DE102005039241A1

DE102005039241A1 - Bildaufnehmer für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102005039241A1
Application number: DE102005039241A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Steiner (Fh); Michael Dr.-Ing. Beuschel
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-02-22

Abstract

Es wird ein Bildaufnehmer für ein Fahrzeug zur Erfassung von Objekten oder Szenen mit einer Detektoreinheit vorgestellt. Die Detektoreinheit umfasst eine Vielzahl von Bildpixeln, die in zumindest zwei Zeilen angeordnet sind. Form und/oder Größe und/oder Anordnung der Bildpixel sind an vorgegebene zu erwartende Positionen charakteristischer Bildelemente angepasst.

Description

In Kraftfahrzeugen werden optische Sensoren zur Erfassung der Fahrzeugumgebung und des Fahrzeuginnenraums eingesetzt. Z. B. Fahrerassistenzsysteme oder einige Sicherheitsfunktionen im Kraftfahrzeug arbeiten auf Grundlage von Informationen über relevante Objekte in der Fahrzeugumgebung. Zu den Fahrerassistenz- und Sicherheitssystemen zählen u.a. ACC (Adaptive Cruise Control), Stop & Go – System, Pre-Crash – System, Sitzbelegungserkennung, Fußgängerkollisionsschutz und die Einparkhilfe. Für diese Funktionen ist eine ortsaufgelöste Detektion von Objekten wünschenswert, z.B. um zu erkennen, ob es sich bei dem detektierten Objekt um eine Fahrbahnmarkierung, ein entgegenkommendes Fahrzeug oder um ein Objekt auf der eigenen Fahrspur handelt.

Es gibt bereits optische Sensoren, die ortsaufgelöst detektieren. Z.B. ist von der Firma IBEO in Kooperation mit der Firma Hella einen Laserscanner entwickelt worden, der separate Winkelbereiche von 0,25° bis 1° in der Fahrzeugumgebung nacheinander abtastet und die Laufzeit eines Lichtpulses aufnimmt. Laserscannersysteme erreichen eine hohe örtliche Auflösung, sind aber technisch aufwändig und kostenintensiv. Weiterhin gibt es Konzepte, die mehrere Empfangskanäle 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 mit wenigem Empfangskanälen wird allerdings nur eine geringe Raumauflösung erreicht. Hinzu kommt, dass die in diesem Sensor angewendeten Standarddetektoren nicht eng genug angeordnet werden können und somit entweder Detektionslücken entstehen oder für jedes Pixel ein eigenes optisches Mittel bzw. ein optisches Mittel mit mehreren Fokussierpunkten erforderlich ist. Letzteres führt zu Einbußen in der Empfindlichkeit (Reichweite) oder Vergrößerung des erforderlichen Bauraumes.

Die Raumauflösung kann generell mit Detektoren zur Bilderfassung erhöht werden und es kann eine nahezu lückenlose Raumauflösung unter Verwendung nur einer Linse realisiert werden. Nachteilig ist hier, dass derartige Detektoren ein rechteckiges Format und eine konstante Pixelgröße haben. Beides ist nicht optimiert für die erforderliche Raumauflösung einer vorgegebenen Anwendung. Ein Teil der Chipfläche und die generell hohe Pixelauflösung werden für viele Anwendungen nicht benötigt. Die nachgeschaltete und pro Pixel vorzuhaltende Signalverarbeitung ist technisch aufwendig und kostenintensiv.

Es ist daher eine Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, Objekte in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mit einer hinreichenden Ortsauflösung und kostenoptimiert zu erfassen.

Die Aufgabe wird erfinderisch gemäß einer Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung auf.

Erfindungsgemäß wird ein Bildaufnehmer mit Detektoreinheit für ein Fahrzeug zur Erfassung von Objekten oder Szenen angegeben. Die Detektoreinheit umfasst eine Vielzahl von Bildpixeln. Ein Pixel umfasst ein oder mehrere photoaktive Elemente mit einer gemeinsamen nachgeschalteten Signalverarbeitung. Großflächige Pixel können z.B. mittels eines Leadframes oder durch Bonden aus mehreren gleichgroßen kleineren Chips zusammengesetzt werden. Dadurch ist nur eine Chipgröße notwendig. Die Pixel sind in mehr als einer Zeile angeordnet. Um eine vorgegebene für die Anwendung spezifische Szene optimal erfassen zu können, ist die Form und/oder die Größe und/oder die Anordnung der Pixel an die charakteristischen Bildelemente angepasst.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Pixelzeilen des Bildaufnehmers zumindest annähernd trapezförmig angeordnet. Die Länge der Pixelzeilen bezüglich der Fahrbahn nimmt von unten nach oben ab. Diese Ausführungsform berücksichtigt insbesondere einen perspektivisch verzerrten Fahrbahnverlauf in der Bildaufnahme. Weiter entfernte Abschnitte der Fahrbahn erscheinen im Bild kleiner als weniger weit entfernte Abschnitte. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Anordnung der Pixelzeilen in der Form eines gleichschenkligen Trapezes, dessen Ausdehnung bezüglich der Fahrbahn von unten nach oben abnimmt.

In einer weiteren Ausgestaltung des Bildaufnehmers sind in einer ersten Zeile eine unterschiedliche Anzahl von Pixeln und/oder Pixel unterschiedlicher Größe verglichen mit einer zweiten Zeile angeordnet. Die Bezeichnungen erste und zweite Zeile stehen hier für beliebige Zeilen des Bildaufnehmers, die nicht identisch sind.

In einer besonderen Ausgestaltung umfasst der Bildaufnehmer zwei Pixelzeilen. In der unteren Zeile bezogen auf die Fahrbahn ist zur Erfassung der Bereiche linker Fahrbahnrand bzw. -markierung, Fahrbahn und rechter Fahrbahnrand bzw. markierung zumindest je ein Bildpixel pro Bereich vorgesehen. In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Bildaufnehmer zusätzlich zu der beschriebenen unteren Zeile eine obere Pixelzeile, die weniger und/oder kleinere Pixel aufweist. Auf diese Weise kann die perspektivische Verzerrung eines Fahrbahnverlaufs im Bild ausgeglichen werden, so dass im Wesentlichen nur die Fahrspur und darauf befindliche Objekte aufgenommen werden.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Form zumindest eines Bildpixels im Wesentlichen trapezförmig oder rechteckig ist. Die Seitenlängen des Rechtecks sind nicht gleich, d.h. die Pixel sind gerade nicht quadratisch wie im Stand der Technik.

Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen und von 5 Abbildungen beispielhaft näher erläutert.

1 Bildaufnehmer mit Pixeln gleicher Größe, die rechteckig angeordnet sind
2 Optimierter Bildaufnehmer mit Pixeln gleicher Größe zur Überwachung der Fahrspur
3 Optimierter Bildaufnehmer mit Pixeln unterschiedlicher Größe zur Überwachung der Fahrspur
4 Optimierter Bildaufnehmer mit Pixeln unterschiedlicher Größe zur Überwachung der Fahrspur und der seitlichen Umgebung
5 Optimierter Bildaufnehmer zur Überwachung der Fahrspur mit trapezförmigen Pixeln
In 1 ist ein Bildaufnehmer 1 mit Pixeln 2 gleicher Größe dargestellt, die Pixel 2 sind rechteckig angeordnet. Durch die eng benachbarte Anordnung der Pixel 2 kann eine nahezu lückenlose Raumauflösung z.B. unter Verwendung nur einer Linse 3 realisiert werden. Nachteilig ist, dass derartige Bildaufnehmer 1 ein rechteckiges Format und eine konstante Pixelgröße haben. Beides ist nicht optimiert für die erforderliche Raumauflösung von verschiedenen Anwendungen. Bei vielen Anwendungen wird ein Teil der Chipfläche und die generell hohe Pixelauflösung nicht benötigt. Die nachgeschaltete und pro Pixel 2 vorzuhaltende Signalverarbeitung ist zudem aufwendig und kostenintensiv. In 2 ist ein optimierter Bildaufnehmer 1 zur Überwachung der Fahrspur eines Fahrzeugs dargestellt. Ist nur die Überwachung der Fahrspur von Interesse, ist es ausreichend nur diesen Abbildungsbereich mit photoaktiver Fläche auszustatten. Der Fahrbahnverlauf wird im Bild perspektivisch verzerrt abgebildet. Weiter entfernte Abschnitte der Fahrbahn erscheinen im Bild kleiner als weniger weit entfernte Abschnitte. Hier ist es sinnvoll, eine Anordnung wie in 2 dargestellt zu wählen. Alle Pixel sind gleich groß und gleich geformt. Die untere Zeile bezüglich zur Fahrbahn nimmt den Nahbereich auf, der größer abgebildet wird als weiter entfernt liegende Bereiche. Die untere Zeile besteht aus drei Pixeln 2, während für die obere Zeile nur ein Pixel 2 ausreichend ist, um nahezu die gesamte Breite der Fahrspur abzudecken. Eine erhöhte Ortsauflösung im Nahbereich realisiert durch zumindest drei Pixel 2 in der unteren Pixelzeile, ist z.B. für eine Anwendung als Precrash-Sensor sinnvoll. Für eine präzise Vorhersage der Wahrscheinlichkeit und der Auswirkungen einer möglichen Kollision, ist die Kenntnis der Annäherungsrichtung des Objekts notwendig. In einem optimierten Bildaufnehmer 1 zur Fahrspurüberwachung kann die Ortsauflösung im Fernbereich erhöht werden, ohne von einer annähernd trapezförmige Anordnung der Pixel 2 abzuweichen. Die Anordnung ist in 3 skizziert. Die Pixel in der oberen Zeile sind verglichen mit denen der unteren Zeile kleiner. Die Anzahl der Pixel 2 in unterer und oberer Zeile können so annähernd gleich gewählt werden, um eine ähnliche Ortsauflösung zu erreichen. In 4 ist ein Bildaufnehmer dargestellt, der z.B. zur Erkennung von Vorbeifahrten im Nahbereich verwendet werden kann. Dazu wird die Raumauflösung im Nahbereich und damit die Anzahl der Pixel in der unteren Zeile erhöht. Für die Erkennung von Vorbeifahrten sind die äußeren Aufnahmebereiche relevant, die den Fahrspurrand und seine Umgebung abbilden. Deshalb wird die Pixelzahl an den Rändern der unteren Zeile erhöht, indem die Form der Pixel in diesen Bereichen rechteckig ist, wobei die Unterkante des Rechtecks bezogen zur Fahrbahn kürzer als die Seitenkante ist. Eine weitere Optimierung eines Bildaufnehmers zur Überwachung eines Fahrspur besteht darin, dass Erfassen von Fehlzielen zu reduzieren. Eine solche Anordnung ist in 5 abgebildet. Größe und Form der Pixel sind den Bereichen von Interesse angepasst. Die Form der Pixel ist die eines Trapezes und nicht mehr die eines Rechtecks, die Abschlusskante einer Pixelzeile verläuft schräg und der von unterer und Seitenkante der Pixels eingeschlossene Winkel ist ungleich 90°. Eine solche individuelle Anordnung und Form der Pixel kann auch zum Ausgleich von Optikfehlern oder – Eigenschaften genutzt werden. Gleiches gilt für nicht ideale Einbaubedingungen des Bildaufnehmers 1, z. B. einen schrägen Einbau.

Claims

Bildaufnehmer (1) für ein Fahrzeug zur Erfassung von Objekten oder Szenen mit einer Detektoreinheit, die eine Vielzahl von Bildpixel (2) umfasst, die in mehr als einer Zeile angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Form und/oder Größe und/oder Anordnung der Bildpixel (2) an vorgegebene zu erwartende Positionen charakteristischer Bildelemente angepasst sind.
Bildaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixelzeilen zumindest annähernd trapezförmig angeordnet sind, wobei die Länge der Pixelzeilen bezüglich der Fahrbahn von unten nach oben abnimmt.
Bildaufnehmer (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixelzeilen zumindest annähernd wie ein gleichschenkliges Trapez angeordnet sind, wobei die Länge der Pixelzeilen bezüglich der Fahrbahn von unten nach oben abnimmt.
Bildaufnehmer (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Zeilen eine unterschiedliche Anzahl von Pixeln (2) und/oder Pixel (2) unterschiedlicher Größe verglichen mit einer zweiten Zeile angeordnet sind.
Bildaufnehmer (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Pixelzeilen vorgesehen sind, wobei in einer bezüglich zur Fahrbahn unteren Zeile zumindest je ein Bildpixel (2) zur Erfassung der Bereiche linke Fahrbahnmarkierung, Fahrbahn und rechte Fahrbahnmarkierung vorgesehen ist.
Bildaufnehmer (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Pixelzeilen vorgesehen sind, wobei in einer bezüglich zur Fahrbahn unteren Zeile zumindest je ein Bildpixel (2) zur Erfassung der Bereiche linke Fahrbahnmarkierung, Fahrbahn und rechte Fahrbahnmarkierung vorgesehen ist und in einer bezüglich zur Fahrbahn oberen Pixelzeile weniger und/oder kleinere Pixel aufweist.
Bildaufnehmer (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form zumindest eines Bildpixels (2) im Wesentlichen trapezförmig ist.
Bildaufnehmer (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form zumindest eines Bildpixels (2) im Wesentlichen rechteckig ist, wobei die Seitenlängen des Rechtecks nicht gleich sind.
Kraftfahrzeug mit Bildaufnehmer (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.