Implementierung verschiedener Fahrerassistenzfunktionen mit nur einer Kamera Das Auto lernt sehen

Während Systeme wie ABS oder ESP mittlerweile zum Standard gehören, finden sich kamerabasierte Assistenzsysteme nur vereinzelt in Serienfahrzeugen. Im Folgenden wird ein System vorgestellt, bei dem drei kamerabasierte Fahrerassistenzfunktionen mit einer Kamera und in einem Steuergerät realisiert wurden.

Implementierung verschiedener Fahrerassistenzfunktionen mit nur einer Kamera

Während Systeme wie ABS oder ESP mittlerweile zum Standard gehören, finden sich kamerabasierte Assistenzsysteme nur vereinzelt in Serienfahrzeugen. Im Folgenden wird ein System vorgestellt, bei dem drei kamerabasierte Fahrerassistenzfunktionen mit einer Kamera und in einem Steuergerät realisiert wurden.

Auch heute noch werden vom Fahrer die meisten Informationen über das Fahrzeug, die Umgebung sowie die Fahraufgabe über das Auge wahrgenommen. Auch wenn die Akustik und in neuerer Zeit auch die Haptik eine immer größere Rolle spielen, bleibt der visuelle Kanal immer noch der am stärksten genutzte Sinn beim Führen eines Fahrzeugs. Entsprechend konsequent ist es, zur Unterstützung des Fahrers ein Assistenzsystem einzusetzen, das auf einem dem Auge vergleichbaren Sensor aufbaut. Die technische Realisierung dieses künstlichen Auges ist die Kamera.

Ein Blick auf typische, visuell getriebene Fahraufgaben wie die Spurhaltung oder die Erkennung von Verkehrszeichen macht deutlich, dass diese größtenteils unterbewusst ablaufen. In vielen Fahrsituationen ist das auch völlig ausreichend. Allerdings führt gerade diese unterbewusste Wahrnehmung oft dazu, dass beim Fahrer eine Unsicherheit über bestimmte Aspekte der aktuellen Fahrsituation verbleibt, beispielsweise über die aktuell gültige Geschwindigkeitsbegrenzung. Damit zeigt sich ein wesentlicher Aspekt von Fahrerassistenz: Der Fahrer soll mit allen notwendigen Informationen versorgt werden, die ihm eine souveräne Erledigung der Fahraufgabe ermöglichen. Ein zweiter Aspekt liegt in der Entlastung bei Routineaufgaben. In diese Kategorie fällt beispielsweise die automatische Schaltung des Fernlichts – auch eine Aufgabe, die mit modernen Fahrerassistenzsystemen automatisiert werden kann und wesentlich auf den Informationen einer Kamera basiert.

Die Nutzung von Fahrerassistenz kann dazu beitragen, den Fahrer bei der sicheren und kompetenten Fahrzeugführung zu unterstützen. Im neuen 7er sind drei dieser Funktionen mit einer nach vorne blickenden Kamera umgesetzt. Neben den schon aus vorhergehenden Baureihen bekannten Funktionen des Fernlichtassistenten und der Spurverlassenswarnung ist hier zusätzlich eine Erkennung geschwindigkeitsregelnder Verkehrszeichen umgesetzt (Bild ).

Da die Spurhaltung eine der wesentlichen Aufgaben des Fahrers ist, war die Spurverlassenswarnung eines der ersten Systeme in diesem Bereich und ist heute bereits in Serienfahrzeugen verschiedener Hersteller verfügbar. Auch der Fernlichtassistent, der das Auf- und Abblenden automatisiert, ist bei BMW schon seit 2005 im Einsatz. Beide Systeme wurden jedoch in der Vergangenheit mit eigener Sensorik und in unabhängigen Steuergeräten realisiert.

Gemäß der Analogie von menschlichem Auge und Gehirn als zentraler Einheit zur Informationsverarbeitung ist an das hier diskutierte System die Forderung zu stellen, alle Funktionen mit nur einer Kamera und nur einem Steuergerät zu erfüllen. Eine optimale Umsetzung jeder einzelnen Funktion für sich ließe sich einfacher erreichen, wenn diese auf eigene Ressourcen zurückgreifen könnte. Bei der Vielzahl der darzustellen Funktionen ist dieser Ansatz jedoch aus mehreren Gründen nicht zielführend.

Eine wesentliche Motivation zur Funktionsintegration ist durch die mechanischen Randbedingungen gegeben. Um eine optimales Kamerasichtfeld zu erzielen, ist eine Integration der Kamera im Bereich des Innenspiegels anzustreben. Dieser Bauraum ist jedoch sehr begrenzt und wird auch durch andere Sensoren beansprucht. Insofern ist der Verbau von mehr als einer Kamera nicht praktikabel. Auch aus elektrischer Sicht ist die Beschränkung auf eine Kamera und ein Steuergerät sinnvoll, da dies die Anbindung an die Kommunikationsbusse erleichtert und das EMV-Verhalten verbessert. Darüber hinaus ergeben sich auch Vorteile bei der Logistik. Neben der reinen Verringerung von Varianten, Bauteilen und der Taktzeit beim Verbau der Komponenten wirkt sich ein integriertes System auch vorteilhaft auf die Bevorratung und Ersatzteilversorgung aus. Einer der stärksten Treiber für eine solche Funktionsintegration ist jedoch in den Kosten zu finden. Zwar könnte eine einzelne Kamera für nur eine Funktion gegebenenfalls günstiger sein, aber der Multiplikator über mehrere Funktionen würde zu einem deutlich ungünstigeren Preis/Leistungs-Verhältnis führen.

Der intelligenteste Algorithmus kann verlorene Bilder nicht restaurieren

Der wichtigste Schritt in der Bildverarbeitung ist die Akquisition der Bilder. Wenn bereits hier wichtige Informationen im Bild verlorengehen, können sie später auch durch die intelligentesten Algorithmen nicht mehr restauriert werden.

Im automobilen Umfeld ändern sich die Umgebungsbedingungen häufig sehr schnell und sehr stark. Vor diesem Hintergrund ist es bereits für eine einzelne Funktion schwer, alle notwendigen Informationen bei der Bildaufnahme zu erfassen. Kommen die Anforderungen mehrer Funktionen zusammen, gestaltet sich diese Aufgabe sehr komplex. Dies ist dadurch bedingt, dass jeder Erkennungsalgorithmus auf unterschiedliche Bildinformationen angewiesen ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Verkehrszeichenerkennung, die Verkehrszeichenklassifikation, die Spurerkennung und die Scheinwerfererkennung komplett unterschiedliche ROIs (Region of Interest) auswerten. Hinzu kommt eine auf den jeweiligen Anwendungsfall optimierte Belichtungssteuerung.

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