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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen und Verarbeiten von Bildern einer Umgebung eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgestattetes Fahrzeug nach Anspruch 7, ein Steuergerät für ein Fahrzeug nach Anspruch 6 und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines derartigen Verfahrens nach Anspruch 9.
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Die
DE 10 2016 120 427 A1 offenbart ein Videosystem für ein autonomes Straßenfahrzeug, bei dem einem Insassen eine „Videodurchsicht“ dargeboten wird. Bei einem Verschattungsmodul für dem Fahrzeuginnenraum können schaltbare Gläser oder ähnliches eingesetzt werden, wobei unter Umständen (je nach konkreter Auswahl) eine Scheibe eingesetzt wird, bei der mit einer Veränderung der Transmission technisch bedingt eine Änderung des Streugrades einhergeht.
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Seit geraumer Zeit werden in modernen Kraftfahrzeugen Kameras mit elektronischen Bildsensoren vermehrt als Bestandteil von so genannten Fahrerassistenzsystemen verwendet. Die mittels einer derartigen Kamera aufgenommenen Bilder einer Umgebung des Fahrzeuges („Bilddaten“) werden hierbei mittels einer elektronischen Bildverarbeitungseinrichtung des Fahrzeuges (weiter) verarbeitet, beispielsweise um damit Objekte in der Umgebung des Fahrzeuges zu erkennen bzw. zu identifizieren. Bei solchen Objekten kann es sich z. B. insbesondere um Fahrbahnbegrenzungen und -markierungen, andere Fahrzeuge bzw. Verkehrsteilnehmer oder sonstige Objekte wie z. B. Lichtzeichenanlagen, Verkehrsschilder etc. handeln.
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Informationen über die durch Positionen und Bewegungen derartiger Objekte definierten Umgebungsbedingungen sind insbesondere z. B. für Fahrerassistenzsysteme von Fahrzeugen von großer Bedeutung, welche ein teilautomatisches oder vollautomatisches Fahren des Fahrzeuges ermöglichen sollen („autonomes Fahren“), worunter ein Fahren zu verstehen ist, bei welchem Steuerungsvorgänge des Beschleunigens und Verzögerns sowie der Fahrtrichtungsänderung (Lenken) teilweise oder vollständig nicht durch entsprechende Bedienhandlungen eines Fahrzeugnutzers, sondern von dem Fahrzeug selbst bewerkstelligt werden.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen werden derartige Kameras üblicherweise vor Witterungseinflüssen geschützt hinter einer ohnehin als Teil einer Außenhaut des Fahrzeuges vorhandenen lichtdurchlässigen Scheibe, z. B. einer Frontscheibe („Windschutzscheibe“) angeordnet. In der Regel ist wenigstens eine derartige Scheibe vorhanden, um Insassen des Fahrzeuges, insbesondere einem Fahrer, eine Sicht nach außen zu ermöglichen.
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Beim Aufnehmen der Bilder der vor der Scheibe befindlichen Umgebung des Fahrzeuges ergibt sich in der Praxis jedoch z. B. das Problem, dass es aufgrund eines limitierten Dynamikumfangs des verwendeten elektronischen Bildsensors bei heller Fahrzeugumgebung (sehr hohe Lichtintensität, z. B. durch Sonnenstrahlung oder durch Blendung durch Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge) zu einer Übersättigung des Bildsensors kommen kann. Bei Übersättigung des Bildsensors werden die Bilder jedoch nachteiligerweise verfälscht aufgenommen und der Informationsgehalt der Bilddaten somit stark beeinträchtigt.
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Zwar besitzen Kameras der hier interessierenden Art zumeist eine interne Belichtungssteuerung, um eine Belichtungszeit/Integrationszeit für die Aufnahme eines jeweiligen Bildes in Abhängigkeit von der aktuellen Lichtintensität der aufzunehmenden Fahrzeugumgebung zu variieren (Je größer die Lichtintensität, desto kürzer die Belichtungszeit). Je nach Technologie bzw. Schaltungsaufbau und Betriebsweise des in der Kamera eingesetzten Bildsensors ergibt sich jedoch in der Praxis eine untere Grenze für die Belichtungszeit. Daher kann es unter sehr hellen Bedingungen trotz Belichtungssteuerung zu einer Übersättigung des Bildsensors kommen. Die dann aufgenommenen Bilder können nicht mehr oder nur in geringerem Ausmaß sinnvoll (mit beabsichtigtem Informationsgewinn) weiterverarbeitet werden. Insbesondere bei Verwendung der Bildverarbeitung im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems zur Ermöglichung teil- oder vollautomatisierten Fahrens, also bei einem autonomen Fahrzeug, stellt dies ein Sicherheitsrisiko dar.
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Ein weiteres Problem ist in der Praxis der oftmals große Aufwand für die notwendigerweise rasch durchzuführende Verarbeitung der von der Kamera aufgenommenen Bilder. Dieser Aufwand ist umso größer, je größer die beim Aufnehmen der Bilder anfallende Bilddatenrate ist und je besser die Bilder ausgewertet werden sollen.
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Im Hinblick auf die bereits erwähnte Erkennung von Objekten in den aufgenommenen Bildern wird beim Verarbeiten der Bilder oftmals z. B. ein Kantenerkennungsalgorithmus zur Erkennung von Kanten (z. B. potentieller Objekte) in den Bildern durchgeführt. Das Ergebnis der Kantenerkennung dient dann als Basis für weitere Bildverarbeitungs- bzw. Bildauswertungsschritte bei der Objekterkennung.
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Dem eigentlichen Kantenerkennungsalgorithmus vorangehend bzw. als ein erster Verarbeitungsschritt eines Kantenerkennungsalgorithmus ist oftmals eine Glättung (z. B. mittels eines Gauss'schen Glättungsfilters) vorgesehen, welche die Bilddaten glättet bzw. somit eine gewisse Unschärfe in die Bilder einbringt, was jedoch auch einen rauschunterdrückenden Effekt und besonders vorteilhaft oftmals ein verbessertes Ergebnis der nachfolgenden Kantenerkennung zur Folge hat.
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Insbesondere bei großen (sehr hoch aufgelösten) Bildern stellt bereits die Durchführung eines derartigen Glättungs- bzw. Unschärfealgorithmus einen erheblichen Aufwand dar. Es wird sehr leistungsfähige (schnelle) Hardware benötigt, um alle benötigten Verarbeitungsschritte rasch genug ausführen zu können.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, beim Aufnehmen und Verarbeiten von Bildern einer Fahrzeugumgebung die vorstehend erläuterten Probleme zu vermindern, um somit insbesondere einen Weg aufzuzeigen, mittels welchem auch mit begrenztem Aufwand und z. B. unter stark variierenden Lichtverhältnissen die Gewinnung möglichst aussagekräftiger Informationen über die Fahrzeugumgebung ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Steuergerät nach Anspruch 6 bzw. ein Fahrzeug nach Anspruch 7. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufnehmen und Verarbeiten von Bildern einer Umgebung eines Fahrzeuges ist gekennzeichnet dadurch, dass als die wenigstens eine optische Eigenschaft ein Streugrad der Scheibe eingestellt wird, wobei das Vorgabesignal unter Verwendung eines von der Bildverarbeitungseinrichtung gelieferten Signals erzeugt wird, um damit einen bestimmten Streugrad der Scheibe einzustellen und diesen bestimmten Streugrad bei der Verarbeitung der Bilder zu berücksichtigen, und dass als die wenigstens eine optische Eigenschaft ferner ein Transmissionsgrad der Scheibe eingestellt wird, wobei das Vorgabesignal ferner in Abhängigkeit von einer Lichtintensität der Umgebung des Fahrzeuges erzeugt wird, um damit bei steigender Lichtintensität einen verringerten Transmissionsgrad (T) der Scheibe einzustellen.
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Bei der Erfindung verwendbare elektrisch ansteuerbare Scheiben sind als solche bekannt, z. B. als sogenannte „schaltbare Scheiben“ oder „transparenzveränderliche Scheiben“. Derartige Scheiben bzw. elektrisch ansteuerbare Verglasungen, Folien etc. können es insbesondere ermöglichen, einen optischen Transmissionsgrad im betreffenden Abschnitt der Scheibe durch ein elektrisches Ansteuersignal zu steuern. Im Rahmen der Erfindung kann hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung der Scheibe vorteilhaft auf diesbezügliche Scheiben zurückgegriffen werden.
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Beispiele für Technologien, die hierfür eingesetzt werden können, sind „suspended particle devices“ (SPD)-, „polymer dispersed liquid crystal“ (PDLC)- und elektrochrome (EC) Technologien.
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Elektrisch ansteuerbare transparenzveränderliche Scheiben mit veränderbarem Transmissionsgrad weisen typischerweise eine transparenzveränderliche Schicht auf, welche zwischen zwei transparenten elektrisch leitfähigen Kontaktschichten angeordnet ist, über welche die transparenzveränderliche Schicht gesteuert werden kann, also deren Einfluss auf das durchgehende Licht eingestellt werden kann. Die beiden Kontaktschichten stellen Kontaktelektroden dar, um eine elektrische Ansteuerspannung über der transparenzveränderlichen Schicht anlegen zu können. Die transparenzveränderliche Schicht kann z. B. als ein SPD oder ein PDLC ausgebildet sein. Die Kontaktschichten können z. B. auf der Grundlage von Indiumzinnoxid (ITO) gebildet sein.
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Dadurch kann eine solche Scheibe die Funktion eines elektrisch veränderbaren optischen Filters erfüllen, insbesondere eines Dämpfungsfilters (zur gezielt einstellbaren Verminderung der Lichtintensität beim Lichtdurchgang durch die Scheibe).
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Insbesondere PDLC, aber auch andere Technologien, können es zudem ermöglichen, einen optischen Streugrad der Scheibe zu variieren bzw. einzustellen. In diesem Fall erfüllt die Scheibe die Funktion eines elektrisch veränderbaren optischen Diffusors.
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Die Grundidee der Erfindung besteht darin, bereits beim Aufnehmen der Bilder wenigstens eine optische Eigenschaft eines Abschnitts der Scheibe, der innerhalb des Blickwinkels der Kamera liegt, insbesondere einen Transmissionsgrad und/oder einen Streugrad, zu berücksichtigen und/oder gezielt einzustellen oder gezielt zu variieren, um somit zu ermöglichen, ggf. unter Berücksichtigung der Einstellung bzw. Variation, einen verbesserten Informationsgewinn für die aufgenommenen Bilder oder im Rahmen der nachfolgenden Verarbeitung der aufgenommenen Bilder zu erzielen.
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Je größer der Transmissionsgrad eingestellt wird, desto größer ist der Anteil des auftreffenden Lichts, der die Scheibe durchdringt.
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Durch die Erzeugung des Vorgabesignals in Abhängigkeit von einer Lichtintensität der Umgebung des Fahrzeuges kann vorteilhaft eine Übersättigung des elektronischen Bildsensors der Kamera vermieden werden. Es muss nicht jede Steigerung der Lichtintensität zwingend eine Verringerung des Transmissionsgrades zur Folge haben. Vielmehr kann z. B. vorgesehen sein, dass bei sehr geringer bis hin zu mittlerer Lichtintensität z. B. ein konstanter, bevorzugt maximaler Transmissionsgrad eingestellt wird, und erst nach Überschreitung eines vorbestimmten (z. B. fest vorgegebenen) Schwellwertes der Transmissionsgrad verringert wird. Die Verringerung des Transmissionsgrades mit steigender Lichtintensität kann hierbei in einer oder mehreren Stufen und/oder stufenlos vorgesehen sein. Auch kann im Rahmen dieser Weiterbildung insbesondere vorgesehen sein, dass bei hohen Lichtintensitäten (z. B. über einem vorbestimmten (z. B. fest vorgegebenen) weiteren Schwellwert, der über dem erstgenannten Schwellwert liegt) ein konstanter, bevorzugt minimaler Transmissionsgrad eingestellt wird.
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Als Lichtintensität kann z. B. die entsprechende Lichtleistung oder z. B. die mit der spektralen Empfindlichkeit des Bildsensors bewertete Lichtleistung verwendet werden.
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Als Transmissionsgrad kann z. B. das Verhältnis einer nach Durchgang durch die Scheibe verbleibenden Lichtintensität zur auftreffenden Lichtintensität verwendet werden.
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Das Vorgabesignal wird nicht unmittelbar in Abhängigkeit von der Lichtintensität der Umgebung des Fahrzeuges erzeugt, sondern kann in Abhängigkeit von der nach Durchtritt des Lichts aus der Umgebung des Fahrzeuges durch die Scheibe, also im Fahrzeug noch vorhandenen Lichtintensität erzeugt werden (die unter Berücksichtigung des aktuell eingestellten Transmissionsgrades ebenfalls als ein Maß für die außerhalb des Fahrzeuges vorliegende, tatsächliche Lichtintensität der Fahrzeugumgebung betrachtet werden kann). Auch diese Ausgestaltung kann z. B. vorsehen, dass bei steigender (nach Durchtritt durch die Scheibe verbleibender) Lichtintensität ein verringerter Transmissionsgrad der Scheibe eingestellt wird.
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Um bei der vorerwähnten Ausbildung das Vorgabesignal zu erzeugen, wird eine Information über die Lichtintensität der Umgebung des Fahrzeuges benötigt (z. B. die Lichtintensität vor oder hinter der Scheibe).
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Diese Information kann z. B. bei entsprechender Ausgestaltung von der Kamera selbst bereitgestellt werden, etwa indem die Kamera selbst über eine Einrichtung zur Ermittlung einer (über das Bild gemittelten) Lichtintensität verfügt. Alternativ oder zusätzlich kann die Information von der eingesetzten Bildverarbeitungseinrichtung geliefert werden (z. B. durch eine Mittelwertbildung betreffend Helligkeitswerte einzelner oder sämtlicher Bildpunkte eines Bildes). Schließlich kann alternativ oder zusätzlich auch ein am Fahrzeug angeordneter Lichtsensor eingesetzt werden, um ein Signal mit der Information über die Lichtintensität zu liefern. Ein solcher Lichtsensor kann im Rahmen der Erfindung z. B. hinter der Scheibe oder vor der Scheibe angeordnet sein, bevorzugt jedoch in räumlicher Nähe zur Kamera und/oder mit einer Richtungsempfindlichkeit der Lichtdetektion entsprechend derjenigen der Kamera.
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Es wird als die wenigstens eine optische Eigenschaft ein Streugrad der Scheibe eingestellt. Je größer der Streugrad eingestellt wird, desto ausgedehnter ist der Winkelbereich, über den das die Scheibe durchdringende Licht zerstreut/verteilt wird.
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Es wird außerdem das Vorgabesignal unter Verwendung des von der Bildverarbeitungseinrichtung gelieferten Signals erzeugt, um damit einen bestimmten Streugrad der Scheibe einzustellen und diesen bestimmten Streugrad bei der Verarbeitung der Bilder zu berücksichtigen.
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Durch diese Ausbildung, bei welcher der betreffende Abschnitt der Scheibe als ein steuerbarer optischer Diffusor wirkt, kann vorteilhaft die Verarbeitung der aufgenommenen Bilder insofern vereinfacht werden, als hierbei z. B. ein gemäß eines Verarbeitungsalgorithmus eigentlich vorgesehener Schritt einer Bildfilterung mit einem Glättungsfilter oder Unschärfefilter vereinfacht werden oder sogar ganz entfallen kann, indem (stattdessen) ein bestimmter Streugrad der Scheibe eingestellt wird, um durch eine daraufhin erfolgende Aufnahme eines oder mehrerer Bilder die gewünschte Filterung zu unterstützen (bzw. zu bewirken).
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Die Einstellung eines Streugrads der Scheibe ist insbesondere sehr nutzbringend einzusetzen, wenn bei der Verarbeitung der Bilder ein Mustererkennungsalgorithmus, insbesondere ein Kantenerkennungsalgorithmus zur Erkennung von Strukturen, z. B. Kanten, in den aufgenommenen Bildern durchgeführt wird (um einen gemäß des Muster- bzw. Kantenerkennungsalgorithmus vorgesehenen Schritt einer Glättung oder Schärfeverringerung zu vereinfachen bzw. zu realisieren).
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass hierfür eine Scheibe verwendet wird, die zumindest im betreffenden Abschnitt der Scheibe wenigstens zwei (hintereinander angeordnete oder gestapelte) elektrisch ansteuerbare transparenzveränderliche Schichten aufweist, von denen eine als transmissionsgradveränderliche Schicht (z. B. in EC-Technologie) und die andere als streugradveränderliche Schicht (z. B. in PDLC-Technologie) ausgebildet ist, um die beiden optischen Eigenschaften auch mehr oder weniger unabhängig voneinander verändern und einstellen zu können.
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Zur elektrischen Ansteuerung der zwei Schichten können dementsprechend z. B. vier elektrisch leitfähige transparente Kontaktschichten (z. B. ITO-Schichten) angeordnet sein, je eine auf beiden Seiten jeder Schicht. Alternativ kann auch eine zwischen den zwei Schichten angeordnete und gemeinsam genutzte Kontaktschicht vorgesehen werden, so dass die elektrische Ansteuerung über insgesamt drei Kontaktschichten erfolgt. Die mittlere (zwischengefügte) Kontaktschicht kann dann z. B. als ein elektrischer Massekontakt fungieren, auf dessen Potential bezogen eine erste Ansteuerspannung an eine der beiden äußeren Kontaktelektroden und eine zweite Ansteuerspannung an die andere der beiden äußeren Kontaktelektroden angelegt werden kann.
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Eine im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugte Verwendung des beschriebenen Verfahrens ergibt sich für Straßenfahrzeuge wie z. B. PKW und LKW, insbesondere für autonome Straßenfahrzeuge.
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Als die Scheibe, die lichtdurchlässig ist und einen Teil einer Außenhaut des Fahrzeuges darstellt, kann insbesondere eine Frontscheibe (Windschutzscheibe) des betreffenden Fahrzeuges dienen.
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Die Kamera kann z. B. in Fahrzeugquerrichtung betrachtet wenigstens annähernd mittig hinter (oder direkt an) der Frontscheibe angeordnet sein, bevorzugt z. B. in Höhenrichtung betrachtet nahe eines oberen Randes der Frontscheibe. Besonders vorteilhaft weisen z. B. moderne Kraftfahrzeuge oftmals ohnehin Frontscheiben auf, die in einem oberen z. B. streifenförmigen Randbereich der Scheibe elektrisch schaltbar bzw. dimmbar ausgebildet sind, um damit eine ansteuerbare Sonnenblende (Veränderbarkeit eines Transmissionsgrades) zu realisieren.
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Bevorzugt ist der gesamte im Blickwinkel der Kamera liegende Bereich der Scheibe elektrisch ansteuerbar ausgebildet.
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Anstatt einer einzigen, z. B. mittig durch eine Frontscheibe des Fahrzeuges hindurch aufnehmenden Kamera, können z. B. auch wenigstens zwei durch die Frontscheibe hindurch aufnehmende Kameras im Fahrzeug angeordnet werden, beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung betrachtet symmetrisch bezüglich einer Fahrzeugmitte.
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Ferner kann als eine bei der Erfindung verwendete elektrisch ansteuerbare Scheibe alternativ oder bevorzugt zusätzlich auch z. B. eine Seitenscheibe oder eine Heckscheibe verwendet werden, um dementsprechend eine Umgebung seitlich vom Fahrzeug bzw. hinter dem Fahrzeug aufzunehmen und im Rahmen einer Bildverarbeitung Objekte auch in diesen Richtungen zu erkennen.
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Eine bevorzugte Verwendung des beschriebenen Verfahrens ergibt sich für autonome Fahrzeuge, die also ein teilautomatisches oder vollautomatisches Fahren ermöglichen.
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Der in der Kamera eingesetzte Bildsensor kann z. B. als „charge coupled device“ (CCD) oder z. B. als „active pixel sensor“ (APS) ausgebildet sein, letzterer z. B. in CMOS-Technologie implementiert.
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Das Aufnehmen der Bilder erfolgt bevorzugt mit einer Rate von wenigstens 20 Bildern pro Sekunde. Andererseits ist eine Rate von maximal 100 Bildern pro Sekunde zumeist ausreichend. Jedes Bild kann z. B. mit einer Auflösung von wenigstens 1 Mio. Bildpunkten aufgenommen werden. Die Bilder können z. B. ein rechteckiges Bildformat besitzen. Bevorzugt ist ein Querformat, d. h. ein Format, dessen Breite größer als dessen Höhe ist. Die Bilder können insbesondere in einem sichtbaren Spektralbereich aufgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die spektrale Empfindlichkeit der Kamera sich über einen IR-Bereich erstrecken. Bei der Erfindung können monochrome Aufnahmen vorgesehen sein. Alternativ werden die Bilder polychrom aufgenommen.
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Die aufgenommenen Bilder werden von der Kamera bevorzugt als digitale Daten (Bilddaten) bereitgestellt und an eine digitale Bildverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Bilder weitergeleitet.
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Das Verarbeiten der Bilder wird bevorzugt in programmgesteuerter Weise durchgeführt, wofür die Bildverarbeitungseinrichtung dementsprechend mit einer Rechnereinheit und einer zugeordneten Speichereinheit zum Speichern eines Verarbeitungsprogrammes ausgestattet sein kann.
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Das elektrische Ansteuern der Scheibe kann ebenfalls z. B. in programmgesteuerter Weise mittels einer geeignet ausgebildeten Ansteuereinrichtung erfolgen, die mit einer Rechnereinheit und einer zugeordneten Speichereinheit zum Speichern eines Ansteuerprogramms ausgestattet sein kann.
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Die Aufgabe der Ansteuereinrichtung besteht darin, die Scheibe wie erläutert anzusteuern und zwar gemäß eines Vorgabesignals, welches entweder von der Ansteuereinrichtung auf Basis hierfür erforderlicher Informationen selbst erzeugt wird oder aber anderweitig erzeugt und der Ansteuereinrichtung zugeführt wird.
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Die Erzeugung des Vorgabesignals kann ebenfalls in programmgesteuerter Weise erfolgen, z. B. von der erwähnten Bildverarbeitungseinrichtung und/oder der erwähnten Ansteuereinrichtung.
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Die Erzeugung des Vorgabesignals erfolgt unter Verwendung eines von der Kamera gelieferten Signals und/oder eines von der Bildverarbeitungseinrichtung gelieferten Signals und/oder eines von einem am Fahrzeug angeordneten Lichtsensor gelieferten Signals. Eines oder mehrere dieser Signale bilden gewissermaßen eine bzw. mehrere Bestimmungsgrößen, auf deren Basis das Vorgabesignal erzeugt wird.
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Als von der Kamera geliefertes Signal kommt z. B. in Betracht, ohnehin von der Kamera bereitgestellte Bilddaten zu verwenden, aus denen dann in einem weiteren Schritt das Vorgabesignal erzeugt wird. Alternativ könnte eine Kamera verwendet werden, die hierfür neben den Bilddaten ein derartiges Signal liefert. Beispielsweise könnte als ein solches Signal eine Information aus einer in der Kamera ohnehin bewerkstelligten Belichtungssteuerung verwendet werden, welches z. B. in diesem Fall repräsentativ für eine auch für die Belichtungssteuerung relevante Lichtintensität ist.
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Alternativ oder zusätzlich (auch z. B. aus Gründen einer Redundanz) kann bei der Erzeugung des Vorgabesignals ein von dem erwähnten Lichtsensor geliefertes und für eine Lichtintensität repräsentatives Lichtsensorsignal berücksichtigt werden (falls ein solcher Lichtsensor vorgesehen ist).
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Für ein von der Bilderverarbeitungseinrichtung geliefertes Signal als eine Bestimmungsgröße (ggf. eine von mehreren Bestimmungsgrößen) für das zu erzeugende Vorgabesignal ergibt sich in der Praxis eine besonders große Flexibilität, was die konkrete Art und Weise der Erzeugung des Vorgabesignals anbelangt. Dies z. B. deshalb, weil die Bildverarbeitungseinrichtung aufgrund des primären Zweckes der Verarbeitung der von der Kamera aufgenommenen Bilder über besonders aussagekräftige (detaillierte) Information betreffend die Lichtverhältnisse der aufgenommenen Fahrzeugumgebung verfügt. Auf Basis der entsprechend großen Datenbasis kann im Rahmen der in der Bildverarbeitungseinrichtung ohnehin stattfindenden Bilddatenverarbeitung eine an den konkreten Anwendungsfall optimal angepasste Erzeugung des Vorgabesignals realisiert werden.
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Insbesondere da für die Erzeugung des Vorgabesignals in der Praxis stets ein von der Bildverarbeitungseinrichtung geliefertes Signal verwendet werden kann, ist im Rahmen der Erfindung die Anordnung des erwähnten Lichtsensors entbehrlich bzw. optional.
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Insbesondere da moderne Fahrzeuge oftmals ohnehin mit einem (z. B. zentralen) elektronischen programmgesteuerten Steuergerät ausgestattet sind, kann ein solches Steuergerät im Rahmen der Erfindung zusätzlich die Funktionen der Verarbeitung der aufgenommenen Bilder und/oder der Erzeugung des Vorgabesignals und darauf basierender Erzeugung des Ansteuersignals (Ansteuerung der Scheibe) übernehmen.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein Steuergerät für ein Fahrzeug gelöst, wobei das Steuergerät zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens wie in Anspruch 6 aufgeführt ausgebildet ist.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein mit Mitteln zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgestattetes Fahrzeug mit den in Anspruch 7 genannten Merkmalen gelöst.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren bereits beschriebenen Ausführungsformen und besonderen Ausgestaltungen können, einzeln oder in beliebiger Kombination, in analoger Weise auch als Ausführungsformen bzw. besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Steuergerätes und des erfindungsgemäßen Fahrzeuges vorgesehen sein.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt umfassend einen Programmcode vorgeschlagen, der auf einer Datenverarbeitungseinrichtung (z. B. einem zentralen Steuergerät eines Fahrzeuges) ausgeführt ein Verfahren der beschriebenen Art durchführt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
- 1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeuges gemäß eines Ausführungsbeispiels,
- 2 eine schematische Vorderansicht einer Frontscheibe des Fahrzeuges von 1,
- 3 eine schematische Seitenansicht der Frontscheibe des Fahrzeuges von 1,
- 4 ein Beispiel für eine Abhängigkeit eines Transmissionsgrades einer Scheibe von einer Lichtintensität der Umgebung des Fahrzeuges und
- 5 ein Beispiel für eine Veränderung eines Streugrades einer Scheibe.
- 1 zeigt ein Fahrzeug 10, aufweisend eine Scheibe 12 in Form einer Frontscheibe (Windschutzscheibe), die lichtdurchlässig ist und einen Teil einer Außenhaut des Fahrzeuges 10 bildet.
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Das Fahrzeug 10 weist ferner eine darin (in einem Innenraum) hinter der Frontscheibe angeordnete Kamera 14 zum Aufnehmen von Bildern einer vor der Scheibe 12 befindlichen Umgebung 16 des Fahrzeuges 10 auf.
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Die Kamera 14 weist einen (nicht dargestellten) elektronischen Bildsensor auf, z. B. einen sogenannten APS-Bildsensor. Damit werden die Bilder repräsentierende digitale Bilddaten BD erzeugt und an eine Bildverarbeitungseinrichtung 18 des Fahrzeuges 10 ausgegeben.
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Die Bildverarbeitungseinrichtung 18 dient zum Verarbeiten der von der Kamera 14 aufgenommenen Bilder (in Form der Bilddaten BD) und weist zu diesem Zweck eine in programmgesteuerter Weise arbeitende Bildprozessoreinheit 20 auf. Die Bildprozessoreinheit 20 wird von einer Rechnereinheit mit zugeordneter Speichereinheit gebildet und liefert verarbeitete Bilddaten VBD, die im dargestellten Beispiel das Ergebnis einer durch die Verarbeitung bewerkstelligten Erkennung von Objekten in den aufgenommenen Bildern darstellen.
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Die verarbeiteten Bilddaten VBD können demnach insbesondere Informationen über Anzahl, Art, Position und Bewegung von Objekten (z. B. Fahrbahnbegrenzungen und -markierungen, andere Verkehrsteilnehmer, Verkehrszeichen etc.) beinhalten und werden an (nicht dargestellte) weitere Teile der Bildverarbeitungseinrichtung 18 oder an andere Teile einer Fahrzeugelektronik bereitgestellt, um bei dem Fahrzeug 10 Fahrerassistenzfunktionalitäten zu realisieren, welche derartige Informationen benötigen.
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Eine weiter Besonderheit des Fahrzeuges 10 besteht darin, dass die Scheibe 12 (hier: Frontscheibe) elektrisch ansteuerbar ausgebildet ist, derart, dass zumindest in einem oberen Randstreifen 22 der Scheibe 12 wenigstens eine die Lichtdurchlässigkeit der Scheibe 12 beeinflussende optische Eigenschaft der Scheibe 12 durch ein an der Scheibe 12 angelegtes elektrisches Ansteuersignal AS veränderbar ist.
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Im dargestellten Beispiel ist durch das elektrische Ansteuersignal AS sowohl ein Transmissionsgrad der Scheibe 12 als auch ein Streugrad der Scheibe 12 in dem Randstreifen 22 veränderbar. Das Ansteuersignal AS ist hierbei von zwei Ansteuerspannungen (z. B. Gleichspannungen) gebildet, von denen die eine Spannung zur Einstellung des Transmissionsgrades und die andere Spannung zur Einstellung des Streugrades dient. Das Ansteuersignal AS kann z. B. über eine dreipolige Ansteuerleitung zu der Scheibe 12 geführt werden.
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Zur Erzeugung des elektrischen Ansteuersignals AS weist das Fahrzeug 10 eine Ansteuereinrichtung 24 auf, die in der gezeigten Ausführungsform dazu ausgebildet ist, den Transmissionsgrad und den Streugrad der Scheibe 12 gemäß eines Vorgabesignals VS einzustellen, das im dargestellten Beispiel von der Bildverarbeitungseinrichtung 18 erzeugt und an die Ansteuereinrichtung 24 ausgegeben wird. Das Vorgabesignal VS beinhaltet in diesem Beispiel digitale Repräsentationen des einzustellenden Transmissionsgrades und des einzustellenden Streugrades.
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Die Erzeugung des Vorgabesignals VS erfolgt im dargestellten Beispiel durch eine Vorgabesignal-Erzeugungseinheit 26 der Bildverarbeitungseinrichtung 18, wobei die Vorgabesignal-Erzeugungseinheit 26 hierbei insbesondere ein Vorgabedatensignal VD berücksichtigt, welches von der Bildprozessoreinheit 20 erzeugt und an die Vorgabesignal-Erzeugungseinheit 26 ausgegeben wird.
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Im dargestellten Beispiel weist das Fahrzeug 10 ferner einen an dem Fahrzeug 10 angeordneten Lichtsensor 28 auf, der z. B. wie in 1 veranschaulicht neben der Kamera 14 angeordnet sein kann, um ein Lichtsensorsignal LS zu erzeugen und an die Bildverarbeitungseinrichtung 18 auszugeben. Das Lichtsensorsignal LS ist in dem gezeigten Beispiel repräsentativ für eine Lichtintensität der Umgebung 16 des Fahrzeuges 10.
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Das Vorgabedatensignal VD beinhaltet in diesem Beispiel digitale Repräsentationen der mittels der Kamera 14 (hier: Signal BD) sowie mittels des Lichtsensors 28 (Signal LS) ermittelten Lichtintensitäten.
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Die 2 und 3 zeigen nochmals schematisch eine Vorderansicht (2) und eine Seitenansicht (3) der Scheibe 12 mit dem in seinen optischen Eigenschaften veränderbar ausgebildeten oberen Randstreifen 22 und der dahinter angeordneten Kamera 14.
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Die Kamera 14 nimmt die Bilder der Umgebung 16 in einem rechteckigen Querformat auf, bei dem ein in FahrzeugQuerrichtung betrachteter Kamerablickwinkel WH (1) größer als ein in Höhenrichtung betrachteter Kamerablickwinkel WV (3) ist.
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Vorteilhaft bildet der gesamte im Blickwinkel (WH, WV) der Kamera 14 liegende Teil der Scheibe 12 einen Teil des in seinen optischen Eigenschaften veränderbaren Abschnitts der Scheibe 12, hier also des oberen Randstreifens 22.
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Im dargestellten Beispiel wird bei steigender Lichtintensität der Umgebung 16 der Transmissionsgrad der Scheibe 12 (innerhalb des oberen Randstreifens 22) verringert, um in dieser Weise eine ansonsten unter sehr hellen Umgebungsbedingungen (z. B. durch Sonneneinstrahlung oder durch Blendung durch Scheinwerfer anderer Fahrzeuge) resultierende Übersättigung des elektronischen Bildsensors der Kamera 14 zu vermeiden. Bei niedrigen Lichtintensitäten der Umgebung 16 wird der Transmissionsgrad demgegenüber vergrößert oder maximal eingestellt.
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4 zeigt beispielhaft eine hierfür einsetzbare Steuer- oder Regelcharakteristik, mittels welcher ein Transmissionsgrad T in Abhängigkeit von einer Lichtintensität Ie der Umgebung 16 variiert werden kann. In diesem Beispiel ist vorgesehen, dass für relativ kleine Lichtintensitäten bis hin zu einem ersten Schwellwert ein Ansteuersignal AS an die Scheibe 12 ausgegeben wird, durch welches der Transmissionsgrad T auf einen (technisch bedingt) maximal möglichen Transmissionsgrad Tmax eingestellt wird. Der erste Schwellwert entspricht einer Lichtintensität, bei welcher keine nennenswerte Übersättigung des Bildsensors zu befürchten ist. In einem Bereich der Lichtintensität Ie überhalb des ersten Schwellwerts und bis hin zu einem zweiten Schwellwert ist im dargestellten Beispiel eine lineare Verringerung des Transmissionsgrades T auf einen (technisch bedingt) minimalen Transmissionsgrad Tmin vorgesehen. Bei über dem zweiten Schwellwert liegenden Lichtintensitäten Ie wird der Transmissionsgrad T bei dem minimalen Transmissionsgrad Tmin gehalten.
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Informationen über die aktuellen Lichtverhältnisse können in der in 1 dargestellten Konfiguration z. B. aus den Bilddaten BD der Kamera 14 selbst und/oder einem separat von diesen Bilddaten BD von der Kamera 14 ausgegebenen Signal erhalten werden. Alternativ oder zusätzlich können derartige Informationen mittels des Lichtsensors 28 gewonnen werden. Im dargestellten Beispiel werden Signale der Kamera 14 und des Lichtsensors 28 von der Bildverarbeitungseinrichtung 18 zu dem Vorgabedatensignal VD gewandelt bzw. zusammengefasst.
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Das somit zumindest über die Lichtverhältnisse Informationen enthaltende Signal VD dient der Vorgabesignal-Erzeugungseinheit 26 als Grundlage zur Bildung des Vorgabesignals VS gemäß einer bestimmten Vorgabestrategie (welche z. B. die in 4 dargestellte oder eine ähnliche Charakteristik beinhalten kann).
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Die Ansteuereinrichtung 24 dient im dargestellten Beispiel dazu, das Vorgabesignal VS in das entsprechende Ansteuersignal AS zur elektrischen Ansteuerung der Scheibe 12 zu wandeln, wobei die Ansteuereinrichtung 24 hierfür z. B. auch außerhalb der eigentlichen Steuer- bzw. Regelstrategie liegende Umstände berücksichtigen kann. Beispielsweise kann die Umsetzung des Vorgabesignals VS in das Ansteuersignal AS eine Berücksichtigung der z. B. durch Innenraum- und Außenraumtemperaturen beeinflussten aktuellen Temperatur und/oder Temperaturverteilung innerhalb der Scheibe 12 beinhalten, um entsprechende Temperatureffekte bei der Ansteuerung der Scheibe 12 zu kompensieren.
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Im dargestellten Beispiel erfolgt durch das Ansteuersignal AS wie bereits erwähnt außerdem die Einstellung eines optischen Streugrades der Scheibe 12 (im Bereich des oberen Randstreifens 22). Der Streugrad ist hierbei ein quantitatives Maß für den Effekt der Streuung eines durch die Scheibe 12 durchgehenden Lichtstrahls. Dieser Effekt bzw. eine Veränderung des Streugrades ist beispielhaft in 5 veranschaulicht.
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5 zeigt drei Auftragungen einer Lichtintensität Id eines durch die Scheibe 12 durchgegangenen Lichtstrahls in Abhängigkeit von einem Streuwinkel α im Bereich von -90° bis +90°.
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In 5 oben ist ein Zustand der Scheibe 12 ohne Streuung (Streugrad = 0) dargestellt. Das gesamte Licht geht ohne Ablenkung durch die Scheibe 12. Die Lichtintensität Id konzentriert sich bei α = 0°.
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In 5 Mitte ist ein Zwischenzustand dargestellt, bei welchem die Lichtintensität Id sich durch den Streueffekt in einem Winkelbereich um α = 0° herum verteilt.
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In 5 unten ist ein maximal streuender Zustand dargestellt, bei welchem die winkelmäßige Verteilung der aus der Scheibe 12 austretenden Lichtintensität Id besonders groß ist.
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Die Scheibe 12 erfüllt somit auch die Funktion eines elektrisch ansteuerbaren optischen Diffusors, was im beschriebenen Beispiel vorteilhaft eingesetzt werden kann, um im Rahmen der Verarbeitung der mittels der Kamera 14 aufgenommenen Bilder bei einem Kantenerkennungsalgorithmus ein Unschärfefilter nicht durch einen entsprechenden Schritt in der Bildverarbeitungssoftware zu implementieren, sondern durch eine entsprechende Ansteuerung der Scheibe 12.
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Damit kann vorteilhaft, da Ressourcen schonend, die mittels der Bildverarbeitungseinrichtung 18 erfolgende Verarbeitung der Bilder wesentlich vereinfacht werden.
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Die Ansteuerung der Scheibe 12 erfolgt hierbei automatisiert entsprechend den aktuellen Anforderungen der in der Bildprozessoreinheit 20 erfolgenden Bildverarbeitung. Falls eine Unschärfe benötigt wird, etwa im Rahmen des erwähnten Kantenerkennungsalgorithmus, so bewirkt die Bildprozessoreinheit 20 bzw. das darauf ablaufende Bildverarbeitungsprogramm die Einbeziehung eines entsprechenden Vorgabebefehls in das Vorgabedatensignal VD. Das basierend auf dem Vorgabedatensignal VD sodann von der Vorgabesignal-Erzeugungseinheit 26 erzeugte und an die Ansteuereinrichtung 24 ausgegebene Vorgabesignal VS bewirkt, dass die Ansteuereinrichtung 24 das Ansteuersignal AS so erzeugt, dass damit auch der von dem Bildverarbeitungsprogramm angeforderte Streugrad eingestellt wird.
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Wie in 1 symbolisch dargestellt können die Bildverarbeitungseinrichtung 18 und die Ansteuereinrichtung 24 als Teilfunktionalitäten einer einzigen (gestrichelt eingezeichneten) programmgesteuerten Einrichtung ausgebildet sein, wie etwa einem Steuergerät speziell für ein Fahrerassistenzsystem des Fahrzeuges 10 oder z. B. einem zentralen Steuergerät des Fahrzeuges 10. Ein solches Steuergerät kann einen herkömmlichen Aufbau enthaltend eine Rechnereinheit und eine zugeordnete Speichereinheit zum Speichern von darauf ablaufender Software besitzen. Bei der Erfindung stellt die Software jedoch zusätzlich ein Verarbeitungs- und Ansteuerprogramm bereit, um damit die Bildverarbeitungseinrichtung 18 und die Ansteuereinrichtung 24 zu implementieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Scheibe
- 14
- Kamera
- BD
- Bilddaten
- 16
- Umgebung
- 18
- Bildverarbeitungseinrichtung
- 20
- Bildprozessoreinheit
- VBD
- verarbeitete Bilddaten
- VD
- Vorgabedatensignal
- 22
- oberer Randstreifen
- 24
- Ansteuereinrichtung
- AS
- Ansteuersignal
- 26
- Vorgabesignal-Erzeugungseinheit
- VS
- Vorgabesignal
- 28
- Lichtsensor
- LS
- Lichtsensorsignal
- T
- Transmissionsgrad
- Ie
- Lichtintensität
- α
- Streuwinkel
- Id
- Lichtintensität
- WH
- Kamerablickwinkel
- WV
- Kamerablickwinkel
