-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung von Objekten an einer Referenzposition im Nahbereich für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Regensensorvorrichtung zur Erkennung von Regentropfen auf einer Windschutzscheibe, umfassend eine Kamera, die für einen Fernbereich fokussiert ist.
-
Eine derartige Vorrichtung sowie ein derartiges Verfahren ist aus der
DE 10 2006 016 774 A1 zu entnehmen.
-
Bei Kraftfahrzeugen sind heutzutage vermehrt Assistenzsysteme eingebaut, die den Fahrzeugnutzer beim Fahren des Fahrzeuges unterstützen oder allgemein den Fahrkomfort erhöhen. Ein derartiges Assistenzsystem ist beispielsweise die bedarfsweise automatische Aktivierung der Fahrzeugscheibenwischer. Hierzu sind typischerweise Regensensoren vorgesehen, mit denen beispielsweise Regentropfen, Nebeltropfen, Tautropfen, angeschmolzene Schneeflocken oder Hagelkörner als Feuchtigkeitstropfen auf der Windschutzscheibe detektierbar sind, und bei deren Detektion die Scheibenwischer ausgelöst werden.
-
Der Stand der Technik offenbart eine Vielzahl von verschiedenen Regensensoren, die unterschiedliche physikalische Verfahren zur Feuchtigkeitsdetektion auf der Windschutzscheibe verwenden. Aus der
DE 101 52 998 C2 ist beispielsweise ein kapazitiver Regensensor bekannt, mit einem Beschlagsensor sowie einer gemeinsam auf einer Platine angeordneten Auswerteeinheit. Der Beschlagsensor besteht in dieser Ausführung im Wesentlichen aus zwei galvanisch voneinander getrennten elektrisch leitfähigen Leiterbahnen, die einen Kondensator bilden. Die Kapazität des Kondensators wird von der Auswerteeinheit erfasst, und ändert sich in Abhängigkeit der im Kondensatorfeld vorhandenen Feuchtigkeitsmenge.
-
Grundsätzlich ist auch der Einsatz von optischen Überwachungssystemen, insbesondere Kamerasystemen zur Überwachung der Umgebung des Kraftfahrzeugs als Assistenzsysteme bekannt. Zum Beispiel werden derartige Kamerasysteme zur Überwachung der Umgebung hinsichtlich Verkehrszeichen, einer Spurüberwachung oder einer Abstandsüberwachung eingesetzt. Darüber hinaus ist es bekannt, dass kamerabasierte Regensensoren eingesetzt werden, um die Scheibenwischertätigkeit auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs zu regeln.
-
In der
DE 10 2006 016 774 ist eine Kamera zur Regentropfendetektion auf der Windschutzscheibe beschrieben. Die Kamera ist innerhalb des Fahrzeugs angeordnet und umfasst einen Prozessor als Auswerteeinheit. Die Kamera nimmt durch die Windschutzscheibe ein Bild der Umgebung mit einer unendlichen Brennweite auf. Der Prozessor erfasst Feuchtigkeitstropfen auf der Grundlage eines Streuungsgrades von Intensitäten der Bildpixel.
-
Nachteilig bei den bekannten Regensensorsystemen ist es, dass das Kamerasystem für die Überwachung der Umgebung separat von dem Regensensor ausgeführt ist. Dadurch erhöht sich zum einen die Komplexität des Gesamtsystems und zum anderen dessen Herstellungskosten.
-
Kameras für Fahrerassistenzfunktionen sind zweckmäßigerweise auf die großen Entfernungen des Fernbereichs fokussiert, um Objekte wie Fahrspurmarkierungen, Schilder und andere Fahrzeuge scharf abzubilden und zu erkennen. Dadurch werden Objekte im Nahbereich, wie z.B. Feuchtigkeitstropfen auf der Windschutzscheibe, prinzipbedingt lediglich unscharf abgebildet, wodurch sich eine automatische Erkennung und Detektion mittels einer Auswerteeinheit erschwert. Zur Realisierung einer kombinierten Ausführung von Regensensor und Überwachungssystem kann durch optische Maßnahmen eine bifokale Abbildung erzeugt werden, sodass sowohl Objekte im Fernbereich als auch die Feuchtigkeitstropfen auf der Windschutzscheibe für eine Erkennung geeignet, scharf abgebildet werden. Derartige optische Maßnahmen erfordern jedoch typischerweise eine Anzahl an zusätzlichen optischen Elementen und/oder aufwändige Modifikationen des Standard-Kameralinsensystems, wodurch die Herstellungskosten und Komplexität des Gesamtsystems nachteilig erhöht werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrerassistenzsystem mit geringem Aufwand zu ermöglichen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche Die im Hinblick auf die Vorrichtung angeführten Merkmale und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen.
-
Die Vorrichtung ist zur Erkennung von Objekten in einem an einer Referenzposition in einem Nahbereich für ein Kraftfahrzeug ausgebildet, insbesondere als Regensensorvorrichtung zur Erkennung von Regentropfen auf einer Windschutzscheibe. Die Vorrichtung umfasst eine Kamera, die für einen Fernbereich fokussiert ist. Sie umfasst weiterhin eine Auswerteeinheit, die derart ausgebildet ist, dass aus einem von der Kamera aufgenommenen Ursprungsbild des Fernbereichs mit unscharf abgebildeten Objekten des Nahbereichs ein Nahbereichs-Bild mit Hilfe einer Bildtransformation erstellt wird, in dem die Objekte im Nahbereich scharf abgebildet sind. Anhand des so erstellten Nahbereich-Bildes erfolgt dann eine automatische Erkennung der Objekte in an sich bekannter Weise. Dadurch werden keine zusätzlichen optischen Maßnahmen für die Kamera benötigt, wodurch die Regensensorvorrichtung besonders einfach und kostengünstig in ein Fahrerassistenzsystem integrierbar ist. Insbesondere ist keine zusätzliche Kamera für die Regensensorvorrichtung erforderlich. Auf das Ursprungsbild wird daher eine geeignete Abbildungsfunktion angewendet, so dass das das scharfe Nahbereichs-Bild erhalten wird.
-
Mit dieser Ausgestaltung wird daher in einfacher, rein softwaretechnischer Umsetzung gleichzeitig die Überwachung und Auswertung des Fernbereichs sowie des Nahbereichs ermöglicht. Hierzu wird durch die Anwendung einer geeigneten Bildsignaltransformtion aus einem einzigen Ursprungsbild der Kamera ein zur automatischen Erkennung geeignetes Bildpaar – nämlich ein Bild für den Fernbereich und ein Bild für den Nahbereich – mit nur einer Aufnahme und nur einer gemeinsamen Kamera mit einfacher Optik bereitgestellt. Auf dieses wird dann weiterhin ein Auswertealgorithmus zur weitergehenden Auswertung des Nahbereichs-Bildes, insbesondere zur Detektion von Regentropfen angewendet.
-
Unter Fernbereich ist insbesondere ein Bildschärfebereich größer 2 Meter für die Überwachung der Fahrzeugumgebung und unter Nahbereich insbesondere der für die Überwachung der Windschutzscheibe benötigte Bildschärfebereich im Nahbereich der Kamera, insbesondere im Abstand von etwa 1 bis 5 cm zu verstehen.
-
Bei der Kamera handelt es sich vorzugsweise um eine Mulitpurpose-Kamera eines Fahrerassistenzsystems, die im Wesentlichen direkt hinter einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet ist, und auf den Fernbereich in der Fahrzeugfront fokussiert ist. Die Kamera ist insbesondere dazu geeignet und eingerichtet, das Ursprungsbild des Fernbereichs aufzunehmen und an die Auswerteeinheit zu versenden. Die Auswerteeinheit ist insbesondere als ein Mikrocontroller ausgeführt, in dem der die Bildverarbeitung automatisch durchführende Bildtransformation sowie Auswertealgorithmus implementiert ist.
-
Die Objekte im Nahbereich sind insbesondere Regentropfen, wobei unter Regentropfen allgemein ebenfalls Nebeltropfen, Tautropfen, angeschmolzene Schneeflocken oder Hagelkörner als Feuchtigkeitstropfen auf der Windschutzscheibe zu verstehen sind. Das durch die Bildtransformation erstellte Nahbereichsbild erlaubt die automatische Erkennung der Regentropfen, beispielsweise mittels einer Bild- oder Mustererkennung. Bei einer Regentropfendetektion ist es beispielsweise vorgesehen, dass bei deren Detektion die Scheibenwischer des Fahrzeuges automatisch ausgelöst werden.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung erstellt die Bildtransformation das Nahbereich-Bild anhand einer in der Auswerteeinheit hinterlegten Abbildungsfunktion für den Nahbereich der Kamera. Hierbei wird auf das Ursprungsbild zur Erstellung des Nahbereich-Bildes die Abbildungsfunktion angewandt. Durch die Wahl einer geeigneten Abbildungsfunktion wird hierbei sichergestellt, dass einerseits keine zusätzlichen optischen Maßnahmen für die Kamera benötigt werden und andererseits, dass das erstellte Nahbereich-Bild einen möglichst scharfen Kontrast zur automatischen Erkennung aufweist.
-
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Abbildungsfunktion aus einer Point-Spread Funktion abgeleitet, die aus einem definierten Abstand zwischen der Kamera und der bekannten Referenzposition, an der sich die zu detektierenden Objekte befinden bestimmt ist. Die Abbildungsfunktion ist insbesondere eine invertierte Point-Spread Funktion. Die Referenzposition ist dabei die Windschutzscheibe. In der bevorzugten Einbausituation ist die Kamera hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet, und erfasst den Fernbereich der Fahrzeugfront. Hierdurch ist aus dem festen Abstand zwischen Kamera und Windschutzscheibe es möglich, die Point-Spread Funktion beispielsweise mittels Charakterisierungsmessungen und/oder theoretischen Modellen zu bestimmen, und in einem Speicher der Auswerteeinheit zu hinterlegen. Allgemein ist es aber ebenso denkbar, dass die Kamera beispielsweise hinter der Heckscheibe oder einer anderen optisch transparenten Abdeckung angeordnet ist und eine entsprechende Point-Spread Funktion zur Erstellung des Nahbereichbildes im Speicher hinterlegt ist. Allgemein ist daher die Point-Spread Funktion für das vorliegende System abgestimmt auf den bekannten Abstand zwischen Kamera und Windschutzscheibe in einem Speicher der Vorrichtung hinterlegt.
-
Die Point-Spread Funktion beschreibt im Wesentlichen wie das optische System aus Windschutzscheibe und Kameraoptik ein punktförmiges Objekt auf der Windschutzscheibe abbildet. In einer bevorzugten Ausführung ist es dadurch ermöglicht, dass mit der Bildtransformation das Nahbereich-Bild mittels Entfaltung (Dekonvolution) aus dem Ursprungsbild erstellt wird. Durch die Entfaltung mit der Point-Spread Funktion ist es verfahrensgemäß ermöglicht, mittels rein mathematischer und auswertetechnischer Mitteln ein geschärftes Bild des Nahbereichs anhand des Fernbereichs-Ursprungsbild zu erstellen.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Beleuchtungssystem vorgesehen, das die Windschutzscheibe kameraseitig mit Licht einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet. Durch die Beleuchtung der Windschutzscheibe ist ein verbessertes Signal zu Rausch Verhältnis für die Regenerkennung realisierbar, da aufgrund der Beleuchtung der Kontrast der Regentropfen auf der Windschutzscheibe, und damit im berechneten Nahbereichs-Bild erhöht wird.
-
Ergänzend zur Auswertung des Nahbereichs-Bildes ist die Vorrichtung auch zur automatischen Auswertung des Ursprungsbildes für weitere Fahrerassistenzsysteme ausgebildet. Insbesondere beispielsweise zur Fahrspurüberwachung, zur automatischen Erkennung von Verkehrszeichen oder anderen Objekten. Die Regensensorvorrichtung greift daher lediglich auf bestehende Hardware-Komponenten eines Fahrerassistenzsystem zurück, welches für die Überwachung des Fernbereichs ausgebildet ist.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in einer schematischen und vereinfachten Darstellung ein Kraftfahrzeug mit Windschutzscheibe und einer dahinter angeordneten Kamera als kombiniertes Fahrerassistenzsystem und Regensensorvorrichtung.
-
In der Figur ist der Frontbereich eines Kraftfahrzeugs 2 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Windschutzscheibe 4 mit Scheibenwischer 6 auf. Im oberen Eckbereich der Windschutzscheibe 4 ist eine Kamera 8 angeordnet, die auf einen Fernbereich 10 fokussiert ist, und in diesem Objekte 12 erfasst. Die Kamera 8 ist signaltechnisch an eine Auswerteeinheit 14 als Teil eines kombinierten Fahrerassistenzsystems 16 mit einer Regensensorvorrichtung 18 gekoppelt.
-
Das Fahrerassistenzsystems 16 erfasst mittels der Auswerteeinheit 14 anhand der Kamera 8 das Objekt 12. Bei dem Objekt 12 handelt es sich beispielsweise um Fahrspurmarkierungen, andere Fahrzeuge oder – wie in der 1 schematisch dargestellt – Verkehrsschilder. Die Auswerteeinheit 14 ist signaltechnisch an einen Bildschirm 20 innerhalb des Fahrgastraums angeordnet, so dass ein von der Kamera 8 aufgenommenes Bild 22 der Objekte 12 des Fernbereichs 10 darstellbar ist.
-
Bei der Kamera 8 handelt es sich vorzugsweise um eine Mulitpurpose-Kamera die hinter der Windschutzscheibe 4 des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet ist, und den Fernbereich 10 in der Fahrzeugfront erfasst. Die Kamera 8 ist insbesondere dazu geeignet und eingerichtet das Bild 22 des Fernbereichs 10 aufzunehmen und an die Auswerteeinheit 14 zu versenden. Die Auswerteeinheit 14 ist insbesondere als ein Mikrocontroller ausgeführt, in dem ein die Bildverarbeitung automatisch durchführender Auswertealgorithmus mit integrierter Bildtranssignaltransformation implementiert ist.
-
Objekte in einem Nahbereich 24 der Kamera 8 werden aufgrund der Fokussierung auf den Fernbereich 10 lediglich unscharf von der Kamera 8 erfasst. Bei regnerischen Wetterbedingungen handelt es sich bei diesen Objekten insbesondere um Regentropfen 26. Das Sichtfeld der Kamera 8 ist in der 1 mit gestrichelten Linien angedeutet, wobei mit Fernbereich 10 insbesondere ein Bildschärfebereich zwischen 5 und 200 Metern für die Überwachung der Umgebung und mit Nahbereich 24 insbesondere der für die Überwachung der Windschutzscheibe 4 benötigte Bildschärfebereich im Nahbereich der Kamera 8, insbesondere im Abstand von etwa 10 bis 50 cm bezeichnet ist.
-
Die Regensensorvorrichtung 18 ist dazu geeignet und eingerichtet die Regentropfen 26 mittels der Kamera 8 und der Auswerteeinheit 14 automatisch zu erkennen und bedarfsweise die Scheibenwischer 6 automatisch zu betätigen. Anhand der detektierten Regentropfendichte wird weiterhin vorzugsweise die Wischergeschwindigkeit von der Auswerteeinheit 14 automatisch geregelt.
-
Für die Regendetektion ist in einem Speicher 28 der Auswerteeinheit 14 eine Point-Spread Funktion 30 hinterlegt. Die Point-Spread Funktion 30 beschreibt die mathematische Abbildung, wie das optische System aus Windschutzscheibe 4 und die Optik der Kamera 8 ein punktförmiges Objekt auf der Windschutzscheibe 4 abbildet. Aufgrund der fest vorgesehenen Einbausituation der Kamera 8 zur Windschutzscheibe 4 ist deren relativer Abstand zueinander fest vorgegeben. Dadurch ist es möglich, mittels theoretischer Modelle, sowie Charakterisierungsmessungen die Point-Spread Funktion 30 zu bestimmen und im Speicher 28 zu hinterlegen.
-
Der Auswertealgorithmus der Auswerteeinheit 14 ruft die Point-Spread Funktion 30 aus dem Speicher 28 auf und entfaltet in einem Bildverarbeitungsprozess damit das Bild 22 des Fernbereichs 10. Dadurch werden die Regentropfen 26 auf der Windschutzscheibe 4 im Sichtfeld der Kamera 8 geschärft, und somit ein Bild 32 des Nahbereichs 24 erstellt. Im Bild 32 sind durch die Entfaltung insbesondere Objekte des Nahbereichs 24 scharf dargestellt.
-
Anhand des Bilds 32 ist die Auswerteeinheit 14 mittels eines automatischen Bilderkennungsalgorithmuses dazu geeignet und eingerichtet die Regentropfen 26 als solche, beispielsweise mittels Mustererkennung, zu erkennen und die Scheibenwischer 6 automatisch zu aktivieren oder zu regeln.
-
Die Auswerteeinheit 14 ist an eine Beleuchtungseinheit 34 gekoppelt, mit der bedarfsweise die Windschutzscheibe 4 kameraseitig mit Licht einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet wird. Durch die Beleuchtung der Windschutzscheibe 4 ist ein verbessertes Signal zu Rausch Verhältnis für die Regenerkennung ermöglicht, da aufgrund der Beleuchtung der Kontrast der Regentropfen 26 auf der Windschutzscheibe 4 im Bild 32 erhöht wird.
-
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Windschutzscheibe
- 6
- Scheibenwischer
- 8
- Kamera
- 10
- Fernbereich
- 12
- Objekt
- 14
- Auswerteeinheit
- 16
- Fahrerassistenzsystem
- 18
- Regensensorvorrichtung
- 20
- Bildschirm
- 22
- Bild
- 24
- Nahbereich
- 26
- Regentropfen
- 28
- Speicher
- 30
- Point-Spread Funktion
- 32
- Bild
- 34
- Beleuchtungseinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006016774 A1 [0002]
- DE 10152998 C2 [0004]
- DE 102006016774 [0006]
