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Autonomes Fahren: Kooperative Positionierung mit Bildsensoren

GeoWerkstatt-Projekt des Monats Oktober 2021

Projekt: Autonomes Fahren: Kooperative Positionierung mit Bildsensoren

Forschende: Philipp Trusheim

Projektidee: Werden beim autonomen Fahren andere Verkehrsteilnehmer in die Positionierung als dynamische Passpunkte/Landmarken mit einbezogen, wird die eigene Positionierung verbessert und teilweise sogar erst ermöglicht.

Die Entwicklung autonomer Fahrzeuge schreitet schnell voran. Damit sich diese Fahrzeuge sicher in ihrer jeweiligen Umgebung bewegen können, ist eine verlässliche Positionierung Voraussetzung. Die Fahrzeuge müssen wissen, wo sie sich befinden in Bezug auf andere Verkehrsteilnehmer und ihre gesamte Umgebung.

Neben den klassischen Positionierungssensoren wie GNSS-Empfänger und IMUs (inertial measurement unit / intertiale Messeinheit), werden immer häufiger auch Kameras zur Lokalisierung eingesetzt. Ein Kamerabild kann nicht nur eine Position, sondern zusätzlich sehr viele Informationen über die Umgebung liefern. Des Weiteren sind viele aktuelle Kameramodelle bereits sehr günstig und leicht. Das ist vor allem von Vorteil, wenn sie mit Drohnen zum Einsatz kommen.

In diesem Projekt untersuchen wir im Rahmen des Graduiertenkollegs i.c.sens die Verwendung von dynamischen Passpunkten in einer kooperativen visuellen Positionierung. Hierzu verwenden wir eine Ausgleichung, die zeitgleich alle Positionen der Verknüpfungspunkte sowie die Lokalisierung der dynamischen Kameras und Passpunkte auf Grundlage der beobachteten korrespondierenden Punkte in den Bildern berechnet (Bündelblockausgleichung).

Was bedeutet das? Wenn beispielsweise ein Fahrzeug Probleme hat über GPS oder ein anderes GNSS seine Position zu bestimmen, kann die Kamera unterstützen. Sie nimmt die anderen Fahrzeuge in der Umgebung im Bild wahr. Wenn diese Fahrzeuge bessere Informationen über die eigene Position haben, kann das erste Fahrzeug diese Informationen nutzen, um seine eigene Position zu bestimmen. Diese Fahrzeuge dienen dann als sogenannte dynamische Passpunkte. Während der Messung stehen die Kameras im Kontakt mit den Passpunkten – also den anderen Fahrzeugen - und erhalten Informationen über deren Position. Da sie allerdings kontinuierlich ihre Position ändern, ist das Netz aus Kameras und Passpunkten zeitabhängig. Ein beispielhaftes Szenario ist in der Abbildung zu sehen. Hier erfassen die drei dynamischen Kameras in Zusammenarbeit mit den drei dynamischen Passpunkten eine Szenerie aus mehreren Verknüpfungspunkten.

© IPI
ERFASSUNG EINER SZENE DURCH DYNAMISCHE KAMERAS UND DYNAMISCHE PASSPUNKTE

Solche dynamischen Netze können auch hilfreich sein, wenn man eine Umgebung weiträumig erfassen möchte. Normalerweise müssten gleichmäßig Passpunkte für die Vermessung verteilt werden. Bei beweglichen Passpunkten verringert sich der Aufwand, wenn sich die Kameras bei der Erfassung zusammen mit den Passpunkten bewegen und sie somit eine größere Fläche abdecken können.