-
Stand der Technik
-
Es sind Kamerasysteme oder andere optische Systeme bekannt, die dem Fahrer Bildinformation über die Fahrzeugumgebung vermitteln, die über das Sichtfeld durch Fahrzeugfenster hindurch hinausgeht, um den Fahrer in die tage zu versetzen, unübersichtliche Verkehrssituationen (insbesondere nahe am Fahrzeug und an vom Fahrer fern gelegenen Stellen) besser beurteilen zu können. Hierzu sind einfache optische Maßnahmen bekannt wie Fresnellinsen, die an Heckscheiben beispielsweise von Wohnmobilen, jedoch auch vermehrt elektronikgestützte Einrichtungen, bei denen eine Kamera (insbesondere eine Rückkamera) am Fahrzeugheck die Umgebung aufnimmt, um diese im Sichtfeld des Fahrers (am Cockpit) mittels einer Anzeige wiederzugeben.
-
Ein Ziel dieser Kameras ist es, die Umgebung möglichst vollständig wiederzugeben, d. h. mit einem möglichst weiten Blickfeld. Je weiter das Blickfeld ist, desto größer ist jedoch automatisch die Verzerrung, die bei Weitwinkelobjektiven vereinfachend als Abbildung einer Halbkugel auf eine Ebene angesehen werden kann.
-
Aufgrund der Verzerrung führt die Betrachtung des Kamerabildes auf einer üblichen (flachen) Anzeige zu Fehleinschätzungen hinsichtlich Position und Bewegungsrichtung von abgebildeten Objekten. Bislang lässt sich die Verzerrung nur verringern, indem das Bildfeld eingeschränkt wird, wobei dies jedoch ebenso nicht erwünscht ist, da hierdurch ebenso Fehleinschätzungen (durch tote Winkel) entstehen bzw. die Erfassung unvollständig ist.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine optische Darstellung zu ermöglichen, mit der die Umgebung korrekter erfasst werden kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung ermöglicht eine stark verbesserte visuelle Darstellung eines erfassten Umgebungsbereichs, die für den Betrachter die wesentlichen Merkmale korrekt vermittelt. Insbesondere werden Objekte, die sich zwar gleich nahe am Fahrzeug befinden, jedoch unterschiedlich nahe an der Mitte des Bildfeldes sind, nicht unterschiedlich weit von dem unteren Bildrand entfernt dargestellt. Trotz des breiten Bildfeldes (beispielsweise mindestens 180 oder 190°) werden Objekte am Bildrand nicht fälschlicherweise mit größerem Abstand zum unteren Bildrand dargestellt als Objekte in der Bildmitte mit gleichem Abstand. Insbesondere bei Rückkameras erlaubt dies eine bessere Abschätzung der Entfernung beispielsweise von querenden Fußgängern und/oder von Objekten an Parklücken bei Einparkmanövern. In gleicher Weise werden Bewegungsrichtungen durch die Rückkamera korrekt dargestellt. Während ohne erfindungsgemäße Maßnahme Objekte mit einer querenden Relativbewegung durch das Bildfeld aufgrund der Verzerrung durch das Weitwinkelobjektiv mit einer Bewegung dargestellt wurden, die das Objekt zum Bildrand hin mit zunehmender Entfernung vom Fahrzeug darstellt, d. h. eine Darstellung der Bewegung vom Fahrzeug weg, je näher das Objekt zum Bildrand kommt, wird bei erfindungsgemäßer Darstellung die Bewegungsrichtung nicht verfälscht wiedergegeben. Die Erfindung kann durch einfache Maßnahmen umgesetzt werden und ohne Weiteres in bestehende Systeme integriert werden.
-
Es wurde von dem Erfinder erkannt, dass durch Weitwinkeldarstellungen eine Position am Bildrand durch die kreisartige Krümmung des Bildes (insbesondere am oberen/unteren Bildrand) umso mehr nach oben verschoben wird, je mehr sich die Position am Seitenrand des Bildfelds befindet, und dass dies zu gefährlichen Fehleinschätzungen einer Verkehrssituation führen kann. In gleicherweise wurde erkannt, dass die kreisartige Krümmung des Bildes die Bewegungsrichtung vom Fahrzeug weg verzerrt, wenn sich ein Objekt zum seitlichen Bildrand bewegt, wobei dies ebenso zu gefährlichen Fehleinschätzungen führen kann. Die Erfindung ermöglicht eine intuitiv richtige Einschätzung der Lage, und insbesondere die sichere und korrekte Erfassung von nahen Objekten am seitlichen Bildrand.
-
Ferner wird eine korrekte Darstellung des Verlaufs des unteren Bildrands ermöglicht, wodurch der Betrachter die Lage ohne weiteres korrekt erfassen kann, insbesondere ohne die Besonderheiten der Verzerrung durch das Weitwinkelobjektiv berücksichtigen zu müssen.
-
Die Erfindung sieht vor, das Umgebungsbildfeld entzerrt darzustellen, wobei der untere Bildrand, der einen Bereich darstellt, der dem Fahrzeug am nächsten ist, nicht mit der Krümmung vorgesehen wird, die durch das Weitwinkelobjektiv erzeugt wird, sondern in seinem Verlauf dem Verlauf des Fahrzeugs an dieser Stelle angepasst wird. Durch die Anpassung der Darstellung an die tatsächliche Form (d. h. den Verlauf) des äußeren Fahrzeugabschnitts lassen sich nahegelegene Objekte unverfälscht hinsichtlich Abstand und Relevanz für das Fahrzeug erfassen. Die Weitwinkelaufnahme ermöglicht trotz Entzerrung am unteren Bildrand eine Darstellung eines weiten Bildfelds. Die Erfindung sieht vor, die Unterkante eines Umgebungsbildfelds hinsichtlich ihres Verlaufs an eine untere Sollbildkante anzupassen, und die Bildpunkte bzw. die Bildinformation oberhalb der Unterkante (d. h. Bildpunkte, die nicht auf der Unterkante liegen) gemäß dieser Anpassung zu entzerren. Dadurch wird das gesamte Umgebungsbildfeld an die Form der Sollbildkante angepasst. Insbesondere ergibt sich kein artifizieller Sprung innerhalb des entzerrten Bildes, da die Entzerrung der Unterkante und die Entzerrung des weiteren Bereichs (über der Unterkante) gemäß einer stetigen Abbildung kontinuierlich (stetig) ineinander übergehen. Die Entzerrung, die von der Unterkante ausgeht, erstreckt sich daher über das gesamte Umgebungsbildfeld und stellt die Umgebung in leicht erfassbarer, intuitiver Weise dar.
-
Die Erfindung wird daher vorgesehen von einem Verfahren zur optischen Darstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs. Dieses Verfahren sieht vor, dass ein Umgebungsbildfeld mittels eines Weitwinkelobjektivs erfasst wird. Das mittels des Weitwinkelobjektivs erfasste Umgebungsbildfeld wird entzerrt durch Erzeugung eines Anzeigebildfelds, das das Umgebungsbildfeld entzerrt wiedergibt. Das Erzeugen sieht vor, dass das Umgebungsbildfeld abgebildet wird. Zudem wird das Anzeigebildfeld angezeigt. Das Entzerren wird vorgesehen, in dem das Umgebungsbildfeld gemäß einer Entzerrung abgebildet wird. Somit wird vorgesehen, dass das Umgebungsbildfelds gemäß einer zumindest in vertikaler Richtung wirkenden Entzerrung abgebildet wird. Diese Entzerrung bildet eine Unterkante des erfassten Umgebungsbildfelds auf eine untere Sollbildkante ab. Die Sollbildkante entspricht einem Außenkonturabschnitt des Fahrzeugs oder einem vorgegebenem Verlauf (insbesondere einem horizontalen Verlauf, beispielsweise einer Gerade) zumindest annähernd. Der Verlauf der Sollbildkante unterscheidet sich von dem der Unterkante. Die Entzerrung (d. h. die erfindungsgemäße Abbildung) ist für zumindest für eine Untergruppe von Bildpunkten des Umgebungsbildfelds (oder für alle Bildpunkte des Umgebungsbildfelds), die nicht auf der Unterkante liegen, eine eindeutige (insbesondere stetige oder abschnittsweise stetige) Abbildung, wobei insbesondere diese Abbildung und die Abbildung (d. h. Entzerrung) der Unterkante einer gemeinsamen, eindeutigen (vorzugsweise stetigen) Abbildung angehören. Die eindeutige Abbildung kann insbesondere eine injektive Abbildung sein, oder insbesondere an oder auf der Sollbildkante eine surjektive Abbildung, oder eine bijektive Abbildung. Die Abbildung bildet benachbarte Bildpunkte des Umgebungsbildfelds auf benachbarte Bildpunkte des Anzeigebildfelds ab, wobei vorzugsweise auch die relative Orientierung benachbarter Bildpunkte erhalten bleibt.
-
Im Kontext der Erfindung ist eine Abbildung stetig, wenn zwei benachbarte Punkte wiederum als benachbarte Punkte abgebildet werden und der Abstand zwischen zwei geringfügig beabstandeten Punkten (beispielsweise zwei benachbarte Pixel) durch die Abbildung in Punkte abgebildet werden, die ebenso nur geringfügig beabstandet sind. Mit anderen Worten wird durch die Abbildung vorzugsweise kein Sprung vorgesehen. Diesbezüglich werden Diskretisierungen, wie sie bei der Verwendung einer elektronischen Kamera auftreten (Pixel) nicht als Sprung bezeichnet, da aufgrund der hohen Auflösung der Betrachter keinen tatsächlichen Sprung erfasst und somit eine stetige Abbildung/Darstellung der Umgebung erfasst. Vielmehr wird als Sprung im Sinne einer Unstetigkeit ein sichtbarer, wesentlicher Versatz von Bildabschnitten bezeichnet, der über die gerasterte Diskretisierung durch die Bildpixel hinausgeht. Im Vordergrund steht die Abbildung der Unterkante des erfassten Umgebungsbildfelds auf die Sollbildkante, so dass auch Abbildungen des verbleibenden Umgebungsbildfelds, die abschnittsweise stetig sind, ebenso vom erfindungsgemäßen Verfahren umfasst werden. Das Umgebungsbildfeld wird objekttreu abgebildet, d. h. wird derart abgebildet, dass ein Betrachter das Objekt ohne Weiteres trotz Abbildung wiedererkennt, d. h. es werden charakteristische Formen grundsätzlich beibehalten. Dies ermöglicht die Erkennung der Objekte trotz Abbildung (Verformung durch Entzerrung). Insbesondere ist dies durch Verwendung einer holomorphen Abbildung als Entzerrung möglich.
-
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem die Entzerrung nur in vertikaler Richtung (allgemein: nur in einer Richtung) verläuft und die Stärke der Entzerrung in vertikaler Richtung der vertikalen Differenz zwischen Sollbildkante und Unterkante entspricht. Die Entzerrung ist daher eine Verschiebung der Bildpunkte in diese Richtung, d. h. die Verschiebungsrichtung der Entzerrung ist die Vertikale. Die Stärke der Entzerrung, d. h. die Distanz der Verschiebung, ist abhängig von der horizontalen Position, ist entlang der Horizontalen veränderlich, und entspricht insbesondere der Distanz zwischen Sollbildkante und Unterkante, die als Korrekturmaß dient.
-
Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird das Verfahren mittels elektronischer Mittel ausgeführt, wobei das Bild (mittels Weitwinkelkamera) elektronisch erfasst wird und elektronisch entzerrt wird. Der Schritt des Erfassens des Umgebungsbildfelds wird vorgesehen wird durch Erfassen des Umgebungsbildfelds mittels einer elektronischen Kamera durch das Weitwinkelobjektiv hindurch. Die Kamera wandelt das Umgebungsbildfeld in Kamerabilddaten; beispielsweise ist die Kamera als CMOS-Kamera oder CCD-Kamera o. ä. ausgebildet.
-
Der Schritt des Abbildens wird vorgesehen durch eine elektronische Bildverarbeitungseinrichtung, die die Kamerabilddaten gemäß der Entzerrung entzerrt. Die Bildverarbeitungseinrichtung kann als programmierbare Datenverarbeitungsanlage sein, beispielsweise ein Prozessor, auf dem eine Software abläuft, die zumindest einen Teil der Verfahrensschritte implementiert. Die Bildverarbeitungseinrichtung umfasst eine von einer horizontalen Positionsangabe abhängigen Entzerrungsfunktion oder erhält diese von einer weiteren Komponente des Systems. Die Entzerrungsfunktion ist von der horizontalen Positionsangabe abhängig, indem die Stärke der Entzerrung, die von der Entzerrungsfunktion abhängt, sich mit der horizontalen Positionsangabe ändert. Die Entzerrung ist hierbei insbesondere ein Versatz bzw. eine Verschiebung, vorzugsweise in vertikaler Richtung (d. h. senkrecht zur horizontalen Richtung der horizontalen Positionsangabe).
-
Die Entzerrungsfunktion gibt die vertikale Distanz zwischen der Unterkante des Umgebungsbildfelds und der unteren Sollbildkante wieder, abhängig von der horizontalen Positionsangabe. Die Entzerrungsfunktion bildet somit Bildpunkte auf dazu vertikal versetzte Bildpunkte ab, wobei die Weite des Versatzes (bzw. der Verschiebung) von horizontalen Position abhängt. Die Bildverarbeitungseinrichtung basiert in diesem Fall daher auf einer Abbildungsfunktion, die Bildpunkte relativ zueinander versetzt.
-
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Bildverarbeitungseinrichtung mittels Ist- und Soll-Funktionen die Entzerrung vorsieht. Die Differenz zwischen den Ist- und Soll-Funktionen entspricht der relativen Versetzung wie sie vorangehend beschrieben ist. Die Ist- und Soll-Funktionen entsprechen Absolutangaben von Verläufen, die das Umgebungsbildfeld betreffen, und deren Verhältnis zueinander der oben dargelegten Entzerrungsfunktion entspricht, die sich auf die Distanz bezieht. Die beiden alternativen Darstellungsweisen (absolut und relativ) sind austauschbar.
-
Eine auf Absolutangaben basierende Darstellungsform sieht vor, dass die Bildverarbeitungseinrichtung eine von einer horizontalen Positionsangabe abhängigen Ist-Funktion und eine von einer horizontalen Positionsangabe abhängigen Soll-Funktion umfasst oder erhält (beispielsweise von einer weiteren Komponente der Vorrichtung).
-
Die Ist-Funktion gibt die vertikale Höhe der Unterkante des Umgebungsbildfelds in Abhängigkeit von der horizontalen Positionsangabe wieder. Die Soll-Funktion gibt die vertikale Höhe der Sollbildkante in Abhängigkeit von der horizontalen Positionsangabe wieder. Dadurch kann die Entzerrung durch Anpassung der Funktionen an die realen Gegebenheiten (Optik der Kamera, Fahrzeugaußenseite bzw. Sollbildkante angepasst an den realen Verlauf des Objekts, das die Sollbildkante definiert) angepasst werden.
-
Die Abbildung wird ausgeführt durch vertikalen Versatz der Kamerabilddaten gemäß der Entzerrungsfunktion (insbesondere bei der relativen Darstellungsweise) oder gemäß der Differenz zwischen Ist-Funktion und Soll-Funktion (insbesondere bei der absoluten Darstellungsweise).
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sieht die Entzerrung vor, dass alle Bildpunkte des Umgebungsbildfelds, die in der selben Vertikalen liegen, um den gleichen Betrag (d. h. um die gleiche Distanz) vertikal verschoben werden. Die Entzerrung wird in diesem Fall besonders einfach vorgesehen durch eine Verschiebung/Versetzung entlang der Vertikalen, wobei die Verschiebung nur von der Horizontalposition abhängt und für jede einzelne Horizontalposition der gleiche Versatzbetrag verwendet wird.
-
Die Erfindung wird vorzugsweise mit diskreten Bildpunkten (Pixel) durchgeführt, die des Kamerabild elektronisch wiedergeben. Da der Versatz insbesondere für nebeneinander liegende Spalten (= Bildpunktreihe in Vertikalrichtung) unterschiedlich sein kann (da der Versatz von der Horizontalposition abhängt), können sich durch die unterschiedliche Verschiebung der Spalten störende Bildfehler ergeben. Diese werden durch Interpolieren verringert bzw. entfernt. Daher sieht das Verfahren vorzugsweise vor, dass das gemäß Entzerrung abgebildete Umgebungsbildfeld interpoliert wird. Ferner können die Bildfelddaten während des Abbilden interpoliert werden, d. h. während des Schritts des Versetzens bzw. Verschiebens der Bildpunkte gemäß der Entzerrung. Das Interpolieren umfasst insbesondere das Angleichen von Farb- oder Grauwerten von Bildpunkten, die durch die Entzerrung nebeneinander oder in der Nähe voneinander zu liegen kommen. Das Interpolieren umfasst daher das Interpolieren von Farb- oder Grauwerten, die das Umgebungsbildfeld wiedergeben. Das Interpolieren wird gemäß einer linearen oder bilinearen Interpolation, gemäß einer Interpolation höherer Ordnung, gemäß einer kubischen oder bikubischen Interpolation, oder gemäß einem anderen Interpolationsverfahren aufgeführt. Das interpolieren wird insbesondere gemäß einer Interpolation ausgeführt, die in vertikaler Richtung verläuft, wobei Interpolation ferner in einer dazu horizontalen Richtung verlaufen kann. Die vorstehenden Interpolationsverfahren und -merkmale können miteinander kombiniert werden.
-
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Unterkante des erfassten Umgebungsbildfelds einen bogenförmigen Verlauf hat. Dieser wird vorgesehen mittels einer Polynomfunktion, einer zur Vertikalen symmetrischen Polynomfunktion, einer Polynomfunktion mit einem Minimum in der Mitte oder mit einem Minimum zwischen Seitenrändern des Umgebungsbildfelds, mittels einer Kreisbogenfunktion oder einer mittels anderen Funktion, die die durch das Weitwinkelobjektiv entstehende Krümmung des Bildrands zumindest angenähert wiedergibt. Die Unterkante wird insbesondere durch eine konvexe Funktion angenähert, die symmetrisch zur Mittenvertikalen ist. Der Verlauf der Unterkante entspricht einer Geraden, die durch das Weitwinkelobjektiv an einem Bildrand des Objektivs aufgenommen und verzerrt wurde. Die erfindungsgemäße Entzerrung ist komplementär zur Verzerrung einer Geraden am Rand (am unteren Rand) des Bildfelds des Weitwinkelobjektivs.
-
Der Verlauf des Außenkonturabschnitts entspricht dem realen Verlauf einer Kontur des Fahrzeugs, insbesondere einer Seite (bsp. der Rückseite) des Fahrzeugs, einer Stoßstange (oder einer Stoßstangenkante) des Fahrzeugs, oder eines Kofferraumdeckels (einer Kofferraumdedcelkante) des Fahrzeugs. Der Außenkonturabschnitt, d. h. die Sollbildkante, entspricht insbesondere einem Verlauf eines Heckabschnitts des Fahrzeugs. Die Sollbildkante ist die Kante, die von dem Weitwinkelobjektiv am (unteren) Bildrand des Blickfelds des Weitwinkelobjektivs erfasst wird. Daher ist die Anordnung und Ausrichtung des Weitwinkelobjektivs relativ zum Fahrzeug (zur Fahrzeugaußenseite) relevant für den Verlauf des Außenkonturabschnitts. Alternativ entspricht der Verlauf des Außenkonturabschnitts einem vorgegebenen symbolischen Verlauf oder frei wählbaren, vorgegebenen Verlauf, beispielsweise einer vorgegebenen (horizontalen) Gerade oder einem anderen, vorgegebenen horizontalen Verlauf. Der Verlauf kann insbesondere durch eine erwünschte, vorgegebene Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Visualisierung der Kameradaten vorgegeben sein und sich nach der Bildeinteilung der visuellen Darstellung (durch eine optische Anzeige, die beispielsweise am Cockpit des Fahrzeugs angebracht ist) richten.
-
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Anzeigebildfeld mit einer optischen Anzeige angezeigt wird, die im Wesentlichen keine Verzerrung aufweist, beispielsweise mittels einer ebenen Anzeige, bei der die Bildpunkte äquidistant angezeigt werden. Die optische Anzeige ist in einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs angeordnet ist und einer Fahrerposition zugewandt Dadurch wird dem Fahrer das Anzeigebildfeld innerhalb des üblichen Sichtfelds dargestellt, insbesondere im Cockpit des Fahrzeugs. Die optische Anzeige ist insbesondere ein LCD- oder TFT-Bildschirm. Die optische Anzeige kann als Head-up-Display ausgestaltet sein bzw. als eine Anzeige, die das von der Fahrerposition zu erfassende Bild auf eine Scheibe (Heck-Seiten- oder Frontscheibe) oder auf einen Spiegel (Seitenspiegel) projiziert. Die optische Anzeige kann ferner weitere Bildinformation darstellen, entweder gleichzeitig mit der Anzeige der erfindungsgemäß gewonnenen Bilddaten oder zeitversetzt. Es kann beispielsweise gleichzeitig die Geschwindigkeit in der Anzeige dargestellt werden oder die Anzeige kann ferner (vor oder nach dem Anzeigen der erfindungsgemäß gewonnenen Bilddaten) zu anderen Anzeigezwecken dienen, beispielsweise als Systemanzeige oder als Anzeige eines Navigationssystems. Die Anzeige kann am Cockpit vorgesehen sein, in der Richtung eines der Außenspiegel, vom Fahrer aus gesehen, angeordnet sein, oder an der Heckscheibe des Fahrzeugs, zum Fahrer hin orientiert, vorgesehen sein. Bei den beiden letztgenannten Varianten ist die Darstellung durch den Rückspiegels bzw. durch die Heckscheibe hindurch und die Anzeige in dem selben Sichtfeld des Fahrers, wodurch der Fahrer beide Darstellungen (real durch Rückspiegel/Heckscheibe und virtuell durch die Kameradaten) gleichzeitig erfassen kann. Diese Darstellungsvarianten können auch integriert werden durch eine Projektion der erfindungsgemäßen Anzeige auf die Frontscheibe, auf die Heckscheibe oder in einen der oder in die Außenspiegel.
-
Eine spezifische Ausführungsform sieht vor, dass das Anzeigebildfeld größer als das entzerrte Umgebungsbildfeld ist. In der dadurch verbleibenden Fläche des Anzeigebildfelds wird graphische, symbolische, numerische oder alphanumerische Fahrzeuginformation wiedergegeben. Die Fahrzeuginformation gibt Fahrparameter wieder wie Geschwindigkeit, eine Entfernung zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt (ein benachbartes Fahrzeug o. ä.) in der Umgebung, eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, eine Lenkrichtung des Fahrzeugs oder eine symbolhafte Darstellung einer erfassten Verkehrsumgebung des Fahrzeugs (beispielsweise eine Einparkszenario) wieder.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit elektronischen Mitteln umgesetzt, insbesondere die Entzerrung. Jedoch kann auch eine auf optischen Mitteln basierende Lösung vorgesehen sein, wobei die Entzerrung (zum Teil) durch eine Trapezentzerrungsoptik vorgesehen wird, die an dem Weitwinkelobjektiv befestigt sein kann. Die Trapezentzerrungsoptik kann eine Keystone-Korrekturoptik oder ein Shift-Objektiv umfassen. Diese Optik kann einen Teil der erfindungsgemäßen Entzerrung vorsehen, während eine elektronische Blidverarbeitung die verbleibende Entzerrung, insbesondere die Anpassung an den Soll-Konturverlauf umsetzt. Abhängig von der möglichen optischen Entzerrung, dem Verlauf der Unterkante des erfassten Umgebungsbildfelds und dem Verlauf der unteren Sollbildkante kann die Entzerrung nur von einer entsprechenden Korrekturoptik vorgesehen wenden.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorgesehen durch eine Vorrichtung zur optischen Darstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung über eine Kamera verfügt. Die Kamera ist mit einem Weitwinkelobjektiv ausgestattet. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Graphikdatenschnittstelle zur Abgabe von Anzeige-Bilddaten, die ein Anzeigebildfeld wiedergeben, und eine Abbildungseinrichtung, die mit der Kamera zum Empfangen von Umgebungs-Bilddaten verbunden ist, die das Umgebungsbildfeld wiedergeben. Die Abbildungseinrichtung ist ausgestaltet, die Bilddaten des Umgebungsbildfelds gemäß einer zumindest in vertikaler Richtung wirkenden Entzerrung abzubilden. Die Entzerrung der Abbildungseinrichtung ist vorgesehen, eine Unterkante des erfassten Umgebungsbildfelds auf eine untere Sollbildkante abzubilden. Die Sollbildkante entspricht einem Außenkonturabschnitt des Fahrzeugs oder einem anderen, vorgegebenen (vorzugsweise horizontalen) Verlauf zumindest annähernd. Der Verlauf der Sollbildkante unterscheidet sich von dem der Unterkante. Die Abbildungseinrichtung ist ausgestaltet, die Entzerrung der Abbildungseinrichtung als eine stetige Abbildung vorzusehen, insbesondere für Bildpunkte des Umgebungsbildfelds, die nicht auf der Unterkante liegen. Eine derartige Ausgestaltung lässt sich insbesondere durch eine elektronische Abbildungseinrichtung erreichen, die die Entzerrung als Software implementiert, die auf einer programmierbaren Bilddatenverarbeitungseinheit (bsp. ein Graphikprozessor) abläuft, wobei festverdrahtete Schaltungsteile der Bilddatenverarbeitungseinheit einen Teil der Eigenschaften vorsehen, beispielsweise die Verschiebung im Rahmen der Verzerrung.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass ferner eine Interpolationseinrichtung vorgesehen ist, die einen Teil der Abbildungseinrichtung bildet. Alternativ ist die Interpolationseinrichtung der Abbildungseinrichtung nachgeschaltet. Die Interpolationseinrichtung interpoliert das entzerrte Bild, das verschiedene Verschiebungen für benachbarte Reihen aufweisen kann. Die Interpolationseinrichtung ist eingerichtet, Farb- oder Grauwerte, die das Umgebungsbildfeld wiedergeben, zu interpolieren, insbesondere von benachbarten Bildpunkten, um diese einander anzugleichen. Die Interpolationseinrichtung ist eingerichtet, den Übergang zwischen unterschiedlichen Verschiebungen in Vertikalrichtung, die von der Abbildungseinrichtung vorgesehen werden, durch die Interpolation zu glätten.
-
Die Vorrichtung kann ferner einen Bildkombinierer umfassen, der die entzerrten Bilddaten mit einzublendenen Bilddaten nebeneinander anordnet und kombiniert, die diese gemeinsam in einem Bildsignal vorzusehen. Neben dem entzerrten Bild können dann weitere Bildinformationen auf der Anzeige dargestellt werden. Für die einzublendenen Bilddaten hat die Vorrichtung einen weiteren Eingang.
-
Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung; und
-
2a–3b zeigen Darstellungen zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt als Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung und deren Anordnung in einem Fahrzeug 10. An dem Fahrzeug ist ein Weitwinkelobjektiv 20 und eine elektronische Kamera 22 angeordnet. Das Weitwinkelobjektiv 20 erfasst ein Umgebungsumfeld 30 und eine Unterkante 40 des erfassten Umgebungsumfelds 30 wird definiert durch eine Stoßstange, oberhalb der das Weitwinkelobjektiv 20 angeordnet ist.
-
Die Kamera 22 gibt über eine Leitung Bildsignale ab und übermittelt diese an eine Abbildungsvorrichtung 50, welche die Entzerrung gemäß dem Verlauf der Unterkante 40 (senkrecht zur Bildebene) und dem Verlauf der Sollbildkante. Der Abbildungsvorrichtung 50 ist eine Interpolationseinrichtung 60 nachgeschaltet, die Bilddaten an eine Graphikdatenschnittstelle 70 abgibt. An die Graphikdatenschnittstelle 70 kann eine Anzeige 80 (gestrichelt dargestellt) angeschlossen werden, die beispielsweise im Cockpit angeordnet ist. Es ist zu erkennen, dass das Weitwinkelobjektiv 20 einen weiten Öffnungswinkel aufweist, der bis zu 180° oder 190° oder mehr betragen kann. Das dargestellte Weitwinkelobjektiv ist in seiner Ausrichtung leicht nach unten geneigt, wobei im allgemeinen das Weitwinkelobjektiv auch zum Horizont oder nach oben (und/oder auch seitlich) ausgerichtet sein kann. Aufgrund des Öffnungswinkels ergeben sich Verzerrungen, die anhand der 2a–3b näher dargestellt sind.
-
Die 2a zeigt ein Umgebungsbildfeld, wie es von dem Weitwinkelobjektiv erfasst wird. Es ist ein Horizont 100 dargestellt, der aufgrund der leicht nach unten neigenden Ausrichtung des Weitwinkelobjektivs bereits bogenförmig verzerrt ist. Eine Person 110 quert hinter dem Fahrzeug im Sichtfeld der Kamera; die Laufrichtung ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Ein unterer, gebogener Bildrand, d. h. die Unterkante des erfassten Umgebungsbildfelds, wird gebildet von der Stoßstange des Fahrzeugs. Die Unterkante 140 ist stark verzerrt, d. h. stark gekrümmt dargestellt, obwohl die Stoßstange einen im Wesentlichen geraden Verlauf aufweist. Die Unterkante 140 ist in 2a ein Streifen, kann jedoch auch eine Linie sein. Da intuitiv der Abstand abgeschätzt wird durch die Höhe 130 des Objekts (d. h. der Abstand zwischen dem untersten Punkt des Objekts 110 und dem Bildrand) gegenüber dem unteren, dargestellten Bildrand 120 und ferner der untere Bildrand 140 an den Enden stark nach oben gekrümmt ist, kann der tatsächliche Abstand nur schwer erfasst werden, insbesondere wenn die Person sich näher am Bildseitenrand befindet.
-
Die 2b zeigt eine erfindungsgemäß entzerrte Darstellung. Die Unterkante des erfassten Umgebungsbildfelds ist auf eine (im Wesentlichen) gerade Sollbildkante 240 abgebildet. Da dies der realen Form entspricht, kann der Abstand intuitiver erfasst werden. Ferner ist die Laufrichtung 250 mit einem stärkeren Winkel zum Fahrzeug hin dargestellt, so dass diese kritische Situation besser erfasst werden kann und stärker dargestellt ist als bei der unentzerrten 2a. Durch die Entzerrung wird vor allem das Nahfeld an der Fahrzeugrückseite so dargestellt, dass der Fahrer die Situation gut erfassen kann. Die stärkere Krümmung des Horizonts 200 ist dem nicht abträglich sondern dient der Darstellung des Umgebungsbildfelds in seiner ganzen Breite. Ferner ist zu erkennen, dass der obere Bildrand ebenso zur Sollbildkante 240 hin verschoben wurde. Die im Wesentlichen vertikale Verschiebung nimmt in ihrer Stärke mit abnehmendem Abstand vom Seitenrand des Anzeigebildfelds zu.
-
Der Verlauf der Unterkante 140 ist stark gekrümmt, wobei die Unterkante 140 auf die (untere) Sollbildkante 240 abgebildet wird, die einen geraden Verlauf hat, siehe unten. Die damit verknüpfte Entzerrung lässt sich durch die Betrachtung der Abstände der Unterkante 140 von einer Horizontalen (beispielhaft hier: die Bildunterkante der Darstellung 120) näher erfassen: An einer Horizontalposition am Rand ergibt sich ein größerer Abstand 142 als an einer mittigen Position 144 der Bildunterkante der Darstellung 120 (kein Abstand). Der die Sollbildkante ebenso gerade verläuft, ist Entzerrung gegeben durch eine Vertikalverschiebung nach unten mit einer Verschiebungsdistanz, die eine Funktion von einer Horizontalposition ist. Am Rand ist die Verschiebungsdistanz der Abstand 142, in der (horizontalen) Mitte ist diese null und dazwischen so groß wie der vertikale Abstand der Unterkante 140 von dem Zielverlauf (horizontale Gerade, beispielsweise die Bildunterkante 120). Es ergibt sich ein Bild, bei dem die Unterkante aufgrund der Verschiebung dem Zielverlauf (d. h. einer Geraden; hier die Bildunterkante 240) entspricht, siehe 2b. Die sich ergebenden Effekte für die Darstellung sind im Weiteren erläutert.
-
In den 2a und b ist insbesondere eine Person in der Bildmitte dargestellt, deren Laufrichtung durch die Entzerrung stärker zum Fahrzeug hin geneigt wird. Um den Einfluss der Verzerrung am Bildrand darzustellen, ist in den 3a und 3b ein Szenario dargestellt, bei dem sich eine Person am Rand des Umgebungsbildfelds aufhält.
-
In der 3a ist eine nicht erfindungsgemäß entzerrte Weitwinkelaufnahme dargestellt. Eine Person 310 befindet sich am Bildrand und aufgrund der starken nach oben gerichteten Neigung der Unterkante 340 ist die Person mit großem Abstand vom unteren Bildrand dargestellt, obwohl die Person sich sehr nahe an der Stoßstange befindet, die die Unterkante 340 befindet. Daher ist eine korrekte Orientierung durch einen Beobachter schwierig. Ferner ist die Laufrichtung 350 zu beachten, die aufgrund der Verzerrung der unteren Bildkante 340 von der Unterkante 320 des Anzeigebildfelds weg geneigt ist, obwohl sich die Person tatsächlich leicht auf das Fahrzeug zubewegt. Auch hier bekommt ein Betrachter den falschen Eindruck der realen Situation.
-
In der 3b ist das in 3a dargestellte Bild entzerrt wiedergegeben, d. h. mit einer geraden Sollbildkante 440 (in der Form eines Streifens), die parallel zu der Unterkante 420 des Anzeigebildfelds (in der Form eines Geradenabschnitts) verläuft. Insbesondere bildet die Unterkante 420 des Anzeigebildfelds die untere Begrenzungslinie der Sollbildkante 440. Es ist ferner aus dem Vergleich der 3a und 3b zu erkennen, dass die zur Erfassung der Situation eher störenden unteren Bildecken 360 durch die Entzerrung (d. h. Verschiebung) nicht mehr abgebildet werden (da unterhalb der Sollbildkante 420). Ferner fällt aufgrund des Vergleichs auf, dass die Person 310 in der 3a mit einem wesentlichen Abstand zum unteren Bildrand 320 dargestellt ist, obwohl der tatsächliche Abstand gering ist, wobei in 3b der Abstand korrekter dargestellt ist und die Person 410 sehr nahe zum unteren Bildrand 420 dargestellt ist. Dadurch wird die Entfernung korrekter eingeschätzt.
-
Darüberhinaus kann unmittelbar erfasst werden, dass die Laufrichtung 350 der Person 310 in 3a fälschlicherweise vom Fahrzeug weg zeigt, obwohl tatsächlich die Laufrichtung zum Fahrzeug hin verläuft. In der 3b ist die Laufrichtung korrekter dargestellt, da insbesondere der relevante untere Bildabschnitt (entsprechend der nahen Umgebung des Fahrzeugs) mit größerer Winkeltreue dargestellt ist und die Laufrichtung 450 in der 3b korrekterweise zum Fahrzeug hin gerichtet ist. Die Sollbildkante gibt den tatsächlichen Verlauf der Fahrzeugkomponente wieder, die das tatsächlich erfassbare untere Bildfeld begrenzt. Dadurch sind alle Objekte, die nahe der unteren Sollbildkante dargestellt sind, mit korrekter Winkelverzerrung und Abstand zur unteren Bildkante wiedergeben, so dass gerade der Bereich nahe dem Fahrzeug mit korrektem Abstand und korrektem Winkel wiedergegeben ist. Der obere Bereich hingegen betrifft Objekte, die weiter entfernt sind, daher weniger relevant sind, und etwas stärker verzerrt dargestellt sind, wie es aus dem Vergleich der oberen Bildränder oder der Horizonte der 3a und 3b ersichtlich ist.
-
Es ist unmittelbar aus den 2a–3b zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Entzerrung, die auf den unteren Bildrand (als relevanter Bildbestandteil aufgrund der geringen Entfernung) abstellt, die Verkehrsituationen insbesondere im Nahbereich korrekter darstellt, so dass kritische Situationen besser erkannt werden können. Gleichzeitig ermöglicht die Erfindung die Darstellung des gesamten Umgebungsbildfelds, um einen Gesamteindruck vermitteln zu können, jedoch nicht zu Lasten einer verzerrten und somit fehlerhaften Darstellung des Bereichs nahe dem Fahrzeug (d. h. nahe dem unteren Bildrand).
-
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, neben dem entzerrten Bild weitere Daten anzuzeigen. Weitere Daten sind insbesondere Fahrparameter, so dass insbesondere die Geschwindigkeit mittels eines (virtuellen) Tachometers angezeigt werden kann. Eine derartige Darstellung kann sich unterhalb des unteren Bildrands 420 anfügen und kann so mit dem entzerrten Bild in einer Darstellung kombiniert werden. Wie bereits bemerkt kann die Darstellung mittels einer elektronischen Anzeige wie einem LCD- oder TFT-Monitor ausgeführt werden, wobei auch Head-Up-Displays verwendet wenden können.
-
Schließlich ist zu bemerken, dass die 2a–3b eine Kameradarstellung wiedergeben, bei der die Kamera nicht vollständig waagerecht zum Horizont ausgerichtet ist. Daher wird als horizontal auch eine ungefähre Ausrichtung am Horizont bezeichnet, d. h. mit einem Winkelversatz von 5°, 10°, 20° oder mehr, da auch eine ungefähre Ausrichtung gewährleistet, dass untere Bereiche der Darstellung Bereiche nahe dem Fahrzeug wiedergeben und daher die erfindungsgemäß verbesserte Wiedergabe der fahrzeugnahen Bereiche gewährleistet ist. Entsprechendes gilt für die Vertikale, wobei die Vertikale nicht notwendigerweise exakt 90° mit der Horizontalen bildet, sondern einen Winkel von maximal 5°, 10° oder 20° bildet. Die oben genannte Erfindung ist insbesondere für Fahrzeuge beschrieben, bei denen der Nahbereich, der am unteren Bildrand dargestellt wird, der kritische Bereich ist. Die Erfindung kann jedoch ebenso für andere Anwendungen verwendet werden, bei denen beispielsweise der obere Randbereich oder der seitliche Randbereich besonders relevant ist und erfindungsgemäß entzerrt wird. Die zugehörigen Funktionen, Wirkungsweisen und Merkmale ergeben sich aus den vorangehenden Ausführungen und einer entsprechenden Drehung.
