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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Monokamera zur Erfassung der Fahrzeugumgebung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nutzung einer derartigen Monokamera in einem Fahrzeug.
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Fahrzeuge mit Kameras sind prinzipiell aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Über die Kameras kann eine Umgebungserfassung erfolgen. Eine Stereokamera ist dabei geeignet nicht nur Objekte in der Fahrzeugumgebung zu erfassen, sondern auch den Abstand zwischen der Kamera und damit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt zu ermitteln. Allerdings sind Stereokameras relativ aufwändig durch die Notwendigkeit der beiden Kameras und aufgrund der Notwendigkeit, diese sauber und zuverlässig zueinander zu justieren. Sie haben außerdem den Nachteil, dass sie einen relativ großen Bauraum hinter der Windschutzscheibe benötigen, und somit die Sicht für die Fahrt des Fahrzeugs in einem manuellen Fahrbetrieb einschränken, was ein Sicherheitsnachteil sein kann.
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Bei Monokameras ist es so, dass das Erkennen von Objekten vor dem Fahrzeug in hoher Entfernung ein Teleobjektiv notwendig macht. Ein solches Erkennen von Objekten in großer Entfernung ist jedoch eine zwingende Voraussetzung für ein hochautomatisiertes Fahren mit höherer Geschwindigkeit. Die Notwendigkeit ein Teleobjektiv einzusetzen, hat dabei den Nachteil, dass dieses grundsätzlich eine relativ lange Optik aufweist, was bedeutet, dass es hinter der Windschutzscheibe so positioniert werden muss, dass die Kamera zumindest im Tele-Modus relativ weit in den Fahrgastraum hineinreicht und damit störend wirkt.
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Die
DE 10 2016 212 730 A1 beschreibt nun ein Kamerasystem für ein Fahrzeug, welches einerseits eine Mono-Weitwinkelkamera und andererseits eine Mono-Telekamera miteinander kombiniert. Dadurch ist es möglich, beide Bereiche entsprechend zu erfassen, um so Objekte sowohl in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeugs als auch in weiterer Entfernung von dem Fahrzeug aufnehmen zu können. Dabei ist es so, dass die Nachteile hinsichtlich der Einbausituation nicht gelöst werden. Vielmehr ist es in der genannten Schrift so, dass die überlappenden Bildbereiche der Mono-Weitwinkelkamera einerseits und der Mono-Telekamera andererseits genutzt werden, um über einen Stereoeffekt eine Metrik zu erzeugen. Damit ist der Aufbau letztlich wie eine Stereokamera hinsichtlich der Justierung der beiden Optiken zueinander zu betrachten, sodass auch die Nachteile einer Stereokamera einschließlich ihrer Baugröße und des Platzbedarfs hinter der Windschutzscheibe von der Schrift nicht gelöst werden können.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Fahrzeug mit einer verbesserten Monokamera anzugeben, welche platzsparend in das Fahrzeug integriert ist und eine hohe Funktionalität mit der Möglichkeit einer Entfernungsabschätzung der erfassten Objekte bietet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug mit einer Monokamera und mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Der dort beschriebene Aufbau wird durch die hiervon abhängigen Unteransprüche weitergebildet. Ein Verfahren zur Verwendung einer derartigen Kamera, um die weiteren Aspekte der Aufgabe zu lösen, ist im Anspruch 7 angegeben. Auch hier ergibt sich eine vorteilhafte Weiterbildung aus dem abhängigen Unteranspruch.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug mit einer Monokamera sieht es vor, dass die Monokamera in einer der A-Säulen des Fahrzeugs mit Blick in Fahrtrichtung nach vorne angeordnet ist. Dabei ist die Monokamera entlang der A-Säule verfahrbar ausgebildet. Diese Anordnung der Monokamera in der A-Säule des Fahrzeugs ermöglicht einen Einsatz der Kamera mit freiem Blick in Fahrtrichtung nach vorne, ohne dass Bereiche der Windschutzscheibe durch die Kamera vereinnahmt werden. Einer das Fahrzeug fahrenden Person wird das Sichtfeld damit nicht durch die Kamera eingeschränkt, was ein entscheidender Vorteil hinsichtlich der Sicherheit und des Fahrkomforts ist.
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Durch die Verfahrbarkeit der Kamera entlang der A-Säule entsteht nun außerdem die Möglichkeit, Disparitätsbilder aufzunehmen und hieraus eine Entfernung von erfassten Objekten zu ermitteln, wie es später noch näher ausgeführt werden wird.
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Eine außerordentlich günstige und vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sieht es dabei vor, dass die Monokamera ein ausfahrbares Objektiv umfasst, welches zumindest in einer der Endpositionen der A-Säule ausfahrbar ist. Die Kamera kann also ein ausfahrbares Objektiv aufweisen und dieses kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee als Teleoptik ausgeführt sein. Eine solche Teleoptik mit ausfahrbarem Objektiv würde in Fahrtrichtung gesehen relativ viel Bauraum benötigen, welcher in der A-Säule so nicht verfügbar ist. Dadurch, dass gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Ausfahren des Objektivs nun lediglich in einer der Endpositionen der A-Säule erfolgt, steht hier ausreichend Platz zur Verfügung. Nimmt man z.B. die obere Endposition im Dachbereich, dann steht dort entgegen der Fahrtrichtung in das Dach hinein ausreichend Bauraum zur Verfügung. Vergleichbares gilt prinzipiell für eine untere Endposition, welche so in der Karosserie ausgebildet sein kann, dass auch hier ausreichend Bauraum entsteht. Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist es dabei jedoch vorgesehen, dass das Ausfahren ausschließlich in der oberen Endposition erfolgt, da hier auch hier die bessere Sicht in Fahrtrichtung nach vorne in jedem Fall gewährleistet ist.
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Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Idee sieht es ferner vor, dass die Monokamera mittels eines Elektromotors und eines Riemenantriebs entlang der A-Säule verfahrbar ist. Insbesondere wenn das Ausfahren des Kameraobjektivs lediglich in der oberen Endposition erfolgt, kann der Motor und der Riementrieb bzw. eine zwischen dem Motor und dem Riementrieb angeordnete Getriebeeinrichtung zum Antreiben desselben dann im unteren Bereich der A-Säule positioniert werden, wo typischerweise ausreichend Platz zur Verfügung steht, wo die Sicht nach vorn jedoch gegebenenfalls durch die Karosserie eingeschränkt ist. Alternative Möglichkeiten die Monokamera zu bewegen existieren selbstverständlich ebenfalls. So kann diese beispielsweise durch magnetische Kräfte, durch Linearmotoren oder prinzipiell auch über hydraulische oder pneumatische Anlagen bewegt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Nutzung einer solchen Monokamera in einem Fahrzeug gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen, bei einer Monokamera mit ausfahrbarem Objektiv, sieht es nun vor, dass bei einem erkannten Objekt in einer beliebigen Position der Monokamera diese in eine Endposition oder in die gegenüberliegende Endposition verfahren wird, und dass das Objektiv der Monokamera ausgefahren wird, um auf das erkannte Objekt scharf zu stellen. Die Monokamera kann also, obwohl sie prinzipiell eine Teleoptik aufweisen kann, genutzt werden, um Objekte grundsätzlich erstmal bei unscharfer Aufnahme des Objekts zu erkennen. Erst dann erfolgt das Verfahren der Monokamera in die entsprechende Endposition, vorzugsweise von einer unteren Endposition, in welcher die Monokamera bzw. ihr Objektiv nicht ausfahrbar ist, in die obere Endposition, in welcher das Objektiv aufgrund des vergrößerten Bauraums des Dachbereichs ausfahrbar ist. Auf das Objekt kann dann durch Ausfahren des Objektivs scharf gestellt werden, um so eine bessere Erkennung des Objekts zu realisieren und dieses leichter und zuverlässiger klassifizieren zu können. Damit lassen sich Objekte auch in größerer Entfernung sehr zuverlässig erkennen.
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Eine besonders günstige Weiterbildung des Verfahrens sieht es nun ferner vor, dass aus der Disparität der Bilder desselben Objekts in der beliebigen Position und in der dann angefahrenen Endposition der Monokamera, sowie aus einer eventuellen Bewegung des Fahrzeugs zwischen den Bildern, die Entfernung des aufgenommenen Objekts durch einen Stereoeffekt zwischen den beiden Bildern bestimmt wird. Diese besonders günstige Weiterbildung des oben beschriebenen Verfahrens nutzt also die Disparität zwischen den Bildern und die entsprechende Entfernung zwischen den Kamerapositionen, um über den sich ergebenden Stereoeffekt die Entfernung des Objekts zu bestimmen. Hat sich das Fahrzeug dabei zwischen den beiden Positionen der Monokamera bewegt, muss dies rechnerisch ebenfalls mit berücksichtigt werden.
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In der Gesamtsicht des erfindungsgemäßen Fahrzeugs und des Verfahrens zur Verwendung der Monokamera in dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ergibt sich somit also eine Art Stereofunktion bei nur einer Kamera mit ausfahrbarem Teleobjektiv, was eine deutliche Verbesserung bei der Erkennung von Objekten, insbesondere von weit entfernten Objekten, ermöglicht. Dadurch, dass für die das Fahrzeug fahrende Person ein größerer Sichtbereich zur Verfügung steht, weil der Kameraaufbau eben nicht mehr in dem Windschutzscheibenbereich angeordnet werden muss, erhöhen sich auch die Fahrsicherheit und der Komfort.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Idee ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Sicht auf einen Teil eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs von vorne; und
- 2 eine Sicht auf einen Ausschnitt aus dem Fahrzeug von der Seite.
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In der Darstellung der 1 ist ein Ausschnitt aus einem Fahrzeug 1 von vorne, also mit einer Blickrichtung entgegen der Fahrtrichtung F zu erkennen. Dabei ist eine Windschutzscheibe 2 dargestellt, welche rechts und links jeweils von einer A-Säule 3 und oben vom Dachbereich 4 des Fahrzeugs 1 umgeben ist. In einer der A-Säulen 3, hier der links dargestellten A-Säule 3, befindet sich außerdem eine Monokamera 5, von welcher in der Darstellung der 1 lediglich das Objektiv als Punkt zu erkennen ist. Wie es durch einen Pfeil 6 angedeutet ist, kann sich die Monokamera 5 entlang der A-Säule 3 bewegen.
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In der Darstellung der 2 ist dieser Aufbau nochmals in einer prinzipmäßigen Schnittansicht der A-Säule 3 und des Dachbereichs 4 des Fahrzeugs zu erkennen. Im unteren Bereich der A-Säule 3 befindet sich ein elektrischer Antriebsmotor 7, welcher mit einem Riementrieb 8 gekoppelt ist, über welchen die Monokamera 5 entsprechend bewegt werden kann. Die Kamera 5 ist dabei in einer unteren Position gestrichelt angedeutet, beispielsweise einer unteren Endposition. Die Monokamera 5 kann sich beispielsweise in dieser unteren Endposition befinden, bis sie ein hier nicht dargestelltes Objekt in größerer Entfernung zu dem Fahrzeug 1, typischerweise noch unscharf, erkannt hat. Obwohl die Monokamera 5 eine Teleoptik, welche insbesondere ausfahrbar ist, aufweisen soll, reicht der Bauraum in der A-Säule 3 nicht aus, um die Teleoptik entsprechend auszufahren. Sobald in größerer Entfernung ein unscharfes Objekt durch die Monokamera 5 in ihrer gestrichelt dargestellten unteren Position der 2 erkannt worden ist, wird diese daher gemäß dem Pfeil 6 durch den Elektromotor 7 und den Riementrieb 8 in ihre obere Endposition verfahren, in welcher die Monokamera 5 in 2 durchgezogen dargestellt ist.
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Hier steht zusätzlich zum Bauraum der A-Säule 3 der zusätzliche Bauraum des Dachbereichs 4 in Fahrtrichtung bzw. parallel zur Fahrtrichtung F zur Verfügung, sodass die Teleoptik der Monokamera 5 nun ausgefahren werden kann. Dieses Ausfahren erfolgt dabei in den Dachbereich 4 hinein, also entgegen der Fahrtrichtung F, sodass kein zusätzlicher Bauraum von der A-Säule nach vorne benötigt wird, und keine Bauteile die Außenkontur der Karosserie überragen. Bei diesem Ausfahren der Teleoptik lässt sich nun auf das erkannte Objekt scharf stellen. Dadurch ist es möglich, das Objekt auch in großer Entfernung sehr zuverlässig zu erkennen und zu klassifizieren. Ferner liegen nun mindestens zwei Aufnahmen dieses Objekts von der Monokamera 5 vor. Eine erste, als die Monokamera 5 noch in der gestrichelt dargestellten unteren Position war, und eine zweite, als die Monokamera 5 ihre obere Position erreicht hatte. Die Disparitäten zwischen diesen beiden Bildern erlauben nun über den Stereoeffekt eine Abschätzung der Entfernung des Objekts zu dem Fahrzeug 1.
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Dabei ist der Abstand der beiden Positionen der Monokamera 5, wie in der Darstellung der 2 angedeutet, zu berücksichtigen, und zwar sowohl quer zur optischen Achse und Fahrtrichtung F als auch längs hierzu, wobei der Längsversatz mit zunehmender Entfernung des Objekts immer weniger eine Rolle spielt. Falls die ganze Erfassung während der Bewegung des Fahrzeugs 1 erfolgt war, muss außerdem eine Bewegung des Fahrzeugs 1 ebenfalls mit berücksichtigt werden, sowohl mit ihren Bewegungskomponenten in Fahrtrichtung als auch mit ihren Bewegungskomponenten quer hierzu, falls eine solche Bewegung aufgetreten sein sollte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016212730 A1 [0004]
