DE102020003090A1 - Mono camera and method for identifying a partial area of an image sensor - Google Patents

Mono camera and method for identifying a partial area of an image sensor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Monokamera (1) mit einem Bildsensor (2) und einem Objektiv (3), wobei das Objektiv entlang einer X-Achse verläuft und wenigstens eine Linse (4) umfasst, wobei die Linse (4) in einer durch eine auf der X-Achse senkrecht stehenden Y-Achse und eine senkrecht auf der X-Achse und der Y-Achse stehenden Z-Achse aufgespannten Ebene liegt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (2) gegenüber der Linse (4) mit wenigstens einem Winkel (α) um die Y-Achse oder mit einem Winkel (β) um die Z-Achse gekippt ist.The invention relates to a mono camera (1) with an image sensor (2) and a lens (3), the lens running along an X axis and comprising at least one lens (4), the lens (4) being in one by one the Y-axis perpendicular to the X-axis and a plane spanned perpendicular to the X-axis and the Y-axis. The invention is characterized in that the image sensor (2) is tilted relative to the lens (4) with at least an angle (α) around the Y axis or with an angle (β) around the Z axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Monokamera nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art, ein Verfahren zur Identifikation eines Teilbereichs eines Bildsensors nach der im Oberbegriff von Anspruch 3 näher definierten Art sowie ein Fahrzeug mit einer Monokamera.The invention relates to a mono camera as defined in the preamble of claim 1, a method for identifying a portion of an image sensor as defined in the preamble of claim 3 and a vehicle with a mono camera.

Kameras zur Erzeugung von Kamerabildern sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt. Zunehmend werden Kameras in Fahrzeugen installiert, um beispielsweise Informationen zur Steuerung von Fahrerassistenzsystemen aus den von den Kameras erzeugten Kamerabildern zu gewinnen. Eine Vielzahl an Anwendungen erfordert dabei eine Berechnung von Abstandsinformationen zwischen der Kamera und einem von der Kamera erfassten Objekt. Hierzu zählen beispielsweise eine Steuerung von Fahrzeugfunktionen durch das Erfassen von Fahrzeuginsassen durchgeführten Gesten, oder eine autonome oder wenigstens teilweise automatisierte Steuerung eines Fahrzeugs, bei der eine Außenkamera eines Fahrzeugs eine Umgebung überwacht, und dabei unter anderem ein Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen ausgewertet wird. Eine Berechnung des Abstands geht dabei jedoch mit einem nicht zu vernachlässigenden Aufwand einher.Cameras for generating camera images are generally known from the prior art. Cameras are increasingly being installed in vehicles in order, for example, to obtain information for controlling driver assistance systems from the camera images generated by the cameras. A large number of applications require the calculation of distance information between the camera and an object captured by the camera. These include, for example, control of vehicle functions by detecting gestures carried out by vehicle occupants, or autonomous or at least partially automated control of a vehicle in which an external camera of a vehicle monitors an environment and, among other things, evaluates a distance from vehicles in front. However, a calculation of the distance is associated with a not insignificant effort.

Übliche Kamerasysteme, welche eine Abstandsberechnung ermöglichen, sind: das Erzeugen von Kamerabildern mittels einer Monokamera, wobei eine Objektgröße von in den Kamerabildern vorliegenden Objekten bekannt ist, welche als Vergleich zur Schätzung einer Entfernung zwischen den Objekten und der Monokamera verwendet werden. Hierzu kann ein einfaches und kostengünstiges Kamerasystem eingesetzt werden. Jedoch sind vorab Größeninformationen der erfassten Objekte notwendig, außerdem besteht eine Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit der Abstandsberechnung, da diese auf Schätzungen beruht. Der Einsatz einer zweiten Kamera zur Ausbildung einer Stereokamera erlaubt eine genauere Berechnung des Abstands. Die beiden Kameras werden leicht versetzt zueinander installiert und erlauben eine Abstandsbestimmung durch das Ausnutzen einer Parallaxe, ähnlich zur dreidimensionalen Sicht beim Menschen. Ein solches Kamerasystem geht jedoch aufgrund der Erfordernis einer zweiten Kamera mit erhöhten Kosten einher. Eine Abstandsberechnung ist außerdem durch den Einsatz einer sogenannten Time-of-Flight-Kamera möglich. Dabei wird eine Szene aktiv, beispielsweise von einem Infrarotlicht, beleuchtet, wobei das ausgesendete Licht von einem Sensor erfasst wird und eine Laufzeit des Lichts zwischen Aussendung und Detektierung zur Abstandsberechnung ermittelt wird. Der Einsatz eines Time-of-Flight Kamerasystems geht jedoch mit einem hohen Systemaufwand und einem hohen Aufwand zur Auswertung der Laufzeitinformationen einher, was hohe Kosten bedingt.Common camera systems that enable a distance calculation are: the generation of camera images by means of a mono camera, an object size of objects present in the camera images being known which are used as a comparison for estimating a distance between the objects and the mono camera. A simple and inexpensive camera system can be used for this. However, size information of the detected objects is necessary in advance, and there is also an impairment of the reliability of the distance calculation, since this is based on estimates. The use of a second camera to form a stereo camera allows the distance to be calculated more precisely. The two cameras are installed slightly offset from one another and allow a distance to be determined by using parallax, similar to the three-dimensional view in humans. However, such a camera system is associated with increased costs due to the need for a second camera. A distance calculation is also possible using a so-called time-of-flight camera. In this case, a scene is actively illuminated, for example by an infrared light, the emitted light being detected by a sensor and a transit time of the light between the emission and detection being determined for the distance calculation. However, the use of a time-of-flight camera system is associated with a high system outlay and a high outlay for evaluating the runtime information, which entails high costs.

Die DE 10 2013 209 721 A1 offenbart ein Verfahren zur Kalibrierung einer Time-of-Flight-Kamera in Bezug auf eine beliebig geformte Bauteiloberfläche. Dabei liegt eine Information, welche eine Oberflächenform und eine ideale Ausrichtung der Time-of-Flight-Kamera zur Oberfläche beschreibt, vorab vor. Zur Kalibrierung der Time-of-Flight-Kamera wird anschließend eine Abweichung der Ausrichtung zwischen der Time-of-Flight-Kamera und der Oberfläche ermittelt. Die kalibrierte Kamera dient anschließend einer Überwachung eines Fahrzeuginnenraums zur Detektion von Fahrzeuginsassen durchgeführten Gesten zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen. Nachteilig ist dabei jedoch der hohe mit dem Einsatz von Time-of-Flight-Kamerasystemen einhergehende Aufwand, welcher außerdem hohe Kosten bedingt.The DE 10 2013 209 721 A1 discloses a method for calibrating a time-of-flight camera with respect to an arbitrarily shaped component surface. Information that describes a surface shape and an ideal alignment of the time-of-flight camera to the surface is available beforehand. To calibrate the time-of-flight camera, a deviation in the alignment between the time-of-flight camera and the surface is then determined. The calibrated camera then serves to monitor a vehicle interior in order to detect gestures carried out by vehicle occupants in order to control vehicle functions. The disadvantage, however, is the high outlay associated with the use of time-of-flight camera systems, which also entails high costs.

Der Einsatz eines Kamerasystems zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums kann es erfordern, dass ein Bildsensor des Kamerasystems eine hohe Auflösung aufweist, damit die von ihm erzeugten Kamerabilder Details in einer ausreichend hohen Qualität darstellen. Ferner kann es erforderlich sein, dass ein solches Kamerasystem eine hohe Tiefenschärfe aufweist, damit zu überwachende Objekte, welche sich sowohl nahe an dem Kamerasystem, als auch entfernt zu diesem befinden können, scharf dargestellt werden, um Details zu erkennen. Beispielsweise wird eine kleine fahrzeugführende Person einen kürzeren Abstand zu einem Lenkrad des Fahrzeugs aufweisen als eine große fahrzeugführende Person. Um eine hohe Kameraauflösung zu gewährleisten, werden insbesondere großformatige Kamerasensoren eingesetzt. Diese gehen mit einem großen Bildwinkel einher, wodurch periphere Bildbereiche unnötig erfasst werden. Zur Reduktion des Bildwinkels, um nur einen relevanten Bildausschnitt zu erfassen, werden solche Kameras mit einem Objektiv versehen, welches eine gegenüber einem Weitwinkelobjektiv erhöhte Brennweite aufweist. Die Tiefenschärfe eines Objektivs ist jedoch von der Brennweite abhängig. Je größer die Brennweite eines Objektivs ist, desto geringer fällt seine Tiefenschärfe aus. Dies ist ein generelles Problem von konventionellen Kameras. Um dennoch ein Kamerasystem mit einer hohen Auflösung und einer hohen Tiefenschärfe zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums einzusetzen, existieren mehrere Lösungsvorschläge. Zum einen lässt sich an einem solchen Kamerasystem ein mechanisches Element zum Ändern des Kamerafokus vorsehen. Dies steigert jedoch die Komplexität des Kamerasystems und führt somit zu erhöhten Kosten. Außerdem ist ein solches System anfällig gegenüber Erschütterungen. Ferner ist es möglich, mehrere Kameras einzusetzen, von denen jede Kamera einen unterschiedlichen Fokusbereich aufweist. Dadurch, dass mehrere Kameras notwendig sind, ist auch ein solches Kamerasystem teuer.The use of a camera system for monitoring a vehicle interior may require that an image sensor of the camera system have a high resolution so that the camera images generated by it represent details in a sufficiently high quality. Furthermore, it may be necessary for such a camera system to have a high depth of field, so that objects to be monitored, which can be both close to and away from the camera system, are displayed sharply in order to recognize details. For example, a small vehicle-driving person will have a shorter distance to a steering wheel of the vehicle than a large vehicle-driving person. Large-format camera sensors are used in particular to ensure high camera resolution. These are associated with a large image angle, as a result of which peripheral image areas are captured unnecessarily. To reduce the image angle in order to capture only a relevant image section, such cameras are provided with a lens which has a focal length that is increased compared to a wide-angle lens. However, the depth of field of a lens depends on the focal length. The larger the focal length of a lens, the smaller its depth of field. This is a common problem with conventional cameras. In order to nevertheless use a camera system with a high resolution and a high depth of field for monitoring a vehicle interior, there are several proposed solutions. On the one hand, a mechanical element for changing the camera focus can be provided on such a camera system. However, this increases the complexity of the camera system and thus leads to increased costs. Such a system is also prone to shocks. It is also possible to use several cameras, each of which has a different focus area. Thereby, Such a camera system is also expensive because several cameras are necessary.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine robuste, kostengünstige und im Aufbau simpel gestaltete Kamera sowie ein Verfahren zur Nutzung einer solchen Kamera anzugeben, welche eine Abstandsbestimmung zwischen erfassten Objekten und der Kamera sowie eine Auswertung biometrischer Daten von mit der Kamera erfassten Personen über einen breiten Fokusbereich ermöglichen.The present invention is based on the object of specifying a robust, inexpensive camera with a simple design and a method for using such a camera, which can be used to determine the distance between detected objects and the camera as well as to evaluate biometric data of persons recorded with the camera via a allow wide focus range.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Monokamera mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und ein Verfahren zur Identifikation eines Teilbereichs eines Bildsensors mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Monokamera ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.According to the invention, this object is achieved by a mono camera with the features of claim 1 and a method for identifying a partial area of an image sensor with the features of claim 3. Advantageous refinements and developments as well as a vehicle with such a mono camera result from the claims dependent thereon.

Diese Aufgabe wird bei einer Monokamera mit einem Bildsensor und einem Objektiv, wobei das Objektiv entlang einer x-Achse verläuft und wenigstens eine Linse umfasst, wobei die Linse in einer durch eine auf der x-Achse senkrecht stehenden y-Achse und einer senkrecht auf der x-Achse und der y-Achse stehenden z-Achse aufgespannten Ebene liegt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Bildsensor gegenüber der Linse mit wenigstens einem Winkel α um die y-Achse oder mit einem Winkel β um die z-Achse gekippt ist.This object is achieved in a mono camera with an image sensor and a lens, the lens running along an x-axis and comprising at least one lens, the lens being in a y-axis perpendicular to the x-axis and one perpendicular to the x-axis X-axis and the y-axis standing z-axis spanned plane, solved according to the invention in that the image sensor with respect to the lens at least one angle α around the y axis or at an angle β is tilted about the z axis.

Hierdurch weisen vom Bildsensor umfasste Pixel einen unterschiedlichen Abstand zur Linse auf. Der Abstand zwischen den Pixeln nimmt dabei von einem der Linse am nächsten stehenden Punktes des Bildsensors bis zu einem am weitesten von der Linse entfernten Bereich des Bildsensors graduell zu. Hierdurch ändert sich ein Fokus von einem mit der Monokamera erzeugten Kamerabild kontinuierlich. Befinden sich nun in einem mit der Monokamera erzeugten Kamerabild mehrere Objekte, welche jeweils einen unterschiedlichen Abstand zur Monokamera aufweisen, wird wenigstens ein Teilbereich eines jeden Objekts vom Bildsensor fokussiert erfasst. Bei dem von der erfindungsgemäßen Monokamera umfassten Bildsensor kann es sich um einen großformatigen Sensor handeln, welcher aufgrund des gekippten Bildsensors auch bei Einsatz eines Objektivs mit einer hohen Brennwerte eine hohe Tiefenschärfe gewährleistet.As a result, pixels comprised by the image sensor are at a different distance from the lens. The distance between the pixels gradually increases from a point of the image sensor closest to the lens to a region of the image sensor furthest away from the lens. As a result, a focus of a camera image generated with the mono camera changes continuously. If there are now several objects in a camera image generated with the mono camera, each of which has a different distance from the mono camera, at least a partial area of each object is captured in a focused manner by the image sensor. The image sensor comprised by the mono camera according to the invention can be a large-format sensor which, due to the tilted image sensor, ensures a high depth of field even when using a lens with a high calorific value.

Bevorzugt ist der Bildsensor gegenüber der Linse sowohl mit dem Winkel α um die y-Achse, als auch mit dem Winkel β um die z-Achse gekippt.The image sensor is preferred over the lens both with the angle α around the y axis, as well as with the angle β tilted around the z-axis.

Dadurch, dass der Bildsensor um beide Achsen gekippt ist, lässt sich eine Empfindlichkeit des Bildsensors weiter steigern, und somit eine Genauigkeit der Abstandsbestimmung erhöhen. Die Größe des Winkels α und des Winkels β kann dabei beliebig sein, und insbesondere einen Wert, der größer als 0° und kleiner als 90° ist, annehmen. Bei einem Winkel von 90° würde der Bildsensor orthogonal zur x-Achse verlaufen, wodurch er kein in das Objektiv einfallendes Licht mehr erfassen könnte. Je stärker der Bildsensor geneigt ist, desto stärker ändert sich der Fokus von unterschiedlich zur Monokamera beabstandeten Objekten über eine Fläche des Bildsensors.Because the image sensor is tilted about both axes, the sensitivity of the image sensor can be increased further, and thus the accuracy of the distance determination can be increased. The size of the angle α and the angle β can be arbitrary, and in particular assume a value that is greater than 0 ° and less than 90 °. At an angle of 90 °, the image sensor would run orthogonal to the x-axis, as a result of which it would no longer be able to detect light entering the lens. The more the image sensor is tilted, the more the focus changes from objects spaced differently from the mono camera over a surface of the image sensor.

Ein Verfahren zur Identifikation eines Teilbereichs eines Bildsensors einer erfindungsgemäßen Monokamera weist erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte auf:

  1. a) Erzeugen und Speichern wenigstens eines Kamerabilds mithilfe der Monokamera;
  2. b) Auswerten eines Bildkontrasts eines gesamten Kamerabilds;
  3. c) Identifizieren des Teilbereichs des Bildsensors, dadurch, dass der zu identifizierende Teilbereich einen fokussierten Bildbereich des Kamerabilds erfasst.
A method for identifying a partial area of an image sensor of a mono camera according to the invention has the following method steps:
  1. a) generating and storing at least one camera image using the mono camera;
  2. b) evaluating an image contrast of an entire camera image;
  3. c) Identifying the partial area of the image sensor, in that the partial area to be identified captures a focused image area of the camera image.

Mithilfe des Verfahrens ist es möglich, genau die Teilbereiche des Bildsensors zu detektieren, welche wenigstens einen fokussierten Bildbereich wenigstens eines mithilfe der Monokamera erfassten Objekts erfassen.With the aid of the method, it is possible to detect precisely the partial areas of the image sensor which capture at least one focused image area of at least one object captured using the mono camera.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das wenigstens eine Kamerabild mit einer Abstandsinformation angereichert wird, wobei die Abstandsinformation einen Abstand zwischen dem fokussierten Bildbereich, wobei dieser in einer Fokusebene liegt, und dem Bildsensor umfasst.An advantageous development of the method provides that the at least one camera image is enriched with distance information, the distance information comprising a distance between the focused image area, which lies in a focus plane, and the image sensor.

Dadurch, dass der Bildsensor gekippt ist, trifft für jedes innerhalb eines festgelegten Raums angeordnete und beliebig hierin zum Bildsensor beabstandete Objekt wenigstens ein fokussiertes Abbild, entsprechend dem fokussierten Bildbereich, auf den Bildsensor auf. Dabei wird nur ein Teilbereich des Bildsensors mit dem fokussierten Abbild bedeckt. Dabei liegt für jedes beliebig zum Bildsensor beabstandete Objekt wenigstens ein in einer individuellen Fokusebene liegender fokussierter Bildbereich vor. Liegt vorab eine Information darüber vor, welchen Abstand die jeweilige Fokusebene zum Bildsensor aufweist, kann den fokussierten Bildbereichen, und damit den Objekten, ein Abstand zum Bildsensor zuverlässig zugeordnet werden.Due to the fact that the image sensor is tilted, at least one focused image, corresponding to the focused image area, strikes the image sensor for each object which is arranged within a defined space and is at any distance from the image sensor therein. Only a partial area of the image sensor is covered with the focused image. There is at least one focused image area lying in an individual focus plane for each object spaced apart from the image sensor. If there is information in advance as to what distance the respective focus plane is from the image sensor, a distance from the image sensor can be reliably assigned to the focused image areas, and thus to the objects.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist der Bildsensor eine Vielzahl an Teilbereichen auf, von denen jeder einen festen Abstand zu einer individuellen Fokusebene aufweist. Eine ursprüngliche Zuordnung zwischen den Teilbereichen und den festen Abständen zu den individuellen Fokusebenen erfolgt dabei durch eine Kalibrierung.According to a further advantageous embodiment of the method, the image sensor has a large number of partial areas, each of which is at a fixed distance from an individual focal plane. An original assignment A calibration is carried out between the sub-areas and the fixed distances to the individual focus levels.

Mithilfe der Kalibrierung wird für jeden Teilbereich des Bildsensors ein fester Abstand zwischen Bildsensor und Fokusebene bestimmt und den Teilbereichen zugeordnet. Somit ist es möglich, für ein Objekt, welches einen beliebigen Abstand innerhalb des festgelegten Raums zum Bildsensor aufweist, einen korrekten Abstand zum Bildsensor zuverlässig zu bestimmen.With the aid of the calibration, a fixed distance between the image sensor and the focal plane is determined for each partial area of the image sensor and assigned to the partial areas. It is thus possible to reliably determine a correct distance from the image sensor for an object which has an arbitrary distance within the defined space from the image sensor.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht ferner vor, dass zur Kalibrierung folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden.

  • • Erzeugen einer Vielzahl an Kamerabildern eines Testmusters, wobei das Testmuster einen festgelegten Abstand zum Bildsensor aufweist, welcher für jedes Kamerabild individuell bestimmt wird;
  • • Detektion und Kennzeichnung der Teilbereiche, welche bei jeweiligen Kamerabildern einen fokussierten Bildbereich erfassen; und
  • • Zuordnen der individuellen Abstände zwischen Testmuster und Bildsensor zu den gekennzeichneten Teilbereichen.
An advantageous development of the method further provides that the following method steps are carried out for calibration.
  • Generating a plurality of camera images of a test pattern, the test pattern being at a fixed distance from the image sensor, which is determined individually for each camera image;
  • • Detection and identification of the partial areas, which capture a focused image area in the case of respective camera images; and
  • • Assignment of the individual distances between test pattern and image sensor to the marked sub-areas.

Mithilfe der beschriebenen Verfahrensschritte können die Abstände der Fokusebenen zum Bildsensor zuverlässig zur bestimmt werden. Das Testmuster kann dabei eine beliebige Gestalt aufweisen. Das Testmuster ist insbesondere so ausgeführt, dass es zu unterschiedlichen optischen Bedingungen bestmöglich von der Monokamera erfasst werden kann. Ein Minimal- und Maximalabstand des Testmusters zum Bildsensor kann dabei beliebig gewählt werden. Auch die Anzahl der Kamerabilder, und damit der Abstände der Fokusebenen zum Bildsensor kann beliebig gewählt werden. Insbesondere kann die Anzahl so hoch gewählt werden, dass eine kontinuierliche Abstandsbestimmung zwischen der nähesten Position zum Bildsensor und der entferntesten Position zum Bildsensor der Fokusebenen ermöglicht wird.With the aid of the method steps described, the distances between the focal planes and the image sensor can be reliably determined. The test pattern can have any shape. In particular, the test pattern is designed such that it can be captured by the mono camera in the best possible way under different optical conditions. A minimum and maximum distance between the test pattern and the image sensor can be chosen as desired. The number of camera images, and thus the distances between the focal planes and the image sensor, can also be selected as desired. In particular, the number can be chosen so high that a continuous distance determination between the closest position to the image sensor and the most distant position to the image sensor of the focal planes is made possible.

Bevorzugt werden zur Auswertung biometrischer Daten von Personen folgende zusätzliche Verfahrensschritte durchgeführt:

  • d) Isolieren des fokussierten Bildbereichs aus dem Kamerabild;
  • e) Erkennen von charakteristischen Gesichts- und/oder Körpermerkmalen wenigstens eines Körperteils einer Person, wobei zur Erkennung der Merkmale Methoden der Bildverarbeitung eingesetzt werden;
  • f) Erzeugen wenigstens eines Lichtmusters auf wenigstens einem fokussierten Körperteil wenigstens einer Person;
  • g) Erzeugen und Speichern von Kamerabildern, welche wenigstens ein fokussiertes Lichtmuster zeigen;
  • h) Auswerten wenigstens eines Lichtmusters zur Berechnung der biometrischen Daten;
  • i) Speichern von eine Position des wenigstens einen Körperteils in wenigstens einem Kamerabild kennzeichnenden Informationen; und
  • j) erneutes Durchführen der Verfahrensschritte, beginnend mit Verfahrensschritt a).
The following additional method steps are preferably carried out for evaluating biometric data of persons:
  • d) isolating the focused image area from the camera image;
  • e) recognition of characteristic facial and / or body features of at least one body part of a person, methods of image processing being used to recognize the features;
  • f) generating at least one light pattern on at least one focused body part of at least one person;
  • g) generating and storing camera images which show at least one focused light pattern;
  • h) evaluating at least one light pattern to calculate the biometric data;
  • i) storing information characterizing a position of the at least one body part in at least one camera image; and
  • j) performing the process steps again, starting with process step a).

Mithilfe der beschriebenen Verfahrensschritte ist es möglich, Personen, welche einen unterschiedlichen Abstand zur Kamera, und damit dem Bildsensor aufweisen, fokussiert zu erfassen. Auch bei Einsatz eines Bildsensors mit einer hohen Auflösung lässt sich somit eine besonders hohe Tiefenschärfe erzeugen. Dabei muss nicht auf die einzelnen Personen scharfgestellt werden, da für jeden beliebigen Abstand der Personen zum Bildsensor innerhalb des festgelegten Raums wenigstens ein Teilbereich des Bildsensors einen fokussierten Bereich der Personen erfasst. Somit kann auf das Umfassen einer mechanischen Fokussiereinrichtung verzichtet werden, wodurch die Monokamera eine besonders hohe Robustheit gegenüber Vibrationen und Schock aufweist und besonders günstig hergestellt werden kann. Das Verfahren kann dabei einmalig bis zum Verfahrensschritt i) durchgeführt werden, beispielsweise nach Aktivierung durch Eingabe eines Steuerungsbefehls, oder durch das Ausführen von Verfahrensschritt j) auch kontinuierlich durchgeführt werden.With the aid of the method steps described, it is possible to focus on people who are at different distances from the camera and thus from the image sensor. Even when using an image sensor with a high resolution, a particularly high depth of field can be produced. It is not necessary to focus on the individual people, since for any distance between the people and the image sensor within the defined space, at least a partial area of the image sensor detects a focused area of the people. It is therefore not necessary to include a mechanical focusing device, as a result of which the mono camera is particularly robust against vibration and shock and can be manufactured particularly cheaply. The method can be carried out once up to method step i), for example after activation by entering a control command, or by executing method step j) also continuously.

Ein Fahrzeug weist eine Monokamera auf, welche erfindungsgemäß dazu eingerichtet ist, biometrische Daten von Fahrzeuginsassen zu überwachen.A vehicle has a mono camera, which according to the invention is set up to monitor biometric data of vehicle occupants.

Somit lässt sich mit der erfindungsgemäßen Monokamera und einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Identifikation eines Teilbereichs eines Bildsensors besonders einfach und kostengünstig ein Fahrzeuginnenraum überwachen. Die mit der Monokamera erzeugten Kamerabilder können ausgewertet werden, und dabei gewonnene Informationen zur Steuerung von Fahrerassistenzsystemen eingesetzt werden. Die Monokamera ist dabei so am Fahrzeug angeordnet, dass das Erfassen eines Fahrzeuginnenraums ermöglicht wird. Dabei entspricht der festgelegte Raum wenigstens einem Teil des Fahrzeuginnenraums. Ferner ist eine mit der Monokamera zur Auswertung von Kamerabildern verbundene Recheneinheit am Fahrzeug vorgesehen.A vehicle interior can thus be monitored particularly simply and inexpensively using the mono camera according to the invention and a method according to the invention for identifying a partial area of an image sensor. The camera images generated with the mono camera can be evaluated and the information obtained can be used to control driver assistance systems. The mono camera is arranged on the vehicle so that it is possible to capture a vehicle interior. The defined space corresponds to at least a part of the vehicle interior. Furthermore, an arithmetic unit connected to the mono camera for evaluating camera images is provided on the vehicle.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Monokamera und dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie dem Fahrzeug ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird. Further advantageous refinements of the mono camera according to the invention and the method according to the invention and the vehicle also result from the exemplary embodiment which is described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 eine Schnittansicht durch eine übliche Monokamera;
  • 2 eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf einen Strahlengang zur Aufnahme eines fokussierten Bildbereichs von einem von einer erfindungsgemäßen Monokamera umfassten Bildsensor; und
  • 3 eine perspektivische Darstellung des Bildsensors der erfindungsgemäßen Monokamera.
Show:
  • 1 a sectional view through a conventional mono camera;
  • 2nd a side view and a plan view of a beam path for recording a focused image area from an image sensor included by a mono camera according to the invention; and
  • 3rd a perspective view of the image sensor of the mono camera according to the invention.

Eine in 1 dargestellte Monokamera 1 entspricht dem Stand der Technik. Die Monokamera 1 umfasst ein Kameragehäuse 10, mit einem Bildsensor 2 zur Erzeugung von Kamerabildern, indem der Bildsensor 2 ein durch ein mit dem Kameragehäuse 10 verbundenes Objektiv 3 einfallendes Abbild eines zu erfassenden Objekts detektiert. Das Objektiv 3 weist an einer dem zu erfassenden Objekt zugewandten Seite eine Linse 4 auf. Die Linse 4 ist dabei orthogonal zu einer in eine x-Richtung verlaufenden Objektivachse des Objektivs 3 ausgerichtet. Sie liegt somit in einer durch eine auf der x-Achse senkrecht stehenden y-Achse und einer senkrecht auf der x-Achse und der y-Achse stehenden z-Achse aufgespannten Ebene. Der Bildsensor 2 und die Linse 4 sind üblicherweise parallel zueinander ausgerichtet. Erfasst die Monokamera 1 ein Objekt, welches einen konstanten Abstand zur Monokamera 1 aufweist, somit das Objekt also in einer zum Bildsensor 2 parallelen Ebene liegt, so erfasst der Bildsensor 2 das Objekt mit einem über seine vollständige Fläche konstant verteilten Fokus.One in 1 shown mono camera 1 corresponds to the state of the art. The mono camera 1 includes a camera body 10th , with an image sensor 2nd to generate camera images by the image sensor 2nd one by one with the camera body 10th connected lens 3rd incident image of an object to be detected is detected. The objective 3rd has a lens on a side facing the object to be detected 4th on. The Lens 4th is orthogonal to an objective axis of the objective extending in an x-direction 3rd aligned. It therefore lies in a plane spanned by a y axis which is perpendicular to the x axis and a z axis which is perpendicular to the x axis and the y axis. The image sensor 2nd and the lens 4th are usually aligned parallel to each other. Captures the mono camera 1 an object that is a constant distance from the mono camera 1 has, so the object in one to the image sensor 2nd parallel plane, so the image sensor detects 2nd the object with a focus that is constantly distributed over its entire surface.

Ein oberer Abschnitt von 2 zeigt eine Seitenansicht auf einem Strahlengang zur Aufnahme eines fokussierten Bildbereichs 6 von einem von einer erfindungsgemäßen Monokamera 1 umfassten Bildsensor 2. Dabei ist der Bildsensor 2 mit einem Winkel α um die y-Achse gekippt. Der Winkel α kann dabei einen beliebigen Wert, welcher größer als 0° und kleiner als 90° ist, annehmen. Ein durch die Linse 4 auf den Bildsensor 2 fallender Strahlengang umfasst ein Abbild eines Körperteils einer Person 8. In 2 handelt es sich bei dem Körperteil um ein Gesicht. Dadurch, dass der Bildsensor 2 um den Winkel α gekippt ist, ist auch ein von ihm erfasster fokussierter Bildbereich 6 um die y-Achse gekippt. Dies bedeutet, dass Bereiche der Person 8, die einen abweichenden Abstand A zum Bildsensor 2 aufweisen, auf abweichenden Teilbereichen der Oberfläche des Bildsensors 2 fokussiert dargestellt werden. Befindet sich die Person 8 in einer Fokusebene 7 mit dem Abstand A zum Bildsensor 2, so wird bei einer üblichen Monokamera nur derjenige Teil der Person 8 fokussiert erfasst, welcher in der Fokusebene 7 liegt. Bei der erfindungsgemäßen Monokamera 1 jedoch ist der Bildsensor 2 gekippt, wodurch eine Fokussierung auf mehrere Fokusebenen 7 gleichzeitig möglich ist, wobei jede der Fokusebenen 7 von einem anderen Teilbereich des Bildsensors 2 fokussiert erfasst wird. Somit wird bei dem erfindungsgemäßen gekippten Bildsensor 2 für eine Person 8 mit einem beliebigen Abstand zum Bildsensor 2 bei jeder Aufnahme wenigstens ein Teilbereich der Person 8 fokussiert dargestellt.An upper section of 2nd shows a side view on a beam path for recording a focused image area 6 from one of a mono camera according to the invention 1 included image sensor 2nd . Here is the image sensor 2nd with an angle α tilted around the y-axis. The angle α can take any value that is greater than 0 ° and less than 90 °. One through the lens 4th on the image sensor 2nd falling beam path includes an image of a body part of a person 8th . In 2nd the body part is a face. Because the image sensor 2nd around the angle α is also a focused image area captured by it 6 tilted around the y-axis. This means areas of the person 8th that have a different distance A to the image sensor 2nd have, on different partial areas of the surface of the image sensor 2nd be focused. Is the person 8th in a focus plane 7 with the distance A to the image sensor 2nd , in a conventional mono camera only that part of the person becomes 8th focused, which in the focal plane 7 lies. In the mono camera according to the invention 1 however, is the image sensor 2nd tilted, causing a focus on multiple focus levels 7 is possible at the same time, each of the focus levels 7 from another part of the image sensor 2nd is captured in a focused manner. Thus, the tilted image sensor according to the invention 2nd for a person 8th at any distance from the image sensor 2nd at least a sub-area of the person with each admission 8th shown in focus.

Im unteren Bereich von 2 ist eine Draufsicht auf den Strahlengang zur Aufnahme des fokussierten Bildbereichs 6 dargestellt. Dabei ist der Bildsensor 2 mit einem Winkel β um die z-Achse geneigt. Analog zum Winkel α kann der Winkel β einen Wert größer als 0° und kleiner als 90° annehmen. Ferner ist es auch möglich, dass der Bildsensor 2 sowohl mit dem Winkel α um die y-Achse und mit dem Winkel β um die z-Achse geneigt ist. Durch das Kippen des Bildsensors 2 lässt sich eine Empfindlichkeit der Monokamera 1 steigern.In the lower part of 2nd is a top view of the beam path for capturing the focused image area 6 shown. Here is the image sensor 2nd with an angle β inclined around the z-axis. Analog to the angle α can the angle β assume a value greater than 0 ° and less than 90 °. Furthermore, it is also possible for the image sensor 2nd both with the angle α around the y axis and with the angle β is inclined about the z-axis. By tilting the image sensor 2nd can be a sensitivity of the mono camera 1 increase.

Der in 3 dargestellte Bildsensor 2 ist um die y- und die z-Achse geneigt. Hierzu ist er mithilfe von Abstandshaltern 9 vom Kameragehäuse 10 beabstandet, wobei die Abstandshalter 9 zur Erzeugung der Kippwinkel α und β jeweils eine unterschiedliche Länge aufweisen. Die Abstandshalter 9 können dabei von einem beliebigen Material in einer beliebigen Form ausgebildet sein. Auch ist es möglich, anstatt der Abstandshalter 9 den Bildsensor 2 entlang seiner vollständigen Fläche mit dem Kameragehäuse 10 zu kontaktieren, und eine Erhebung im Kameragehäuse 10 zur Erzeugung der Kippwinkel α und β vorzusehen. Ferner sind in 3 verschiedene Teilbereiche 5 auf dem Bildsensor 2 dargestellt, von denen jeder eine individuelle Fokusebene 7 fokussiert erfasst. Dabei weist jede der individuellen Fokusebenen 7 einen individuellen Abstand A zum Bildsensor 2 auf. Soll mithilfe des Bildsensors 2 der individuelle Abstand A zu den individuellen Fokusebenen, und damit zu Objekten bestimmt werden, so wird derjenige Teilbereich 5.1 identifiziert, welcher das Objekt fokussiert erfasst. Dadurch, dass jeder Teilbereich einen festen Abstand zu einer Fokusebene aufweist, kann durch eine Identifikation des Teilbereichs 5, welcher das Objekt fokussiert erfasst, eine Abstandszuordnung erfolgen.The in 3rd shown image sensor 2nd is inclined around the y and z axes. For this he is using spacers 9 from the camera body 10th spaced apart, the spacers 9 to generate the tilt angle α and β each have a different length. The spacers 9 can be made of any material in any shape. It is also possible to use the spacer instead 9 the image sensor 2nd along its full area with the camera body 10th to contact, and an elevation in the camera body 10th to generate the tilt angle α and β to provide. Furthermore, in 3rd different areas 5 on the image sensor 2nd shown, each of which has an individual focus level 7 captured in a focused manner. Each of the individual focus levels shows 7 an individual distance A to the image sensor 2nd on. Should with the help of the image sensor 2nd the individual distance A to the individual focal planes, and thus to objects, that sub-area becomes 5.1 identifies which focuses on the object. Because each sub-area is at a fixed distance from a focal plane, the sub-area can be identified 5 which detects the object in a focused manner.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102013209721 A1 [0004]DE 102013209721 A1 [0004]

Claims (8)

Monokamera (1) mit einem Bildsensor (2) und einem Objektiv (3), wobei das Objektiv entlang einer X-Achse verläuft und wenigstens eine Linse (4) umfasst, wobei die Linse (4) in einer durch eine auf der X-Achse senkrecht stehenden Y-Achse und eine senkrecht auf der X-Achse und der Y-Achse stehenden Z-Achse aufgespannten Ebene liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (2) gegenüber der Linse (4) mit wenigstens einem Winkel (α) um die Y-Achse oder mit einem Winkel (β) um die Z-Achse gekippt ist.Mono camera (1) with an image sensor (2) and a lens (3), the lens running along an X axis and comprising at least one lens (4), the lens (4) in one through one on the X axis perpendicular Y axis and a plane spanned perpendicular to the X axis and the Y axis, characterized in that the image sensor (2) with respect to the lens (4) at least at an angle (α) around the Y-axis or at an angle (β) about the Z-axis. Monokamera (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (2) gegenüber der Linse (4) sowohl mit dem Winkel (α) um die Y-Achse, als auch mit dem Winkel (β) und die Z-Achse gekippt ist.Mono camera (1) after Claim 1 , characterized in that the image sensor (2) is tilted with respect to the lens (4) both with the angle (α) about the Y axis, and with the angle (β) and the Z axis. Verfahren zur Identifikation eines Teilbereichs (5) eines Bildsensors (2), wobei der Bildsensor (2) von einer Monokamera (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 umfasst ist, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Erzeugen und speichern wenigstens eines Kamerabilds mit Hilfe der Monokamera (1); b) Auswerten eines Bildkontrasts eines gesamten Kamerabilds; c) Identifizieren des Teilbereichs (5) des Bildsensors (2), dadurch, dass der zu identifizierende Teilbereich (5.1) einen fokussierten Bildbereich (6) des Kamerabilds erfasst.Method for identifying a partial area (5) of an image sensor (2), the image sensor (2) being operated by a mono camera (1) according to one of the Claims 1 or 2nd is characterized by the following method steps: a) generating and storing at least one camera image with the aid of the mono camera (1); b) evaluating an image contrast of an entire camera image; c) Identifying the partial area (5) of the image sensor (2), in that the partial area (5.1) to be identified captures a focused image area (6) of the camera image. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerabild mit einer Abstandsinformation angereichert wird, wobei die Abstandsinformation einen Abstand (A) zwischen einer dem fokussierten Bildbereich (6) entsprechenden Fokusebene (7) und dem Bildsensor (2) umfasst.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the camera image is enriched with distance information, the distance information comprising a distance (A) between a focal plane (7) corresponding to the focused image area (6) and the image sensor (2). Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (2) eine Vielzahl an Teilbereichen (5) aufweist, von denen jeder einen festen Abstand (Ai) zu einer individuellen Fokusebene (7) aufweist und eine ursprüngliche Zuordnung zwischen den Teilbereichen (5) und den festen Abständen (Ai) zu den individuellen Fokusebenen (7) durch eine Kalibrierung erfolgt.Procedure according to Claim 3 or 4th , characterized in that the image sensor (2) has a plurality of partial areas (5), each of which has a fixed distance (A i ) from an individual focal plane (7) and an original association between the partial areas (5) and the fixed ones Distances (A i ) to the individual focus planes (7) are carried out by calibration. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: - Erzeugen einer Vielzahl an Kamerabildern eines Testmusters, wobei das Testmuster einen festgelegten Abstand zum Bildsensor (2) aufweist, welcher für jedes Kamerabild individuell bestimmt wird; - Detektion und Kennzeichnung der Teilbereiche (5) welche bei jeweiligen Kamerabildern einen fokussierten Bildbereich (6) erfassen; und - Zuordnen der individuellen Abstände (Ai) zwischen Testmuster und Bildsensor (2) zu den gekennzeichneten Teilbereichen (5).Procedure according to Claim 5 , characterized in that the following method steps are carried out for calibration: - generating a plurality of camera images of a test pattern, the test pattern being at a fixed distance from the image sensor (2) which is determined individually for each camera image; - Detection and identification of the partial areas (5) which capture a focused image area (6) in the case of respective camera images; and - assigning the individual distances (A i ) between the test pattern and the image sensor (2) to the marked partial areas (5). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung biometrischer Daten von Personen (8) folgende zusätzliche Verfahrensschritte durchgeführt werden: d) Isolieren des fokussierten Bildbereichs (6) aus dem Kamerabild; e) Erkennen von charakteristischen Gesichts- und/oder Körpermerkmalen wenigstens eines Körperteils einer Person (8), wobei zur Erkennung der Merkmale Methoden der Bildverarbeitung eingesetzt werden; f) Erzeugen wenigstens eines Lichtmusters auf wenigstens einem fokussierten Körperteil wenigstens einer Person (8); g) Erzeugen und Speichern von Kamerabildern welche wenigstens ein fokussiertes Lichtmuster zeigen; h) Auswerten wenigstens eines Lichtmusters zur Berechnung der biometrischen Daten; i) Speichern von einer Position die wenigstens ein Körperteil in wenigstens einem Kamerabild kennzeichnenden Informationen; und j) Erneutes Durchführen der Verfahrensschritte, beginnend mit Verfahrensschritt a).Procedure according to Claim 3 , characterized in that the following additional method steps are carried out for evaluating biometric data of persons (8): d) isolating the focused image area (6) from the camera image; e) recognizing characteristic facial and / or body features of at least one body part of a person (8), methods of image processing being used to recognize the features; f) generating at least one light pattern on at least one focused body part of at least one person (8); g) generating and storing camera images which show at least one focused light pattern; h) evaluating at least one light pattern to calculate the biometric data; i) storing from a position the information characterizing the at least one body part in at least one camera image; and j) performing the process steps again, starting with process step a). Fahrzeug mit einer Monokamera (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Monokamera (1) eingerichtet ist biometrische Daten von Fahrzeuginsassen zu überwachen.Vehicle with a mono camera (1) Claim 1 or 2nd , characterized in that the mono camera (1) is set up to monitor biometric data of vehicle occupants.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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