DE102020203585A1 - Arrangement and filters for image processing, computer-implemented method for controlling such a filter, control device for an imaging sensor, camera for polarizing light and control system for a vehicle comprising such a camera - Google Patents
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Abstract
Anordnung für Bildverarbeitung umfassend wenigstens einen ersten Flüssigkristall (LC1) und einen zweiten Flüssigkristall (LC2), die in Bezug auf eine erste Richtung (z) hintereinander angeordnet sind, wobei der erste Flüssigkristall (LC1) als Reaktion auf ein erstes Feld in eine zweite Richtung (x) und der zweite Flüssigkristall (LC2) als Reaktion auf ein zweites Feld in eine dritte Richtung (y) orientierbar ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Filter (F) für Bildverarbeitung, ein computerimplementiertes Verfahren zum Steuern eines Filters (F), einen Bildgebungssensor (APS) umfassend den Filter (F), ein Steuergerät (20) für einen Bildgebungssensor (APS), eine Kamera (C) und ein Steuerungssystem (30) für ein Fahrzeug (V) umfassend die Kamera (C).An arrangement for image processing comprising at least a first liquid crystal (LC1) and a second liquid crystal (LC2) which are arranged one behind the other with respect to a first direction (z), the first liquid crystal (LC1) moving in a second direction in response to a first field (x) and the second liquid crystal (LC2) can be oriented in a third direction (y) in response to a second field. The invention also relates to a filter (F) for image processing, a computer-implemented method for controlling a filter (F), an imaging sensor (APS) comprising the filter (F), a control unit (20) for an imaging sensor (APS), a camera ( C) and a control system (30) for a vehicle (V) comprising the camera (C).
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und Filter für Bildverarbeitung, ein computerimplementiertes Verfahren zum Steuern eines derartigen Filters, ein Steuergerät für einen Bildgebungssensor, eine Kamera zum Polarisieren von Licht und ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug umfassend eine derartige KameraThe invention relates to an arrangement and filters for image processing, a computer-implemented method for controlling such a filter, a control device for an imaging sensor, a camera for polarizing light and a control system for a vehicle comprising such a camera
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Polarisationsfilter bei digitalen Bildgebungsverfahren zu verwenden, um Reflektionen von Oberflächen in Aufnahmen, beispielsweise durch Reflektionen verursachte Glanzlichter, zu entfernen, Kontraste zu erhöhen und den Dynamikbereich eines Bildgebungssensors zu vergrößern.It is known from the prior art to use polarization filters in digital imaging methods in order to remove reflections from surfaces in recordings, for example highlights caused by reflections, to increase contrasts and to enlarge the dynamic range of an imaging sensor.
Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, mittels Flüssigkristallen Licht zu polarisieren. Beispielsweise ist in CH 532 261 eine nematische Drehzelle als Flüssigkristallzelle, auch twisted nematic liquid crystal, abgekürzt TNLC, genannt, offenbart. Die
Bei der Verwendung von statischen Polarisationsfiltern wird in der Regel die Hälfte des einfallenden Lichts in Bezug auf die weitere Bildverarbeitung herausgefiltert. Damit wird die Bildverarbeitung für Bedingungen mit wenig Licht erschwert.When using static polarization filters, half of the incident light is usually filtered out for further image processing. This makes image processing difficult for low-light conditions.
Zusätzlich führen elektrochrome Filter zu einer Farbverfälschung. Beispielsweise sind die in de
Aufgabe der Erfindung war es, wie die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Polarisationsfiltern überwunden werden können.The object of the invention was how the disadvantages of the polarization filters known from the prior art can be overcome.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Hintereinanderschaltung von Schichten von Flüssigkristallen, die in einer Neutralstellung keine polare Filterwirkung aufweisen. Damit wird die Bildverarbeitung bei Bedingungen mit wenig Licht, zum Beispiel in Tunnels, verbessert. Durch eine selektive Ansteuerung der Flüssigkristalle stellt die Erfindung eine selektive Polarisationskamera bereit, die Oberflächeneigenschaften, beispielsweise Nässe oder Vereisung auf einer Straße, erkennt.The invention solves this problem by connecting layers of liquid crystals one behind the other, which in a neutral position have no polar filter effect. This improves image processing in low-light conditions, for example in tunnels. By selectively driving the liquid crystals, the invention provides a selective polarization camera that detects surface properties, for example wetness or icing on a road.
Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung eine Anordnung für Bildverarbeitung. Die Anordnung umfasst wenigstens einen ersten Flüssigkristall und einen zweiten Flüssigkristall, die in Bezug auf eine erste Richtung hintereinander angeordnet sind. Der erste Flüssigkristall ist als Reaktion auf ein erstes Feld in eine zweite Richtung orientierbar. Der zweite Flüssigkristall ist als Reaktion auf ein zweites Feld in eine dritte Richtung orientierbar.According to one aspect, the invention provides an arrangement for image processing. The arrangement comprises at least a first liquid crystal and a second liquid crystal, which are arranged one behind the other with respect to a first direction. The first liquid crystal is orientable in a second direction in response to a first field. The second liquid crystal is orientable in a third direction in response to a second field.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung einen Filter für Bildverarbeitung bereit. Der Filter umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung von ersten Flüssigkristallen und zweiten Flüssigkristallen. In Bezug auf ein rechtwinkliges Koordinatensystem sind die zweiten Flüssigkristalle in Bezug auf eine erste Koordinatenachse hinter den ersten Flüssigkristallen angeordnet. Die ersten Flüssigkristalle sind als Reaktion auf ein erstes Feld parallel zu einer zweiten Koordinatenachse orientierbar und die zweiten Flüssigkristalle sind als Reaktion auf ein zweites Feld parallel zu einer dritten Koordinatenachse orientierbar, um in Abhängigkeit der Orientierungen der Flüssigkristalle eine Filterwirkung zu erzielen.In another aspect, the invention provides a filter for image processing. The filter comprises an arrangement according to the invention of first liquid crystals and second liquid crystals. With respect to a right-angled coordinate system, the second liquid crystals are arranged behind the first liquid crystals with respect to a first coordinate axis. The first liquid crystals can be oriented parallel to a second coordinate axis in response to a first field and the second liquid crystals can be oriented parallel to a third coordinate axis in response to a second field in order to achieve a filter effect depending on the orientations of the liquid crystals.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren bereit zum Steuern eines erfindungsgemäßen Filters, der bei Verwendung in Bezug auf einfallendes Licht vor einem Bildgebungssensor angeordnet ist. Das Verfahren umfasst die Schritte
- • Erhalten von ersten Signalen des Bildgebungssensors,
- • Analysieren der ersten Signale
- • in Abhängigkeit der Analyse der ersten Signale Bestimmen von ersten und/oder zweiten Flüssigkristallen des Filters, die in Reaktion auf ein erstes und/oder zweites Feld orientierbar sind, um Pixeln des Bildgebungssensors polarisiertes Licht bereitzustellen,
- • Anlegen des ersten und/oder zweiten Feldes an die bestimmten ersten und/oder zweiten Flüssigkristalle.
- • Receiving the first signals from the imaging sensor,
- • Analyze the first signals
- • as a function of the analysis of the first signals, determining first and / or second liquid crystals of the filter, which can be oriented in response to a first and / or second field in order to provide polarized light to pixels of the imaging sensor,
- Application of the first and / or second field to the specific first and / or second liquid crystals.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Bildgebungssensor bereit. Der Bildgebungssensor umfasst einen erfindungsgemäßen Filter. Der Filter ist als eine Schicht auf dem Bildgebungssensor implementiert.In another aspect, the invention provides an imaging sensor. The imaging sensor comprises one according to the invention Filter. The filter is implemented as a layer on the imaging sensor.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Steuergerät für einen Bildgebungssensor bereit. Das Steuergerät umfasst
- • eine erste Schnittstelle, um erste Signale des Bildgebungssensors zu erhalten,
- • eine Recheneinheit, die ausgeführt ist, Befehle eines Computerprogramms auszuführen, die bewirken, dass die Recheneinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt, wenn das Computerprogramm auf der Recheneinheit läuft, und
- • eine zweite Schnittstelle, um ein erstes und/oder zweites Feld an von der Recheneinheit bestimmte erste und/oder zweite Flüssigkristalle anzulegen.
- • a first interface to receive first signals from the imaging sensor,
- A processing unit which is designed to execute commands of a computer program which cause the processing unit to carry out a method according to the invention when the computer program is running on the processing unit, and
- A second interface in order to apply a first and / or second field to first and / or second liquid crystals determined by the computing unit.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Kamera zum Polarisieren von Licht bereit. Die Kamera umfasst ein Abbildungssystem, ein Bildgebungssensor, einen erfindungsgemäßen Filter und ein erfindungsgemäßes Steuergerät. Der Filter ist in Bezug auf einfallendes Licht vor dem Abbildungssystem angeordnet oder zwischen dem Abbildungssystem und dem Bildgebungssensor angeordnet oder auf dem Bildgebungssensor implementiert.In another aspect, the invention provides a camera for polarizing light. The camera comprises an imaging system, an imaging sensor, a filter according to the invention and a control device according to the invention. The filter is arranged in front of the imaging system with respect to incident light, or is arranged between the imaging system and the imaging sensor, or is implemented on the imaging sensor.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug bereit. Das Steuerungssystem umfasst eine erfindungsgemäße Kamera zum Erkennen von Oberflächeneigenschaften einer Straße. Ein Steuergerät der Kamera oder ein Steuergerät für Längs- und/oder Querführung des Fahrzeuges ist ausgeführt, Befehle eines Computerprogramms auszuführen, die bewirken, dass das Steuergerät in Abhängigkeit einer Analyse von Oberflächenaufnahmen der Kamera einen Reibwert für die Straße bestimmt und Aktuatoren für die Längs- und/oder Querführung des Fahrzeuges in Abhängigkeit des Reibwertes ansteuert, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät läuft.According to a further aspect, the invention provides a control system for a vehicle. The control system comprises a camera according to the invention for recognizing surface properties of a road. A control unit of the camera or a control unit for longitudinal and / or lateral guidance of the vehicle is designed to execute commands from a computer program that cause the control unit to determine a coefficient of friction for the road based on an analysis of surface images of the camera and actuators for the longitudinal and / or controls lateral guidance of the vehicle as a function of the coefficient of friction when the computer program is running on the control unit.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Further refinements of the invention emerge from the subclaims, the drawings and the description of preferred exemplary embodiments.
Bildverarbeitung umfasst elektronische Bildverarbeitung. Der erfindungsgemäße Filter wird eingesetzt bei der Bilderzeugung und/oder bei Verfahren, um aus einem Bild Informationen zu erzeugen. Ein Bild wird beispielsweise dadurch erzeugt, dass Spannungswerte an Pixeln eines Bildgebungssensors ausgelesen werden und Helligkeits- und/oder Farbinformationen erhalten werden. Informationen, die aus einem Bild erzeugt werden, umfassen beispielsweise Helligkeits- und/oder Farbhistogramme, das heißt Häufigkeiten von Grau- und/oder Farbwerten.Image processing includes electronic image processing. The filter according to the invention is used in image generation and / or in methods for generating information from an image. An image is generated, for example, in that voltage values at pixels of an imaging sensor are read out and brightness and / or color information is obtained. Information that is generated from an image includes, for example, brightness and / or color histograms, that is to say frequencies of gray and / or color values.
Nach einem Aspekt der Erfindung entspricht die erste Richtung einer Lichteinfall-Richtung.According to one aspect of the invention, the first direction corresponds to a direction of incidence of light.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfassen der erste und der zweite Flüssigkristall jeweils Mittel zum Anlegen einer elektrischen Spannung, um das erste und zweite Feld aufzubauen. In Abhängigkeit der Feldstärke orientieren sich die Flüssigkristalle, beispielsweise parallel zu dem Vektor der jeweiligen Feldstärke. Beispielsweise orientieren sich Atome oder Moleküle der Flüssigkristalle. Das erste Feld ist nach einem Aspekt der Erfindung betrags- und/oder richtungsmäßig gleich dem zweiten Feld. According to one aspect of the invention, the first and the second liquid crystal each comprise means for applying an electrical voltage in order to build up the first and second fields. Depending on the field strength, the liquid crystals are oriented, for example parallel to the vector of the respective field strength. For example, atoms or molecules of the liquid crystals orient themselves. According to one aspect of the invention, the first field is equal to the second field in terms of amount and / or direction.
Das erste und/oder zweite Feld sind nach einem Aspekt der Erfindung elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder.According to one aspect of the invention, the first and / or second field are electrical, magnetic or electromagnetic fields.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfassen die Flüssigkristalle ferroelektrische Flüssigkristalle. Ferroelektrische Flüssigkristalle sind beispielsweise in
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind der erste Flüssigkristall und/oder der zweite Flüssigkristall jeweils als dritte Schicht zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht angeordnet sind, wobei jeweils die erste Schicht und die zweite Schicht als eine Elektrode ausgeführt ist. Damit ist der erste Flüssigkristall und/oder der zweite Flüssigkristall zwischen Elektroden gesandwiched. Die Elektroden entsprechen den Mitteln zum Anlegen einer elektrischen Spannung. Eine derartige Schichtanordnung wird Flüssigkristallzelle genannt.According to a further aspect of the invention, the first liquid crystal and / or the second liquid crystal are each arranged as a third layer between a first layer and a second layer, the first layer and the second layer each being designed as an electrode. The first liquid crystal and / or the second liquid crystal is thus sandwiched between electrodes. The electrodes correspond to the means for applying an electrical voltage. Such a layer arrangement is called a liquid crystal cell.
Nach einem Aspekt der Erfindung sind der erste Flüssigkristall und der zweite Flüssigkristall jeweils als eine derartige Flüssigkristallzelle ausgeführt.According to one aspect of the invention, the first liquid crystal and the second liquid crystal are each implemented as such a liquid crystal cell.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die erste Schicht und/oder die zweite Schicht der Flüssigkristallzellen Indiumzinnoxid. Beispielsweise ist die erste und/oder die zweite Schicht aus Indiumzinnoxid-Glas gefertigt. Indiumzinnoxid ist im sichtbaren Licht transparent. Damit werden transparente Elektroden erhalten. Durch die Transparenz wird die Bilderzeugung nicht gestört.According to a further aspect of the invention, the first layer and / or the second layer of the liquid crystal cells comprise indium tin oxide. For example, the first and / or the second layer is made of indium tin oxide glass. Indium tin oxide is transparent in visible light. So be get transparent electrodes. The image generation is not disturbed by the transparency.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst nur die erste oder die zweite Schicht der Flüssigkristallzellen Indiumzinnoxid. Die jeweilige andere Schicht umfasst ein anderes, beispielsweise transluzentes, transparentes oder farbiges Material.According to a further aspect of the invention, only the first or the second layer of the liquid crystal cells comprises indium tin oxide. The respective other layer comprises a different, for example translucent, transparent or colored material.
Die Flüssigkristallzellen besitzen beispielsweise eine Dicke von ca. 2- 10 Mikrometer, beispielsweise 5 Mikrometer. Eine derartige Dicke ermöglicht eine Implementierung der Flüssigkristallzellen auf dem Bildgebungssensor.The liquid crystal cells have, for example, a thickness of approximately 2-10 micrometers, for example 5 micrometers. Such a thickness enables the liquid crystal cells to be implemented on the imaging sensor.
Nach einem Aspekt der Erfindung fällt Licht auf die ersten Flüssigkristallzellen in z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems ein. Die zweiten Flüssigkristallzellen sind in z-Richtung hinter den ersten Flüssigkristallzellen angeordnet. Beim Anlegen des ersten Feldes, beispielsweise eines ersten elektrischen Feldes, werden die ersten Flüssigkristalle in x-Richtung orientiert. Bei einer derartigen Orientierung lassen die ersten Flüssigkristalle nur den Anteil des einfallenden Lichts passieren, der linear in x-Richtung polarisiert ist. Beim Anlegen des zweiten Feldes, beispielsweise eines zweiten elektrischen Feldes, werden die zweiten Flüssigkristalle in y-Richtung orientiert. Bei einer derartigen Orientierung lassen die zweiten Flüssigkristalle nur den Anteil des durch die ersten Flüssigkristalle durchgegangenen Lichts durchgehen, der linear in y-Richtung polarisiert ist. Es ergeben sich dann die folgenden Konfigurationen:
- 1. Erstes Feld an, zweites Feld aus, zweite Flüssigkristalle unorientiert: Erste Flüssigkristalle lassen linear in x-Richtung polarisiertes Licht durchgehen. Zweite Flüssigkristalle filtern nicht. Ergebnis: In x-Richtung linear polarisiertes Licht verlässt den Filter.
- 2. Erstes Feld an, zweites Feld an: Erste Flüssigkristalle lassen linear in x-Richtung polarisiertes Licht durchgehen. Zweite Flüssigkristalle lassen linear in y-Richtung polarisiertes Licht durchgehen. Ergebnis: In x-Richtung linear polarisiertes Licht wird von den zweiten Flüssigkristallen herausgefiltert. Damit verlässt kein Licht den Filter.
- 3. Erstes Feld aus, erste Flüssigkristalle unorientiert, zweites Feld an: Erste Flüssigkristalle filtern nicht. Zweite Flüssigkristalle lassen linear in y-Richtung polarisiertes Licht durchgehen. Ergebnis: In y-Richtung linear polarisiertes Licht verlässt den Filter.
- 4. Erstes Feld aus, erste Flüssigkristalle unorientiert, zweites Feld aus, zweite Flüssigkristalle unorientiert: Keine Filterwirkung. Ergebnis: Einfallendes Licht verlässt den Filter ungefiltert.
- 1. First field on, second field off, second liquid crystals unoriented: First liquid crystals allow light polarized linearly in the x-direction to pass through. Second liquid crystals do not filter. Result: light polarized linearly in the x-direction leaves the filter.
- 2. First field on, second field on: First liquid crystals allow light polarized linearly in the x-direction to pass through. Second liquid crystals allow light polarized linearly in the y-direction to pass through. Result: Light polarized linearly in the x-direction is filtered out by the second liquid crystals. This means that no light leaves the filter.
- 3. First field off, first liquid crystals unoriented, second field on: first liquid crystals do not filter. Second liquid crystals allow light polarized linearly in the y-direction to pass through. Result: light polarized linearly in the y-direction leaves the filter.
- 4. First field off, first liquid crystals unoriented, second field off, second liquid crystals unoriented: No filter effect. Result: Incident light leaves the filter unfiltered.
Da die Flüssigkristallzellen erst bei Anlegen der Felder Licht absorbieren, kann Licht bei einem Spannungswegfall den Bildgebungssensor erreichen und ist damit konform mit funktionaler Sicherheit. Dies entspricht der oben beschriebenen Konfiguration 4. Dies ist insbesondere relevant für eine Fahrzeugkamera mit einem Bildgebungssensor und einem erfindungsgemäßen Filter und Steuergerät.Since the liquid crystal cells only absorb light when the fields are applied, light can reach the imaging sensor in the event of a voltage failure and is therefore compliant with functional safety. This corresponds to the configuration 4 described above. This is particularly relevant for a vehicle camera with an imaging sensor and a filter and control device according to the invention.
Die oben beschriebene Konfiguration 2 realisiert eine Verdunkelungsvorrichtung.Configuration 2 described above realizes a blackout device.
Eine Fahrzeugkamera ist beispielsweise eine Kamera, die einen Außenbereich eines Fahrzeuges, beispielsweise vorausliegende Straßenabschnitte und Verkehrsszenarien, erfasst. Die Fahrzeugkamera ist bei Verwendung beispielsweise in einem Innenraum des Fahrzeuges hinter einer Windschutzscheibe, beispielsweise einer Frontscheibe, angeordnet. Die Fahrzeugkamera ist beispielsweise eine Kamera eines Fahrerassistenzsystems oder eines autonomous driving Systems.A vehicle camera is, for example, a camera that records an outside area of a vehicle, for example road sections and traffic scenarios lying ahead. When used, the vehicle camera is arranged, for example, in an interior of the vehicle behind a windshield, for example a front window. The vehicle camera is, for example, a camera of a driver assistance system or an autonomous driving system.
Würden die Flüssigkristallzellen umgekehrt Licht erst bei Anliegen einer Spannung passieren lassen, würde die Fahrzeugkamera bei einem Spannungswegfall die Umgebung nicht mehr erfassen können.Conversely, if the liquid crystal cells only let light pass when a voltage was applied, the vehicle camera would no longer be able to capture the surroundings in the event of a voltage failure.
Diese verschiedenen Filterungen werden erreicht ohne statische, lineare Polfilter. Erforderlich sind hintereinander geschaltete, mittels elektrischer Feldstärke orientierbare Flüssigkristalle.These different filterings are achieved without static, linear polarizing filters. Liquid crystals connected in series and orientable by means of an electric field strength are required.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst der Filter ein erstes Array von mehreren der ersten Flüssigkristalle und ein zweites Array von mehreren der zweiten Flüssigkristalle, wobei das zweite Array in Bezug auf die erste Koordinatenachse hinter dem ersten Array angeordnet ist und wobei die ersten Flüssigkristalle und/oder die zweiten Flüssigkristalle jeweils einzeln ansteuerbar sind.According to one aspect of the invention, the filter comprises a first array of a plurality of the first liquid crystals and a second array of a plurality of the second liquid crystals, wherein the second array is arranged behind the first array with respect to the first coordinate axis and wherein the first liquid crystals and / or the second liquid crystals can each be controlled individually.
Beispielsweise sind die ersten Flüssigkristallzellen umfassend die ersten Flüssigkristalle in dem ersten Array und die zweiten Flüssigkristallzellen umfassend die zweiten Flüssigkristalle in dem zweiten Array angeordnet.For example, the first liquid crystal cells comprising the first liquid crystals are arranged in the first array and the second liquid crystal cells comprising the second liquid crystals are arranged in the second array.
Durch die Einzelansteuerbarkeit wird eine selektive und zugleich dynamische Filterung erreicht. Nach einem Aspekt der Erfindung erfolgt die Einzelansteuerung für jeden der mehreren ersten Flüssigkristalle in dem ersten Array mittels eines ersten Steuergeräts und für jeden der mehreren zweiten Flüssigkristalle in dem zweiten Array mit einem zweiten Steuergerät. Das erste und zweite Steuergerät steuert einen Zeitverlauf einer elektrischen Spannung, um das erste und zweite Feld an- oder auszuschalten. Damit wird ein selektiver und dynamischer Filter bereitgestellt.Due to the individual control, selective and dynamic filtering is achieved at the same time. According to one aspect of the invention, the individual control takes place for each of the multiple first liquid crystals in the first array by means of a first control device and for each of the multiple second liquid crystals in the second array with a second control device. The first and second control device controls a time curve of an electrical voltage in order to turn on or off the first and second fields turn off. This provides a selective and dynamic filter.
Computerimplementiert bedeutet, dass das Verfahren von einem Computer ausgeführt wird. Durch das Verfahren werden die ersten und/oder zweiten Flüssigkristalle, mit denen eine Filterwirkung erreicht werden soll, selektiv bestimmt. Beispielsweise werden die ersten und/oder zweiten Flüssigkristallzellen selektiv angesteuert. Nach einem Aspekt der Erfindung sind Pixeln des Bildgebungssensors erste und/oder zweite Flüssigkristalle zugeordnet. Beispielsweise ist jedem Pixel oder einer Gruppe von Pixeln erste und zweite Flüssigkristalle zugeordnet. Da die Flüssigkristalle, beispielsweise die Flüssigkristallzellen, einzelansteuerbar sind, werden damit selektive Filter für jeden Pixel oder Gruppen von Pixeln des Bildgebungssensors bereitgestellt. Damit wird für jeden Pixel oder für Gruppen von Pixeln eine der vier oben beschriebenen Filterwirkungen erzielt.Computer-implemented means that the method is carried out by a computer. The method selectively determines the first and / or second liquid crystals with which a filter effect is to be achieved. For example, the first and / or second liquid crystal cells are selectively driven. According to one aspect of the invention, pixels of the imaging sensor are assigned to first and / or second liquid crystals. For example, first and second liquid crystals are assigned to each pixel or a group of pixels. Since the liquid crystals, for example the liquid crystal cells, can be controlled individually, selective filters are thus provided for each pixel or groups of pixels of the imaging sensor. One of the four filter effects described above is thus achieved for each pixel or for groups of pixels.
Bildgebungssensoren umfassen eine Sensoroberfläche umfassend Pixel. Bildgebungssensoren umfassen Bildsensoren im sichtbaren Bereich und im Infrarotbereich. Der Infrarotbereich ist beispielsweise für eine Fahrzeugkamera relevant, die Nachtaufnahmen macht. Beispielsweise ist der Bildgebungssensor ein charged-coupleddevice, das ist ein CCD-Sensor, oder ein Active Pixel Sensor basierend auf complementary metal-oxide-semiconductor, abgekürzt CMOS, Technologie. Vorteile eines Active Pixel Sensors sind u.a., dass jedes Pixel einen eigenen Verstärker hat und separat verarbeitet wird. Damit werden beispielsweise hohe Bildraten ermöglicht im Vergleich zu CCD-Sensoren gleicher Größe. Die Diagonale des Bildgebungssensors ist je nach Sensorformat zwischen 21 mm und 43 mm lang.Imaging sensors include a sensor surface including pixels. Imaging sensors include image sensors in the visible range and in the infrared range. The infrared range is relevant, for example, for a vehicle camera that takes night photos. For example, the imaging sensor is a charged-coupled device, that is a CCD sensor, or an active pixel sensor based on complementary metal-oxide-semiconductor, abbreviated CMOS, technology. The advantages of an active pixel sensor include that each pixel has its own amplifier and is processed separately. This enables, for example, high frame rates compared to CCD sensors of the same size. The diagonal of the imaging sensor is between 21 mm and 43 mm long, depending on the sensor format.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden in Abhängigkeit der ersten Signale Glanzlicht-Pixel des Bildgebungssensors bestimmt und die ersten und/oder zweiten Flüssigkristallen bestimmt, die in Reaktion auf das erste und/oder zweite Feld orientierbar sind, um mittels Polarisation des einfallenden Lichts die Glanzlicht-Pixel zu verdunkeln. Damit werden Glanzlichter, die beispielsweise durch Reflexionen von Oberflächen entstehen, gefiltert, in dem sie verdunkelt werden, beispielsweise durch die zweite der vier oben beschriebenen Konfigurationen. Analog werden Blendungen vermieden. Damit werden längere Belichtungszeiten ohne überbelichtete Glanzlichter ermöglicht. Damit wird der Dynamikbereich des Bildgebungssensors vergrößert.According to a further embodiment of the method, highlight pixels of the imaging sensor are determined as a function of the first signals and the first and / or second liquid crystals are determined which can be oriented in response to the first and / or second field in order to generate the highlight by means of polarization of the incident light - Darken pixels. In this way, highlights, which are caused, for example, by reflections from surfaces, are filtered by darkening them, for example by the second of the four configurations described above. Glare is avoided in the same way. This enables longer exposure times without overexposed highlights. This increases the dynamic range of the imaging sensor.
Der erfindungsgemäße Bildgebungssensor mit implementierten erfindungsgemäßen Filter hat den Vorteil, dass bei einem optischen System separate Teile eingespart werden können. Es ist neben dem Bildgebungssensor kein weiteres separates Filterbauteil erforderlich, um eine polarisierende Wirkung zu erzielen, da der Filter bereits in dem Bildgebungssensor integriert ist.The imaging sensor according to the invention with an implemented filter according to the invention has the advantage that separate parts can be saved in an optical system. In addition to the imaging sensor, no further separate filter component is required in order to achieve a polarizing effect, since the filter is already integrated in the imaging sensor.
Nach einem Aspekt der Erfindung sind in dem Bildgebungssensor neben dem erfindungsgemäßen Filter weitere Schichten integriert, beispielsweise Tiefpassfilter, Infrarotfilter, Mikrolinsen oder Farbfilter, beispielsweise Farbfilter umfassend eine Bayer-Matrix.According to one aspect of the invention, in addition to the filter according to the invention, further layers are integrated in the imaging sensor, for example low-pass filters, infrared filters, microlenses or color filters, for example color filters comprising a Bayer matrix.
Die ersten Signale, die das Steuergerät über die erste Schnittstelle erhält, sind beispielsweise Helligkeitswerte von einzelnen Pixeln des Bildgebungssensors.The first signals that the control device receives via the first interface are, for example, brightness values of individual pixels of the imaging sensor.
Das erfindungsgemäße Steuergerät steuert nach einem Aspekt der Erfindung die Flüssigkristalle oder die Flüssigkristallzellen einzeln, selektiv und dynamisch an. Damit werden nach einem Aspekt der Erfindung für jeden Pixel oder für eine Gruppe von Pixeln des Bildgebungssensors die vier oben beschriebenen Konfigurationen schaltbar. Insbesondere ist jeder Pixel oder Gruppe von Pixeln einzeln und selektiv verdunkelbar gemäß der zweiten Konfiguration. Trifft beispielsweise intensive Sonnenstrahlung auf Bereiche des Bildgebungssensor, werden die Flüssigkristalle angesteuert, die einen der aktuellen Sonnenposition entsprechenden Bildausschnitt verdunkeln. Durch die dynamische Ansteuerung wird auf eine Änderung der Sonnenposition entsprechend reagiert. Beispielsweise verfolgt das Steuergerät durch Auslesen der ersten Signale die Sonnenposition. Das Steuergerät ist beispielsweise ein elektronisches Steuergerät, auch electronic control device, abgekürzt ECU, genannt.According to one aspect of the invention, the control device according to the invention controls the liquid crystals or the liquid crystal cells individually, selectively and dynamically. Thus, according to one aspect of the invention, the four configurations described above can be switched for each pixel or for a group of pixels of the imaging sensor. In particular, each pixel or group of pixels can be individually and selectively darkened according to the second configuration. If, for example, intense solar radiation hits areas of the imaging sensor, the liquid crystals are activated, which darken an image section corresponding to the current position of the sun. The dynamic control reacts accordingly to a change in the sun's position. For example, the control unit tracks the position of the sun by reading out the first signals. The control device is for example an electronic control device, also called electronic control device, abbreviated ECU.
Nach einem Aspekt der Erfindung steuert und/oder regelt das Steuergerät den erfindungsgemäßen Bildgebungssensor.According to one aspect of the invention, the control device controls and / or regulates the imaging sensor according to the invention.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Steuergerät ein Mikrokontroller des Bildgebungssensors, der die Flüssigkristalle oder die Flüssigkristallzellen einzeln, selektiv und dynamisch ansteuert.According to a further aspect of the invention, the control device is a microcontroller of the imaging sensor, which controls the liquid crystals or the liquid crystal cells individually, selectively and dynamically.
Die Recheneinheit ist beispielsweise ein Mikrocomputer und umfasst eine Speichereinheit, in der das Computerprogramm gespeichert ist. Während Ausführung des Computerprogramms liest der Mikrocomputer die Speichereinheit. Die Befehle des Computerprogramms sind Programminstruktionen. Die Befehle sind beispielsweise in einer prozessualen Programmiersprache wie C oder einer objektorientierten Programmiersprache wie C++ geschrieben oder liegen in Maschinencode vor. Über die zweite Schnittstelle gibt das Steuergerät beispielsweise eine elektrische Spannung aus.The computing unit is, for example, a microcomputer and comprises a memory unit in which the computer program is stored. While the computer program is being executed, the microcomputer reads the memory unit. The commands of the computer program are program instructions. The commands are written, for example, in a procedural programming language such as C or an object-oriented programming language such as C ++ or are available in machine code. The control device outputs, for example, an electrical voltage via the second interface.
Das Abbildungssystem der Kamera umfasst wenigstens eine Linse oder ein Objektiv umfassend mehrere Linsen.The imaging system of the camera comprises at least one lens or an objective comprising a plurality of lenses.
Die Kamera ist beispielsweise eine Fahrzeugkamera eines Fahrerassistenzsystems oder eines autonomous driving Systems. Als solche verbessert sie durch die Polarisation Bildaufnahmen bei intensivem Sonnenlicht oder niedrigen Sonnenwinkeln oder reduziert bis hin zu eliminiert störendes grelles Licht von entgegenkommenden Fahrzeugen oder reflektierenden Oberflächen und vermindert damit Blendungen. Reflektierende Oberflächen sind beispielsweise nasse oder vereiste Fahrbahnoberflächen. Bei Reflexionen ist das reflektierte Licht zumindest teilweise polarisiert. Bei dem Brewster Winkel werden nur die senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Anteile der elektrischen Feldkomponente reflektiert; das reflektierte Licht ist dann linear polarisiert. Dieses polarisierte Licht wird dann mittels des erfindungsgemäßen Filters herausgefiltert. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Kamera auch bei Überwachungssystemen einzusetzen, um auch in diesem Bereich schwierige Lichtverhältnisse besser zu kontrollieren.The camera is, for example, a vehicle camera of a driver assistance system or an autonomous driving system. As such, it improves image recordings in intense sunlight or low sun angles through polarization, or reduces or even eliminates annoying glaring light from oncoming vehicles or reflective surfaces and thus reduces glare. Reflective surfaces are, for example, wet or icy road surfaces. In the case of reflections, the reflected light is at least partially polarized. At the Brewster angle, only the portions of the electric field component polarized perpendicular to the plane of incidence are reflected; the reflected light is then linearly polarized. This polarized light is then filtered out by means of the filter according to the invention. It is within the scope of the invention to also use the camera in surveillance systems in order to better control difficult lighting conditions in this area as well.
Die Flüssigkristalle oder Flüssigkristallzellen sind nach einem Aspekt der Erfindung einzelnen Pixel oder Gruppen von Pixel des Bildgebungssensors zugeordnet. Das Steuergerät bestimmt in Abhängigkeit extrinsischer und/oder intrinsischer Parameter der Kamera die Flüssigkristalle, für die eine Verdunkelung der entsprechenden Pixeln gefordert ist.According to one aspect of the invention, the liquid crystals or liquid crystal cells are assigned to individual pixels or groups of pixels of the imaging sensor. Depending on the extrinsic and / or intrinsic parameters of the camera, the control device determines the liquid crystals for which a darkening of the corresponding pixels is required.
Intrinsische Paramater der Kamera legen fest, wie optische Messungen des Bildsensors der Kamera und Bildpunkten, insbesondere Pixelwerte, des Bildsensors zusammenhängen. Beispielswiese sind die Brennweite einer Optik oder die Pixeldichte des Bildsensors intrinsische Parameter der Kamera. Extrinsische Parameter sind äußere Parameter der Kamera, zum Beispiel geometrische Anordnung der Kamera im Raum. Zum Beispiel ist die Position eines Rückspiegels und die Position einer Fixierung der Kamera an dem Rückspiegel extrinsische Parameter der Kamera. Mit Kenntnis der extrinsischen und intrinsischen Parameter der Kamera und der Sonnenposition in der realen Welt bzw. auf dem Bildsensor, die die Recheneinheit über die erste Schnittstelle erhält, erstellt die Recheneinheit eine eins zu eins Zuordnung zwischen Flüssigkristallzellen und Pixeln des Bildsensors. Damit kann das Steuergerät mittels der zweiten Schnittstelle die Flüssigkristallzellen gezielt einzeln und selektiv ansteuern.Intrinsic parameters of the camera determine how optical measurements of the image sensor of the camera and image points, in particular pixel values, of the image sensor are related. For example, the focal length of an optical system or the pixel density of the image sensor are intrinsic parameters of the camera. Extrinsic parameters are external parameters of the camera, for example the geometric arrangement of the camera in space. For example, the position of a rearview mirror and the position of a fixation of the camera on the rearview mirror are extrinsic parameters of the camera. With knowledge of the extrinsic and intrinsic parameters of the camera and the position of the sun in the real world or on the image sensor, which the arithmetic unit receives via the first interface, the arithmetic unit creates a one-to-one assignment between liquid crystal cells and pixels of the image sensor. In this way, the control device can control the liquid crystal cells individually and selectively in a targeted manner by means of the second interface.
Die Erfindung stellt damit eine selektive Polarisationskamera bereit, mit der verschiedene Anwendungen zu selben Zeit auf verschiedenen Bereichen der Kamera realisiert werden. Eine statische Polarisationskamera oder ein Zusammenschluss mehrerer statischer Polarisationskameras ist nicht erforderlich.The invention thus provides a selective polarization camera with which different applications can be implemented at the same time on different areas of the camera. A static polarization camera or a combination of several static polarization cameras is not required.
Die Oberflächeneigenschaften der Straße, die das Steuerungssystem erkennt, sind beispielsweise Nässe oder Vereisung. Eine nasse oder vereiste Straßenoberfläche hat einen anderen Reibwert als eine trockene Straßenoberfläche. Die Aktuatoren, die von dem Steuergerät angesteuert werden, umfassen Aktuatoren für Bremsung, Motorleistung und Lenkung. Durch die vom Reibwert abhängige Ansteuerung dieser Aktuatoren werden für nasse oder vereiste Straßenoberflächen adaptierte Fahrstrategien erreicht. Bei einer für vereiste Straßenoberflächen bestimmten Reibwert werden Aktuatoren für die Längsführung beispielsweise derart angesteuert, dass beim Anfahren die Raddrehzahl gering ist. Die Bestimmung des Reibwerts erfolgt beispielsweise über Nachschlagetabellen, die bestimmte Merkmale der Oberflächenaufnahmen mit Reibwerten korrelieren. Alternativ erfolgt die Bestimmung des Reibwertes mittels maschinellem Lernen. Maschinelles Lernen ist eine Technologie, die Computern und anderen Datenverarbeitungsvorrichtungen die Ausführung von Aufgaben durch Lernen aus Daten, hieraus Bildaufnahmen, lehrt, anstatt für die Aufgaben programmiert zu werden.The surface properties of the road that the control system detects are, for example, wetness or icing. A wet or icy road surface has a different coefficient of friction than a dry road surface. The actuators that are controlled by the control unit include actuators for braking, engine power and steering. Driving strategies adapted to wet or icy road surfaces are achieved through the activation of these actuators depending on the coefficient of friction. In the case of a coefficient of friction determined for icy road surfaces, actuators for the longitudinal guidance are controlled, for example, in such a way that the wheel speed is low when starting off. The coefficient of friction is determined, for example, using look-up tables that correlate certain features of the surface images with coefficients of friction. Alternatively, the coefficient of friction is determined using machine learning. Machine learning is a technology that teaches computers and other data processing devices to perform tasks by learning from data, recorded therefrom, instead of being programmed to perform the tasks.
Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen verdeutlicht. Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, -
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung oder ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filters, -
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filters in einer ersten Konfiguration, -
4 ein Ausführungsbeispiel des Filters aus3 in einer zweiten Konfiguration, -
5 ein Ausführungsbeispiel des Filters aus3 in einer dritten Konfiguration, -
6 ein Ausführungsbeispiel des Filters aus3 in einer vierten Konfiguration, -
7 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filters, -
8 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuergeräts, -
9 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, -
10 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kamera, -
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kamera und -
12 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems.
-
1 an embodiment of an arrangement according to the invention, -
2 another embodiment of an arrangement according to the invention or an embodiment of a filter according to the invention, -
3 an embodiment of a filter according to the invention in a first configuration, -
4th an embodiment of thefilter 3 in a second configuration, -
5 an embodiment of thefilter 3 in a third configuration, -
6th an embodiment of thefilter 3 in a fourth configuration, -
7th an embodiment of a filter according to the invention, -
8th an embodiment of a control device according to the invention, -
9 a schematic representation of the method according to the invention, -
10 an embodiment of a camera according to the invention, -
11 a further embodiment of a camera according to the invention and -
12th an embodiment of a control system according to the invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. Übersichtshalber werden in den einzelnen Figuren nur die jeweils relevanten Bezugsteile hervorgehoben.In the figures, the same reference symbols denote the same or functionally similar reference parts. For the sake of clarity, only the relevant reference parts are highlighted in the individual figures.
Der in
In
In
In
In
In dem Verfahrensschritt
Über die erste Schnittstelle
Bei dem in
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- LC1LC1
- erster Flüssigkristallfirst liquid crystal
- LCC1LCC1
- erste Flüssigkristallzellefirst liquid crystal cell
- A1A1
- erstes Arrayfirst array
- ECU1ECU1
- erstes Steuergerätfirst control unit
- LC2LC2
- zweiter Flüssigkristallsecond liquid crystal
- LCC2LCC2
- zweite Flüssigkristallzellesecond liquid crystal cell
- A2A2
- zweites Arraysecond array
- ECU2ECU2
- zweites Steuergerätsecond control unit
- E1E1
- erste Schichtfirst layer
- E2E2
- zweite Schichtsecond layer
- FF.
- Filterfilter
- APSAPS
- BildgebungssensorImaging sensor
- PP.
- Pixelpixel
- II.
- Objektobject
- 2020th
- SteuergerätControl unit
- 2121
- erste Schnittstellefirst interface
- 2222nd
- zweite Schnittstellesecond interface
- 2323
- RecheneinheitArithmetic unit
- CC.
- Kameracamera
- LSLS
- AbbildungssystemImaging system
- VV
- Fahrzeugvehicle
- 3030th
- SteuerungssystemControl system
- ECU3ECU3
- SteuergerätControl unit
- SS.
- StraßeStreet
- RR.
- OberflächeneigenschaftSurface property
- V1-V4V1-V4
- VerfahrensschritteProcedural steps
- zz
- z-Richtungz direction
- xx
- x-Richtungx direction
- yy
- y-Richtungy direction
- OO
- austhe end
- 11
- eina
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- EP 0294852 B1 [0020]EP 0294852 B1 [0020]
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