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Dokumentenidentifikation DE102005011599B4 04.12.2008
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Verkehrsraumüberwachung
Anmelder Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., 51147 Köln, DE
Erfinder Böttger, Ute, Dr., 10179 Berlin, DE
Vertreter Patentanwälte Bressel und Partner, 12489 Berlin
DE-Anmeldedatum 08.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005011599
Offenlegungstag 09.11.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.12.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.12.2008
IPC-Hauptklasse G06K 9/62(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G08G 1/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verkehrsraumüberwachung.

Zur Verkehrsraumüberwachung ist es bekannt, mittels Kameras den Verkehrsraum zu erfassen und aus den daraus extrahierten Daten Rückschlüsse auf den Verkehr zu ziehen. Diese Kameras können stationär, beispielsweise an Lichtmasten, angebracht sein oder aber in einem Flugzeug oder Satellit angeordnet sein. Die meisten Verfahren beruhen darauf, dass mittels geeigneter Verfahren zur Kantenerkennung relevante Objekte, wie Fahrzeuge, identifiziert und gegebenenfalls wiedererkannt werden. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise Fahrzeuge in einem Verkehrsraum zu zählen bzw. durch die Wiedererkennung den Verkehrsfluss zu bestimmen. Derartige Daten sind von großem Interesse beispielsweise für Ampelsteuerungen oder Verkehrsprognosen. Maßgeblich für die Aussagekraft der im Regelfall automatisch ermittelten Daten ist die Erkennungsrate der Vorrichtungen. Werden zu viele Objekte nicht erkannt, so werden auch die Parameter Verkehrsdichte bzw. Verkehrsfluss unzureichend bestimmt.

Ein Problem beim Aufnehmen von Verkehrsszenen ist, dass sich häufig Fahrzeug und Schatten nicht voneinander trennen lassen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn sich das Fahrzeug und die Straße im Graustufenbild nicht oder nur kaum voneinander unterscheiden. Dies gilt insbesondere für dunkle Fahrzeuge auf dunklem Asphalt.

Ein weiteres technisches Problem bei der Verkehrssteuerung ist, dass der witterungsabhängige Straßenzustand nur unzureichend automatisch bestimmbar ist.

Aus dem Fachartikel Yamada, M.; Ueda, K.; Horiba, I.; Sugie, N. "Discrimination of the road condition toward understanding of vehicle driving environments" Intelligent Transportation Systems, IEEE Transactions on, Volume 2, Issue 1, March 2001, Pages: 26–31 ist ein Verfahren zur Verkehrsraumüberwachung mittels mindestens einer Kamera bekannt, wobei mittels der Kamera Aufnahmen eines Verkehrsraumes aufgenommen werden, wobei zwei Aufnahmen mit Polarisationsfiltern unterschiedlicher Orientierung (horizontal und vertikal) erzeugt werden und unter Berücksichtigung des Brewster-Winkels auf die witterungsbedingten Straßenzustände geschlossen wird.

Aus dem Fachartikel He Songhua; Zhang Hui; Hu Bo "Polarization identification of high resolution range profiles" Aerospace and Electronics Conference, 1995. NAECON 1995., Proceedings of the IEEE, 1995 National Volume 1, 22–26 May 1995, Pages: 53–55 ist ein Verfahren zur Objekterkennung mittels Radar bekannt, wobei die Änderung der Polarisation des ausgesendeten Radarstrahls ausgewertet wird.

Aus dem Fachartikel T. E. Boult; L. B. Wolff "Physically based edge labeling" Proc. of IEEE Conf. an Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), Pages: 656–663, Maui, Hawaii, June 1991 ist ein Verfahren zur Kantenerkennung von Objekten bekannt, wobei Sprünge in der Lage der Polarisationsebene ausgewertet werden.

Aus dem Fachartikel Hua Chef; Wolff, L. B. "Polarization phase-based method for material classification and object recognition in computer vision" Computer Vision and Pattern Recognition, 1996. Proceedings CVPR '96, 1996 IEEE Computer Society Conference on, 18–20 June 1996, Pages: 128–135 ist ein Verfahren zur Material-Klassifizierung bekannt, wobei linear polarisiertes Licht eingestrahlt wird und die Änderung der Polarisation ausgewertet wird.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verkehrsraumüberwachung zu schaffen, mittels derer die Objekterkennung verbessert wird.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu wird die Lage der Polarisationsebene der beobachteten Szene bestimmt, wobei Sprünge der Lage der Polarisationsebene ermittelt werden und zur Verifizierung einer Kantenerkennung eines Objektes herangezogen werden und/oder die Lage der Polarisationsebene der Aufnahme des Verkehrsraumes ohne Objekte zur Ermittlung des witterungsbedingten Straßenzustandes herangezogen wird. Dabei wird folgende Erkenntnis ausgenutzt: Die Lage der Polarisationsebene hängt von der Orientierung der reflektierenden Oberfläche ab. Da die Seitenfront des Fahrzeuges und die Straße mit dem Schatten des Fahrzeuges unterschiedliche Orientierungen der Oberflächenmerkmale haben, wird die Lage der Polarisationsebene an der Kante zwischen den beiden einen Sprung aufweisen. Somit ist die Lage der Polarisationsebene geeignet zur Kantenerkennung. Dieses Verfahren ist auch auf Schatten hinter dem Fahrzeug geeignet, wenn auch weniger ausgeprägt. In diesem Fall können Heckscheiben oder Motorhauben zur Identifizierung dienen. Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens ist die unterschiedliche mittlere Orientierung der zu unterscheidenden Oberflächen. Hierdurch wird erreicht, dass durch Messung des vollen Stokes-Vektors (gleichzeitig mindestens drei Messungen) Schatten und Fahrzeug eindeutig voneinander unterscheidbar sind. Die Ermittlung des vollen Stokes-Vektors erfordert gleichzeitig drei unabhängige Messungen. Dabei werden die drei Messungen mit einer einzigen Matrix-Kamera durchgeführt werden. Hierzu werden jeweils drei benachbarte Pixel zu einem Makropixel zusammengefasst, wobei jedem Pixel ein Polarisationsfilter unterschiedlicher Orientierung zugeordnet ist. Der Vorteil einer einzigen Kamera ist die nicht notwendige Synchronisierung sowie ein Bild-Matching, wobei jedoch die geometrische Auflösung etwas reduziert wird. Vorzugsweise ist die Orientierung um je 120° gegeneinander verdreht. Eine zusätzliche Anwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist die Ermittlung des witterungsbedingten Straßenzustandes unter Verwendung des Stokes-Vektors bzw. der daraus abgeleiteten Lage der Polarisationsebene, da Eis, Schnee und Asphalt das reflektierte Licht unterschiedlich polarisieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Polarisationsgrad der Aufnahme bestimmt. Hierdurch lässt sich insbesondere die Bestimmung des witterungsbedingten Straßenzustandes weiter verbessern.

Die Kamera oder die Kameras sind vorzugsweise als CCD- oder CMOS-Matrix-Kameras ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Teilausschnitt einer Matrix-Kamera.

Die Matrix-Kamera umfasste eine Vielzahl von Pixeln 1, 2, 3, wobei jeweils mindestens drei Pixel 1, 2, 3 ein Makropixel bilden. Die Form der Zusammenfassung kann dabei unterschiedlich gewählt werden, beispielsweise in Form eines Dreieckes oder spalten- bzw. zeilenförmig. Dabei sind die Pixel 1, 2, 3 bzw. 1', 2', 3' in Form eines Dreiecks und die Pixel 1'', 2'', 3'' spaltenförmig zusammengefasst dargestellt. Dabei ist es auch denkbar, verschiedene Formen zu kombinieren, wie in 1 dargestellt. Den Pixeln 1, 2, 3 ist jeweils ein Polarisationsfilter zugeordnet, wobei diese vorzugsweise linearpolariesierende Filter sind. Dabei sind die zugeordneten Polarisationsfilter der Pixel 1, 1', 1''; 2, 2', 2'' sowie 3, 3', 3'' jeweils um 120° zueinander verdreht, angeordnet. Die Polarisationsfilter können dabei beispielsweise in Form einer Folie auf das photosensitive Bandelement aufgeklebt werden. Somit wird gleichzeitig bei jedem Makropixel 1, 2, 3; 1', 2', 3' bzw. 1'', 2'', 3'' die Szene in drei unterschiedlichen Polarisationsrichtungen aufgenommen. Hieraus kann eine nicht dargestellt Auswerteeinheit einen vollständigen Stokes-Vektors bilden, aus dem sich wiederum die Intensität, die Lage der Polarisationsebene und der Polarisationsgrad ableiten lassen. Die Intensitätsaufnahme dient der herkömmlichen, dem Stand der Technik entsprechenden Auswertung der Szene mittels Kantenerkennung. Die Aufnahme der Lage der Polarisationsebene wird sowohl zur Verifikation der bereits gefundenen Fahrzeuge aus der Intensitätsaufnahme herangezogen, als auch zur Identifizierung bisher noch nicht identifizierter Fahrzeuge, wobei auf die Aufnahme der Polarisationsebene ebenfalls ein Algorithmus zur Kantenerkennung (nämlich dem Sprung der Lage der Polarisationsebene) zur Anwendung kommt. Diese Daten können on-board von der Kamera ermittelt werden und dann an eine Zentrale und/oder benachbarte Vorrichtung zur Verkehrsraumüberwachung übermittelt werden, wo diese für eine Objektwiedererkennung zur Verfügung stehen.

In den Gebieten, wo sich keine Fahrzeuge oder andere Objekte befinden, kann aus dem Polarisationsgrad und der Lage der Polarisationsebene der witterungsbedingte Straßenzustand, wie beispielsweise Eis, Schnee oder trockener Asphalt, abgeleitet werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Verkehrsraumüberwachung mittels mindestens einer Kamera, wobei mittels der Kamera Aufnahmen eines Verkehrsraumes aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Polarisationsebene in der Aufnahme bestimmt wird, wobei Sprünge der Lage der Polarisationsebene ermittelt werden und zur Verifizierung einer Kantenerkennung eines Objektes herangezogen werden, um so das Objekt von einem Schatten zu unterscheiden, wobei die Kamera als mindestens eine Matrix-Kamera ausgebildet ist, wobei benachbarten Pixeln (1, 2, 3) mindestens drei Polarisationsfilter unterschiedlicher Orientierung zugeordnet sind. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Polarisationsebene der Aufnahme des Verkehrsraumes ohne Objekt zur Ermittlung des witterungsbedingten Straßenzustandes herangezogen wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsgrad in der Aufnahme bestimmt wird. Vorrichtung zur Verkehrsraumüberwachung, umfassend mindestens eine Kamera zur Aufnahme einer Szene eines Verkehrsraumes, wobei mindestens die Intensitätsverteilung der Szene ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel umfasst, mittels derer die Lage der Polarisationsebene in der Aufnahme ermittelbar ist, wobei Sprünge der Lage der Polarisationsebene ermittelt werden und zur Verifizierung einer Kantenerkennung eines Objektes herangezogen werden, um das Objekt von einem Schatten zu unterscheiden, wobei die Kamera als mindestens eine Matrix-Kamera ausgebildet ist, wobei benachbarten Pixeln (1, 2, 3) mindestens drei Polarisationsfilter unterschiedlicher Orientierung zugeordnet sind. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Polarisationsebene der Aufnahme des Verkehrsraumes ohne Objekt zur Ermittlung des witterungsbedingten Straßenzustandes herangezogen wird. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Ermittlung des Polarisationsgrades umfasst. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsfilter als linearpolarisierende Filter ausgebildet sind, die jeweils um 120° zueinander verdreht angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera oder die Kameras als CMOS- oder CCD-Matrix-Kameras ausgebildet sind.






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