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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Insassenerkennung nach
der Gattung des unabhängigen
Patentanspruchs.
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Aus
US 6,005,958 ist bereits
eine Vorrichtung zur Insassenerkennung in einem Fahrzeug bekannt,
bei der mittels einer Kamera der Insasse erkannt wird und wobei
auch eine zusätzliche
Beleuchtung vorgesehen ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Insassenerkennung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
hat demgegenüber
den Vorteil, dass durch die adaptive Ansteuerung der Bildwiederholrate
und der Lichtleistung der Beleuchtung in Abhängigkeit von einem Signal einer
die Fahrsituation charakterisierenden Sensorik in solchen Situationen,
in denen insbesondere eine schnelle Kopfbewegung und damit eine
hohe Bildwiederholrate erforderlich ist, auf diese hohe Bildwiederholrate
automatisch geschaltet werden kann. Bei einer hohen Bildwiederholrate
und damit einer kurzen Belichtungszeit ist auch eine starke Beleuchtung
notwendig, so dass auch gemäß der Erfindung
vorteilhafter Weise die Beleuchtungsstärke in solchen Situationen
dann erhöht
wird. Führt
die Situation, die zur Erhöhung
führt, nicht
zu einem Unfall, dann wird, wenn die Vorrichtung mittels der Fahrzeugsensoren
erkennt, dass die gefährliche
Situation nicht mehr vorliegt, die Beleuchtungsstärke und
die Bildwiederholrate wieder auf eine voreingestellte Normaleinstellung
geändert.
Insgesamt wird durch die Erfindung der Einsatz eines wesentlich
einfa cheren, leichteren, kompakteren und kostengünstigeren Sensorsystems ermöglicht,
weil alle Komponenten nur für
den Regelbetrieb ausgelegt werden. Die Lichtaustrittsfläche der
Beleuchtung kann relativ klein gehalten werden, was designerische
Vorteile bietet. Der elektrische Leistungsbedarf und die Abwärmeerzeugung
der gesamten Vorrichtung werden während des Regelbetriebs deutlich
gesenkt.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Vorrichtung zur Insassenerkennung möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Vorrichtung als die Fahrzeugsituation
erfassender Sensoren kinematische Sensoren beispielsweise Beschleunigungs-,
Drehraten- oder Geschwindigkeitssensoren oder Umfeldsensoren, beispielsweise
eine nach außen
gerichtete Videosensorik, Radarsensorik oder eine Kontaktsensorik
aufweist. Damit kann dann umfassend die Fahrzeugsituation charakterisiert
werden, insbesondere durch die kinematischen Sensoren können Wank-,
Schleuder-, Überrollvorgänge oder
auch Drehbewegungen des Fahrzeugs um seine Hochachse erkannt und
als gefährliche
Situation eingestuft werden. Dann werden die Bildwiederholrate und
die Lichtleistung entsprechend erhöht, um dieser gefährlichen
Situation Rechnung zu tragen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung auch in Abhängigkeit
von einem Signal der die Fahrzeugsituation charakterisierenden Sensorik
einen Prozessor, der zur Signalverarbeitung mit der bildgebenden
Sensorik koppelbar ist, ansteuert, um die Rechenleistung des Prozessors
zu erhöhen.
Die Rechenleistung kann vorteilhafter Weise dadurch erhöht werden,
in dem die Taktfrequenz oder eine Kernspannung des Prozessors erhöht wird.
Diese Technologie ist bereits aus der PC-Technik bekannt. Insbesondere
Notebook – Prozessoren
senken, wenn nicht die volle Rechenleistung gebraucht wird, ihre
Stromaufnahme durch herunterregeln des Taktes und ggf. der Betriebsspannung
(z.B. "Speed-Step – Technologie"). Im Gegensatz zu
dieser bekannten Technologie, bei der der Prozessor selbst seinen Lastzustand
erkennt und dann leider zum "Aufwachen" einige Zeit benötigt, wird
erfindungsgemäß ein externes
Signal zur Steuerung der Taktfrequenz und der Spannung herangezogen.
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Darüber hinaus
ist es von Vorteil, dass die Beleuchtung in solch gefährlichen
Situationen, in denen eine erhöhte
Lichtstärke
notwendig ist, nur noch die Anforderungen der Laserklasse 1M oder
3B erfüllt werden,
da in solchen gefährlichen
Situationen die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass der Fahrzeuginsasse
in die Leuchtquellen schaut und damit Schaden an seinem Sehsystem
nimmt. Hier kann dann in einer Güterabwägung die
Leuchtstärke
hochgefahren werden, um den Fahrzeuginsassen präzise zu erfassen, so dass damit
die Personenschutzmittel optimal angesteuert werden können.
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Es
ist jedoch vorteilhafter Weise auch möglich, dass die Datenrate,
mit der die Signale von der bildgebenden Sensorik, also einer Kamera, übertragen
werden, gesenkt wird, indem unwichtige Bildbereiche ausgeblendet
werden.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein
Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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2 ein
Flussdiagramm.
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Beschreibung
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Für die intelligente
Auflösung
von Personenschutzmitteln wird auch der Einsatz von bildgebenden
Sensoren, wie Videosensoren zur Überwachung des
Fahrzeuginnenraums untersucht. Dabei wird mit Hilfe einer oder mehrerer
Videokameras und einer Auswerteeinheit die Sitzbelegung klassifiziert
und ggf. die Kopfposition der Fahrzeuginsassen bestimmt. Die Ergebnisse
dieser Bildauswertung sollen eine situationsangepasste Auslösung der
Personenschutzmittel ermöglichen.
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Um
auch bei Dunkelheit z. B. bei Nachtfahrten, Tunneldurchfahrten und
anderen Videoinformationen zu erhalten, muss der Fahrzeuginnenraum künstlich
beleuchtet werden. Dies geschieht durch für den Menschen unsichtbarer
Infrarotstrahlung, die in der Regel durch Halbleiterbauelemente
wie Leuchtdioden oder Laserdioden erzeugt wird. Die der zeit verwendeten
Videosensoren sind in der Lage, diese Strahlung zu detektieren und
die gewünschten Videosignale
zu liefern.
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Bei
der Dimensionierung der Beleuchtung muss davon ausgegangen werden,
dass ein Teil des Fahrzeuginnenraums direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt
ist, während
andere Teile nur von der künstlichen
Lichtquelle beleuchtet werden. Vorzugsweise wird, um in beiden Teilbereichen
ausreichende Videoinformation zu erhalten, die Lichtleistung der künstlichen
Beleuchtung in der Größenordnung
der Sonneneinstrahlung liegen.
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Beim
Aufbau entsprechend leistungsfähiger Beleuchtungseinheiten
sind die Bestimmungen gemäß Laserschutzverordnung
maßgeblich.
Um eine Gefährdung
der Fahrzeuginsassen durch die Beleuchtung auszuschließen muss
die Lichtquelle der Laserklasse 1 (augensicher) entsprechen. Die
Bestimmungen zur Einhaltung der Laserklassen geben stark vereinfacht
die maximale Leistungsdichte in der Nähe der Lichtquelle vor. Da
die Größe der Lichtaustrittsöffnung durch
designerische und bauliche Vorgaben stark eingeschränkt ist,
darf die angegebene Lichtleistung einen Maximalwert nicht überschreiten.
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DIN
EN 608 25 unterscheidet folgende Laserklassen (stark vereinfacht):
- Laserklasse 1: augensicher auch bei längerer Bestrahlung, auch bei
Betrachtung mit optischen Geräten.
- Laserklasse 1M: augensicher auch bei längerer Bestrahlung.
- Laserklasse 2: nur für
sichtbare Strahlung.
- Laserklasse 3R: augensicher bei kurzzeitiger unabsichtlicher
Bestrahlung.
- Laserklasse 3B: Gefahr durch Blick in den direkten Strahl oder
spiegelnde Reflexionengefahr, leichter Hautverletzungen.
- Laserklasse 4: Gefahr durch direkten Strahl oder die diffuse
Reflexionen, Gefahr für
Haut, Brandgefahr.
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Die
minimal erforderliche Lichtleistung wird durch die Eigenschaften
der bildaufnehmenden Sensorik, das sind die Dunkelempfindlichkeit,
der Dynamikumfang und die Belichtungsdauer vorgegeben. Kürzere Belichtungszeiten
erfordern eine höhere Lichtleistung.
Die Belichtungsdauer bestimmt die mögliche Bildwiederholrate. Während zur
Sitzbelegungsklassifikation geringe Bildwiederholraten, d.h. nur
wenige Bilder pro Sekunde, ausreichend sind und somit die Belichtungsdauer
recht groß gewählt werden
kann, sind die Anforderungen an eine Kopfpositionsbestimmung wesentlich
höher.
Dies gilt insbesondere dann, wenn sich beispielsweise während eines
Aufpralls der Kopf eines Insassen sehr schnell bewegt und während dieser
Bewegung weiterhin verfolgt werden soll. Die hier benötigten Bildwiederholraten
liegen in der Größenordnung
von 100 Bildern pro Sekunde.
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Ähnlich wie
die Bildwiederholrate steigen die Anforderungen an den Prozessor,
der die Signalverarbeitung der Bildsignale leistet. Gegenstand der
Erfindung ist eine situationsangepasste Ansteuerung einer Vorrichtung
zur Insassen zur Erfassung des Insassen mittels einer bildgebenden
Sensorik unter Infrarotbeleuchtung für den Innenraum des Fahrzeugs. Während des
Regelbetriebs, d.h. im normalen Fahrzeugbetrieb, werden alle Anforderungen
an Augensicherheit nach Laserklasse 1, eine thermische Stabilität des Beleuchtungs-
und Videosystems und eine Funktionserfüllung bei niedrigen Bildwiederholraten erfüllt.
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Wird
durch am Fahrzeug angebrachte Sensoren eine Fahrsituation mit hohen
Beschleunigungen, z. B. eine Notbremsung, ein schleuderndes Fahrzeug
oder ein Aufprall ermittelt, die eine höhere Bildwiederholrate des
Videosensors erfordern, dann wird die Bildwiederholrate entsprechend
erhöht.
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Gleichzeitig
wird die Beleuchtungsstärke
soweit erhöht,
dass die Sensorfunktion auch bei kurzen Belichtungszeiten gegeben
ist. Durch eine Erhöhung der
Prozessortaktfrequenz bei gleichzeitiger Steigerung der Prozessorkernspannung
wird die benötigte Rechenleistung
zur Verfügung
gestellt.
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Bei
der Leistungssteigerung der Beleuchtung wird davon ausgegangen,
dass bei hohen Beschleunigungen im Fahrzeug beispielsweise bei einer
Notbremsung die Anforderungen an die Augensicherheit nach Laserklasse
1 nicht mehr erfüllt
werden müssen.
Bei hohen Beschleunigungen ist es nicht mehr möglich, für einen ausgedehnten Zeitraum
mit opti schen Geräten
direkt in die Lichtquelle zu blicken. Kann dieses ausgeschlossen
werden, so genügt
die Zertifizierung nach Laserklasse 1M.
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Bei
noch stärkeren
Beschleunigungen, wie sie bei einem Aufprall auftreten, wird der
Lidschlussreflex des Menschen ausgelöst. Dadurch können Bildwiederholrate
und Beleuchtungsleistung noch weiter erhöht werden. Die Grenzwerte für Laserklasse
3B können
dabei erreicht werden.
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Die
eingesetzten Halbleiterlichtquellen sind kurzfristig in der Lage,
die geforderten höheren
Lichtleistungen zu erzeugen, ohne Schaden zu nehmen. Bei einem kurzfristigen
Betrieb oberhalb der spezifizierten maximalen Leistung erfolgt kein
spontaner Ausfall des Leuchtmittels, sondern lediglich eine verstärkte Alterung.
Dieses gilt ebenfalls für
eventuell zur Ansteuerung der Beleuchtung eingesetzte Leistungselektronik.
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Da
die zuvor beschriebene Fahrsituation nur für einen kurzen Zeitraum auftritt,
können
die erreichten hohen Beleuchtungsstärken beim Design der Verlustwärmeableitung
unter Dimensionierung der Leuchtmittel und der Anschlusselektronik
außer
Acht gelassen werden.
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Die
Bildwiederholrate wird durch einen Taktgeber im Steuergerät vorgegeben.
Bei einer Steigerung der Bildwiederholrate muss lediglich beachtet werden,
dass alle Bilddaten in der zur Verfügung stehenden Zeit an das
Steuergerät übertragen
und dort verarbeitet werden können.
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Eine
deutliche Reduktion der zur übertragenden
Datenmenge kann dabei durch Ausblenden von nicht relevanten Bildbereichen
z. B. des Fußraums oder
des hinteren Fahrzeugbereichs erfolgen.
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Das
Erhöhen
des Prozessortakts bei gleichzeitiger Steigerung der Prozessorkernspannung
ist als so genanntes Overclocking aus der PC-Technik bekannt. Dabei
erfolgt die Wahl der Kernspannung statisch. Beim Overclocking wird
davon ausgegangen, dass der Prozessor dauerhaft außerhalb
der Spezifikation betrieben wird. Entsprechend hoch sind die Anforderungen
an Spannungsversorgungen und Wärmeableitungen.
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In
dem hier beschriebenen Szenario wird der Prozessor hinsichtlich
Taktfrequenz und Kernspannung nur kurzzeitig außerhalb der Spezifikation betrieben.
Dieser Betrieb hat auf die mittlere Leistungsaufnahmen und Wärmeabgabe
einen zu vernachlässigenden
Einfluss. Besondere Maßnahmen
zur Kühlung
der CPU und Stabilisierung der Spannungsversorgung sind nicht nötig.
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Durch
die beschriebene Erfindung wird der Einsatz eines wesentlich einfacheren,
leichteren, kompakteren und kostengünstigeren Sensorsystems ermöglicht.
weil alle Komponenten nur für
den Regelbetrieb ausgelegt werden.
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1 zeigt
in einem Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung. Mit einer Kamera 11 wird
eine Person 15 auf einem Fahrzeugsitz erfasst. Dabei ist
die Kamera 11 auf die Person 15 ausgerichtet.
Die Signale der Kamera 11 werden einem Steuergerät 12 zugeführt. Dort
werden sie von einem Prozessor μC
verarbeitet. Durch das Steuergerät 12 wird ein
Leuchtmittel als Beleuchtung 10 angesteuert. Dabei kann
es sich um Leuchtdioden oder Laserdioden handeln, die im Infrarotbereich
Licht emittieren. Das Steuergerät 12 ist über Datenein-,
Datenausgänge mit
einem Airbagsteuergerät
AB verbunden. Das Steuergerät
AB erhält
Daten von einer Sensorik 13, die Beschleunigungssensoren,
Umfeldsensoren, Kontaktsensoren und andere Insassensensoren oder Unterkombinationen
umfasst, wobei das Airbagsteuergerät AB Personenschutzmittel 14 wie
Airbags, Gurtstraffer und/oder Fußgängerschutzmittel ansteuert.
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Das
Airbagsteuergerät
AB stellt dem Steuergerät 12 die
Daten über
die Fahrzeugsituation zur Verfügung.
Dabei können
auch Daten von einem Bremsassistenten, einem Bremssteuergerät oder einer
Fahrdynamikregelung wie ESP zur Verfügung gestellt werden. Diese
kinematischen Sensoren, die die Bewegung des Fahrzeugs aufnehmen,
können auch
in einer ausgelagerten Sensorplattform vorhanden sein. In Abhängigkeit
von diesen Daten wird die Bildwiederholrate der Kamera 11 angepasst.
In einer gefährlichen
Situation wird die Bildwiederholrate erhöht, d. h. bei einer hohen gemessenen
Verzögerung des
Fahrzeugs erhöht
sich die Bildwiederholrate der Kamera 11 und die Lichtleistung
der Beleuchtung 10 wird dementsprechend erhöht, um die
benötigte
Belichtung in der kurzen Belichtungszeit zu erreichen. Um den gestiegenen
Anforderungen gerecht zu werden, wird auch der Prozessor μC vorzugsweise
in seiner Leistungsfähigkeit,
d.h. seiner Rechenleistung, erhöht,
indem die Taktfrequenz und die Kernspannung erhöht werden. Al ternativ ist es
jedoch möglich,
dass der Prozessor so ausgelegt ist, dass dies nicht notwendig ist.
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Als
Kamera 11 kann eine Monobildkamera aber auch eine Stereobildkamera
oder andere Kameras verwendet werden.
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2 zeigt
in einem Flussdiagramm wie die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert.
In Verfahrensschritt 200 wird die Situation des Fahrzeugs durch
die Fahrzeugsensoren erfasst. Dabei wird untersucht, ob sich das
Fahrzeug in einer gefährlichen Situation
befindet. Durch Beschleunigungssensoren kann auf eine Verzögerung infolge
einer Kollision geschlossen werden. Durch Drehratensensoren kann auf
Drehbewegungen des Fahrzeugs, insbesondere Überschlagsvorgänge geschlossen
werden. Mittels einer Umfeldsensorik kann auf mögliche oder unvermeidliche
Kollisionen geschlossen werden. Mittels einer Fahrdynamikregelung
kann auf Schleuder- oder andere das Fahrzeug und die Insassen gefährdende Bewegungen
des Fahrzeugs geschlossen werden. In Abhängigkeit davon wird in Verfahrensschritt 201 entschieden,
ob eine Anpassung der Komponenten der Vorrichtung zur Insassenerkennung
notwendig ist. Ist das nicht so, wird zurück zu Verfahrensschritt 200 gesprungen.
Ist das jedoch der Fall, dann wird in Verfahrensschritt 202 die
Lichtleistung der Beleuchtung 10 erhöht, in Verfahrensschritt 203 die
Bildwiederholrate der Kamera 11 und in Verfahrensschritt 204 die
Rechenleistung des Prozessors μC.
Zusätzlich
wird zur Reduzierung der Datenrate zur Datenübertragung zwischen dem der
Kamera 11 und dem Steuergerät 12 ein Ausblenden
von nicht wichtigen Bildteilen vorgenommen.