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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Änderung einer Ausdehnung eines optischen Sensors.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Ausdehnung eines Moduls indirekt durch das Messen der Temperatur mit einem Temperatursensor zu ermitteln und die Temperatur in Korrelation zu einer Mechanischen Expansion oder Kontraktion zu setzen.
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Dies ist problematisch, da normalerweise eine einzige Temperaturmessung, bezogen auf die Position der Messung, nicht ausreicht, um die Expansion oder Kontraktion des gesamten Moduls zu beschreiben. Es handelt sich wie beschrieben um eine indirekte Messung, welche auf einem Model des jeweiligen Kameramoduls und dessen Materialien basiert. Hier kann es auch gerne zu Teilevariationen innerhalb der gleichen Baureihe kommen aufgrund von Fertigungstoleranzen, etc.
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Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine präzisere und kostengünstige direkte Bestimmung der Änderung einer Ausdehnung eines Kameramoduls ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erste Überlegungen waren dahingehend, dass die Problematik auch mit mehreren Temperatursensoren zu Messung der Temperatur an verschiedenen Positionen lösbar wäre. Dies würde aber zu einer höheren Komplexität und auch höheren Kosten führen. Weiterhin wäre es denkbar den Betrag der Bildunschärfe zu betrachten, um so einen Versatz festzustellen, allerdings ist hierbei nicht klar, welcher Anteil der Unschärfe durch eine Änderung der Ausdehnung des gesamten Moduls hervorgerufen wird oder bereits bei der Herstellung vorhanden war. Weiterhin lässt sich nicht direkt herausfinden, ob die Unschärfe von einer Ausdehnung oder einer Kontraktion des Moduls herrührt. Es wurde festgestellt, dass ein derartiges Verfahren nicht praktikabel wäre.
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Als Grundlage der Erfindung dient der Fakt, dass beispielsweise bei modernen Surroundview Kameras oder Weitwinkelkameras nur ein bestimmter, zentraler Bereich auf dem Imager beleuchtet wird und somit aktive und inaktive Pixel auf dem Imager vorliegen.
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Erfindungsgemäß wird demnach ein Verfahren zum Bestimmen einer Änderung einer Ausdehnung eines optischen Sensors mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:
- - Aufnehmen eines ersten Bildes durch den optischen Sensor,
- - Bestimmen einer Größe eines Beleuchtungskreises auf dem Imager des optischen Sensors während der Aufnahme des ersten Bildes und Speichern dieser Daten auf einem Speicherbereich des optischen Sensors,Aufnehmen eines zweiten Bildes durch den optischen Sensor,
- - Bestimmen der der Größe des Beleuchtungskreises auf dem Imager des optischen Sensors während der Aufnahme des zweiten Bildes,
- - Vergleichen der Größe der Beleuchtungskreise der beiden Aufnahmen,
- - Bestimmen einer Größe der Abstandsänderung sowie einer Richtung der Änderung der Ausdehnung des optischen Sensors.
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Bevorzugt wird der optische Sensor in einem Fahrzeug verwendet. Besonders bevorzugt ist der optische Sensor eine Surroundview Kamera oder eine Weitwinkelkamera. Denkbar wäre, dass nach dem Bestimmen der Änderung der Ausdehnung des optischen Sensors in einem weiteren Schritt diese Information an ein System zur Anpassung eines anpassbaren Linsenelements übermittelt wird, um potentiell auftretende Bildunschärfen entsprechend ausgleichen zu können.
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Die Änderung der Ausdehnung des optischen Sensors kann beispielsweise durch Temperaturänderungen oder Alterungseffekte hervorgerufen werden. Eine höhere Temperatur als zum Produktionszeitpunkt führt zu einer Expansion und eine niedrigere Temperatur zu einer Kontraktion des optischen Sensors.
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Die Aufnahme des ersten Bildes kann bereits während der Produktion des optischen Sensors stattfinden und entsprechend in den Moduldaten gespeichert bzw. hinterlegt werden. Dies ist vorteilhaft, da während der Produktion kontrollierte Umgebungsbedingungen herstellbar sind und so beispielsweise eine für die Komponenten ideale Raumtemperatur vorherrscht. Die Abmaße des optischen Sensors zum Produktionszeitpunkt stellen den Ausgangspunkt für die Messung der Veränderung dar. Denkbar wäre auch, dass Werte für verschiedene Temperaturen ermittelt und vorab als Stützstellen gespeichert werden, so dass ein Algorithmus im späteren Betrieb ohne viel Rechenaufwand zwischen den Stützstellen interpolieren könnte.
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Unter einem Beleuchtungskreis wird im Lichte der Erfindung der Bereich des Imagers verstanden, welcher bei der Aufnahme eines Bildes aktiv ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die Größe des Beleuchtungskreises auf dem Imager durch Betrachten der aktiven und/oder inaktiven Pixel ermittelt. Die Betrachtung der aktiven und/oder inaktiven Pixel kann beispielsweise mittels eines Algorithmus durchgeführt werden, welcher aktive und inaktive Bereiche auf dem Imager ermittelt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zum Ermitteln der Größe des Beleuchtungskreises eine Anzahl der aktiven und/oder inaktiven Pixel des Imagers bestimmt. Hierfür kann zum einen die Anzahl der aktiven Pixel bestimmt werden, um beispielsweise den Durchmesser zu bestimmen. Aus der Anzahl der inaktiven Pixel kann im Umkehrschluss beispielsweise die Anzahl der aktiven Pixel errechnet werden.
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Beispielsweise kann zum Ermitteln der Größe des Beleuchtungskreises eine Anzahl der inaktiven Pixel zwischen einem Randbereich des Imagers und dem Beleuchtungskreis bestimmt werden. Hierfür können beispielsweise die inaktiven Pixel beginnend bei dem Rand des Imagers bis zum Beginn der aktiven Pixel gezählt werden. In den meisten Fällen wird eine zentrale Beleuchtung des Imagers angesterbt aber in den seltensten Fällen wegen Produktionstoleranzen auch erreicht und es entsteht eine Symmetrie bei den inaktiven Pixeln. So ist es in diesem Fall lediglich notwendig die inaktiven Pixel in einer Reihe vom Rand des Imagers bis zu dem Beleuchtungskreis zu zählen und deren Anzahl zu verdoppeln, da die Anzahl auf der gegenüberliegenden Seite identisch ist. Bei Kameras, bei welchen das optische Zentrum des Imagers und die optische Achse nicht koinzidieren, werden beide Seiten gezählt, da eine Symmetrie in diesen Fällen nicht vorliegt. Für eine Sichere Bestimmung ist das einzelne Zählen der inaktiven Pixel vorteilhaft, da es auch zu einem produktionsbedingten Versatz kommen kann. Nach der Bestimmung der Anzahl kann indirekt der Durchmesser des Beleuchtungskreises bestimmt werden, da alle verbliebenen Pixel der Reihe, welche nicht als inaktiv bestimmt wurden aktiv sein müssen. Hierfür kann bei vorliegender Symmetrie die mittlere Pixelzeile gewählt werden, da an dieser Stelle der Durchmesser exakt bestimmbar ist. Je nach Größe des Beleuchtungskreises wäre es auch denkbar die Eckpixel des Imagers zu zählen. Alternativ können auch direkt die aktiven Pixel, bevorzugt in der mittleren Zeile des Imagers, oder in der Zeile des Imagers welche die meisten aktiven Pixel aufweist gezählt werden, um den Durchmesser des Beleuchtungskreises direkt zu bestimmen.
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Weiterhin wird bevorzugt beim Vergleichen der Größe der jeweiligen Beleuchtungskreise auf dem Imager die jeweils aktiven Pixel und/oder inaktiven Pixel der entsprechenden Aufnahme mit abgespeicherten aktiven und/oder inaktiven Pixeln verglichen werden und eine Änderung der Größe der Beleuchtungskreise ermittelt. Wie bereits beschrieben, kann durch das Ermitteln der aktiven und/oder der inaktiven Pixel beispielsweise der Durchmesser des Beleuchtungskreises ermittelt werden. Basierend darauf kann bei der Aufnahme von zwei aufeinander folgenden Bildern beispielsweise jeweils der Durchmesser der entsprechenden Beleuchtungskreise auf dem Imager ermittelt werden und diese beiden Durchmesser miteinander verglichen werden. Weiterhin kann eine absolute Temperaturmessung durchgeführt werden, wenn in der Produktion die Größen der Bildkreise unter verschiedenen Temperaturen gemessen und gespeichert werden.
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Besonders bevorzugt wird basierend auf der Änderung der Größe der Beleuchtungskreise die Änderung der Ausdehnung des optischen Sensors ermittelt. Die Größe der Beleuchtungskreise ist unter anderem abhängig von der Entfernung der Linsenanordnung zu dem Imager. Bei einer Änderung der Temperatur ändert sich auch die Ausdehnung des optischen Sensors und somit wird die Entfernung zwischen Imager und Linsenanordnung kleiner oder größer und somit wird auch der Beleuchtungskreis kleiner oder größer.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird bei der Bestimmung der Änderung der Beleuchtungskreise (K) eine Änderung zumindest einer Linse einer Linsenanordnung (1) berücksichtigt. Durch thermische Einflüsse oder Alterungseffekte können sich auch Linsen ändern, was zu einer Änderung des Hauptstrahlwinkels (chief-ray-angle CRA) führt. Insbesondere ändern sich hierbei die intrinsischen Linsenparameter. Die Änderung des CRA führt ebenfalls zu einer Änderung der Größe des Beleuchtungskreises. Um die Änderung der Ausdehnung des gesamten optischen Moduls genauer zu bestimmen, muss dieser Effekt zusätzlich berücksichtigt werden. Denkbar wäre es diesen Effekt mittels optimierter Linsen (aktive oder passive Linsenelemente) zu reduzieren oder gänzlich zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Optischer Sensor für ein Fahrzeug, umfassend einen Imager, welcher optisch aktive Pixel umfasst, eine Linsenanordnung, welche ein Bild auf den Imager projiziert, eine Recheneinheit, welche das auf den Imager projizierte Bild analysiert, sowie ein lichtundurchlässiges Gehäuse, zur Aufnahme der genannten Bestandteile. Hierbei ist die Recheneinheit dazu ausgestaltet, eine Größe eines Beleuchtungskreises zu bestimmen und abhängig von einem Vergleich von zumindest zwei ermittelten Beleuchtungskreisen eine Änderung der Ausdehnung des optischen Sensors zu ermitteln.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung bestimmt die Recheneinheit die Größe des Beleuchtungskreises auf dem Imager durch die Ermittlung der Anzahl der aktiven und/oder inaktiven Pixel.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Zeichnungen. Darin zeigen:
- 1a-c: jeweils eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des optischen Sensors bei unterschiedlichen Temperaturen;
- 2a-c: jeweils eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform des optischen Sensors bei unterschiedlichen Temperaturen;
- 3: ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
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Die 1a, 1b und 1c zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des optischen Sensors bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Bestandteile des optischen Sensors in den 1a, 1b und 1c ist identisch. Alle sich nicht verändernden Komponenten werden einmalig für alle drei 1a-1c in 1a erläutert. 1a zeigt den optischen Sensor bei einer Normaltemperatur T0, welche der Umgebungstemperatur bei der Produktion des optischen Sensors entspricht. Hierbei weist die Linsenanordnung 1 und der Imager 3 eine voreingestellte Entfernung e zueinander auf. Unterhalb des Imagers 3 befindet sich eine Leiterplatte 4. Bei der Projektion eines Bildes von der Linsenanordnung 1 auf den Imager 3 erzeugt der entstehende Lichtkegel 2 einen Beleuchtungskreis K (hier nicht explizit gezeigt bzw. erkennbar) mit einem bestimmten Durchmesser d auf dem Imager 3. Der Durchmesser d ist dabei abhängig von der Entfernung e zwischen Linsenanordnung 1 und Imager 3, sowie einem Winkel α.
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In der 1b ist die Temperatur T höher als die Temperatur T0. Durch die erhöhte Temperatur T1 ergibt sich aufgrund einer allgemeinen Expansion des gesamten optischen Sensors eine größere Entfernung e zwischen der Linsenanordnung 1 und dem Imager 3. Durch die größere Entfernung e vergrößert sich auch der Durchmesser d des Beleuchtungskreises K. Im Gegensatz dazu ist in 1c die Temperatur T2 geringer als die Temperatur T0.Die niedrigere Temperatur führt zu einer Kontraktion des gesamten optischen Sensors und somit auch zu einer geringeren Entfernung e zwischen Linsenanordnung 1 und Imager 3. Durch die geringere Entfernung e verringert sich auch der Durchmesser d des Beleuchtungskreises K. Aus den Größenänderungen der Beleuchtungskreise K bzw. der Durchmesser d kann indirekt auf die Temperatur geschlossen werden.
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Die 2a, 2b und 2c zeigen jeweils eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform des optischen Sensors bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Draufsichten zeigen jeweils den optischen Sensor unterhalb der Linsenanordnung 1. Somit ist hier lediglich der Imager 3 und der darauf durch den Lichtkegel 2 erzeugte Beleuchtungskreis K dargestellt. 2a zeigt, wie 1a, den optischen Sensor bei einer Normaltemperatur T0.Der Beleuchtungskreis K hat aufgrund der festen Vorgabe der Entfernung e der Linsenanordnung 1 zu dem Imager 3 einen bestimmten Durchmesser d. Zur Bestimmung des Durchmessers d kann beispielsweise die Anzahl A der inaktiven Pixel P vom Rand des Imagers 3 bis hin zu dem äußersten Rand des Beleuchtungskreises K gezählt werden. Auf diese Weise ist feststellbar, wie viele aktive Pixel P der Durchmesser d umfasst.
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2b zeigt die Draufsicht bei einer Temperatur T größer als T0.Entsprechend der Expansion des optischen Sensors und der zu der 1b beschriebenen Vergrößerung der Entfernung e zwischen Linsenanordnung 1 und Imager 3, ist auch in 2b der Beleuchtungskreis K größer als in 2a. Die Anzahl A der inaktiven Pixel P zwischen dem Rand des Imagers 3 und dem Rand des Beleuchtungskreises K ist entsprechend geringer als in 2a. 2c hingegen zeigt die Draufsicht bei einer Temperatur T kleiner als T0.Durch die Kontraktion des optischen Sensors und der damit verbundenen Verringerung der Entfernung e zwischen Linsenanordnung 1 und Imager 3 wird auch der Beleuchtungskreis K kleiner als in 2a. Entsprechend ist in 2c auch die Anzahl A der inaktiven Pixel P zwischen dem Rand des Imagers 3 und dem Rand des Beleuchtungskreises K größer als in 2a.
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3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens. In Schritt S1 wird ein erstes Bild durch den optischen Sensor aufgenommen. In Schritt S2 wird dann eine Anzahl von aktiven und/oder inaktiven Pixeln P eines Imagers 3 des optischen Sensors während der Aufnahme des ersten Bildes bestimmt. In einem Schritt S3 wird ein zweites Bild durch den optischen Sensor aufgenommen und in einem darauffolgenden Schritt S4 werden zu diesem zweiten Bild die aktiven und/oder inaktiven Pixel P des Imagers 3 bestimmt. In einem nächsten Schritt S5 wird die Anzahl der aktiven und/oder inaktiven Pixel P der beiden Aufnahmen verglichen und in einem abschließenden Schritt S6 die Änderung der Ausdehnung des optischen Sensors bestimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linsenanordnung
- 2
- Lichtkegel
- 3
- Imager
- 4
- Leiterplatte
- A
- Anzahl inaktiver Pixel
- d
- Durchmesser Beleuchtungskreis
- e
- Entfernung
- K
- Beleuchtungskreis
- P
- Pixel
- T
- Temperatur
- α
- Winkel des Lichtkegels
