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Stand der Technik
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Bildaufnahmevorrichtungen,
die eine Kamera, insbesondere eine Videokamera, umfassen, wobei
die Kamera zur Bildaufnahme einen Bildsensor aufweist, sind grundsätzlich
bekannt. Des Weiteren ist es bekannt, derartige Bildaufnahmevorrichtungen für
die Umfeldsensorik in Kraftfahrzeugen einzusetzen, insbesondere
im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems. Mit den von der Kamera erfassten
Bild- oder Videodaten lassen sich Fahrerassistenzfunktionen realisieren,
die einen Fahrer bei seinen Fahreraufgaben unterstützen.
Solche Funktionen können den Fahrer informieren, warnen,
oder semiautonom bzw. autonom in die Fahrzeugdynamik des Fahrzeugs
eingreifen, um den Fahrer zu unterstützen. Bekannte Fahrerassistenzfunktionen
sind Nachtsichtunterstützung, Spurverlassenswarnung, Rückfahrhilfe,
Verkehrszeichenerkennung und/oder „Smart-Head-Control”.
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Die
Druckschrift
DE
10 2004 056 669 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einer Bildaufnahmevorrichtung,
wobei die Bildaufnahmevorrichtung Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems
ist. Die Bildaufnahmevorrichtung umfasst eine Videokamera, die einen Bildsensor
zur Bildaufnahme aufweist. Die in dieser Druckschrift offenbarte
Erfindung betrifft die Kalibrierung des Bildsensors. Um eine einfache
Kalibrierung der Kamera mit dem Bildsensor zu ermöglichen,
wird vorgeschlagen, ein Kalibrierobjekt vorzusehen, das am Kraftfahrzeug
angeordnet ist. Soll die Kamera kalibriert werden, so wird das Kalibrierobjekt
in den Erfassungsbereich der Kamera gebracht. Nach erfolgter Kalibrierung
wird das Kalibrierobjekt aus dem Erfassungsbereich der Kamera entfernt.
Das Kalibrierobjekt kann beispielsweise auf einer Motorhaube angeordnet
sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung umfasst
eine Kamera, insbesondere eine Videokamera und eine Beleuchtungsvorrichtung,
wobei die Kamera einen Bildsensor zur Bildaufnahme aufweist und
die Beleuchtungsvorrichtung zumindest ein transparentes Beleuchtungselement
mit mindestens einer Lichtquelle aufweist, und das Beleuchtungselement
derart angeordnet ist, das durch die mindestens eine Lichtquelle
des Beleuchtungselementes der Bildsensor beleuchtbar ist.
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Durch
das Beleuchtungselement ist es möglich, den Bildsensor
definiert mit Licht zu bestrahlen, insbesondere auch in Form von
Bildern und Mustern, im Falle dessen, dass mehrere Lichtquellen
vorgesehen sind. Eine derartige definierte Bestrahlung kann dazu
verwendet werden, die Kamera auf ihre Funktion zu überprüfen,
zu justieren und/oder zu kalibrieren. Beispielsweise kann überprüft
werden, ob eine Optik der Kamera korrekt angeordnet ist, ob der Bildsensor
funktionstüchtig ist, und ob Bilddaten, die vom Bildsensor
bereitgestellt werden, korrekt ausgelesen werden. Des Weiteren kann
mit Hilfe der definierten Bestrahlung eine Kalibrierung der Kamera, insbesondere
des Bildsensors und/oder des Auslesevorgangs des Bildsensors erfolgen.
Durch die Messung von Abweichungen ist eine Korrektur durch Nachjustieren
möglicht.
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Dadurch,
dass das Beleuchtungselement transparent ist, ist es insbesondere
möglich, das Beleuchtungselement dauerhaft in einem Erfassungsbereich
der Kamera anzuordnen. Das Beleuchtungselement kann insbesondere
auch während des Betriebs der Kamera in dem Erfassungsbereich
verbleiben, da es aufgrund seiner Transparenz die Bildaufnahme der
Kamera grundsätzlich nicht stört. Für
eine Überprüfung und/oder Kalibrierung der Kamera
kann das Beleuchtungselement kurzzeitig aktiviert werden. Auf diese
Weise ist beispielsweise eine Überprüfung, Justierung
und/oder Kalibrierung der Kamera auch im Betrieb der Kamera mit
kaum merklicher Störung möglich. Eine derartige Überprüfung,
Justierung und/oder Kalibrierung der Kamera während des Betriebes
kann beispielsweise in periodischen Abständen erfolgen.
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Alternativ
ist es ebenfalls möglich, das Beleuchtungselement außerhalb
des Erfassungsbereichs der Kamera anzuordnen, und von der mindestens
einen Lichtquelle ausgestrahltes Licht durch ein Einkoppelmittel,
beispielsweise durch ein Prisma, ein Spiegel, oder ein diffraktives
optisches Element, in den Erfassungsbereich der Kamera einzukoppeln. Aufgrund
der Transparenz des Beleuchtungselementes lässt sich das
Beleuchtungselement auch an solchen Stellen anordnen, an denen es
bei Intransparenz störend wirken würde, beispielsweise
an einer Windschutzscheibe eines Fahrzeuges. Diese Ausbildung ermöglicht
die Verwendung der Bildaufnahmevorrichtung beispielsweise auch als
Regensensor, insbesondere wenn das Beleuchtungselement derart angeordnet
ist, dass Licht der mindestens einen Lichtquelle, bevor es von dem
Bildsensor erfasst wird, in der Fensterscheibe des Fahrzeuges zumindest
eine Totalreflektion ausführt. Eine Benetzung der Scheibe
mit Regenwasser würde die Totalreflektion reduzieren. Aus
der Reduktion lässt sich die Stärke des Regens
berechnen.
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Als
Bildsensor ist ein Bildsensor auf Halbleiterbasis, beispielsweise
ein CCD- oder CMOS-Bildsensor, bevorzugt. Das Beleuchtungselement
ist vorzugsweise transparent für das Spektrum, das mit
der Kamera bei einer Bildaufnahme umfasst werden soll, insbesondere
der visuelle und/oder infrarote Spektralbereich.
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Das
erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine derartige
erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung, wobei
die Bildaufnahmevorrichtung Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems
ist.
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Neben
der Verwendung des transparenten Beleuchtungselementes als Element
zum Überprüfen und/oder Kalibrieren der Kamera
sind selbstverständlich auch andere Verwendungsmöglichkeiten nicht
ausgeschlossen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen,
die durch mehrere Figuren dargestellt sind, näher beschrieben.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bildaufnahmevorrichtung, die Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems
eines Fahrzeugs ist,
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2 eine
zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bildaufnahmevorrichtung, die gleichfalls Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems eines
Fahrzeugs ist, und
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3 eine
Aufsicht auf das genannte Beleuchtungselement.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Gleiche
oder einander entsprechende Bauteile sind in den Figuren mit denselben
Bezugszeichen Versehen.
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Die 1 zeigt
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bildaufnahmevorrichtung 1. Die Bildaufnahmevorrichtung 1 ist
Bestandteil eines an sich bekannten Fahrerassistenzsystems eines
Fahrzeuges, wobei letzteres nicht näher dargestellt ist.
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Die
Bildaufnahmevorrichtung 1 umfasst eine Kamera 2,
hier eine Videokamera 2, und eine Beleuchtungsvorrichtung.
Die Kamera 2 weist einen Bildsensor 3 auf, der
mit einer Optik 10, hier eine Linse 10, zusammen
in einem Kameragehäuse 13 untergebracht ist. Das
Kameragehäuse 13 ist lediglich schematisch mit
Strichlinien angedeutet. Durch Bildsensor 3 und Linse 10 ist
ein Erfassungsbereich 6 der Kamera vorgegeben. Sich im
Erfassungsbereich 6 befindende Objekte sind durch den Bildsensor 3 erfassbar.
Die Kamera 2 ist in einem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeuges
hinter einer Scheibe 9, hier einer Windschutzscheibe 9,
angeordnet.
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Der
Bildsensor 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein Bildsensor auf Halbleiterbasis, in diesem Falle ein CCD-Sensor,
mit matrixförmig angeordneten Pixeln. Alternativ wäre
beispielsweise auch ein CMOS-Bildsensor einsetzbar. Die Kamera 2 umfasst eine
elektronische Sensorsteuereinheit 14, mittels der der Bildsensor 3 ansteuerbar
ist, insbesondere die vom Bildsensor 3 aufgenommenen Bilddaten ausgelesen
werden können.
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Die
Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein transparentes Beleuchtungselement 4 und
eine elektronische Steuereinheit 15 zum Steuern des Beleuchtungselementes 4.
Das transparente Beleuchtungselement 4 umfasst eine Vielzahl
von Lichtquellen 5, die spalten- und zeilenförmig
als Matrix angeordnet sind und ein Beleuchtungsfeld 12,
von dem 3 einen kleinen Ausschnitt zeigt,
bilden. Eine Lichtquelle 5 wird durch eine transparente
LED, hier eine Polymer-LED, die an sich bekannt ist, gebildet. Eine
derartige LED ist dadurch gekennzeichnet, dass diese einschließlich
der LED zugeordneter Elektroden transparent ist.
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Das
Beleuchtungselement 4 ist auf der Innenseite der Windschutzscheibe 9 des
Fahrzeuges angeordnet und mittels Klebstoffs mit dieser verbunden.
Die Windschutzscheibe 9 bildet somit einen Träger
für das Beleuchtungselement 4. Das Beleuchtungselement 4 ist
im Erfassungsbereich 6 der Kamera 2 angeordnet.
Durch Ansteuern einzelner oder mehrere Lichtquellen 5 des
Beleuchtungselementes 4 lassen sich durch das Beleuchtungselement 4 Bilder
und/oder Muster erzeugen, die durch den Bildsensor 3 erfassbar
sind.
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Der
Bildsensor 3 ist für die Erfassung von Licht in
visuellem und infrarotem Spektrum ausgelegt. Die Lichtquellen 5 des
Beleuchtungselementes 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel
derart ausgebildet, dass diese schmalbandig blaues Licht abstrahlen,
das im Spektralbereich des Bildsensors 3 liegt. Alternativ
können Lichtquellen mit anderen Frequenzbereichen eingesetzt
werden, oder auch Lichtquellen mit unterschiedlichen Strahlungsspektren kombiniert
werden. Insbesondere kann das Beleuchtungselement auch mit Lichtquellen
ausgestattet sein, die es ermöglichen, dass das Beleuchtungselement
Licht über einen breiten Spektralbereich abstrahlt.
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Die
Beleuchtungsvorrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel
Bestandteil einer Prüfvorrichtung der Bildaufnahmevorrichtung 1.
Neben der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Prüfvorrichtung eine
elektronische Steuer- und Auswerteeinheit 16. Die Steuer-
und Auswerteeinheit 16 ist elektronisch mit der Sensorsteuereinheit 14 verbunden.
Alternativ können Sensoreinheit 14, Steuer- und
Auswerteeinheit 16 und Steuereinheit 15 zu einer
elektronischen Einheit zusammengefasst werden. Die Steuer- und Auswerteeinheit 16 ist
zusammen mit der Steuereinheit 15 des Beleuchtungselementes 4 in
dem Kameragehäuse 13 angeordnet.
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Die
Prüfvorrichtung ermöglicht es, die Funktionsfähigkeit
der Kamera 2 laufend zu überprüfen, und
diese zu kalibrieren und zu justieren. Zur Überprüfung
des Bildsensors 3 steuert beispielsweise die Steuereinheit 15,
aktiviert durch die Steuer- und Auswerteeinheit 16 der
Prüfvorrichtung, dass Beleuchtungselement 4 an,
so dass das Beleuchtungselement 4 mittels der Lichtquellen 5 ein
Muster erzeugt. Das Muster wird durch den Bildsensor 3 erfasst
und mittels der Sensorsteuereinheit 14 ausgelesen. Die Steuer-
und Auswerteeinheit 16 greift auf die so gewonnen Bilddaten
zu und vergleicht diese mit Referenzwerten. Auf diese Weise kann
festgestellt werden, ob die Pixel des Bildsensors 3 funktionstüchtig sind,
oder ob ein Teil der Pixel ausgefallen ist. Bei mehrzeiligen, parallelen
Auslesen des Bildsensors 3 kann durch die Prüfvorrichtung
das Auslesen kalibriert und falls notwendig nachjustiert wer den,
indem die Sensorsteuereinheit 14 entsprechend angesteuert
wird. Ebenfalls ist eine Kalibrierung der Optik 10 möglich.
Die Prüfvorrichtung erfüllt damit einen Überwachungszweck,
da die mit der Videokamera 2 aufgenommen Videodaten auf
Fehler und Qualität überwachbar sind, sowie einen
Referenzzweck, da das Videobild der Videokamera 2 kalibriert
und/oder justiert werden kann. Mittels einer derartigen Prüfungsvorrichtung
lässt sich insbesondere der gesamte Abschnitt beginnend
vom Bildsensor 3 über Sensorsteuereinheit 14 bis
zur Auswerteeinheit 16 auf Fehler überprüfen.
Diese Funktionen sind zu dem während des laufenden Betriebes
der Videokamera 2 möglich, insbesondere wenn das
Beleuchtungselement 4 nur in Bedarfsfall als kurzfristiger
Impuls betätigt wird. Eine Kalibrierung bzw. Überprüfung
und, falls notwendig, eine Nachjustierung kann beispielsweise periodisch
alle n-Bildaufnahmen durchgeführt werden, wobei n eine
geeignete Zahl ist.
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Verwendet
man als Beleuchtungselement 4 ein Beleuchtungselement,
das ein breites Strahlungsspektrum hat, das vorzugsweise das Spektrum des
Bildsensors 3 abdeckt, ist zu dem eine frequenzabhängige Überprüfung
der Kamera 2, insbesondere des Abschnitts Bildsensor 3 – Auswerteeinheit 16 möglich.
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In
einer alternativen Ausführungsform ist das Beleuchtungselement 4'' auf
der Linse 10 angeordnet. In der 1 ist das
Beleuchtungselement 4'' durch eine gepunktete Linie dargestellt.
Der transparente Träger wird in diesem Fall durch die Linse 10 gebildet.
Das Beleuchtungselement 4'' ist mit der Linse 10 durch
eine stoffschlüssige Verbindung mit der Linsenoberfläche 10 befestigt,
hier durch ein Anschmelzen des Beleuchtungselementes 4''.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Beleuchtungselement 4 derart
ausgebildet ist, dass durch das Beleuchtungselement gezielt einzelne
Pixel des Bildsensors 3 bestrahlbar sind. Das Beleuchtungselement 4 weist
dafür eine geeignet hohe Auflösung mit einer geeignet
hohen Anzahl von Lichtquellen 5 auf. Durch die gezielte
Bestrahlung einzelner Pixel des Bildsensors 3 durch die
Aktivierung einer oder möglicherweise auch mehrerer Lichtquellen 5 lässt
sich die Funktion einzelner Pixel gezielt überprüfen.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bildaufnahmevorrichtung 1'. Die Bildaufnahmevorrichtung 1' ist
Bestandteil eines an sich bekannten Fahrerassistenzsystems eines Fahrzeuges.
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Die
Bildaufnahmevorrichtung 1' ist ähnlich der Bildaufnahmevorrichtung 1 gemäß der
ersten Ausführungsform ausgebildet, weswegen im Folgenden
lediglich auf die Unterschiede zwischen diesen beiden Ausführungsformen
eingegangen wird.
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Entsprechend
der Bildaufnahmevorrichtung 1 gemäß der
ersten Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung
der Bildaufnahmevorrichtung 1' ein transparentes Beleuchtungselement 4'. Das
Beleuchtungselement 4' ist allerdings etwas unterhalb der
Kamera 2 auf der Innenseite der Windschutzscheibe 9 angeordnet,
befindet sich also nicht im Erfassungsbereich 6 der Kamera 2.
Des Weiteren umfasst das Beleuchtungselement 4' lediglich
eine Lichtquelle 5, d. h., nur eine LED. Das Beleuchtungselement 4' ist
derart an der Windschutzscheibe 9 angeordnet, dass von
der Lichtquelle 5 ausgestrahltes Licht 17 in das
Innere der Windschutzscheibe 9 geleitet wird, an der Oberfläche
der Windschutzscheibe 9 zum Außenbereich zumindest
teilreflektiert wird, und dieser reflektierte Anteil zumindest teilweise
aus der Windschutzscheibe 9 austritt. Durch eine derartige Reflektion
wird bewirkt, dass von dem Beleuchtungselement 4' ausgestrahltes
Licht 17 in den Erfassungsbereich 6 der Kamera 2 tritt,
ohne dass sich das Beleuchtungselement 4' selbst im Erfassungsbereich 6 befindet.
Die Windschutzscheibe 9 bildet hierbei ein Einkoppelmittel,
um das von dem Beleuchtungselement 4' ausgestrahlte Licht 17 in
die Kamera 2 einzukoppeln.
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In
einer alternativen Ausführungsform wird mittels dem Beleuchtungselement 4' Licht 17 in
die Windschutzscheibe 9 derart unter einem Winkel einge strahlt,
dass das in die Windschutzscheibe 9 eingestrahlte Licht 17 innerhalb
der Windschutzscheibe 9 einmal oder vorzugsweise mehrere
Male total reflektiert wird, unter der Voraussetzung eines Grenzüberganges
Luft-Windschutzscheibe-Luft. Um das in der Windschutzscheibe 9 derart
total reflektierte Licht 17 zumindest teilweise in die
Kamera 2 einzukoppeln, ist ein zusätzliches Einkoppelmittel 7,
in der 2 durch eine gestrichelte Linie schematisch dargestellt,
vorgesehen. In diesem Falle wird das Einkoppelmittel 7 durch
ein Prisma gebildet, alternativ sind beispielsweise auch Spiegel
oder diffraktive optische Elemente möglich. Eine solche
alternative Ausführungsform eignet sich nicht nur zum Überprüfen
und/oder Kalibrieren der Kamera 2, sondern kann beispielsweise
auch als Regensensor verwendet werden. Eine Benetzung insbesondere
der sich im Außenbereich befindenden Oberfläche
der Windschutzscheibe 9 führt zu einer Verminderung
der Totalreflektion des durch das Beleuchtungselement 4' abgestrahlten,
durch die Windschutzscheibe 9 laufenden Lichtes 17 und
damit zu einer Intensitätsabnahme des Lichtes 17 am
Ort des Bildsensors 3. Die Intensitätsänderung
kann beispielsweise über eine elektronische Einheit des
Fahrerassistenzsystems für die Bestimmung des Scheibenzustandes
der Windschutzscheibe 9 ausgewertet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0002]