DE102013226196A1 - Optical sensor system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein optisches Sensorsystem (1), umfassend eine Optik (2), mindestens einen photosensitiven Sensor (3) sowie mindestens eine Recheneinheit (4) zur Aufbereitung von Daten des photosensitiven Sensors (3), wobei die Optik (2) einen Sichtbereich aufweist, wobei die Optik (2) mindestens eine erste Teil-Abbildungsoptik (2a) und eine zweite Teil-Abbildungsoptik (2b) aufweist, wobei die erste Teil-Abbildungsoptik (2a) einen ersten Sichtbereich (S1) und die zweite Teil-Abbildungsoptik (2b) einen zweiten Sichtbereich (S2) aufweist, wobei der erste und zweite Sichtbereich (S1, S2) verschieden sind, wobei die erste und zweite Teil-Abbildungsoptik (2a, 2b) derart ausgebildet sind, dass der erste Sichtbereich (S1) auf einen ersten Teilbereich (T1) des photosensitiven Sensors (3) und der zweite Sichtbereich (S2) auf einen zweiten Teilbereich (T2) des photosensitiven Sensors (3) abgebildet wird.The invention relates to an optical sensor system (1) comprising an optical system (2), at least one photosensitive sensor (3) and at least one arithmetic unit (4) for processing data from the photosensitive sensor (3), the optical system (2) having a field of vision wherein the optical system (2) comprises at least a first partial imaging optics (2a) and a second partial imaging optics (2b), the first partial imaging optics (2a) having a first viewing area (S1) and the second partial imaging optics ( 2b) has a second viewing area (S2), wherein the first and second viewing area (S1, S2) are different, wherein the first and second partial imaging optics (2a, 2b) are formed such that the first viewing area (S1) on a first partial area (T1) of the photosensitive sensor (3) and the second visual area (S2) are imaged onto a second partial area (T2) of the photosensitive sensor (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Sensorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to an optical sensor system according to the preamble of claim 1, in particular for use in a motor vehicle.
Aus der
Aus der
Nachteilig ist, dass die erreichbare Auflösung von Objekten im Randbereich trotz Transformation begrenzt ist.The disadvantage is that the achievable resolution of objects in the edge region is limited despite transformation.
Ein weiteres Problem stellt sich, wenn bei gewünschten zusätzlichen Funktionen relevante Objekte nicht mehr im Sichtbereich der Optik sind.Another problem arises when relevant objects are no longer in the field of view of the optics for desired additional functions.
Grundsätzlich ist es möglich, entsprechend mehr Kameras vorzusehen, die auf die jeweilige Funktion optimiert sind, was jedoch sehr kostspielig ist. Basically, it is possible to provide correspondingly more cameras that are optimized for the respective function, which is very expensive.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein optisches Sensorsystem zu schaffen, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, das mit geringen Kosten vielfältige Einsatzmöglichkeiten ermöglicht.The invention is based on the technical problem of providing an optical sensor system, in particular for use in a motor vehicle, which enables a variety of possible uses at low cost.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein optisches Sensorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from an optical sensor system with the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Das optische Sensorsystem umfasst eine Optik, mindestens einen photosensitiven Sensor sowie mindestens eine Recheneinheit zur Aufbereitung von Daten des photosensitiven Sensors, wobei die Optik einen Sichtbereich aufweist. Der photosensitive Sensor ist beispielsweise als CMOS- oder CCD-Matrix-Sensor ausgebildet. Die Optik weist mindestens eine erste Teil-Abbildungsoptik und eine zweite Teil-Abbildungsoptik auf, wobei die erste Teil-Abbildungsoptik einen ersten Sichtbereich und die zweite Teil-Abbildungsoptik einen zweiten Sichtbereich aufweist, die voneinander verschieden sind. Die erste und zweite Abbildungsoptik sind derart ausgebildet, dass der erste Sichtbereich auf einen ersten Teilbereich des photosensitiven Sensors und der zweite Sichtbereich auf einen zweiten Teilbereich des photosensitiven Sensors abgebildet wird. Hierdurch ist es möglich, mittels eines optischen Sensorsystems verschiedene Funktionen optimiert durchzuführen. Der Mehraufwand gegenüber den bekannten optischen Sensorsystemen besteht nur in der Anpassung der Optik und einer entsprechenden Anpassung der Software zur Auswertung der Daten des photosensitiven Sensors.The optical sensor system comprises an optical system, at least one photosensitive sensor and at least one arithmetic unit for processing data of the photosensitive sensor, the optical system having a field of vision. The photosensitive sensor is designed, for example, as a CMOS or CCD matrix sensor. The optics has at least a first partial imaging optics and a second partial imaging optics, the first partial imaging optics having a first viewing area and the second partial imaging optics having a second viewing area which are different from one another. The first and second imaging optics are designed such that the first viewing area is imaged onto a first subarea of the photosensitive sensor and the second viewing area is imaged onto a second subarea of the photosensitive sensor. This makes it possible to optimally perform various functions by means of an optical sensor system. The additional expense compared to the known optical sensor systems consists only in the adaptation of the optics and a corresponding adaptation of the software for evaluating the data of the photosensitive sensor.
In einer Ausführungsform ist der zweite Sichtbereich kleiner als der erste Sichtbereich und liegt vollständig im ersten Sichtbereich. Diese Ausführungsform kommt vorzugsweise zur Anwendung, wenn die Auflösung in einzelnen Bereichen des ersten Sichtbereichs erhöht werden soll.In one embodiment, the second field of view is smaller than the first field of view and lies completely in the first field of vision. This embodiment is preferably used when the resolution in individual areas of the first field of view is to be increased.
In einer alternativen Ausführungsform ist der zweite Sichtbereich kleiner als der erste Sichtbereich und liegt vollständig außerhalb des ersten Sichtbereichs. Diese Ausführungsform kommt vorzugsweise zur Anwendung, um einzelne Objekte außerhalb des ersten Sichtbereichs zu erfassen. In an alternative embodiment, the second field of view is smaller than the first field of view and lies completely outside the first field of view. This embodiment is preferably used to detect individual objects outside the first field of view.
Prinzipiell ist es aber möglich, dass sich der erste und zweite Sichtbereich überlappen. Des Weiteren sind auch Ausführungsformen möglich, wo der erste und zweite Sichtbereich gleich groß sind, aber verschiedene Blickrichtungen aufweisen.In principle, however, it is possible that the first and second field of view overlap. Furthermore, embodiments are also possible where the first and second viewing areas are the same size but have different viewing directions.
Für die Abbildung auf den ersten und zweiten Teilbereich sind verschiedene Ausführungsformen möglich, wobei im einfachsten Fall die Teilbereiche auf verschiedene, voneinander getrennte Bereiche des photosensitiven Sensors abgebildet werden.Various embodiments are possible for imaging onto the first and second partial regions, wherein in the simplest case the partial regions are imaged onto different, mutually separate regions of the photosensitive sensor.
Es ist aber auch möglich, dass der erste Teilbereich vollständig einen aktiven Bereich des photosensitiven Sensors abdeckt, wobei der zweite Teilbereich in dem ersten Teilbereich liegt. Dabei kann nun weiter vorgesehen sein, dass die erste Teil-Abbildungsoptik derart ausgebildet ist, dass der Teil für den zweiten Teilbereich bei der Abbildung ausgespart wird oder aber die beiden Abbildungen überlagern sich. Insbesondere wenn aus benachbarten Teilen des ersten Teilbereichs oder aufgrund von a priori Kenntnissen der Bildinhalt im zweiten Teilbereich der ersten Teil-Abbildungsoptik bestimmt oder geschätzt werden kann, so kann dieser vom überlagerten Bild im zweiten Teilbereich abgezogen werden. However, it is also possible that the first subregion completely covers an active region of the photosensitive sensor, wherein the second subregion lies in the first subregion. It can now be further provided that the first part imaging optics is formed such that the part is omitted for the second portion in the image or overlap the two images. In particular if the image content in the second subarea of the first subimaging optics can be determined or estimated from adjacent parts of the first subarea or based on a priori knowledge, then this can be subtracted from the superimposed image in the second subarea.
Die Realisierung der ersten und zweiten Teil-Abbildungsoptik kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Mögliche Beispiele sind diffraktive optische Elemente (DOE) oder Linsen-Spiegel-Kombinationen. The realization of the first and second partial imaging optics can take place in various ways. Possible examples are diffractive optical elements (DOE) or lens-mirror combinations.
In einer Ausführungsform ist die Optik als asymmetrische Linse ausgebildet, die zwei Linsen für die beiden Sichtbereiche ausbildet. Der Vorteil ist, dass die Anzahl der Bauteile minimiert ist und die Herstellungskosten relativ gering sind.In one embodiment, the optic is formed as an asymmetrical lens, which forms two lenses for the two viewing areas. The advantage is that the number of components is minimized and the manufacturing costs are relatively low.
In einer Ausführungsform ist das optische Sensorsystem als Kamera einer Umfeldsensorik eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, wobei der erste Sichtbereich einen Winkel von größer 150° und der zweite Sichtbereich einen Winkel zwischen 30° bis 60° aufweist. Dabei ist das optische Sensorsystem beispielsweise in einem Seitenspiegel angeordnet. Der erste Sichtbereich erfasst dabei den seitlichen Bereich des Kraftfahrzeugs, wohingegen der zweite Sichtbereich nach hinten ausgerichtet ist. Mit der zweiten Teil-Abbildungsoptik können dann sich von hinten nähernde Kraftfahrzeuge mit hoher Auflösung erfasst werden, sodass diese Daten insbesondere für Fahrspurwechsel oder allgemein Beobachtungen von benachbarten Fahrspuren in hoher Auflösung zur Verfügung stehen. Der Winkel des ersten Sichtbereichs ist vorzugsweise 180° oder nahezu 180°. In one embodiment, the optical sensor system is designed as a camera of an environmental sensor system of a motor vehicle, wherein the first field of view has an angle of greater than 150 ° and the second field of view an angle between 30 ° to 60 °. In this case, the optical sensor system is arranged, for example, in a side mirror. The first viewing area thereby captures the lateral area of the motor vehicle, whereas the second viewing area is oriented to the rear. With the second partial imaging optics can be detected from behind approaching motor vehicles with high resolution, so that these data are available in particular for lane changes or general observations of adjacent lanes in high resolution. The angle of the first field of view is preferably 180 ° or nearly 180 °.
In einer weiteren Ausführungsform ist das optische Sensorsystem derart ausgebildet, dass anhand von a priori Kenntnissen der zweite Teilbereich in oder neben den ersten Teilbereich gelegt wird, wo keine funktionsrelevanten Informationen im ersten Teilbereich erwartet werden. Hierdurch entsteht keinerlei relevanter Informationsverlust, um den zweiten Teilbereich abzubilden.In a further embodiment, the optical sensor system is designed in such a way that, based on a priori knowledge, the second subarea is placed in or next to the first subarea where no functionally relevant information in the first subarea is expected. This results in no relevant loss of information to map the second sub-area.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische Sensorsystem mindestens eine Anzeigeeinheit, wobei wahlweise auf der Anzeigeeinheit die Abbildungen vom ersten und/oder zweiten Teilbereich dargestellt sind. Dabei kann bei der kombinierten Wiedergabe vorgesehen sein, dass die Abbildung vom zweiten Teilbereich im ersten Teilbereich an Stellen erfolgt, wo keine funktionsrelevanten Informationen erwartet werden. In a further embodiment, the optical sensor system comprises at least one display unit, with the illustrations of the first and / or second partial area optionally being shown on the display unit. In the case of the combined reproduction, it can be provided that the image from the second subarea in the first subarea is made at locations where no functionally relevant information is expected.
Vorzugsweise ist das optische Sensorsystem derart ausgebildet, dass die Darstellung auf der Anzeigeeinheit situativ ausgewählt wird. Neben einer situativen Umschaltung kann alternativ oder ergänzend auch eine manuelle Umschaltung erfolgen. Die situative Umschaltung kann beispielsweise durch Betätigung eines Fahrtrichtungsanzeigers erfolgen, aufgrund dessen eine benachbarte Fahrspurüberwachung relevant wird. Preferably, the optical sensor system is designed such that the representation is selected situationally on the display unit. In addition to a situational switching, manual or manual switching can alternatively or additionally be performed. The situational switching can be effected, for example, by actuation of a direction indicator, as a result of which adjacent lane monitoring becomes relevant.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment. The figures show:
Bevor die Erfindung näher erläutert wird, soll zunächst die Ausgangssituation kurz erläutert werden. In der
In der
Das Problem bei den bekannten optischen Sensoren ist also, dass teilweise interessierende Bereiche nicht mit ausreichender Auflösung dargestellt werden können oder im Extremfall gar nicht erfasst werden. The problem with the known optical sensors is therefore that partially areas of interest can not be displayed with sufficient resolution or, in extreme cases, can not even be detected.
Die Lösung dieses technischen Problems soll nun anhand der
Die erste Teil-Abbildungsoptik
Des Weiteren umfasst das optische Sensorsystem
In der
In der
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