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Die Erfindung betrifft ein Stereokamerasystem, insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug.
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Fahrerassistenzsysteme in Fahrzeugen verwenden häufig eine oder mehrere Kameras zur Erfassung des Fahrzeugumfelds, beispielsweise zur Erkennung verschiedenster Objekte im Fahrzeugumfeld. Die Kameras sind dabei in der Regel im Fahrzeuginnenraum hinter der Windschutzscheibe angeordnet und blicken in Fahrtrichtung durch die Scheibe hindurch. Bekannt sind beispielsweise Fahrzeugkameras zur Erkennung von Hindernissen, Fahrbahnmarkierungen, Verkehrszeichen und anderen Verkehrsteilnehmern.
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Einige Fahrerassistenzsysteme, beispielsweise Systeme zur Vermeidung von Unfällen wie etwa (Not-)Bremsassistenten, und Systeme mit Längs- bzw. Querführungsunterstützung wie etwa Geschwindigkeitsregelungssysteme oder Fahrspurassistenten, benötigen möglichst genaue Informationen über das Fahrzeugumfeld. Dabei kommt der Erfassung von Objekten sowie der Bestimmung der Entfernung zu diesen Objekten eine wichtige Rolle zu.
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Bei der Bestimmung von Objektentfernungen mittels Kameras werden derzeit bevorzugt Stereokamerasysteme eingesetzt. Diese bestehen aus zwei in der Regel identischen Kameramodulen (Einzelkameras), die als separate optische Systeme aufgebaut sind, mit jeweils einem Bildaufnahmeelement und einem Abbildungssystem (z.B. Objektiv). Die beiden Kameramodule werden mit ihren optischen Achsen meist parallel zueinander ausgerichtet und lateral versetzt, d.h. auf einer Linie parallel zur Fahrzeugquerachse versetzt, hinter der Windschutzscheibe angeordnet. Die laterale Distanz zwischen den Kamerasystemen wird als Baseline bezeichnet. Die Pixelkoordinaten der Projektion eines Bildpunktes eines Objektes unterscheiden sich in den erfassten Bildern der beiden Kameramodule. Die Differenz zwischen den Koordinatenpaaren, d.h. der Versatz des Bildpunktes in den Bildern, hängt dabei von der Entfernung des Objektes zur Kamera ab. Bei bekannter Baseline lässt sich aus dem Versatz des Bildpunktes mittels Trigonometrie auf bekannte Weise die Entfernung zum Objekt berechnet (Stereoprinzip).
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Stereokamerasysteme werden dabei ebenfalls typischerweise im Bereich des Dachknotens hinter der Windschutzscheibe von Fahrzeugen montiert. Aufgrund der eigenen Verlustleistung der Kamerasysteme, aufgrund der Verlustleistung weiterer in diesem Bereich angebrachter Sensoren und Einrichtungen und nicht zuletzt aufgrund von Sonneneinstrahlung werden die Kamerasysteme thermisch sehr beansprucht. Der Temperaturbereich, dem die Kamerasysteme ausgesetzt sind und in dem diese folglich funktionieren müssen, erstreckt sich typischerweise von –40°C bis 105°C Umgebungs- bzw. Betriebstemperatur. Aufgrund des beengten Bauraums im Bereich des Dachknotens werden die Kamerasysteme weiterhin meist der gekrümmten bzw. geneigten Form der Scheibe angepasst und möglichst kompakt ausgestaltet. Dabei werden beispielsweise die Dimension und die Geometrie des Gehäuses den optischen und elektronischen Einrichtungen angepasst. Die Gehäuse weisen daher häufig eine asymmetrische Form auf. Dies gilt insbesondere für die technologiebedingte Mindestgröße einer Stereokamera. Durch die Asymmetrie der Stereokameragehäuse kommt es, insbesondere in Verbindung mit der inhomogenen Verteilung von Wärmequellen im Gerät, zu schwer kalkulierbaren Verformungen derjenigen Elemente, welche die optischen Einrichtungen, insbesondere die Kameramodule des Stereokamerasystems tragen. Dies führt zu unterwünschten Veränderungen in der Ausrichtung der Kameramodule, insbesondere zu einer Veränderung deren relativen Blickrichtungen zueinander.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stereokamerasystem anzugeben, bei welchem die Ausrichtung bzw. die Kalibrierung der Kameramodule des Stereokamerasystems weitgehend unbeeinflusst bleibt von Temperaturänderungen und daraus resultierenden Materialausdehnungen bzw. -schrumpfungen sowie von anderen äußere mechanische Einflüsse auf das Kamerasystem. Dabei soll der Einfluss verschiedener Störfaktoren auf die optische Ausrichtung des Stereokamerasystems vermindert bzw. weitgehend vermieden werden. Zu den Störfaktoren zählen insbesondere der Einfluss von Verformungen des Stereokamerasystems aufgrund inhomogener thermischer Ausdehnung sowie der Einfluss mechanischer Belastungen, beispielsweise durch Krafteinwirkungen von außen auf das Kameragehäuse.
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Diese Aufgabe wird durch ein Stereokamerasystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, ein Stereokamerasystem derart auszuführen, dass die Aufnahme der beiden Kameramodule innerhalb des Stereokamerasystems mechanisch weitgehend von der unsymmetrischen Außengeometrie des Gehäuses und/oder von weiteren Elementen und Einrichtungen des Kamerasystems entkoppelt ist. Hierzu kann eine symmetrisch aufgebaute Tragvorrichtung, beispielsweise ein einfacher Balken, verwendet werden, der zur Aufnahme der beiden Kameramodule dient und der im Wesentlichen nur in dessen Mitte mit dem Rest des Kamerasystems mechanisch gekoppelt ist. Aufgrund der symmetrischen Ausgestaltung der Tragvorrichtung ist es möglich sicherzustellen, dass es zu keiner asymmetrischen Verformung der Tragvorrichtung bei einer Temperaturänderung kommt, sondern insbesondere lediglich zu einer Längenausdehnung bzw. -schrumpfung, welche ausschließlich den Abstand der Kameramodule verändert, d.h. die Größe des lateralen Versatzes der Kameramodule. Hierbei ist zu bemerken, dass eine reine Änderung des Abstandes der beiden Kameramodule zueinander einen geringeren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Stereokamerasystems hat, als beispielsweise eine Veränderung der relativen Blickrichtungen der Kameramodule zueinander, insbesondere aufgrund der genannten asymmetrischen Verformungen von Gehäuse oder anderen Elementen des Kamerasystems. Durch die erfindungsgemäße Lösung können zudem mechanische Belastungen bzw. Krafteinwirkungen die auf das Kameragehäuse einwirken, beispielsweise aufgrund der Befestigung des Gehäuses am Fahrzeug, ebenfalls weitgehend von den Kameramodulen entkoppelt und damit beherrschbar gemacht werden.
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Das erfindungsgemäße Stereokamerasystem dient bevorzugt zur Anordnung in einem Fahrzeug, insbesondere hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs mit Erfassungsrichtung durch die Windschutzscheibe hindurch. Das Stereokamerasystem kann aber auch jeder anderen beliebigen Stelle innerhalb oder außerhalb eines Fahrzeugs angeordnet werden. Das erfindungsgemäße Stereokamerasystem umfasst dabei zumindest zwei lateral versetzt angeordnete Kameramodule. Die Kameramodule können jeweils als separate optische Systeme (Einzelkameras) aufgebaut sein und jeweils ein Abbildungssystem, beispielsweise ein Objektiv, und ein Bildaufnahmeelement sowie weitere elektronische Einrichtungen zur Bilderfassung umfassen. Die Kameramodule des Stereokamerasystems umfassen dabei bevorzugt keine eigenen Bildverarbeitungseinrichtungen, sondern sind vorzugsweise lediglich mit einer Datenschnittstelle zur Ausgabe von Bildsignalen ausgebildet.
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Die Kameramodule sind erfindungsgemäß mittels einer Tragvorrichtung in dem Stereokamerasystem angeordnet. Bei der Tragvorrichtung handelt sich dabei um eine Vorrichtung, die zur Aufnahme und somit zur Anordnung der Kameramodule innerhalb des Stereokamerasystems dient. In einfacher Ausgestaltung kann die Tragvorrichtung als Tragebalken ausgestaltet sein, welcher mit Aussparungen oder anderen Vorkehrungen zur Aufnahme bzw. zur Befestigung der beiden Kameramodule an der Tragvorrichtung ausgebildet ist.
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Die Tragvorrichtung ist erfindungsgemäß derart mit weiteren Elementen des Stereokamerasystems verbunden, dass die Tragvorrichtung von Formänderungen der weiteren Elemente des Stereokamerasystems, insbesondere aufgrund von Temperaturänderungen, beispielsweise der Betriebstemperatur, und/oder von mechanischen Belastungen, welche auf die weiteren Elemente des Stereokamerasystem und insbesondere von außen auf das Stereokamerasystem einwirken, weitgehend entkoppelt ist. Bei den weiteren Elementen kann es sich beispielsweise um das Gehäuse bzw. um Gehäuseelemente des Stereokamerasystems, um elektronische Einrichtungen und/oder um weitere tragende Strukturen innerhalb des Stereokamerasystems handeln. Unter der weitgehenden Entkoppelung ist dabei eine solche Anordnung der Tragvorrichtung innerhalb des Stereokamerasystems zu verstehen, bei welcher die Tragvorrichtung derart mit den weiteren Elementen des Stereokamerasystems verbunden ist, dass die Tagvorrichtung von den genannten Formänderungen dieser Elemente möglichst unbeeinflusst ist. Das kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, indem möglichst wenige mechanische Verbindungsstellen zwischen der Tragvorrichtung den weiteren Elementen des Stereokamerasystems vorgesehen sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Tragvorrichtung zur weitgehenden Entkoppelung von den genannten Formänderungen der weiteren Elemente des Stereokamerasystems an nur einer Verbindungsstelle mit den weiteren Elementen des Stereokamerasystems verbunden, beispielsweise über einen einfachen Verbindungssteg. Der Verbindungssteg ist dabei vorzugsweise möglichst klein dimensioniert und weißt bei zylindrischer Ausgestaltung beispielsweise einen Durchmesser von weniger als 5mm bzw. bei nicht-zylindrischer Ausgestaltung bezogen auf dessen Querschnitt eine maximale Außenabmessung von 5mm × 5mm auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Tragvorrichtung derart ausgebildet, dass eine Temperaturänderung eine symmetrische Formänderung der Tragvorrichtung und dadurch lediglich eine Änderung des lateralen Versatzes der Kameramodule bewirkt. Die Tragvorrichtung ist weiterhin bevorzugt derart ausgebildet, dass es zu keiner asymmetrischen Formänderung der Tragvorrichtung infolge einer Temperaturänderung kommt und damit zu keiner Veränderung der relativen Ausrichtung der Kameramodule des Stereokamerasystems. Die Tragvorrichtung kann dazu zumindest im Bereich zwischen den Kameramodulen symmetrisch, d.h. mit einer symmetrischen Geometrie ausgebildet sowie mit einheitlichen Materialeigenschaften ausgestaltet sein, betreffend insbesondere den Ausdehnungskoeffizienten des verwendeten Werkstoffs bzw. der verwendeten Werkstoffe. Umfasst die Tragvorrichtung asymmetrische Elemente, z.B. Aussparungen oder Hinterschneidungen, so sind diese bevorzugt derart ausgebildet und angeordnet, dass diese zu keiner asymmetrischen Verformung der Tragvorrichtung, zumindest im Bereich zwischen den Kameramodulen, führen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Tragvorrichtung im Wesentlichen achssymmetrisch ausgebildet ist. Das bedeutet die Tragvorrichtung ist insbesondere mit einer achssymmetrischen Geometrie ausgestaltet. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Tragvorrichtung auch mit einer punktsymmetrischen Geometrie ausgebildet sein.
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Bei achssymmetrischer Ausgestaltung der Tragvorrichtung befindet sich die Symmetrieachse bevorzugt in der Mitte der Tragvorrichtung zwischen den Kameramodulen. Die Symmetrieachse ist weiterhin vorzugsweise senkrecht zur Baseline, d.h. zum lateren Versatz bzw. zur lateralen Distanz, der Kameramodule ausgerichtet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stereokamerasystems, insbesondere wenn die Tragvorrichtung an nur einer Verbindungsstelle mit den weiteren Elementen des Stereokamerasystems verbunden ist, befindet sich die Verbindungsstelle im Bereich der Symmetrieachse der Tragvorrichtung, d.h. insbesondere mittig zwischen den Kameramodulen.
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Die Tragvorrichtung kann erfindungsgemäß sowohl als separates Bauelement ausgestaltet sein, welches mittels einer geeigneten Verbindungseinrichtungen, beispielsweise eine Schraub-, Kleb-, Schweiß- oder Lötverbindung, mit den weiteren Elementen des Stereokamerasystems verbunden ist, insbesondere mit dem Gehäuse des Stereokamerasystems oder mit anderen tragenden Strukturelementen. Alternativ können die Tragvorrichtung und das Gehäuse bzw. ein Teil des Gehäuses des Steraokamerasystem auch als verbundenes Gußteil ausgebildet sein, wobei erfindungsgemäß nur eine oder möglichst wenige Verbindungsstellen zwischen Gehäuse und Tragvorrichtung existieren, beispielsweise einer oder mehrere einfache Verbindungsstege.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stereokamerasystems ist die Tragvorrichtung, insbesondere wenn diese als separates Bauelement ausgestaltet ist, mittels einer geeigneten Verbindungseinrichtung mit den weiteren Elementen des Stereokamerasystems verbunden, wobei die Verbindungseinrichtung elastische Materialeigenschaften aufweist. Bei der Verbindungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Abstandshalter mit elastischen Materialeigenschaften und/oder um eine geeignete Klebeverbindung handeln, die nach Kleberaushärtung elastische Eigenschaften aufweist. Durch die Ausgestaltung der Verbindung zwischen Tragvorrichtung und weiteren Elementen des Stereokamerasystems mit elastischen Materialeigenschaften der Einfluss von Formänderungen der weiteren Elemente des Stereokamerasystems auf die Tragvorrichtung und damit auf die Ausrichtung der Kameramodule zusätzlich reduziert werden.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stereokamerasystems ist die Tragvorrichtung einstückig ausgebildet, beispielsweise als separates Spritzgußteil, welches mittels einer geeigneten Verbindungseinrichtung mit den weiteren Elementen des Stereokamerasystems verbunden ist. Die Tragvorrichtung kann dabei insbesondere als symmetrischer Balken aus Metall, Keramik und/oder Kunststoff ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stereokamerasystems umfassen die Kameramodule keine eigenen Bildverarbeitungseinrichtung sondern sind mit gemeinsam genutzten Bildverarbeitungseinrichtungen verbunden, welche Teil der weiteren Elemente des Stereokamerasystems sein können und welche vorzugsweise innerhalb des Gehäuses des Stereokamerasystem angeordnet sind.
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Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt
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1: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stereokamerasystems
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2: Schnittdarstellung A-A
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3: Schnittdarstellung B-B
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In den 1 bis 3 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stereokamerasystems 1 dargestellt. Die 2 und 3 zeigen dabei jeweils die Schnittdarstellungen A-A und B-B entsprechend der Bezifferung in 1. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Stereokamerasystem 1 zwei Kameramodule 2. Die Kameramodule 2 sind dabei mit ihren optischen Achsen 3, und demgemäß mit Ihrer Erfassungsrichtung, parallel zueinander sowie lateral versetzt nebeneinander angeordnet. Die Kameramodule 2 können jeweils als optische Systeme mit einem Abbildungssystem, beispielsweise ein Objektiv mit einer oder mehreren Linsen, sowie mit einem Bildaufnahmeelement, beispielsweise ein CMOS- oder CCD-Bildchip, ausgebildet sein. Die Kameramodule 2 können weiterhin jeweils eine Leiterplatte umfassen, auf welcher das Bildaufnahmeelement angeordnet ist. Die Leiterplatten können zudem weitere elektronische Einrichtungen, die zur Erzeugung und Ausgabe von Bildsignalen erforderlich sind, sowie insbesondere eine Datenschnittstelle umfassen, über welche die Bildsignale ausgegeben werden können. In den 1 bis 3 sind die Kameramodule 2 vereinfacht als zylindrische Gehäusekörper dargestellt, entsprechend der üblichen Geometrie eines Objektivs. Sowohl Leiterplatte, Bildaufnahmeelement als auch elektronische Einrichtungen können in die dargestellten Gehäusekörper integriert sein. Nicht dargestellt sind insbesondere Datenschnittstellen sowie Stromversorgungseinrichtungen der Kameramodule 2. Das Stereokamerasystem 1 umfasst erfindungsgemäß weiterhin eine Tragvorrichtung 4, die innerhalb des Stereokamerasystems 1, insbesondere innerhalb des Gehäuses 5 des Stereokamerasystems 1, angeordnet ist und zur Aufnahme der Kameramodule 2 dient. In diesem Fall ist die Tragvorrichtung 4 einstückig und als einfacher Balken ausgestaltet, welcher Aussparungen umfasst, in denen die Kameramodule 2 angeordnet sind. Gemäß den 1 bis 3 ist die Tragvorrichtung 4 weiterhin achssymmetrisch ausgebildet. Die Symmetrieachse 6 befindet sich dabei in der Mitte der Tragvorrichtung 4 zwischen den Kameramodulen 2. Die Symmetrieachse 6 ist weiterhin senkrecht zur Baseline 7 der Kameramodule 2 ausgerichtet. Die Tragvorrichtung 4 ist erfindungsgemäß derart mit weiteren Elementen des Stereokamerasystems 1 verbunden, in diesem Fall mit dem Gehäuse 5, so dass die Tragvorrichtung 4 von Formänderungen der weiteren Elemente des Stereokamerasystems 1, insbesondere aufgrund von Temperaturänderungen, beispielsweise der Betriebstemperatur, und/oder von mechanischen Belastungen, welche insbesondere von außen auf das Stereokamerasystem 1 einwirken, weitgehend entkoppelt ist. Hierzu ist die Tragvorrichtung 4 an nur einer Verbindungsstelle 9 mit dem Gehäuse 5 des Stereokamerasystems 1 verbunden, in diesem Fall über einen einfachen Verbindungssteg 8. Weitere mechanische Verbindungen zwischen Tragvorrichtung 4 und den weiteren Elementen des Stereokamerasystems 1 existieren gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stereokamerasystems 1 nicht. Alternativ könnte die Tragvorrichtung 4 auch als separates Bauelement ausgestaltet und mittels einer geeigneten Verbindungseinrichtungen, beispielsweise eine Schraub-, Kleb-, Schweiß- oder Lötverbindung mit dem Gehäuse 5 des Stereokamerasystems 1 oder mit anderen tragenden Strukturelementen verbunden sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stereokamerasystems 1 befindet sich die Verbindungsstelle 9, d.h. in diesem Fall der Verbindungssteg 8, im Bereich der Symmetrieachse 6 der Tragvorrichtung 4 und somit mittig zwischen den Kameramodulen 2. Die 1 bis 3 zeigen jeweils nur schematisch, wie das erfindungsgemäße Stereokamerasystem 1 ausgebildet sein kann. Die Maßstäbe und Abstände der Elemente bzw. Bestandteile des Kamerasystems 1 können von der Darstellung abweichen. Das Kamerasystem 1 kann zudem weitere Komponenten umfassen, beispielsweise eines oder mehrere weitere Gehäuseteile, Streulichtblenden, Mittel zur Anordnung und Befestigung des Kamerasystems 1 hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs sowie weitere elektronische Einrichtungen und optische Strahlformungs- und/oder Strahllenkungselemente. Das Kamerasystem 1 kann weiterhin mit elektrischen Einrichtungen, insbesondere mit Fahrerassistenzsystemen, im Fahrzeug verbunden sein. Die Kameramodule 2 können beispielsweise mit gemeinsam genutzten Bildverarbeitungseinrichtungen verbunden sein, welche Teil der weiteren Elemente des Stereokamerasystems 1 sein können und welche vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 5 des Stereokamerasystem 1 angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stereokamerasystem
- 2
- Kameramodul
- 3
- Optische Achse
- 4
- Tragvorrichtung
- 5
- Gehäuse
- 6
- Symmetrieachse
- 7
- Baseline
- 8
- Verbindungssteg
- 9
- Verbindungsstelle
