-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur adaptiven Ausrichtung des Kamerasichtfelds einer Fahrzeugkamera. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur adaptiven Ausrichtung einer beweglichen Fahrzeugkamera hinter einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs.
-
Fahrerassistenzsysteme erlangen zunehmend an Bedeutung und sind insbesondere aus dem Pkw-Bereich bekannt. Für zahlreiche Assistenzsysteme kommen heute vorwiegend fest verbaute Sensoren (Kamera, Radarsensor) zum Einsatz. Die Ausrichtung der Sensorik erfolgt nach dem technischen Stand entsprechend der funktionalen Anforderungen. Bei einer Multi Purpose Camera (MPC) erfolgt die Ausrichtung gemäß dem Stand der Technik nach dem besten Kompromiss, um einerseits die Fahrspurmarkierungen (unterer Bereich des Öffnungswinkels), andererseits Verkehrszeichen für Brückenschilder (oberer Bereich des Öffnungswinkels) zu detektieren.
-
Einschränkungen bestehen bei heutigen Lösungen in dem begrenzten Öffnungswinkel (Field of View, FOV) der heutigen Kamerasysteme, wodurch teilweise starke Kompromisse bei der Funktionsabdeckung aufgrund des begrenzten Field of View eingegangen werden müssen. Insbesondere besteht für zukünftige Fahrassistenzfunktionen der Bedarf für die Vergrößerung des Field of View, ohne die Auflösung (Pixel pro Grad) zu reduzieren.
-
Die
DE 199 61 313 A1 offenbart eine Kameraeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine beweglich angeordnete Kamera zum Aufnehmen eines Teils einer Fahrzeugumgebung, eine mit der Kamera verbundene Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der Kameradaten und einen mit der Verarbeitungseinrichtung gekoppelten Bildschirm zur Darstellung der von der Kamera aufgenommenen Information in einem Bild. Um einem Fahrer die Erfassung eines Kamerabildes zu erleichtern, wird vorgeschlagen, am Bildschirm eine Referenzmarke für die Ausrichtung der Fahrzeuglängsachse anzuzeigen, der Verarbeitungseinrichtung Informationen zur Stellung der Kamera bezüglich der Fahrzeuglängsachse zukommen zu lassen und die Verarbeitungseinrichtung derart auszubilden, dass eine Relativbewegung von dem Bild der Kamera und der Referenzmarke auf dem Bildschirm in Abhängigkeit von der tatsächlichen Stellung der Kamera zur Fahrzeuglängsachse durchführbar ist.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur adaptiven Ausrichtung des Kamerasichtfelds einer Fahrzeugkamera bereitzustellen, welche eine verbesserte Ausnutzung einer von der Fahrzeugkamera gebotenen Auflösung ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Das erfindungsgemäß Verfahren zur adaptiven Ausrichtung des Kamerasichtfelds einer Fahrzeugkamera umfasst ein Ausrichten des Kamerasichtfelds mittels Steuersignalen in Abhängigkeit von einer aus Umgebungsbildern ermittelten Fahrsituation und/oder einer Kamerafunktion. Das Verfahren sieht vor, dass die Kameraausrichtung abhängig von der Fahrsituation und/oder den Bedürfnissen der einzelnen Funktionen, welche von der Kamera bereitstellbar sind, ausgerichtet wird. Eine Fahrsituation kann beispielsweise einen Beladungszustand umfassen oder eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Ebenso kann eine Fahrsituation Informationen über eine Umgebung beinhalten, in welcher das Fahrzeug betrieben wird, beispielsweise in einem innerstädtischen Modus (City Mode) oder im Überlandverkehr, beispielsweise auf der Autobahn (Autobahn Mode). Eine Kamerafunktion kann beispielsweise dazu dienen, Fahrzeuge, Fußgänger, Radfahrer und Spurmarkierungen zu detektieren, insbesondere im Nahbereich. Ebenso kann eine Kamerafunktion auch darin bestehen, eine Verkehrszeichenerkennung durchzuführen. Die Ausrichtung der Fahrzeugkamera kann in Abhängigkeit von funktionalen Anforderungen aus der Bildverarbeitung erfolgen. Jede Funktion aus der Bildverarbeitung kann andere Anforderungen an das Sichtfeld der Fahrzeugkamera stellen, vorzugsweise wird für eine Verkehrszeichenerkennung ein anderes Kamerasichtfeld gewählt als beispielsweise für eine Fußgängererkennung. Bei einer Notbremsung kann insbesondere ein vorgebbarer Bereich vor dem Fahrzeug erfasst werden, welcher in Abhängigkeit von einem verbleibenden Restbremsweg gesteuert werden kann. In Abhängigkeit von der Kamerafunktion, die aktuell mit höchster Priorität abgearbeitet wird, kann die entsprechende Ausrichtung des Kamerasichtfelds erfolgen.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens umfasst die Kamerafunktion eine Online-Kalibrierung der Fahrzeugkamera. Mittels Online-Kalibrierung kann die Lage der Fahrzeugkamera im Fahrbetrieb bestimmt werden, beispielsweise durch Analyse der Fluchtpunkte der Spurmarkierungen oder durch eine Fluchtpunktbestimmung mittels optischen Flusses. So können beispielsweise Änderungen der Einbaulage aufgrund von Beladungsänderungen bestimmt werden. Die exakte Lage (insbesondere die Nickwinkellage der Fahrzeugkamera) ist notwendig, um die Entfernungsschätzung für die kamerabasierte Erkennung von Verkehrsteilnehmern zu optimieren. Die durch die Online-Kalibrierung gewonnenen Messergebnisse können genutzt werden, um die Einbaulage der Fahrzeugkamera optimal auszurichten. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Kamerasichtfeld in Abhängigkeit vom Fahrzustand ausgerichtet und optimiert werden kann. So können zum Beispiel trotz einer Beladungsänderung die Kriterien für eine optimale Erkennung der Spur einerseits (unterer Bereich) und Verkehrszeichenerkennung (Überkopfschilder, oberer Bereich) sichergestellt werden, da die Fahrzeugkamera über einen Verstellmechanismus nachgeregelt werden kann.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens umfasst die Kamerafunktion eine Selbst-Kalibrierungsfunktion, welche auf der Bildauswertung eines bereitgestellten Referenzobjekts basiert. Bei einer sogenannten „End of Line”-Kalibrierung kann vorgesehen sein, dass die Einbaulage der Fahrzeugkamera im Rahmen der Werksmontage kalibriert wird. Hierbei kann innerhalb des Kamerasichtfelds ein definiertes Referenzobjekt (Target) bereitgestellt werden, woraus eine Ist-Einbaulage der Fahrzeugkamera bestimmt werden kann. In Abhängigkeit von der ermittelten Ist-Ausrichtung der Fahrzeugkamera kann durch den Verstellmechanismus die Fahrzeugkamera in eine Soll-Position justiert werden, und somit ein nominales Kamerasichtfeld (Field of View) optimal ausgerichtet werden. Aus der selbsttätigen Justierung des Kamerasichtfelds ergibt sich einerseits der Vorteil, dass eine manuelle Ausrichtung während der Endmontage verzichtbar wird und andererseits die optimale Ausrichtung in gleichbleibender Qualität während der Produktion erreicht werden kann.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Ausrichten der Fahrzeugkamera durch Kippen der Fahrzeugkamera um eine zu einer Querachse eines Fahrzeugs parallele Kippachse. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Ausrichten der Fahrzeugkamera ausschließlich durch Kippen um die Kippachse erfolgt, das heißt keine Ausrichtung der Fahrzeugkamera in einer horizontalen Schwenkrichtung erfolgt, sondern lediglich in einer vertikalen Schwenkrichtung. Hierdurch kann beispielsweise eine Online-Kalibrierung vereinfacht werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Anpassen einer Nickwinkellage des Kamerasichtfelds in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder in Abhängigkeit von einer Positionsinformation über den Standort des Fahrzeugs. Für zukünftige Assistenzfunktionen wird ein sogenannter Near-Range-Bereich insbesondere in Stadtszenarien oder bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten zunehmend relevanter, um Fahrzeuge, Fußgänger, Radfahrer und Spurmarkierungen im Nahbereich zu detektieren. Zum anderen ist für autobahnähnliche Straßen (höhere Geschwindigkeiten) der mittlere und obere Bereich des Kamerasichtfelds notwendig. Daher kann vorgesehen sein, in Abhängigkeit von GPS/Karteninformationen (Stadtgebiet) oder alternativ unterhalb einer Grenzfahrgeschwindigkeit die Fahrzeugkamera über den Verstellmechanismus nach unten auszurichten. In einem außerstädtischen Bereich oder alternativ oberhalb einer vorgebbaren Grenzgeschwindigkeit kann die Fahrzeugkamera in einen mittleren/oberen Bereich verstellt werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Nachführen der Ausrichtung des Kamerasichtfelds in Abhängigkeit von Messwerten, welche von Fahrwerkssensoren des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Bei den Fahrwerkssensoren kann es sich beispielsweise um Sensoren der Fahrzeugfederung, insbesondere einer Luftfederung handeln, welche Messwerte über einen jeweiligen Federweg der einzelnen Räder bereitstellen. Aus diesen Daten kann eine genaue Lage des Fahrzeugchassis in Bezug auf eine Fahrbahnebene ermittelt werden. Damit kann eine Neigung des Fahrzeugchassis gegenüber dem Fahrbahnuntergrund als Störgröße ermittelt werden und zur Korrektur der Ausrichtung der Fahrzeugkamera gegenüber einer Längsachse des Fahrzeugs vorgenommen werden, so dass sich insgesamt wieder eine gleiche Ausrichtung der Fahrzeugkamera in Bezug auf die Fahrbahnoberfläche ergibt.
-
Weiterhin wird eine Vorrichtung zur adaptiven Ausrichtung einer beweglichen Fahrzeugkamera hinter einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs mittels eines Trägerelements vorgeschlagen, wobei das Trägerelement wenigstens eine drehbare Lagerung und/oder wenigstens eine Niveauregulierung aufweist, womit die Fahrzeugkamera beweglich gelagert ist, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, das Kamerasichtfeld mittels Steuersignalen in Abhängigkeit von einer aus Umgebungsbildern ermittelten Fahrsituation und/oder einer Kamerafunktion auszurichten. Die Fahrzeugkamera, beispielsweise eine Multi-Purpose-Camera kann über das Trägerelement an der Windschutzscheibe befestigt sein. Das Trägerelement wird beispielsweise durch eine Stoffschlussverbindung (Kleber) an der Windschutzscheibe befestigt. Die Fahrzeugkamera kann über Lager in dem Trägerelement gelagert werden. In einer oberen Lagerung kann eine Niveauregulierung angebracht sein, wodurch die Nickwinkellage der Fahrzeugkamera in Abhängigkeit von der Fahrsituation/Kamerafunktion adaptiert werden kann. Eine zugehörige Aktorik kann elektrisch angesteuert werden. Ferner kann die Aktorik eine kombinierte Positionssensorik aufweisen, wodurch die Information der aktuellen Winkellage in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse ermittelt werden kann. In Verbindung mit Messwerten von weiteren Sensoren, insbesondere Fahrwerkssensoren, kann in Abhängigkeit einer Lage des Fahrzeugchassis in Bezug auf den Fahrbahnuntergrund eine aktuelle Winkellage der Fahrzeugkamera in Bezug auf die Fahrbahnoberfläche ermittelt werden.
-
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten gleichermaßen für die erfindungsgemäße Vorrichtung und umgekehrt. Folglich können für Verfahrensmerkmale entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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.
-
Dabei zeigen:
-
1 in vereinfachter schematischer Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer Verstellvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
-
2 in vereinfachter schematischer Darstellung ein Blockschaltbild mit einer Verstellvorrichtung und einer zugeordneten Steuereinheit.
-
Eine in der 1 dargestellte Vorrichtung 10 zum Anordnen einerbeweglichen Fahrzeugkamera 12 mit einem Kamerasichtfeld 14 hinter einer Windschutzscheibe 16 umfasst ein Trägerelement 20. Das Kamerasichtfeld 14 ist in der zweidimensionalen Querschnittsdarstellung gemäß der 1 als Sektorausschnitt dargestellt, dessen Begrenzungslinien von einer Kameralinse 18 der Fahrzeugkamera 12 ausgehen. Das Kamerasichtfeld 14 kann auch als Sichtkegel bezeichnet werden. Das Trägerelement 20 kann beispielsweise mittels einer Klebeverbindung auf der Windschutzscheibe 16 befestigt sein. Die Fahrzeugkamera 12 ist mittels einer drehbaren Lagerung 22 mechanisch mit dem Trägerelement 20 gekoppelt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die drehbare Lagerung 22 auf zwei Seiten des Gehäuses der Fahrzeugkamera 12 angeordnet, so dass die Fahrzeugkamera 12 um eine Kippachse gekippt werden kann, welche durch den Rotationsmittelpunkt der dargestellten drehbaren Lagerung 22 verläuft, das heißt die Kippachse verläuft senkrecht zu der Zeichenebene der 1. Somit kann eine Verschwenkung der Fahrzeugkamera 12 in der bevorzugten Ausführungsform mit einer doppelten drehbaren Lagerung 22 lediglich um die Kippachse (also innerhalb der Zeichenebene der 1) erfolgen. Mittels einer Niveauregulierung 24 ist die Fahrzeugkamera 12 an einem dritten Punkt mit dem Trägerelement 20 mechanisch gekoppelt und somit eine definierte Lage der Fahrzeugkamera 12 in Bezug auf die Windschutzscheibe 16 gegeben. Die Windschutzscheibe 16 ihrerseits steht in einer vorgegebenen Ausrichtung zu einer Karosserie und einem Fahrwerk des Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug wiederum über sein Fahrwerk in einem definierten Bezug zu einer Fahrbahnoberfläche als Bezugsebene 26 steht. Die Fahrbahnoberfläche dient somit als Bezugsebene 26 für die Ausrichtung des Kamerasichtfelds 14 der Fahrzeugkamera 12.
-
Ein Ansteuerungsprinzip der Vorrichtung 10 ist in 2 skizziert. Ein Verstellmechanismus 28, welcher die Niveauregulierung 24 umfassen kann, stellt eine Ist-Lage-Position 32 an eine Steuereinheit 30 bereit. Bei der Steuereinheit 30 kann es sich beispielsweise um eine Kamera, insbesondere um die Fahrzeugkamera 12 handeln. Die Steuereinheit 30 kann hierbei verschiedene Funktionsmodule aufweisen, beispielsweise eine End-of-Line-Kalibrierung, eine Online-Kalibrierung und/oder verschiedene Betriebsmodi, beispielsweise einen City-Mode oder einen Autobahn-Mode. In Abhängigkeit der Ist-Lage-Position 32 kann die Steuereinheit 30 eine Soll-Lage-Position 34 an den Verstellmechanismus 28 übertragen. Der Verstellmechanismus 28 sendet also der Steuereinheit 30 eine Lageposition der Fahrzeugkamera 12. In Abhängigkeit von funktionalen Eigenschaften und/oder Anforderungen sendet die Steuereinheit 30 dem Verstellmechanismus 28 die Soll-Lage-Position 34, woraufhin der Verstellmechanismus 28 die Lage der Fahrzeugkamera 12 einstellt. Somit kann auch ein geschlossener Regelkreis implementiert werden. Als Störgröße tritt bei der Ausrichtung des Kamerasichtfelds 14 die Ausrichtung des Fahrzeugchassis gegenüber der Bezugsebene 26 in Erscheinung.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, zumindest ein weiteres Fahrzeugsignal 36 an die Steuereinheit 30 bereitzustellen. Bei dem Fahrzeugsignal 36 kann es sich beispielsweise um eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs handeln. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeugsignal 36 Daten aus Fahrwerkssensoren des Fahrzeugs bereitstellt, aus welchen eine Ausrichtung des Fahrzeugchassis zu der Bezugsebene 26 ermittelt werden kann. Ebenso kann auch vorgesehen sein, dass über das Fahrzeugsignal 36 Positionsdaten über den Standort des Fahrzeugs, beispielsweise GPS-Koordinaten oder Kartendaten, bereitgestellt werden. Dadurch kann eine Ausrichtung des Kamerasichtfelds 14 der Fahrzeugkamera 12 in Abhängigkeit einer Verkehrsumgebung gesteuert werden.
-
Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. So können natürlich mechanische Merkmale, insbesondere die Art der Aufhängung der Fahrzeugkamera 12 beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
-
Somit wurde voranstehend ein Konzept für einen Kameraverstellmechanismus gezeigt, welcher eine adaptive Ausrichtung des Kamerasichtfelds erlaubt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Vorrichtung
- 12
- Fahrzeugkamera
- 14
- Kamerasichtfeld
- 16
- Windschutzscheibe
- 18
- Kameralinse
- 20
- Trägerelement
- 22
- drehbare Lagerung
- 24
- Niveauregulierung
- 26
- Bezugsebene
- 28
- Verstellmechanismus
- 30
- Steuereinheit
- 32
- Ist-Lage-Position
- 34
- Soll-Lage-Position
- 36
- Fahrzeugsignal
-
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
-
