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Spot an: Personenerkennung mit Fern-Infrarot und LED-Leuchten

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat Marko H. Hörter ein Fahrerassistenzsystem entwickelt, das Personen und Tiere am Straßenrand mit Licht markiert, damit sie früher erkannt werden. Dabei übernimmt ein "komplexes mechatronisches System" vollautomatisch die Bildanalyse und aktiviert bei Bedarf einen präzisen Lichtspot, der von besonders lichtstarken LED-Lampen erzeugt wird.

KIT: Fern-Infrarot und LED-Spotlight

Anders als beim einzigen serienmäßigen System mit ähnlicher Funktionalität, der Spotlight-Funktion im Mercedes CL, ist die KIT-Lösung keine Erweiterung eines vorhandenen Nachtsichtsystems, sondern ein autonom agierendes System. Die Möglichkeit, per Infrarot Menschen oder Tiere in einem Monitor sichtbar zumachen, ist nicht vorgesehen, zumal der Blick auf den Monitor "wertvolle Reaktionszeit" kosten würde. Aber auch die Technik der Lichtmarkierung selbst unterscheidet sich von der Mercedes-Lösung. Hörter verwendet derzeit links und rechts in die Scheinwerfer integriert je drei LEDs, die eine gezielte Markierung mit scharfer Hell-Dunkel-Abgrenzung erlauben. Die LED-Einheiten werden elektromotorisch verstellt, wobei Winkelgeschwindigkeiten von 200 Grad in der Sekunde möglich sind. Durch den Einsatz von Fern-Infrarot ist das System dazu in der Lage, Menschen und Tiere bis zu einer Entfernung von 150 Metern zu erkennen.

Daimler: Nah-Infrarot und maskiertes Bi-Xenon-Licht

Die bereits erwähnte Serienlösung von Mercedes ist völlig anders aufgebaut. Zum einen ist hier das "Spotlight" eine optionale Erweiterung des Nachsicht-Assistenten Plus. Dessen ursprüngliche Grundfunktion bestand "nur" darin, Menschen oder Tiere mithilfe von Nah-Infrarot im Monitor sichtbar zu machen - und bleibt natürlich auch in Verbindung mit dem Spotlight erhalten. Daimler setzt auf Nahinfrarot, die Reichweite für die Erkennung soll dabei 80 Meter betragen. Zwei separate Lichtquellen im Scheinwerfer beleuchten dabei die Fahrbahn mit dem für den Menschen nicht sichtbaren Infrarotlicht. Der Lichtspot selbst wird nicht mit LEDs erzeugt, sondern mithilfe einer elektromechanisch verstellbaren Maskierung im Brennpunkt des Bi-Xenon-Scheinwerfer. Im Prinzip ist das Spotlight beim Mercedes CL eine blinkende und richtbare Sondernutzung des Fernlichts.

In Praxistests wurde für beide Systeme ein deutlich erkennbarer Nutzen nachgewiesen. Bei den Versuchsfahrten von Daimler mit 70 km/h erkannten die Probanden mithilfe der Spotlight-Funktion einen Fußgänger im Durchschnitt 25 Meter früher als ohne System – was einem Zeitvorteil von zirka 1,3 Sekunden entspreche. Das KIT führte seine Versuche auf einer Landstraße bei Bad Bergzabern durch, bei Geschwindigkeiten um 60 km/h. Dabei ergaben sich Verbesserungen von 35 bis 40 Metern. Das entspricht laut Hörter zwei bis drei Sekunden, die man als Fahrer für ein früheres Reagieren gewinnt.

Auch BMW setzt auf Fern-Infrarot und LED

Noch nicht in Serie, aber dem KIT-System in mancherlei Hinsicht ähnlicher ist der Dynamic Light Spot von BMW. Auch BMW setzt auf Ferninfrarot, welches keine zusätzliche "Strahlquelle" benötigt. Es nutzt die abgegebene Wärmestrahlung der Menschen und Tiere, sodass nicht der "unzeitgemäße" zusätzliche Energiebedarf anfalle, den herkömmliche Nachtsichtsysteme auf Basis von Nahinfrarot mit sich brächten. Dieser beträgt laut BMW immerhin rund 100 Watt, was einem zusätzlichen CO2-Ausstoß von 3 g/km entspreche. Zudem sei das System weniger anfällig für Witterungseinflüsse. BMW nennt für den Dynamic Light Spot eine Reichweite von durchschnittlich 97 Metern.

Was die Lichttechnik angeht, sieht BMW verschiedene Möglichkeiten, von Pixellichtscheinwerfern über Xenon- und Schwenkmodule bis hin zu LED-Arrays. Derzeit arbeiten die Bayern mit einem geschwenkten LED-Spot. Diese Lösung stelle sicher, dass bei einem geringen, zeitlich befristeten Energiebedarf mit einer hohen Dynamik ein für den Fahrer optimales Sichtbild erzeugt wird und sich durch das Schwenken ein angenehmes Lichtbild ergebe. Wie bei der Karlsruher Lösung werden beim Dynamic Light Spot die LEDs zusätzlich in den vorhandenen Bauraum integriert, die normalen Scheinwerfer bleiben dabei in ihrem Aufbau unangetastet.

Aufwendige Bildverarbeitung

Hinter der Entwicklung am KIT stecken vier Jahre Forschungs- und Entwicklungsarbeit, bei der auch zwölf Studierende am Institut für Mess- und Regelungstechnik unter der Institutsleitung von Prof. Christoph Stiller beteiligt waren. Als eine der größten Schwierigkeiten in dieser Phase nennt Hörter die Bildverarbeitung: Kernstück der Innovation sei die Detektion und Klassifikation von potenziellen Kollisionsobjekten, für die eine rechenintensive Interpretation des Infrarotbildes notwendig sei. Der Computer müsse in weniger als 40 Millisekunden jedes einzelne Bild untersuchen und dabei zwischen Mensch und Tier sowie anderen Objekten unterscheiden können. Zudem ermittele er aus den 2-D-Bilder ihre 3-D-Position, Geschwindigkeit und Richtung. Nur wenn er daraufhin eine Kollisionsgefahr erkennt, werde der Sport mit seinem blinkenden blau-weißen Licht aktiviert und gezielt auf Mensch oder Tier gerichtet.

Serienchancen

Das Spotlight-System im Mercedes CL ist bis dato die einzige Serienlösung im Markt. BMW will das Dynamic Spotlight in Verbindung mit dem Night-Vision-System als Sonderausstattung einführen, ein Zeitpunkt wurde noch nicht genannt. Das System des KIT-Doktoranden könnte nach seinen Worten "kurz- bis mittelfristig" eine mögliche Serienanwendung finden. Abgesehen von den Reichweiten- und Präzisionsvorteilen der Technik werden sich mögliche Industriepartner vor allem den Zugewinn an Erkennbarkeitsentfernung interessieren, welche die Karlsruher Entwickler erreichen konnten.

(Bild: KIT) Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte