DE102008059630A1

DE102008059630A1 - Verfahren zur Erkennung von Fahrzeuglichtern und Retroreflektoren mit einem Kamerasystem

Info

Publication number: DE102008059630A1
Application number: DE102008059630A
Authority: DE
Inventors: Carlos Almeida
Original assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Current assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-02
Also published as: US20110228089A1; WO2010060413A1; DE112009002511A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung von entgegenkommenden Fahrzeuglichtern (FL) und Retroreflektoren (R) bei Dunkelheit, die als Lichtflächen von einer in die Umgebung eines Fahrzeugs ausgerichteten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen werden. Die Bildaufnahmevorrichtung nimmt mindestens ein Bild der Fahrzeugumgebung auf. Das Bild wird durch eine Bildverarbeitung ausgewertet. Auf dem Bild befindliche Lichtflächen werden analysiert. Es wird eine Entscheidung getroffen, ob es sich bei einer Lichtfläche um ein Fahrzeuglicht (FL) oder einen Retroreflektor (R) handelt. Lichtflächen, deren optische Wechselwirkung mit anderen Objekten sich im Bild zeigt, werden als Fahrzeuglichter (FL) identifiziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung von entgegenkommenden Fahrzeuglichtern und Retroreflektoren bei Dunkelheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 auf dem Gebiet der automatischen Lichtsteuerung in Kraftfahrzeugen.
Die Erkennung von Fahrzeugen bei Nacht wird insbesondere bei einer automatischen Lichtsteuerung in einem Fahrzeug benötigt. Ziel einer automatischen Lichtsteuerung ist es, die Helligkeit und/oder Richtung der eigenen Fahrzeugscheinwerfer derart zu steuern, dass andere Verkehrsteilnehmer nicht geblendet werden.
Ein wichtiges Merkmal zur Erkennung von Fahrzeugen mittels einer Kamera bei Dunkelheit ist die Fahrzeugbeleuchtung von entgegenkommenden Fahrzeugen, die sich im Kamerabild durch Punkte hoher Intensität abbildet.
WO 2008/064621 A1 zeigt ein Verfahren zur Erkennung von Reflektoren und Fahrzeuglichtern mit einem Kamerasensorsystem in einer Fahrzeugumgebung. Hierzu wird eine Bilderfolge der Fahrzeugumgebung aufgenommen. Zumindest ein Lichtpunkt in der Bilderfolge wird verfolgt (getrackt). Die Intensität des Lichtpunkts in der Bilderfolge wird bestimmt und analysiert. Lichtpunkte oberhalb eines ersten Schwellwerts werden als Fahrzeuglichter und Lichtpunkte unterhalb eines zweiten Schwellwerts werden als Reflektoren erkannt.
Die Unterscheidung von Fahrzeugen und Retroreflektoren ist in vielen Fällen schwierig, da die charakterisierenden Klassifikator-Merkmale für diese beiden Klassen einander in manchen Situationen stark ähneln, wodurch es zu Fehlklassifikationen kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren anzugeben, das eine erhöhte Zuverlässigkeit der Unterscheidung zwischen entgegenkommenden Fahrzeuglichtern und Retroreflektoren bietet.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterscheidung von entgegenkommenden Fahrzeuglichtern und Retroreflektoren bei Dunkelheit, die als Lichtflächen von einer in die Umgebung eines Fahrzeugs ausgerichteten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen werden, umfasst die nachfolgend genannten Schritte.
Die Bildaufnahmevorrichtung, bei der es sich um ein analoges oder digitales Kamerasystem handelt, nimmt mindestens ein Bild der Fahrzeugumgebung auf. Das Bild wird durch eine Bildverarbeitung ausgewertet. Auf dem Bild befindliche Lichtflächen werden analysiert. Ziel der Analyse ist es, die optische Wechselwirkung von Lichtquellen mit anderen Objekten im Bild festzustellen.
Beispielsweise wird das Licht eines entgegenkommenden Fahrzeugs an Partikeln wie Staub oder Pollen oder an Wassertröpfchen, die sich in der Luft befinden, gestreut. Dies führt im Bild zu einem die Lichtquelle umgebenden Bereich, der heller als der Hintergrund ist. Die Intensität dieses Bereichs nimmt vom Rand der Lichtquelle aus kontinuierlich bis auf das Nivea der Hintergrundhelligkeit ab.
Ein anderes Beispiel einer optischen Wechselwirkung ist die Reflexion der Fahrzeuglichter an der Straßenoberfläche. Dadurch ergibt sich im Bild ein Bereich unterhalb der Fahrzeuglichter, in dem sich Lichtflächen befinden, die den gespiegelten Fahrzeuglichtern entsprechen.
Es wird basierend auf der Analyse eine Entscheidung getroffen, ob es sich bei einer Lichtfläche um ein Fahrzeuglicht oder einen Retroreflektor handelt. Zeigen sich Ergebnisse einer optischen Wechselwirkung einer Lichtquelle mit anderen Objekten, so wird die Lichtfläche auf dem Bild einem Fahrzeugscheinwerfer zugeordnet. Zeigt sich hingegen keine Wechselwirkung mit anderen Objekten, so wird diese Lichtfläche einem Retroreflektor zugeordnet. Ein Retroreflektor bewirkt eine Reflexion, bei der die Strahlung in Richtungen zurückgestrahlt wird, die der Anstrahlrichtung annähernd entgegengerichtet sind, wobei diese Art der Reflexion weitgehend unabhängig von der Anstrahlung ist. Insbesondere Verkehrsschilder, Leitpfosten und Fahrbahnmarkierungen sind in der Regel als Retroreflektoren ausgestaltet.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Lichtflächen, die im Bild auf der Straßenoberfläche gespiegelt sind, als Fahrzeuglichter identifiziert.
Retroreflektoren zeigen nahezu keine Reflexion an der Straßenoberfläche. Retroreflektoren erzeugen im Bild Lichtflächen, wenn sie von den Scheinwerfern des eigenen Fahrzeugs angestrahlt werden. Aufgrund des Standpunkts und der Anordnung der Retroreflektoren und der gerichteten Rückstrahlrichtung des Lichts durch die Retroreflektoren tritt keine Reflexion an der Straßenoberfläche auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der räumliche Verlauf der Intensität von Lichtflächen analysiert. Der Intensitätsverlauf kann vorzugsweise in Richtung der horizontalen Bildachse analysiert werden.
Bei Fahrzeuglichtern führt die Streuung, Beugung oder Reflexion an in der Luft befindlichen Partikeln wie Staub oder Pollen oder an Wassertröpfchen zu einem die Lichtfläche umgebenden Bereich im Bild, der heller als der Hintergrund ist. Die Intensität dieses Bereichs nimmt vom Rand der Lichtquelle aus graduell bzw. kontinuierlich bis auf das Nivea der Hintergrundhelligkeit ab.
Retroreflektoren zeigen sich im Bild als klar abgegrenzte Flächen mit hohem Kontrast zwischen Lichtfläche und Hintergrund. Der räumliche Verlauf der Intensität ist gekennzeichnet von unsteten bzw. sprunghaften Zu- oder Abnahmen am Randbereich. Die Ursache dafür liegt darin, dass Retroreflektoren nur gerichtet in Richtung der Scheinwerfer des eigenen Fahrzeugs und damit der Bildaufnahmevorrichtung zurückstrahlen.
Das Verfahren kann entsprechend einer weiteren Ausgestaltung zur Verifikation einer Erstklassifikation nach einem beliebigen Klassifikationsverfahren eingesetzt werden. Dazu werden Lichtflächen z. B. anhand der Intensität erstklassifiziert als Fahrzeuglichter bzw. Retroreflektoren.
Diese Erstklassifikation wird verifiziert durch das hier beschriebene Verfahren. Diese Verifikation erhöht die Zuverlässigkeit einer Erstklassifikation und kann Fehlklassifikationen gegebenenfalls korrigieren.
Die Erfindung schließt eine Vorrichtung zur Unterscheidung von Retroreflektoren und Fahrzeuglichtern bei Dunkelheit in einem Fahrzeugumfeld ein. Die Vorrichtung umfasst eine Bildaufnahmevorrichtung und eine Auswerteeinheit, die die von der Bildaufnahmevorrichtung erfassten Bilddaten auswertet und dazu eines der beschriebenen Verfahren anwendet.
Der Vorteil der Erfindung ist eine erhöhte Zuverlässigkeit der Klassifikation. Gegenüber Tracking-Verfahren bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass anhand eines einzelnen Bildes klassifiziert werden kann. Somit ist das Verfahren schnell. Wird eine Bilderfolge durch das erfindungsgemäße Verfahren analysiert, so wird die Zuverlässigkeit der Unterscheidung zwischen Fahrzeuglichtern und Retroreflektoren weiter optimiert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt Bilder eines entgegenkommenden Fahrzeugs.
2 zeigt ein Bild mit einem Retroreflektor am Straßenrand.
3 zeigt den räumlichen Intensitätsverlauf eines Fahrzeuglichts und eines Retroreflektors.
Auf den Bildern in 1a, 1b und 1c sind die Lichter eines entgegenkommenden Fahrzeugs (FL) im Fern-, Mittel- und Nahbereich als ein Paar von Lichtflächen mit zunehmender Größe zu erkennen. Unterhalb der Fahrzeuglichter (FL) ist jeweils ein weiteres Paar Lichtflächen zu erkennen. Diese Lichtflächen entstehen durch eine Reflexion der Fahrzeuglichter an der Straßenoberfläche (rFL). Das Auftreten von Reflexionen von Lichtflächen an der Straßenoberfläche (rFL) ist in diesem Ausführungsbeispiel das Kriterium dafür, dass die Lichtquelle der Lichtflächen Fahrzeuglichter (FL) sind. Zur Ergänzung des Kriteriums, dass die reflektierten Lichtflächen (rFL) unterhalb der Fahrzeuglichter (FL) auftreten, kann die Lage der Straßenoberfläche beispielsweise von einem Spurassisten ermittelt und bereitgestellt werden. So kann vorteilhaft ausgewertet werden, ob es sich bei Lichtflächen, die sich unterhalb von Fahrzeuglichtern (FL) befinden, tatsächlich um Reflexionen an der Straßenoberfläche (rFL) handelt.
Auf dem Bild in 2 ist ein Retroreflektor (R) am Straßenrand als Lichtfläche zu erkennen. Unterhalb des Retroreflektors (R) ist keine Reflexion auf der Straße (⌀) zu erkennen. Das liegt daran, dass der Retroreflektor (R) keine aktive Lichtquelle ist, sondern von den Scheinwerfern des Fahrzeugs angestrahlt wird und dieses Licht gerichtet reflektiert.
In den Bildern und Diagrammen in 3 wird der räumliche Verlauf der Intensität I(x) am Rand von Lichtflächen illustriert und analysiert. Das Bild in 3a entspricht dem in 1c dargestellten. Durch die Lichtfläche des Fahrzeuglichts (FL) eines entgegenkommenden Fahrzeugs wird in x-Richtung, die in diesem Ausführungsbeispiel der horizontalen Bildachse entspricht, der Verlauf der Intensität I(x) in einem Bereich um den Rand der Lichtfläche des Fahrzeuglichts (FL) analysiert. In 3c ist der Intensitätsverlauf I(x) des in 3a definierten Bereichs dargestellt. Man erkennt den allmählichen, kontinuierlichen Anstieg der Intensität (I), der sich fast auf den ganzen gewählten Bereich erstreckt. In 3e ist die räumliche Ableitung dI/dx der Intensität in x-Richtung, also der Intensitätsgradient für den Intensitätsverlauf nach 3c dargestellt. Man erkennt hier den kontinuierlichen Anstieg der Intensität I(x) an dem fast konstanten Gradienten dI/dx im mittleren Bereich.
Das Bild in 3b ist mit dem in 2 dargestellten vergleichbar und zeigt ein retroreflektierendes Verkehrsschild (R). In 3d ist der Intensitätsverlauf I(x) des in 3b definierten Bereichs um den Bereich der Lichtfläche des Retroreflektors (R) dargestellt. Man erkennt den sprunghaften Anstieg der Intensität (I) am Rand des Retroreflektors (R). Das menschliche Auge nimmt dies als deutlichen Kontrast im Bild in 3b zwischen dem dunklen Hintergrund und dem klar abgegrenzten Reflektor (R) wahr. In 3f ist der Intensitätsgradient dI/dx für den Intensitätsverlauf aus 3d dargestellt. Man erkennt hier den sprunghaften Anstieg der Intensität I(x) an dem schmalen und ausgeprägten Maximum des Gradienten dI/dx.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2008/064621 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Unterscheidung von entgegenkommenden Fahrzeuglichtern (FL) und Retroreflektoren (R) bei Dunkelheit, die als Lichtflächen von einer in die Umgebung eines Fahrzeugs ausgerichteten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen werden, wobei – die Bildaufnahmevorrichtung mindestens ein Bild der Fahrzeugumgebung aufnimmt, – das Bild durch eine Bildverarbeitung ausgewertet werden, – auf dem Bild befindliche Lichtflächen analysiert werden, – eine Entscheidung, ob es sich bei einer Lichtfläche um ein Fahrzeuglicht (FL) oder einen Retroreflektor (R) handelt getroffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtflächen, deren optische Wechselwirkung mit anderen Objekten sich im Bild zeigt, als Fahrzeuglichter identifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtflächen, die im Bild auf der Fahrbahnoberfläche gespiegelt sind (rFL), als Fahrzeuglichter (FL) identifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtflächen, deren räumlicher Intensitätsverlauf I(x) sprunghaft ansteigt oder abfällt, als Retroreflektoren (R) identifiziert werden und Lichtflächen, deren räumlicher Intensitätsverlauf I(x) graduell und stetig ansteigt oder abfällt als Fahrzeuglichter (FL) identifiziert werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verfahrensschritte zur Verifikation einer Erstklassifikation nach einem beliebigen Klassifikationsverfahren eingesetzt werden.
Vorrichtung zur Unterscheidung von Retroreflektoren (R) und Fahrzeuglichtern (FL) bei Dunkelheit in einem Fahrzeugumfeld umfassend eine Bildaufnahmevorrichtung und eine Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit die von der Bildaufnahmevorrichtung erfassten Bilddaten durch ein Verfahren entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 4 auswertet.