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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Erfassung von Hindernissen in einem Fahrzeugumfeld.
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Die
DE 10 2005 048 232 A1 beschreibt ein Rückfahrkamerasystem für ein Fahrzeug, welches ein Bilderfassungssystem und eine Recheneinheit umfasst. Dabei umfasst das Bilderfassungssystem eine Stereokamera, die aus zwei zueinander versetzten Positionen Bilder aufnimmt.
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Die
DE 44 20 422 C2 offenbart ein technisches Komplexauge für dynamisches maschinelles Sehen, insbesondere für Fahrzeuge. Dabei sind zwei Weitwinkel-Kameras derart angeordnet, dass ihre optischen Achsen divergierend in einer Ebene liegen und deren Winkelhalbierende die Sichtachse des Komplexauges definiert.
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Die
DE 100 59 313 A1 offenbart die Überwachung des Umfelds eines Fahrzeugs. Dazu arbeiten mindestens zwei optische Sensoren im Weitwinkelbereich. Darüber hinaus sind Mittel vorhanden, die die erfassten Informationen verarbeiten und räumliche Informationen ausgeben.
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Die
DE 10 2008 033 390 A1 beschreibt ein Flurförderzeug mit einer Stereokamera zur Überwachung der Umgebung, wobei die Stereokamera in einer horizontalen Ebene seitlich versetzt aus zwei Positionen ein Videobild aufnimmt.
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Die
DE 10 2009 053 807 A1 betrifft ein Einparksystem mit einer Stereokamera, um Hindernisse im Bereich der durch den Lenkwinkel vorgegebenen Trajektorie zu erkennen. Dabei wird als Stand der Technik auch ein Weitwinkelobjektiv erwähnt.
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Die
DE 102 51 949 A1 beschreibt eine Fahrdynamikregelung mit einer Stereokamera.
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Die
JP 2011-027496 A2 offenbart eine Stereokamera, welche für ein Fahrzeug eine dreidimensionale Information der Umgebung bereitstellt.
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DE 10 2008 035 150 A1 beschreibt ein Stereokamerasystem mit zwei Bilderfassungssensoren. Dabei sind die Bilderfassungsbereiche der Bilderfassungssensoren in einer Ebene angeordnet und der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Bilderfassungsbereiche liegt zwischen 80 bis 300 mm.
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Nach dem Stand der Technik haben sich Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung im Fahrzeug-Nahbereich etabliert. Darüber hinaus befinden sich zusätzlich Systeme zur optischen Anzeige des Fahrzeugumfelds seit kurzer Zeit im praktischen Einsatz.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, Hindernisse mit einem weiteren Abstand als das mit den Ultraschallsensoren möglich ist, im Umfeld eines Fahrzeugs zu erfassen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein System zur Erfassung eines Hindernisses nach Anspruch 1 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Erfassung eines Hindernisses für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst das System Verarbeitungsmittel und eine Bilderfassungsvorrichtung, welche ihrerseits zwei Kameras aufweist. Dabei besitzt jede dieser beiden Kameras ein Weitwinkelobjektiv. Die eine der beiden Kameras ist in eine erste Richtung ausgerichtet, und die andere der beiden Kameras ist in eine zweite Richtung ausgerichtet. Die Richtungsvektoren dieser beiden Richtungen schließen einen Winkel ein, welcher maximal 30° beträgt. D.h. eine leichte Abweichung der Richtungsvektoren bzw. Ausrichtungen der beiden Kameras ist erfindungsgemäß erlaubt, wobei allerdings keine Abweichung (d.h. ein Winkel von 0°) bevorzugt wird. Die zwei Kameras sind dabei sowohl in vertikaler Richtung als auch in horizontaler Richtung versetzt zueinander angeordnet. Das System ist derart ausgestaltet, dass das System von den Kameras erfasste Bildinformationen an die Bildverarbeitungsmittel weiterleitet. Die Bildverarbeitungsmittel sind in der Lage, abhängig von den erfassten Bildinformationen das Hindernis zu erfassen.
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Unter einem Weitwinkelobjektiv wird erfindungsgemäß ein Objektiv verstanden, welches einen Winkelbereich von 100° bis 180° oder mehr als 180° erfasst. Vorteilhafterweise entspricht die erste Richtung der zweiten Richtung, so dass beide Kameras in dieselbe Richtung ausgerichtet sind. Darüber hinaus sind die beiden in der Regel baugleichen Weitwinkelobjektive insbesondere in derselben Ebene angeordnet.
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Dabei wird unter der vertikalen Richtung die Lotrichtung (rechtwinklig zur Erdoberfläche) und unter der horizontalen Richtung eine Richtung senkrecht zur vertikalen Richtung verstanden. Anders ausgedrückt sind die zwei Kameras in vertikaler und horizontaler Richtung versetzt, wenn das erfindungsgemäße System an einem Fahrzeug angebracht ist.
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Das erfindungsgemäße System ist somit in der Lage, ausschließlich abhängig von den mit den beiden Kameras erfassten Bildinformationen Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen und beispielsweise auch einen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem jeweiligen Hindernis zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit, den Funktionsumfang einer monokularen Parkkamera und einer Abstandsmessung mit Ultraschallsensoren zu kombinieren. Anders ausgedrückt können durch die vorliegende Erfindung Ultraschallsensoren eingespart werden, da die Funktion der Ultraschallsensoren (d.h. die Abstandsmessung) mittels der beiden Kameras erfolgt. Dadurch können im Vergleich zum Stand der Technik hohe Bauteil- und Integrationskosten eingespart werden, da es nicht erforderlich ist, zwei verschiedene Sensortypen (Ultraschallsensor und optischer Sensor) zu kombinieren bzw. zu verbauen, da die Funktionen (Bildanzeige und Abstandsmessung) nun von einem erfindungsgemäßen System, welches zusätzlich mit einem Bildschirm ausgerüstet ist und welches nur einen Sensortyp (optischen Sensor bzw. Kamera) umfasst, realisiert werden können.
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Durch das sowohl in vertikaler Richtung als auch in horizontaler Richtung versetzte Anbringen der beiden Kameras wird vorteilhafterweise eine Verdeckung des Sichtfelds der einen Kamera durch die andere Kamera (insbesondere durch das Weitwinkelobjektiv der anderen Kamera) vermieden, welche sonst (ohne Versatz in vertikaler und horizontaler Richtung) gegeben wäre. Die Vermeidung einer Verdeckung des Sichtfelds einer Kamera ist beispielsweise für die Bestimmung des Abstands zu einem erfassten Hindernis von großer Bedeutung, da dieser Abstand mit einer guten Genauigkeit nur dann bestimmt werden kann, wenn das Hindernis von beiden Kameras erfasst bzw. gesehen wird.
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Der Versatz der beiden Kameras in vertikaler Richtung und der Versatz der beiden Kameras in horizontaler Richtung kann durch einen Winkel definiert werden, welchen eine Gerade, die durch die Linsenmittelpunkte der beiden Kameras verläuft, mit einer Geraden bildet, die horizontal durch einen der Linsenmittelpunkte der Kameras verläuft. Wenn die Kameras vertikal nicht versetzt zueinander angeordnet sind, ist dieser Winkel 0°. Bei einem erfindungsgemäßen System ist dieser Winkel maximal 45° groß, wobei dieser Maximalwert bevorzugt wird. Das heißt, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Versatz der beiden Kameras in vertikaler Richtung dem Versatz der beiden Kameras in horizontaler Richtung entsprechen.
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Wenn der Abstand der Linsenmittelpunkte der beiden baugleichen Kameras dem
-fachen des Linsendurchmessers entspricht, ist bei diesem in vertikaler und horizontaler Richtung gleichmäßigen Versatz der beiden Kameras gewährleistet, dass das Sichtfeld der einen Kamera weder in vertikaler noch in horizontaler Richtung von der anderen Kamera verdeckt wird.
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Insbesondere liegt ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Weitwinkelobjektivs (Linsenmittelpunkt) der einen Kamera und dem Mittelpunkt des Weitwinkelobjektivs der anderen Kamera in einem Bereich von 1 cm bis 4 cm, wobei ein Bereich von 2 cm bis 3 cm (insbesondere ca. 2 cm) bevorzugt wird.
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Damit weist die aus den beiden Kameras bestehende Stereokamera eine kleine Basisbreite auf. Je kleiner der Abstand zwischen den Linsenmittelpunkten der beiden Kameras ist, desto kleiner sind die Ausmaße des erfindungsgemäßen Systems, was wiederum vorteilhaft für eine Integration in ein Fahrzeug ist.
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Der Durchmesser der jeweiligen Linse jeder der beiden Kameras liegt insbesondere in einem Bereich von 1 bis 4 cm, wobei auch hier ein Bereich von 2 cm bis 3 cm bevorzugt wird.
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Die untere Grenze des Abstands zwischen den beiden Linsenmittelpunkten entspricht dabei bei baugleichen Kameras dem Linsendurchmesser. Auch hier gilt, dass die Ausmaße des erfindungsgemäßen Systems umso kleiner sind, je kleiner der Linsendurchmesser gewählt wird.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das System einen Bildschirm und ist derart ausgestaltet, dass das System die von den Kameras erfassten Bildinformationen auf dem Bildschirm darstellt.
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Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das erfindungsgemäße System nicht nur in der Lage ist, Hindernisse zu erfassen und beispielsweise vor diesen Hindernissen mit akustischen Signalen zu warnen, sondern auch in der Lage ist, das Umfeld des Fahrzeugs (einschließlich der Hindernisse) auf dem Bildschirm darzustellen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches das vorab beschriebene erfindungsgemäße System umfasst.
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Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst das erfindungsgemäße System vier vorab beschriebene Bilderfassungsvorrichtungen. Dabei befindet sich eine erste dieser Bilderfassungsvorrichtungen an der Vorderseite des Fahrzeugs, eine zweite dieser Bilderfassungsvorrichtungen an der Rückseite des Fahrzeugs, eine dritte dieser Bilderfassungsvorrichtungen an der rechten Seite des Fahrzeugs und eine vierte dieser Bilderfassungsvorrichtungen an der linken Seite des Fahrzeugs.
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Damit deckt diese Ausführungsform die gesamte Umgebung um das Fahrzeug herum ab. Anders ausgedrückt ist das Fahrzeug gemäß dieser Ausführungsform in der Lage, jedes Hindernis, gegen welches das Fahrzeug z.B. beim Parken stoßen könnte, zu erfassen, um den Fahrer vor diesem Hindernis zu warnen.
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Gemäß einer Varianten der ersten Ausführungsform des Fahrzeugs ist die an der Vorderseite angeordnete Bilderfassungsvorrichtung in der Mitte der Vorderseite angeordnet, und die an der Rückseite angeordnete Bilderfassungsvorrichtung ist in der Mitte dieser Rückseite angeordnet. Dagegen ist die an der rechten Seite des Fahrzeugs angeordnete Bilderfassungsvorrichtung nicht in der Mitte, sondern von der Mitte der rechten Seite her gesehen versetzt zur Vorderseite des Fahrzeugs hin angeordnet. In ähnlicher Weise ist die an der linken Seite des Fahrzeugs angeordnete Bilderfassungsvorrichtung von der Mitte der linken Seite her gesehen versetzt zur Vorderseite des Fahrzeugs hin angeordnet. Die an der rechten oder linken Seite angeordneten Bilderfassungsvorrichtungen befinden sich dabei vorzugsweise am oder im Seitenspiegel des Fahrzeugs.
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Indem die an der Vorderseite (Rückseite) des Fahrzeugs angeordnete Bilderfassungsvorrichtung in der Mitte der Vorderseite (Rückseite) angeordnet ist, kann diese Bilderfassungsvorrichtung die Umgebung vor (hinter) dem Fahrzeug optimal erfassen, wobei weder der Bereich rechts vor (hinter) dem Fahrzeug oder links vor (hinter) dem Fahrzeug benachteiligt wird. Da ein Fahrzeug in der Regel lenkbare Vorderräder und nicht lenkbare Hinterräder besitzt, ist es vorteilhaft, wenn die seitlich angebrachten Bilderfassungsvorrichtungen nicht in der Mitte der entsprechenden Seite, sondern zur Vorderseite hin versetzt angeordnet sind, da das Fahrzeug bei eingeschlagener Lenkung vorn rechts bzw. links eine Art Schwenkbewegung ausführt. Daher besteht ein größeres Risiko, dass das Fahrzeug beispielsweise bei einem Parkvorgang-bei eingeschlagener Lenkung mit der vorderen rechten bzw. linken Seite gegen ein Hindernis stößt als mit der hinteren rechten bzw. linken Seite. Daher ist es vorteilhaft, wenn die entsprechende Bilderfassungsvorrichtung im vorderen Bereich der rechten bzw. linken Seite angeordnet ist, um dieses Hindernis zu erfassen und davor zu warnen.
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Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst das System fünf Bilderfassungsvorrichtungen, wie sie vorab beschrieben sind. Dabei befindet sich eine erste dieser Bilderfassungsvorrichtungen an der Vorderseite des Fahrzeugs, eine zweite dieser Bilderfassungsvorrichtungen an der rechten Seite des Fahrzeugs und eine dritte dieser Bilderfassungsvorrichtungen an der linken Seite des Fahrzeugs. Eine vierte und eine fünfte dieser Bilderfassungsvorrichtungen befinden sich an der Rückseite des Fahrzeugs. Dabei sind die vierte und die fünfte Bilderfassungsvorrichtung symmetrisch zu einer Mittellängsachse des Fahrzeugs angeordnet, so dass ein Abstand der vierten Bilderfassungsvorrichtung zur rechten Seite des Fahrzeugs einem Abstand der fünften Bilderfassungsvorrichtung zur linken Seite des Fahrzeugs entspricht. Wie bei der ersten Ausführungsform ist die an der rechten Seite angeordnete Bilderfassungsvorrichtung nicht in der Mitte der rechten Seite sondern versetzt zur Vorderseite hin angeordnet, und die an der linken Seite des Fahrzeugs angeordnete Bilderfassungsvorrichtung ist ebenfalls versetzt zur Vorderseite des Fahrzeugs hin angeordnet.
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Indem im Vergleich zur ersten Ausführungsform anstelle einer Bilderfassungsvorrichtung zwei Bilderfassungsvorrichtungen an der Rückseite des Fahrzeugs angeordnet sind, wird die Umgebung der Rückseite des Fahrzeugs besser erfasst. Da sich in aller Regel der Fahrer des Fahrzeugs im Fahrzeug vorn befindet, ist eine genauere Überwachung der Umgebung hinter dem Fahrzeug wichtiger, als die Überwachung vor dem Fahrzeug, weshalb die zweite Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform trotz der zusätzlichen Bilderfassungsvorrichtung Vorteile aufweist. Zusammengefasst wird durch den Einsatz von zwei (anstatt von nur einer) Bilderfassungsvorrichtung an der Rückseite der Sicht- und Messbereich des erfindungsgemäßen Systems bezüglich der Rückseite erweitert und die Messgenauigkeit und auch die Messzuverlässigkeit erhöht.
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Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:
- • Im Vergleich zur nach dem Stand der Technik eingesetzten Ultraschall-Sensorik kann durch die vorliegende Erfindung eine höhere räumliche Auflösung erzielt werden, so dass die vorliegende Erfindung Ausgangspunkt für innovative, neue Fahrerassistenz-Funktionen (beispielsweise für Park- und Rangierassistenz) sein kann.
- • Wie schon an anderer Stelle beschrieben sind die Bauteilkosten und Integrationskosten der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer Kombination von Ultraschallsensoren und Kameras geringer.
- • Die vorliegende Erfindung kann für einen Innovationshub bezüglich zukünftiger Fahrerassistenzsysteme sorgen, welcher durch den Einsatz von Ultraschallsensoren und Monokameras nicht zu erzielen ist.
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Die vorliegende Erfindung ist zum Einsatz bei Kraftfahrzeugen geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
- 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10, an welchem erfindungsgemäß Bilderfassungsvorrichtungen angeordnet sind.
- 2 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Kamera.
- 3 zeigt die Anordnung von zwei Kameras nach dem Stand der Technik.
- 4 zeigt ebenfalls die Anordnung von zwei Kameras nach dem Stand der Technik.
- In 5 ist der erfindungsgemäße Versatz von zwei Kameras dargestellt.
- 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 abgebildet. Dabei sind in 1 gleichzeitig zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeug 10 dargestellt. Bei der ersten Ausführungsform umfasst das Fahrzeug 10 vier Bilderfassungsvorrichtungen, welche mit den Bezugszeichen 1-4 gekennzeichnet sind. Dagegen umfasst das Fahrzeug bei der zweiten Ausführungsform fünf Bilderfassungsvorrichtungen, welche mit den Bezugszeichen 1 und 3-6 bezeichnet sind. Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform befindet sich eine Bilderfassungsvorrichtung 1 in der Mitte der Vorderseite 11 des Fahrzeugs 10, eine Bilderfassungsvorrichtung 3 an der rechten Seite 13 des Fahrzeugs 10 und eine Bilderfassungsvorrichtung 4 an der linken Seite 14 des Fahrzeugs 10. Diese beiden an der rechten Seite 13 oder linken Seite 14 angeordneten Bilderfassungsvorrichtungen 3, 4 sind dabei nicht in der Mitte der jeweiligen Seite angeordnet, sondern sind zwischen der Mitte der Seite 13, 14 und der Vorderseite 11 angeordnet.
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Bei der ersten Ausführungsform befindet sich eine Bilderfassungsvorrichtung 2 in der Mitte der Rückseite 12 des Fahrzeugs. Dagegen befinden sich bei der zweiten Ausführungsform zwei Bilderfassungsvorrichtungen 5, 6 an der Rückseite 12 des Fahrzeugs. Diese beiden Bilderfassungsvorrichtungen 5, 6 sind dabei symmetrisch zu einer Mittellängsachse des Fahrzeugs 10 angeordnet.
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Da die beiden Kameras der vier bzw. fünf Bilderfassungsvorrichtungen Weitwinkelobjektive aufweisen, ist der für die Bilderfassungsvorrichtung 1 und für die Bilderfassungsvorrichtung 4 dargestellte Sichtbereich 15 derart ausgebildet, dass er nahezu den gesamten Bereich vor dem Fahrzeug 10 bzw. links neben dem Fahrzeug 10 abdeckt.
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Bezüglich der Bilderfassungsvorrichtung 3 auf der rechten Seite 13 ist stellvertretend für alle anderen Bilderfassungsvorrichtungen dargestellt, wie die beiden Kameras 7, 8 der Bilderfassungsvorrichtung 3 von oben (rechts innerhalb der gestrichelten Ellipse) und von vorn bzw. von rechts auf das Fahrzeug 10 schauend (links innerhalb der gestrichelten Ellipse) angeordnet sind. Man erkennt, dass die Kameras oder Objektive der Kameras 7, 8 in derselben Ebene angeordnet sind, wobei allerdings die Linsenmittelpunkte der beiden Kameras sowohl vertikal (d.h. in der Oben-Unten-Richtung bezüglich des Fahrzeugs 10) als auch horizontal (d.h. in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung für die Bilderfassungsvorrichtung 3) versetzt zueinander angeordnet sind.
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In 2 ist der prinzipielle Aufbau einer der beiden Kameras einer erfindungsgemäßen Bilderfassungsvorrichtung dargestellt. An einem Gehäuse 16 ist mit einer Verschraubung 17 eine Linse bzw. ein Weitwinkelobjektiv angeordnet, wobei die Linse 19 einen Linsendurchmesser 18 aufweist, welcher ungefähr den Durchmesser einer Euromünze im Wert von 50 Euro-Cent (ca. 2,4 cm) aufweist.
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In den 3 und 4 wird ein nach dem Stand der Technik vorhandenes Problem dargestellt. In 3 sind schematisch die beiden Objektive von zwei Kameras 7', 8' einer Bilderfassungsvorrichtung nach dem Stand der Technik von vorn dargestellt. Man erkennt, dass die beiden Kameras oder genauer die beiden Objektive der beiden Kameras zwar in der horizontalen Richtung versetzt sind, aber in der vertikalen Richtung dieselbe Höhe aufweisen, also in der vertikalen Richtung nicht versetzt sind. Betrachtet man nun die Anordnung der beiden Objektive der zwei Kameras 7, 8 nach dem Stand der Technik von oben (siehe 4), erkennt man, dass das mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnete Hindernis zwar im Sichtbereich der einen Kamera 7' liegt, aber nicht im Sichtbereich der anderen Kamera 8' liegt. Da der Sichtbereich der anderen Kamera 8' von dem Objektiv der Kamera 7' verdeckt wird, wie an der Begrenzungslinie 22 des Sichtbereichs der Kamera 8' zu sehen ist, wird das Hindernis 21 von der Kamera 8 nicht erfasst.
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Um dieses nach dem Stand der Technik bekannte Problem zu lösen, werden die Kameras 7, 8 der erfindungsgemäßen Bilderfassungsvorrichtung 1 nicht nur in horizontaler Richtung, sondern auch in vertikaler Richtung versetzt, wie es in 5 dargestellt ist. Dabei entspricht bei diesem Beispiel der horizontale Versatz 24 (Versatz in horizontaler Richtung) der beiden Kameras 7, 8 dem vertikalen Versatz 23 (Versatz in vertikaler Richtung) der beiden Kameras 7, 8. Anders ausgedrückt liegen die beiden Linsenmittelpunkte der Kameras 7, 8 auf einer Geraden, welche einen Winkel von 45° mit einer in horizontaler Richtung verlaufenden Geraden aufweist.
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In 6 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches ein erfindungsgemäßes System 20 umfasst. Dabei umfasst das erfindungsgemäße System 20 seinerseits eine Bilderfassungsvorrichtung 1 und Bildverarbeitungsmittel 25. Die Bilderfassungsvorrichtung 1 besitzt zwei Kameras 7, 8, wobei die Bilderfassungsvorrichtung 1 oder das System 20 derart an dem Fahrzeug 10 angebracht ist, dass die beiden Kameras 7, 8 sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung versetzt sind. Dabei sind die beiden Kameras 7,8 vorzugsweise im Seitenspiegel 9 des Fahrzeugs 10 angeordnet, wenn mit den Kameras ein Seitenbereich des Fahrzeugs 10 überwacht wird.
