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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer bandbegrenzenden Fehlfunktion einer Kamera eines Kraftfahrzeugs. Es wird ein Bild von einem kraftfahrzeugexternen Messobjekt mittels der am Kraftfahrzeug angeordneten Kamera aufgenommen. Die Erfindung betrifft auch ein Kamerasystem für ein Kraftfahrzeug, wie auch ein Kraftfahrzeug mit einem Kamerasystem.
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Verfahren zum Erkennen einer bandbegrenzenden Fehlfunktion einer Kamera sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Funktion ist bandbegrenzt, wenn sie keine Frequenzanteile oberhalb einer bestimmten Frequenz enthält. So kann eine Auflösung eines Bilds durch die bandbegrenzende Fehlfunktion beschränkt sein. Die Kamera kann beispielsweise unter Laborbedingungen dahingehend untersucht werden, welche Auflösung durch die Kamera erreichbar ist, und ob diese beispielsweise aufgrund der bandbegrenzenden Fehlfunktion von einem Erwartungswert abweicht. Für das Bestimmen der Auflösung der Kamera kann unter Laborbedingungen beispielsweise ein Siemensstern verwendet werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, ein Kamerasystem sowie ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, mit welchem beziehungsweise bei welchem eine bandbegrenzende Fehlfunktion einer Kamera aufwandsärmer und dennoch präzise bestimmt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch ein Kamerasystem sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine bandbegrenzende Fehlfunktion einer Kamera eines Kraftfahrzeugs erkannt. Es wird während des Betriebs des Kraftfahrzeugs ein Bild von einem kraftfahrzeugexternen Messobjekt mittels der am Kraftfahrzeug angeordneten Kamera aufgenommen. In dem Bild wird eine Punktspreizfunktion anhand einer Helligkeitsverteilung entlang eines Profils durch einen Bildpunkt des in dem Bild abgebildeten Messobjekts bestimmt. Der Bildpunkt weist eine Helligkeit auf, welche einen Helligkeitsgrenzwert überschreitet. Anhand der bestimmten Punktspreizfunktion wird ein Eigenschaftswert einer Eigenschaft der Kamera bestimmt. Die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera wird erkannt, falls der Eigenschaftswert der Kamera kleiner als ein Eigenschaftsgrenzwert ist.
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Durch das Aufnehmen des Messobjekts und dem Bestimmen der Punktspreizfunktion von dem in dem Bild abgebildeten Messobjekt kann die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera mit wenig Aufwand und dennoch präzise bestimmt werden. So wird die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera während des Betriebs des Kraftfahrzeugs und insbesondere nicht unter Laborbedingungen bestimmt.
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Bei bekannten Verfahren zum Erkennen einer bandbegrenzenden Fehlfunktion wird die Kamera unter Laborbedingungen, also nicht während des Betriebs des Kraftfahrzeugs, überprüft. Vorliegend ist die Kamera bereits am Kraftfahrzeug angeordnet und das Kraftfahrzeug wird gemäß der üblicherweise vorgesehenen Verwendung betrieben.
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Während des Betriebs des Kraftfahrzeugs bedeutet insbesondere, dass das Kraftfahrzeug bereits fertig hergestellt ist, an den Nutzer ausgeliefert ist und gemäß seiner üblichen Verwendung gebraucht wird. Während des Betriebs des Kraftfahrzeugs bedeutet nicht, dass eine Hauptantriebseinheit des Kraftfahrzeugs aktiv sein muss oder das Kraftfahrzeug zwangsläufig während des Durchführens des erfindungsgemäßen Verfahrens bewegt werden muss.
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Das kraftfahrzeugexterne Messobjekt kann dabei in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein oder aber an dem Kraftfahrzeug selbst angeordnet sein. So kann das kraftfahrzeugexterne Messobjekt beispielsweise auch als ein Kraftfahrzeugteil des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Ergänzend oder alternativ kann das Messobjekt auch auf das Kraftfahrzeugbauteil aufgedruckt sein.
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Durch die Erkennung der bandbegrenzenden Fehlfunktion der Kamera kann dann also während des Betriebs des Kraftfahrzeugs festgestellt werden, dass die Kamera aktuell Bilder mit einer niedrigeren Auflösung bereitstellt, als dies während eines früheren Betriebs des Kraftfahrzeugs oder bei Auslieferung des Kraftfahrzeugs an den Nutzer der Fall war. So kann die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera beispielsweise durch Einflussfaktoren wie Beugungserscheinungen an Blenden der Kamera und/oder Abbildungsfehlern der Kamera und/oder Einflüssen eines Bildsensors der Kamera und/oder Einflüssen einer Apertur der Kamera vorliegen.
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Zum Erkennen der bandbegrenzenden Fehlfunktion der Kamera wird nun das Bild mit dem kraftfahrzeugexternen Messobjekt aufgenommen. Von dem in dem Bild abgebildeten Messobjekt wird die Punktspreizfunktion bestimmt. Die Punktspreizfunktion (PSF – Point Spread Function) beschreibt in der Optik und der Bildverarbeitung die Wirkung von bandbegrenzenden Einflussfaktoren. Die Punkspreizfunktion gibt an, wie ein idealisiertes, punktförmiges Objekt durch ein System, vorliegend der Kamera, abgebildet würde. Die Form der Punktspreizfunktion kann beispielsweise unabhängig vom ursprünglichen Ort des idealen, punktförmigen Objekts vorliegen. In diesem Fall kann eine Gesamtantwort des Systems als Produkt der Punktspreizfunktionen beziehungsweise Punktantworten des in seine Punkte zerlegten Objekts berechnet werden. Die Punktspreizfunktion wird vorzugsweise anhand der Helligkeitsverteilung entlang des Profils durch den hellsten Bildpunktpunkt des in dem Bild abgebildeten Messobjekts bestimmt. Das Profil wird insbesondere durch sich auf einer, vorzugsweise geraden, Linie durch das abgebildete Messobjekt in der Bildebene befindlichen Helligkeitswerte beziehungsweise Intensitätswerte bestimmt. Mit anderen Worten kann durch die Punktspreizfunktion bestimmt werden, wie genau ein Hell-Dunkel-Unterschied durch die Kamera abgebildet werden kann. Das bedeutet, wie viele Bildpunkte eines Bildsensors der Kamera werden benötigt, um den sprunghaften Hell-Dunkel-Unterschied abzubilden. So wäre der Hell- Dunkel-Unterschied des Messobjekts ideal abgebildet, indem eine Flanke der Punktspreizfunktion einen unendlich steilen Sprung ausführen würde oder die Punktspreizfunktion als Dirac-Delta-Funktion vorliegen würde. Dies ist jedoch üblicherweise nicht der Fall.
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Das Bestimmen der Punktspreizfunktion kann beispielsweise auch dadurch erfolgen, dass anhand des abgebildeten Messobjekts eine Kantenspreizfunktion (ESF – Edge Spread Function) bestimmt wird und anhand der Kantenspreizfunktion, insbesondere durch die erste Ableitung der Kantenspreizfunktion, eine Linienspreizfunktion (LSF – Line Spread Function) bestimmt wird. Die Linienspreizfunktion entspricht der Faltung aus dem Eingangssignal eines Linienbilds des Bilds mit der Punktspreizfunktion. Deshalb wird die Antwort der Linse der Kamera auf einen Lichtpunkt aus dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs als Punktspreizfunktion bezeichnet.
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Der Eigenschaftsgrenzwert der Eigenschaft der Kamera kann also beispielsweise durch eine Steigung der Punktspreizfunktion charakterisiert sein. Der Eigenschaftswert der Eigenschaft der Kamera kann aber auch durch eine Breite der Punktspreizfunktion bezüglich deren Abszisse, welche beispielsweise die Einheit Bildpunkte beziehungsweise Bildsensorelemente aufweist, charakterisiert sein.
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Insbesondere wird die Helligkeitsverteilung entlang eines Profils durch den hellsten Bildpunkt des in dem Bild abgebildeten Messobjekts bestimmt. Der Helligkeitsgrenzwert ist also derart bestimmt, dass das Profil durch den hellsten Bildpunkt des Messobjekts gelegt wird. Dadurch kann die Stelle des Messobjekts mit dem größten Kontrast zwischen Hell und Dunkel zur Bestimmung der Punktspreizfunktion genutzt werden. Die auf diese Weise bestimmte Punktspreizfunktion ist besonders aussagekräftig.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass als die Eigenschaft der Kamera eine erreichbare Auflösung der Kamera bestimmt wird, und die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera erkannt wird, falls die einen Eigenschaftswert darstellende erreichbare Auflösung der Kamera kleiner als ein den Eigenschaftswert charakterisierender Auflösungsgrenzwert ist. Durch die erreichbare Auflösung wird die effektive Auflösung eines mit der Kamera aufgenommenen Bilds beschrieben. So drückt die erreichbare Auflösung der Kamera aus, wie detailliert der durch die Kamera erfasste Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs abgetastet werden kann. In diesem Zusammenhang wird die erreichbare Auflösung auch als Bodenpixelauflösung (GSD – Ground Sampling Distance) beschrieben. Dadurch, dass die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera erkannt wird, falls die erreichbare Auflösung kleiner als der Auflösungsgrenzwert ist, kann erkannt werden, dass die Kamera nun Objekte nur noch ab einer bestimmten Größe detailliert abbilden kann. Es kann dann beispielsweise eine Benachrichtigung an den Nutzer des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden, um auf das Vorliegen der bandbegrenzenden Fehlfunktion hinzuweisen. Das Kraftfahrzeug kann dadurch sicherer betrieben werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die erreichbare Auflösung der Kamera abhängig von einer Breite der Helligkeitsverteilung auf halber Höhe zwischen Intensitätsmaximum der Helligkeitsverteilung und Intensitätsminimum der Helligkeitsverteilung bestimmt wird. Die Helligkeitsverteilung wird vorzugsweise entlang des Profils in dem Bild bestimmt. Die halbe Höhe zwischen Intensitätsmaximum und Intensitätsminimum (FWHM – Full Width Half Maximum) führt dazu, dass die Punktspreizfunktion effektiver bestimmt werden kann. Alternativ kann die Breite der Punktspreizfunktion aber auch an anderen Höhen zwischen dem Intensitätsmaximum und dem Intensitätsminimum bestimmt werden.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Messobjekt als Testmuster und/oder als, insbesondere punktförmig ausgestrahltes, Licht einer leuchtenden Lichtquelle bereitgestellt wird. Das Testmuster kann dabei derart ausgebildet sein, dass sich die Punktspreizfunktion davon bestimmen lässt. So weist das Testmuster vorzugsweise einen starken Kontrast auf, beispielsweise zumindest einen schwarzen und zumindest einen weißen Streifen. Auch durch die leuchtende Lichtquelle kann das Messobjekt bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist die Lichtquelle weiter als eine vorbestimmte Entfernung von dem Kraftfahrzeug entfernt. Die leuchtende Lichtquelle wird als das Messobjekt vorzugsweise bei Nacht genutzt. Es ergibt sich dann der erwünschte hohe Kontrast zwischen der Lichtquelle und dem Hintergrund der Lichtquelle. Insbesondere durch die punktförmige Lichtquelle kann die Punktspreizfunktion mit wenig Aufwand bestimmt werden. So wird das punktförmig ausgestrahlte Licht der leuchtenden Lichtquelle beispielsweise als heller Punkt in dem Bild abgebildet und anhand des hellen Punkts kann dann die Punktspreizfunktion bestimmt werden. Hierbei wird das von der Kamera aus betrachtete punktförmig wahrnehmbare Licht der Lichtquelle insbesondere als Ganzes genutzt, um die Punktspreizfunktion zu erzeugen. Insbesondere stellen mehrere Intensitätswerte des hellen Punkts im Bild das Maximum der Punktspreizfunktion dar. Das Profil erstreckt sich dadurch zweidimensional in der Bildebene des Bilds über den gesamten hellen Punkt in dem Bild, d.h. über alle Intensitätswerte des hellen Punkts.
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Weiterhin vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Testmuster in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird und/oder an einem Kraftfahrzeugteil des Kraftfahrzeugs angeordnet wird. So kann das Testmuster beispielsweise an einer Stelle angebracht werden, welche von der Kamera erfasst wird während das Kraftfahrzeug bei Dunkelheit oder während Tageslicht geparkt wird. Das Testmuster kann also beispielsweise an einer Wand einer Garage des Kraftfahrzeugs, welche von der Kamera erfasst wird, angeordnet werden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren regelmäßig, beispielsweise täglich, durchgeführt werden, um die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera frühzeitig zu erkennen. Das Testmuster kann aber auch an dem Kraftfahrzeugteil des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. So kann das Testmuster beispielsweise an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet sein oder in diese eingearbeitet sein. Das Testmuster kann aber auch auf das Kraftfahrzeugbauteil aufgedruckt sein. Dadurch kann dann das erfindungsgemäße Verfahren zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Betriebs des Kraftfahrzeugs ausgeführt werden. Das Testmuster wird vorzugsweise als statisches Objekt bereitgestellt, welches sich insbesondere relativ zu dem Kraftfahrzeug, nicht bewegt. Das Testmuster kann entweder als bekanntes Kalibrierziel vorliegen oder aber als unbekanntes Kalibrierziel, welches für den jeweiligen Messvorgang spontan bestimmt wird.
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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Licht der Lichtquelle durch eine Beleuchtungseinheit eines weiteren Kraftfahrzeugs in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erzeugt wird und/oder durch eine Straßenbeleuchtung in dem Umgebungsbereich erzeugt wird. Vorzugsweise ist die Lichtquelle weiter als eine vorbestimmte Entfernung von dem Kraftfahrzeug entfernt. Weiterhin vorzugsweise wird die Beleuchtungseinheit des weiteren Kraftfahrzeugs und/oder die Straßenbeleuchtung bei niedrigen Lichtverhältnissen, insbesondere bei Nacht, durch die Kamera erfasst. Dadurch ergibt sich ein hoher Kontrast zwischen der in dem Bild abgebildeten Lichtquelle und dem als Hintergrund dienenden Umgebungsbereich. Die Punktspreizfunktion kann dadurch genauer bestimmt werden. Sowohl die Beleuchtungseinheit als auch die Straßenbeleuchtung werden dabei vorzugsweise als punktförmige Lichtquelle in dem Bild abgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine Positionsänderung des Kraftfahrzeugs und/oder eine Positionsänderung des Messobjekts bestimmt wird, und das Bild von dem Messobjekt nur aufgenommen wird, falls die Positionsänderung des Kraftfahrzeugs und/oder die Positionsänderung des Messobjekts kleiner als ein Positionsgrenzwert ist. Die Positionsänderung des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise anhand einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder eines Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Weiterhin kann die Positionsänderung des Messobjekts und/oder die Positionsänderung des Kraftfahrzeugs abhängig von einer Bildfolge bestimmt werden. So können in der Bildfolge beispielsweise aufeinanderfolgende Einzelbilder verglichen werden. So kann beispielsweise ein Unterschied zwischen den aufeinanderfolgenden Einzelbildern der Bildfolge bestimmt werden und dadurch auf die Positionsänderung des Kraftfahrzeugs und/oder die Positionsänderung des Messobjekts rückgefolgert werden. Zur Untersuchung der Bildfolge hinsichtlich der Positionsänderung des Kraftfahrzeugs und/oder der Positionsänderung des Messobjekts kann beispielsweise auch ein Verfahren nach dem optischen Fluss genutzt werden. Vorzugsweise wird das Bild für das Bestimmen der Punktspreizfunktion dann aufgenommen, wenn das Kraftfahrzeug unterhalb eines Geschwindigkeitsgrenzwerts bewegt wird und/oder wenn das Messobjekt weiter als ein Entfernungsgrenzwert entfernt ist. Der Entfernungsgrenzwert ist beispielsweise dann erreicht, wenn ein Mittelpunkt des Messobjekts über eine bestimmte Anzahl von Einzelbildern der Bildfolge örtlich unverändert vorliegt. Vorteilhaft ist das, da die Punktspreizfunktion dadurch genau und zuverlässig bestimmt wird, wodurch wiederum die bandbegrenzende Fehlfunktion genau und zuverlässig erkannt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das in dem Bild abgebildete Messobjekt automatisch mittels eines Verfahrens des maschinellen Sehens in dem Bild bestimmt wird. So kann beispielsweise ein Objekterkennungsverfahren genutzt werden, um ein im Voraus bekanntes Messobjekt oder ein im Voraus unbekanntes Messobjekt automatisch in dem Bild zu bestimmen. Durch das Verfahren des maschinellen Sehens wird das Messobjekt also in dem Bild automatisch gefunden. Es können mit dem Verfahren des maschinellen Sehens auch mehrere Messobjekte in dem Bild bestimmt werden. So gibt es bereits Frontscheinwerferdetektionsverfahren, Straßenbeleuchtungsdetektionsverfahren oder ähnliche Algorithmen, welche für den Zweck des automatischen Bestimmens des Messobjekts in dem Bild angepasst werden können. Durch das automatische Bestimmen des Messobjekts in dem Bild kann das Erkennen der bandbegrenzenden Fehlfunktion aufwandsärmer und schneller durchgeführt werden.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass anhand des bestimmten Eigenschaftswerts ein Bildverbesserungsfilter für die Kamera erzeugt wird, und zumindest ein dem Bild nachfolgendes weiteres Bild mit dem Bildverbesserungsfilter angepasst wird. So kann aufgrund des bestimmten Eigenschaftswerts das Bildverbesserungsfilter entworfen werden. Vereinfacht ausgedrückt wird mit dem Bildverbesserungsfilter also ein durch die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera hervorgerufener Fehler reduziert, insbesondere kompensiert. Das Bildverbesserungsfilter wird dann auf zumindest das dem Bild nachfolgende weitere Bild angewendet und führt dazu, dass das weitere Bild hinsichtlich der Auswirkungen der bandbegrenzenden Fehlfunktion zumindest teilweise korrigiert wird. Die Anwendung des Bildverbesserungsfilters geschieht vorzugsweise softwareseitig. Das Bildverbesserungsfilter ist also insbesondere Teil eines Bildverbesserungsprogramms, mit welchem das weitere Bild beispielsweise nachbearbeitet wird. Vorteilhaft ist also, dass durch das Bildverbesserungsfilter wieder eine höhere Qualität für Aufnahmen mit der Kamera erreicht werden kann. Weiterhin kann durch die Anwendung des Bildverbesserungsfilters mittels eines Programms, zeitnah nach Erkennen der bandbegrenzenden Fehlfunktion reagiert werden, da lediglich ein das weitere Bild nachbearbeitender Schritt bei der Bereitstellung des weiteren Bild berücksichtigt werden muss.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass anhand des bestimmten Eigenschaftswerts ein Bildverbesserungsfilter für die Kamera aus einer Bildverarbeitungsfiltersammlung ausgewählt wird, und zumindest ein dem Bild nachfolgendes weiteres Bild mit dem Bildverbesserungsfilter angepasst wird. So kann beispielsweise in dem Kraftfahrzeug und/oder auf einem mit dem Kraftfahrzeug, beispielsweise drahtlos, verbundenen, entfernt von dem Kraftfahrzeug angeordneten Server eine Datenbank als die Bildverarbeitungsfiltersammlung vorgehalten werden. Wird das erfindungsgemäße Verfahren nun durchgeführt und die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera wird erkannt, so kann anhand des durch die Punktspreizfunktion bereitgestellten Eigenschaftswerts ein für die jeweilige Situation passendes Bildverbesserungsfilter aus der Bildverarbeitungsfiltersammlung gewählt werden, um dieses ausgewählte Bildverbesserungsfilter dann auf das weitere Bild anzuwenden. Dadurch kann beispielsweise der Schritt des Filterdesigns auf eine einmalige Anwendung reduziert werden. So muss das Filterdesign lediglich einmal durchgeführt werden, bis die notwendigen Bildverbesserungsfilter in der Bildverarbeitungsfiltersammlung angelegt sind. Die Bildverarbeitungsfiltersammlung kann dann beispielsweise auch für mehrere Kraftfahrzeuge bereitgestellt werden. Vorteilhaft ist das schnelle zur Verfügung stehen des Bildverarbeitungsfilters und ein geringer Aufwand beim Erzeugen des Bildverarbeitungsfilters.
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In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Bildverbesserungsfilter abhängig von einer Fourier-Transformation bestimmt wird. Die Fourier-Transformation eignet sich, um das Bildverbesserungsfilter effektiv zu bestimmen. Dadurch kann das Bildverbesserungsfilter beispielsweise innerhalb kürzester Zeit, spontan nach dem Erkennen der bandbegrenzenden Fehlfunktion der Kamera erzeugt und bereitgestellt werden. Das Bildverbesserungsfilter wird dadurch dann insbesondere im Frequenzraum bestimmt, wodurch dann das das Bildverbesserungsfilter erzeugende Filterdesign einfacher und effektiver ausgeführt werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kamerasystem für ein Kraftfahrzeug. Das Kamerasystem umfasst eine Kamera, welche ein Objekt und einen Bildsensor aufweist, und eine Auswerteeinheit. Das Kamerasystem ist dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Das Kamerasystem kann auch mehrere Kameras umfassen. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise in die Kamera integriert sein oder aber separat zu der Kamera ausgebildet sein.
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Die Kamera weist insbesondere ein Kraftfahrzeugbefestigungselement zur Befestigung an dem Kraftfahrzeug auf.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kamerasystem.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kamerasystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. 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. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem Kamerasystem mit einer Kamera; und
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2 eine schematische Darstellung eines Messobjekts und einer abhängig davon erzeugten Punktspreizfunktion, welche anhand einer Helligkeitsverteilung des in einem mit der Kamera aufgenommenen Bild abgebildeten Messobjekts bestimmt ist.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Kamerasystem 2 dargestellt. Das Kamerasystem 2 umfasst in dem Ausführungsbeispiel eine Kamera 3 und eine Auswerteeinheit 4. Die Auswerteeinheit 4 kann beispielsweise in die Kamera 3 integriert sein oder aber separat zu der Kamera 3 ausgebildet sein.
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Die Kamera ist gemäß dem Ausführungsbeispiel an einer Front 5 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Anordnung der Kamera 3 ist jedoch vielfältig möglich, vorzugsweise allerdings so, dass ein Umgebungsbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 zumindest teilweise erfasst werden kann. Es können auch mehrere Kameras 3 an dem Kraftfahrzeug 1 angeordnet sein.
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Die Kamera 3 umfasst ein Objektiv 7 und einen Bildsensor 8. Der Bildsensor 8 kann beispielsweise als CMOS (Complementary metal-oxide semiconductor) Sensor oder aber als CCD(Charge-coupled Device)Sensor oder als eine beliebige Bilderfassungseinrichtung ausgebildet sein. Die Kamera 3 stellt eine Bildsequenz von Bildern des Umgebungsbereichs 6 bereit. Die Bildsequenz der Bilder wird dann beispielsweise in Echtzeit durch die Auswerteeinheit 4 verarbeitet.
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2 zeigt ein Messobjekt 9. Das Messobjekt 9 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel in dem Umgebungsbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. In einer nicht weiter dargestellten Ausführungsform kann das Messobjekt 9 jedoch auch an einem Kraftfahrzeugbauteil des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Vorliegend ist das Messobjekt 9 als von der Kamera 3 aus betrachtet punktförmig wahrnehmbares Licht 10 einer leuchtenden Lichtquelle bereitgestellt. Von der Lichtquelle wird das Licht 10 beispielsweise als vollständige Kugelwelle abgestrahlt. Das Licht 10 der Lichtquelle fällt auf eine Linse 11 des Objektivs 7 der Kamera 3. Von der Linse 11 aus trifft das Licht 10 auf den Bildsensor 8 der Kamera 3. Dadurch wird das Messobjekt 9 beim Aufnehmen eines Bilds 12 mittels der am Kraftfahrzeug 1 angeordneten Kamera 3 als in dem Bild 12 abgebildetes Messobjekt 13 bereitgestellt. Anhand des abgebildeten Messobjekts 13 wird eine Punktspreizfunktion 14 bestimmt.
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Die Punktspreizfunktion 14 beschreibt in der Optik und der Bildverarbeitung die Auswirkung von bandbegrenzenden Einflussfaktoren. Die Einflussfaktoren können beispielsweise Beugungserscheinungen an Blenden der Kamera 3 und/oder Abbildungsfehler der Kamera 3 und/oder eine fehlerhafte Sensorfläche des Bildsensors 8 und/oder eine fehlerhafte Apertur der Kamera 3 sein. Die Punktspreizfunktion 14 gibt an, wie ein idealisiertes, punktförmiges Objekt, vorliegend das Messobjekt 9, durch ein System, vorliegend die Kamera 3 abgebildet wird. Die Punktspreizfunktion 14 kann dann also in dem Bild 12 anhand des abgebildeten Messobjekts 13 bestimmt werden.
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Das abgebildete Messobjekt 13 kann beispielsweise als Testmuster und/oder als leuchtende Lichtquelle bereitgestellt werden. So kann die Lichtquelle durch eine Beleuchtungseinheit eines weiteren Kraftfahrzeugs in dem Umgebungsbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 erzeugt werden oder die Lichtquelle kann durch eine Straßenbeleuchtung in dem Umgebungsbereich 6 erzeugt werden.
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Anhand der Punktspreizfunktion 14 kann ein Eigenschaftswert einer Eigenschaft der Kamera 3 bestimmt werden. Die Eigenschaft der Kamera 3 ist insbesondere durch eine erreichbare Auflösung der Kamera charakterisiert. Die erreichbare Auflösung gibt Auskunft darüber, wie genau Details des Umgebungsbereichs 6 mit der Kamera 3 erfasst werden können. Die erreichbare Auflösung kann beispielsweise mit einer Einheit von Linienpaare pro Millimeter für eine bestimmte Distanz angegeben werden. Durch die erreichbare Auflösung wird also beschrieben, mit welcher effektiven Auflösung die Kamera 3 den Umgebungsbereich 6 erfassen kann. Mit anderen Worten, wie detailliert der Umgebungsbereich 6 durch die Kamera 3 beim Erfassen abgetastet werden kann.
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Die erreichbare Auflösung der Kamera 3 wird dann abhängig von einer Breite 15 einer Helligkeitsverteilung 16 entlang eines Profils durch den hellsten Bildpunktpunkt des in dem Bild 12 abgebildeten Messobjekts 13 bestimmt. Insbesondere wird die erreichbare Auflösung der Kamera 3 abhängig von der Breite 15 der Helligkeitsverteilung 16 auf halber Höhe zwischen einem Intensitätsmaximum 17 der Helligkeitsverteilung 16 und einem Intensitätsminimum 18 der Helligkeitsverteilung 16 bestimmt. Es wird davon ausgegangen, dass je kleiner die Breite 15 ist, desto höher ist die erreichbare Auflösung der Kamera 3. Die Breite 15 kann dabei also als Eigenschaftswert vorgesehen sein und mit dem Auflösungsgrenzwert verglichen werden. Der Auflösungsgrenzwert ist dann beispielsweise eine Referenzbreite einer Referenzpunktspreizfunktion. Ist die Breite 15 größer als die Referenzbreite der Referenzpunktspreizfunktion, so wird die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera 3 erkannt. Demnach können Aufnahmen mit der Kamera 3 also nicht mehr mit der unterhalb des Auflösungsgrenzwerts liegenden Auflösung bereitgestellt werden.
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Das Verfahren läuft also insbesondere wie folgt ab. Es wird während des Betriebs des Kraftfahrzeugs, also insbesondere nicht unter Laborbedingungen, das Bild 12 von dem Messobjekt 9 mittels der Kamera 3 aufgenommen. Es wird das Profil durch den hellsten Bildpunktpunkt des in dem Bild 12 abgebildeten Messobjekts 13 gelegt. Weiterhin wird die Helligkeitsverteilung 16 entlang des Profils bestimmt. Anschließend wird die Breite 15 der Helligkeitsverteilung 16 auf halber Höhe zwischen dem Intensitätsmaximum 17 und dem Intensitätsminimum 18 bestimmt. Durch die bestimmte Breite 15 kann die aktuell erreichbare Auflösung der Kamera 3 bestimmt werden. Liegt die erreichbare Auflösung unterhalb des Auflösungsgrenzwerts, so wird die bandbegrenzende Fehlfunktion der Kamera erkannt. Durch das Erkennen der bandbegrenzenden Fehlfunktion wird auch erkannt, dass die Kamera 3 den Umgebungsbereich 6 mit einer niedrigeren Auflösung als vorgesehen erfasst. Als Folge kann beispielsweise ein Hinweis durch das Kraftfahrzeug 1 ausgegeben werden oder aber ergänzend oder alternativ wird das Bildverbesserungsfilter erzeugt oder aus einer Bildverarbeitungsfiltersammlung ausgewählt. Mittels des Bildverarbeitungsfilters werden dann weitere mit der Kamera aufgenommene Bilder angepasst. Durch das Anpassen der weiteren Bilder mit dem Bildverarbeitungsfilter werden die weiteren Bilder hinsichtlich der erkannten bandbegrenzenden Fehlfunktion korrigiert, so dass die Auswirkung der bandbegrenzenden Fehlfunktion in den weiteren Bildern unterdrückt wird. So kann das Bild 12 und/oder die weiteren Bilder durch das Bildverarbeitungsfilter korrigiert beziehungsweise mit einem höheren Schärfegrad versehen werden. Durch das Bildverarbeitungsfilter kann also eine Bildschärfe des Bilds 12 und/oder des weiteren Bilds nach der Aufnahme erhöht werden.
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Durch das Bestimmen der Punktspreizfunktion kann also eine Auflösungsgrenze der Kamera 3 bestimmt werden. Diese Auflösungsgrenze wird dann durch Beugungsringe, welche durch die aufgenommene punktförmige Lichtquelle bereitgestellt werden, beschrieben. Der Auflösungsgrenzwert kann dann beispielsweise durch die Auflösungsgrenze der Kamera 3 charakterisiert sein, also jene Grenze, an der nicht mehr zwischen unterschiedlichen von dem Umgebungsbereich bereitgestellten Details unterschieden werden kann.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Punktspreizfunktion nur dann bestimmt, falls eine Positionsänderung des Kraftfahrzeugs kleiner als ein Positionsänderungsgrenzwert ist. Dies kann wie folgt beschrieben werden: Falls die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 kleiner als ein erster Positionsänderungsgrenzwert und ein Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs 1 kleiner als ein zweiter Positionsänderungsgrenzwert ist, wird das Bestimmen der Punktspreizfunktion 14 durchgeführt.
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Ähnlich kann die Positionsänderung des Kraftfahrzeugs 1 und/oder die Positionsänderung des Messobjekts 9 durch Vergleichen von Einzelbildern einer mit der Kamera 3 aufgenommenen Bildfolge durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise wie folgt beschrieben werden: Falls ein Betrag eines Mittelpunkts des Messobjekts 9 in einem ersten Einzelbild der Bildfolge minus einem Mittelpunkt des Messobjekts 9 in einem zweiten Einzelbild der Bildfolge kleiner als ein dritter Positionsänderungsgrenzwert ist, wird das Bestimmen der Punktspreizfunktion 14 durchgeführt.
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Anhand der Punktspreizfunktion 14 wird wie bereits erwähnt ein Eigenschaftswert einer Eigenschaft der Kamera 3 bestimmt. Die Eigenschaft kann beispielsweise als Astigmatismus und/oder chromatische Aberration und/oder Unschärfe vorliegen.
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Nach der Anwendung des Bildverbesserungsfilters kann dann beispielsweise noch einmal die Punktspreizfunktion 14 von dem durch das Bildverbesserungsfilter angepassten Bild bestimmt werden. Dadurch kann überprüft werden, ob die Wirkung des Bildverbesserungsfilters wie gewünscht eingetreten ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Verfahren zum Erkennen der bandbegrenzenden Fehlfunktion jedes Mal automatisch ausgeführt, falls vorgegebene Bedingungen vorliegen. Die vorgegebenen Bedingungen können beispielsweise vorliegen, falls Dunkelheit im Umgebungsbereich 6 vorherrscht, also beispielsweise eine Helligkeit in dem Umgebungsbereich 6 unterhalb eines Helligkeitsgrenzwerts ist. Die Helligkeit in dem Umgebungsbereich 6 kann beispielsweise mit Helligkeitssensoren des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt werden. Als Helligkeitssensor kann beispielsweise ein Sensor von einem automatischen Lichtsensor und/oder einem Innenraumlicht-Dimmsensor und/oder einem Spiegellicht-Dimmsensor genutzt werden. Ergänzend oder alternativ kann eine Belichtungszeit und/oder eine Sensorverstärkung der Kamera 3 genutzt werden. Weiterhin ergänzend oder alternativ kann beispielsweise der prozentuale Anteil von im Wesentlichen schwarzen Bildpunkte in dem Bild 12 genutzt werden, um zu überprüfen, ob die Bedingungen zum Bestimmen der Punktspreizfunktion 14 vorliegen.
