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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kameraeinheit eines Kraftwagens. Sie betrifft auch eine Umgebungserfassungseinrichtung für einen Kraftwagen, welche eine Kameraeinheit zum optischen Erfassen einer Umgebung des Kraftwagens, einen Scheinwerfer des Kraftwagens, mittels welchem ein vorgebbares Muster in die Umgebung des Kraftwagens projizierbar ist und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Kameraeinheit und des Scheinwerfers aufweist.
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Bei der Verwendung von Kameraeinheiten in Fahrerassistenzsystemen von Kraftwagen besteht das Problem, eine Kalibrierung der Kameraeinheiten, also beispielsweise deren Brennweite, Orientierung und/oder dergleichen, über die Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg zu kontrollieren oder abzuschätzen. Dieses Problem betrifft sowohl monokulare Kameraeinheiten als auch Kameraeinheiten mit mehreren Kameras. Kalibrierobjekte, wie sie üblicherweise bei der Kalibrierung im Rahmen einer Endmontage, der sogenannten Offline-Kalibrierung, verwendet werden, sind im Alltag nicht vorhanden.
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Es gibt jedoch auch Verfahren zur sogenannten Online-Kalibrierung von Kameras, also dem Kalibrieren während eines Betriebs der Kamera, bei welchem in von der Kamera aufgezeichneten Bildinformationen enthaltene Bildmerkmale ausgewertet und für die Kalibrierung genutzt werden. Diese Verfahren erweisen sich jedoch als rechenaufwendig und sind zudem deutlich ungenauer und weniger robust (fehlertolerant) als die bekannten Offline-Verfahren zur Kalibrierung.
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Aus der
DE 10 2014 015 777 A1 ist ein Stereokamerasystem mit einem Projektor zur Erzeugung eines Prüfbildes bekannt. Das Prüfbild wird dabei mittels des Projektors von der Stereokamera weg in Richtung auf ein Objekt projiziert, wobei das Objekt mittels beider Kameras erfassbar ist. Ein einfaches Prüfbild kann dabei durch ein Muster, beispielsweise über ein Diapositiv, erzeugt werden.
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Die
DE 10 2007 021 106 A1 offenbart ein Verfahren zum Kalibrieren eines Kamerasystems, bei welchem zunächst das Kamerasystem in einer Kalibrierposition angeordnet wird. Sodann erfolgt dort ein Projizieren einer Kalibriertafel in eine Ebene vor einem Bildaufnehmer des Kamerasystems, so dass eine vorgesehene Verbauposition des Kamerasystems nachgestellt wird. Schließlich erfolgt ein Kalibrieren des Kamerasystems basierend auf einem vorbestimmten Algorithmus unter Verwendung der in die Ebene projizierten Kalibriertafel.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine Kameraeinheit eines Kraftwagens über eine verlängerte Zeitdauer, insbesondere die Lebensdauer des Kraftwagens, hinweg eine vorgegebene Bildqualität und/oder vorgegebene Genauigkeit in der Bilderfassung zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Figur.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kameraeinheit eines Kraftwagens mit mehreren Schritten. Ein erster Schritt ist dabei ein Projizieren eines vorgebbaren Musters in eine Umgebung des Kraftwagens mittels eines Scheinwerfers des Kraftwagens. Der Scheinwerfer ist ein zur Straßenausleuchtung im Fahrbetrieb des Kraftwagens geeigneter Scheinwerfer. Insbesondere ist der Scheinwerfer zum Erfüllen einer Abblendlichtfunktionalität und einer Fernlichtfunktionalität geeignet. Bei dem Scheinwerfer kann es sich um einen sogenannten „Pixellicht-Scheinwerfer” handeln. Ein Pixellicht-Scheinwerfer kann eine Vielzahl von sich höchstens teilweise überlappenden Bereichen in der Umgebung des Kraftwagens unabhängig voneinander beleuchten. Dabei können insbesondere für die unterschiedlichen Bereiche auch unterschiedliche Helligkeiten erzielt werden. Das Muster kann auch als Kalibriermuster bezeichnet werden. Ein weiterer Schritt ist ein optisches Erfassen des in die Umgebung des Kraftwagens projizierten vorgebbaren Musters mittels der Kameraeinheit. Das Muster wird also in ein Blickfeld der Kameraeinheit projiziert. Schließlich erfolgt ein automatisiertes Kalibrieren der Kameraeinheit unter Berücksichtigung des optisch erfassten Musters. Dies kann beispielsweise über eine Steuereinheit erfolgen.
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Das hat den Vorteil, dass so für das Kalibrieren der Kameraeinheit keine Anforderungen an die Umgebung des Kraftwagens gestellt werden. Insbesondere kann so das Kalibrieren ohne Verwendung der üblichen Kalibrierobjekte erfolgen. Gleichzeitig ist durch das vorgebbare Muster, welches entsprechend beispielsweise der Steuereinheit bekannt ist, das Kalibrieren ohne großen Rechenaufwand durchzuführen. Das Kalibrieren ist auch äußerst robust, da für das automatisierte Kalibrieren keinerlei weitere Annahmen gemacht oder Sensoren benötigt werden. Das Kalibrieren kann auch sehr schnell erfolgen, da mit einer einzigen Messung bereits ein Kalibrieren möglich ist. Es kann so beispielsweise schnell und ohne großen Rechenaufwand eine Einbaulage der Kameraeinheit zuverlässig überprüft werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das vorgebbare Muster ein Kalibriermuster mit mehreren vorgebbaren Hell- und Dunkelbereichen umfasst. Die Hell- und Dunkelbereiche sind dabei relativ zueinander hell bzw. dunkel. Das Kalibriermuster resultiert dabei insbesondere aus einer von Abblendlicht- und Fernlichtfunktionalität verschiedenen Funktionalität des Scheinwerfers. Die Hellbereiche können dabei insbesondere mit der maximalen Lichtleistung des Scheinwerfers beleuchtet werden und die Dunkelbereiche mit der minimalen Lichtleistung des Scheinwerfers, insbesondere Null. Insbesondere kann das vorgebbare Muster ein Schachbrettmuster umfassen. Das hat den Vorteil, dass eine räumliche Orientierung sowie eine Brennweite der Kameraeinheit besonders leicht in Relation zu dem Muster gesetzt werden kann. Dadurch wird das Kalibrieren erleichtet. Ein Schachbrettmuster ist aufgrund der sich wiederholenden Struktur und der starken Kontraste hier besonders vorteilhaft.
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Dabei kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Hell- und Dunkelbereiche ein vorgegebenes Kontrastverhältnis zueinander aufweisen. Dies erleichtert das automatisierte Kalibrieren. Die Hell- und Dunkelbereiche können auch eine vorgegebene Geometrie, insbesondere ein Linienraster, aufweisen. Dadurch können bei dem automatischen Kalibrieren der Kameraeinheit Strukturen oder Unregelmäßigkeiten in der Umgebung, in welche das Muster projiziert wird, besonders leicht bei dem automatisierten Kalibrieren kompensiert werden. Damit wird die Zuverlässigkeit des Kalibrierens und seine Genauigkeit verbessert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Projizieren des vorgebbaren Musters in die Umgebung für eine vorbestimmte Zeitspanne von weniger als 0,05 Sekunden, insbesondere weniger als 0,01 Sekunden, erfolgt. Das hat den Vorteil, dass das vorgebbare Muster in der Umgebung des Kraftwagens nicht von einem menschlichen Beobachter bewusst wahrgenommen werden kann, so dass durch das vorgebbare Muster ein Irritieren, Blenden oder Ablenken eines menschlichen Beobachters, insbesondere eines Fahrers des eigenen oder eines weiteren Kraftwagens, vermieden wird. Dies ermöglicht auch ein automatisiertes Kalibrieren der Kameraeinheit während eines Fahrbetriebs, welches dann unbemerkt von dem Fahrer durchgeführt wird. Das Kalibrieren kann somit nicht nur in Werkstätten und zu Standzeiten des Kraftwagens sicher erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist dabei ein Projizieren des vorgebbaren Musters zum Kalibrieren auf einen frontseitig vor dem Kraftwagen gelegenen Straßen- und/oder Wandbereich. Gerade das Projizieren auf eine ebene oder zumindest im Wesentlichen ebene Fläche erhöht hier die Genauigkeit des Kalibrierens. Außerdem kann so gegebenenfalls ein rechenaufwendiges Kompensieren von Artefakten, welche bei dem optischen Erfassen des in die Umgebung projizierten Musters auf die Dreidimensionalität der Umgebung zurückzuführen sind, vermieden werden. Entsprechend ist das Kalibrieren auch besonders schnell durchführbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Projizieren, Erfassen und Kalibrieren während eines bestimmungsgemäßen Betriebs des Kraftwagens erfolgt. Insbesondere kann dies während eines Standbetriebs und/oder während eines Fahrbetriebs des Kraftwagens erfolgen. Das hat den Vorteil, dass der Kraftwagen für das Kalibrieren nicht in eine Werkstatt oder in eine sonstige besondere Umgebung überführt werden muss, sondern vielmehr im Alltag erfolgen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Projizieren, Erfassen und Kalibrieren automatisch bei Vorliegen vorbestimmter Kriterien erfolgt. Insbesondere kann das Projizieren, Erfassen und Kalibrieren erfolgen, nachdem seit einem erfolgten letztmaligen Kalibrieren eine vorbestimmte Zeit vergangen ist und/oder bei dem Erreichen einer vorbestimmten Kilometerleistung des Kraftwagens und/oder falls zumindest ein vorgegebener Parameterwert der Kameraeinheit, beispielsweise ein Parameterwert, welcher eine Orientierung oder eine Brennweite der Kameraeinheit repräsentiert, von einem vorgegebenen Wertebereich abweicht. Das hat den Vorteil, dass das Kalibrieren vollautomatisch erfolgt und somit jederzeit eine vorgegebene Genauigkeit der Bildinformation, welche von der Kameraeinheit bereitgestellt wird, erreicht ist.
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Die Erfindung betrifft auch eine Umgebungserfassungseinrichtung für einen Kraftwagen, mit einer Kameraeinheit zum optischen Erfassen einer Umgebung des Kraftwagens, mit einem Scheinwerfer des Kraftwagens, mittels welchem ein vorgebbares Muster in die Umgebung des Kraftwagens projizierbar ist, und mit einer Steuereinheit zum Steuern der Kameraeinheit und des Scheinwerfers. Wesentlich ist dabei, dass die Steuereinheit zum Kalibrieren der Kameraeinheit ausgelegt ist, und zum Kalibrieren das vorgebbare Muster durch die Kameraeinheit optisch erfassbar ist, wenn es in die Umgebung projiziert ist.
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Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Umgebungserfassungseinrichtung entsprechen hier Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Ansicht eines Kraftwagens mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Umgebungserfassungseinrichtung mit einer Kameraeinheit, einem Scheinwerfer und einer Steuereinheit.
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In der einzigen Figur ist ein Kraftwagen 1 aus einer Vogelperspektive schematisch. dargestellt. Der Kraftwagen 1 weist hier eine Umgebungserfassungseinrichtung 2 mit einer Kameraeinheit 3, einem Scheinwerfer 4 und einer Steuereinheit 5 auf. Mittels des Scheinwerfers 4 ist ein vorgebbares Muster 6, welches vorliegend als Linienraster ausgeführt ist, in eine Umgebung 7 des Kraftwagens 1 projizierbar. Das Muster 6 kann dabei auch beispielsweise ein Schachbrettmuster sein oder umfassen. Mittels der Kameraeinheit 3 ist die Umgebung 7 des Kraftwagens 1, in welche das Muster 6 projizierbar ist, optisch erfassbar. Mittels der Steuereinheit 5 können Kameraeinheit 3 und Scheinwerfer 4 gesteuert werden. Dabei kann vorliegend durch die Steuereinheit 5 die Kameraeinheit 3 auch automatisch kalibriert werden, also beispielsweise eine Brennweite oder eine Orientierung der Kameraeinheit 3 eingestellt werden. Zu diesem Kalibrieren ist das Muster 6 durch die Kameraeinheit 3 optisch erfassbar, so dass die Steuereinheit 5 unter Berücksichtigung des optisch erfassten Musters 6 die Kameraeinheit 3 automatisch kalibrieren kann.
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Verändert sich so im Laufe der Zeit, beispielsweise durch Umwelteinflüsse oder Alterungsprozesse, eine Einstellung oder Kalibrierung der Kameraeinheit 3, so kann in dem bestimmungsgemäßen Betrieb automatisch ein Kalibrieren oder Nachjustieren der Kameraeinheit 3 erfolgen. Beispielsweise kann so für einen sehr kurzen Zeitraum während eines Fahrbetriebs das Muster 6 in die Umgebung 7 projiziert werden. Ist der Zeitraum kurz genug, so kann das Kalibrieren sogar unbemerkt von einem Fahrer des Kraftwagens 1 durchgeführt werden. Es wird somit erreicht, dass durch die Kameraeinheit 3 stets auf korrekte Weise genaue Bildinformationen aus der Umgebung 7 erfasst werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftwagen
- 2
- Umgebungserfassungseinrichtung
- 3
- Kameraeinheit
- 4
- Scheinwerfer
- 5
- Steuereinheit
- 6
- Muster
- 7
- Umgebung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014015777 A1 [0004]
- DE 102007021106 A1 [0005]
