DE102017218722A1

DE102017218722A1 - Umfelderfassungssystem zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs und Verfahren zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017218722A1
Application number: DE102017218722.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Seger; Marc Geese; Peter Liebetraut
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-04-25
Also published as: FR3087275A1; FR3087275B1; CN109677327A; US20190124273A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Umfelderfassungssystem (100) zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs. Das Umfelderfassungssystem (100) umfasst einen Sensor (102) mit einer lichtempfindlichen Sensorfläche (104) und eine Abbildungsvorrichtung (106), die ausgebildet ist, um eine verzeichnende Abbildung des Umfelds auf der Sensorfläche (104) zu erzeugen, wobei die Abbildung zumindest zwei je einem anderen Erfassungsbereich des Umfelderfassungssystems (100) zugeordnete Verzeichnungszonen aufweist, in denen das Umfeld mit je einem anderen Abbildungsmaßstab abgebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Bislang gelten in der maschinellen Bildverarbeitung für umwelterfassende Anwendungen Kamerasysteme oder Optiken als besonders vorteilhaft, die möglichst eine äquidistante Abbildung erlauben, die einer gnonomischen Projektion entsprechen. In dieser Projektion ist die Abbildung winkeltreu. Insbesondere für Weitwinkelobjektive sind auch andere Projektionen bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Umfelderfassungssystem zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs, ein Verfahren zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs mittels eines Umfelderfassungssystems und ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Umfelderfassungssystem mit einem optischen System zur multimorphen Abbildung des Umfelds realisiert werden kann, in der das Umfeld verzeichnet dargestellt wird. Dadurch können auf ein und demselben Sensor mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Abbildungseigenschaften erzeugt werden, die eine verbesserte Erkennbarkeit von Objekten in maschinellen Bilderverarbeitungseinrichtungen erlauben.
An Umfelderfassungssysteme für Fahrerassistenzfunktionen oder autonom fahrende Systeme werden besondere Anforderungen gestellt, da für die Fahrzeugkontrolle stark unterschiedliche Objekte registriert werden müssen, beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer, die Fahrbahnbeschaffenheit oder optische Hinweiszeichen. Insbesondere erfordern diese Anwendungen teilweise unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe in unterschiedlichen Blickrichtungen.
Eingriffe in die Steuerung des Fahrzeugs sind je nach Fahrsituation von unterschiedlichen „Wahrnehmungen“ abhängig. Eine Abbildung der Umwelt mittels einer monomorphen Abbildung auf einen Videosensor, die allen Situationen und Anwendungen gerecht wird, stellt Anforderungen an die Komponenten, die nur schwer zu erfüllen sind.
Um eine sichere Erfassung relevanter Objekte zu ermöglichen, werden deshalb mitunter mehrere Kameras mit spezialisierten funktionalen Eigenschaften eingesetzt, die sich beispielsweise durch unterschiedliche Blickrichtungen wie links, rechts, oben, unten, vorn oder hinten, unterschiedliche Erfassungswinkel wie Tele-, Standard- oder Weitwinkel, unterschiedliche Fokusbereiche wie Nahfokus oder Fernfokus und ihre Auflösung, d. h. ihre Abtastwerte oder spektrale Erfassungsbereiche, unterscheiden.
Um die Signalintegrität sicherzustellen, sollten Bilder aus mehreren Quellen miteinander zeitlich und räumlich korreliert werden. Das kann zu einem hohen Komplexitäts- und Kostenaufwand führen, insbesondere wenn Signale aus mehreren physikalischen Erfassungseinheiten mit unterschiedlicher Abtastzeitbasis, toleranzbehafteter Blickrichtungsabweichung und intrinsischer und extrinsischer Kalibrierung miteinander abgeglichen werden. Durch den hier vorgestellten Ansatz kann diese Komplexität beherrschbarer gemacht werden. Dadurch können Kosten reduziert werden.
Für die Bildverarbeitung wird prinzipiell eine gnonomische Projektion bevorzugt, jedoch erfordert diese Art der Projektionsoptik für größere Sichtwinkel eine stark zunehmende Bildhöhe. Um dem immer größer werdenden Erfassungsbereich bei nur moderat ansteigenden Sensorauflösungen gerecht zu werden, können Lösungen aufgegriffen werden, die bereits aus der Kinoaufnahme und der Projektionstechnik des 20. Jahrhunderts bekannt sind und eine anamorphe Abbildung mit einer gezielt symmetrisch verzeichneten Optik ermöglichen. Eine Beispielanwendung ist die Komprimierung von Szenen mit hohen Aspektverhältnissen wie beispielsweise 2,55:1 auf einen 35-mm-Film. Eine anamorphotische Projektion kann auch genutzt werden, um gleiche Sichtwinkel auf einer Bildebene mit besonderem Aspektverhältnis abzubilden.
Daneben können für Überwachungssysteme Optiken mit radial variabler Projektion verwendet werden. Auf dem Bildsensor können so Überwachungsbereiche mit hohem Interesse besonders detailliert abgebildet werden (geringe Isoklinendichte), während Sichtwinkel, die weniger Information beisteuern, komprimiert abgebildet werden (hohe Isoklinendichte).
Solche Projektionen sind entweder radialsymmetrisch in Bezug auf die optische Achse des Systems oder weisen wenigstens ein Symmetrieelement auf, beispielsweise eine Spiegelebene im Fall einer elliptischen Projektion. Realisiert werden die verschiedenen Projektionen durch den Einsatz einer verzeichnenden Optik, d. h., die Verzeichnung eines Objektivs wird als Gestaltungsmerkmal genutzt. In einigen Anwendungen wie der Panoramafotografie oder der Kinematografie wird dieses Verhalten gezielt eingesetzt, um eine effiziente Nutzung von Aufzeichnungssystemen zu erreichen. Dabei wird die gewünschte Verzeichnung durch Verwenden asphärischer Elemente wie beispielsweise Prismen, um 90 Grad gegeneinander verdrehte torische Linsen oder Zylinderlinsen hervorgerufen. Für radialsymmetrische Verzeichnungen können auch polierte oder gepresste asphärische Linsen zur Anwendung kommen.
Fahrerassistenzsysteme können aufgrund der zu erfassenden relevanten Objekte ein Bildfeld mit einer mehr oder weniger stark ausgeprägten symmetrischen Verzeichnung aufweisen. Beispielsweise kann durch den Einsatz von drei Bildsensoren und drei Optiken eine gute Abdeckung des Überwachungsbereiches erreicht werden. Dadurch wird jedoch mehr Raum im Fahrzeug belegt und es erhöhen sich die Leistungsaufnahme und die Systemkosten. Für die Verarbeitung der Bilder kann eine Rektifizierung durchgeführt werden, um auf eine perspektivische Zentralprojektion zurückzurechnen und die Erkennung von Objekten zu vereinfachen.
Bei Anwendungen im Fahrerassistenzbereich können stark unterschiedliche Anforderungen an den Öffnungswinkel bzw. die Auflösung durch parallele Kameras oder Kameraköpfe mit unterschiedlicher Winkelauflösung und unterschiedlichen Sensoren abgedeckt werden.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht im Wesentlichen darauf, die Abbildungseigenschaften eines optischen Pfades in einer frei gestaltbaren, nicht notwendigerweise punktradialen oder spiegelsymmetrischen Weise auszuführen. Die Eigenschaften können dabei per Design, statisch mittels vorgesehener Einstellvorrichtungen oder auch dynamisch einstellbar sein. Eine solche Abbildung kann deshalb als multimorph bezeichnet werden, da lokale Unterschiede des Abbildungsmaßstabs dazu führen, dass die Form eines Objekts je nach Betrachtungswinkel unterschiedlich erscheint.
Der Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass nicht alle Sichtwinkel den gleichen Informationsgehalt für ein Fahrerassistenzsystem beisteuern. Durch gezielte Verzeichnung des Bildfeldes kann auf einem Bildsensor eine gleichmäßigere Informationsdichte erzeugt werden, indem beispielsweise Sichtbereiche mit hohem Informationsgehalt große Bereiche der Bildfläche einnehmen und umgekehrt unwichtige Sichtbereiche auf der Bildfläche komprimiert werden. Die Verteilung der Bildverzeichnung ist dabei nicht notwendigerweise radial- oder achsensymmetrisch. Bei achsensymmetrischer Gestaltung der Isoklinen kann ein zentraler Erfassungsbereich beispielsweise mit hohem Detailgrad, d. h. mit vielen Pixeln pro Grad und geringer Isoklinendichte, abgebildet werden.
Der Bereich des größten Informationsgehaltes im Sinne der automatisierten Bildauswertung muss nicht symmetrisch zur optischen Achse oder dem Sensor verlaufen. In einer multimorph verzeichnenden Optik kann der Bereich der höchsten Pixeldichte auch nach oben verschoben sein.
Eine Abbildung mittels eines optischen Systems, das frei gestaltbare Zonen mit unterschiedlichem Abbildungsmaßstab aufweist, ist besonders ressourcenschonend, da die Sensorfläche besonders effizient genutzt wird und die erforderliche Nachverarbeitung davon profitiert, dass eine geringere Datenmenge verarbeitet wird, da Redundanzen auf ein Minimum reduziert sind.
Die wesentlichen Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes sind, dass die Abbildung des Umfelds zonenweise entsprechend einer lokalen Auflösungsanforderung des Umfelderfassungssystems gestaltet werden kann, ohne mehrere Abbildungssysteme oder Abbildungs- oder Sensoreinheiten einzusetzen, und dass die Zuordnung erfasster Objekte aus verschiedenen Blickrichtungen durch ein einziges optisches System gegeben ist, das bevorzugt auf einen Sensor abbildet. Dadurch ist nach dem Verbau eine besonders genaue Zuordnung gegeben, da stark toleranzbehaftete Pfade, beispielsweise mehrere Kameras oder mechanisch zueinander zu justierende separate optische Pfade, vermieden werden.
Es wird ein Umfelderfassungssystem zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei das Umfelderfassungssystem folgende Merkmale aufweist:

einen Sensor mit einer lichtempfindlichen Sensorfläche; und
eine Abbildungsvorrichtung, die ausgebildet ist, um eine verzeichnende Abbildung des Umfelds auf der Sensorfläche zu erzeugen, wobei die Abbildung zumindest zwei je einem anderen Erfassungsbereich des Umfelderfassungssystems zugeordnete Verzeichnungszonen aufweist, in denen das Umfeld mit je einem anderen Abbildungsmaßstab abgebildet ist.

Unter einem Sensor kann ein Bildsensor, beispielsweise ein CMOS-Sensor oder ein sonstiges lichtsensitives Bauelement, verstanden werden. Unter einer Abbildungsvorrichtung kann eine optische Vorrichtung aus einem oder mehreren optischen Bauelementen wie Spiegeln oder Linsen verstanden werden. Unter einem Erfassungsbereich kann ein einem bestimmten Sichtwinkel des Umfelderfassungssystems zugeordneter Teilbereich eines zu erfassenden Objektraums verstanden werden. Unter einer Verzeichnung kann eine optische Verzerrung im Sinne lokaler Veränderungen eines Abbildungsmaßstabes in einer Projektion verstanden werden. Unter einem Abbildungsmaßstab kann ein Verhältnis zwischen einer Bildgröße einer optischen Abbildung eines Objekts und dessen realer Größe verstanden werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Abbildungsvorrichtung ausgebildet sein, um die Verzeichnungszonen zu ändern. Dadurch kann das Umfelderfassungssystem möglichst effizient arbeiten. Dazu kann die Abbildungsvorrichtung ausgebildet sein, um ein geeignetes Ansteuersignal zum Ändern zumindest einer der Verzeichniszonen zu empfangen. Ein solches Ansteuersignal kann beispielsweise eine Änderung des Erfassungsbereichs bewirken, dem die Verzeichniszone zugeordnet ist, und/oder eine Änderung des Abbildungsmaßstabs der Verzeichniszone bewirken. Das Ansteuersignal kann beispielsweise über eine Schnittstelle zu einem Assistenzsystems empfangen werden, das Bilder des Umfelderfassungssystems nutzt oder von dem Umfelderfassungssystem selbst generiert werden, beispielsweise unter Verwendung von aktuelle erfassten Bildern. Auch kann das Ansteuersignal über eine Schnittstelle zum konfigurieren des Umfelderfassungssystems empfangen werden. Somit kann das Umfelderfassungssystem beispielsweise an die Charakteristik eines Fahrzeugs angepasst werden, an dem das Umfelderfassungssystem verbaut ist oder wird. Bei dem Änderungssignal kann es sich beispielsweise um ein analoges oder digitales elektrisches Signal handeln.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Umfelderfassungssystem ein Steuergerät aufweisen, das ausgebildet ist, um die Verzeichnungszonen durch Ansteuern der Abbildungsvorrichtung unter Verwendung eines durch den Sensor bereitgestellten Bildsignals abhängig von einem jeweiligen Informationsgehalt der Erfassungsbereiche zu ändern. Unter einem Steuergerät kann ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Durch diese Ausführungsform können beispielsweise Erfassungsbereiche mit geringerem Informationsgehalt komprimiert und Erfassungsbereiche mit größerem Informationsgehalt gestreckt abgebildet werden. Dadurch kann eine besonders hohe Effizienz beim Erfassen des Umfelds erreicht werden.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Abbildungsvorrichtung ausgebildet ist, um die Abbildung mit nicht symmetrischen Verzeichnungszonen zu erzeugen. Unter einer nicht symmetrischen Verzeichnungszone kann eine Verzeichnungszone verstanden werden, die weder radial- noch achsensymmetrisch ist. Dadurch können unterschiedlichste Szenen im Umfeld effizient und genau erfasst werden.
Die Abbildungsvorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform zumindest ein freigeformtes und/oder an einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnetes und/oder hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften änderbares optisches Element zum Erzeugen der Verzeichnungszonen aufweisen. Dadurch kann die Abbildungsvorrichtung mit verhältnismäßig geringem Aufwand in das Fahrzeug integriert werden.
Dabei kann das optische Element als Linsenelement und/oder Spiegelelement und/oder hybrides Element ausgeführt sein. Unter einem hybriden Element kann ein aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetztes optisches Element verstanden werden. Beispielsweise kann auf das hybride Element eine optisch funktionale Struktur aufgebracht sein. Durch diese Ausführungsform kann das Umfelderfassungssystem kostengünstig bereitgestellt werden.
Von Vorteil ist auch, wenn das optische Element eine Mikrostruktur zum Erzeugen der Verzeichnungszonen aufweist. Unter einer Mikrostruktur kann eine Struktur zur gezielten Verzeichnung der Abbildung des Umfelds verstanden werden. Dadurch können die optischen Eigenschaften des optischen Elements mit verhältnismäßig geringem Zusatzaufwand gezielt verändert werden.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem ein Verfahren zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs mittels eines Umfelderfassungssystems, wobei das Umfelderfassungssystem einen Sensor mit einer lichtempfindlichen Sensorfläche und eine Abbildungsvorrichtung aufweist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst:
Erzeugen einer verzeichnenden Abbildung des Umfelds auf der Sensorfläche mittels der Abbildungsvorrichtung, wobei die Abbildung zumindest zwei je einem anderen Erfassungsbereich des Umfelderfassungssystems zugeordnete Verzeichnungszonen aufweist, in denen das Umfeld mit je einem anderen Abbildungsmaßstab abgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns der Abbildungsvorrichtung unter Verwendung eines durch den Sensor bereitgestellten Bildsignals, um die Verzeichnungszonen abhängig von einem jeweiligen Informationsgehalt der Erfassungsbereiche zu ändern.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Umfelderfassungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Umfelderfassungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines Umfelderfassungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung eines Umfelderfassungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Darstellung einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine Draufsicht eines Linsenelements aus 5;
7 eine Draufsicht eines Linsenelements aus 5;
8 eine Draufsicht eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 eine Querschnittsdarstellung eines Sensors aus 8;
10 eine Untersicht eines Sensors aus 8;
11 eine Querschnittsdarstellung eines Sensors 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 eine schematische Darstellung eines Bildes, bereitgestellt durch einen Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
13 eine schematische Darstellung einer Verteilung von Verzeichnungszonen einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
14 eine schematische Darstellung einer multimorphen symmetrischen Abbildung, erzeugt durch eine Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
15 eine schematische Darstellung einer multimorphen symmetrischen Abbildung, erzeugt durch eine Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
16 eine schematische Darstellung einer multimorphen nicht symmetrischen Abbildung, erzeugt durch eine Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
17 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
18 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
19 eine schematische Darstellung einer Systemarchitektur eines Umfelderfassungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
20 ein Beispiel einer stark verzeichnenden Projektion einer Szene in eine Bildebene mittels einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Umfelderfassungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Umfelderfassungssystem 100 zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs umfasst einen Sensor 102 mit einer lichtempfindlichen Sensorfläche 104, auf die mittels einer Abbildungsvorrichtung 106 eine verzeichnende Abbildung des Umfelds projizierbar ist. Dabei ist die Abbildungsvorrichtung 106 ausgebildet, um die Abbildung derart zu erzeugen, dass diese zumindest zwei Verzeichnungszonen aufweist, in denen das Umfeld mit je einem anderen Abbildungsmaßstab abgebildet ist. Beispielsweise werden dadurch in ein und derselben Abbildung Erfassungsbereiche des Umfelds komprimiert und andere Erfassungsbereiche des Umfelds gestreckt dargestellt. Je nach Ausführungsbeispiel können die Verzeichnungszonen unterschiedlich groß sein, einander überlappen, voneinander abgegrenzt sein oder kontinuierlich ineinander übergehen. Dabei können die Verzeichnungszonen symmetrisch oder nicht symmetrisch bezüglich einer optischen Achse 108 des Sensors 106 verteilt sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Abbildungsvorrichtung 106 mehrere optische Elemente, hier beispielhaft ein an einer Windschutzscheibe 109 des Fahrzeugs angebrachtes Feldlinsenelement 110 und ein ebenfalls scheibengetragenes hybrides oder freigeformtes Element 112 mit Verzeichnungswirkung, das an einen Rand des Feldlinsenelements 110 angrenzt. Ferner umfasst die Abbildungsvorrichtung 106 eine in einem Strahlengang zwischen dem Feldlinsenelement 110 und dem Sensor 102 angeordnete Abbildungsoptik aus drei hintereinander angeordneten Linsenelementen 114. Der Strahlengang ist mit drei durchgehenden Linien angedeutet.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Umfelderfassungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 1 umfasst das Umfelderfassungssystem 100 hier einen scheibengetragenen Kamerahalter 200 zum Halten einer den Sensor 102 aufweisenden Kamera 202. Das Feldlinsenelement 110 ist als freigeformtes Element in den Kamerahalter 200 integriert und somit Bestandteil des Kamerahalters 200.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Umfelderfassungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist der Kamerahalter 200 aus 2, wobei der Kamerahalter 200 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein gekrümmtes Spiegelelement 300 zum Umlenken durch die Windschutzscheibe 109 einfallender Lichtstrahlen auf die Linsenelemente 114 der der Kamera 202 vorgeschalteten Abbildungsoptik aufweist. Das Spiegelelement 300 ist ebenfalls Teil der Abbildungsvorrichtung des Umfelderfassungssystems 100. Beispielsweise ist das Spiegelelement 300 auf eine Innenwand des Kamerahalters 300 aufgebracht. Die Linsenelemente 114 werden von einem am Kamerahalter 200 befestigten Linsenhalter 302 gehalten.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Umfelderfassungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Umfelderfassungssystem 100 entspricht im Wesentlichen dem vorangehend anhand von 3 beschriebenen Umfelderfassungssystem, mit dem Unterschied, dass das Spiegelelement 300 hier nicht an der Innenwand des Kamerahalters 200, sondern beabstandet von der Innenwand als spiegelnde Fläche auf einem Spiegelhalter 400 ausgeführt ist. Der Spiegelhalter 400 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Teil des Linsenhalters 302 ausgeformt.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Abbildungsvorrichtung 106 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist die Abbildungsoptik mit den drei Linsenelementen 114, wie sie vorangehend anhand der 1 bis 4 beschrieben sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist auf eine mittlere der drei Linsenelemente 114 eine Mikrostruktur 500 aufgebracht, die ausgebildet ist, um eine Verzeichnung der Abbildung des Umfelds zu bewirken. Bei den Linsenelementen 114 handelt es sich beispielsweise um Kunststofflinsen. Je nach Ausführungsbeispiel ist die Mikrostruktur 500 auf eine gesamte Durchtrittsfläche oder auch nur auf Teile der Durchtrittsfläche aufgebracht, wie aus den 6 und 7 ersichtlich.
Die 6 und 7 zeigen jeweils eine Draufsicht des mittleren Linsenelements 114 mit der Mikrostruktur 500 aus 5.
8 zeigt eine Draufsicht eines Sensors 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 102 als ein mit einer Feldlinse 800 verbundener Chip ausgeführt, wobei die Feldlinse 800 eine Komponente der Abbildungsvorrichtung des Umfelderfassungssystems ist. In der Draufsicht sind beispielhaft vier durch gestrichelte Linien markierte Verzeichnungszonen 802, 804, 806, 808 der Feldlinse 800 zu erkennen, durch die das Umfeld mit je einem anderen Abbildungsmaßstab auf die Sensorfläche des Sensors 102 abgebildet wird.
9 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Sensors 102 aus 8. Zu erkennen sind ein Sensorchip 900 und die Feldlinse 800 in Form einer auf den Sensorchip 900 aufgebrachten Schicht mit optischer Wirkung. Die optische Wirkung wird beispielsweise durch sphärische oder asphärische Formung oder Freiformung der Feldlinse 800, doch Brechungsindexvariation mittels eines dotierten Materials oder durch eine Mikrostrukturierung der Oberfläche erreicht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die optische Wirkung unter Verwendung eines Ansteuersignals veränderbar und somit einstellbar.
10 zeigt eine Untersicht eines Sensors 102 aus 8. Der Sensor 102 ist beispielsweise als CSP-Package mit geformtem Glas- oder Kunststoff-Lid ausgeführt.
11 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Sensors 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den 8 bis 10 ist auf den Sensorchip 900 hier ein transparentes Glob-Top-Material 1100 zur Verzeichnung der Abbildung aufgebracht. Das Glob-Top-Material 1100 und der Sensor Chip 900 sind je mit einem Trägersubstrat 1102 verbunden.
12 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildes 1200, bereitgestellt durch einen Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Beispielhaft gezeigt ist eine verzeichnende Abbildung eines Einfahrtstores über einen der Abbildungsvorrichtung zugehörigen Spiegel, der die Form einer schiefen rechteckigen Pyramide aufweist. Die Verzeichnung des Bildes 1200 erlaubt es beispielsweise, Details eines Gitters des Einsatztores vergrößert abzubilden und Objekte im oberen Bildrand verkleinert abzubilden.
13 zeigt eine schematische Darstellung einer Verteilung von Verzeichnungszonen 802, 804, 806, 808 einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Verteilungszonen sind je mit einer Linie markiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 13 lediglich vier der Verteilungszonen mit Bezugszeichen versehen.
14 zeigt eine schematische Darstellung einer multimorphen symmetrischen , erzeugt durch eine Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
15 zeigt eine schematische Darstellung einer multimorphen symmetrischen , erzeugt durch eine Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
16 zeigt eine schematische Darstellung einer multimorphen symmetrischen , erzeugt durch eine Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Verzeichnungszonen sind in den 14 bis 16 durch eine Mehrzahl von Isoklinen angedeutet, die die Lage gleicher Sichtwinkel in der Bildebene auf der Sensorfläche anzeigen. Dichtere Liniengruppen entsprechen einem größeren Sichtwinkelbereich.
17 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1700 zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs kann beispielsweise mittels eines Umfelderfassungssystems, wie es vorangehend anhand der 1 bis 16 beschrieben ist, ausgeführt werden. Dabei wird in einem Schritt 1710 eine verzeichnende Abbildung des Umfelds auf der Sensorfläche mittels der Abbildungsvorrichtung erzeugt. In einem optionalen Schritt 1720, der dem Schritt 1710 beispielsweise vorangeht, wird die Abbildungsvorrichtung unter Verwendung eines durch den Sensor bereitgestellten Bildsignals angesteuert, um die Verzeichnungszonen abhängig von einem jeweiligen Informationsgehalt der Erfassungsbereiche des Umfelderfassungssystems zu ändern. In diesem Fall kann das Bildsignal als ein Ansteuersignal aufgefasst werden oder es kann unter Verwendung des Bildsignals, beispielsweise basierend auf einer Bildauswertung, ein Ansteuersignal erzeugt werden, das geeignet ist, um die Änderung der Verzeichnungszonen durch eine geeignete Ansteuerung der Abbildungsvorrichtung zu bewirken. Alternativ wird der Schritt 1720 parallel zum Schritt 1710 oder nach dem Schritt 1710 ausgeführt.
18 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 1800 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 1800 ist ausgebildet, um unter Verwendung eines Bildsignals 1802 des Sensors des Umfelderfassungssystems ein Ansteuersignal 1804 zum Ansteuern der Abbildungsvorrichtung bereitzustellen. Durch Ansteuern der Abbildungsvorrichtung ist beispielsweise eine Form oder Verteilung der Verzeichnungszonen der Abbildungsvorrichtung an einen Informationsgehalt verschiedener Bildbereiche eines durch das Bildsignal 1802 repräsentierten Bildes des Umfelds anpassbar.
19 zeigt eine schematische Darstellung einer Systemarchitektur eines Umfelderfassungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei repräsentiert ein erster Block 1910 einen Objektraum, ein zweiter Block 1920 ein Eintrittsfenster des Umfelderfassungssystems, beispielsweise eine Windschutzscheibe mit hybridem Element, ein dritter Block 1930 ein erstes Abbildungselement, etwa einen Freiformspiegel oder Prismen, ein vierter Block 1940 ein zweites Abbildungselement, beispielsweise Linsenelemente, ein fünfter Block 1950 eine sensorgebundene Feldlinse und ein sechster Block 1960 den Sensor des Umfelderfassungssystems.
20 zeigt ein Beispiel einer stark verzeichnenden Projektion einer Szene 2000 in eine Bildebene mittels einer Abbildungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Links ist die Szene 2000, rechts ein vom Sensor der Umfelderfassungseinrichtung bereitgestelltes Bild 2002 der Szene 2000 dargestellt.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes nochmals mit anderen Worten beschrieben.
Der hier vorgestellte Ansatz umfasst ein System, das insbesondere zur Erfassung des Fahrzeugumfelds eines automatisiert oder teilautomatisiert fahrenden Fahrzeugs oder auch eines Fahrzeugs mit aktiven oder passiven Sicherheits- oder Komforteinrichtungen ausgebildet ist.
Das Umfelderfassungssystem kann fahrzeuggebunden sein oder die Erkennungsleistungen durch eine externe Infrastruktur wie Drohnen oder tragbare oder stationäre Einrichtungen, die über ein lokales Datenübertragungsnetzwerk miteinander verbunden sind, erbringen. Auch kann das Umfelderfassungssystem Daten für die Steuerung von Fahrzeugen zur Verfügung stellen. In einen Strahlengang des Umfelderfassungssystems ist beispielsweise mindestens ein optisches Freiformelement integriert, das ausgeformt ist, um lokale bildfeldabhängige Variationen in der Abbildung zu erzeugen.
Besonders vorteilhaft ist die Variation des Abbildungsverhältnisses in einer Weise, die es erlaubt, in verschiedenen Blickrichtungen eine der Erkennungsaufgabe angepasste Auflösung zu realisieren. Dazu kann das bereits genannte Ansteuersignal eingesetzt werden.
So kann es für bestimmte Aufgaben sinnvoll sein, eine starke Komprimierung oder Streckung einer Szene auf dem Sensor zu erzielen, wie es in 20 angedeutet ist. Diese Verzeichnung kann optimiert werden, um bestimmte Erkennungsaufgaben zu erleichtern, auch wenn dies bildhaft für den menschlichen Betrachter nicht mehr zu erfassen ist. Das stark verzeichnete Bild 2002 in 20 zeigt beispielsweise bestimmte Bereiche, die für besondere Erkennungsaufgaben erforderlich sind, sehr detailreich. Das Bild 2002 ist beispielsweise durch eine inverse Transformation von Teilen oder des ganzen Bildes in ein rektifiziertes Bild rücktransformierbar, das an den hervorgehobenen Stellen eine besonders hohe Auflösung von Objekten erlaubt.
Für maschinelle Erkennungsaufgaben, insbesondere beim Einsatz von Klassifikationsverfahren oder lernenden Netzwerken, kann ein solchermaßen verzeichnetes Bild auch direkt ohne Rücktransformation eingesetzt werden und in einem nachgeschalteten Bildverarbeitungssystem zu einer ressourcenschonenden Erkennung eingesetzt werden, da die Bildinformation optisch so umverteilt wurde, dass die maximale Erkennungsleistung mit einer möglichst geringen Zahl an Abtaststellen ermöglicht wird.
Das Umfelderfassungssystem besteht aus einem oder mehreren optisch wirksamen Elementen, die einzeln oder im Verbund die zuvor genannte Abbildung erlauben. Besonders effizient ist der Einsatz einer oder mehrerer optischer Grenzflächen, die eine Freiformfläche aufweisen.
Dies ermöglicht die Erzeugung von Verzeichnisfeldern, die Symmetrien aufweisen, oder frei von Symmetrien sind, d. h. auch Verzeichnungen, die nicht radial- oder punktsymmetrisch sind. Dadurch wird eine Anpassung der Position der isomorphen Bereiche im Bildfeld und des lokalen Abbildungsmaßstabes an verschiedene Applikationen oder Situationen ermöglicht. Das Umfelderfassungssystem besteht je nach Ausführungsbeispiel aus allen oder einigen der folgenden Bestandteile:

a) Windschutzscheibe, Steinschlag-Fangscheibe, Kamera-Eintrittsfenster oder transparenter Schutzdom;
b) hybride optische Elemente auf den unter a) genannten Elementen;
c) freigeformte, sphärische oder asphärische Spiegel;
d) hybride optische Elemente aus einem oder mehreren Spiegeln;
e) sphärische oder asphärische Linsen;
f) hybride optische Strukturen auf den asphärischen Linsen;
g) freigeformte, sphärische oder asphärische Feldlinsen, beispielsweise in Form eines Sensor-Package-Fensters oder einer Sensorchip-Schutzschicht, etwa ein Glob-Top aus LSR;
h) hybride optische, insbesondere mikrostrukturierte Schichten auf der Sensorchip-Schutzschicht oder Sensoroberfläche.

Eine besonders effektive Umsetzung des Erfindungsgedankens besteht in einem Freiformumlenkspiegel im optischen Pfad des Umfelderfassungssystems, der es beispielsweise erlaubt, Objekte aus unterschiedlichen Richtungen abzubilden. Dieses Element kann besonders effektiv direkt nach dem Eintrittsfenster eingesetzt werden, wie auch aus 19 ersichtlich. Es ist aber auch möglich, die Position der Elemente zu tauschen und beispielsweise erstes und zweites Abbildungselement aus dem Systembild zu vertauschen.
Der hier vorgestellte Ansatz eignet sich beispielsweise zur Realisierung eines Umfelderfassungssystems mit unterschiedlichen Projektions- oder Abbildungseigenschaften, das verschiedene Funktionen in einer Anwendung vereint, beispielsweise durch Bereitstellung:

a) einer Zone für die Erfassung eines hochaufgelösten Zentralbereichs von ca. +/-30°;
b) einer Zone für die Erfassung eines hoch aufgelösten Bereichs auf beispielsweise 50° links und rechts zur Erkennung von kreuzendem Verkehr;
c) von Zonen zur gering aufgelösten Erfassung des peripheren Umfelds;
d) von Zonen, in denen ein Stück der Scheibenoberfläche auf den Sensor projiziert wird, um beispielsweise eine Vereisungsanalyse durchzuführen oder das Vorhandensein von Regentropfen oder Verschmutzung zu erfassen;
e) einer Abbildung eines integralen Wertes der Außenbeleuchtung.

Das optische System ist in der Regel per se verzeichnet, sei es durch den Beitrag eines Objektivs oder durch andere nicht vermeidbare Elemente wie die Windschutzscheibe oder dezidiert hinzugefügte weitere Elemente. Durch eine geschickte Ausbalancierung des Gesamtdesigns kann nun erreicht werden, dass die Verarbeitung weniger Übertragungsbandbreite, weniger Speicher, weniger Sensorfläche und weniger Strukturaufwand und Platzbedarf benötigt. Ferner können dadurch Kosten gesenkt werden.
Die Verzeichnung der Abbildung kann an die Anforderungen von Algorithmen des maschinellen Sehens angepasst werden. Die Verzeichnung kann als in Zonen aufgeteilt betrachtet werden. Der Übergang zwischen verschiedenen Verzeichnungen kann diskret, beispielsweise mittels Prisma oder gefalteter Planspiegel, oder kontinuierlich erfolgen, beispielsweise mittels Freiformspiegel oder asphärischer oder torischer Linsen, oder adaptiv an die Situation angepasst werden, beispielsweise mittels Zoom-Objektiv.
Zur Formung der Verzeichnung werden beispielsweise folgende Elemente eingesetzt:

a) Spiegel (sphärisch, parabolisch, ellipsoid, Freiformspiegel, beispielsweise NURBS) als kontinuierliche Spiegelflächen oder mit Unstetigkeitsstelle (zwei oder mehr Spiegelsegmente, die zueinander geneigt sein können);
b) Prismen, wobei eine oder mehrere Flächen des Prismas zusätzlich mit Linsen oder hybriden Strukturen ausgestattet sein können;
c) asphärische Linsen, torische Linsen, auch Zylinderlinsen, zonale (Multifokus-)Linsen, die unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe aufweisen;
d) hybride Strukturen, die ein- oder beidseitig auf eines oder mehrere optische Elemente aufgebracht sind;
e) adaptive optische Elemente wie adaptive Spiegel (SLM, reflektierende Membranen oder Folien), LCoS, adaptive Linsen (Flüssiglinsen, Membranlinsen, Elastomerlinsen, LC-Linsen, Glasmembranlinsen);
f) Kombinationen aus den vorgenannten optischen Elementen.

Die einzelnen Strukturelemente sind beispielsweise Spiegel, Gläser, Kristalle, Kunststoff oder Metall. Die Reflexionseigenschaften werden beispielsweise durch metallische Beschichtung oder Dünnfilmbeschichtung (Bragg-Filter) erzielt.
Die Spiegel sind beispielsweise ausgebildet, um eine gewünschte vorteilhafte Verzeichnung der Abbildung zu erzielen, Aberrationen und Verzeichnungsbeträge der anderen Komponenten im optischen Pfad zu korrigieren, etwa den Verzeichnungsanteil der Windschutzscheibe, als Transmissionsfenster für Infrarotstrahlung zu fungieren, sodass der Sensor und die restlichen Komponenten der Kamera nicht der Wärmestrahlung der Sonne ausgesetzt sind, oder um andere Funktionen als die Abbildung der Umwelt zu realisieren. Spezialisierte Bereiche des Spiegels sind dabei nicht direkt an der Abbildung der Umwelt beteiligt und können für andere Erfassungsaufgaben eingesetzt werden. Beispielsweise können Zonen des Spiegels so geformt sein, dass sie Teile der Windschutzscheibe direkt auf einen bestimmten Bereich des Sensors abbilden. Dieser Bereich kann beispielsweise als Regensensor dienen. Werden die Spiegel als Prisma realisiert, sind die Flächen des Prismas optional mit zusätzlichen Funktionen versehen.
Linsen sind beispielsweise aus Glas, Kristallen oder Kunststoffen wie Thermoplasten, Duromeren, Elastomeren gefertigt.
Adaptive optische Elemente sind beispielsweise refraktive Membranlinsen oder Flüssiglinsen. Optische Eigenschaften solcher optischen Elemente können beispielsweise unter Verwendung eines Ansteuersignals eingestellt werden. Bei einer Membranlinse ist eine Flüssigkeit durch eine Membran von ihrer Umwelt getrennt. Flüssigkeit und Membran können in bestimmten Spektralbereichen absorbierend sein, um eine Filterfunktion zu erzielen. Bei einer Flüssiglinse ist eine Flüssigkeit von einer anderen Flüssigkeit, einem Gas oder Vakuum umgeben. Spiegel sind beispielsweise Membranspiegel mit dünner elastischer Membran mit reflektierenden Eigenschaften. Dabei kann die Ausführung so sein, dass einfallendes Licht die Flüssigkeit vor der Reflexion passiert oder direkt von der spiegelnden Fläche reflektiert wird. Folienspiegel mit dünner, beispielsweise metallischer Folie werden indirekt oder durch individuelle Aktoren geformt. Weitere Beispiele für Spiegel sind deformierbare Festkörperspiegel mit aktuierbaren Segmenten oder Flüssigkeitsspiegel, etwa auf Basis metallischer Flüssigkeiten oder einer Totalreflexion an Flüssigkeitslinsen. Ebenso ist eine Kombination mehrerer adaptiver Elemente möglich, beispielsweise ein Achromat aus drei Membranlinsen, d. h. dicht beieinanderliegenden adaptiven optischen Elementen, oder ein optisches Zoomsystem aus mehreren adaptiven optischen Elementen, das rein reflektiv, rein refraktiv oder eine Kombination aus beidem, d. h. katadioptrisch, sein kann.
Hybride optische Elemente sind beispielsweise Linsen oder Spiegel aus Glas, Kunststoffen, auch Elastomeren, Kristallen oder Metall, die auf die funktionalen Strukturen aufgebracht sind. Die hybriden Strukturen sind ebenfalls aus diesen Materialien aufgebaut. Die funktionalen Strukturen können ein- oder mehrschichtig sein, auf die optischen Elemente aufgebrachte Aperturen oder Fenster sein, etwa Blenden zur Streulichtunterdrückung, oder wie Gitter diffraktiv oder wie Linsen refraktiv wirken. Die diffraktiven Elemente können amplituden- oder phasenmodulierend wirken. Die hybriden refraktiven Elemente können beliebig gestaltet werden, etwa als sphärische Flächen, Fresnel-Strukturen, asphärische Flächen oder Freiformflächen. Das Eintrittsfenster der Kamera, etwa eine Windschutzscheibe, ein Scheinwerfer oder ein Kameradom, kann ebenfalls als hybrides Element ausgeführt sein.
Bei fixen Elementen ist die Verzeichnung des Sichtfelds etwa mit einem oder mehreren Spiegeln realisiert. Durch Verwendung eines Spiegels kann die Komplexität des Objektivs reduziert werden, das Kamerasystem besser athermalisiert werden und das katadioptrische Objektiv mit zusätzlicher Funktionalität, etwa einem Infrarotbandpass, ausgerüstet werden.
Die Verzeichnung des Sichtfelds kann ferner mit einer oder mehreren asphärischen oder torischen Linsen, verkippten und/oder dezentrierten sphärischen Linsen oder Prismen realisiert sein.
Durch Verwenden eines Spiegels oder Umlenkprismas kann das Austrittsfenster auch bei großen Sichtwinkeln verkleinert werden und das Bauvolumen reduziert werden.
Speziell für Eintrittsfenster, die ein Bauelement darstellen, wie Windschutzscheibe, Scheinwerfergehäuse oder Kameradom, ist die hybride Struktur beispielsweise so ausgeführt, dass die intrinsischen Aberrationen dieses Bauelements ganz oder teilweise korrigiert werden, etwa die Verzeichnung der Windschutzscheibe. Beispielsweise ist das hybride Element ausgebildet, um Typenvariationen oder Fertigungsschwankungen des Bauelements zu nivellieren. Dadurch können Veränderungen der Verzeichnung durch verschiedene Varianten des Bauelements ausgeglichen werden (Beispiel: Siloxan an Windschutzscheibe). Die hybride Struktur ist alternativ so ausgeführt, dass sie eine zusätzliche gewünschte Aberration hervorruft, etwa eine zusätzliche Verzeichnung am Sichtfeldrand.
Beispielsweise ist auch das Eintrittsfenster des Sensors als hybrides Element ausgeführt. Dieses kann dort gleichzeitig als Feldlinse wirken. Bei Kombination einer Feldlinse mit einem Mikrolinsenarray auf dem Sensor ermöglicht die frei wählbare Form der Feldlinse einen zusätzlichen Freiheitsgrad beim Entwurf der Optik. Das Element kann aus einer Vergussmasse, etwa Siloxanen, bestehen. In das Siloxan können zusätzlich zur makroskopischen Struktur (Sphäre, Asphäre, Freiformfläche) Mikrostrukturen abgeformt werden, wie beispielsweise Mottenaugenstrukturen zur Herstellung einer breitbandigen Antireflexschicht oder prismatische oder diffraktive Strukturen zur Herstellung eines optischen Anti-Aliasing-Filters. Das Siloxan kann auch so geformt sein, dass die Mikrolinsenstruktur des Sensors überflüssig ist. Wird dieses Element aus einer Vergussmasse ausgeführt, ergeben sich zusätzlich zu den optischen Eigenschaften vorteilhafte mechanische Eigenschaften. Beispielsweise gelangen bei der Fertigung etwaige Verschmutzungen nicht mehr direkt auf die Sensorfläche. Dadurch sinkt die Ausfallrate. Der Wärmeleitkoeffizient des Materials ist höher als von Luft, sodass Wärme des Sensors gleichmäßiger verteilt wird und Temperaturspitzen werden vermieden. Ist die Vergussmasse ein Siloxan, so ist das elektronische Bauteil, d. h. Sensor und Zuleitungen, zusätzlich geschützt.
Adaptive optische Elemente werden beispielsweise zur Kompensation eines Temperaturdrifts der Brennweite genutzt, etwa zur Refokussierung oder adaptiven Athermalisierung. Diese Funktion wird beispielsweise durch eine entlang der optischen Achse verschiebbare Einzellinse oder Linsengruppe, ein refraktives adaptives optisches Element oder ein adaptives reflexives optisches Element relaisiert. Auch können mehrere adaptive optische Elemente zu einer Zoom-Optik kombiniert sein. Damit kann der Erfassungsbereich der Kamera der Situation angepasst werden (große Reichweite bei hohen Geschwindigkeiten, Weitwinkel bei niedrigen Geschwindigkeiten). Die situationsabhängige Verzeichnung des Sichtfeldes ist beispielsweise durch einen adaptiven Spiegel realisiert.
Das Umwelterfassungssystem mit optischer Abbildungsvorrichtung vereint in sich zeitgleich, d. h. in Videoechtzeit, mehrere verschiedene Abbildungseigenschaften. Das Umwelterfassungssystem beinhaltet je nach Ausführungsbeispiel zumindest ein Element, das eine nicht radialsymmetrische oder punktsymmetrische Abbildung des Umfelds erlaubt, oder zumindest ein variabel einstellbares Element zur situativen Anpassung. Zusätzlich weist das Umwelterfassungssystem etwa ein mit der Windschutzscheibe verbundenes optisches Element auf, das eine Verzeichnung aufweist, die sphärisch oder asphärisch ist oder eine Freiformfläche beinhaltet, die ein Verzeichnungsfeld aufweist, wie in 1 gezeigt. Alternativ weist das Umwelterfassungssystem eine mit einem Kamerahalter verbundene Feldlinse auf, die mindestens eine sphärische oder asphärische Fläche oder Freiformfläche aufweist und ein Verzeichnungsfeld erzeugt, wie in 2 gezeigt. Alternativ weist das Umwelterfassungssystem einen mit dem Kamerahalter verbundenen Spiegel auf, der eine sphärische oder asphärische Fläche oder Freiformfläche aufweist und ein Verzeichnungsfeld erzeugt, wie in 3 gezeigt. Der Kamerahalter ist beispielsweise als Halteplatte ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Umwelterfassungssystem einen in einen Linsenhalter oder ein Kameragehäuse integriertes Spiegelelement, das eine sphärische oder asphärische Fläche oder Freiformfläche aufweist und ein Verzeichnungsfeld erzeugt, wie in 4 gezeigt.
Optional umfasst das Umwelterfassungssystem mindestens eine Linse, die eine Mikrostruktur zur Erzeugung eines räumlich verteilten Verzeichnungsfeldes erzeugt, wie in 5 gezeigt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Umwelterfassungssystem mindestens eine mit einer Sensorverpackung verbundene Feldlinse mit sphärischer oder asphärischer Fläche oder Freiformfläche, die ein räumlich verteiltes Verzeichnungsfeld erzeugt, wie in den 8 bis 10 gezeigt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Umwelterfassungssystem eine transparente Sensorchip-Verkapselung, die als Feldlinse wirkt und eine sphärische oder asphärische Fläche oder Freiformfläche enthält oder mit einer Mikrostruktur versehen ist, die ein räumlich verteiltes Verzeichnungsfeld erzeugt, wie in 11 gezeigt.
Denkbar sind auch Kombinationen aus mehreren der vorgenannten Elemente zu einem geeigneten optischen System.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Umfelderfassungssystem (100) zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs, wobei das Umfelderfassungssystem (100) folgende Merkmale aufweist: einen Sensor (102) mit einer lichtempfindlichen Sensorfläche (104); und eine Abbildungsvorrichtung (106), die ausgebildet ist, um eine verzeichnende Abbildung (1400; 1500; 1600) des Umfelds auf der Sensorfläche (104) zu erzeugen, wobei die Abbildung (1400; 1500; 1600) zumindest zwei je einem anderen Erfassungsbereich des Umfelderfassungssystems (100) zugeordnete Verzeichnungszonen (802, 804, 806, 808) aufweist, in denen das Umfeld mit je einem anderen Abbildungsmaßstab abgebildet ist.
Umfelderfassungssystem (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Abbildungsvorrichtung (106) ausgebildet ist, um die Verzeichnungszonen (802, 804, 806, 808) zu ändern.
Umfelderfassungssystem (100) gemäß Anspruch 2, mit einem Steuergerät (1800), das ausgebildet ist, um die Verzeichnungszonen (802, 804, 806, 808) durch Ansteuern der Abbildungsvorrichtung (106) unter Verwendung eines durch den Sensor (102) bereitgestellten Bildsignals (1802) abhängig von einem jeweiligen Informationsgehalt der Erfassungsbereiche zu ändern.
Umfelderfassungssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Abbildungsvorrichtung (106) ausgebildet ist, um die Abbildung (1400; 1500; 1600) mit nicht symmetrischen Verzeichnungszonen (802, 804, 806, 808) zu erzeugen.
Umfelderfassungssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Abbildungsvorrichtung (106) zumindest ein freigeformtes und/oder an einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnetes und/oder hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften änderbares optisches Element (109, 110, 112, 114; 300; 800; 1100) zum Erzeugen der Verzeichnungszonen (802, 804, 806, 808) aufweist.
Umfelderfassungssystem (100) gemäß Anspruch 5, bei dem das optische Element als Linsenelement (110, 114; 800; 1100) und/oder Spiegelelement (300) und/oder hybrides Element (112) ausgeführt ist.
Umfelderfassungssystem (100) gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem das optische Element (109, 110, 112, 114; 300; 800; 1100) eine Mikrostruktur (500) zum Erzeugen der Verzeichnungszonen (802, 804, 806, 808) aufweist.
Verfahren (1700) zum Erfassen eines Umfelds eines Fahrzeugs mittels eines Umfelderfassungssystems (100), wobei das Umfelderfassungssystem (100) einen Sensor (102) mit einer lichtempfindlichen Sensorfläche (104) und eine Abbildungsvorrichtung (106) aufweist, wobei das Verfahren (1700) den folgenden Schritt umfasst: Erzeugen (1710) einer verzeichnenden Abbildung (1400; 1500; 1600) des Umfelds auf der Sensorfläche (104) mittels der Abbildungsvorrichtung (106), wobei die Abbildung (1400; 1500; 1600) zumindest zwei je einem anderen Erfassungsbereich des Umfelderfassungssystems (100) zugeordnete Verzeichnungszonen (802, 804, 806, 808) aufweist, in denen das Umfeld mit je einem anderen Abbildungsmaßstab abgebildet ist.
Verfahren (1700) gemäß Anspruch 8, mit einem Schritt des Ansteuerns (1720) der Abbildungsvorrichtung (106) unter Verwendung eines durch den Sensor (102) bereitgestellten Bildsignals (1802), um die Verzeichnungszonen (802, 804, 806, 808) abhängig von einem jeweiligen Informationsgehalt der Erfassungsbereiche zu ändern.
Computerprogramm, das ausgebildet ist, um das Verfahren (1700) gemäß Anspruch 8 oder 9 auszuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.