DE102005006922A1

DE102005006922A1 - Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem großen Winkelbereich

Info

Publication number: DE102005006922A1
Application number: DE102005006922A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Steiner (Fh); Michael Dr. Beuschel; Manfred Dipl.-Ing. Kulesch
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: DE102005006922B4

Abstract

Eine kostengünstige und kompakte Vorrichtung zur Erfassung von Objekten mit einem großen Erfassungsbereich wurde vorgestellt. Dazu wurden Strahlungsdetektoren in beabstandeten Streifen auf einem nicht ebenen Träger angeordnet.

Description

In Kraftfahrzeugen werden optische Sensoren zur Erfassung der Fahrzeugumgebung und des Fahrzeuginnenraums eingesetzt. Die Informationen über relevante Objekte im und außerhalb des Fahrzeugs werden in sogenannten Fahrerassistenzsystemen in Fahrhilfen umgesetzt, so dass Unfälle vermieden werden, oder wenn das nicht möglich ist, die Schwere des Unfalls und die Unfallfolgen gemildert werden. Zu den Fahrerassistenzsystemen zählen u.a. ACC (Adaptive Cruise Control), Stop & Go – System, Pre-Crash – System, Sitzbelegungserkennung, Fußgängerkollisionsschutz und die Einparkhilfe. Durch die wiederholte Bestimmung des Abstands eines erfassten Objekts zum Fahrzeug kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs den aktuellen Verkehrsbedingungen angepasst werden. Bevorstehende unausweichliche Kollisionen werden erkannt und schadensmindernde Maßnahmen eingeleitet. Zusätzlich ist es von Vorteil die Objekte in der Fahrzeugumgebung zu identifizieren und zu klassifizieren. Die zu ergreifenden Maßnahmen bei einer bevorstehenden Kollision hängen davon ab, ob sich der Zusammenstoß mit einem Fußgänger, einer Leitplanke oder einem Lastkraftwagen ereignet; z.B. wird bei einer Kollision eines Fußgängers mit dem Fahrzeug die Motorhaube etwas geöffnet, um bei einem Aufprall des Fußgängers die Knautschzone zu vergrößern. Gerade für die Erkennung von Objekten im Nahbereich ist es außerdem von Vorteil, wenn ein großer Winkelbereich vor dem Fahrzeug erfasst wird.

Es gibt bereits Ansätze zur dreidimensionalen Objekterkennung, die auch die Abstandsinformation vom Fahrzeug zum Objekt beinhaltet, z.B. wurde von der Firma Siemens eine Stereokamera entwickelt und die Firma IBEO entwickelte in Kooperation mit der Firma Hella einen Laserscanner, der separate Winkelbereiche von 0,25° bis 1 ° in der Fahrzeugumgebung nacheinander abtastet und die Laufzeit eines Lichtpulses aufnimmt. Die beschriebenen hochauflösenden 3D-Systeme sind technisch aufwändig und kostenintensiv. Auf der anderen Seite gibt es Konzepte, die mehrere Empfangskanäle (2-3) vorsehen. Durch die Kanaltrennung kann zusätzlich zur Laufzeitmessung eine Angabe zur Objektposition gemacht werden, eine Beschreibung findet sich u.a. in DE 10161233 . Mit dieser kostengünstigen Anordnung kann allerdings nicht die Objektkontur erkannt werden, wie es z. B. für die Kollisionstyperkennung in Kraftfahrzeugen vorteilhaft wäre.

Es ist daher eine Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, Objekte in der Umgebung und im Innenraum eines Kraftfahrzeugs in einem großen Winkelbereich zu erfassen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem großen Winkelbereich mit Strahlungsdetektoren realisiert werden kann, wobei die Strahlungsdetektoren in mindestens zwei Streifen auf einem nicht ebenen Träger angeordnet sind. Die Streifen sind beabstandet voneinander auf eine nicht ebenen Träger aufgebracht, der in einer vorteilhaften Ausgestaltung aus mehreren zusammenhängenden, zueinander gewinkelte Flächen besteht oder eine nach außen gewölbte Form aufweist. So kann ein größerer Winkelbereich erfasst werden als bei einem ebenen Träger.

Die beabstandete Anordnung der Streifen auf dem Träger bietet den Vorteil, dass der Erfassungsbereich der Vorrichtung vergrößert werden kann, ohne die Anzahl der Strahlungsdetektoren und damit die Anzahl der Bildpixel in gleichem Maß zu erhöhen. Dieser Ansatz ist kosteneffizient, da sowohl strahlungsaktive Fläche als auch Auswerteelektronik durch die reduzierte Anzahl von Bildpixeln eingespart wird. Vorzugsweise sind die Strahlungsdetektor-Streifen horizontal und/oder vertikal angeordnet, in Abhängigkeit von den Erfordernissen der zu erfassenden Umgebung. Eine erhöhte vertikale Bildauflösung wird benötigt, wenn z.B. ein Bordstein eines Fußwegs von einer Mauer unterschieden werden soll. Für die Aufnahme einer stark inhomogen Umgebung, z. B. des Fahrzeuginnenraums, ist eine Gitteranordnung von horizontalen und vertikalen Streifen vorteilhaft. Vorzugsweise sind Photodioden als Strahlungsdetektoren vorgesehen, da sie kompakt und kostengünstig sind.

In besonders vorteilhafter Weise wird die Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in Kombination mit einer gepulsten Strahlungsquelle betrieben, durch Pulslaufzeitmessung werden die Objekte dreidimensional abgebildet.

Vorzugsweise ist pro Strahlungsdetektor eine Signalverarbeitungseinheit vorgesehen. Eine optimaler Bildkontrast wird erreicht, wenn Strahlungsdetektor und zugehörige Signalverarbeitungseinheit benachbart auf dem Träger angeordnet sind.

In einer vorteilhaften Ausführungsform werden Signalverarbeitung und Signalauswertung in verschiedenen Einheiten ausgeführt. Die Strahlungsdetektoren und die Einheiten zur Signalverarbeitung und -auswertung sind vorzugsweise auf ein Halbleitersubstrat aufgebracht.

Vorzugsweise ist ein Kraftfahrzeug mit der Vorrichtung zur Erfassung von Objekten ausgestattet, wobei die Bildinformationen im Kraftfahrzeug in einem Fahrerassistenzsystem umgesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und drei Abbildung näher beschrieben.
Es zeigt
1: Gewinkelte Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem großen Winkelbereich in der Seitenansicht und Draufsicht
2: Gewölbte Vorrichtung zu Erfassung von Objekten in einem großen Winkelbereich in der Seitenansicht und Draufsicht.
3: Gitteranordnung der Strahlungsdetektoren
In 1 ist eine gewinkelte Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem großen Winkelbereich abgebildet. Die Vorrichtung ist in der Seitenansicht und Draufsicht dargestellt. Teil der Vorrichtung ist ein Träger 1, der drei zusammenhängende Flächen 1a,1b,1c umfasst. Benachbarte Flächen stehen in einem stumpfen Winkel zueinander. Auf den Flächen sind Streifen 4 von Strahlungsdetektoren 2 aufgebracht. Die Streifen 4 stehen parallel zueinander und sind beabstandet. Die abgebildete Vorrichtung ist für die Erfassung eines großen horizontalen Winkelbereichs vorgesehen, die vertikale Auflösung ist aufgrund der Ausrichtung der Streifen größer als die horizontale Auflösung. Ist für eine Anwendung eine erhöhte horizontale Bildauflösung vorteilhaft, werden die Streifen um 90° gedreht angeordnet. Im Raum 3 zwischen den Strahlungsdetektorstreifen sind Einheiten zur Signalverarbeitung 8 vorgesehen. Durch eine benachbarte Anordnung von einem Strahlungsdetektor und einer zugehörigen Signalverarbeitungseinheit wird eine optimale Pixeltrennung und somit ein optimaler Bildkontrast erreicht.
Die gewinkelte Geometrie des Trägers 6 erlaubt auch die Detektion von stark seitlich einfallendem Licht 5a,5b, ohne eine stark fokussierendes und Licht abschwächendes optisches Mittel zu benutzen. Die Empfindlichkeit der Anordnung kann weiter erhöht werden, indem ein optisches Mittel mit mehreren Fokussierpunkten eingesetzt wird, dass das einfallende Licht 5 nur auf die Strahlungsdetektorstreifen fokussiert, so dass kein Licht auf die Zwischenräume 3 trifft.
Wird der Lichteinfall aus vielen Richtungen erwartet, ist es vorteilhaft, dass das der Träger 1,6,7 mehr als drei Flächen umfasst. Die Anzahl der Flächen kann beliebig vergrößert werden bis eine gewölbte oder nahezu gewölbte Anordnung entsteht. Ein Beispiel für einen gewölbten Träger 6 ist in 2 in der Seitenansicht und Draufsicht dargestellt. Die Anordnung ist gut geeignet für die Detektion von Licht in einem Bereich von 180°. Die Strahlungsdetektoren 2 sind in Streifen 4 angeordnet. Die Streifen verlaufen parallel zueinander und sind beabstandet. Der Abstand der Streifen ist so gewählt, dass Einheiten zur Signalverarbeitung im Raum zwischen den Streifen Platz finden.
Die Anzahl und die Anordnung der Strahlungsdetektoren bestimmen die Bildauflösung. Wird in beide Raumrichtungen eine erhöhte Bildauflösung benötigt, ist eine gekreuzte Anordnung der Streifen vorgesehen. In 3 ist die Gitteranordnung von Strahlungsdetektor-Streifen 4a und 4b auf einem beliebig geformten Träger 7 in Draufsicht dargestellt. Die in grau gezeichneten Strahlungsdetektor-Streifen 4a verlaufen in vertikaler Richtung und kreuzen die in horizontaler Richtung verlaufenden Streifen 4b. Die Streifen sind beabstandet voneinander angeordnet und zwischen den Streifen können Signalverarbeitungseinheiten positioniert werden.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem großen Winkelbereich, wobei Strahlungsdetektoren (2) zur Bildaufnahme vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektoren (2) in beabstandeten Streifen (4) auf einem nicht ebenen Träger (1,6,7) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1,6,7) mehrere zusammenhängende, zueinander gewinkelt angeordnete Flächen umfasst und/oder eine gewölbte Formung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Streifen (4) am Einsatzort horizontal oder vertikal ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektor-Streifen (4a) auf einem Träger (7) parallel angeordnet sind und mit senkrecht dazu angeordneten, parallelen Streifen (4b) ein Gitter bilden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektoren (2) Photodioden sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gepulste Lichtquelle zur Beleuchtung von Objekten vorgesehen ist und eine Pulslaufzeitmessung zur Abstandsbestimmung durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass pro Strahlungsdetektor (2) eine Signalverarbeitungseinheit (8) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7), dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlungsdetektor (2) und die zugehörige Signalverarbeitungseinheit (8) benachbart auf dem Träger (1,6,7) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitung für ein einzelnes Pixel und die zentrale Aufgaben, z.B. eine Signalauswertung, in verschiedenen Einheiten ausgeführt werden.
Kraftfahrzeug mit Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bildinformationen im Kraftfahrzeug in einem Fahrerassistenzsystem umgesetzt werden.