DE102016213066B4

DE102016213066B4 - Vorrichtung zur Fahrerbeobachtung

Info

Publication number: DE102016213066B4
Application number: DE102016213066.8A
Authority: DE
Inventors: Thanh-Binh To; Helge Neuner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2036-07-19
Also published as: DE102016213066A1

Abstract

Vorrichtung zur Fahrerbeobachtung innerhalb eines Kraftfahrzeugs mit einer Kamera (1), die eingerichtet ist, um Licht mit einer Wellenlänge im Nahinfrarotbereich (NIR-Bereich) aufzunehmen, und die derart ausgerichtet ist, dass die Kamera (1) ein Spiegelbild des Fahrers (8, 8'), insbesondere ein Spiegelbild des Gesichts des Fahrers (8,8'), aufnimmt, wozu ein Reflektor angeordnet ist, der eine für Lichtstrahlen im NIR-Bereich reflektierende Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) in alle Richtungen linear verschiebbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fahrerbeobachtung innerhalb eines Kraftfahrzeugs mit einer Kamera, die eingerichtet ist, um Licht mit einer Wellenlänge im Nahinfrarotbereich (NIR-Bereich) aufzunehmen, und die derart ausgerichtet ist, dass die Kamera ein Spiegelbild des Fahrers, insbesondere ein Spiegelbild des Gesichtes des Fahrers aufnimmt, wozu ein Reflektor angeordnet ist, der eine für Lichtstrahlen im NIR-Bereich reflektierende Beschichtung aufweist.
In modernen Kraftfahrzeugen werden die Fahrer während der Fahrt mittels einer Kamera überwacht, die insbesondere das Gesicht des Fahrers aufnimmt, so dass eine Auswerteeinheit Fahrerzustände, insbesondere etwaige Müdigkeitserscheinungen durch einen Lidschluss o. ä., erkennt und eine entsprechende Warnung abgibt. Um derartige Müdigkeitserscheinungen frühzeitig und zuverlässig zu erkennen, ist eine Kameraposition zu wählen, die das Gesicht des Fahrers gleichmäßig und gut beleuchtet erfasst. Derzeitige Lösungen, insbesondere bei Serienfahrzeugen, sind unbefriedigend und zum Teil schwer umsetzbar und entsprechend kostenintensiv.
Vergleichbare Vorrichtungen sind insbesondere aus DE 102006019112 A1 , DE 10360176 A1 , US 2006/0202843 A1 und DE 102014115958 A1 bekannt.
Es ist mithin die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Fahrerbeobachtung innerhalb eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die eine zuverlässige Beobachtung des Fahrers erlaubt und die die vorgenannten Nachteile behebt.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Kamera in alle Richtungen linear verschiebbar, was eine optimale Ausrichtung der Kamera auf die Sitzposition des Fahrers erlaubt und was die Möglichkeit schafft, zumindest zwei unterschiedliche programmierbare Festorientierungen einzustellen, bei denen der Fahrer sitzt und selbst das Fahrzeug steuert sowie eine Position, bei der der Fahrer liegt, wenn ein Autopilot das Fahrzeug steuert. Der in Anspruch 1 genannte NIR-Bereich umfasst eine Wellenlänge von 780-3000 nm und ist für das menschliche Auge nicht sichtbar. Durch die besondere Zusammensetzung der Überwachungsvorrichtung aus NIR-Kamera und NIR-Reflektor, der eine direkte Bestrahlung der Kamera und eine hieraus folgenden Überbelichtung verhindert, kann eine optimale Ausrichtung der Vorrichtung gewählt werden, die zuverlässig einen gleichmäßig beleuchteten Fahrer aufnimmt, weshalb unter anderem eine zuverlässige Müdigkeitserkennung möglich ist. Ferner kann die Vorrichtung für weitere Fahrfunktionen benutzt werden, insbesondere für Fahrerassistenzsysteme bis hin zum Autopiloten. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend sowie in den Unteransprüchen angegeben.
Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reflektor durch die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs gebildet ist, die hierzu vollständig oder zumindest teilweise, vorzugsweise im unteren Viertel der Windschutzscheibe, eine Beschichtung aufweist, die Licht im NIR-Bereich reflektiert, so dass eine direkte Sonneneinstrahlung im NIR-Wellenlängenbereich vollständig reflektiert wird. Insbesondere eignet sich hierzu eine Thermokomfortscheibe, die bei gängigen Kraftfahrzeugmodellen verwendet wird und die besonders gut mit der beschriebenen Beschichtung versehen werden kann. Die ausschließliche Anordnung der Beschichtung im unteren Viertel der Windschutzscheibe bewirkt vorteilhafter Weise weniger starke Energieverluste aufgrund des kürzeren Abstandes zwischen der Kamera und dem Reflexionsbereich. Ferner ist das Sichtfeld des Fahrers nicht beeinträchtigt, weil die Beschichtung in leicht rötlicher transparenter Farbe für den Fahrer erkennbar sein kann. Schließlich ist die Positionierung für die Beobachtung des Fahrers vorteilhaft, weil der Blickwinkel schräg von unten ausgerichtet ist und eine optimale Erfassung eines eventuellen Lidschlusses erlaubt.
Alternativ ist der Reflektor von der Windschutzscheibe unabhängig und beabstandet zu dieser angeordnet. Der Reflektor ist in diesem Fall eine beschichtete Scheibe oder ein anderer Spiegel im NIR-Bereich und ist vorzugsweise verschwenkbar gelagert, so dass eine optimale Einstellung zur Aufnahme des Fahrers gewählt werden kann. Alternativ und/oder additiv ist auch die Kamera verschwenkbar gelagert, worauf noch näher eingegangen wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung des Reflektors

a) eine Folie ist, die eine konstante unveränderbare und vorzugsweise vollständige Reflexion der Lichtstrahlen im NIR-Bereich bewirkt, oder
b) eine variable Reflexionsrate aufweist, die lichtintensitätsabhängig und/oder elektrisch steuerbar ist.

Für eine besonders platzsparende Anordnung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Kamera innerhalb einer Öffnung des Armaturenbrettes angeordnet ist, die vorzugsweise zwischen dem Lenkrad und der Windschutzscheibe in das Armaturenbrett eingelassen ist und eine Ausrichtung der Kamera auf den Reflektor erlaubt, der insbesondere durch die Windschutzscheibe gebildet ist. In der Öffnung können weitere Umlenkspiegel und Projektoren angeordnet sein, die für ein an sich bekanntes Head-Up-Display verwendet werden, was eine besonders kostenschonende Installation der Kamera ermöglicht, weil keine zusätzlichen Umbaumaßnahmen für die Anordnung der Vorrichtung erforderlich sind.
Vorzugsweise ist die Kamera gegenüber einer Horizontalen verschwenkbar.
Damit eine gleichbleibende Beleuchtung des Gesichts des Fahrers gewährleistet ist, ist nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Lichtquelle aufweist, die zur Beleuchtung des Gesichts des Fahrers Licht im NIR-Bereich emittiert. Vorzugsweise weist die Lichtquelle mehrere, insbesondere zwei Strahler auf, die das Gesicht des Fahrers aus zwei unterschiedlichen Richtungen direkt und/oder indirekt beleuchten. Die NIR-Strahler können dabei links- und rechtsseitig der Kamera angeordnet sein. Eine indirekte Beleuchtung des Fahrers mittels der NIR-Lichtquellen führt zu geringen Verlustleistungen bzw. Verlustbildqualität, weshalb insbesondere bei vergleichsweise kleinen Wellenlängen (ca. 780-1000 nm) eine direkte Beleuchtung vorteilhaft ist. Durch eine indirekte Beleuchtung, bei der das Licht am Reflektor reflektiert wird, ergeben sich Bauraumvorteile.
Die beschriebene Vorrichtung eignet sich außerhalb des NIR-Bereiches - also im Wellenlängenbereich des normalen sichtbaren Lichts - zur Videobeobachtung, Video-Skype und kann für Hologramme für gerichtete RGB-Reflexion verwendet werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sowie konkrete Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Abbildungen erläutert. Es zeigen:

1, 3-6 schematische Darstellungen einer Vorrichtung zur Fahrerbeobachtung und
2 eine Windschutzscheibe.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine NIR-Kamera 1 in einem Armaturenbrett 2 eingelassen ist und auf die Windschutzscheibe 3 ausgerichtet ist. Die Windschutzscheibe 3 ist für Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich durchlässig (Pfeil 4). Zumindest teilweise ist die Windschutzscheibe 3 als Reflektor ausgebildet und weist eine Beschichtung 5 auf, die für Licht im NIR-Bereich reflektierend ist, während Licht im sichtbaren Bereich ungehindert durchgelassen wird. Licht, das unmittelbar als Sonnenstrahlung 6 im NIR-Bereich auf die Windschutzscheibe 3 fällt, wird reflektiert (Pfeil 7) und beeinträchtigt nicht die Aufnahme des Fahrers 8, 8' mit der NIR-Kamera 1, der im dargestellten Beispiel in zwei unterschiedlichen Positionen gezeigt ist. In beiden Positionen (sitzend und liegend im sog. „Relax-Mode“) nimmt die Kamera 1 das Spiegelbild des Fahrers 8, 8' auf (Pfeile 9, 9') und das aufgenommene Bild kann in einer Auswerteeinheit 10 ausgewertet werden. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei zueinander verschwenkbare Kamerapositionen 11, 11' gezeigt. Hierzu ist die Kamera 1 in Pfeilrichtung 12 gegenüber einer Horizontalen verschwenkbar und in Pfeilrichtung 13 verfahrbar angeordnet. Für eine besonders zuverlässige Beobachtung des Fahrers 8, 8' ist in 1 eine Lichtquelle 17 gezeigt, die Licht mit einer Wellenlänge im NIR-Bereich aussendet und die zur Beleuchtung des Fahrers 8, 8' indirekt über eine Reflexion an der Windschutzscheibe 3 ausgerichtet ist.
2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Windschutzscheibe 3, deren Beschichtung 5 nur entlang eines schmalen Streifens am unteren Bereich der Windschutzscheibe 3 angeordnet ist. Hierdurch wird eine etwaige Sichtbeeinträchtigung des Fahrers (in 2 nicht gezeigt) vermieden, während gleichzeitig eine direkte Bestrahlung der Kamera mit Sonnenlicht wirksam und kostenschonend verhindert wird.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Windschutzscheibe 3 als Thermokomfortscheibe ausgebildet ist. Die mit Bezug auf 1 beschriebenen Ausführungsformen der Kamera 1, des Strahlers 17 und der Beschichtung 5 können auch bei der Verwendung einer Thermokomfortscheibe übernommen werden, was große Kostenvorteile liefert.
In 4 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung nach 1 und/oder 3 gezeigt, bei der zwei gegebenenfalls unterschiedliche Beschichtungen 5, 5' vorgesehen sind. Die äußere Beschichtung 5 ist eingerichtet, um von außen einfallendes Sonnenlicht 6 im NIR-Bereich zu reflektieren, während die innere Beschichtung 5' auf die Besonderheiten für die Reflexion des Lichts innerhalb des Fahrzeugs ausgelegt ist. Die äußere Beschichtung 5 kann als Folienschicht zur Blockierung direkter Sonnenstrahlung 6 ausgebildet sein. Alternativ kann eine elektronisch steuer- und veränderbare Beschichtung 5 verwendet werden, deren Reflexionsrate von der Lichtintensität abhängig ist. Auch die innere Beschichtung 5' kann entsprechend in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. In beiden Fällen ist es möglich, die beschichteten Flächen kleinstmöglich auszuführen, indem sie lediglich den relevanten Bereich vor der Kamera 1 abdecken.
Eine besondere Anordnung der Kamera 1 innerhalb einer Öffnung 14 des Armaturenbretts 2 ist in 5 dargestellt. Diese Öffnung 14 weist zusätzliche Spiegel 15, 15' auf, die Teil eines (nicht gezeigten) Head-Up-Displays sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist nicht nur die Kamera 1 verschwenkbar und/oder verfahrbar ausgestaltet, sondern es können auch beide Spiegel 15, 15' verfahrbar und/oder verschwenkbar gelagert sein.
Schließlich zeigt 6 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Reflektor durch eine zusätzliche beschichtete Scheibe 16 ausgebildet ist, die beabstandet zu der (herkömmlichen) Windschutzscheibe 3 ist. Die Windschutzscheibe 3 lässt in diesem Fall Lichtstrahlen 6 sowohl im sichtbaren Bereich als auch im NIR-Bereich durch.
Bezugszeichenliste

1: Kamera
2: Armaturenbrett
3: Windschutzscheibe
4: Lichtstrahl
5, 5': Beschichtung
6: einfallende Sonnenstrahlung
7: reflektierte Sonnenstrahlung
8, 8': Fahrer
9, 9': Pfeil
10: Auswerteeinheit
11, 11': Kamerapositionen
12: Verschwenkung der Kamera
13: Verfahrbarkeit der Kamera
14: Öffnung des Armaturenbretts
15, 15': Spiegel
16: beschichtete Scheibe
17: Strahler

Claims

Vorrichtung zur Fahrerbeobachtung innerhalb eines Kraftfahrzeugs mit einer Kamera (1), die eingerichtet ist, um Licht mit einer Wellenlänge im Nahinfrarotbereich (NIR-Bereich) aufzunehmen, und die derart ausgerichtet ist, dass die Kamera (1) ein Spiegelbild des Fahrers (8, 8'), insbesondere ein Spiegelbild des Gesichts des Fahrers (8,8'), aufnimmt, wozu ein Reflektor angeordnet ist, der eine für Lichtstrahlen im NIR-Bereich reflektierende Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) in alle Richtungen linear verschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor durch die Windschutzscheibe (3) des Kraftfahrzeugs gebildet ist, die hierzu vollständig oder zumindest teilweise, vorzugsweise im unteren Viertel der Windschutzscheibe (3), eine Beschichtung (5, 5') aufweist, die Licht im NIR-Bereich reflektiert, so dass eine direkte Sonneneinstrahlung in diesem Wellenlängenbereich vollständig reflektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor beabstandet zu der Windschutzscheibe (3) ist und vorzugsweise verschwenkbar gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5, 5') des Reflektors a) eine Folie ist, die eine konstante, unveränderbare und vorzugsweise vollständige Reflektion der Lichtstrahlen im NIR-Bereich bewirkt, oder b) eine variable Reflexionsrate aufweist, die lichtintensitätsabhängig und/oder elektrisch steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) innerhalb einer Öffnung (14) des Armaturenbrettes (2) angeordnet ist, die vorzugsweise zwischen dem Lenkrad und der Windschutzscheibe (3) angeordnet ist und eine Ausrichtung der Kamera (1) auf den Reflektor erlaubt, insbesondere auf eine als Reflektor ausgestaltete Windschutzscheibe (3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) gegenüber einer Horizontalen verschwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (17), die zur Beobachtung des Gesichts des Fahrers (8, 8') Licht im NIR-Bereich emittiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mehrere, insbesondere zwei Strahler (17) aufweist, die das Gesicht des Fahrers (8, 8') direkt oder indirekt bestrahlen.