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Dokumentenidentifikation DE19852631A1 25.05.2000
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Verkehrszeichenerkennung
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Janssen, Reinhard, 89075 Ulm, DE;
Lindner, Frank, 89075 Ulm, DE;
Ulmer, Berthold, 73728 Esslingen, DE
DE-Anmeldedatum 14.11.1998
DE-Aktenzeichen 19852631
Offenlegungstag 25.05.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.05.2000
IPC-Hauptklasse G06K 9/62
IPC-Nebenklasse B60K 35/00   
Zusammenfassung Der Verkehr auf Straßen, Schienenwegen, Wasserstraßen und Rollfeldern wird durch Verkehrszeichen geregelt. Die durch ein Verkehrszeichen referenzierte Verkehrsregel hat häufig einen räumlichen Gültigkeitsbereich, der sich über Abschnitte des Fahrweges erstreckt, von denen aus der Fahrzeugführer das Verkehrszeichen nicht einsehen kann. Für den Fahrzeugführer ist demnach eine Erinnerungshilfe sehr vorteilhaft, die ihm auch Informationen über den Aussagegehalt von Verkehrszeichen liefert (zu welcher Regelbefolgung wird aufgefordert), an denen er bereits vor längerer Zeit vorbeigefahren ist.
Herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren zur Verkehrszeichenerkennung versuchen, den Aussagegehalt eines Verkehrszeichens vollständig zu extrahieren. Der Nachteil einer solchen Zielsetzung besteht in der hohen Rückweisungsquote nicht erkannter Verkehrszeichen und in ihren hohen Kosten. Die tatsächliche Erkennung eines bestimmten Verkehrszeichens, d.h. die Extraktion seines vollständigen Aussagegehaltes, mit ausreichend hoher Wahrscheinlichkeit erfordert Bilder mit einer möglichst hohen Auflösung. Die Auswertung solcher Bilder in Echtzeit erfordert eine sehr hohe Rechenleistung. Derart leistungsstarke Bildsensoren und Informationsverarbeitungseinheiten sind teuer. Und selbst mit ihnen liegt die Rückweisungsquote gängiger Verkehrszeichenerkennungssysteme in der Größenordnung von einigen Prozenten. Diese Nachteile sollen minimiert werden.
Die Aufgabe wird gelöst, indem nur noch der ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verkehrszeichenerkennung gemäß der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 10. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind bereits aus [1] bekannt.

Der Verkehr auf Straßen, Schienenwegen, Wasserstraßen und Rollfeldern wird durch Verkehrszeichen geregelt. Die durch ein Verkehrszeichen referenzierte Verkehrsregel hat häufig einen räumlichen Gültigkeitsbereich, der sich über Abschnitte des Fahrweges erstreckt, von denen aus der Fahrzeugführer das Verkehrszeichen nicht einsehen kann. Solche Abschnitte werden zum Beispiel durch ein Verkehrszeichen, das den Beginn der Regelanwendung kennzeichnet, und durch ein weiteres Verkehrszeichen, das die Aufhebung der Regelanwendung kennzeichnet, markiert. Für den Fahrzeugführer ist demnach eine Erinnerungshilfe sehr vorteilhaft, die ihm auch Informationen über den Aussagegehalt von Verkehrszeichen liefert (zu welcher Regelbefolgung wird aufgefordert), an denen er bereits vor längerer Zeit vorbeigefahren ist.

Im bisherigem Stand der Technik werden Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen, die das Ziel verfolgen, den Aussagegehalt eines Verkehrszeichens vollständig zu extrahieren. Beispielsweise wurde eine Vorrichtung als Erinnerungshilfe für den Fahrzeugführer vorgeschlagen [1], die Geschwindigkeitsbeschränkungen durch Verkehrszeichen erfaßt und für die Dauer ihrer Gültigkeit im Fahrzeuginnenraum anzeigt. Diese Vorrichtung beinhaltet einen Bildsensor, eine Informationsverarbeitungseinheit, eine Speichereinheit und eine Anzeigeeinheit. Mittels des Bildsensors werden Bilder von der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrbahn aufgenommen. Mittels der Informationsverarbeitungseinheit werden in diesen Bildern in Echtzeit Verkehrszeichen gesucht und bei Erkennung eines Verkehrszeichens wird dessen Aussagegehalt, hier die Geschwindigkeitsbeschränkung, extrahiert. Der extrahierte Wert der zulässigen Höchstgeschwindigkeit wird in der Speichereinheit gespeichert und für die Dauer der Gültigkeit, d. h. bis zur Erkennung eines aufhebenden Verkehrszeichens, mittels der Anzeigeeinheit angezeigt.

Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht in der hohen Rückweisungsquote nicht erkannter Verkehrszeichen und in ihren hohen Kosten. Die tatsächliche Erkennung eines bestimmten Verkehrszeichens, d. h. die Extraktion seines vollständigen Aussagegehaltes, mit ausreichend hoher Wahrscheinlichkeit erfordert (möglichst farbige [2]) Bilder mit einer möglichst hohen Auflösung. Die Auswertung solcher Bilder in Echtzeit erfordert eine sehr hohe Rechenleistung. Derart leistungsstarke Bildsensoren und Informationsverarbeitungseinheiten sind teuer. Und selbst mit ihnen liegt die Rückweisungsquote gängiger Verkehrszeichenerkennungssysteme in der Größenordnung von einigen Prozenten. Solche Rückweisungsquoten können aus Gewährleistungsgründen nicht toleriert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher einerseits darin, eine einfachere und damit kostengünstigere Vorrichtung zur Verkehrszeichenerkennung als Erinnerungshilfe für den Fahrzeugführer anzugeben, die eine deutlich geringere Rückweisungsquote aufweist, sowie andererseits darin, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung, anzugeben.

Die Erfindung ist in Bezug auf die zu schaffende Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. In weiteren Ansprüchen (Patentansprüche 2 bis 9) sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthalten.

Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 wiedergegeben. In weiteren Ansprüchen (Patentansprüche 10 bis 16) sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten.

In weiteren Ansprüchen sind vorteilhafte Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Patentansprüche 17 und 19) und des erfindungsgemäßen Verfahrens (Patentansprüche 18 und 20) angegeben.

Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Verkehrszeichenerkennung enthält,

  • a) einen digitalen Bildsensor zur Aufnahme von Bildern, die potentiell Verkehrszeichen enthalten,
  • b) eine Informationsverarbeitungseinheit zur Analyse der von dem Bildsensor gelieferten Bilder in Echtzeit,
  • c) eine Speichereinheit,
bei der
  • 1. eine Anzeigeeinheit,
  • 2. die Informationsverarbeitungseinheit ermittelt, ob ein Bild ein oder mehrere Objekte enthält, welche mit hinreichender Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen sind,
wobei
  • 1. die Speichereinheit einen vorgegebenen Klassifikator enthält,
    • - der schwankungstolerant generiert wird
    • - aus einer repräsentativen Stichprobe von klassenspezifischen Merkmalsdaten,
    • - die jeweils allen Elementen einer bestimmten Klasse von Verkehrszeichen gemeinsam sind,
    • - die zur eindeutigen Identifizierung dieser Klasse ausreichen,
  • 2. die Speichereinheit vereinfachte Repräsentationen dieser klassenspezifischen Merkmalsdaten enthält,
  • 3. die Informationsverarbeitungseinheit aus den Bilddaten von einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt reale Merkmalsdaten extrahiert,
  • 4. die Informationsverarbeitungseinheit die extrahierten realen Merkmalsdaten mittels des Klassifikators klassifiziert,
  • 5. die Informationsverarbeitungseinheit anhand dieser Klassifikation eine Zuordnung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes zu einer Klasse von Verkehrszeichen durchführt,
  • 6. die Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt in einer für die zugeordnete Klasse spezifischen Aufteilung separiert
    • - in einen oder mehrere Bildbereiche, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
    • - in einen oder mehrere Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
  • 7. die Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt auf eine vereinfachte Darstellung reduziert, indem sie
    • - die Bildbereiche löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    • - und die gelöschten Bildbereiche ersetzt durch die vereinfachte Repräsentation der klassenspezifischen Merkmalsdaten der dem Verkehrszeichen zugeordneten Klasse,
  • 8. die Speichereinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes speichert,
  • 9. die Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes anzeigt.

Ein wesentlicher Vorteil einer solchen Vorrichtung zur Verkehrszeichenerkennung besteht darin, daß mit ihr nicht mehr das komplizierte Problem der Erkennung eines speziellen Verkehrszeichens rechenleistungsintensiv gelöst werden muß, sondern nur noch das einfachere Problem der Erkennung einer von wenigen Klassen von Verkehrszeichen. Dies zu lösen ist wesentlich kostengünstiger möglich, da geringere Anforderungen an die Bildqualität und an die Rechenkapazität gestellt werden müssen.

Hervorzuheben ist auch, daß die Speichereinheit vorgegebene, klassenspezifische Merkmalsdaten enthält, die schwankungstolerant sind, da die Qualität der von dem Bildsensor gelieferten Bilder stark von Umweltfaktoren wie Wetter und Lichtverhältnissen abhängig ist. Geeignete Schwankungstoleranzen sind für die Erkennung einer Klasse von Verkehrszeichen aber wesentlich sicherer und besser zu definieren als für die Erkennung eines einzelnen speziellen Verkehrszeichens.

Beispiele für derartige Klassen von Verkehrszeichen sind beispielsweise im Straßenverkehr die Verbotszeichen oder spezieller die Geschwindigkeitsbegrenzungszeichen. Die klassenspezifischen Merkmalsdaten der Klasse der Verbotszeichen sind die runde Form des Verkehrszeichens und ein innenliegendes Symbol bzw. bei einem Geschwindigkeitsbegrenzungszeichen eine innenliegende Zahl, welche von einem breiten (roten) Kreis umschlossen ist. Eine andere wichtige Klasse bilden beispielsweise die Warnzeichen. Die klassenspezifischen Merkmalsdaten der Klasse der Warnzeichen sind die dreieckige Form des Verkehrszeichens und ein innenliegendes Gefahrensymbol, welches von einem breiten (roten) Dreieck umschlossen ist.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun mit vergleichsweise geringer Rechenleistung und geringem apparativen Aufwand (beispielsweise einer Monochromkamera anstatt einer hochauflösenden Farbkamera) in Echtzeit erkannt, ob es sich bei einem Objekt bestimmter Form innerhalb des aufgenommenen Bildes um ein Verkehrszeichen einer bestimmten Klasse handelt oder nicht. Wurde eine Klasse erkannt, so reduziert die Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt auf eine vereinfachte Darstellung, indem sie die Bildbereiche, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, löscht und mit der vereinfachten Repräsentation der dem Verkehrszeichen zugeordneten Klasse ersetzt. Die zeichenspezifischen Merkmalsdaten, beispielsweise das digitalisierte Abbild des Zahlenwertes einer angegebenen Höchstgeschwindigkeit, wird beibehalten. Mittels der Anzeigeeinheit wird dem Fahrzeugführer die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen, hier Verbotszeichen, erkannten Objektes angezeigt. Die zeichenspezifische Identifizierung des Verbotszeichens bleibt dann dem Fahrzeugführer überlassen, der den tatsächlichen Aussagegehalt des Verbotszeichens meist wesentlich schneller und sicherer extrahieren kann als jede Vorrichtung.

Damit steht eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Verkehrszeichenerkennung mit geringer Rückweisungsquote als Erinnerungshilfe für den Fahrzeugführer zur Verfügung.

In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die Vorrichtung zur Verkehrszeichenerkennung,

  • a) einen digitalen Bildsensor zur Aufnahme von Bildern, die potentiell Verkehrszeichen enthalten,
  • b) eine Informationsverarbeitungseinheit zur Analyse der von dem Bildsensor gelieferten Bilder in Echtzeit,
  • c) eine Speichereinheit,
  • d) eine Anzeigeeinheit,
bei der
  • 1. die Informationsverarbeitungseinheit ermittelt, ob ein Bild ein oder mehrere Objekte enthält, welche mit hinreichender Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen sind,
wobei
  • 1. f') die Speichereinheit einen Klassifikator enthält, der vorgegebene, klassenspezifische Merkmalsdaten mit zu extrahierenden realen Merkmalsdaten vergleicht, unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Toleranzwerte,
  • 2. g') die Speichereinheit vereinfachte Repräsentationen dieser klassenspezifischen Merkmalsdaten enthält,
  • 3. h') die Informationsverarbeitungseinheit aus den Bilddaten von einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt reale Merkmalsdaten extrahiert,
  • 4. i') die Informationsverarbeitungseinheit die extrahierten realen Merkmalsdaten mit den in der Speichereinheit vorgegebenen, klassenspezifischen Merkmalsdaten vergleicht,
  • 5. j') die Informationsverarbeitungseinheit anhand dieses Vergleichs eine Zuordnung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes zu einer Klasse von Verkehrszeichen durchführt,
  • 6. k') die Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt in einer für die zugeordnete Klasse spezifischen Aufteilung separiert
    • - in einen oder mehrere Bildbereiche, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
    • - in einen oder mehrere Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
  • 7. l') die Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt auf eine vereinfachte Darstellung reduziert, indem sie
    • - die Bildbereiche löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    • - und die gelöschten Bildbereiche ersetzt durch die vereinfachte Repräsentation der klassenspezifischen Merkmalsdaten der dem Verkehrszeichen zugeordneten Klasse,
  • 8. m') die Speichereinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes speichert,
  • 9. n') die Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes anzeigt.

Ein derartiger vergleichender Klassifikator stellt die einfachste Ausführungsform eines geeigneten Klassifikators dar.

In einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Vorrichtung ist in der Speichereinheit ein Programm gespeichert zur Anwendung einer Entscheidungslogik mittels derer die Informationsverarbeitungseinheit die Anzeigeeinheit derart steuert, daß sie die vereinfachte Darstellung eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes solange anzeigt, bis ein neues Objekt als Verkehrszeichen erkannt wird, vorzugsweise als Verkehrszeichen der gleichen oder einer korrespondierenden Klasse erkannt wird, und dessen vereinfachte Darstellung die vorherige ersetzt.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß die Bildfläche der Anzeigeeinheit dadurch sehr klein gestaltet werden kann, nämlich der Fläche der Darstellung eines einzelnen Verkehrszeichen entsprechend. Dies ist aus Gründen der Übersichtlichkeit und der generellen Begrenzung des in einem Fahrzeug-Cockpit zur Verfügung stehenden Raums vorteilhaft.

Besonders vorteilhaft ist die vorzugsweise Ausgestaltung der Entscheidungslogik hinsichtlich eines Verkehrszeichens der gleichen oder einer korrespondierenden Klasse (Beispiel: die mit der Klasse der Geschwindigkeitsbeschränkungen korrespondierende Klasse ist die Klasse der Aufhebungen der Geschwindigkeitsbeschränkungen). Hierdurch wird zwar mehr Platz auf der Anzeigeeinheit benötigt, aber dem Fahrer können so auch mehrere gleichzeitig gültige Verkehrszeichen angezeigt werden. Dabei wird jedoch ausgeschlossen, daß sich die Verkehrszeichen gegenseitig aufheben und so unnötig Platz auf der Anzeigeeinheit beanspruchen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung dieser Vorrichtung besitzt die Anzeigeeinheit zusätzlich eine Einstelleinheit, mittels welcher die maximale Anzeigedauer der vereinfachten Darstellung eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes eingestellt wird. Dadurch kann der Fahrzeugführer die Anzeigedauer seinen persönlichen Bedürfnissen und Vorlieben gemäß anpassen. Außerdem wird die Teilung seiner Aufmerksamkeit zwischen dieser Anzeigeeinheit und anderen wichtigen Anzeigen im Fahrzeug-Cockpit sowie dem äußeren Verkehrsgeschehen auf die Anzeigedauer begrenzt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung dieser Vorrichtung ist

in der Speichereinheit ein Programm gespeichert,

zur Ermittlung der zurückgelegten Wegstrecke zwischen der aktuellen Fahrzeugposition

und der Position des zuletzt erkannten Verkehrszeichens einer bestimmten Verkehrszeichenklasse,

mittels dem die Informationsverarbeitungseinheit die zurückgelegten Wegstrecke ermittelt,

  • - aus den Daten des Tachometers des Fahrzeuges,

    welche vorzugsweise über einen Fahrzeugdatenbus von dem Tachometer zu der Informationsverarbeitungseinheit übermittelt werden,
  • - und den Daten eines Zeitgebers,

    vorzugsweise eines internen Zeitgebers der Informationsverarbeitungseinheit,
sowie in der Speichereinheit ein Programm gespeichert ist zur Anwendung einer Entscheidungslogik, mittels derer die Informationsverarbeitungseinheit die Anzeigeeinheit derart steuert, daß sie
  • - die vereinfachte Darstellung eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes solange anzeigt,

    bis eine in der Speichereinheit vorgegebene Wegstrecke zurückgelegt ist,

    welche vorzugsweise klassenspezifisch ist, oder bis ein neues Objekt als Verkehrszeichen erkannt wird,

    vorzugsweise als Verkehrszeichen der gleichen oder einer korrespondierenden Klasse erkannt wird,

    und dessen vereinfachte Darstellung die vorherige ersetzt.

In der Bundesrepublik Deutschland muß beispielsweise ein Geschwindigkeitsbegrenzungszeichen nach spätestens 3 km zurückgelegter Wegstrecke erneuert werden [3], ansonsten gilt die angezeigte Geschwindigkeitsbegrenzung als aufgehoben. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht demnach darin, daß ein Verkehrszeichen nur noch so lange angezeigt wird wie notwendig, eben bis es aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke oder durch ein anderes Verkehrszeichen aufgehoben wird.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal der genannten Vorrichtung besteht darin, daß die Anzeigeeinheit zusätzlich einen akustischen Signalgeber enthält, welcher, sobald ein Objekt als Verkehrszeichen erkannt wurde, ein vorzugsweise klassenspezifisches, akustisches Signal ausgibt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht in der erhöhten Wahrnehmungssicherheit des Verkehrszeichens durch den Fahrzeugführer.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal der genannten Vorrichtung besteht darin, daß der digitale Bildsensor eine oder mehrere, vorzugsweise monochrome, Digitalkameras enthält, die derart angeordnet sind, daß ihr gemeinsames Blickfeld ausreicht, um alle für den Fahrweg eines Fahrzeuges relevanten Verkehrszeichen unabhängig von der horizontalen und/oder vertikalen Krümmung des Fahrweges zu erfassen. Eine derartige Anordnung der Kameras gewährleistet die sichere Aufnahme aller Verkehrszeichen entlang der Fahrtstrecke. Monochrome Kameras sind für die Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung ausreichend, bei gleicher Auflösung aber deutlich kostengünstiger als eine Farbkamera oder besitzen bei gleichem Preis eine deutlich höhere Auflösung.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal der genannten Vorrichtung besteht darin, daß sie zusätzlich eine Positionsbestimmungseinheit enthält, und die Speichereinheit zusätzlich zu der vereinfachten Darstellung eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes jeweils auch dessen Position speichert. Eine geeignete Einheit zur Positionsbestimmung ist beispielsweise das sogenannte Global Positioning System GPS oder auch ein System, daß seine Position innerhalb einer digitalen Straßenkarte anhand der Bewegung des Fahrzeugs bestimmt. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Transpondern, die an den Verkehrszeichen angebracht werden und deren Position an die erfindungsgemäße Vorrichtung übermitteln. Mit einem derartigen Ausgestaltungsmerkmal eignet sich die Vorrichtung besonders als System zur Inspektion von Verkehrswegenetzen. Ermittelt und überprüft werden können beispielsweise das Vorhandensein, die Größe, der Zustand, die Sichtbarkeit vom Fahrweg, die Reflexionseigenschaften, die Verschmutzung und andere für die Signalwirkung des Verkehrszeichens wichtigen Eigenschaften.

Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens zur Verkehrszeichenerkennung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

  • a) mittels eines digitalen Bildsensors Bilder aufgenommen werden, die potentiell Verkehrszeichen enthalten,
  • b) mittels einer Informationsverarbeitungseinheit die von dem Bildsensor gelieferten Bilder in Echtzeit derart analysiert werden, daß
  • c) die Informationsverarbeitungseinheit ermittelt, ob ein Bild ein oder mehrere Objekte enthält, welche mit hinreichender Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen sind,
wobei

  • a) mittels der Informationsverarbeitungseinheit aus den Bilddaten von einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt reale Merkmalsdaten extrahiert werden,
  • b) mittels der Informationsverarbeitungseinheit die extrahierten realen Merkmalsdaten klassifiziert werden durch einen in einer Speichereinheit vorgegebenen Klassifikator
    • - der schwankungstolerant generiert wird
    • - aus einer repräsentativen Stichprobe von klassenspezifischen Merkmalsdaten,
    • - die jeweils allen Elementen einer bestimmten Klasse von Verkehrszeichen gemeinsam sind,
    • - die zur eindeutigen Identifizierung dieser Klasse ausreichen,
  • c) mittels der Informationsverarbeitungseinheit anhand dieser Klassifikation eine Zuordnung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes zu einer Klasse von Verkehrszeichen durchgeführt wird,
  • d) mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt in einer für die zugeordnete Klasse spezifischen Aufteilung separiert werden
    • - in einen oder mehrere Bildbereiche, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
    • - in einen oder mehrere Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
  • e) mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt auf eine vereinfachte Darstellung reduziert werden, indem sie
    • - die Bildbereiche löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    • - und die gelöschten Bildbereiche ersetzt durch eine vereinfachte Repräsentation der klassenspezifischen Merkmalsdaten der dem Verkehrszeichen zugeordneten Klasse,
    • - wobei die vereinfachten Repräsentationen der verschiedenen möglichen Klassen in der Speichereinheit vorgegeben sind,
  • f) in der Speichereinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes gespeichert wird,
  • g) auf einer Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes angezeigt wird.

Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Verfahrens zur Verkehrszeichenerkennung besteht, genau wie bei der bereits weiter vorne beschrieben Vorrichtung, darin, daß nicht mehr das komplizierte Problem der Erkennung eines speziellen Verkehrszeichens rechenleistungsintensiv gelöst werden muß, sondern nur noch das einfachere Problem der Erkennung einer von wenigen Klassen von Verkehrszeichen. Dies zu lösen ist wesentlich kostengünstiger möglich, da geringere Anforderungen an die Bildqualität und an die Rechenkapazität gestellt werden müssen. Außerdem existieren mehrere geeignete Verfahren, die mit hinreichender Sicherheit und Schnelligkeit eine solche Klassenerkennung durchführen können, beispielsweise mittels der weit verbreiteten Korrelationsverfahren.

Die vereinfachte Darstellung des Verkehrszeichens, bestehend aus der Kombination einer vereinfachten Repräsentation der Merkmalsdaten der erkannten Verkehrszeichenklasse und den Bildbereichen des realen digitalen Bildes, welche die zeichenspezifischen Merkmalsdaten des einzelnen Verkehrszeichens enthalten, kann in den meisten Fällen sehr leicht von dem Fahrzeugführer als ein spezielles Verkehrszeichen erkannt werden. In den wenigen Fällen, in denen ihm dies nicht gelingt, erhält er zumindest den Hinweis, daß ein Verbot besteht oder eine Warnung angezeigt wurde und auch dadurch wird seine Aufmerksamkeit und damit die Verkehrssicherheit erhöht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens zur Verkehrszeichenerkennung ist dadurch gekennzeichnet, daß

  • 1. d') mittels der Informationsverarbeitungseinheit aus den Bilddaten von einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt reale Merkmalsdaten extrahiert werden,
  • 2. e') mittels der Informationsverarbeitungseinheit die extrahierten realen Merkmalsdaten klassifiziert werden, indem sie die extrahierten realen Merkmalsdaten vergleicht mit in einer Speichereinheit vorgegebenen, klassenspezifischen Merkmalsdaten
    • - die jeweils allen Elementen einer bestimmten Klasse von Verkehrszeichen gemeinsam sind,
    • - die zur eindeutigen Identifizierung dieser Klasse ausreichen, unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Toleranzwerte,
  • 3. f') mittels der Informationsverarbeitungseinheit anhand dieses Vergleichs eine Zuordnung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes zu einer Klasse von Verkehrszeichen durchgeführt wird,
  • 4. g') mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt in einer für die zugeordnete Klasse spezifischen Aufteilung separiert werden
    • - in einen oder mehrere Bildbereiche, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
    • - in einen oder mehrere Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
  • 5. h') mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt auf eine vereinfachte Darstellung reduziert werden, indem sie
    • - die Bildbereiche löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    • - und die gelöschten Bildbereiche ersetzt durch eine vereinfachte Repräsentation der klassenspezifischen Merkmalsdaten der dem Verkehrszeichen zugeordneten Klasse,
    • - wobei die vereinfachten Repräsentationen der verschiedenen möglichen Klassen in der Speichereinheit vorgegeben sind,
  • 6. i') in der Speichereinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes gespeichert wird,
  • 7. j') auf einer Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes angezeigt wird.

Eine derartige vergleichende Klassifikation stellt die einfachste Ausführungsform eines geeigneten Verfahrensschrittes zur Klassifikation der Verkehrszeichen innerhalb des Gesamtverfahrens zur Verkehrszeichenerkennung dar.

Ein vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal des genannten Verfahrens besteht darin, daß

  • - der Verfahrensabschnitt,

    in dem die Informationsverarbeitungseinheit ermittelt,

    ob ein Bild ein oder mehrere Objekte enthält,

    welche mit hinreichender Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen sind,

    derart gestaltet ist, daß
  • - in einem ersten Verfahrensschritt Bildbereiche ermittelt werden,

    vorzugsweise anhand von Farbwerten und/oder räumlichen Positionen,

    welche mit überdurchschnittlicher Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen enthalten,
  • - in einem zweiten Verfahrensschritt in diesen Bildbereichen mittels geometrischer Analyse, vorzugsweise mittels Korrelationsverfahren,

    Objekte ermittelt werden,

    welche eine vorgegebene, vorzugsweise runde oder dreieckige, Form besitzen.

Ein Vorteil einer derartigen Ausgestaltung besteht darin, daß so die Bildanalyse auf die wesentlichen und informationshaltigen Bildbereiche beschränkt wird und somit die Analyse beschleunigt wird. Sind die Bilder farbig, so kann der erste Verfahrensschritt auf die Suche nach einer oder wenigen Schlüsselfarben, beispielsweise Rot bei Gefahrenzeichen, beschränkt werden. Aber selbst wenn keine Farbinformation verfügbar ist, kann die Suche auf bestimmte Bildbereiche (räumliche Positionen) eingeschränkt werden. Beispielsweise können durch einfache und schnelle Segmentations- Technik nahezu uniforme Bildbereiche (Himmel, Straße) identifiziert und von der weiteren Analyse ausgeschlossen werden.

Den gleichen Vorteil der Beschleunigung der Analyse bietet der zweite Verfahrensschritt dieser Ausgestaltung. Auch hier wird der Suchbereich stark eingeschränkt, diesmal auf die Suche nach wenigen, ganz bestimmten, vorgegebenen Formen von Objekten, im Extremfall eingeschränkt auf die Klasse der Verbotszeichen und damit allein auf die Suche von runden Objekten.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal des genannten Verfahrens besteht darin, daß

  • - aus einer Abfolge von Bildern,

    die während der Vorbeibewegung des Fahrzeugs an einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt aufgenommen werden,

    jeweils das beste Bild ausgewählt wird,

    wobei die Auswahl anhand definierter Qualitätskriterien durchgeführt wird, vorzugsweise anhand von
  • - Größe und/oder
  • - Kontrast und/oder
  • - Helligkeit des als Verkehrszeichen erkannten Objektes,
  • - und nur die aus diesem bestem Bild generierte vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes
  • - in der Speichereinheit gespeichert wird
  • - und auf der Anzeigeeinheit angezeigt wird.

Ein Vorteil einer derartigen Ausgestaltung besteht darin, daß so einerseits Speicherplatz gespart wird und andererseits dem Fahrzeugführer anstatt dem schnellen Anzeigewechsel des gleichen Verkehrszeichens in unterschiedlicher Qualität ein gleichbleibend gutes Bild des Verkehrszeichens angezeigt wird. Dadurch wird seine Aufmerksamkeit nicht durch den Anzeigewechsel abgelenkt, sondern steht ungeteilt dem Verkehr und dem tatsächlichen Aussagegehalt des Verkehrszeichens zur Verfügung.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal des genannten Verfahrens besteht darin, daß

die Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,

eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes,

bevor sie auf der Anzeigeeinheit angezeigt werden,

für einen Fahrzeugführer aufbereitet werden,

hinsichtlich einer besseren Erkennbarkeit,

derart, daß sie

  • - größennormiert werden und/oder
  • - kontrastnormiert werden und/oder
  • - helligkeitsnormiert werden und/oder
  • - Farbtonnormiert werden.

Ein Vorteil einer derartigen Ausgestaltung besteht darin, daß so dem Fahrzeugführer die Erkennung eines speziellen Verkehrszeichens erleichtert wird.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal des genannten Verfahrens besteht darin, daß

  • - zusätzlich die Position eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes mittels einer Positionsbestimmungseinheit bestimmt wird, und
  • - in der Speichereinheit zusätzlich zu der vereinfachten Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes jeweils auch dessen Position gespeichert wird.

Mit diesem Ausgestaltungsmerkmal eignet sich das Verfahren besonders für die Inspektion von Verkehrswegenetzen. Mittels dieser Ausgestaltung des Verfahrens können in einem kompletten Verkehrswegenetz beispielsweise das Vorhandensein, die Größe, der Zustand, die Sichtbarkeit vom Fahrweg, die Reflexionseigenschaften, die Verschmutzung und andere für die Signalwirkung eines Verkehrszeichens wichtigen Eigenschaften ermittelt und überprüft werden.

Im Folgenden werden anhand einer beispielhaften Ausführung die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Gegeben sei der mittels eines Bildsensors erfaßbare Teil U' der Umgebung U eines Fahrzeuges am Ort x zum Zeitpunkt t. Dieser Teil U' der Umgebung U enthalte Objekte o, aus der Menge O aller Objekte, die mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen sind.

Gegeben sei die Menge V aller Verkehrszeichen. V enthalte n Untermengen Kj, j = 1, . . ., n, die jeweils eine Klasse von Verkehrszeichen bilden. Die Menge Kj der j-ten Klasse von Verkehrszeichen enthält mj Elemente vij (Verkehrszeichen).



V: = {vij; j = 1, . . ., n; i = 1, . . ., mj}, Kj: = {vij; i = 1, . . ., mj}



vij ∈ Kj ⊃ V ⊃ O

Die (hinsichtlich der Verkehrszeichenerkennung) optimale Wiedergabe eines Verkehrszeichens vij in Form einer optimalen Abbildung bo aus der Menge B aller Bilder werde dargestellt durch die Funktion bo



bo: U → B, bo: = bo(vij)

Eine reale Abbildung b des Verkehrszeichens vij ist jedoch aufgrund von Umwelteinflüssen meist einem (orts- und zeitabhängigen) Rauschen unterworfen.



b: = r(bo)

Jede (optimale oder reale) Abbildung b eines Verkehrszeichens vij kann aufgeteilt werden in einen oder mehrere Bildbereiche bK, die klassenspezifische Merkmalsdaten mK enthalten, und in einen oder mehrere Bildbereiche bv, die zeichenspezifische Merkmalsdaten mv enthalten. (Die korrekte Aufteilung wird einmalig für eine optimale Abbildung bo ermittelt und danach für reale Abbildungen übernommen, da sie durch das Rauschen r nicht beeinflußt wird.)



bo = boK ⊕ bov, b = bK ⊕ bv

Die Funktion aKv beschreibe die Aufteilung der Abbildung b eines Verkehrszeichens vij in die Bildbereiche bK und bv. Die Funktion mK beschreibe die Extraktion der klassenspezifischen Merkmalsdaten mK aus den Bildbereichen bK.



mK: = mK(aKv(b(vij))) ⇔ mK = mK(aKv(r(bo(vij))))

= mK(bK(vij) + bv(vij)) = mK(r(aKv(bo(vij))))

= mK(bK(vij)) = mK(r(boK(vij)))

Unter optimalen Aufnahmebedingungen tritt kein Rauschen auf, d. h.



r(bo) = id(bo) ⇐ b = r(bo) = id(bo) = bo

Wird die Extraktion der klassenspezifischen Merkmalsdaten mK aus den Bildbereichen boK einer optimalen Abbildung bo durchgeführt, so liefert sie den optimalen Satz moKj der klassenspezifischen Merkmalsdaten des Verkehrszeichens vij.



moKj: = mK(boK(Vij))

(Der optimale Satz moKj der klassenspezifischen Merkmalsdaten eines Verkehrszeichens vij ist für alle vij ∈ Kj identisch. Es gilt mK(boK(vij)) = moKj ∀ vij ∈ Kj).

Für jede der n Klassen Kj von Verkehrszeichen vij wird der optimale Satz der klassenspezifischen Merkmalsdaten moKj in der Speichereinheit 3 gespeichert. (Außerdem gespeichert wird für jede der n Klassen Kj eine vereinfachte Repräsentation b'oKj der klassenspezifischen Merkmalsdaten moKj. Die vereinfachte Repräsentation b'oKj entspricht den Bildbereichen boKj der optimalen Abbildung bo eines Verkehrszeichens vij ∈ Kj, welche die klassenspezifische Merkmalsdaten moKj enthalten, beide sind jedoch im allgemeinen nicht identisch.)

Ein von dem Bildsensor 1 aufgenommenes Abbild b(vij) eines Verkehrszeichens vij kann einer Klasse Kj von Verkehrszeichen eindeutig zugeordnet werden, wenn die Differenz zwischen den aus b(vij) ermittelten, realen, klassenspezifischen Merkmalsdaten mK und den in der Speichereinheit 3 gespeicherten, optimalen, klassenspezifischen Merkmalsdaten moKj kleiner als ein klassenspezifischer, vorgegebener Toleranzwert δj ist.



∃moKj: |mK-moKj| < δj ⇐ vij ∈ Kj

Wurde das von dem Bildsensor 1 aufgenommene Abbild b(vij) des Verkehrszeichens vij der Klasse Kj von Verkehrszeichen eindeutig zugeordnet, so wird eine vereinfachte Darstellung b'(vij) erzeugt, in der Speichereinheit 3 gespeichert und auf der Anzeigeeinheit 4 angezeigt. Für die vereinfachte Darstellung b'(vij) werden aus dem Abbild b(vij) die Bildbereiche bK(vij) entfernt und durch die vereinfachte Repräsentation b'oKj ersetzt.



b'(vij): = b(vij)⊖bK(vij) ⊕ b'oKj.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erweisen sich in der Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Beispiels als einfache, damit kostengünstige und somit besonders geeignete Erinnerungshilfe für Fahrzeugführer bei der Verkehrszeichenerkennung, insbesondere im Straßenverkehr. Besonders hohe Zuverlässigkeit wird erreicht bei einer Beschränkung auf wenige Klassen von Verkehrszeichen, beispielsweise der Beschränkung auf die Verbotszeichen und die Warnzeichen.

Die Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.

Sinnvoll ist beispielsweise die Farbumkehr bei selbstleuchtenden Verkehrszeichen wie sie insbesondere auf Autobahnen immer häufiger eingesetzt werden. Dabei wäre z. B. der schwarze Hintergrund durch einen weißen Hintergrund zu ersetzen.

Außerdem ist es vorstellbar, bei der Überprüfung, ob ein als Verkehrszeichen vermutetes Objekt mit hinreichender Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Klasse von Verkehrszeichen zugeordnet werden kann, anstatt mehrere klassenspezifischer Toleranzwerte δj nur einen einzigen einheitlichen Toleranzwert δ zu verwenden.

Genauso ist aber auch denkbar anstatt eines Vergleichs von Merkmalswerten unter Berücksichtigung von einem oder mehreren klassenspezifischen Toleranzwerten δj eine Klassifikation mittels neuronaler Netze und einer Toleranzfunktion δ zu verwenden, die direkt anhand des realen Abbildes des Verkehrszeichens eine Klassenzuordnung durchführt.

Ferner umfaßt die Erfindung auch eine feinere Unterteilung in Klassen und Unterklassen wie beispielsweise die Klasse der Verbotszeichen und deren Unterklasse der Geschwindigkeitsbeschränkungen.

Des weiteren ist in Verbindung mit einem Navigationssystem eine erweiterte Entscheidungslogik für die Anzeigedauer eines erkannten Verkehrszeichen auf der Anzeigeeinheit vorstellbar. So ist beispielsweise in der Bundesrepublik Deutschland eine Auffahrt - z. B. eine Autobahnauffahrt - gleichbedeutend mit einer impliziten Aufhebung von Ge- oder Verboten, beispielsweise Geschwindigkeitsbegrenzungen [3]. Eine derartige Autobahnauffahrt läßt sich aber mittels Navigationssystem und digitaler Straßenkarte einfacher ermitteln als mittels eines Bilderkennungsverfahrens. Insofern wäre es bei Anwendung eines Navigationssystems vorteilhaft, in die Entscheidungslogik bezüglich der Anzeigedauer eines erkannten Verkehrszeichen zusätzlich eine Verbindung zum Navigationssystem aufzunehmen und abzufragen, ob derartige implizite Ge- oder Verbotsänderungen - beispielsweise durch eine Autobahnauffahrt - am jeweils aktuellen Aufenthaltsort des Fahrzeuges vorliegen. Gegebenenfalls wäre dann die Anzeigedauer des gerade angezeigten Verkehrszeichens zu beenden. Literatur [1] DE 36 19 824 C2

[2] Janssen et al., "Hybrid Approach for Traffic Sign Recognition", Proc. Intelligent Vehicle Symposium, Tokio, Japan, pp. 390-395, 1993

[3] "Hinweise für das Anbringen von Verkehrszeichen und Verkehrseinrichtungen", Verkehrstechnischer Kommentar, 10. Auflage, 1995, Kirschbaum Verlag Abschnitt 4.2 "Wiederholung der Vorschriftzeichen, Zusatzschilder"


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Verkehrszeichenerkennung mit
    1. a) einem digitalen Bildsensor zur Aufnahme von Bildern, die potentiell Verkehrszeichen enthalten,
    2. b) einer Informationsverarbeitungseinheit zur Analyse der von dem Bildsensor gelieferten Bilder in Echtzeit,
    3. c) einer Speichereinheit,
    4. d) einer Anzeigeeinheit,
    bei der
    1. a) die Informationsverarbeitungseinheit ermittelt, ob ein Bild ein oder mehrere Objekte enthält, welche mit hinreichender Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. die Speichereinheit einen vorgegebenen Klassifikator enthält,
      1. 1. der schwankungstolerant generiert wird
      2. 2. aus einer repräsentativen Stichprobe von klassenspezifischen Merkmalsdaten,
      3. 3. die jeweils allen Elementen einer bestimmten Klasse von Verkehrszeichen gemeinsam sind,
      4. 4. die zur eindeutigen Identifizierung dieser Klasse ausreichen,
      die Speichereinheit vereinfachte Repräsentationen dieser klassenspezifischen Merkmalsdaten enthält,
    2. 2. die Informationsverarbeitungseinheit aus den Bilddaten von einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt reale Merkmalsdaten extrahiert,
    3. 3. die Informationsverarbeitungseinheit die extrahierten realen Merkmalsdaten mittels des Klassifikators klassifiziert,
    4. 4. die Informationsverarbeitungseinheit anhand dieser Klassifikation eine Zuordnung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes zu einer Klasse von Verkehrszeichen durchführt,
    5. 5. die Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt in einer für die zugeordnete Klasse spezifischen Aufteilung separiert
      1. 1. in einen oder mehrere Bildbereiche, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
      2. 2. in einen oder mehrere Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    6. 6. die Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt auf eine vereinfachte Darstellung reduziert, indem sie
      1. 1. die Bildbereiche löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
      2. 2. und die gelöschten Bildbereiche ersetzt durch die vereinfachte Repräsentation der klassenspezifischen Merkmalsdaten der dem Verkehrszeichen zugeordneten Klasse,
    7. 7. die Speichereinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes speichert,
    8. 8. die Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes anzeigt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. f') die Speichereinheit einen Klassifikator enthält, der vorgegebene, klassenspezifische Merkmalsdaten mit zu extrahierenden realen Merkmalsdaten vergleicht, unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Toleranzwerte,
    2. 2. g') die Speichereinheit vereinfachte Repräsentationen dieser klassenspezifischen Merkmalsdaten enthält,
    3. 3. h') die Informationsverarbeitungseinheit aus den Bilddaten von einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt reale Merkmalsdaten extrahiert,
    4. 4. i') die Informationsverarbeitungseinheit die extrahierten realen Merkmalsdaten mit den in der Speichereinheit vorgegebenen, klassenspezifischen Merkmalsdaten vergleicht,
    5. 5. j') die Informationsverarbeitungseinheit anhand dieses Vergleichs eine Zuordnung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes zu einer Klasse von Verkehrszeichen durchführt,
    6. 6. k') die Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt in einer für die zugeordnete Klasse spezifischen Aufteilung separiert
      1. 1. in einen oder mehrere Bildbereiche, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
      2. 2. in einen oder mehrere Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    7. 7. l') die Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt auf eine vereinfachte Darstellung reduziert, indem sie
      1. 1. die Bildbereiche löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
      2. 2. und die gelöschten Bildbereiche ersetzt durch die vereinfachte Repräsentation der klassenspezifischen Merkmalsdaten der dem Verkehrszeichen zugeordneten Klasse,
    8. 8. m') die Speichereinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes speichert,
    9. 9. n') die Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes anzeigt.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. f") die Speichereinheit für jede Klasse (Kj) von Verkehrszeichen (vij) einen Satz (moKj) optimaler, klassenspezifischer Merkmalsdaten enthält,
      1. 1. der jeweils für alle Elemente (vii) einer bestimmten Klasse (Kj) von Verkehrszeichen gleich ist,
      2. 2. der zur eindeutigen Identifizierung dieser Klasse (Kj) ausreicht,
      3. 3. dem ein vorzugsweise klassenspezifischer Toleranzwert (δj) zugeordnet ist,
    2. 2. g") die Speichereinheit für jede Klasse (Kj) von Verkehrszeichen (vij) vereinfachte Repräsentationen (b'oKj) der optimalen, klassenspezifischen Merkmalsdaten (moKj) enthält,
    3. 3. h") die Informationsverarbeitungseinheit aus der Abbildung (b) von einem als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objekt (o) einen Satz realer Merkmalsdaten (mK) extrahiert,
    4. 4. i") die Informationsverarbeitungseinheit den extrahierten Satz realer Merkmalsdaten (mK) nacheinander vergleicht mit jeweils einem Satz von allen in der Speichereinheit gespeicherten Sätzen optimaler, klassenspezifischer Merkmalsdaten (moKj),
    5. 5. j") die Informationsverarbeitungseinheit anhand dieses Vergleichs, unter Berücksichtigung des gespeicherten Toleranzwertes (δj), eine Zuordnung des als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objektes (o) zu einer Klasse (Kj) durchführt,
    6. 6. k") die Informationsverarbeitungseinheit die Abbildung (b) von dem als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objekt (o) in einer für die zugeordnete Klasse (Kj) spezifischen Art aufteilt
      1. 1. in einen oder mehrere Bildbereiche (bK), die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
      2. 2. in einen oder mehrere Bildbereiche (bv), die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    7. 7. l") die Informationsverarbeitungseinheit die Abbildung (b) von dem als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objekt (o) auf eine vereinfachte Darstellung (b') reduziert, indem sie
      1. 1. die Bildbereiche (bK) löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
      2. 2. und die gelöschten Bildbereiche (bK) ersetzt durch die vereinfachte Repräsentation (b'oKj) der optimalen, klassenspezifischen Merkmalsdaten (moKj) der dem Verkehrszeichen (vij) zugeordneten Klasse (Kj),
    8. 8. m") die Speichereinheit die vereinfachte Darstellung (b') des als Verkehrszeichen (vii) erkannten Objektes (o) speichert,
    9. 9. n") die Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung (b') des als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objektes (o) anzeigt.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichereinheit ein Programm gespeichert ist zur Anwendung einer Entscheidungslogik mittels derer die Informationsverarbeitungseinheit die Anzeigeeinheit derart steuert, daß sie
    1. 1. die vereinfachte Darstellung eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes solange anzeigt,

      bis ein neues Objekt als Verkehrszeichen erkannt wird,

      vorzugsweise als Verkehrszeichen der gleichen oder einer korrespondierenden Klasse erkannt wird,

      und dessen vereinfachte Darstellung die vorherige ersetzt.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit zusätzlich eine Einstelleinheit enthält, mittels welcher die maximale Anzeigedauer der vereinfachten Darstellung eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes eingestellt wird.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichereinheit ein Programm gespeichert ist, zur Ermittlung der zurückgelegten Wegstrecke zwischen der aktuellen Fahrzeugposition und der Position des zuletzt erkannten Verkehrszeichens einer bestimmten Verkehrszeichenklasse, mittels dem die Informationsverarbeitungseinheit die zurückgelegten Wegstrecke ermittelt,
    1. 1. aus den Daten des Tachometers des Fahrzeuges,

      welche vorzugsweise über einen Fahrzeugdatenbus von dem Tachometer zu der Informationsverarbeitungseinheit übermittelt werden,
    2. 2. und den Daten eines Zeitgebers,

      vorzugsweise eines internen Zeitgebers der Informationsverarbeitungseinheit,

      sowie in der Speichereinheit ein Programm gespeichert ist zur Anwendung einer Entscheidungslogik mittels derer die Informationsverarbeitungseinheit die Anzeigeeinheit derart steuert, daß sie
    3. 3. die vereinfachte Darstellung eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes solange anzeigt,

      bis eine in der Speichereinheit vorgegebene Wegstrecke zurückgelegt ist, welche vorzugsweise klassenspezifisch ist,

      oder bis ein neues Objekt als Verkehrszeichen erkannt wird,

      vorzugsweise als Verkehrszeichen der gleichen oder einer korrespondierenden Klasse erkannt wird,

      und dessen vereinfachte Darstellung die vorherige ersetzt.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit zusätzlich einen akustischen Signalgeber enthält, welcher, sobald ein Objekt als Verkehrszeichen erkannt wurde, ein vorzugsweise klassenspezifisches, akustisches Signal ausgibt.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Bildsensor eine oder mehrere, vorzugsweise monochrome, Digitalkameras enthält, die derart angeordnet sind, daß ihr gemeinsames Blickfeld ausreicht, um alle für den Fahrweg eines Fahrzeuges relevanten Verkehrszeichen unabhängig von der horizontalen und/oder vertikalen Krümmung des Fahrweges zu erfassen.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. sie zusätzlich eine Positionsbestimmungseinheit enthält, und
    2. 2. die Speichereinheit zusätzlich zu der vereinfachten Darstellung eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes jeweils auch dessen Position speichert.
  10. 10. Verfahren zur Verkehrszeichenerkennung bei dem
    1. a) mittels eines digitalen Bildsensors Bilder aufgenommen werden, die potentiell Verkehrszeichen enthalten,
    2. b) mittels einer Informationsverarbeitungseinheit die von dem Bildsensor gelieferten Bilder in Echtzeit derart analysiert werden, daß
    3. c) die Informationsverarbeitungseinheit ermittelt, ob ein Bild ein oder mehrere Objekte enthält, welche mit hinreichender Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen sind, dadurch gekennzeichnet, daß
    4. d) mittels der Informationsverarbeitungseinheit aus den Bilddaten von einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt reale Merkmalsdaten extrahiert werden,
    5. e) mittels der Informationsverarbeitungseinheit die extrahierten realen Merkmalsdaten klassifiziert werden durch einen in einer Speichereinheit vorgegebenen Klassifikator
      1. 1. der schwankungstolerant generiert wird
      2. 2. aus einer repräsentativen Stichprobe von klassenspezifischen Merkmalsdaten,
      3. 3. die jeweils allen Elementen einer bestimmten Klasse von Verkehrszeichen gemeinsam sind,
      4. 4. die zur eindeutigen Identifizierung dieser Klasse ausreichen,
    6. f) mittels der Informationsverarbeitungseinheit anhand dieser Klassifikation eine Zuordnung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes zu einer Klasse von Verkehrszeichen durchgeführt wird,
    7. g) mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt in einer für die zugeordnete Klasse spezifischen Aufteilung separiert werden
      1. 1. in einen oder mehrere Bildbereiche, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
      2. 2. in einen oder mehrere Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    8. h) mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt auf eine vereinfachte Darstellung reduziert werden, indem sie
      1. 1. die Bildbereiche löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
      2. 2. und die gelöschten Bildbereiche ersetzt durch eine vereinfachte Repräsentation der klassenspezifischen Merkmalsdaten der dem Verkehrszeichen zugeordneten Klasse,
      3. 3. wobei die vereinfachten Repräsentationen der verschiedenen möglichen Klassen in der Speichereinheit vorgegeben sind,
    9. i) in der Speichereinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes gespeichert wird,
    10. j) auf einer Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes angezeigt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. d') mittels der Informationsverarbeitungseinheit aus den Bilddaten von einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt reale Merkmalsdaten extrahiert werden,
    2. 2. e') mittels der Informationsverarbeitungseinheit die extrahierten realen Merkmalsdaten klassifiziert werden, indem sie die extrahierten realen Merkmalsdaten vergleicht mit in einer Speichereinheit vorgegebenen, klassenspezifischen Merkmalsdaten
      1. 1. die jeweils allen Elementen einer bestimmten Klasse von Verkehrszeichen gemeinsam sind,
      2. 2. die zur eindeutigen Identifizierung dieser Klasse ausreichen, unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Toleranzwerte,
    3. 3. f') mittels der Informationsverarbeitungseinheit anhand dieses Vergleichs eine Zuordnung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes zu einer Klasse von Verkehrszeichen durchgeführt wird,
    4. 4. g') mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt in einer für die zugeordnete Klasse spezifischen Aufteilung separiert werden
      1. 1. in einen oder mehrere Bildbereiche, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
      2. 2. in einen oder mehrere Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    5. 5. h') mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Bilddaten von dem als Verkehrszeichen erkannten Objekt auf eine vereinfachte Darstellung reduziert werden, indem sie
      1. 1. die Bildbereiche löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
      2. 2. und die gelöschten Bildbereiche ersetzt durch eine vereinfachte Repräsentation der klassenspezifischen Merkmalsdaten der dem Verkehrszeichen zugeordneten Klasse,
      3. 3. wobei die vereinfachten Repräsentationen der verschiedenen möglichen Klassen in der Speichereinheit vorgegeben sind,
    6. 6. i') in der Speichereinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes gespeichert wird,
    7. 7. j') auf einer Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes angezeigt wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. d") mittels der Informationsverarbeitungseinheit aus der Abbildung (b) von einem als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objekt (o) einen Satz realer, klassenspezifischer Merkmalsdaten (mK) extrahiert wird,
    2. 2. e") mittels der Informationsverarbeitungseinheit der extrahierte Satz realer, klassenspezifischer Merkmalsdaten (mK) nacheinander verglichen wird mit jeweils einem Satz von allen in einer Speichereinheit gespeicherten Sätzen optimaler, klassenspezifischer Merkmalsdaten (moKj),
      1. 1. der jeweils für alle Elemente (vij) einer bestimmten Klasse (Kj) von Verkehrszeichen gleich ist,
      2. 2. der zur eindeutigen Identifizierung dieser Klasse (Kj) ausreicht,
      3. 3. dem ein vorzugsweise klassenspezifischer Toleranzwert (δj) zugeordnet ist,
    3. 3. f") mittels der Informationsverarbeitungseinheit anhand dieses Vergleichs, unter Berücksichtigung des gespeicherten Toleranzwertes (δj), eine Zuordnung des als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objektes (o) zu einer Klasse (Kj) durchgeführt wird,
    4. 4. g") mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Abbildung (b) von dem als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objekt (o) in einer für die zugeordnete Klasse (Kj) spezifischen Art aufgeteilt wird
      1. 1. in einen oder mehrere Bildbereiche (bK), die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten, und
      2. 2. in einen oder mehrere Bildbereiche (bv), die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
    5. 5. h") mittels der Informationsverarbeitungseinheit die Abbildung (b) von dem als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objekt (o) auf eine vereinfachte Darstellung (b') reduziert wird, indem sie
      1. 1. die Bildbereiche (bK) löscht, die klassenspezifische Merkmalsdaten enthalten,
      2. 2. und die gelöschten Bildbereiche (bK) ersetzt durch eine vereinfachte Repräsentation (b'oKj) der optimalen, klassenspezifischen Merkmalsdaten (moKj) der dem Verkehrszeichen (vij) zugeordneten Klasse (Kj),
      3. 3. wobei die vereinfachten Repräsentationen (b'oKj) der verschiedenen möglichen Klassen (Kj) in der Speichereinheit vorgegeben sind,
    6. 6. i") in der Speichereinheit die vereinfachte Darstellung (b') des als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objektes (o) gespeichert wird,
    7. 7. j") auf einer Anzeigeeinheit die vereinfachte Darstellung (b') des als Verkehrszeichen (vij) erkannten Objektes (o) angezeigt wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. der Verfahrensabschnitt,

      in dem die Informationsverarbeitungseinheit ermittelt,

      ob ein Bild ein oder mehrere Objekte enthält,

      welche mit hinreichender Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen sind,

      derart gestaltet ist, daß
    2. 2. in einem ersten Verfahrensschritt Bildbereiche ermittelt werden,

      vorzugsweise anhand von Farbwerten und/oder räumlichen Positionen,

      welche mit überdurchschnittlicher Wahrscheinlichkeit Verkehrszeichen enthalten,
    3. 3. in einem zweiten Verfahrensschritt in diesen Bildbereichen mittels geometrischer Analyse, vorzugsweise mittels Korrelationsverfahren, Objekte ermittelt werden,

      welche eine vorgegebene, vorzugsweise runde oder dreieckige, Form besitzen.
  14. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. aus einer Abfolge von Bildern,

      die während der Vorbeibewegung des Fahrzeugs an einem als Verkehrszeichen erkannten Objekt aufgenommen werden,

      jeweils das beste Bild ausgewählt wird,

      wobei die Auswahl anhand definierter Qualitätskriterien durchgeführt wird, vorzugsweise anhand von
    2. 2. Größe und/oder
    3. 3. Kontrast und/oder
    4. 4. Helligkeit des als Verkehrszeichen erkannten Objektes,
    5. 5. und nur die aus diesem bestem Bild generierte vereinfachte Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes
    6. 6. in der Speichereinheit gespeichert wird
    7. 7. und auf der Anzeigeeinheit angezeigt wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildbereiche, die zeichenspezifische Merkmalsdaten enthalten, eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes, bevor sie auf der Anzeigeeinheit angezeigt werden, für einen Fahrzeugführer aufbereitet werden, hinsichtlich einer besseren Erkennbarkeit, derart, daß sie
    1. 1. größennormiert werden und/oder
    2. 2. kontrastnormiert werden und/oder
    3. 3. helligkeitsnormiert werden und/oder
    4. 4. Farbtonnormiert werden.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. zusätzlich die Position eines als Verkehrszeichen erkannten Objektes mittels einer Positionsbestimmungseinheit bestimmt wird, und
    2. 2. in der Speichereinheit zusätzüch zu der vereinfachten Darstellung des als Verkehrszeichen erkannten Objektes jeweils auch dessen Position gespeichert wird.
  17. 17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Erinnerungshilfe für den Führer eines Fahrzeuges, vorzugsweise für den Einsatz im Straßenverkehr.
  18. 18. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 15 für den Betrieb einer Erinnerungshilfe für den Führer eines Fahrzeuges, vorzugsweise für den Einsatz im Straßenverkehr.
  19. 19. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 9 zur Inspektion von Verkehrswegen, vorzugsweise für den Einsatz im Straßenverkehr.
  20. 20. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 16 zur Inspektion von Verkehrswegen, vorzugsweise für den Einsatz im Straßenverkehr.






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