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Lösungen für die Mobilität von morgen

Autonomes Fahren ist neben der E-Mobilität das Trendthema der Automobilbranche schlechthin, welches nicht nur die großen Autohersteller inspiriert sondern auch branchenfremde Wirtschaftsunternehmen, Forschungsinstitute, Hochschulen sowie Universitäten. Auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist als „Elite-Universität“ mit von der Partie und hat eine Forschungs- und Erprobungsplattform für Stereo-Kamerasysteme entwickelt. Hierbei setzt das KIT auf Gigabit Ethernet Kameras von MATRIX VISION

Mit Lidar, Radar und Ultraschall gibt es viele Sensorsystem-basierte Ansätze für das autonome Fahren. Beim OptiCar setzen Experten des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des FZI Forschungszentrum Informatik am Karlsruher Institut für Technologie und der MYESTRO Interactive GmbH auf digitale Kameras; um genauer zu sein, auf Fischaugen Weitwinkel-Stereo-Kameras. Stereo-Kameras ermöglichen ein räumliches Sehen und geben dadurch Aufschluss über die Position, Distanz und Geschwindigkeit von Objekten. Das im Maßstab 1:4 entwickelte Fahrzeug ist rundum mit sechs solcher Kamera-Paaren ausgestattet. Diese vermessen zum einen die nähere Umgebung und zum anderen kann durch die virtuelle Verknüpfung einzelner Kameras aus verschiedenen Stereo-Kamera-Paaren der Abstand der Kameras bis hin zur gesamten Fahrzeugbreite oder –länge vergrößert und damit auch weiter entfernte Objekte präzise erfasst werden. So können Tiefenlandkarten der gesamten Umgebung entstehen.

Bei den Kameras handelt es sich um das Gigabit Ethernet Modell mvBlueCOUGAR-X104iC von MATRIX VISION. Diese Farbkameras sind mit dem Pregius-CMOS-Sensor IMX265 von Sony ausgestattet, der speziell für intelligente Verkehrssysteme entwickelt wurde. Gerade im Bereich Verkehr sind Sensoren nötig, die keine Probleme mit wechselnden Lichtverhältnissen haben. Hierbei stechen die Sensoren von Sony vor allem durch niedriges Dunkelrauschen bei hoher Dynamik von über 71dB hervor. Die Stereo-Kameras übermitteln ihre Daten über Ethernet an einen eingebetteten, hochleistungsfähigen Bildverarbeitungsrechner, der in Echtzeit und kontinuierlich ein Gesamtbild der Verkehrssituation im Umfeld erstellt. Eine besondere Herausforderung bilden die Schwingungen der Fahrzeugkarosserie im Betrieb. Durch sie ändert sich ständig die Ausrichtung der Kameras zueinander und sie erschweren es verwertbare Bildinformationen zu erhalten.

Hier hat sich MYESTRO einen zweistufigen Prozess einfallen lassen, mit welchem diese Schwingungen in Echtzeit erkannt und kompensiert werden können. Zuerst wird mit der von MYESTRO entwickelten „KIEV-Technologie“ die intrinsische Kalibrierung der Fischaugenobjektive ermittelt. Dies geschieht - vor dem Einsatz im OptiCar - mittels Kalibrierstand, dessen Ergebnis Vektorfelder zur hochgenauen (<0,1 Pixel) intrinsischen Korrektur sind. Die intrinsischen Parameter bleiben auch bei äußeren Einflüssen wie Temperaturschwankungen, Stöße, Vibrationen, etc. stabil, jedoch verändern sich die extrinsischen Parameter dagegen teilweise so stark, dass die Messgenauigkeit abnimmt. Aus diesem Grund kommt nach dem Einbau der Kameras in das OptiCar die RubberStereo™ getaufte Technologie als zweite Stufe zum Einsatz. Hierbei finden die Kameras schritthaltend für jede Bildaufnahme die relative extrinsische Ausrichtung, die durch die Verformung des OptiCar während des Einsatzes kontinuierlich verändert werden. Über die ermittelten Lage-Matrizen werden dann direkt zeilentreue Bilderpaare zur Stereoauswertung errechnet.

Das OptiCar-Fahrzeug soll für die Erprobung neuer Technologien und als Demonstrator in der Lehre eingesetzt werden. Mit seiner offenen Architektur kann das Testauto zudem abhängig von spezifischen Forschungsfragen um weitere Module wie Radar, Karten oder Car2X-Kommunikation erweitert werden.

Fazit

Dass dem autonomen Fahren die Zukunft gehört, ist unbestritten, sorgt es doch für mehr Sicherheit, mehr Komfort und für ein entspannteres Reisen. Mit dem KIT-Zentrum „Mobilitätssysteme“ ist das Karlsruher Institut für Technologie schon vorbildlich aufgestellt und hat mit dem OptiCar die passenden Weichen gestellt. Hierbei wurde seitens der Industrie und Forschung schon vieles erreicht. Daher ist es nur noch eine Frage der Zeit und der Politik, wobei letztere das Thema auf die Tagesordnung gesetzt hat und die gesetzlichen Rahmenbedingungen festlegen will.