DE102009000005A1 - Kameraanordnung und Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kameraanordnung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung durch eine Fahrzeugscheibe (1), aufweisend: eine Kamera (2) mit einem Bildsensor (4) zum Aufnehmen von Bildern, wobei durch eine Sensorfläche (10) des Bildsensors (4) eine von der Fahrzeugumgebung erzeugte erste optische Strahlung (6) erfassbar ist, und eine Strahlungsquelle (3) zum Ausgeben einer zweiten optischen Strahlung (7), wobei zumindest ein Teil der ausgegebenen zweiten optischen Strahlung (7) durch die Sensorfläche (10) des Bildsensors (4) erfassbar ist und der durch die Sensorfläche (10) erfasste Teil der zweiten optischen Strahlung (7) abhängig von einem Scheibenzustand der Fahrzeugscheibe (1) ist und wobei mittels zumindest eines Teilbereiches (8, 9) der Sensorfläche (10) gemeinsam sowohl die erste optische Strahlung (6) als auch die zweite optische Strahlung (7) erfassbar sind. Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung vorgesehen, bei dem der Scheibenzustand aus der erfassten ersten und zweiten optischen Strahlung bestimmt wird.
Description
- Stand der Technik
- Kameras in Fahrzeugen zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung können insbesondere im Rahmen von Fahrerassistenzsystemen eingesetzt werden für Funktionen wie Nachtsichtunterstützung, Spurverlassenswarnung, Verkehrszeichenerkennung, Lichtassistent und/oder Rückfahrhilfe.
- Weiterhin ist es bekannt, Kameras in Fahrzeugen für Regensensorsysteme einzusetzen. Die
DE 197 49 33 A1 offenbart ein Verfahren und eine Kamera zum Detektieren von auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges befindlichen Objekten wie Wassertropfen oder sonstigen Verschmutzungen. Die Kamera ist hinter der Windschutzscheibe angeordnet und auf die Außenseite der Windschutzscheibe fokussiert. - Des Weiteren sind Kameraanordnungen bekannt, die sowohl für die Aufnahme einer Fahrzeugumgebung eines Fahrzeuges als auch die Erfassung eines Scheibenzustandes einer Fahrzeugscheibe geeignet sind. Eine derartige Kameraanordnung ist in der
DE 10 2004 015 040 A1 gezeigt. Diese Kameraanordnung umfasst eine Kamera und eine Strahlungsquelle, wobei die Kamera einen Bildsensor zum Aufnehmen von Bildern aufweist, mittels dem eine von der Fahrzeugumgebung erzeugte erste optische Strahlung erfassbar ist, und mittels der Strahlungsquelle eine zweite optische Strahlung erzeugt wird, die durch den Bildsensor erfasst wird. Die durch den Bildsensor erfasste zweite optische Strahlung ist abhängig von dem Scheibenzustand, insbesondere von einer Benetzung der Scheibe durch Regentropfen. Um eine solche Abhängigkeit zu erzeugen, wird die von der Strahlungsquelle abgegebene zweite optische Strahlung in das Innere der Fahrzeugscheibe derart eingekoppelt, dass diese im unbenetzten Zustand der Fahrzeugscheibe eine oder mehrere Totalreflexionen ausführt, bevor ein Teil der zweiten optischen Strahlung in die Kamera eingekoppelt wird. Durch Benetzung der Oberfläche der Fahrzeugscheibe reduziert sich die Totalreflexion und damit die Intensität der vom Bildsensor erfassbaren zweiten optischen Strahlung. Die Messung dieser Reduktion kann dazu verwendet werden, die Benetzung der Fahrzeugscheibe zu ermitteln. - Gemäß der
DE 10 2004 015 040 A1 wird das Strahlbündel der zweiten optischen Strahlung, das auf den Bildsensor trifft, derart geformt, dass nur ein kleiner Teilbereich einer Sensorfläche des Bildsensors mit der zweiten optischen Strahlung bestrahlbar ist. Die von diesem Teilbereich erfassten Bilddaten werden dazu verwendet, den Scheibenzustand zu bestimmen. Der restliche Bereich der Sensorfläche des Bildsensors wird für die Aufnahme der Fahrzeugumgebung verwendet. Der Teilbereich des Bildsensors, der mit zweiter optischer Strahlung bestrahlbar ist, wird durch eine Blende derart verdeckt, dass von der Fahrzeugumgebung stammende erste optische Strahlung abgeblockt wird und nicht auf diesen Teilbereich treffen kann. Eine derartige Kameraanordnung erfordert eine genaue Führung der zweiten optischen Strahlung, damit diese nicht den Teilbereich der Sensorfläche bestrahlt, der für die Erfassung der Fahrzeugumgebung vorgesehen ist. Des Weiteren wird durch das Vorsehen einer Blende der Anteil der Sensorfläche des Bildsensors, der für das Erfassen einer Fahrzeugumgebung, also erster optischer Strahlung, zur Verfügung steht, reduziert. Eine Blende bedeutet zudem ein zusätzliches Element für die Kameraanordnung. - Offenbarung der Erfindung
- Erfindungsgemäß sind eine Kameraanordnung und ein Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung vorgesehen, die weiterhin auch eine Bestimmung eines Scheibenzustandes der Fahrzeugscheibe ermöglichen. Hierbei weist die Kamera einen Bildsensor mit einer Sensorfläche auf, die zumindest einen ersten Teilbereich aufweist, der sowohl die erste optische Strahlung als auch die zweite optische Strahlung erfasst.
- Der erste Teilbereich der Sensorfläche ermöglicht es, durch die Belichtung mit erster optischer Strahlung eine Fahrzeugumgebung zu erfassen. Eine Störung durch eine Überlagerung mit zweiter optischer Strahlung kann aufgrund der zeitlich versetzten Belichtung vermieden werden. Die durch Belichtung eines zweiten Teilbereichs mit zweiter optischer Strahlung erzeugten Bilddaten können somit für die Bestimmung des Scheibenzustandes ausgewertet werden. Dabei kann der mit zweiter optischer Strahlung belichtete zweite Teilbereich zusätzlich zumindest teilweise mit erster optischer Strahlung belichtet werden. Die zeitliche Versetzung der Belichtung von erstem und zweitem Teilbereich ermöglicht es, den zweiten Teilbereich mit einer ausreichend hohen Intensität zu bestrahlen, die trotz Überlagerung von beispielsweise erster optischer Strahlung eine zuverlässige Bestimmung des Scheibenzustandes ermöglicht.
- Eine Blende oder ähnliche Mittel, die den zweiten Teilbereich vor erster optischer Strahlung schützen und nur zweite optische Strahlung durchlassen, sind erfindungsgemäß nicht notwendig. Weiterhin ist es nicht notwendig, die zweite optische Strahlung so zu führen, dass diese im Wesentlichen nur auf den zweiten Teilbereich der Sensorfläche trifft.
- Zumindest ein Teilbereich der Sensorfläche, insbesondere die gesamte Sensorfläche, kann sowohl für die Erfassung der ersten optischen Strahlung als auch der zweiten optischen Strahlung verwendet werden, d. h., einzelne, die Sensorfläche bildende Sensoren, können mit sich überlagernder erster optischer Strahlung und zweiter optischer Strahlung belichtet werden. Da Blenden und eine genaue Strahlführung der zweiten optischen Strahlung nicht mehr notwendig sind, ist eine einfache konstruktive Gestaltung der Kameraanordnung möglich.
- Der Bildsensor kann aus mehreren getrennten Einheiten, die die Sensorfläche bilden, zusammengesetzt sein. Bevorzugt ist allerdings, dass der Bildsensor eine einzelne Bildsensoreinheit ist.
- Eine Belichtung des ersten Teilbereichs mit zweiter optischer Strahlung kann dadurch verhindert werden, dass im Zeitraum der Belichtung die Strahlungsquelle deaktiviert ist oder beispielsweise durch ein Umleiten oder Blockieren verhindert wird, dass zweite optische Strahlung auf den ersten Teilbereich trifft. Als Strahlungsquellen für die Erzeugung der zweiten optischen Strahlung kommt vorzugsweise eine LED oder ein Laser in Betracht. Die Kamera ist vorzugsweise auf Fernsicht eingestellt.
- Erfindungsgemäß kann somit zum einen vorgesehen sein, dass periodisch in jedem Bildaufnahmezyklus zumindest ein Teilbereich der Sensorfläche mit zweiter optischer Strahlung belichtet wird. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass periodisch, d. h. jedes n-te Mal, in jedem Bildaufnahmezyklus zumindest ein Teilbereich der Sensorfläche mit der zweiten optischen Strahlung belichtet wird.
- Dies ermöglicht es, zwischen zwei n-ten Bildaufnahmezyklen einen Teilbereich oder die gesamte Sensorfläche des Bildsensors mit der ersten optischen Strahlung zu belichten unter Abwesenheit der zweiten optischen Strahlung. Die in diesen Bildaufnahmezyklen erfassten Bilddaten können für die Aufnahme der Fahrzeugumgebung verwendet werden. Die n-ten Bildaufnahmezyklen erlauben es, die Bilddaten des mit zweiter optischer Strahlung belichteten Teilbereichs, der insbesondere auch die gesamte Sensorfläche sein kann, für die die Bestimmung des Scheibenzustandes zu verwenden. Eine Beeinflussung der Bildaufnahme der Fahrzeugumgebung durch zweite optische Strahlung kann auf diese Weise vermieden werden.
- Somit ist es möglich, im n-ten Bildaufnahmezyklus den mit zweiter optischer Strahlung belichteten Teilbereich oder die gesamte Sensorfläche zusätzlich zumindest teilweise mit erster optischer Strahlung zu belichten. Beispielsweise kann durch das Vorsehen einer ausreichenden Intensität der zweiten optischen Strahlung gewährleistet werden, dass sich der zweiten optischen Strahlung überlagernde Strahlung, insbesondere erste optische Strahlung, eine Bestimmung des Scheibenzustandes nicht wesentlich beeinflusst.
- Auch bei dieser Ausführungsform sind Blenden, die einen Teilbereich des Bildsensors vor erster optischer Strahlung schützen, sowie eine genaue Strahlführung von zweiter optischer Strahlung sind nicht notwendig. Insbesondere können Teilbereiche der Sensorfläche des Bildsensors sowohl für die Erfassung von erster optischer Strahlung für die Aufnahme einer Fahrzeugumgebung als auch für die Erfassung von zweiter optischer Strahlung für die Ermittlung des Scheibenzustandes verwendet werden.
- Erfindungsgemäß ist es möglich, dass in einem Bildaufnahmezyklus des Bildsensors der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich der Sensorfläche zeitlich gegeneinander versetzt belichtet werden, wobei der erste Teilbereich in Abwesenheit von zweiter optischer Strahlung mit erster optischer Strahlung belichtet wird und der zweite Teilbereich mit erster optischer Strahlung und zweiter optischer Strahlung belichtet wird. Hierbei können diese Teilbereiche von Bildaufnahmezyklus zu Bildaufnahmezyklus in Größe und Lage neu festgelegt werden, insbesondere wandern.
- In beiden Varianten zur Bestimmung eines Scheibenzustandes wird verhindert, dass erste optische Strahlung, die für die Detektion der Fahrzeugumgebung erfasst wird, durch zweite optische Strahlung überlagert ist, die die Erfassung der Fahrzeugumgebung möglicherweise stören kann. Dies ermöglicht es, zweite optische Strahlung mit einer solchen Intensität zu erzeugen, die es erlaubt, trotz Überlagerung mit erster optischer Strahlung den Scheibenzustand zu bestimmen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die durch mehrere Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 schematisch eine Fensterscheibe eines Fahrzeuges mit angedeuteten Teilen einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kameraanordnung, -
2 eine erste Schnittansicht durch die Kameraanordnung, -
3 eine zweite Schnittansicht durch die Kameraanordnung, -
4 drei Diagramme, die Belichtungsstart und Belichtungsende eines Bildsensors sowie Aktivieren und Deaktivieren einer Strahlungsquelle der Kameraanordnung in Abhängigkeit der Zeit darstellen, -
5 eine Aufsicht auf eine schematisch dargestellte Sensorfläche des Bildsensors, -
6 ein erstes Ablaufschema für die Ermittlung eines Scheibenzustandes, -
7 zwei Diagramme, die eine Belichtung des Bildsensors und ein Ein- und Ausschalten der Strahlungsquelle der Kameraanordnung in Abhängigkeit der Zeit darstellt, und -
8 ein zweites Ablaufschema für die Bestimmung eines Scheibenzustandes. - Ausführungsformen der Erfindung
- Gleiche oder einander entsprechende Bauteile sind in den Figuren mit denselben oder entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
- Die
1 bis3 und5 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kameraanordnung für die Aufnahme einer Fahrzeugumgebung und die Bestimmung eines Scheibenzustandes einer Fahrzeugscheibe1 , hier einer Windschutzscheibe1 .2 zeigt dabei den in1 durch die Schnittlinie A-A' gekennzeichneten Schnitt,3 den durch die Schnittlinie B-B' gekennzeichneten Schnitt. - Die Kameraanordnung umfasst eine Kamera
2 und eine Strahlungsquelle3 . Die Kamera2 weist einen Bildsensor4 zur Aufnahme von Bildern auf, mittels dem eine von der Fahrzeugumgebung erzeugte erste optische Strahlung6 erfassbar ist. Durch die Strahlungsquelle3 ist eine zweite optische Strahlung7 erzeugbar, von der ein Teil ebenfalls durch den Bildsensor4 erfassbar ist. Dieser durch den Bildsensor4 erfasste Teil der zweiten optischen Strahlung7 ist dabei abhängig von dem Scheibenzustand der Scheibe1 , insbesondere von einer Benetzung der Scheibe1 durch Regentropfen. Der Bildsensor4 weist eine Sensorfläche10 auf, wobei mittels zumindest eines Teilbereiches der Sensorfläche10 gemeinsam sowohl erste optische Strahlung6 als auch zweite optische Strahlung7 erfassbar sind. Die Kameraanordnung ist derart ausgebildet, dass unter Verwendung des mit dem Teilbereich oder der gesamten Sensorfläche10 erfassten Teils der zweiten optischen Strahlung7 der Scheibenzustand der Scheibe1 bestimmbar ist. - Die Kamera
2 ist hier eine Videokamera. Der Bildsensor4 ist ein Bildsensor auf Halbleiterbasis, hier ein CMOS-Bildsensor. Alternativ wäre beispielsweise auch ein CCD-Bildsensor verwendbar. Die Sensorfläche10 des Bildsensors4 weist eine Vielzahl von Bildpunkte/Pixel bildenden Sensoren11 auf, die spalten- und zeilenweise in Form einer Matrix angeordnet sind. Die Strahlungsquelle3 umfasst eine LED. Alternativ kann für die Strahlungsquelle3 ein Laser verwendet werden. Zum Steuern der LED weist die Strahlungsquelle3 eine erste Steuereinheit15 auf. Der Bildsensor4 umfasst zum Steuern eine zweite Steuereinheit16 . Des Weiteren umfasst die Kamera2 eine Kameraoptik19 , hier dargestellt durch eine Linse19 . - Die Kamera
2 ist im Innenraum des Fahrzeuges hinter der Scheibe1 auf Hohe eines Fahrzeugrückspiegels so angeordnet, dass erste optische Strahlung6 durch die Scheibe1 hindurch tretend auf den Bildsensor4 treffen kann. Dieser Durchtrittsbereich18 des Erfassungsbereiches der Kamera2 ist hier trapezförmig, siehe1 . - Vor dem Erfassen durch den Bildsensor
4 kann zweite optische Strahlung7 bereichsweise durch das Innere der Scheibe1 geleitet werden. Über ein erstes Koppelmittel13 wird von der Strahlungsquelle3 erzeugte zweite optische Strahlung7 derart unter einem Winkel in das Innere der Scheibe1 eingekoppelt, dass die zweite optische Strahlung7 an einer außen liegenden Oberfläche12 und einer dem Fahrzeuginnenraum zugewanden Oberfläche12' der Scheibe1 im Falle eines Grenzüberganges Scheibe-Luft total reflektiert wird. Die derart eingekoppelte zweite optische Strahlung7 durchläuft horizontal den Sichtkegel der Kamera2 . Über ein zweites Koppelmittel14 wird ein Teil der zweiten optischen Strahlung, der mehrmals an den Oberflächen12 ,12' reflektiert wurde, aus der Scheibe1 ausgekoppelt und in die Kamera2 derart eingekoppelt, dass zweite optische Strahlung7 vom Bildsensor4 erfassbar ist. - Erstes Koppelmittel
13 und zweites Koppelmittel14 werden jeweils durch ein Prisma gebildet, die an der innen liegenden Oberfläche12' der Scheibe1 angeordnet sind. Alternativ sind auch andere optische Elemente, insbesondere difraktive Elemente, für diese Funktion einsetzbar. Die horizontale Führung der zweiten optischen Strahlung7 durch das Innere der Scheibe1 bietet den Vorteil, dass die hierfür notwendigen Komponenten der Kameraanordnung insbesondere hinter einem Rückspiegel angeordnet werden können, was platzsparend ist und wodurch eine derartige Kameraanordnung wenig störend wirkt. - Eine Veränderung insbesondere an der äußeren Oberfläche
12 der Fahrzeugscheibe1 , beispielsweise durch eine Benetzung der Oberfläche12 durch Wassertropfen, führt zu einer Reduktion der Totalreflexionen und zu einer Abnahme der Intensität des Teils der zweiten optischen Strahlung7 , der von dem Bildsensor4 erfasst wird. Auch eine Streuung von zweiter optischer Strahlung an einer der Oberflächen12 ,12' der Scheibe1 , beispiels weise als Folge von Kratzern, führt zu einer Intensitätsabnahme und/oder Änderung einer Intensitätsverteilung zweiter optischer Strahlung7 am Ort des Bildsensors4 . - Des Weiteren umfasst die Kameraanordnung
7 eine Auswerteeinheit17 . Die Auswerteeinheit17 ist mit der ersten Steuereinheit15 der Strahlungsquelle3 und der zweiten Steuereinheit16 des Bildsensors4 mittels Datenübertragungsleitungen verbunden. Die Auswerteeinheit17 ist für das Auswerten von mit dem Bildsensor4 erfassten Bilddaten zuständig, hier für die Ermittlung einer Fahrzeugumgebung und die Bestimmung eines Scheibenzustandes der Scheibe1 . Die Verbindung mit der Strahlungsquelle3 und dem Bildsensor4 ermöglicht der Auswerteeinheit17 , Strahlungsquelle3 und Bildsensor4 zu geeigneten Zeitpunkten anzusteuern, insbesondere die LED zu aktivieren und zu deaktivieren, wie später noch genauer beschrieben wird. Die Auswerteeinheit17 kann mit weiteren Komponenten, beispielsweise Komponenten eines Fahrzeugassistenzsystems, verbunden sein. - Gemäß einer Ausführungsform eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens für die Aufnahme einer Fahrzeugumgebung und die Erfassung eines Scheibenzustandes einer Fahrzeugscheibe
1 , siehe4 und5 , wird in einem Bildaufnahmezyklus20 des Bildsensors4 ein erster Teilbereich8 und ein zweiter Teilbereich9 der Sensorfläche10 des Bildsensors4 zeitlich gegeneinander versetzt belichtet, wobei der erste Teilbereich8 in Abwesenheit von zweiter optischer Strahlung7 und der zweite Teilbereich9 mit zweiter optischer Strahlung7 belichtet wird. Eine zeitliche Versetzung der Belichtung von erstem Teilbereich8 und zweiten Teilbereich9 wird dadurch erreicht, dass die Belichtung des x-ten Bildpunkts11 dann erfolgt, wenn die Belichtung (x-y)-ten Bildpunkts abgeschlossen ist. - In diesem Ausführungsbeispiel durchläuft ein erster Adresszeiger zeilenweise von der ersten Zeile der Sensorfläche
10 bis zur letzten Zeile der Sensorfläche10 alle Sensoren bzw. Bildpunkte11 . Erreicht der erste Adresszeiger einen Bildpunkt, so wird die Belichtung dieses Bildpunktes11 gestartet. Ein zweiter Adresszeiger läuft dem ersten Adresszeiger in einem Abstand y hinterher. Wird ein Sensor11 durch den zweiten Adresszeiger adressiert, so wird die ursprünglich durch den vorlaufenden ersten Adresszeiger gestartete Belichtung abgebrochen. Insbesondere kann über die Geschwindigkeit, mit der die Adresszeiger die Sensorfläche10 durchlaufen und den Abstand y die Belichtungszeit der einzelnen Sensoren11 bestimmt werden. Man bezeichnet dieses Prinzip auch als „Rolling Shutter”-Prinzip. - Die
4 zeigt drei Diagramme, wobei das erste Diagramm30 den Beginn der Belichtung1 der einzelnen Bildpunkte11 der Sensorfläche10 in Abhängigkeit der Zeit, das zweite Diagramm31 den Zustand der Strahlungsquelle in Abhängigkeit der Zeit und das dritte Diagramm32 den Abschluss der Belichtung der einzelnen Bildpunkte11 der Sensorfläche10 in Abhängigkeit der Zeit darstellt. - Zur Aufnahme eines z-ten Bildes wird im Rahmen eines Bildaufnahmezyklus
20 die Belichtung der Sensorfläche10 gestartet. Die Belichtung der Sensorfläche10 erfolgt dabei nach dem „Rolling Shutter”-Prinzip, wie oben bereits beschrieben. Nachdem der erste Adresszeiger, der die Belichtung der einzelnen Sensoren11 startet, 95% der Sensorfläche10 , vorzugsweise 97,5% der Sensorfläche10 , bei deaktivierter Strahlungsquelle3 durchlaufen hat, wird für das Durchlaufen des restlichen Teiles der Sensorfläche10 die Strahlungsquelle3 aktiviert, so das zweite optische Strahlung7 auf die Sensorfläche10 trifft. Hat der erste Adresszeiger die gesamte Sensorfläche10 durchlaufen, was auch den Ende eines Bildzyklus20 bezeichnet, so wird die Strahlungsquelle3 ausgeschaltet. Der zweite Adresszeiger läuft dem ersten Adresszeiger in einem Abstand, der der Belichtungszeit22 entspricht, hinterher, siehe drittes Diagramm32 . Die Belichtungszeit22 , mit der jeder einzelne Sensor11 belichtet wird, entspricht hier der Zeitdauer, in der die Strahlungsquelle3 aktiviert wird. - Nach einer Abfolge von w Bildaufnahmezyklen
20 , hier w = 25, schließt sich ein Kalibrierzyklus21 an. Der Kalibrierzyklus21 unterscheidet sich von einem Bildaufnahmezyklus20 dadurch, dass die Strahlungsquelle3 über die gesamte Zeitdauer, die der erste Adresszeiger benötigt, um die gesamte Sensorfläche10 zu durchlaufen, aktiviert ist. - Über die gesamte Zeit trifft erste optische Strahlung
6 , die von einer Fahrzeugumgebung erzeugt wird, auf die gesamte Sensorfläche10 . In den Zeitabschnitten, in denen die Strahlungsquelle3 aktiviert wird, trifft zusätzlich zweite optische Strahlung7 auf die Sensorfläche10 . Durch die zeitliche Versetzung der Belichtung der einzelnen Sensoren11 der Sensorfläche10 wird bewirkt, dass die gesamte Sensorfläche10 mit erster optischer Strahlung6 belichtet ist, aber nur ein Teilbereich9 der Sensorfläche10 , der höchstens 10%, vorzugsweise höchstens 5% der gesamten Sensorfläche10 des Bildsensors4 entspricht, mit zweiter optischer Strahlung7 belichtet ist. Der Bereich der Sensorfläche10 , der mit erster optischer Strahlung6 in Abwesenheit von zweiter optischer Strahlung7 belichtet ist, bildet den ersten Teilbereich8 , der andere Teilbereich der Sensorfläche10 , der mit erster optischer Strahlung und zweiter optischer Strahlung belichtet ist, bildet den zweiten Teilbereich9 . - Nach jedem Bildaufnahmezyklus
20 oder Kalibrierzyklus21 werden die von der Sensorfläche10 erfassten Bilddaten in einem Schritt33 , siehe6 , von der Auswerteeinheit17 ausgelesen. Für die Bestimmung des Scheibenzustandes werden die Bilddaten des zweiten Teilbereiches9 in einem zweiten Schritt34 mit einer Maske maskiert. Die Maske hat die Funktion, den Einfluss von Störstellen, wie Kratzer, die die Bestimmung des Scheibenzustandes verschlechtern können, zu reduzieren. Neben einer vollständigen Maskierung bestimmter Bilddaten aus dem zweiten Teilbereich9 ist auch eine teilweise Unterdrückung solcher Daten möglich. In einem dritten Schritt35 werden die durch die Maskierung aufbereiteten Bilddaten mit Referenzwerten verglichen. Die Referenzwerte können beispielsweise den Zustand einer un benetzten Scheibe1 repräsentieren. Eine Differenz von gemessenen Bilddaten und Referenzwerten erlaubt die Bestimmung des Scheibenzustandes. Die Referenzwerte können vorgegebene Werte sein, oder durch zuvor aufgenommene Bilddaten gebildet worden sein. Beispielsweise können bei einer Benetzung der Scheibe1 durch Regentropfen die Referenzwerte durch die Bilddaten gebildet werden, die kurz nach einem Wischerdurchgang mit dem Bildsensor4 in Bildaufnahmezyklen20 aufgenommen worden sind. Ein Vergleich dieser Referenzwerte mit Bilddaten, die kurz vor einem Wischerdurchgang aufgenommen werden, ermöglicht es, die Benetzung der Scheibe1 mit Regentropfen zu bestimmen. Eine Mittelwertbildung von solchen Referenzwerten über einen längeren Zeitraum erlaubt die Bestimmung von dauerhaften Änderungen des Scheibenzustandes, wie sie beispielsweise durch Kratzer, Schmutz, Eis oder Reif hervorgerufen werden können. Derartige Referenzwerte können auch die Grundlage einer Maske für die Maskierung von Bilddaten, wie oben beschrieben, bilden. - Die optische Strahlung wird mit einer ausreichenden Intensität erzeugt, so dass erste optische Strahlung, die ebenfalls von dem zweiten Teilbereich
9 erfasst wird, bei der Auswertung des Scheibenzustandes nicht ins Gewicht fällt. - Entsprechend können die im Kalibrierzyklus
21 gewonnenen Bilddaten, in dem die gesamten Sensorfläche10 mit zweiter optischer Strahlung belichtet wird, dem Scheibenzustand zu bestimmen. - Der erste Teilbereich
8 und/oder der zweite Teilbereich9 kann in seiner Lage und/oder seiner Größe verändert werden. Beispielsweise ist es möglich, den zweiten Teilbereich9 über die Sensorfläche10 „wandern” zu lassen. Der erste Teilbereich8 ändert sich entsprechend. Dieses Wandern kann dadurch erreicht werden, dass die Strahlungsquelle3 von Bildaufnahmezyklus20 zu Bildaufnahmezyklus20 mit unterschiedlichen zeitlichen Versetzungen akti viert wird. Auf diese Weise kann insbesondere die gesamte Sensorfläche10 , wenn auch zeitlich versetzt, für das Erfassen zweiter optischer Strahlung7 verwendet werden, obwohl der zweite Teilbereich9 nur ein Bruchteil der Gesamtfläche der Sensorfläche10 ist. Durch eine Veränderung der Zeitdauer, in der die Strahlungsquelle3 in einem Bildaufnahmezyklus20 aktiviert ist, lässt sich die Größe des zweiten Teilbereichs9 der Sensorfläche10 der mit zweiter optischer Strahlung7 belichtet wird, von Bildaufnahmezyklus zu Bildaufnahmezyklus20 verändern. - In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird nicht in jedem Bildaufnahmezyklus
20 , sondern periodisch in jedem n-ten Bildaufnahmezyklus ein zweiter Teilbereich9 mit zweiter optischer Strahlung belichtet. N ist vorzugsweise ≥ 10 und liegt besonders bevorzugt im Bereich von 30 bis 50. - Gemäß einer Ausführungsform eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens für die Aufnahme einer Fahrzeugumgebung und die Bestimmung eines Scheibenzustandes einer Fahrzeugscheibe
1 , siehe7 und8 , wird in einem Bildaufnahmezyklus des Bildsensors4 die Sensorfläche10 des Bildssensors4 belichtet, wobei periodisch in jedem n-ten Bildaufnahmezyklus40' zumindest ein Teilbereich der Sensorfläche10 , hier die gesamte Sensorfläche10 , mit zweiter optischer Strahlung7 belichtet wird. - Die
7 zeigt ein erstes Diagramm41 , das die Belichtung I der Sensorfläche10 in Abhängigkeit der Zeit darstellt, und ein zweites Diagramm42 , das den Zustand s der Strahlungsquelle3 , hier deaktiviert und aktiviert, in Abhängigkeit der Zeit darstellt. Ein Bildzyklus ist dann abgeschlossen, wenn die gesamte Sensorfläche10 belichtet wurde, wie im ersten Diagramm41 zu sehen ist. In jedem n-ten Bildaufnahmezyklus40' , hier n = 40, wird die Strahlungsquelle3 über den gesamten Zeitraum der Belichtung der Sensorfläche10 aktiviert, so dass die Sensorfläche10 mit zweiter optischer Strahlung belichtet wird. Es folgen x weitere Bildaufnahmezyklen40'' , wobei x ≥ 1 gilt, vorzugsweise x im Bereich von 2 bis 7 liegt, in denen die Strahlungsquelle3 aktiviert bleibt. Anschließend wird die Strahlungsquelle3 aktiviert und es folgenden n-x-1 Bildaufnahmezyklen40 , in denen keine zweite optische Strahlung7 auf die Sensorfläche10 trifft. Neben zweiter optischer Strahlung7 trifft durchgängig erste optische Strahlung6 , die von einer Fahrzeugumgebung erzeugt wird, auf die gesamt Sensorfläche10 , wodurch die Sensorfläche10 in jedem der Bildaufnahmezyklen40 ,40' ,40'' gegebenenfalls zusätzlich zur zweiten optischen Strahlung7 mit erster optischer Strahlung6 belichtet wird. - Die Auswerteeinheit
17 liest die von der Sensorfläche10 in einem Bildaufnahmezyklus40 ,40' und40'' erfassten Bilddaten aus. Die Bilddaten der Bildaufnahmezyklen40' ,40'' , in denen die Sensorfläche10 mit zweiter optischer Strahlung7 belichtet wurden, werden für die Bestimmung des Scheibenzustandes der Scheibe1 verwendet. Die Bilddaten der Bildaufnahmezyklen40 , die in Abwesenheit von zweiter optischer Strahlung7 belichtet wurden, geben eine Fahrzeugumgebung ohne störende Überlagerung durch zweite optische Strahlung7 wieder. Auch diese Bilddaten können in der Auswerteeinheit17 weiter verarbeitet werden oder an andere Komponenten im Rahmen von Fahrerassistenzfunktionen weitergegeben werden. - Für die Bestimmung des Scheibenzustandes werden in einem ersten Schritt
50 , siehe8 , die Bilddaten der Sensorfläche10 , die im Rahmen der Bildaufnahmezyklen40' ,40'' unter Belichtung mit zweiter optischer Strahlung aufgenommen wurden, von der Auswerteeinheit17 ausgelesen. In einem zweiten Schritt51 werden diese Bilddaten mit einer Maske maskiert. Diese Maskierung hat den Zweck, für die Auswertung ungeeignete Bilddaten, wie sie z. B. durch Kratzer, Schmutz oder sonstige Störstellen in der Scheibe1 entstehen können, zu maskieren. Optional kann eine solche Maskierung auch entfallen. In einem dritten Schritt52 wird aus den Bilddaten des n-ten Bildaufnahmezyklus40' und der x nachfolgenden Bildaufnahmezyklen40'' , in denen die Strahlungsquelle3 durchgehend aktiviert ist, ein Mittelwert gebildet. Zweck dieser Mittelwertbildung ist insbesondere eine Rauschunterdrückung. In einem vierten Schritt53 werden die so maskierten und gemittelten Bilddaten mit Referenzwerten verglichen. Eine Abweichung von den Referenzwerten signalisiert eine Änderung des Scheibenzustandes. Die Referenzwerte können durch zuvor festgelegte Werte gebildet werden, oder aber durch zuvor mit dem Bildsensor4 aufgenommene Bilddaten gebildet sein. Beispielsweise können bei einer Benetzung der Scheibe1 durch Regentropfen die Referenzwerte durch die Bilddaten gebildet werden, die kurz nach einem Wischerdurchgang mit dem Bildsensor4 in Bildaufnahmezyklen40' ,40'' aufgenommen worden sind. Ein Vergleich dieser Referenzwerte mit Bilddaten, die kurz vor einem Wischerdurchgang aufgenommen werden, ermöglicht es, die Benetzung der Scheibe1 mit Regentropfen zu bestimmen. Eine Mittelwertbildung von solchen Referenzwerten über einen längeren Zeitraum erlaubt die Bestimmung von dauerhaften Änderungen des Scheibenzustandes, wie sie beispielsweise durch Kratzer, Schmutz, Eis oder Reif hervorgerufen werden können. Derartige Referenzwerte können auch die Grundlage einer Maske für die Maskierung von Bilddaten, wie oben beschrieben, bilden. - Die Bilddaten, die im Rahmen der Bildaufnahmezyklen
40' ,40'' gewonnen worden, geben neben der Belichtung durch zweite optische Strahlung auch die Belichtung durch erste optische Strahlung6 wieder. Um die erste Strahlung6 für die Bestimmung des Scheibenzustandes zu unterdrücken, ist die Intensität der zweiten optischen Strahlung7 geeignet hoch eingestellt. Für das Erfassen der Fahrzeugumgebung ist dies unproblematisch, da die Erfassung der Fahrzeugumgebung in Bildaufnahmezyklen40 erfolgt, in denen die Strahlungsquelle3 nicht aktiviert ist, also der Bildsensor4 nicht mit zweiter optischer Strahlung7 belichtet wird. - 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
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Claims (16)
- Kameraanordnung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung durch eine Fahrzeugscheibe (
1 ), aufweisend: eine Kamera (2 ) mit einem Bildsensor (4 ) zum Aufnehmen von Bildern, wobei durch eine Sensorfläche (10 ) des Bildsensors (4 ) eine von der Fahrzeugumgebung erzeugte erste optische Strahlung (6 ) erfassbar ist, und eine Strahlungsquelle (3 ) zum Ausgeben einer zweiten optischen Strahlung (7 ), wobei zumindest ein Teil der ausgegebenen zweiten optischen Strahlung (7 ) durch die Sensorfläche (10 ) des Bildsensors (4 ) erfassbar ist und der durch die Sensorfläche (10 ) erfasste Teil der zweiten optischen Strahlung (7 ) abhängig von einem Scheibenzustand der Fahrzeugscheibe (1 ) ist, und wobei mittels zumindest eines Teilbereiches (8 ,9 ) der Sensorfläche (10 ) gemeinsam sowohl die erste optische Strahlung (6 ) als auch die zweite optische Strahlung (7 ) erfassbar sind. - Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Sensorfläche (
10 ) erfasste Teil der zweiten optischen Strahlung (7 ) abhängig ist von einer Benetzung der Fahrzeugscheibe (1 ) durch eine Flüssigkeit und/oder Kratzern und/oder Vertiefungen in der Fahrzeugscheibe (1 ). - Kameraanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart eingerichtet ist, dass unter Verwendung der mit dem Teilbereich (
8 ,9 ) erfassten zweiten optischen Strahlung (7 ) der Scheibenzustand bestimmbar ist. - Kameraanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich aufweist eine erste Steuereinheit (
15 ) zum Steuern der Strahlungsquelle (3 ), eine zweite Steuereinheit (16 ) zum Steuern des Bildsensors (4 ), und eine Auswerteeinheit (17 ) zum Auswerten von mit dem Bildsensor (4 ) aufgenommen Bilddaten. - Kameraanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart eingerichtet ist, dass in mindestens einem Bildaufnahmezyklus (
20 ;40 ,40' ,40'' ) ein Teilbereich (8 ,9 ) der Sensorfläche (10 ) mit der ersten optischen Strahlung (6 ) in Abwesenheit der zweiten optischen Strahlung (7 ) und zeitlich dazu versetzt zumindest ein Teilbereich (8 ,9 ) der Sensorfläche (10 ) mit der ersten optischen Strahlung (6 ) und der zweiten optischen Strahlung (7 ) belichtet wird. - Kameraanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bildaufnahmezyklus (
20 ) ein erster Teilbereich (8 ) und ein zweiter Teilbereich (9 ) der Sensorfläche (10 ) ausgebildet sind zur zeitlich gegeneinander versetzten Belichtung, wobei der erste Teilbereich (8 ) in Abwesenheit von der zweiten optischen Strahlung (7 ) und der zweite Teilbereich (9 ) mit der zweiten optischen Strahlung (7 ) belichtet wird. - Kameraanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilbereich (
9 ) höchstens 10%, vorzugsweise höchstens 5% der gesamten Sensorfläche (10 ) des Bildsensors (4 ) entspricht. - Kameraanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Strahlung (
7 ) zumindest vor dem Erfassen durch den Bildsensor (4 ) bereichsweise durch das Innere der Fahrzeugscheibe (1 ) geleitet ist und an einer Oberfläche (12 ) der Fahrzeugscheibe (1 ) zumindest einmal reflektiert ist. - Kameraanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein erstes Koppelmittel (
14 ) und ein zweites Koppelmittel (13 ), z. B. optische Elemente, aufweist, wobei mittels dem des ersten Koppelmittels (14 ) der von dem Scheibenzustand abhängige Teil der zweiten optischen Strahlung (7 ) aus der Fahrzeugscheibe (1 ) auskoppelbar und in die Kamera (2 ) einkoppelbar ist, und mittels des zweiten Koppelmittels (13 ) die von der Strahlungsquelle (3 ) erzeugte zweite optische Strahlung (7 ) in die Scheibe (1 ) einkoppelbar ist. - Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung, bei dem mittels eines Bildsensors (
4 ) eine von der Fahrzeugumgebung erzeugte erste optische Strahlung (6 ) erfasst wird, mittels einer Strahlungsquelle (3 ) eine zweite optische Strahlung (7 ) erzeugt und durch die Fahrzeugscheibe (1 ) geleitet wird, wobei durch den Bildsensor (4 ) ein Teil der zweiten optischen Strahlung (7 ) erfasst wird, der abhängig von dem Scheibenzustand ist, wobei in mindestens einem Bildaufnahmezyklus (20 ) des Bildsensors (4 ) zumindest ein Teilbereich (8 ,9 ) einer Sensorfläche (10 ) des Bildsensors (4 ) mit der ersten optischen Strahlung (6 ) und der zweiten optischen Strahlung (7 ) belichtet wird, und wobei unter Verwendung der mit den Teilbereichen (8 ,9 ) erfassten ersten und zweiten optischen Strahlung (7 ) der Scheibenzustand bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfläche (
10 ) des Bildsensors (4 ) einen ersten Teilbereich (8 ) und einen zweiten Teilbereich (9 ) aufweist, die zeitlich gegeneinander versetzt belichtet oder ausgelesen werden, wobei der erste Teilbereich (8 ) in Abwesenheit von der zweiten optischen Strahlung (7 ) belichtet wird, und der zweite Teilbereich (9 ) mit der zweiten optischen Strahlung (7 ) und zumindest teilweise mit der ersten optischen Strahlung (6 ) belichtet wird. - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach einem Bildaufnahmezyklus (
20 ) vom ersten Teilbereich (8 ) und zweiten Teilbereich (9 ) der Sensorfläche (10 ) erfasste Bilddaten ausgelesen werden, wobei die Bilddaten des zweiten Teilbereiches (9 ) für die Bestimmung des Scheibenzustandes ausgewertet werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem einem Bildaufnahmezyklus (
20 ) zeitlich nachfolgendem Kalibrierzyklus (21 ) der erste Teilbereich (8 ) und der zweite Teilbereich (9 ) mit der zweiten optischen Strahlung (7 ) belichtet werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des Scheibenzustandes die Bilddaten des ersten Teilbereiches (
8 ) und des zweiten Teilbereiches (9 ) mit Referenzwerten verglichen werden, wobei auf Grundlage des Vergleichs der Bilddaten mit den Referenzwerten für Bilddaten des zweiten Teilbereiches (9 ) eine Maske erstellt wird, und Bilddaten des zweiten Teilbereichs (9 ) vor der Bestimmung des Scheibenzustandes mit der Maske maskiert werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass für einen nachfolgenden weiteren Bildaufnahmezyklus (
20 ) der erste Teilbereich (8 ) und/oder der zweite Teilbereich (9 ) in seiner Lage und/oder seiner Größe verändert wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass periodisch in jedem n-ten Bildaufnahmezyklus (
40' ) zweite optische Strahlung eingekoppelt wird, wobei n vorzugsweise größer als 10, besonders bevorzugt n im Bereich von 30 bis 50 liegt.
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