DE19736774A1 - Verfahren zur Informationsanzeige in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Informationsanzeige in einem Kraftfahrzeug

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Informations­ anzeige in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des Hauptan­ spruchs.
In heutigen Fahrzeugen existieren keinerlei automatisierte Funktionen zur Unterstützung des Fahrers bei der Verkehrs­ zeichenerkennung. Diese hat jedoch einen hohen Komfort- und Sicherheitswert, z. B. zur Warnung des Fahrers bei Geschwin­ digkeitsbeschränkungen oder Überholverboten, bzw. zur Infor­ mation des Fahrers über momentan geltende Beschränkungen auf dessen Wunsch. Bei der existierenden Verkehrsinfrastruktur kann eine Erkennung und Auswertung von Verkehrszeichen nur mit Hilfe von Bildsensoren erfolgen, da die Information rein optisch auswertbar vorliegt. Aufgrund der hohen Komfort- und Sicherheitsrelevanz einer Verkehrs Zeichenerkennung wird an videobasierter Verkehrszeichenerkennung gearbeitet. Die be­ kannten Ansätze gehen alle von einer Einschränkung der zu erkennenden Verkehrszeichenmenge aus. Basierend auf der zu erkennenden Verkehrszeichenmenge erfolgt eine Bildsegmentie­ rung des von einer Kamera aufgenommenen Bildes, um die in­ teressierenden Verkehrszeichen zu erkennen und zu klassifi­ zieren. Mit der Klassifizierung wird die Verkehrszeichenin­ formation gewonnen, z. B. Geschwindigkeitsbegrenzung auf 70 km/h. Die klassifizierte Verkehrszeicheninformation wird dem Fahrer über ein entsprechendes Anzeigefeld mitgeteilt, indem z. B. die Ziffernkombination "70" angezeigt wird. Mit dem Verfahren, die Informationen des durch den Sensor gewonnenen Bildes auf Verkehrszeichen zu untersuchen und die Auswertung dem Fahrer anzuzeigen, ergibt sich das Problem, daß die Klassifikation sehr sicher erfolgen muß. Andernfalls ist nicht auszuschließen, daß der Fahrer falsch informiert wird. Es ist zu erwarten, daß Fehlklassifikationen einerseits die Akzeptanz eines solchen Systems herabsetzen, andererseits produkthaftungsrechtliche Fragen aufwerfen können. Wird ei­ nem Fahrer eine falsche Geschwindigkeitsbeschränkung einge­ spielt, so daß er die Höchstgeschwindigkeit überschreitet, so stellt sich die Frage, wer die Haftung aus daraus resul­ tierenden Schäden übernimmt. Nach dem Stand der Technik sind Fehlklassifikationen bei der Erkennung von Verkehrszeichen nicht auszuschließen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Informationsanzeige mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demge­ genüber den Vorteil, daß direkt ein Ausschnitt des vom Sen­ sor ermittelten Bildes angezeigt wird, ohne daß eine Auswer­ tung nach dem Inhalt des Verkehrszeichens und eine Klassifi­ kation erfolgt. Die Auswertung des Bildes der Kamera sucht nach den Umrissen der Verkehrszeichen und stellt diesen Bildausschnitt direkt dem Fahrer dar. Eine Klassifikation nimmt der Fahrer selbst vor, er wird lediglich auf das Ver­ kehrszeichen hingewiesen und bekommt es auf unterstützende Art präsentiert. Sollte bei der Auswertung ein Fehler unter­ laufen, wird dem Fahrer lediglich ein Bildausschnitt ohne Verkehrszeichen dargestellt, das er einfach ignorieren kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vor­ teilhaft ist es, daß zusätzlich zu dem Verkehrszeichen noch weitere Informationen dargestellt werden können, wenn die Auswerteeinheit zusätzlich Informationen von anderen Fahr­ zeugsensoren außer der Kamera erhält. Vorteilhafterweise kann so sowohl die Zeit als auch die Entfernung seit der letzten Erkennung eines Verkehrszeichens angezeigt werden.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren auch Verkehrszeichen mit Zusatzinformationen z. B. "nur bei Nässe" bei Geschwin­ digkeitsbeschränkungen erfassen. Die Darstellung des Ver­ kehrszeichens erfolgt mit dem Zusatzschild, wobei die Dar­ stellung im Anzeigefeld des Fahrzeugs zwar die Schrift nicht mehr auflösen kann aber auf das Vorhandensein des Zusatzzei­ chens hinweist.
Vorteilhaft ist auch, daß bei zusätzlicher Warnung des Fah­ rers basierend auf einer Verkehrszeichenklassifikation die Transparenz des Verfahrens erhalten bleibt. Die akustische, haptische oder optische Warnung des Fahrers basierend auf der Informationsverarbeitung kann durch den Fahrer leicht durch Vergleich mit dem Bild des Anzeigefelds verglichen werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Bildsensor, Fig. 2 eine beispielhafte Straßenszene, Fig. 3 eine bei­ spielhafte Straßenszene mit einer zweiten Darstellungsmög­ lichkeit, Fig. 4 eine Straßenszene mit beispielhafter Dar­ stellungsmöglichkeit, Fig. 5 eine beispielhafte Straßensze­ ne mit Darstellungsmöglichkeit und Fig. 6 schematische Dar­ stellung der Sensorik im Kraftfahrzeug.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt die Positionierung des Bildsensors 2 innerhalb des Fahrzeugs 1. Der Bildsensor 2 wird möglichst hoch an zentraler Position hinter der Windschutzscheibe angebracht, wobei die Blickrichtung in Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Der Sensor sollte sich noch im Bereich der Scheibenwischer befinden. Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Fahrbahn 3, die von Fahrbahnbegrenzungen 9 eingefaßt ist. Auf der entgegen­ kommenden Fahrbahn ist schematisch ein entgegenkommendes Fahrzeug 8 dargestellt. Am rechten Fahrbahnrand ist eine Verkehrsschildkombination installiert. Das Verkehrszeichen 4 besitzt ein einschränkendes Zusatzzeichen 5. Zudem ist das Verkehrszeichen 6 "Achtung Fahrbahnunebenheiten" instal­ liert. Aus dem Blick des Fahrers ist das Armaturenbrett 10 des eigenen Fahrzeugs mit dem Lenkrad 12 zu sehen. Im Arma­ turenbrett 10 ist ein Bildschirm 11 im Blickfeld des Fahrers eingelassen, auf dem der vom Bildsensor erfaßte und von der Bildverarbeitung herausgelöste Bildausschnitt 7 mit den in­ teressierenden Verkehrszeichen dargestellt wird.
Fig. 3 zeigt eine Szene wie in Fig. 2 beschrieben, wobei zusätzlich eine Information 13 in einem Feld des Armaturen­ bretts dargestellt ist. Fig. 4 zeigt eine weitere Darstel­ lungsform, wobei eine Entfernungsangabe 14 zusätzlich darge­ stellt ist. Fig. 5 zeigt die Darstellungsform mit einer zeitlichen Angabe 15. Fig. 6 zeigt schematisch eine mögli­ che Realisierung des Sensoraufbaus zur Fahrerunterstützung. Der Bildsensor 2 ist über eine Leitung mit einer Auswer­ teelektronik 16 verbunden. Die Auswerteelektronik 16 weist weitere Verbindungen zu weiteren Sensoren 19 z. B. einen Tippschalter, über den Fahrerwünsche an die Auswerteelektro­ nik vermittelt werden können, und Fahrzeugsensoren 18, die z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Entfernung oder Zeitmessungen vornehmen. Die Auswerteelektronik 16 ist mit dem Steuergerät 17 verbunden, das wiederum mit einem Anzeigefeld 11 in Ver­ bindung steht. Der Bildsensor 2 wird in Fahrtrichtung des Fahrzeugs positioniert und nimmt Videobilder der Fahrzeugum­ gebung auf. Diese Bilder werden über die Leitung an die Aus­ werteelektronik vermittelt. In der Auswerteelektronik ist eine Software einzusetzen, die die für die Fahrerunterstüt­ zung benötigten Verkehrszeichen von sonstigen Bildteilen trennen kann. Im allgemeinen werden nicht sämtliche Ver­ kehrszeichen herausgetrennt. Dies hängt aber von der gewähl­ ten Art der Fahrerunterstützung ab. Möchte man dem Fahrer beispielsweise nur bezüglich der besonders wichtigen Klasse von fahrgeschwindigkeitsbegrenzenden Verkehrszeichen unter­ stützen, so wird man die Software derart gestalten, daß nur Verkehrszeichen erkannt werden, die eine Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit vorgeben. Die Software erkennt Ver­ kehrszeichen anhand ihrer Umrißstruktur 7 anhand der Farben oder anhand der auf dem Zeichen befindlichen optischen Strukturen. Zur Verkehrszeichensegmentierung sind geeignete Algorithmen bekannt, z. B. aus "Detektion von Verkehrszeichen aus monochromen Bildfolgen" Diplomarbeit Holger Janßen, In­ stitut für theoretische Nachrichtentechnik, Universität Han­ nover 1997. Ist ein zur Fahrerunterstützung notwendiges Ver­ kehrszeichen in einem Sensorbild segmentiert worden, so kann dieses in darauffolgenden Bildern jeweils wieder segmentiert und zeitlich verfolgt werden bis es das Blickfeld des Sen­ sors verläßt. Durch wiederholtes Segmentieren und zeitliche Verfolgung läßt sich eine Stabilisierung der Erkennung rele­ vanter Verkehrszeichen erreichen. Nach der Segmentierung ist in geeigneter Art eine Klassifizierung vorzunehmen, da zu entscheiden ist, ob ein für die Fahrerunterstützung relevan­ tes Verkehrszeichen vorliegt. Dabei wird ein für die Fahrer­ unterstützung relevantes Verkehrszeichen nicht lediglich mit seinem Informationsinhalt dargestellt, sondern der Bildaus­ schnitt, der das Verkehrszeichen enthält, wird dem Fahrer direkt über ein Anzeigefeld 11 angezeigt. Erfolgt die Ver­ kehrszeichenerkennung und Segmentierung fehlerhaft, was bei der Komplexität der Verkehrszeichenerkennung nicht vollkom­ men auszuschließen ist, so sieht der Fahrer in seinem Anzei­ gefeld einen beliebigen fehlsegmentierten Szenenausschnitt ohne Verkehrszeichen. Er kann das Fehlverhalten des Systems sofort erfassen und danach handeln. Es wird keine falsche Sicherheit vom System vorgegaukelt.
Das System zur Unterstützung des Fahrers kann noch in ver­ schiedenen Verbesserungen vorkommen. Mit Hilfe algorithmi­ scher Verfahren läßt sich unter Umständen die Bildqualität des vom Bildsensor aufgenommenen Bildes verbessern. Hierzu zählen vor allem Methoden der Bildaufhellung bzw. Bildver­ dunklung, Kontrastverstärkung und Kantenanhebung. Durch die­ se Verfahren wird das Bild lediglich für die Betrachtung durch den Fahrer verbessert, aber nicht sein Informationsge­ halt verfälscht oder interpretiert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Systems erlaubt, daß das letzte segmentierte Verkehrszeichen aus der Menge der für die jeweilige, gewünschte Fahrerunterstützung relevanten Verkehrszeichen dem Fahrer auf dem Anzeigefeld 11 ständig präsentiert wird. Auf Autobahnen, auf denen im wesentlichen Geschwindigkeitsbegrenzungen, Überholverbote und deren Auf­ hebungen vorkommen, könnte der Fahrer durch Präsentation des letzten segmentierten Verkehrszeichens über die jeweils gel­ tende letzte Fahrbeschränkung informiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Systems erlaubt es, eine bestimmte Anzahl der zeitlich zuletzt segmentierten Verkehrszeichenbilder in einem elektronischen Speicher zu halten. In diesem Fall ist eine Eingabemöglichkeit über eine Tastatur 19 für den Fahrer vorzusehen, die es ihm ermöglicht anzugeben, welches Zeichen er präsentiert bekommen möchte. Besonders sinnvoll ist eine sequentielle Präsentation der gespeicherten Verkehrszeichenbilder beginnend mit dem zeit­ lich zuletzt segmentierten Zeichen. Dabei kann der Fahrer durch Geben eines Signals, z. B. durch geeignete Tippschalter oder eine akustische Eingabe über einen geeigneten Eingabe­ sensor 19 zum nächsten älteren segmentierten Verkehrszeichen schalten. Somit ist eine Erinnerung des Fahrers auf dessen Wunsch hin an die zeitlich zuletzt erkannten und segmentier­ ten Verkehrszeichen möglich. Neben der ausschließlichen Prä­ sentation der segmentierten Verkehrszeichen ist eventuell eine zusätzliche Zeicheninterpretation sinnvoll. Dabei kann eine symbolhafte Information des Fahrers durch definierte Zeichen 13, siehe Fig. 3, erfolgen. In diesem Fall kann der Fahrer durch Vergleich der angezeigten Zeichen mit dem gleichzeitig präsentierten Bildausschnitt sofort feststel­ len, ob die automatische Verkehrszeicheninterpretation feh­ lerhaft erfolgt. Auch hier ist die Funktion des Systems transparent, so daß die Verantwortung ausschließlich beim Fahrer verbleibt.
In einer weiteren Ausführungsform werden Warnungen an den Fahrer ausgegeben, die aufgrund von Informationen weiterer Fahrzeugsensoren gewonnen werden. So kann z. B. ein Geschwin­ digkeitssignal mit der Ausgabe einer Warnung kombiniert wer­ den. Wenn der Fahrer schneller fährt, als die nach dem Ver­ kehrszeichen zulässige Höchstgeschwindigkeit erlaubt, wird diese Diskrepanz von der Auswerteinheit erkannt und ein aku­ stisches Warnsignal generiert. Dabei ist es möglich, einen Warnton, eine akustische Sprachausgabe, oder auch eine opti­ sche Warnanzeige zu aktivieren.
In einer weiteren Ausführungsform wird über den Bildsensor und die Auswerteeinheit eine Fahrspurerkennung durchgeführt.
Mit Hilfe dieser bildbasierten Fahrspurverfolgung kann ein Ausscheren des Fahrzeugs auf die Gegenfahrbahn, z. B. zu Überholzwecken von der Auswerteeinheit erkannt werden. Im Zusammenhang mit einem vorab erkannten Überholverbot ist es dann möglich, wiederum ein Warnsignal auszugeben.
Neben der Präsentation des Verkehrszeichens auf dem Anzeige­ feld 11 ist es auch möglich, dem Fahrer eine Entfernungsan­ gabe zur Verfügung zu stellen, die den Abstand zwischen ak­ tueller Fahrzeugposition und der Position, an der das Ver­ kehrszeichen detektiert wurde, angibt. Die Zusatzinformation 14, siehe Fig. 4, wird im Anzeigefeld dargestellt. Somit hat der Fahrer zumindest eine eingeschränkte Möglichkeit zu überprüfen, ob das angezeigte Verkehrszeichen überhaupt noch für ihn relevant ist. Die Entfernungsinformation kann dabei direkt aus dem in jedem Fahrzeug vorhandenen Entfernungsmes­ ser entnommen werden oder aber durch Verknüpfung von Fahr­ zeuggeschwindigkeitsinformation mit der Zeit, die seit der Detektion des Verkehrszeichens vergangen ist. Die Auswertung der Sensorsignale erfolgt in der Auswerteeinheit 16, die über die Steuereinheit 17 eine mögliche Ausgabe auf dem An­ zeigefeld 11 bewirkt.
Alternativ zu einer Darstellung der Entfernungsinformation kann gleichzeitig mit der Verkehrszeichendarstellung eine Zeitinformation an den Fahrer gegeben werden. Dazu ist die Zeitdifferenz zwischen Verkehrszeichendetektion und der ak­ tuellen Zeit an den Fahrer über die Steuereinheit 17 zu er­ fassen.
Für die Bilderfassung für die Verkehrszeichendetektion ist ein CMOS-Sensor mit nichtlinearer Wandkennlinie von Vorteil. Verkehrszeichen besitzen im allgemeinen lackierte, metalli­ sche Oberflächen oder Kunststoffoberflächen, die glatt sind und einfallendes Licht gut reflektieren. Bei ungünstigem Lichteinfall oder Nachtfahrten mit Scheinwerferbeleuchtung kann so eine durch Lichtreflektion oder sonstige Effekte verursachte extreme Bildhelligkeitsdynamik auftreten. Mit Hilfe eines nicht linearen Bildsensors sind diese Hellig­ keitsunterschiede beherrschbar, so daß eine einfache Erstel­ lung eines auswertbaren Videobildes der Auswerteelektronik zur Verfügung gestellt werden kann. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang ein Bildsensor mit logarithmi­ scher Kennlinie, da so eine konstante Kontrastauflösung über den gesamten Helligkeitsbereich gewährleistet ist.

Claims (9)

1. Verfahren zur Informationsanzeige in einem Fahrzeug, das eine Kamera (2) und eine damit verbundene Steu­ er/Auswerteinheit (16, 17) zur Bilderkennung aufweist, da­ durch gekennzeichnet, daß auf einer Anzeigeeinheit (11) ein Ausschnitt des Bildes der Kamera (2) angezeigt wird, der nach Auswertung durch die Steuer/Auswerteeinheit (16, 17) ein Verkehrszeichen enthält.
2. Verfahren zur Informationsanzeige nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuer/Auswerteeinheit Infor­ mationen von mindestens einem weiteren Fahrzeugsensor (18, 19) auswertet und daß die Ergebnisse der Auswertung zusätz­ lich zum Ausschnitt des Bildes der Kamera dargestellt wird.
3. Verfahren zur Informationsanzeige nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Entfernung oder/oder die Zeit seit der letzten Erkennung eines Verkehrszeichens angezeigt wird.
4. Verfahren zur Informationsanzeige nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klassifikation des letzten erkannten Verkehrszeichens angezeigt wird.
5. Verfahren zur Informationsanzeige nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschnitt des Bildes der Kamera den Umriß eines Verkehrszeichens und eines Zusatzzei­ chens umfaßt.
6. Verfahren zur Informationsanzeige nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt erkannten Verkehrs­ zeichen abrufbar in einer Datenbank abgelegt und/oder dem Fahrer dargestellt werden.
7. Verfahren zur Informationsanzeige nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Soll/Ist-Vergleich der Geschwindigkeiten des Fahrzeugs im Fall einer überhöhten Ge­ schwindigkeit eine akustische und/oder optische Warnung er­ folgt.
8. Verfahren zur Informationsanzeige nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fahrspurerkennung durch die Steuer/Auswerteeinheit erfolgt und daß ein unerlaubtes Aus­ scheren des Fahrzeugs im Überholverbot eine akustische und/oder optische Warnung auslöst.
9. Verfahren zur Informationsanzeige nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera einen nichtlinearen bzw. logarithmierenden CMOS-Bildsensor enthält.
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