DE102015203704A1

DE102015203704A1 - Testaufbau für Fischaugenkameras zur Driftanalyse einer MTF und/oder Farbwiedergabe in Abhängigkeit der Temperatur

Info

Publication number: DE102015203704A1
Application number: DE102015203704.5A
Authority: DE
Inventors: Sedat Beluri; Alexander Kern; Tim Kreiser; Scott Kaighin
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-03-03
Also published as: DE102015203704B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Testaufbau (1) und ein Verfahren zum Testen von Kameras bezüglich deren Verhalten in Abhängigkeit der Temperatur, insbesondere Kameras für Automobilanwendungen mit Fischaugenoptik, und insbesondere bezüglich Schärfe und Schärfeabweichung in Abhängigkeit der Temperatur und/oder Farbwiedergabe und Farbdrift in Abhängigkeit der Temperatur.

Description

Die Erfindung betrifft einen Testaufbau und ein Verfahren zum Testen von Kameras bezüglich deren Verhalten in Abhängigkeit der Temperatur, insbesondere Kameras für Automobilanwendungen mit Fischaugenoptik, und insbesondere bezüglich Schärfe und Schärfeabweichung in Abhängigkeit der Temperatur und/oder Farbwiedergabe und Farbdrift in Abhängigkeit der Temperatur.
Fischaugenkameras werden immer bedeutender in modernen Kraftfahrzeugen. Aufgrund Ihres weiten Sichtfeldes können diese Kameras in verschiedenen Szenarios, z. B. bei Rück-, Front-, Seiten- und Rundumsichtsystemen (mindestens 4 Kameras insgesamt) eingesetzt werden, wobei verschiedene Funktionen wie zum Beispiel Spiegelersatz, Totwinkelerfassung oder Objekterkennung ermöglicht werden.
Aufgrund der Automobilanforderungen, volle Funktionalität an jedem Ort dieses Planeten zu garantieren, muss die Qualität der aufgenommenen Bilder – insbesondere die Farbwiedergabe und Schärfe – über einen breiten Temperaturbereich, vorzugsweise von –40°C bis +85°C sichergestellt werden. Daher müssen Tests zur Bildqualität unter Verwendung eines optischen Aufbaus durchgeführt werden, der den benötigten Temperaturbereich dieser Umgebungstests aushalten kann.
Die Schärfe des aufgenommenen Bildes wird typischerweise durch die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) des optischen Abbildungssystems definiert. Dabei wird das Bild von spezifischen Zielen („geneigte Kante”), die über ein definiertes Sichtfeld der Kamera verteilt sind, in einer kontinuierlichen und kontrollierten Umgebung mit einer gleichmäßigen Ausleuchtung aufgenommen. Die Auswertung der aufgenommenen Bilder kann automatisch erfolgen, z. B. durch eine handelsübliche Software.
Die Wiedergabe von Farben in der Objektszene wird typischerweise mittels kalibrierter Farbziele („Farbtester”) in einer stetigen und kontrollierten Umgebung mit einer gleichmäßigen Ausleuchtung gemessen, wobei vorzugsweise eine Lichtquelle mit einem breiten und kontinuierlichen sichtbaren Spektralbereich verwendet wird. Die Auswertung der aufgenommenen Bilder kann automatisch erfolgen, z. B. durch eine handelsübliche Software.
Ein wesentliches Problem bei bekannten Testaufbauten ist, dass derzeit nur Messungen bei Raumtemperatur vor und nach den Temperaturtests möglich sind, jedoch nicht bei einer bestimmten – hohen oder niedrigen – Temperatur.
Das Aufwärmen der Kameras (Prüfling) außerhalb einer Temperaturkammer (nachfolgend auch „Klimakammer” genannt) würde folgendes Ergebnis haben:

• Ein Temperaturgefälle des Kamerasystems (verschiedene Temperaturen auf den Kamerateilen).
• Nicht-konstante Temperatur über die Testzeit.
• Unkontrolliertes Hochfahren der Temperatur wäre möglich (kontrollierte Temperaturänderung über die Zeit, z. B. 5 K/Min).

Das Kühlen der Kamera (Prüfling) würde eine Kondensation und Vereisung auf der Optik aufgrund der relativen Luftfeuchtigkeit außerhalb der Klimakammer verursachen -> keine optischen Tests möglich.
Bei einem alternativen bekannten Ansatz – um die Temperatur der Kamera während des Tests auf einem bestimmten Wert ändern und halten zu können – wird der Prüfling in einem Ofen angeordnet mit einer Blickrichtung durch ein Glasfenster des Ofens. Durch das dicke Glas des Ofens führt dies jedoch zu unerwünschten Einflüssen, insbesondere auf die Bildqualität. Weitere Nachteile dieses Ansatzes sind:

– keine vollständige Sichtfeldmessungen möglich
– das Glas hat optische Aberrationen die über die Temperatur variieren
– Kondensation und/oder Staub auf dem Glasfenster

Die Automobilindustrie verlangt vor allem Testumgebungen für die Messung von Schärfe und Farbwiedergabe in einem spezifischen Temperaturbereich, insbesondere von –40°C bis +85°C, und im kompletten Sichtfeld der Kameras. Aufgrund der Änderung des Spektrums und der Intensität der herkömmlichen Lichtquellen in diesen Temperaturbereichen muss die Lichtquelle bei einer konstanten Umgebungstemperatur bleiben, während die Testumgebung einschließlich des Prüflings dem definierten Temperaturbereich ausgesetzt wird. Weiterhin müssen spezifische Ziele eingesetzt werden, welche Farbbeständigkeit über den spezifizierten Temperaturbereich garantieren.
Ein Hauptziel der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Driftanalyse von MTF und/oder Farbwerten über das komplette Sichtfeld eines Kamerasystems vorzusehen, insbesondere einer Kamera mit Fischaugenoptik, und in einem bestimmten erforderlichen Temperaturbereich, wie z. B. von der Automobilindustrie gefordert, der typischerweise bei –40°C bis +85°C liegt. Hierbei sollte vorzugsweise der gesamte Messaufbau einschließlich des Prüflings in einer gesteuerten Klima- oder Temperaturkammer angeordnet werden (nachfolgend wird der Begriff „Klimakammer” sowohl für Klima- als auch Temperaturkammer verwendet).
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung, um einen konstanten Abstand zwischen dem Ziel und der Kameralinse über das komplette Sichtfeld der Kamera sicherzustellen, z. B. Kameras mit einer Fischaugenlinse mit einem Sichtfeld von typischerweise > 180°, weist der erfindungsgemäße Testaufbau (1) mindestens eine halbkugelförmige Fläche (2) auf. Die Ziele (8) und/oder Testmuster (9) werden auf der halbkugelförmigen Fläche (2) angeordnet.
Um reproduzierbare Messungen zu erzielen, muss der komplette Aufbau (1) über den gesamten erforderlichen Temperaturbereich stabil sein. Daher ist die halbkugelförmige Fläche (2) gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung vorzugweise als gebogenes Kreuz geformt. Zum Beispiel wird ein halbkugelförmig gebogenes Blech-Kreuz (2) verwendet, wie in 1 dargestellt. Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung eines solchen „halbkugelförmigen Kreuzes” neben seiner Robustheit gegenüber Temperatur ist die Möglichkeit Standardziele (8; 9) auf der zweidimensionalen Fläche des Kreuzes zu kleben. Hierbei können zum Beispiel herkömmliche zertifizierte Automobilplaketten, die den erforderlichen Temperaturbereich aushalten, verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die halbkugelförmige Fläche (2) in einem optischen Lichtkasten (3) angeordnet und/oder befestigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Testaufbau (1) Mittel (4) zum Anordnen oder Befestigen einer oder mehrerer Kameras innerhalb der Klimakammer (11) und vorzugsweise innerhalb des Lichtkastens (3) auf mit Blick in Richtung der halbkugelförmigen Fläche (2).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Testaufbau (1) weiterhin mindestens eine Lichtquelle (5) zur Ausleuchtung des Testaufbaus (1) auf, insbesondere der halbkugelförmigen Fläche (2) und/oder des optischen Lichtkastens (3).
Um die Lichtquelle (5) auf Raumtemperatur zu halten, wird die Lichtquelle (5) vorzugsweise außerhalb der Klimakammer (11) angeordnet und Licht wird über optische Lichtleitungsmittel, z. B. über Glasfasertechnik, in die Klimakammer (11) hineingeleitet.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein ringförmiger optischer Wellenleiter (6) eingesetzt, um eine homogene Ausleuchtung der Ziele (8; 9) zu gewährleisten, wobei der Vorteil gewährt wird, dass eine oder mehrere Kameras im Zentrum der Halbkugel angeordnet werden. Die Verwendung einer koaxialen Ausleuchtung bringt auch den Nutzen, Schatteneffekte in den Ecken des beleuchteten kugelförmigen Bereichs zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden mindestens eine und vorzugsweise zwei temperaturstabile Diffusor-Platten (7) vor dem ringförmigen optischen Wellenleiter (6) angeordnet, um die Gleichmäßigkeit der Zielbeleuchtung über das komplette Sichtfeld der einen oder mehreren Kameras zu verbessern.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Flächen innerhalb des Lichtkastens (3), vorzugsweise einschließlich der Ziele im Messaufbau, sowie die Innenseite der Klimakammer (11) beschichtet oder in matten Farben lackiert. Dadurch werden interne Reflektionen minimiert, die Reproduzierbarkeit verbessert und gültige, zuverlässige Ergebnisse gewährleistet.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Testen von Kameras bezüglich deren Verhalten in Abhängigkeit der Temperatur, insbesondere Kameras für Automobilanwendungen mit Fischaugenoptik, und insbesondere bezüglich Schärfe und Schärfeabweichung und/oder Farbwiedergabe und Farbdrift in Abhängigkeit der Temperatur, wobei ein Testaufbau (1) gemäß einer der vorgenannten Ausgestaltungen verwendet wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Anordnung des Testaufbaus (1) innerhalb einer Klimakammer (11), insbesondere mit einer Lichtquelle (10) außerhalb der Klimakammer (11), um optische Tests über einen bestimmten Temperaturbereich durchzuführen, vorzugsweise von –40°C bis 85°C;
– Anordnung einer oder mehrerer Kameras innerhalb der Klimakammer (11) und vorzugsweise innerhalb des optischen Lichtkastens (3), mit Blick in Richtung der halbkugelförmigen Fläche (2); und
– Aufnehmen und Auswerten von Bildern der Ziele (8) und/oder der Testmuster (9), welche auf der halbkugelförmigen Fläche (2) befestigt sind.

Weitere Vorteile der Erfindung sind wie folgt:

– Überwachungsmöglichkeit der Schärfe und Driftanalyse in Abhängigkeit der Temperatur
– Überwachungsmöglichkeit der Farbwiedergabe und Driftanalyse in Abhängigkeit der Temperatur
– Testmöglichkeit mehrerer Kameras gleichzeitig. Dadurch Einsparen von Testzeit.

1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der halbkugelförmigen Fläche (2).
2 zeigt den erfindungsgemäßen Testaufbau (1) in einer bevorzugten Ausgestaltung.
3 zeigt eine Top-Down Perspektive in einen Lichtkasten (3) in Richtung der halbkugelförmigen Fläche (2) mit darauf angeordneten Zielen (8; 9). Insbesondere könnte die Perspektive in 3 die Perspektive oder das Sichtfeld der mit dem Testaufbau (1) getesteten Kameras sein.
4 zeigt ein Bild des Testaufbaus (1) während des Tests, mit einem beleuchteten optischen Lichtkasten (3) innerhalb der Klimakammer (11).

Claims

Testaufbau (1) zur Anordnung innerhalb einer Klimakammer (11) und zum Testen von Kameras bezüglich deren Verhalten in Abhängigkeit der Temperatur, insbesondere Kameras für Automobilanwendungen mit Fischaugenoptik, und insbesondere bezüglich Schärfe und Schärfeabweichung und/oder Farbe und Farbdrift der Kameras, umfassend eine halbkugelförmige Fläche (2), um Ziele (8) und/oder Testmuster (9) darauf anzuordnen.
Testaufbau (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmige Fläche (2) weiterhin als ein gebogenes Kreuz geformt ist.
Testaufbau (1) nach Anspruch 1 oder 2, welcher weiterhin einen optischen Lichtkasten (3) aufweist, wobei die halbkugelförmige Fläche (2) innerhalb des optischen Lichtkastens (3) befestigt ist.
Testaufbau (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher weiterhin Mittel (4) aufweist zur Anordnung einer oder mehrerer Kameras in der Klimakammer (11), vorzugsweise im Lichtkasten (3) mit Blick in Richtung der halbkugelförmigen Fläche (2).
Testaufbau (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher weiterhin mindestens eine Lichtquelle (5) zur Ausleuchtung der halbkugelförmigen Fläche (2) und/oder des optischen Lichtkastens (3) aufweist, wobei die Lichtquelle (5) außerhalb der Klimakammer (11) angeordnet ist.
Testaufbau (1) nach Anspruch 5, welcher weiterhin einen ringförmigen optischen Wellenleiter (6) aufweist, wobei der ringförmige optische Wellenleiter (6) eingesetzt wird, um das Licht von der Lichtquelle (5) in die Klimakammer (11) zur Ausleuchtung der halbkugelförmigen Fläche (2) und/oder des optischen Lichtkastens (3) zu leiten.
Testaufbau (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei mindestens eine Diffusor-Platte (7) vor den ringförmigen optischen Wellenleiter (6) angeordnet wird, um eine homogene Ausleuchtung der halbkugelförmigen Fläche (2) und/oder des optischen Lichtkastens (3) zu erzielen.
Verfahren zum Testen von Kameras bezüglich deren Verhalten in Abhängigkeit der Temperatur, insbesondere Kameras für Automobilanwendungen mit Fischaugenoptik, und insbesondere bezüglich Schärfe und Schärfeabweichung und/oder Farbe und Farbdrift der Kameras, wobei ein Testaufbau (1) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Anordnung des Testaufbaus (1) innerhalb einer Klimakammer (11), um optische Tests über einen bestimmten Temperaturbereich durchzuführen, vorzugsweise von –40°C bis 85°C; – Anordnung einer oder mehrerer Kameras innerhalb der Klimakammer (11), vorzugsweise innerhalb des optischen Lichtkastens (3), mit Blick in Richtung der halbkugelförmigen Fläche (2); und – Aufnehmen und Auswerten von Bildern von Zielen (8) und/oder Testmustern (9), welche auf der halbkugelförmigen Fläche (2) befestigt sind.