DE102008031593A1 - Kamerasystem für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Darstellen von Bildern mittels eines Kamerasystems - Google Patents

Kamerasystem für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Darstellen von Bildern mittels eines Kamerasystems Download PDF

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    • H04N2209/042—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor
    • H04N2209/047—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor using multispectral pick-up elements

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem sowie ein Verfahren zum Darstellen von Bildern mittels eines Kamerasystems. Es soll ein Kamerasystem geschaffen werden, das bei möglichst einfachem Aufbau eine hohe Lichtempfindlichkeit aufweist und gleichzeitig eine weitestgehend farbgetreue Bildwiedergabe erlaubt. Hierfür wird vorgeschlagen, dass ein System von Filtern eines Kamerasensors schachbrettartig gleiche Anteile rot, grün, blau und weiß umfasst, wobei alle Filter weitestgehend Infrarot-durchlässig sind, und dass eine Anordnung zum Auswerten Mittel zum Kompensieren des Infrarot-Anteils aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Darstellen von Bildern mittels des Kamerasystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
  • Solche Kamerasysteme werden z. B. in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um einen Fahrer unter anderem beim Rückwärtsfahren oder beim Beobachten von nicht oder schlecht einsehbaren Bereichen zu unterstützen. Die Kamerasysteme sind an sich bekannt. Sie weisen mindestens eine Kamera auf, die auf einen bestimmten Bereich gerichtet ist und die Mittels einer Anordnung zum Auswerten Bilder erzeugt, die dem Fahrer auf einem Display angezeigt werden. Hierbei ist eine hohe Farbtreue gefordert, wofür Informationen aus dem Infrarot-Bereich herausgefiltert werden. Diese bekannten Kamerasysteme weisen aber den Nachteil auf, dass ihre Lichtempfindlichkeit so gering ist, dass bei schlechten Lichtverhältnissen kein ausreichendes Bild angezeigt werden kann. Abhilfe können hier zusätzliche Lichtquellen schaffen; diese sind aber in den meisten Fällen nicht erwünscht und können andere Verkehrsteilnehmer irritieren und/oder stören.
  • In der US 5,555,324 ist ein Nachtsichtsystem zum Verarbeiten von zwei digitalen Bildsignalen des gleichen Objekts zum Erzeugen von drei Bildsignalen beschrieben. Hierbei werden auch Informationen aus dem Infrarot-Bereich genutzt. Das Nachtsichtsystem erfordert zwei Kameras und eine sehr aufwändige Auswertung der Signale.
  • Aus der EP 1 465 002 B1 ist eine Kamera mit Infrarot-Filter zu Verbesserung der Sicht in einem Kraftfahrzeug bekannt. Hierfür sind eine infrarotempfindliche Kamera und eine Infrarot-Strahlungsquelle angeordnet. Einem Objektiv der Kamera ist ein Infrarot-Filter zugeordnet, das räumliche Bereiche unterschiedlicher Transmission aufweist. Ein Teilbereich des Filters ist für sichtbares Licht durchlässig. Auf diese Wei se sollen Verkehrsampeln, Bremsleuchten oder Blinkleuchten erkennbar werden. Die Kamera benötigt die zusätzliche Strahlungsquelle und erlaubt keine farbgetreue Wiedergabe von Bildern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kamerasystem zu schaffen, das eine hohe Lichtempfindlichkeit aufweist und gleichzeitig eine weitestgehend farbgetreue Bildwiedergabe erlaubt. Hierbei soll das Kamerasystem möglichst einfach aufgebaut sein. Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines entsprechenden Verfahrens.
  • Die erste Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das System von Filtern umfasst schachbrettartig gleiche Anteile rot, grün, blau und weiß, wobei alle Filter weitestgehend Infrarot-durchlässig sind. Ein zusätzliches Infrarot-undurchlässiges Filter wird nicht verwendet. Hierdurch werden alle Wellenlängen genutzt, für die der Sensor wirksam ist. Gewöhnlich werden Silizium-Sensoren eingesetzt. Diese sind für Infrarot-Strahlen besonders empfindlich, so dass durch die Nutzung auch dieses Bereichs besonders viele Informationen gewonnen und genutzt werden können. Verfälschungen der Farbinformationen infolge der Infrarot-Strahlen werden in den Mitteln zum Auswerten durch einen geeigneten Algorithmus eliminiert, so dass auf dem Display eine weitestgehend naturgetreue Farbwiedergabe erfolgt.
  • Entsprechendes gilt für das Verfahren nach Anspruch 7.
  • Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
  • In einer besonderen Ausführung sind die Mittel zum Kompensieren des Infrarot-Anteils zum Berechnen des Infrarot-Anteils aus einem Verhältnis der Farb- und Weiß-Pixel ausgelegt. Dieser Anteil kann direkt in einen Offset für den jeweiligen Farbpixel (Rot, Grün, Blau) umgewandelt und von den Farbwerten subtrahiert werden. Auf diese Weise ist eine Rekonstruktion des Farbbildes möglich.
  • In einer weiteren Ausbildung sind die Mittel zum Auswerten zum Optimieren eines Kontrasts (High Dynamic Range) ausgelegt. Hierdurch lassen sich besonders kon trastreiche Bilder erzeugen, die sehr gut Objekte unterscheidbar machen und daher auch für eine Auswertung geeignet sind.
  • Bevorzugt sind außer dem Display weitere Fahrerassistenzsysteme an das Kamerasystem angeschlossen. Hierdurch lassen sich gesonderte Sensoren einsparen.
  • In einer weiteren Ausbildung umfassen die Mittel zum Auswerten einen automatischen Schalter für eine Darstellung in schwarz-weiß oder Farbe. Sobald eine bestimmte Lichtstärke unterschritten ist, wird auf schwarz-weiß umgestellt, bei Überschreiten zurück auf Farbe. Hierdurch können bei schlechteren Lichtverhältnissen mehr Informationen aus den Bildern gewonnen werden. Da das menschliche Auge bei solchen Lichtverhältnissen lediglich schwarz-weiß erkennt, entstehen durch das Umschalten keine Nachteile.
  • Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
  • 1 einen schematischen Aufbau eines erfinderischen Kamerasystems.
  • Wie aus der Figur ersichtlich umfasst eine Kamerasystem eine Kamera 1, eine Anordnung zum Auswerten 5 und ein Display 6.
  • Die Kamera 1 ist z. B. an der Innenseite einer Windschutzscheibe befestigt und umfasst ein Gehäuse, an dem ein Objektiv 2 befestigt ist. In dem Gehäuse ist in einem vorbestimmten Abstand zu der Optik ein Sensor 3 so angeordnet, dass ein von dem Objektiv 2 abgebildetes Bild von dem Sensor 3 erfasst wird. Zwischen der Objektiv 2 und dem Sensor 3 ist ein Filtersystem 4 angeordnet. Dieses umfasst ähnlich einem Bayer-Pattern eine Vielzahl von roten, grünen, blauen und weißen Farbfiltern, die schachbrettartig gleichmäßig über eine Filterfläche verteilt sind und Pixel bilden. Im Gegensatz zu dem Bayer-Pattern, bei dem weiße Farbfilter fehlen und die Anzahl der grünen Farbfilter doppelt so groß ist wie die jeder der anderen Farben, ist jedes zweite grüne Farbfilter durch jeweils ein weißes ersetzt. Ein Infrarot (IR)-Filter, das bei be kannten Kamerasystemen zwischen dem Objektiv 2 und dem Filtersystem 4 angeordnet ist, ist bei der erfindungsgemäßen Kamera 1 ausdrücklich nicht vorhanden.
  • An die Kamera 1 ist die Anordnung zum Auswerten 5 angeschlossen. Diese umfasst Mittel zur Farbinterpolation (Bayer Demosaicing), Mittel zum Kompensieren des IR-Anteils, einen automatischen Weißabgleich, eine Helligkeitskompression und einen Kameraregler.
  • Die Mittel zur Farbinterpolation berechnen wie bekannt für jede Stelle des Sensors 3 aus den vorhandenen Pixel mit Farbinformation fehlende Farbinformationen für die übrigen Pixel.
  • Die Mittel zum Kompensieren des Infrarot-Anteils sind erforderlich, weil dieser eine starke Farbverfälschung bewirkt. Mittels eines geeigneten Algorithmus werden in einem ersten Schritt der lokale und globale IR-Anteil aus dem Verhältnis der Farb- und Weiß-Pixel berechnet. Diese IR-Anteile werden direkt als Offset für den jeweiligen roten, grünen oder blauen Farbpixel berechnet und von den Farbwerten abgezogen; dies entspricht einer Rekonstruktion und somit einer Korrektur der jeweiligen Farbe. Die Grundlage des Offset basiert auf einer Messung des Kamerachips im gesamten Wellenlängenbereich, die eine Aussage über das Verhalten des Chips im infraroten Bereich in Bezug auf den sichtbaren Teil erlaubt.
  • Der Kameraregler, der automatische Weißabgleich und die Helligkeitskompression bewirken eine Optimierung der Kamera 1 und/oder eines Displays 6 auf bekannte Weise. Bevorzugt ist die Anordnung zum Auswerten zum Erhöhen eines Kontrasts ausgelegt. Auch dies ist an sich bekannt.
  • Optional umfasst die Anordnung zum Auswerten 5 einen automatischen Schalter zum Umschalten der Darstellung in der Anzeige in Farbe oder in schwarz-weiß. Auf diese Weise sind auch bei schlechten Lichtverhältnissen mehr Informationen auf dem Display anzeigbar.
  • An die Anordnung zum Auswerten 5 ist das Display 6 angeschlossen und an einer für einen Fahrer gut sichtbaren Stelle befestigt, z. B. in einem Armaturenbrett.
  • Bevorzugt sind an die Anordnung zum Auswerten weitere Fahrerassistenzsysteme wie z. B. Lane Departure Warning LDW, automatische Einstellung von Fern- oder Fahrlicht und/oder Pre-crash-Funktionen (zur Erhöhung der passiven Sicherheit im Fall eines Unfalls) angeschlossen.
  • Im Betrieb werden von der Kamera 1 durch das Objektiv 2 Bilder einer Umgebung aufgenommen und auf dem Sensor 3 als Helligkeitsunterschiede detektiert. Diese Helligkeitsunterschiede werden als erste Signale in die Anordnung zum Auswerten 5 geleitet, aus denen hier entsprechende zweite Signale für das Display 6 berechnet werden. Hierbei werden durch das Filtersystem bedingte Helligkeitsunterschiede mittels eines Algorithmus zur Berechnung von Farbinformationen genutzt, wobei die durch die ungefilterte IR-Strahlung bedingten Unterschiede durch Subtraktion des IR-Anteils berücksichtigt werden. Gleichzeitig werden Kontraste verstärkt. Auf diese Weise wird eine deutliche und weitestgehend farbgetreue Wiedergabe der Bilder in dem Display 6 erzielt.
  • Bei schlechten Lichtverhältnissen wie nachts oder bei starker Bewölkung wird die Wiedergabe automatisch von Farbe auf schwarz-weiß umgestellt, wodurch auch dann eine deutlichere Darstellung der Bilder mit hohem Informationsgehalt ermöglicht ist.
  • Die zweiten Signale können ebenfalls in die weiteren Fahrerassistenzsysteme geleitet werden, wo sie entsprechend den speziellen Erfordernissen ausgewertet und genutzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5555324 [0003]
    • - EP 1465002 B1 [0004]

Claims (8)

  1. Kamerasystem umfassend ein Objektiv (2), einen Fotosensor (3), ein Filtersystem (4), eine Anordnung zum Auswerten (5) und ein Display (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Filtersystem (4) schachbrettartig aus gleichmäßig verteilten roten, grünen, blauen und weißen Farbfiltern aufgebaut ist, wobei alle Farbfilter weitgehend Infrarot-durchlässig sind, und dass die Anordnung zum Auswerten (5) Mittel zum Kompensieren des Infrarot-Anteils aufweist.
  2. Kamerasystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Kompensieren des Infrarot-Anteils zum Berechnen des Infrarot-Anteils aus einem Verhältnis von Farb- und Weiß-Pixel ausgelegt sind.
  3. Kamerasystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Auswerten (5) zum Optimieren eines Kontrasts (High Dynamic Range) ausgelegt sind.
  4. Kamerasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Display weitere Fahrerassistenzsysteme angeschlossen sind.
  5. Kamerasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Auswerten (5) einen automatischen Schalter für eine Darstellung in schwarz-weiß oder Farbe umfassen.
  6. Verfahren zum Darstellen von Bildern mittels eines Kamerasystems, wobei die Bilder mittels eines Fotosensors (3) aufgenommen und anschließend ausgewertet sowie dargestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder einschließlich eines Infrarot-Anteils aufgenommen und ausgewertet werden und dass der Infrarot-Anteil bei dem Auswerten herausgerechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotanteil aus einem Verhältnis von Farb- und Weiß-Pixeln berechnet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei schlechten Lichtverhältnissen die Darstellung in schwarz-weiß erfolgt.
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