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Die Erfindung betrifft eine Kamera für ein Kraftfahrzeug, welche einen Bildsensor zum Erfassen eines Bildes eines Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs sowie eine Linse aufweist, über welche das Bild erfasst wird. Eine Bildverarbeitungseinrichtung verarbeitet das aufgenommene Bild, nämlich derart, dass eine elektronische Korrektur einer durch die Linse verursachten Verzeichnung des Bildes durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kamera, wie auch ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Kamera.
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Es ist bereits Stand der Technik, in einem Fahrerassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs eine Kamera einzusetzen, welche die Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst. Beispielsweise werden eine Vielzahl von solchen Kameras an dem Kraftfahrzeug angebracht, um die gesamte Umgebung um das Kraftfahrzeug herum zu erfassen. Es ist bereits bekannt, eine Kamera sowohl in den linken als auch in den rechten Außenspiegel des Kraftfahrzeugs, wie auch in einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs zu montieren. Die aufgenommenen Bilder der einzelnen Kameras können dann auf einem Display im Innenraum des Kraftfahrzeugs dargestellt werden, und es ist auch möglich, aus den Bildern aller Kameras ein so genanntes Bird-Eye-View, also ein Bild zu erzeugen und anzuzeigen, welches eine Draufsicht auf das eigene Kraftfahrzeug sowie seine Umgebung aus einer Vogelperspektive zeigt. Die Bilder der Kameras können auch anderen Funktionalitäten zum Unterstützen des Fahrers zugrunde gelegt werden. So ist es beispielsweise bekannt, anhand von Bilddaten einer Kamera Objekte zu erkennen, die sich in dem toten Winkel befinden. Diese Objekterkennung kann dann dazu führen, dass der Fahrer vor der Präsenz eines Objekts im toten Winkel gewarnt wird.
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Bekanntlich werden bei Kraftfahrzeugen Kameras eingesetzt, welche einen relativ breiten Öffnungswinkel (Erfassungswinkel) besitzen. Beispielsweise sind dies so genannte Fischaugenkameras, welche einen Öffnungswinkel von sogar 190° aufweisen. Dazu wird bei den Kameras eine entsprechende Linse eingesetzt, welche einen derart breiten Winkel ermöglicht. Auf der anderen Seite verursachen solche Linsen jedoch auch eine Verzeichnung, also Verzerrung des aufgenommen Bildes, sodass eine Verzeichnungskorrektur (distortion correction) erforderlich ist, damit die aufgenommenen Bilder auch korrekt auf dem Display dargestellt werden können und die abgebildete Umgebung auch korrekt wiedergegeben wird. Eine elektronische Verzeichnungskorrektur des Bildes ist jedoch relativ aufwändig und beansprucht einerseits relativ viel Rechenleistung sowie andererseits verhältnismäßig viel Speicherkapazität. Das „Strecken” des Bildes (also die Verzeichnungskorrektur) führt außerdem zu Abstrichen an der Qualität des Bildes. Es gilt nämlich die Beziehung, dass, je größer der Grad (also das Ausmaß) der elektronischen Verzeichnungskorrektur ist, desto mehr „verschmiert” das Bild ist. Als entscheidend ist jedoch der Aspekt anzusehen, dass die Durchführung der elektronischen Verzeichnungskorrektur relativ viel Speicherplatz benötigt. Weil die Kameras üblicherweise in Bereichen des Kraftfahrzeugs platziert werden, in denen sehr wenig Bauraum zur Verfügung steht, wie beispielsweise in den Außenspiegeln, müssen die Kameras auch entsprechend klein ausgeführt werden. Deshalb steht ein zusätzlicher Bauraum für einen großen Speicher nicht zur Verfügung. Außerdem sind zusätzliche Speicher verhältnismäßig teuer, sodass die Kameras mit einem solchen zusätzlichen Speicher ausschließlich bei Kraftfahrzeugen der Luxusklasse, und nicht etwa bei Fahrzeugen der Mittelklasse, eingesetzt werden können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie eine Kamera der eingangs genannten Gattung mit einem relativ kleinen Speicher auskommen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kamera, durch ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.
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Eine erfindungsgemäße Kamera für ein Kraftfahrzeug weist einen Bildsensor zum Erfassen eines Bildes eines Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs sowie eine Linse auf, über welche das Bild erfassbar ist. Die Kamera weist eine elektronische Bildverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten des Bildes auf, welche dazu ausgelegt ist, eine elektronische Korrektur einer durch die Linse verursachten Verzeichnung des Bildes (Verzeichnungskorrektur) durchzuführen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Bildverarbeitungseinrichtung lediglich eine partielle elektronische Korrektur der Verzeichnung des Bildes durchführt.
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Anders als im Stand der Technik wird somit bei der erfindungsgemäßen Kamera keine vollständige elektronische Verzeichnungskorrektur des Bildes vorgenommen, sondern es erfolgt eine qualitativ partielle elektronische Verzeichnungskorrektur des gesamten Bildes. Dies bedeutet beispielsweise, dass das aufgenommene Bild von einer 190°-Verzeichnung (bei einer Linse mit 190° Öffnungswinkel) zu einer 130°-Verzeichnung korrigiert wird, statt die gesamte Verzeichnung zu eliminieren. Somit wird im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich weniger Speicherplatz sowie auch weniger Rechenleistung benötigt, sodass auch kleinere Speicher bzw. kleinere Bildverarbeitungseinrichtungen eingesetzt werden können. Folglich kann der wertvolle Bauraum im Kraftfahrzeug gespart werden, wie auch die Kosten. Weil durch die elektronische Bildverarbeitungseinrichtung lediglich eine qualitativ partielle Verzeichnungskorrektur vorgenommen wird, dauert diese Korrektur auch entsprechend kürzer als eine vollständige elektronische Verzeichnungskorrektur, sodass die Verzeichnungskorrektur auch besonders rasch durchgeführt werden kann. Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass selbst eine nicht-vollständige Verzeichnungskorrektur zu einem brauchbaren und ordentlichen Bild führen kann oder aber bei einer partiellen elektronischen Verzeichnungskorrektur zusätzlich auch eine optische Verzeichnungskorrektur mithilfe eines Optikelements durchgeführt werden kann, was sich im Vergleich zu einer vollständigen elektronischen Verzeichnungskorrektur als günstig erweist.
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Die Kamera ist bevorzugt eine Video-Kamera, welche eine Vielzahl von Einzelbildern (so genannte Frames) pro Zeiteinheit, also eine zeitliche Sequenz von Bildern aufzeichnen kann. Die Kamera ist beispielsweise eine CMOS-Kamera (complementary metal oxide semiconductor) oder aber eine CCD-Kamera (charged coupled device).
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Die Linse, über welche das Bild erfasst wird, weist vorzugsweise einen relativ breiten Öffnungswinkel auf, welcher in einem Wertebereich von 150° bis 200° liegen kann. Beispielsweise wird eine Linse mit einem Öffnungswinkel von 190° verwendet. Es kann insbesondere eine Fischaugenlinse eingesetzt werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bildverarbeitungseinrichtung die partielle Verzeichnungskorrektur (elektronisch) in einem Ausmaß von 30% bis 80% einer vollständigen Verzeichnungskorrektur durchführt. Dies bedeutet, dass der Grad der partiellen elektronischen Verzeichnungskorrektur in einem Wertebereich von 30% bis 40% oder von 40% bis 50% oder von 50% bis 60% oder von 60% bis 70% oder von 70% bis 80% der vollständigen Verzeichnungskorrektur liegen kann. Unter einer vollständigen Verzeichnungskorrektur wird dabei eine Korrektur verstanden, bei welcher die durch die Linse verursachte Verzeichnung des Bildes qualitativ vollständig kompensiert wird, sodass keine Verzerrung des Bildes mehr vorliegt. Eine vollständige Verzeichnungskorrektur liegt also dann vor, wenn ein in der Realität geradliniges Objekt in dem Bild auch geradlinig abgebildet ist, d. h. ohne eine Krümmung. Durch eine solche partielle Verzeichnungskorrektur von 30% bis 80% wird ein günstiger Kompromiss zwischen dem benötigten Speicherplatz einerseits und der Qualität der angezeigten Bilder andererseits erzielt.
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Die elektronische Verzeichnungskorrektur kann in einer Ausführungsform eine einzige Korrektur der Verzeichnung des Bildes sein. Bei dieser Ausführungsform gibt die Kamera das Bild mit der lediglich partiellen Verzeichnungskorrektur aus, und zwar an andere Komponenten des Kraftfahrzeugs. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Verzeichnungskorrektur durchgeführt werden muss, und es können Komponenten und somit auch der wertvolle Bauraum und die Kosten gespart werden. Die noch verbliebene restliche Verzerrung des Bildes wird als akzeptabel angenommen, und das Bild kann mit der partiellen Verzeichnungskorrektur dargestellt werden.
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Alternativ kann jedoch vorgesehen sein, dass die Kamera ein Optikelement aufweist, über welches das Bild erfasst wird und welches zur partiellen optischen Korrektur der Verzeichnung des Bildes ausgebildet ist. Neben der elektronischen Verzeichnungskorrektur kann also auch eine optische Korrektur der Verzerrung vorgenommen werden, und zwar mithilfe eines entsprechenden Optikelements, welches vor oder aber hinter der Linse eingesetzt werden kann. Ein solches Optikelement kann beispielsweise auch eine Linse sein, nämlich insbesondere eine asphärische Linse. Diese Ausführungsform wiederum hat den Vorteil, dass eine vollständige oder aber eine nahezu vollständige Verzeichnungskorrektur des Bildes vorgenommen werden kann, ohne dass mehr Speicherplatz und Rechenleistung benötigt werden. Diese Lösung ist also günstiger als eine vollständige elektronische Verzeichnungskorrektur mittels der Bildverarbeitungseinrichtung, wie sie im Stand der Technik durchgeführt wird.
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Das Optikelement kann beispielsweise zur optischen Verzeichnungskorrektur in einem Ausmaß von 30% bis 60% einer vollständigen Verzeichnungskorrektur ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass der Grad der Verzeichnungskorrektur mittels des Optikelements in einem Wertebereich von 30% bis 40% oder von 40% bis 50% oder von 50% bis 60% der vollständigen Verzeichnungskorrektur liegen kann. Somit ist es möglich, mit der elektronischen Verzeichnungskorrektur einerseits sowie mit der optischen Verzeichnungskorrektur andererseits insgesamt eine vollständige oder aber eine nahezu vollständige Verzeichnungskorrektur des Bildes vorzunehmen.
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Also kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die elektronische Verzeichnungskorrektur mittels der Bildverarbeitungseinrichtung einerseits sowie die optische Verzeichnungskorrektur mittels des Optikelements andererseits insgesamt eine Verzeichnungskorrektur in einem Ausmaß von größer 90% einer vollständigen Verzeichnungskorrektur, insbesondere insgesamt eine vollständige Verzeichnungskorrektur, ergeben. Somit können der Grad der elektronischen Korrektur einerseits sowie der Grad der optischen Korrektur andererseits zusammen qualitativ insgesamt einen Grad der Korrektur ergeben, der in einem Wertebereich von 90% bis 100% liegt. Somit wird mit geringstem Aufwand eine vollständige oder eine nahezu vollständige Korrektur ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, welches eine erfindungsgemäße Kamera aufweist. Bei dem Kraftfahrzeug ist insbesondere vorgesehen, dass eine Anzeigeeinrichtung – insbesondere ein Display, bevorzugt ein LCD-Display – bereitgestellt ist, auf welcher das Bild der Kamera angezeigt wird.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Erfassen eines Bildes eines Umgebungsbereichs eines Kraftfahrzeugs mittels einer Kamera des Kraftfahrzeugs ausgelegt. Bei dem Verfahren wird das Bild über eine Linse der Kamera mittels eines Bildsensors erfasst, und eine elektronische Bildverarbeitungseinrichtung führt eine elektronische Korrektur einer durch die Linse verursachten Verzeichnung des Bildes durch. Die Bildverarbeitungseinrichtung führt dabei lediglich eine partielle elektronische Korrektur der Verzerrung des Bildes durch.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Kamera vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einem Kamerasystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Es sei betont, dass das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt und somit nicht einschränkend auszulegen ist und die Erfindung nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist.
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Ein in der Figur dargestelltes Kraftfahrzeug 1 ist beispielsweise ein Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Kamerasystem 2, welches im Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Kameras 3 aufweist, die an dem Kraftfahrzeug 1 verteilt angeordnet sind. Die Kameras 3 erfassen dabei jeweils einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs 1 und insgesamt beispielsweise die gesamte Umgebung um das Kraftfahrzeug 1 herum. Die Anzahl sowie die Anordnung der Kameras 3 sind in der Figur lediglich beispielhaft dargestellt; die Anzahl sowie die Anordnung der Kameras 3 können je nach Ausführungsform unterschiedlich sein. Es sind beispielsweise jeweilige Kameras 3 in die beiden Außenspiegel des Kraftfahrzeugs 1 integriert. Außerdem kann eine Kamera 3 in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein, und eine Kamera 3 kann auch im Heckbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
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Alle Kameras 3 sind mit einem Steuergerät 4 elektrisch gekoppelt, welches ein zentraler Signalprozessor des Kamerasystems 2 ist. Das Steuergerät 4 empfängt die Bilder aller Kameras 3 und kann diese Bilder verarbeiten. Das Steuergerät 4 ist mit einem Display 5 elektrisch gekoppelt, welches im Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist. Auf dem Display 5 können Bilder angezeigt werden, welche auf den Bildern der Kameras 3 beruhen. Beispielsweise kann das Steuergerät 4 aus den empfangenen Bildern aller Kameras 3 ein Bild erzeugen, welches eine Draufsicht auf das Kraftfahrzeug 1 und seine Umgebung aus einer Vogelperspektive zeigt. Eine solche Draufsicht wird auch als Bird-Eye-View bezeichnet. In einem anderen Betriebsmodus kann das Steuergerät 4 auf dem Display 5 beispielsweise die momentane Bildaufnahme einer der Kameras 3 anzeigen.
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Die Kameras 3 sind Video-Kameras, welche jeweils eine Vielzahl von Einzelbildern pro Zeiteinheit aufnehmen können. Die Kameras 3 können also jeweils eine zeitliche Sequenz von Bildern erfassen und an das Steuergerät 4 abgeben. Die Kameras 3 sind im Ausführungsbeispiel so genannte Fischaugenkameras, welche einen relativ breiten Erfassungswinkel aufweisen, etwa in einem Wertebereich von 150° bis 200°.
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Jede Kamera 3 besitzt neben einem Bildsensor (nicht dargestellt) auch eine interne Bildverarbeitungseinrichtung (ebenfalls nicht dargestellt), welche die erfassten Bilder aufbereitet und an das Steuergerät 4 übermittelt. Außerdem besitzt jede Kamera 3 eine nicht dargestellte Linse, über welche der genannte Bildsensor die Bilder erfasst. Es ist üblicherweise die Linse, welche einen relativ breiten Öffnungswinkel der Kamera 3 ermöglicht und außerdem eine Verzerrung, d. h. eine Verzeichnung, des aufgenommenen Bildes verursacht. Die interne Bildverarbeitungseinrichtung der Kameras 3 übernimmt nun die Aufgabe, die aufgenommenen Bilder einer elektronischen Verzeichnungskorrektur zu unterziehen. Die Bildverarbeitungseinrichtung kann dabei ein kleiner Signalprozessor sein, welcher mit dem Bildsensor elektrisch gekoppelt oder aber in diesen Bildsensor integriert ist.
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Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass mittels der Bildverarbeitungseinrichtung lediglich eine teilweise Verzeichnungskorrektur der Bilder vorgenommen wird, nämlich beispielsweise 30% bis 80% einer vollständigen Verzeichnungskorrektur. Beispielsweise kann dies so aussehen, dass das Bild mit einer 190°-Verzeichnung (bei einer 190°-Linse) zu einem Bild mit 120°- oder aber 130°-Verzeichnung korrigiert wird. Diese elektronische Korrektur beansprucht deutlich weniger Speicherkapazität sowie deutlich weniger Rechenleistung und somit auch weniger Rechenzeit als eine vollständige elektronische Verzeichnungskorrektur. Nach der elektronischen Verzeichnungskorrektur wird somit ein Bild bereitgestellt, welches weniger verzerrt als das ursprüngliche Bild ist und somit eine geringere Verzeichnung als das ursprünglich aufgenommene Bild aufweist.
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Nun sind grundsätzlich zwei Ausführungsformen vorgesehen: Ein solches, lediglich teilweise korrigiertes Bild kann dann auf dem Display 5 angezeigt werden. Der Aufwand für die Verzeichnungskorrektur ist somit minimal, und das angezeigte Bild besitzt trotzdem eine brauchbare Qualität. Alternativ kann jedoch ein zusätzliches Optikelement eingesetzt werden, durch welches eine optische Korrektur der Verzeichnung vorgenommen wird, und zwar direkt beim Erfassen des Bildes. Ein solches Optikelement kann beispielsweise eine asphärische Linse sein, welche in Überlappung mit der Hauptlinse der Kamera 3 angeordnet ist. Ein derartiges Optikelement bewirkt auch eine partielle Verzeichnungskorrektur, wobei der Grad dieser optischen Korrektur auch in einem Wertebereich von 30% bis 70% einer vollständigen Korrektur liegen kann. Die elektronische und die optische Korrektur können dabei derart aufeinander abgestimmt sein, dass insgesamt eine vollständige Verzeichnungskorrektur der Bilder möglich ist. Beispielsweise kann der Grad der elektronischen Korrektur und der optischen Korrektur jeweils 50% betragen.
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Eine solche kombinierte Verzeichnungskorrektur der Bilder ist insgesamt weniger aufwändig als eine vollständige elektronische Verzeichnungskorrektur. So wird weniger Speicherplatz sowie weniger Rechenleistung beansprucht, und es ist weniger Leistung für die elektronische Bildverarbeitungseinrichtung erforderlich. Auch die Beeinträchtigung der Qualität der Bilder ist mit einer solchen kombinierten Verzeichnungskorrektur geringer als bei einer reinen elektronischen Korrektur.
