially the same scene. Objects are detected from the image sensor signals, their distance to the image sensor system is calculated, the object contrast is determined and the visibility is determined.
  • the method requires reliable object detection and is based on the assumption that the two detected objects have the same contrast, that is, that the contrast differences observed in the image are due to differences in separation only.
  • DE 103 03 046 A1 discloses a method and a device for the quantitative estimation of the visibility in vehicles.
  • Image data from the environment are recorded and evaluated to estimate the visibility.
  • at least one region of a captured image is evaluated to form a characteristic measure, to this measure by means of a reference that sets the measure in relation to a sight, determines a visibility and uses the determined visibility for output and / or control of vehicle components.
  • the evaluation of the image data is preferably carried out on the basis of a measure of the sharpness or the contrast of the image.
  • the environment of the vehicle is illuminated, detects the backscattered light and formed an intensity-dependent measure of the detected backscattered light to determine the visibility.
  • Object of the present invention is to provide a simple and inexpensive method and a corresponding device for determining a visibility for a vehicle, in particular in a visual obstruction by fog, smoke and the like.
  • a method for determining a range of visibility for a vehicle comprises capturing image information of an environment of the vehicle by means of an image capture device. From the image information, image portions are determined which have a contrast that is greater than a predetermined contrast threshold value. For the particular image sections, a distance between the image capture device and the location in the environment corresponding to the image section is determined in each case. Finally, the largest of the specific distances is determined as a measure of the visibility.
  • the image capture device may be e.g. a stereo camera, so that the distances can be determined by means of a stereo method from the image information.
  • the image information may, for example, have a multiplicity of image points arranged, for example, in array form, and an image section may comprise two adjacent image points of the image information, such that a contrast of the image section comprises the contrast of the two neighboring pixels.
  • the stereo camera which can also be used, for example, for other functions of the vehicle, e.g. a roadway or driving tube detection, is a cost-effective detection of the image information available.
  • the method does not require a transmitting unit, which illuminates, for example, an area in the vicinity of the vehicle, whereby the cost of implementing the method can be kept low.
  • no transmitting unit i.e., the method is based on passive sensing, interference with oncoming traffic is excluded.
  • the contrast is determined directly by comparing adjacent pixels, no reference data is necessary.
  • no object detection is necessary since the method operates on a pixel level and not on an object level. As a result, no high computing power is required, whereby the process is quick and inexpensive to implement.
  • the contrast calculation is independent of the exposure control of the camera and thus the visibility estimate of the exposure control of the camera is independent. As a result, the method can be reliably used in a wide variety of weather conditions and at different times of the day.
  • the contrast may be determined using a logarithmic image processing model.
  • logarithmic image processing models are also known as logarithmic image processing models, so-called LIP models, and offer independence from the exposure control of the camera. Investigations have shown that a con- threshold value in the range of 3% to 10%, in particular a contrast threshold value with a value of 5% are suitable for classifying an object as being visible.
  • the method comprises filtering the determined visibility with a statistical method, for example filtering with a Kalman filter. This can increase the robustness of the system.
  • a vehicle device such as a vehicle. a fog lamp, a fog lamp, an automatic cruise control system or a warning device for the driver of the vehicle, driven.
  • a vehicle device such as a vehicle. a fog lamp, a fog lamp, an automatic cruise control system or a warning device for the driver of the vehicle, driven.
  • the driver can be relieved.
  • the warning device the driver can be notified in good time to a dangerous situation with visual impairment, whereby the traffic safety can be increased.
  • an apparatus for determining a visibility of a vehicle includes an image capture device for acquiring image information of an environment of the vehicle and a processing unit coupled to the image capture device.
  • the processing unit determines those image portions having a contrast which is greater than a predetermined contrast threshold from the "image information. Furthermore, determines the processing unit for each of the predetermined image portions respectively, a distance between the image capture device and those points in the surroundings of the vehicle, which the From the distances thus determined to the locations in the environment corresponding to the particular image sections, the greatest distance is determined as a measure of the visibility.
  • a device configured as described above can be used to carry out the methods described above and therefore also includes the advantages described above in connection with the methods.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a device for determining a visibility for a vehicle according to the present invention.
  • Fig. 2 shows a vehicle having a device for determining a visibility according to the present invention on a roadway.
  • Fig. 1 shows a device 1 for determining a visibility for a vehicle.
  • the device 1 comprises an image capture device 2, 3 for acquiring image information of an environment of the vehicle.
  • the image capture device 2, 3 in the present embodiment comprises two cameras 2, 3, which are arranged as a stereo camera arrangement on the vehicle.
  • the cameras 2, 3 are preferably arranged on a front side of the vehicle such that they can receive an area in the direction of travel in front of the vehicle.
  • the device 1 further comprises a processing unit 4, which is coupled to the stereo camera arrangement 2, 3.
  • the processing unit 4 comprises, for example, a microprocessor computing unit which is suitable for processing image information.
  • the stereo camera arrangement 2, 3 supplies, for example, image information of the surroundings of the vehicle in the form of pixels which are arranged in a matrix arrangement, a so-called array arrangement. Each pixel includes a brightness value and possibly a color information of a corresponding location of the surroundings of the vehicle.
  • the processing unit 4 includes a 3D reconstruction unit and a contrast calculation unit.
  • the contrast values between in each case two adjacent pixels are calculated and those positions of the camera image are determined at which the contrast is greater than, for example, 5%.
  • the contrast formula of the Logarithmic Image Processing Model is used to ensure independence from the exposure control of the camera. Visibility was defined by the World Metereological Organization as the maximum distance at which a black object has a contrast of at least 5% on clear skies. Therefore, in the present embodiment, a contrast threshold of 5% was used.
  • the contrast C is defined by the Weber contrast definition as follows:
  • L 0 is the luminance of the object and I_ B is the luminance of the immediately adjacent background.
  • the LIP model establishes a consistency with Weber's definition of contrast and the LIP model can be used as a definition for the term "visibility.”
  • the contrast between two adjacent pixels is calculated in the LIP model M] f ⁇ x, y) -f (x ', y) C MM M-min (f (x, y), f (x > , y ⁇ )) W
  • M is the maximum possible gray value of a pixel in the image
  • f (x, y) and f (x ', y') are the gray values of two adjacent pixels defined in the LIP model with the positions (x, y) and (* ', /).
  • the inverted brightness values are used as gray values. Due to the previously described contrast formula of the LIP model, the contrast determination is independent of an exposure control of the stereo camera arrangement 2, 3.
  • the contrast calculation unit of the processing unit 4 all sections or regions of the image information are determined in which the contrast for each two adjacent pixels according to equation (2) is greater than 5%.
  • a distance determination is carried out by means of a stereo method for the image section or image regions of the image information which have a contrast of more than 5%.
  • the distances thus determined are supplied to a vision estimation unit of the processing unit 4.
  • the vision estimation unit the largest of the determined distances is determined and used as a measure of the visibility.
  • the specific visibility can be filtered by statistical methods, for example with a Kalman filter.
  • a cruise control system 6 or a warning device 7 can then be activated.
  • the fog lamp 5 may for example comprise both fog lamps and a rear fog lamp of the vehicle.
  • the fog lights and / or the rear fog light can be switched on and off individually and automatically. Thereby, the driver of the vehicle is relieved of the operation of corresponding operating devices of the vehicle and it is avoided that the driver of the vehicle forgets to switch the fog lamps on or off when fog comes up or there is no more fog.
  • a maximum speed to which the vehicle can be adjusted, depending on the specific visibility can be limited.
  • FIG. 2 shows a vehicle 10 equipped with a device 1 for determining a visibility for the vehicle 10.
  • the device 1 comprises, as described in connection with FIG. 1, the stereo camera arrangement 2, 3 and a processing unit not shown in FIG. 2.
  • the vehicle 10 is located on a carriageway 11 and moves in the illustration of Fig. 2 from right to left.
  • the stereo camera arrangement 2, 3 is arranged on the vehicle 10 in such a way that it detects a surrounding area of the vehicle 10 in the direction of travel in front of the vehicle 10.
  • a traffic sign 12 on the right-hand lane edge of the lane 11 there is inter alia a traffic sign 12 on the right-hand lane edge of the lane 11, an oncoming vehicle 13, a tree 14 and a vehicle 15 traveling in front.
  • image information of the surroundings of the vehicle 10 is detected by the stereo camera device 2, 3 and provided to the processing unit 4.
  • the processing unit 4 analyzes the image information on a pixel basis to determine areas or pixel pairs which exceed a predetermined contrast threshold of, for example, 5%.
  • a predetermined contrast threshold for example, 5%.
  • an LIP model is used which ensures a contrast determination independently of the exposure control of the camera.
  • the processing device 4 determines contrast values, for example for pixels which correspond to the traffic sign 12 and for pixels which correspond to the oncoming vehicle 13 of more than 5%. For pixels which correspond to the tree 14 or the preceding vehicle 15, contrast values of less than 5% are determined in the present visual situation.
  • the processing unit 4 uses the stereo method and the two cameras 2, 3 to determine distances to the locations in the surroundings of the vehicle which correspond to the image sections or Pixels with more than 5% contrast. In the present case, therefore, the distances di and d 4 are determined.
  • the distances d 2 and d 3 are not determined since the pixels of the tree 14 and the preceding vehicle 15 are not sufficiently contrasted (ie, less than 5%).
  • the maximum of the certain distances d ⁇ d 4 is determined.
  • d 4 is the largest of the specific distances.
  • the distance d 4 is determined.
  • an automatic cruise control system or warning devices for the driver can be controlled.
  • the view improves such that also pixels that represent the preceding vehicle 15 have a contrast value of more than 5%. sen, so the distance d 3 is determined as the measure of the visibility and driven the devices of the vehicle accordingly.
  • contrast threshold of 5% was used to determine the range of vision in the preceding description, other contrast thresholds may be used, for example in a range of 3-10%.
  • image processing models than the previously described LIP model can be used to determine a contrast between adjacent pixels or in image portions of the image information.
  • the stereo camera arrangement 2, 3 and the processing unit 4 connected thereto can also be used for other functions, so-called driver assistance functions of the vehicle, such as an obstacle object detection and a roadway and driving route detection.
  • Image acquisition device Image acquisition device Processing unit Fog light Cruise control Warning device Vehicle Lane Traffic sign oncoming vehicle, tree driving vehicle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug (10). Bei dem Verfahren wird eine Bildinformation einer Umgebung des Fahrzeugs (10) mit Hilfe einer Bilderfassungsvorrichtung (2, 3) erfasst. Von der Bildinformation werden diejenigen Bildabschnitte bestimmt, die einen Kontrast aufweisen, welcher größer als ein vorbestimmter Kontrastschwellenwert ist. Für die so bestimmten Bildabschnitte werden jeweils Entfernungen (d1-d4) zwischen jeweils der Bilderfassungsvorrichtung (2, 3) und Stellen (12-15) in der Umgebung, welche den Bildabschnitten entsprechen, bestimmt. Die größte der bestimmten Entfernungen (d1-d4) wird als Maß für die Sichtweite bestimmt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug, welche beispielsweise zur Ansteuerung von Nebelleuchten oder einer automatischen Geschwindigkeitsregelanlage des Fahrzeugs verwendet werden können.
Eine Erfassung von Zuständen außerhalb des Fahrzeugs, welche die Sichtweite des Fahrers einschränken, wie z.B. Nebel, Rauch, starker Regen, starker Schneefall, kann zur Verbesserung der Verkehrssicherheit erheblich beitragen. Zum einen können Fahrerassistenzsysteme, wie z.B. eine automatische Geschwindigkeitsregelanlage, eine automatisch angesteuerte Nebelschlussleuchte oder automatisch angesteuerte Nebelscheinwerfer, in Abhängigkeit der bestimmten Sichtweite automatisch eingestellt werden, wodurch eine Entlastung des Fahrers und eine Erhöhung der Fahrsicherheit erreicht wird. Darüber hinaus kann dem Fahrer beispielsweise bei plötzlich auftretendem Nebel eine Warnung ausgegeben werden, so dass der Fahrer seine Geschwindigkeit anpassen kann und ein Unfall und insbesondere eine schwere Massenkarambolage verhindert werden können.
Bisherige Sensoren zur Sichtweitenmessung, die außerhalb von Fahrzeugen zum Einsatz kommen, sind so genannten Scatter- oder Transmissionsmeter. Diese speziellen Geräte zur Sichtweitenerkennung benötigen jedoch zur korrekten Messung ein großes freies Areal. Darüber hinaus sind sie unhandlich sowie teuer in der Anschaffung und zudem schlecht in einem Fahrzeug zu integrieren.
Die DE 10 2008 003 948 A1 offenbart eine Vorrichtung, die das Vorhandensein eines Bestandteils erfasst, der eine Raumsicht beeinträchtigt, welche vor einem Fahrzeug vorhanden ist. Der Bestandteil ergibt sich aus einer natürlichen Erscheinung in dem Raum und kann beispielsweise Nebel umfassen. Die Vorrichtung beinhaltet eine Einrichtung zum Erfassen einer Abbildung des Raums, eine Einrichtung zum Extrahieren einer Referenzabbildung, eine Einrichtung zum Schätzen der Helligkeitswerte, eine Einrichtung zum Erfassen eines Hindernisses, eine Einrichtung zum Maskieren, eine Einrichtung zum Berechnen einer Zuverlässigkeit, eine Einrichtung zum Berechnen einer Gesamthelligkeitsintensität und eine Einrichtung zum Bestimmen. Die Einrichtung zum Erfassen der Abbildung des Raums wird angewendet, um die Abbildung zu erfassen, die von dem Fahrzeug gesehen und aus einer Gruppe von Bildelementen besteht, die Helligkeitswerte aufweisen. Die Einrichtung zum Extrahieren der Referenzabbildung wird angewendet, um die Referenzabbildung aus der Abbildung zu extrahieren, die von der Einrichtung zum Erfassen der Abbildung erfasst wird. Die Referenzabbildung beinhaltet einen Abschnitt der Abbildung des Raums, der sich in einem vorbestimmten Abstand entfernt von dem Fahrzeug befindet. Die Einrichtung zum Schätzen der Helligkeitswerte wird angewendet, um die Helligkeitswerte der Gruppen der Büdelemente in der Referenzabbildung zu schätzen. Die Einrichtung zum Schätzen des Hindernisses wird angewendet, um das Hindernis von der Referenzabbildung zu erfassen, um eine Kontur des Hindernisses in der Referenzabbildung zu erzielen. Die Einrichtung zum Maskieren wird angewendet, um einen Bereich, der das Bild des Hindernisses in der Referenzabbildung beinhaltet, in Übereinstimmung mit der Kontur des Hindernisses zu maskieren, das von dem Hindernis-Erfassungsblock erfasst wird, um eine maskierte Referenzabbildung zu erzeugen. Die Einrichtung zum Berechnen der Zuverlässigkeit wird angewendet, um die Zuverlässigkeit eines Bestimmens des Vorhandenseins des Bestandteils auf der Grundlage des Bereichs zu berechnen, welcher beim Erzeugen der maskierten Referenzabbildung maskiert wird. Die Einrichtung zum Berechnen der Gesamthelligkeitsintensität wird angewendet, um die Gesamthelligkeitsintensität als eine Funktion der Helligkeitswerte der Gruppen der Bildelemente in der maskierten Referenzabbildung zu berechnen, um die Gesamthelligkeitsintensität zu erzielen. Die Einrichtung zum Bestimmen wird angewendet, um das Vorhandensein des Bestandteils in Übereinstimmung mit der Gesamthelligkeitsintensität, die von dem Gesamthelligkeitsberechnungsblock berechnet wird, und die Zuverlässigkeit eines Bestimmens des Vorhandenseins des Bestandteils zu bestimmen, die von dem Zuverlässig- keitsberechnungsblock berechnet wird. Das in der DE 10 2008 003 948 A1 offenbarte Verfahren liefert zwar eine zuverlässige Bestimmung, ob Nebel vorhanden ist, benötigt dazu jedoch aufwändige und komplexe Bildanalysen, welche eine Objektbestimmung beinhalten. Darüber hinaus benötigt die Vorrichtung verschiedene Sensoren, wie z.B. eine Kamera und einen Abstandsradar, wodurch die Vorrichtung verhältnismäßig kostspielig ist.
Die EP 1 498 721 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erkennung von Nebel für ein Fahrzeug. Die Vorrichtung umfasst eine Kamera, welche eine Vielzahl von in Array-Form angeordneten Pixeln aufweist, die Kamera erfasst einen Teil ihrer Umgebung, insbesondere den Bereich vor einem Fahrzeug. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Bildauswerteeinheit zur Auswertung eines von der Kamera erfassten Bilds und vergleicht dazu den Helligkeitswert eines jeden Pixels der Kamera mit einem vorgebaren Mindesthelligkeitswert. Ein Nebel-anzeigendes Ausgangssignal wird ausgegeben, wenn keines der Pixel einen Helligkeitswert aufweist, der kleiner als der Mindesthelligkeitswert ist. Diese Vorrichtung ist jedoch nicht zur Bestimmung einer Sichtweite geeignet. Darüber hinaus ist die Vorrichtung stark von der Intensität des Umgebungshchts abhängig, wodurch eine Zuverlässigkeit der Nebelerkennung beeinträchtigt sein kann.
Die DE 695 04 761 T2 offenbart ein Verfahren zum Feststellen des Vorhandenseins von Nebel oder Rauch im Bereich der Umgebung eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Verfahren wird mindes- tens ein Bild eines Raumbereichs aufgenommen, der Kontrast mindestens eines Teils des Bilds analysiert und in Abhängigkeit von dieser Analyse ein Signal zur Feststellung von Nebel oder Rauch gesendet. Für den analysierten Bildteil wird ein Kennwert einer Zahl von weißen Pixeln und ein Kennwert einer Zahl von schwarzen Pixeln bestimmt und dieser Wert mit Schwellenwerten verglichen. Wenn einer dieser Werte von Pixelzahlen größer als der ihm entsprechende Schwellenwert ist, wird davon ausgegangen, dass kein Nebel vorhanden ist. Das offenbarte Verfahren stellt jedoch keine Möglichkeit bereit, eine aktuelle Sichtweite zu bestimmen.
Die DE 102 19 788 C1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sichtweitenmessung mit Bildsensorensystemen, die aus wenigstens zwei Bildsensoren bestehen, die im Wesentlichen dieselbe Szene aufnehmen. Aus den Bildsensorsignalen werden Objekte erkannt, deren Abstand zum Bildsensorsystem berechnet, der Objektkontrast bestimmt und die Sichtweite ermittelt. Das Verfahren benötigt eine zuverlässige Objektdetektion und basiert auf der Annahmen, dass die zwei erfassten Objekte über den gleichen Kontrast verfügen, d.h., dass die im Bild festgestellten Kontrastunterschiede nur aufgrund von Entfemungsunterschieden entstanden sind.
Die DE 103 03 046 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Abschätzung der Sichtweite in Fahrzeugen. Bilddaten aus der Umgebung werden erfasst und zur Abschätzung der Sichtweite ausgewertet. Dabei wird zumindest ein Bereich eines erfassten Bilds zur Bildung einer charakteristischen Maßzahl ausgewertet, zu dieser Maßzahl mittels einer Referenz, welche die Maßzahl ins Verhältnis zu einer Sichtweite setzt, eine Sichtweite ermittelt und die ermittelte Sichtweite zur Ausgabe und/oder Steuerung von Fahrzeugkomponenten verwendet. Die Auswertung der Bilddaten wird vorzugsweise anhand einer Maßzahl für die Schärfe bzw. den Kontrast des Bilds vorgenommen. Ergänzend oder alternativ wird die Umgebung des Fahrzeugs beleuchtet, das rückgestreute Licht erfasst und eine intensitätsabhängige Maßzahl für das erfasste rückgestreute Licht zur Ermittlung der Sichtweite gebildet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug, insbesondere bei einer Sichtbehinderung durch Nebel, Rauch und dergleichen, bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zürn Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erfassen einer Bildinformation einer Umgebung des Fahrzeugs mit Hilfe einer Bilderfassungsvorrichtung. Aus der Bildinformation werden Bildabschnitte bestimmt, welche einen Kontrast aufweisen, welcher größer als ein vorbestimmter Kontrastschwellenwert ist. Für die bestimmten Bildabschnitte wird jeweils eine Entfernung zwischen der Bilderfassungsvorrichtung und der Stelle in der Umgebung, welche dem Bildabschnitt entspricht, bestimmt. Schließlich wird die größte der bestimmten Entfernungen als Maß für die Sichtweite bestimmt.
Die Bilderfassungsvorrichtung kann z.B. eine Stereokamera umfassen, so dass die Entfernungen mittels eines Stereoverfahrens aus der Bildinformation bestimmt werden können. Die Bildinformation kann beispielsweise eine Vielzahl von beispielsweise in Array-Form angeordneten Bildpunkten aufweisen und ein Bildabschnitt kann zwei benachbarte Bildpunkte der Bildinformation umfassen, so dass ein Kontrast des Bildabschnitts den Kontrast der beiden benachbarten Bildpunkte umfasst. Somit es auf einfache Art und Weise möglich, nicht nur Nebel festzustellen, sondern auch eine Sichtweite bei Nebel, Rauch, starkem Regen oder Schneefall und ^ dergleichen zu bestimmen. Durch die Verwendung der Stereokamera, welche beispielsweise auch für andere Funktionen des Fahrzeugs verwendet werden kann, wie z.B. eine Fahrbahnoder Fahrschlaucherkennung, steht eine kostengünstige Erfassung der Bildinformation zur Verfügung. Darüber hinaus benötigt das Verfahren keine Sendeeinheit, welche beispielsweise einen Bereich in der Umgebung des Fahrzeugs ausleuchtet, wodurch die Kosten zur Realisierung des Verfahrens gering gehalten werden können. Da keine Sendeeinheit notwendig ist, d.h., das Verfahren auf passiver Sensorik basiert, ist außerdem eine Beeinträchtigung des entgegenkommenden Verkehrs ausgeschlossen. Da der Kontrast direkt durch Vergleichen benachbarter Bildpunkte bestimmt wird, sind keine Referenzdaten notwendig. Außerdem ist keine Objektdetektion notwendig, da das Verfahren auf einer Bildpunktebene und nicht auf einer Objektebene arbeitet. Dadurch ist keine hohe Rechenleistung erforderlich, wodurch das Verfahren schnell und preiswert zu realisieren ist. Darüber hinaus ist die Kontrastberechnung von der Belichtungssteuerung der Kamera unabhängig und dadurch auch die Sichtweitenschätzung von der Belichtungssteuerung der Kamera unabhängig. Dadurch kann das Verfahren bei unterschiedlichsten Witterungsbedingungen und zu unterschiedlichen Tageszeiten zuverlässig eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausfύhrungsform kann der Kontrast mit Hilfe eines logarithmischen Bildverarbeitungsmodells bestimmt werden. Derartige Modelle sind auch unter dem Begriff Logarithmic Image Processing Models, so genannten LIP-Modellen, bekannt, und bieten eine Unabhängigkeit von der Belichtungssteuerung der Kamera. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Kon- trastschwellenwert im Bereich von 3% bis 10%, insbesondere ein Kontrastschwellenwert mit einem Wert von 5% geeignet sind, um ein Objekt als sichtbar einzustufen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Filtern der bestimmten Sichtweite mit einem statistischen Verfahren, beispielsweise ein Filtern mit einem Kaiman-Filter. Dadurch kann die Robustheit des Systems erhöht werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird in Abhängigkeit der bestimmten Sichtweite eine Fahrzeugvorrichtung, wie z.B. eine Nebelschlussleuchte, ein Nebelscheinwerfer, eine automatische Geschwindigkeitsregelanlage oder eine Warneinrichtung für den Fahrer des Fahrzeugs, angesteuert. Durch das automatische Ansteuern der Nebelleuchten und die automatische Einstellung der Geschwindigkeitsregelanlage kann der Fahrer entlastet werden. Durch die Warneinrichtung kann der Fahrer rechtzeitig auf eine gefährliche Situation mit Sichtbehinderung hingewiesen werden, wodurch die Verkehrssicherheit erhöht werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Bilderfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Bildinformation einer Umgebung des Fahrzeugs und eine Verarbeitungseinheit, welche mit der Bilderfassungsvorrichtung gekoppelt ist. Die Verarbeitungseinheit bestimmt aus "der Bildinformation diejenigen Bildabschnitte, die einen Kontrast aufweisen, welcher größer als ein vorbestimmter Kontrastschwellenwert ist. Weiterhin bestimmt die Verarbeitungseinheit für jeden der zuvor bestimmten Bildabschnitte jeweils eine Entfernung zwischen der Bilderfassungsvorrichtung und denjenigen Stellen in der Umgebung des Fahrzeugs, welche den bestimmten Bildabschnitten entsprechen. Aus den so bestimmten Entfernungen zu den Stellen in der Umgebung, welche den bestimmten Bildabschnitten entsprechen, wird die größte Entfernung als Maß für die Sichtweite bestimmt.
Eine Vorrichtung, welche wie zuvor beschrieben ausgestaltet ist, kann zur Durchführung der zuvor beschriebenen Verfahren verwendet werden und umfasst daher auch die zuvor im Zusammenhang mit den Verfahren beschriebenen Vorteile.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Sichtweite gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer Fahrbahn.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Bilderfassungsvorrichtung 2, 3 zum Erfassen einer Bildinformation einer Umgebung des Fahrzeugs. Die Bilderfassungsvorrichtung 2, 3 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform zwei Kameras 2, 3, welche als eine Stereokameraanordnung an dem Fahrzeug angeordnet sind. Die Kameras 2, 3 sind vorzugsweise an einer Vorderseite des Fahrzeugs derart angeordnet, dass sie einen Bereich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug aufnehmen können. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Verarbeituπgseinheit 4, welche mit der Stereokameraanordnung 2, 3 gekoppelt ist. Die Verarbeitungseinheit 4 umfasst beispielsweise eine Mikroprozessorrecheneinheit, welche zur Verarbeitung von Bildinformationen geeignet ist. Die Stereokameraanordnung 2, 3 liefert beispielsweise eine Bildinformation der Umgebung des ' Fahrzeugs in Form von Bildpunkten, welche in einer Matrixanordnung, einer so genannten Ar- ray-Anordnung, angeordnet sind. Jeder Bildpunkt umfasst dabei einen Helligkeitswert und eventuell eine Farbinformation einer entsprechenden Stelle der Umgebung des Fahrzeugs.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die Verarbeitungseinheit 4 eine 3D-Rekonstruktionseinheit und eine Kontrastberechnungseinheit.
In der Kontrastberechnungseinheit werden die Kontrastwerte zwischen jeweils zwei benachbarten Bildpunkten berechnet und diejenigen Stellen des Kamerabilds bestimmt, an denen der Kontrast größer als beispielsweise 5% ist. Dabei wird die Kontrastformel des Logarithmic Image Processing Models, des so genannten LIP-Modells, verwendet, um die Unabhängigkeit von der Belichtungssteuerung der Kamera zu gewährleisten. Von der World Metereological Organisation wurde die Sichtweite als die größte Entfernung definiert, bei der ein schwarzes Objekt auf klarem Himmel einen Kontrastwert von mindestens 5% aufweist. Daher wurde in der vorliegenden Ausführungsform ein Kontrastschwellenwert von 5% zu Grunde gelegt. Der Kontrast C ist durch die Weber"sche Kontrastdefinition folgendermaßen definiert:
Figure imgf000007_0001
Wobei L0 die Luminanz des Objekts und I_B die Luminanz des unmittelbar daran angrenzenden Hintergrunds ist. Durch das LIP-Modell wird eine Konsistenz mit der Weber'schen Kontrastdefinition hergestellt und das LIP-Modell kann als Definition für den Begriff „Sichtweite" benutzt werden. Der Kontrast zwischen zwei benachbarten Bildpunkten berechnet sich im LIP-Modell zu M]f{x,y)-f(x',y] CMM M-min(f(x,y),f(x>,y<)) W
Dabei ist M der im Bild maximal mögliche Grauwert eines Bildpunkts und f(x,y) und f(x',y') sind die im LIP-Modell definierten Grauwerte zweier benachbarter Bildpunkte mit den Positionen (x,y) bzw. (*',/). In diesem Modell werden als Grauwerte die invertierten Helligkeitswerte verwendet. Durch die zuvor beschriebene Kontrastformel des LIP-Modells ist die Kontrastbe- stimmung unabhängig von einer Belichtungssteuerung der Stereokameraanordnung 2, 3. In der Kontrastberechnungseinheit der Verarbeitungseinheit 4 werden alle Abschnitte oder Bereiche der Bildinformation bestimmt, in denen der Kontrast für jeweils zwei benachbarte Bildpunkte gemäß Gleichung (2) größer als 5% ist.
In der 3D-Rekonstruktionseinheit der Verarbeitungseinheit 4 werden mittels eines Stereoverfahrens für die Bildabschnitt oder Bildbereiche der Bildinformation, die einen Kontrast.von mehr als 5% aufweisen, jeweils eine Entfernungsbestimmung durchgeführt. Die so bestimmten Entfernungen werden einer Sichtweitenschätzeinheit der Verarbeitungseinheit 4 zugeführt. In der Sichtweitenschätzeinheit wird die größte der bestimmten Entfernungen ermittelt und als Maß für die Sichtweite verwendet. Um die Robustheit des Systems zu erhöhen, können die bestimmten Sichtweiten mit statistischen Verfahren gefiltert werden, beispielsweise mit einem Kaiman-Filter.
In Abhängigkeit der bestimmten Sichtweite können dann weitere Vorrichtungen des Fahrzeugs, wie z.B. eine Nebelleuchte 5, eine Geschwindigkeitsregelanlage 6 oder eine Warneinrichtung 7 angesteuert werden. Die Nebelleuchte 5 kann beispielsweise sowohl Nebelscheinwerfer als auch eine Nebelschlussleuchte des Fahrzeugs umfassen. In Abhängigkeit der bestimmten Sichtweite können dann die Nebelscheinwerfer und/oder die Nebelschlussleuchte individuell und automatisch ein- und ausgeschaltet werden. Dadurch wird der Fahrer des Fahrzeugs von der Betätigung entsprechender Bedienvorrichtungen des Fahrzeugs entlastet und es wird vermieden, dass der Fahrer des Fahrzeugs vergisst, die Nebelleuchten ein- bzw. auszuschalten, wenn Nebel aufkommt bzw. kein Nebel mehr vorhanden ist. Bei Fahrzeugen mit einer automatischen Geschwindigkeitsregelanlage 6, kann beispielsweise eine maximale Geschwindigkeit, auf die das Fahrzeug eingestellt werden kann, in Abhängigkeit der bestimmten Sichtweite begrenzt werden. Dadurch wird automatisch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei aufkommendem Nebel verringert, wodurch die Verkehrssicherheit erhöht werden kann. Schließlich kann eine Warneinrichtung 7, wie z.B. eine elektronische Anzeige in einem Armaturenbrett des Fahrzeugs, welche eine aktuelle Sichtweite in Metern anzeigt, oder ein akustisches Warnsignal, den Fahrer des Fahrzeugs auf eine verringerte Sichtweite aufmerksam machen, wodurch die Verkehrssicherheit erhöht wird. Fig. 2 zeigt ein Fahrzeug 10, welches mit einer Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Sichtweite für das Fahrzeug 10 ausgestattet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, die Stereokameraanordnung 2, 3 und eine in Fig. 2 nicht gezeigte Verarbeitungseinheit. Das Fahrzeug 10 befindet sich auf einer Fahrbahn 11 und bewegt sich in der Darstellung der Fig. 2 von rechts nach links. Die Stereokameraanordnung 2, 3 ist derart an dem Fahrzeug 10 angeordnet, dass sie einen Umgebungsbereich des Fahrzeugs 10 in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 10 erfasst. In dem Erfassungsbereich der Stereokameraanordnung 2, 3 befindet sich unter anderem ein Verkehrszeichen 12 am rechten Fahrbahnrand der Fahrbahn 11 , ein entgegenkommendes Fahrzeug 13, ein Baum 14 und ein vorausfahrendes Fahrzeug 15.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird von der Stereokameraanordnung 2, 3 eine Bildinformation der Umgebung des Fahrzeugs 10 erfasst und der Verarbeitungseinheit 4 bereitgestellt. Die Verarbeitungseinheit 4 analysiert die Bildinformation auf einer Bildpunktbasis, um Bereiche oder Bildpunktpaare zu bestimmen, welche einen vorgegebenen Kontrastschwellenwert von beispielsweise 5% überschreiten. Dazu wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, ein LIP-Modell verwendet, welches eine Kontrastbestimmung unabhängig von der Belichtungssteuerung der Kamera gewährleistet. Aufgrund von in Fig. 2 nicht gezeigtem Nebel, welcher sich zwischen dem Fahrzeug 10 und den weiteren Objekten 12-15 befindet, bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung 4 beispielsweise für Bildpunkte, welche dem Verkehrszeichen 12 entsprechen und für Bildpunkte, welche dem entgegenkommenden Fahrzeug 13 entsprechen, Kontrastwerte von mehr als 5%. Für Bildpunkte, welche dem Baum 14 oder dem vorausfahrenden Fahrzeug 15 entsprechen, werden hingegen bei der vorliegenden Sichtsituation Kontrastwerte von weniger als 5% ermittelt. Für die Bereiche oder Bildabschnitte der Bildinformation, welche einen Kontrast von mehr als 5% aufweisen, werden dann von der Verarbeitungseinheit 4 mit Hilfe des Stereoverfahrens und der beiden Kameras 2, 3 Entfernungen zu den Stellen in der Umgebung des Fahrzeugs ermittelt, welche den Bildabschnitten oder Bildpunkten mit mehr als 5% Kontrast entsprechen. Im vorliegenden Fall werden somit die Entfernungen di und d4 bestimmt. Die Entfernungen d2 und d3 werden hingegen nicht bestimmt, da die Bildpunkte des Baums 14 und des vorausfahrenden Fahrzeugs 15 keinen ausreichenden Kontrast aufweisen (d.h. kleiner als 5%). Nun wird das Maximum der bestimmten Entfernungen d^ d4 ermittelt. Im vorliegenden Beispiel ist d4 die größte der bestimmten Entfernungen. Somit wird als Maß für die Sichtweite für das Fahrzeug 10 die Entfernung d4 bestimmt. In Abhängigkeit dieser Entfernung können, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, Nebelschlussleuchten, eine automatische Geschwindigkeitsregelanlage oder Warneinrichtungen für den Fahrer angesteuert werden.
Verbessert sich die Sicht in dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel derart, dass auch Bildpunkte, welche das vorausfahrende Fahrzeug 15 darstellen, einen Kontrastwert von mehr als 5% aufwei- sen, so wird die Entfernung d3 als das Maß für die Sichtweite bestimmt und die Vorrichtungen des Fahrzeugs entsprechend angesteuert.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung ein Kontrastschwellenwert von 5% zur Bestimmung der Sichtweite verwendet wurde, können auch andere Kontrastschwellenwerte beispielsweise in einem Bereich von 3-10% verwendet werden. Darüber hinaus können auch andere Bildverarbeitungsmodelle als das zuvor beschriebene LIP-Modell verwendet werden, um einen Kontrast zwischen benachbarten Bildpunkten oder in Bildabschnitten der Bildinformation zu bestimmen. Darüber hinaus kann die Stereokameraanordnung 2, 3 sowie die daran angeschlossene Verarbeitungseinheit 4 auch für weitere Funktionen, so genannte Fahrerassistenzfunktionen, des Fahrzeugs verwendet werden, wie z.B. eine Hindernisobjekterkennung und eine Fahrbahn- und Fahrschlaucherkennung.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung Bilderfassungsvorrichtung Bilderfassungsvorrichtung Verarbeitungseinheit Nebelleuchte Geschwindigkeitsregelanlage Warneinrichtung Fahrzeug Fahrbahn Verkehrsschild entgegenkommendes Fahrzeug, Baum vorausfahrendes Fahrzeug

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug, umfassend:
- Erfassen einer Bildinformation einer Umgebung des Fahrzeugs (10) mit Hilfe einer Bilderfassungsvorrichtung (2, 3),
Bestimmen von Bildabschnitten der Bildinformation, die einen Kontrast aufweisen, welcher größer als ein vorbestimmter Kontrastschwellenwert ist,
Bestimmen von Entfernungen (drd4) zwischen jeweils der Bilderfassungsvorrichtung (2, 3) und Stellen (12-14) in der Umgebung, welche den Bildabschnitten entsprechen, und
- Bestimmen der größten der bestimmten Entfernungen (d!-d4) als Maß für die Sichtweite.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungsvorrichtung (2, 3) eine Stereokamera umfasst, und dass die Entfernungen (drd4) mittels eines Stereoverfahrens aus der Bildinformation bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bildabschnitt zwei benachbarte Bildpunkte der Bildinformation umfasst und ein Kontrast des Bildabschnitts den Kontrast der beiden benachbarten Bildpunkte umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrast mit Hilfe eines logarithmischen Bildverarbeitungsmodells bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrastschwellenwert einen Wert im Bereich von 3%-10% umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrastschwellenwert einen Wert von 5% umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Filtern der bestimmten Sichtweite mit einem statistischen Verfahren umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtern ein Filtern mit einem Kaiman-Filter umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren ein Ansteuern einer Fahrzeugvorrichtung (5-7) in Abhängigkeit der bestimmten Sichtweite umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugvoπϊchtung eine Nebelschlussleuchte (5), einen Nebelscheinwerfer (5), eine automatische Geschwindigkeitsregelanlage (6) und/oder eine Warneinrichtung (7) für den Fahrer des Fahrzeugs (10) umfasst.
11. Vorrichtung zum Bestimmen einer Sichtweite für ein Fahrzeug, umfassend:
- eine Bilderfassungsvorrichtung (2, 3) zum Erfassen einer Bildinformation einer Umgebung des Fahrzeugs (10), und
- eine Verarbeitungseinheit (4), welche mit der Bilderfassungsvorrichtung (2, 3) gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungseinheit (4) ausgestaltet ist:
- Bildabschnitte der Bildinformation zu bestimmen, die einen Kontrast aufweisen, welcher größer als ein vorbestimmter Kontrastschwellenwert ist, '
- Entfernungen (dτd4) zwischen jeweils der Bilderfassungsvorrichtung (2, 3) und Stellen (12-15) in der Umgebung, welche den bestimmten Bildabschnitten entsprechen, zu bestimmen, und
- die größte der bestimmten Entfernungen (d^d^ als Maß für die Sichtweite zu bestimmen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2-10 ausgestaltet ist.
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