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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeugsichtsystem mit Linse und Bilderfassungseinrichtung.
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Moderne
Kraftfahrzeuge werden mit einer zunehmenden Anzahl von Fahrerinformationssystemen
und Fahrerassistenzsystemen ausgestattet. Viele dieser Systeme basieren
auf einer Bilderfassung mittels einer elektronischen Kamera.
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Die
DE 10 2004 028 616
A1 zeigt beispielsweise ein Fahrzeugnachtsichtsystem mit
einer Kamera bestehend aus einem Kameraobjektiv und einem Bildsensor.
Das Nachtsichtsystem weist ferner eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung
von Bildinformationen auf, wobei die Bildinformationen von der Kamera
erzeugt werden. Ferner weist das Nachtsichtsystem Scheinwerfer auf,
die Licht im nahen infraroten Spektralbereich aussenden. Das Kameraobjektiv
besteht aus drei Linsen, die ein Linsensystem bilden. Als Linsen
werden konkave und/oder konvexe und/oder konkav-konvexe Linsen verwendet.
Ferner umfasst das Kameraobjektiv eine im Strahlengang angeordnete
konzentrische Blende, die in der Hauptebene des Kameraobjektives
angeordnet ist. Das Kameraobjektiv bildet zusammen mit dem Bildsensor das
Abbildungssystem. Der Bildsensor ist ein CMOS-Bildsensor oder ein
CCD-Sensor.
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Aus
der
DE 10 2004
009 159 A1 ist ein Gleitsichtbrillenglas bekannt mit einem
oberen Randbereich, welcher eine erste optische Brechkraft aufweist,
einem unteren Randbereich, welcher eine zweite optische Brechkraft
aufweist, und einem Progressionsbereich, welcher eine dritte, sich
kontinuierlich ändernde
optische Brechkraft aufweist, wobei die zweite optische Brechkraft
größer ist
als die erste optische Brechkraft.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugsichtsystem anzugeben,
mit dem fahrzeugtechnische Funktionalitäten mit guter Qualität auf wirtschaftliche
Weise realisiert werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu
entnehmen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Fahrzeugsichtsystem mit einer Linse oder einem Linsensystem
ausgestattet, durch welche Objekte, insbesondere in Abhängigkeit
von deren Lage im Erfassungsbereich der Linse oder des Linsensystems,
mit verschiedenen Brennweiten auf einen Bilderfassungsbereich abgebildet
werden.
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Die
Lage eines Objektes im Erfassungsbereich der Linse kann dabei insbesondere
definiert sein durch den Winkel, den eine Gerade von der Linse zu
dem Objekt mit der Fahrzeuglängsachse
einschließt.
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Wird
mehr als eine Linse, beispielsweise ein Linsensystem, eingesetzt,
so können
diese in Richtung der optischen Achse hintereinander koaxial angeordnet
sein. Besonders bevorzugt ist aber die Verwendung nur einer einzigen
einstückig
gebildeten Linse, um eine wirtschaftliche und mechanisch stabile
praktische Umsetzung zu ermöglichen,
die gerade in einem Fahrzeug von besonderer Bedeutung ist.
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Vorzugsweise
umfasst das Fahrzeugsichtsystem eine Bilderfassungseinrichtung,
wie eine Bildsensoreinrichtung, mit einer Vielzahl von Bilderfassungsbereichen.
Der Bilderfassungseinrichtung ist zumindest eine Linse oder ein
Linsensystem vorgelagert, die zumindest eine erste und eine zweite Brennweite
aufweisen, um Objekte auf die Bilderfassungseinrichtung abzubilden.
Die Bilderfassungseinrichtung und die Linse oder das Linsensystem
sind beispielsweise derart relativ zueinander angeordnet und derart
ausgeführt,
dass eine Abbildung eines Objektes auf einen ersten Bilderfassungsbereich
der Bilderfassungseinrichtung auf der ersten Brennweite basiert,
und dass eine Abbildung auf einen zweiten Bilderfassungsbereich
der Bilderfassungseinrichtung auf der zweiten Brennweite basiert.
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Mit
der Abbildung mit zwei verschiedenen Brennweiten einher geht dann
vorzugsweise eine Abbildung von Objekten in Abhängigkeit von deren Lage im
Erfassungsbereich auf verschiedene Bereiche einer Bilderfassungseinrichtung.
Dies kann wiederum zur Folge haben, dass Objekte in Abhängigkeit
von deren Lage im Erfassungsbereich, trotz gleicher Entfernung mit
verschiedenen Auflösungen
erfasst werden oder trotz verschiedener Entfernungen mit ähnlicher
oder gleicher Auflösung
erfasst werden.
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Mit
der Erfindung wird die Erkenntnis genützt, dass Objekte in Abhängigkeit
von ihrer Lage im Erfassungsbereich der Linse oder des Linsensystems
für den
Fahrer eines Fahrzeuges von unterschiedlicher Bedeutung sind. So
sind Objekte, wie beispielsweise Personen, Tiere oder Hindernisse
auf der Fahrbahn, die eher zentral vor dem Fahrzeug liegen, auch
schon in großer
Entfernung von dem Fahrzeug von großer Bedeutung. Dagegen sind
Objekte, wie Fahrbahnbegrenzungen, Fahrbahnspuren oder in seltenen
Fällen
auch Personen, die sich am Rand des Erfassungsbereichs einer Linse
befinden, im Wesentlichen nur dann von Bedeutung, wenn sie sich nahe
am Fahrzeug befinden.
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Es
wird erreicht, dass Objekte in Abhängigkeit von ihrer Lage im
Erfassungsbereich einer Linse mit unterschiedlichen Brennweiten
auf eine Bilderfassungseinrichtung abgebildet werden und so entsprechend
ihrer Relevanz für
einen Fahrer automatisch mit einer geeigneten Auflösung erfasst
werden. Dadurch können
die Objekte beispielsweise je nach Lage im Erfassungsbereich mit
verschiedenen Auflösungen
oder in verschiedenen Detaillierungsgraden dargestellt oder genützt werden
oder trotz verschiedener Entfernungen mit ähnlichen Auflösungen oder in ähnlichen
Detaillierungsgraden dargestellt oder genützt werden.
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Besonders
bevorzugt werden mit nur einer Linse oder einem Linsensystem Objekte
so auf eine Bilderfassungseinrichtung abgebildet, dass die Objekte
oder die entsprechenden Bildinformationen je nach Lage im Erfassungsbereich
der Linse oder der Bilderfassungseinrichtung für verschiedene fahrzeugtechnische
Funktionalitäten
erfasst oder zur Verfügung
gestellt werden können.
Dabei können
die Bildinformationen durch eine geeignete Wahl der Brennweiten
hinsichtlich ihrer Qualität
oder Auflösung
an die verschiedenen Anforderungen der verschiedenen fahrzeugtechnischen
Funktionalitäten automatisch
angepasst werden.
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Eine
Bildverarbeitungseinrichtung wirkt dazu vorzugsweise derart mit
der Bilderfassungseinrichtung zusammen, dass die Realisierung eines
ersten fahrzeugtechnischen Funktionsmoduls auf durch den ersten
Bilderfassungsbereich erfassten Bildinformationen basiert, und/oder
dass die Realisierung eines zweiten fahrzeugtechnischen Funktionsmoduls
auf durch den zweiten Bilderfassungsbereich erfassten Bildinformationen
basiert.
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Es
wird dabei die Erkenntnis genützt,
dass Objekte in Abhängigkeit
von ihrer Lage im Erfassungsbereich der Linse oder des Linsensystems
für verschiedene
fahrzeugtechnische Funktionalitäten relevant
sind. So sind beispielsweise im Außenbereich liegende Fahrbahnbegrenzungsobjekte
für eine automatische
Spurerkennung oder Spurhaltung relevant, wohingegen zentral liegende
Personenobjekte für
eine Personenerkennung oder einer Personendarstellung relevant sind.
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Spurerkennung
und Personenerkennung sind verschiedene fahrzeugtechnische Funktionsmodule,
die auf verschiedenen Algorithmen basieren, deren Anforderungen
an die eingehenden Bildinformationen verschieden sein können, und
deren Ausgangsinformationen verschieden sind oder an verschiedene
Geräte
weitergegeben werden.
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Insbesondere
basieren die zur Realisierung eines ersten fahrzeugtechnischen Funktionsmoduls verwendeten
Bildinformationen ausschließlich,
bevorzugt oder im Wesentlichen auf durch den ersten Bilderfassungsbereich
erfassten Bildinformationen und/oder die zur Realisierung eines
zweiten fahrzeugtechnischen Funktionsmoduls verwendeten Bildinformationen
ausschließlich,
bevorzugt oder im Wesentlichen auf durch den zweiten Bilderfassungsbereich
erfassten Bildinformationen. Es können aber auch erste und/oder
zweite Funktionsmodule vorgesehen sein, deren Realisierung auf durch
den ersten und zweiten Bilderfassungsbereich erfassten Bildinformationen
basiert. Die Realisierung der Funktionsmodule kann selbstverständlich neben
den genannten Bildinformationen auf weiteren Informationen, Messwerten
oder Fahrzeugkomponenten basieren.
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Die
Bildverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise zentral die Realisierung
des ersten und/oder des zweiten Funktionsmoduls vorbereiten, beispielsweise
durch eine Filterung, Verstärkung, Weiterleitung
und/oder Separierung von Bildinformationen, und/oder bereits einen
Teil der Realisierung des ersten und/oder des zweiten Funktionsmoduls bilden.
Beispielsweise kann sich die Bildverarbeitung auf eine sensornahe
Vorverarbeitung von Sensorsignalen beschränken. Alternativ dazu kann
die Bildverarbeitungseinrichtung verteilt oder zentral – den verschiedenen
Funktionsmodulen zugeordnet – realisiert
sein und so die Realisierung des ersten und/oder des zweiten Funktionsmoduls
vorbereiten oder bereits einen Teil der Realisierung des ersten und/oder
des zweiten Funktionsmoduls bilden.
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Besonders
bevorzugt und angepasst an die verschiedenen zu realisierenden fahrzeugtechnischen
Funktionsmodule ist vorgesehen, dass die erste Brennweite der Linse
oder des Linsensystems größer ist
als die zweite Brennweite, wobei die Linse oder das Linsensystem
innen die erste Brennweite und außen die zweite Brennweite aufweist.
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Am
Fahrbahnrand befindliche Objekte sind für einen Fahrer im Wesentlichen
nur dann interessant, wenn sie sich nahe am Fahrzeug befinden. Daher
können
diese "äußeren" Objekte mit einer
relativ kleinen Brennweite im Sinne eines Weitwinkelobjektivs auf
die Bilderfassungseinrichtung abgebildet werden und dadurch mit
einer relativ kleinen Auflösung
durch die Bilderfassungseinrichtung erfasst werden.
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Vor
dem Fahrzeug lokalisierte Objekte sind dagegen auch schon interessant,
wenn sie sich noch in großer
Entfernung vom Fahrzeug befinden. Daher ist es sinnvoll diese "inneren" Objekte mit einer
großen
Brennweite im Sinne eines Teleobjektivs auf die Bilderfassungseinrichtung
abzubilden und damit mit einer relativ großen Auflösung zu erfassen.
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Daher
ist es vorteilhaft, die innere Brennweite größer auszuführen als die äußere. Sollen
in einem späteren
Verarbeitungsschritt die Bildinformationen auf einer Anzeigeeinrichtung
dargestellt werden, so werden diese vorher vorzugsweise entsprechend den
verschiedenen Brennweiten entzerrt. Im Ergebnis werden dann vorzugsweise – insbesondere
bei der Annahme gleicher Entfernung der Objekte zur Linse – die vor
dem Fahrzeug liegenden ("inneren") Objekte detailgetreuer
dargestellt als die am Fahrbahnrand liegenden ("äußeren") Objekte.
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Vorzugsweise
ist die Linse oder das Linsensystem rotationssymmetrisch bezüglich der
optischen Achse ausgeführt,
wobei die die Brennweite der Linse in radialer Richtung, also senkrecht
zur optischen Achse kontinuierlich (linear oder nichtlinear) oder
diskret in mindestens einer Stufe kleiner wird.
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Selbstverständlich liegt
es im Rahmen der Erfindung, dass die Linse nicht nur zwei verschiedene
Brennweiten und/oder die Bilderfassungseinrichtung zwei verschiedene
Bilderfassungsbereiche aufweist, sondern, dass die Linse drei oder
mehr verschiedene Brennweiten und/oder die Bilderfassungseinrichtung
drei oder mehr verschiedene Bilderfassungsbereiche aufweist. Die
verschiedenen Bilderfassungsbereiche müssen sich dabei voneinander
an sich nicht unterscheiden, sie können definiert sein, durch
die verschiedenen Brennweiten, durch welche Objekte auf sie abgebildet
werden, oder durch die verschiedenen fahrzeugtechnischen Funktionsmodule,
denen sie Bildinformationen zur Verfügung stellen.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der Erfindung sieht vor, dass Bereiche verschiedener Brennweite der
Linse oder des Linsensystems hinsichtlich Größe, Anordnung und Gestalt an
die zu realisierenden fahrzeugtechnischen Funktionsmodule angepasst sind.
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Selbstverständlich umfasst
die Erfindung alternativ oder ergänzend zur Abbildung durch eine Linse
oder ein Linsensystem eine zur Abbildung durch die Linse oder das
Linsensystem analoge Abbildung durch einen Spiegel oder ein Spiegelsystem.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform liegt
der erste Bilderfassungsbereich näher am Zentrum der Bilderfassungseinrichtung
als der zweite Bilderfassungsbereich, beispielsweise bildet der
erste Bilderfassungsbereich einen inneren Bereich, der ganz oder
teilweise, beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten, durch
den zweiten Bilderfassungsbereich begrenzt oder eingeschlossen ist.
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Die
Bilderfassungseinrichtung umfasst insbesondere zumindest einen mehrere
Pixel aufweisenden Bildsensor, beispielsweise einen CCD-Sensor (Charge-coupled
Device) oder einen CMOS-Sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Benachbarte
Pixel werden vorzugsweise zu Bilderfassungsbereichen zusammengefasst,
deren Größe, Anordnung
und Gestalt an die zu realisierenden Funktionsmodule und/oder an
die Größe, Anordnung und
Gestalt der Bereiche verschiedener Brennweite der Linse angepasst
sind. Besonders bevorzugt sind die von verschiedenen Bilderfassungsbereichen
erfassten Bildinformationen zur Verarbeitung oder Realisierung der
fahrzeugtechnischen Funktionsmodule voneinander separierbar.
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Vorzugsweise
ist die Bilderfassungseinrichtung zur Erfassung von sichtbarem Licht
und/oder von Infrarotlicht ausgestaltet. Verschiedene Bilderfassungsbereiche
sind vorzugsweise in Abhängigkeit von
den entsprechenden zu realisierenden Funktionsmodulen zur Erfassung
Lichts verschiedener Wellenlängenbereiche
ausgeführt.
Insbesondere ist die Bilderfassungseinrichtung zur Erfassung von Licht
im nahen Infrarot-Bereich eingerichtet, um die im Rahmen eines aktiven
Nachtsichtsystems durch einen Infrarotstrahler des Fahrzeugs abgestrahlte und
durch zu erkennende Objekte reflektierte Infrarotstrahlung zu erfassen.
Alternativ oder ergänzend dazu
ist die Bilderfassungseinrichtung zur Erfassung von Licht im fernen
Infrarot-Bereich eingerichtet, um die von Objekten abgestrahlte
Infrarotstrahlung zu erfassen.
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Vorteilhafterweise
sind verschiedene Bilderfassungsbereiche vorzugsweise in Abhängigkeit
von den entsprechenden zu realisierenden Funktionsmodulen mit verschiedenen
Auflösungen,
insbesondere mit einer unterschiedlichen Anzahl von Pixel pro Fläche, ausgeführt.
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Vorzugsweise
umfasst das erste fahrzeugtechnische Funktionsmodul ein Fahrerinformationssystem,
wie eine Objektdarstellung, beispielsweise die Darstellung von Objekten
auf einem Fahrzeugdisplay, oder eine Objekterkennung, beispielsweise
die Erkennung von Personen oder Verkehrsschildern, insbesondere
in Kombination mit einer hervorgehobenen Darstellung erkannter Objekte.
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Das
zweite fahrzeugtechnische Funktionsmodul umfasst vorzugsweise ein
Fahrerassistenzsystem,insbesondere eine automatische Spurhaltung
oder eine automatische Abstandshaltung.
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Besonders
bevorzugt ist vorgesehen, dass die durch einen ersten und/oder zweiten
Bilderfassungsbereich erfassten Bildinformationen vor einer Objekterkennung
oder Spurerkennung nicht korrigiert, insbesondere nicht entzerrt,
werden. Beispielsweise wird die Verzerrung durch die Linse nicht
rückgängig gemacht,
da dies zur Durchführung
einer elektronischen Objekterkennung oder Spurerkennung nicht erforderlich
ist und auch keinen Vorteil bringt.
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Allerdings
ist vorteilhafterweise vorgesehen, die durch einen ersten und/oder
zweiten Bilderfassungsbereich erfassten Bildinformationen vor einer Objekterkennung
oder Spurerkennung einer an die Linse oder das Linsensystem angepassten
Bildauswertung, insbesondere einer Merkmalserkennung oder einer
Merkmalsextraktion zu unterziehen.
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Vor
einer Objektdarstellung werden die durch einen ersten und/oder zweiten
Bilderfassungsbereich erfassten Bildinformationen, vorzugsweise angepasst
an die Linse oder das Linsensystem, insbesondere an die verschiedenen
Brennweiten und/oder an die Ausgestaltung der Bereiche verschiedener
Brennweiten, korrigiert, insbesondere entzerrt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme
auf die folgende Figur näher
erläutert:
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1 zeigt
ein vereinfachtes und schematisches Prinzipschaltbild eines Fahrzeugsichtsystems.
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In 1 ist
ein Fahrzeugsichtsystem FS für ein
Kraftfahrzeug dargestellt. Das Fahrzeugsichtsystem FS umfasst eine
Linse L mit zwei verschiedenen Brennweiten BW1, BW2. Im vorliegenden
Beispiel ist die erste (innere) Brennweite BW1 größer als
die zweite (äußere) Brennweite
BW2 der rotationssymmetrisch zur optischen Achse ausgeführten Linse
L.
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Durch
die Linse L wird ein Erfassungsbereich oder Objekte in einem Erfassungsbereich
auf eine – in
Richtung der optischen Achse OA der Linse hinter der Linse angeordnete – Bilderfassungseinrichtung BE
abgebildet. Der Erfassungsbereich ist in der Figur von oben dargestellt
und umfasst einen ersten inneren Winkelerfassungsbereich w1 und
einen zweiten äußeren Winkelerfassungsbereich
w2. Die optische Achse OA ist vorzugsweise parallel zur Fahrzeuglängssachse
ausgeführt.
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Die
Objekte im inneren Winkelerfassungsbereich w1 werden dabei mit der
ersten Brennweite BW1 auf einen ersten Bilderfassungsbereich B1
der Bilderfassungseinrichtung BE abgebildet und die Objekte im äußeren Winkelerfassungsbereich
w2 werden mit der zweiten Brennweite BW2 auf einen zweiten Bilderfassungsbereich
B2 der Bilderfassungseinrichtung BE abgebildet.
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Die
Bilderfassungseinrichtung BE kann dabei einen oder mehrere Bildsensoren
aufweisen. Vorzugsweise wird ein CCD-Sensor (Charge-coupled Device)
oder ein CMOS-Sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor) eingesetzt.
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Zudem
ist eine Bildverarbeitungseinrichtung BV vorgesehen, die je nach
Ausführungsvariante eine
Realisierung fahrzeugtechnischer Funktionalitäten basierend auf den durch
die Bilderfassungseinrichtung BE erfassten Bildinformationen vorbereitet oder
unterstützt.
Insbesondere wird durch die Bildverarbeitungseinrichtung BV die
Realisierung verschiedener fahrzeugtechnischer Funktionsmodule F1,
F2 basierend auf verschiedenen Bildinformationen, insbesondere basierend
auf durch verschiedene Bilderfassungsbereiche B1, B2 erfassten Bildinformationen,
vorbereitet oder unterstützt.
Die Bildverarbeitungseinrichtung BV kann eine Filtereinrichtung, eine
Verstärkereinrichtung,
eine Bildinformationsseparationseinrichtung und/oder eine programmgesteuerte
Prozessoreinrichtung umfassen.
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Das
erste fahrzeugtechnische Funktionsmodul F1 umfasst in diesem Beispiel
ein Fahrerinformationssystem, insbesondere ein Nachtsichtsystem oder
eine Objektdarstellung bei Dunkelheit (Nachtsichtmodul). Das zweite
fahrzeugtechnische Funktionsmodul F2 umfasst ein Fahrerassistenzsystem,insbesondere
eine automatische Spurhaltung (Spurhaltungsmodul).
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Für die automatische
Spurhaltung werden in diesem Beispiel ausschließlich Bildinformationen verwendet,
die durch den zweiten Bilderfassungsbereich B2 erfasst werden. Diese
Bildinformationen werden zunächst
einer Objekterkennung OE unterzogen, um Fahrbahnspuren oder andere
Fahrbahnbegrenzungen zu erkennen. Die Objekterkennung OE ist dabei
an die Linse L, insbesondere an deren verschiedene Brennweiten,
angepasst. Informationen über
die erkannten Fahrbahnbegrenzungen werden dann dem Spurhaltungsmodul
F2 übermittelt, welches
daraus geeignete Maßnahmen,
beispielsweise automatische aktive Eingriffe in die Fahrdynamik,
ableitet und auslöst.
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Für das Nachtsichtsystem
werden in diesem Beispiel Bildinformationen verwendet, die durch
den ersten oder den zweiten Bilderfassungsbereich B1, B2 erfasst
wurden. Diese Bildinformationen werden zunächst einer Entzerrung E unterzogen,
um die Abbildung durch die Linse geeignet rückgängig zu machen. Die Entzerrung
ist dabei an die Linse L, insbesondere an deren verschiedene Brennweiten,
angepasst. Entzerrte Bildinformationen werden dann dem Nachtsichtmodul
F1 übermittelt,
und beispielsweise auf einem Display dargestellt.