Sichere Objekterkennung - HANSER automotive

22lA UTOMOTIVE
10.2007l KOMPONENTEN
© Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verfügung im Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern
PMD-SENSORIK ALS SCHLÜSSELKOMPONENTE
FÜR DIE VERKEHRSSICHERHEIT
Sichere Objekterkennung
mittels PMD-Sensorik
PMD-Sensoren (Photo-Misch-Detektor) liefern zusätzlich zu konventionellen
Helligkeitsinformationen die Abstandsinformation zum betrachteten Objekt
in jedem Pixel. Dies ermöglicht eine zuverlässige Plausibilisierung von
Objekten und ihrer relativen Bewegungsvektoren. Untersuchungen zeigen,
dass PMD-Sensorik für Fahrzeuganwendungen ein großes Potenzial aufweist.
Robustheit gegenüber wechselnden Lichtverhältnissen sowie
Unempfindlichkeit gegenüber Fremd- und Hintergrundlicht zeichnen diese
Sensorik aus.
Trotz steigender Verkehrsdichte ist die Zahl der
Verkehrsunfälle mit Personenschäden in den letzten
Jahren gesunken. Diese Tendenz ist nicht
zuletzt auf Sicherheitssysteme wie Gurtstraffer und Airbag
zurückzuführen. Um zukünftige Fahrzeuge sowohl
für die Insassen, als auch für andere Verkehrsteilnehmer
noch sicherer zu machen, wird eine dreidimensionale
Umfelderfassung durch das Fahrzeug notwendig. Entsprechende
Sensorik ist in der Lage, gefährliche Situationen
vorausschauend zu erkennen, den Fahrer bestmöglichst
zu unterstützen und im Falle eines nicht mehr
zu vermeidenden Unfalls das Verletzungsrisiko zu minimieren.
Optische 3D-PMD-Verfahren werden seit einigen Jahren in
der Forschung intensiv untersucht. Eine Einführung in die
Massenproduktion in anderen Anwendungsbereichen
wurde bereits erfolgreich umgesetzt. Diese neuen Sensoren
liefern zusätzlich zu konventionellen Helligkeitsinformationen
ein Amplitudenbild der aktiven IR- Beleuchtung
und die Abstandsinformation zum betrachteten Objekt in
jedem Pixel. Dabei ist insbesondere die Unterdrückung von
Fremdlicht (vor allem von Sonnenlicht) ein Alleinstellungs-

KOMPONENTENl AUTOMOTIVE 10.2007l23
© Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verfügung im Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern
merkmal, welches die PMD-Technologie von anderen
Ansätzen unterscheidet. PMD-Systeme gewinnen die Entfernungswerte
direkt im Pixel, sie benötigen keine hohe
Rechenleistung in der Nachbearbeitung. Das und der
monokulare Aufbau des Systems machen PMD-Systeme
kostengünstiger und kompakter in der Baugröße als herkömmliche
Technologien.Die genannten Parameter ermöglichen
eine zuverlässige Plausibilisierung
von Objekten und ihrer relativen
Bewegungsvektoren.
Kombination
verschiedener Sensoren
Neue Ansätze verfolgen die Kombination
verschiedener Sensoren. Eine mit
Videosensorik kombinierte Systemarchitektur
öffnet insbesondere durch
den erhöhten Informationsgehalt
neue Wege für die Realisierung mehrerer
Applikationen gleichzeitig, z. B.
um Komfort- und Sicherheitsfunktionen
parallel bedienen zu können. Derzeit
werden verschiedene PMD-
Kameraprototypen in Testfahrzeugen
für die folgenden Applikationen untersucht::
K Fußgängerschutz
K Fahrerassistenzsysteme
K PreCrash
K ACC Stop & Go
K Automatische Notbremse
K Gestikbedienung HMI
K FMVSS 208, OOP, Smart Airbag
Bild 2: Schematische Darstellung der verwendeten PMD-Kamera.
Das PMD-Prinzip
Ein PMD-Sensorsystem beruht auf dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung
(Time-of-Flight) und bildet somit ein aktives
System, in dem eine Beleuchtungseinheit die zu vermessende
Szene mit moduliertem Licht ausleuchtet, ähnlich
einem Laserradar. Das ausgesandte Licht wird von
Objekten in der Szene reflektiert und gelangt mit einer laufzeitabhängigen
Phasenverschiebung zurück zu einer Empfangseinheit
mit PMD-Detektoren. Die PMD-Detektoren
werden ebenfalls mit der Frequenz der Beleuchtungseinheit
moduliert und mischen das Modulationssignal mit dem
phasenverschobenen Lichtsignal aus der Szene. Aus der
Bild 1: Funktionsprinzip einer 3D-PMD-Kamera.
© automotive
infolge der Laufzeit in der Szene aufgetretenen Phasenverschiebung
erhält man pixelweise die Entfernung zu den
Objekten in der Szene (Bild 1).
Auf einem einzigen Halbleiterchip kann eine Vielzahl von
PMD-Detektoren realisiert werden. Eine matrixförmige
Anordnung der Detektoren ergibt dann einen 3D-Bildaufnehmer,
der zeitgleich für sämtliche Bildpunkte die Rohdaten
zur Bestimmung der Entfernungswerte liefert. Zusätzlich
zum Entfernungswert liefert jedes PMD-Pixel auch den
Grauwert im Spektralbereich der PMD-Lichtquelle. Die
PMD-Sensorik stellt damit zwei Bilder der jeweils betrachteten
Szene bereit, deren Informationsgehalt mit hoher
Synergie genutzt werden kann.
© automotive
Anforderungen an eine
PMD-Sensoreinheit
Während Robustheit, Kompaktheit und ein
günstiger Preis typische Sensor-Anforderungen
sind, kommt im Kfz-Umfeld insbesondere
der Erfassung von dynamischen Szenen eine
große Bedeutung zu, und insbesondere eine
hohe Bildwiederholfrequenz .
Die Kameraeinheit befindet sich typischerweise
in der Versuchsanordnung in einer Position
im Dachknoten hinter dem Innenspiegel.
Zur Ergänzung der dreidimensionalen Szenenerfassung
ist neben der PMD-Kamera auch
eine hochauflösende Monovideokamera montiert.
Beide Sensoren liefern einen kontinuierlichen
Datenstrom an ein Bildverarbeitungs-
Framework auf einem mobilen Rechner. Als
Schnittstelle wird hierbei Ethernet verwendet.

[INVITATION]
© Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verfügung im Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern
14-15 November 2007, Fellbach near Stuttgart
car2x Communication – opportunities and challenges
Recently, technical advances in communication protocols and systems as well as in locationing technologies show that the dream
of WLAN-based car-to-car and car-to-infrastructure communication can become reality within the next few years. Thus, in the
future, motorists will be able to detect and assess hazards out of their sight. They will be able to make use of traffic information
EINLADUNG
obtained through other vehicles on the road.
Vehicles equipped with WLAN-based radio technology use the car2x Communication system to send and receive information on traffic
situations detected by their onboard sensors to neighboring cars. These early warnings and traffic indicators enable the drivers
of the cars to adjust their driving behavior either for safety or comfort reasons. Get an in-depth knowledge about the state-of-theart
technical solutions, latest developments in Europe and the US and about the change of urban and highway traffic management.
Topics
• Wireless technologies
• Communication protocols
• Security and privacy requirements
• Technical solutions for planning
and experiments
• State of affairs: which application are realised
• Developments in USA, Europe and Japan
Presented by et. al.
Organized by
Fax-Hotline +49 (0)89 / 998 30-157
Exhibition
There will be a supplemental
exhibition. Are you interested?
Please contact us!
Sylvia Hahn,
Phone +49 (0) 89 / 998 30-669
seminare@hanser.de
❑ Please send me more information on car2x Communication on
14-15 November 2007 in Fellbach/Stuttgart.
My Address: ❑ company address ❑ home address
First Name, Name
Company
Advisory Board
• Prof. Dr. Hannes Hartenstein, University Karlsruhe,
Institute of Telematics (Chairman)
• Dr.-Ing. Karl Naab, BMW Group
• Dr.-Ing. Andreas Festag, NEC Deutschland GmbH
• Dr.-Ing. Peter Vortisch, PTV AG
• Christoph Racher, Siemens VDO
Komplettes Programm online:
Automotive AG
www.car-2-x.de
ASFINAG VERKEHRSTELEMATIK GMBH • Audi Electronics Venture GmbH • BMW Group • Delphi Delco Electronics Europa
GmbH • DENSO AUTOMOTIVE Deutschland GmbH • Fraunhofer FOKUS • Ibeo Automobile Sensor GmbH • NEC Deutschland
GmbH • Orange Labs • ProSyst Software GmbH • Siemens AG • Siemens VDO Automotive AG • Technische Universität
München • Vodafone Group R&D Germany
Conference Fee
€ 990,–;
Special rate for subscribers of the
magazine HANSER automotive:
€ 920,–
(All Prices plus German VAT)
Industry Section
Telephone
Street/ P.O. Box
State / Zip code / City
Fax
Location
Schwabenlandhalle
near Classic Congress Hotel
Tainer Str. 7-9
70734 Fellbach
Department
Function
E-Mail
www.powertrain-materials.com
www.car-2-x.de

KOMPONENTENl AUTOMOTIVE 10.2007l25
© Carl Hanser Verlag, München www.hanser-automotive.de Nicht zur Verfügung im Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern
Neben der eigentlichen PMD-Empfangseinheit (bestehend aus Empfangsoptik,
PMD-Chip, Auswerteeinheit und Netzteil) benötigt jedes optische
Time-Of-Flight-Verfahren eine aktive Beleuchtung. Beispielsweise wurde bei
einer Fahrzeugintegration die IR-Lichtquelle im Kühlergrill der Fahrzeugfront
montiert. Angepasste Öffnungswinkel ermöglichen dabei die Erfassung
unterschiedlicher Objekte in verschiedenen Reichweiten. Die Lichtquellen
bestehen aus leistungsstarken LED–Modulen mit aufgesetzten Optiken.
Bild 3: Entfernungsrohdaten einer PMD-Frontkamera (links) in einer virtuellen 3D-
Darstellung. Das konventionelle Videobild (rechts) stellt synchron die betrachtete
Szene dar. Die drei Fußgänger sind in der 3D-Darstellung als umrandete Punktewolke
zu erkennen.
© automotive
Beispielhafte Fahrszenen
In den folgenden Abbildungen unterschiedlicher Verkehrsszenen sind
exemplarisch die Rohdaten des oben beschriebenen Systems dargestellt.
Man erkennt die Position der detektierten Objekte im 3D-Raum und kann
aus den Änderungen die Bewegungsvektoren im Raum eindeutig extrahieren
(Bild 3).
Die Algorithmik zur Objekterkennung unterscheidet im obigen Beispiel lediglich
relevante Objekte (d. h. Objekte mit einer bestimmten Größe, die über
die Anzahl der Pixel auf dem Objekt bestimmt wird) von anderen nicht relevanten
Objekten. In verschiedenen Messreihen wurde auf Basis dieser
Unterscheidung sogar die Fahrzeugsteuerung (d. h. Beschleunigung und Verzögerung)
automatisch geregelt, so dass eine “ACC FSR/Stop-and-Go”-Funktion
erfolgreich demonstriert werden konnte. Darüber hinaus konnte die
Unterscheidung von potentiellen Unfallsituationen auf Basis der PMD-Daten
erfolgreich realisiert werden, so dass auch für Pre-Crash Anwendungen das
hohe Potential der Technologie dargestellt wurde.
Fazit
Die bisher durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass PMD-Sensorik für
Fahrzeuganwendungen ein großes Potenzial aufweist. Robustheit gegenüber
wechselnden Lichtverhältnissen sowie Unempfindlichkeit gegenüber
Fremd- und Hintergrundlicht zeichnen diese Sensorik aus. Eine sehr gute
Trennung von Objekt und Hintergrund ermöglicht in Verbindung mit 3D-Konturanalysen
eine zuverlässige Detektion von Objekten. Schnelle Bildwiederholraten
eröffnen den Weg für Sicherheitsapplikationen auch bei schnellen
Bewegungsvorgängen. (oe)
Bearbeitet nach Unterlagen der PMDTechnologies GmbH, 57076 Siegen
ODU AUTOMOTIVE
STARTET DURCH
Von Stecksystemen für alternative
Antriebe (Wasserstoff, Hybrid) über
Servosysteme bis hin zu Steckern für
aktive Sicherheitssysteme, überall wo
Zuverlässigkeit und Qualität gefragt
ist, kommen unsere Stecker zum
Einsatz.
Sie suchen Stecker die am Markt
noch nicht verfügbar sind?
Unser Motto lautet:
”Was es noch nicht gibt, können wir
für Sie bauen!”
ODU Automotive GmbH
100% Tochter der ODU/Otto Dunkel
GmbH, d.h. über 50 Jahre Erfahrung,
über 50 Mio. € Umsatz, über 20 Entwicklungsaufträge
im Jahr, Alleinlieferant
bei über 100 Kunden weltweit
zertifiziert nach ISO 9001 und
ISO/TS 16949
8 Entwicklungsaufträge seit Gründung
des Unternehmens im Juni 2004
Pregelstraße 11 · D-84453 Mühldorf/Inn
Telefon +49/86 31/61 56-0
Fax +49/86 31/61 56 49
www.odu-automotive.com
automotive@odu.de
PMDTechnologies GmbH
@ www.PMDTec.com