6D-Vision: Gefahren schneller erkennen als der Mensch

Nominiert für den Deutschen Zukunftspreis 2011

Bundespräsident Wulff und die Sprecher der nominierten Teams (v.l.n.r.: Prof. Dr. rer. nat. Karl Leo, Bundespräsident Wulff, Dr. Ing. Uwe Franke, Hansjörg Lerchenmüller)Am 27. August war es soweit: Bundespräsident Wulff gab bei der Eröffnung der IdeenExpo in Hannover die drei nominierten Teams für den Deutschen Zukunftspreis 2011 bekannt. Darunter auch das Team „6D-Vision – Gefahren schneller erkennen als der Mensch“, bestehend aus Dr.‑Ing. Uwe Franke, Dr. rer. nat. Stefan Gehrig, und mir, Dr.‑Ing. Clemens Rabe.

Aus den zahlreichen vorgeschlagenen Themen unterschiedlicher Fachgebiete werden von einer unabhängigen Jury in mehreren Schritten die besten drei Innovationen ausgesucht. Dabei spielen mehrere Aspekte eine Rolle: Die Marktreife der Innovation, der Nutzen für den Menschen, die Sicherung und Entstehung von Arbeitsplätzen in Deutschland, etc. Die Nominierung allein ist schon eine große Auszeichnung. Nicht nur für uns Nominierte, sondern für das gesamte Forschungsteam von Daimler.

Doch was ist „6D-Vision“? 6D-Vision ist ein Verfahren, um zukünftigen Fahrerassistenzsystemen das vorausschauende Fahren zu ermöglichen. Wir Menschen nehmen unsere Umwelt hauptsächlich mit unseren Augen wahr und schätzen Geschwindigkeiten anderer Verkehrsteilnehmer durch längeres Hinschauen. Dieses Prinzip haben wir auf das Fahrzeug übertragen. Die Augen des Fahrzeugs sind zwei Kameras hinter der Windschutzscheibe. Mit diesem Stereo-Kamerasystem kann das Fahrzeug – wie der Mensch – dreidimensional sehen. 25-mal pro Sekunde wird für jeden Bildpunkt die dreidimensionale Position berechnet. Das erfordert enorm viel Rechenleistung, und ist auf einem herkömmlichen PC nicht zu meistern. Im Fahrzeug kommt daher ein FPGA zum Einsatz, der diese Aufgabe nicht nur schneller durchführen kann, sondern auch deutlich weniger Strom verbraucht. Das von Daimler entwickelte Verfahren ist hinsichtlich Qualität und Robustheit eines der Besten und die echtzeitfähige Realisierung auf dem FPGA weltweit einzigartig.

Hat man zu jedem Zeitpunkt die Szene dreidimensional rekonstruiert, sind Funktionen wie ein automatisches Bremsen auf Hindernisse vor dem Fahrzeug einfach zu realisieren. Um aber frühzeitig reagieren zu können ist es notwendig nicht nur die unmittelbaren Hindernisse zu kennen, sondern gerade die Verkehrsteilnehmer zu identifizieren, die in der nächsten Sekunde gefährlich werden könnten! Das zweite Bild der Gallerie verdeutlicht dies: Hinter einem stehenden Fahrzeug rennt eine Person – in diesem Fall ich – über die Straße. Zu diesem Zeitpunkt ist es unmöglich mit einer reinen 3D-Analyse zwischen dem Fahrzeug und dem Fußgänger zu unterscheiden.

Das 6D-Vision-Verfahren analysiert daher nicht nur die dreidimensionale Szene zu einem einzelnen Zeitpunkt, sondern wertet die Stereo-Bildsequenz über die Zeit aus. Dazu werden einzelne Punkte im Bild mit Hilfe des sogenannten Optischen Flusses verfolgt. Da zu jedem dieser Bildpunkte aus der Stereo-Analyse die zugehörige 3D-Position bekannt ist, erhält man somit für jeden betrachteten Bildpunkt einen zeitlichen Verlauf von 3D-Positionen. Das 6D-Vision-Verfahren schätzt nun aus diesen Messdaten (Bildposition und Stereo-Information) sowohl die dreidimensionale Position als auch dessen dreidimensionalen Geschwindigkeitsvektor. Da es sich um ein Verfahren der Bildverarbeitung (engl. Computer Vision) handelt und Position und Geschwindigkeitsvektor zusammen 6 Dimensionen ergeben, wurde das Verfahren 6D-Vision genannt. Es arbeitet rekursiv, das heißt es nutzt die jeweils aktuell verfügbaren Daten, um die Schätzung kontinuierlich zu verbessern. Das Ergebnis für den oben erwähnten Fußgänger ist dritten Bild der Galerie zu sehen. Hier wird die Geschwindigkeit mit Pfeilen visualisiert, die jeweils an die prädizierte Position in 0,5 Sekunden zeigen.

Mit der 6D-Vision-Information, das heißt der 3D-Position und den zugehörigen 3D-Geschwindigkeiten, ist es erstmals möglich, Fahrerassistenzsysteme zu entwickeln, die den Fahrer in komplexen Situationen frühzeitig warnen oder sogar autonom reagieren. Ein Beispiel war das 2009 vorgestellte automatische Ausweichen auf Fußgänger: Ein querender Fußgänger wird mit dem 6D-Vision-Verfahren erkannt und berechnet, ob der Unfall mit einer Notbremsung noch zu verhindern ist. Ist dies der Fall, wird eine automatische Notbremsung eingeleitet. Ist der Fußgänger jedoch verdeckt und somit erst sehr spät sichtbar, reicht eine Bremsung nicht mehr aus. In diesem Fall wird nach Prüfung des verfügbaren Freiraums ein autonomes Ausweichmanöver gestartet. Die Erkennung und Entscheidung erfolgt dabei in Sekundenbruchteilen.

Das 6D-Vision-Verfahren stellt eine wichtige Grundlage für zukünftige Fahrerassistenzsysteme dar, und ist ein bedeutender Schritt zur Vision des unfallfreien Fahrens. Die Nominierung für den Deutschen Zukunftspreis unterstreicht die Wichtigkeit dieser Innovation und den Stellenwert kamera-basierter Assistenzsysteme. Man darf gespannt sein, wem Bundespräsident Wulff den Preis am 14. Dezember überreicht.

Weitere Informationen finden Sie unter http://www.6D-Vision.de und auf  Daimler.com


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