-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kamerasystem für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Kamerasystem zur optischen Abtastung im Bereich eines Fahrzeugs.
-
Ein Kraftfahrzeug umfasst eine erste Kamera, die dazu eingerichtet ist, einen Außenbereich des Kraftfahrzeugs abzutasten. Auf der Basis der Abtastung kann beispielsweise ein Bremsassistent gesteuert werden, ein Navigationssystem, ein Spurhalteassistent oder ein automatischer Abstandhalter. Das Kraftfahrzeug kann ferner eine zweite Kamera umfassen, die in einen Innenraum des Kraftfahrzeugs gerichtet und dazu eingerichtet ist, Personen an Bord des Kraftfahrzeugs abzutasten. Beispielsweise kann ein Fahrer abgetastet werden, um zu bestimmen, ob dieser müde ist oder ob er seine Aufmerksamkeit einem Verkehrsgeschehen außerhalb des Fahrzeugs widmet.
-
Mit der Integration weiterer Assistenzfunktionen kann eine Anzahl von Kameras, die an einem Kraftfahrzeug verbaut sind, weiter ansteigen. Beispielsweise schlägt
DE 10 2014 012 250 eine Anordnung mehrerer Außenkameras an einem Kraftfahrzeug vor, deren Abtastbereiche einander überlappen. Ein Objekt im Überlappungsbereich kann dann dreidimensional erfasst werden.
-
Bisher bekannte Kamerasysteme für Kraftfahrzeuge sind jeweils einem vorbestimmten Zweck zugeordnet und relativ unflexibel. Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines verbessert flexiblen und kostengünstigen Kamerasystems für ein Fahrzeug. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
-
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kamerasystem für ein Fahrzeug eine Kamera zur Anbringung in einem Innenraum des Fahrzeugs derart, dass eine optische Achse der Kamera in einer vertikalen Richtung verläuft; ein erstes Reflexionselement, das dazu eingerichtet ist, Licht aus einem ersten Abtastbereich, der sich entgegen der Fahrtrichtung erstreckt, in die Kamera zu lenken; und ein zweites Reflexionselement, das dazu eingerichtet ist, Licht aus einem zweiten Abtastbereich, der sich in Fahrtrichtung erstreckt, in die Kamera zu lenken.
-
Erfindungsgemäß kann durch die Reflexionselemente eine einzelne Kamera dazu eingesetzt werden, einen Innenraum und ein Umfeld des Fahrzeugs des Fahrzeugs abzutasten. Jedem Abtastbereich können eine oder mehrere vorbestimmte Funktionen zugeordnet sein. Beispielsweise kann eine Abtastung des ersten Abtastbereichs für eine Innenraumüberwachung, eine Aktivitätskontrolle oder eine Sitzbelegungserkennung verwendet werden, während eine Abtastung des zweiten Abtastbereichs für einen Fahrassistenten, eine Alarmanlage oder ein Pre-Crash System genutzt werden kann. Es ist zu beachten, dass die Abtastbereiche sich zwar von der Kamera aus nach vorne beziehungsweise nach hinten erstrecken, aber nicht symmetrisch sein müssen. So können vertikale Öffnungswinkel und Ausrichtungen der Abtastbereiche individuell und unabhängig voneinander gewählt sein.
-
Mittels der nur einen Kamera können eine oder mehrere Außenkameras und/oder eine oder mehrere Innenraumkameras ersetzt werden. Eine Bedieneinheit, in der eine oder mehrere Kameras untergebracht sind, kann kleiner gestaltet werden. Eine am Dach des Fahrzeugs angebrachte Bedieneinheit kann beispielsweise in vertikaler Richtung ca. 7 cm messen. Gesamtkosten für Kameras am Fahrzeug können signifikant gesenkt werden.
-
Eine Auflösung der Kamera kann nach aktuellen Maßstäben mittelgroß sein und beispielsweise ca. 8 bis 12 Megapixel betragen. Für die meisten Anwendungen kann es ausreichen, wenn die Kamera ca. 30 Bilder pro Sekunde anfertigen kann. Allgemein ist bevorzugt, dass die Kamera alle Pixel gleichzeitig abtastet bzw. ausliest, was als „global shutter“ bekannt ist. Artefakte eines sequenziellen Auslesens, das auch „rolling shutter“ genannt werden kann, können vermieden werden.
-
Die Kamera ist bevorzugt dazu eingerichtet, hinter einer Frontscheibe des Fahrzeugs angebracht zu werden. So kann dafür gesorgt werden, dass der zweite Abtastbereich verbessert außerhalb der Frontscheibe, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs liegt, während die Kamera vor Witterungseinflüssen geschützt ist.
-
Das Kamerasystem kann insbesondere an einem oberen oder unteren Rand der Frontscheibe angebracht werden. Ist es am unteren Ende angebracht, so erstreckt sich die optische Achse bevorzugt von der Kamera aus nach oben; befindet sich das Kamerasystem an der oberen Kante, so verläuft die optische Achse der Kamera bevorzugt zunächst nach unten.
-
Die Reflexionselemente grenzen üblicherweise unmittelbar aneinander an, sodass die eingespiegelten Abtastbereiche auf einem Kamerabild ebenfalls aneinander angrenzen. Es ist auch möglich, zwischen den Reflexionselementen eine Aussparung oder einen Spalt vorzusehen, sodass zwischen ihnen ein dritter Abtastbereich liegt, der sich vertikal in Richtung der optischen Achse erstreckt. Insbesondere wenn das Kamerasystem im Bereich eines Dachs des Fahrzeugs angebracht ist, kann sich der dritte Abtastbereich vertikal nach unten öffnen und beispielsweise dazu genutzt werden, Hände eines Fahrers optisch zu erfassen.
-
Es ist weiter bevorzugt, dass die Reflexionselemente in einem transparenten Zylinder angebracht sind. Eine Längsachse des Zylinders kann sich parallel oder konzentrisch zu einer optischen Achse der Kamera erstrecken. An einem von der Kamera entfernten Ende kann der Zylinder verschlossen sein, um die Reflexionselemente vor Staub oder Rauch zu schützen. Die zylindrische Form des transparenten Elements kann dazu beitragen, eine geometrische Verzerrung in alle horizontalen Richtungen gleich zu halten. Die Verzerrung kann dadurch leichter berücksichtigt oder kompensiert werden. Eine Auflösung der Kamera kann verbessert gleichmäßig in den Abtastbereichen verteilt sein.
-
Es ist weiter bevorzugt, dass das Kamerasystem eine bewegliche Blende zum Abdecken eines vorbestimmten Abschnitts des ersten Abtastbereichs umfasst. Die Blende kann zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung beweglich sein, wobei in der ersten Stellung keine oder nur eine geringe Abdeckung des Abtastbereichs erfolgt, und in der zweiten Stellung der vorbestimmte Abschnitt abgedeckt ist. In diesem Abschnitt kann beispielsweise ein Kopf oder ein Gesicht einer Person an Bord des Fahrzeugs liegen. So kann die Person verhindern, dass sie unbemerkt mittels der Kamera optisch überwacht wird. Die Blende kann beispielsweise an der Kamera, an einem der Reflexionselemente oder dem oben erwähnten Zylinder angebracht sein. Zum Bewegen der Blende kann beispielsweise ein Dreh-, Schiebe- oder Klappmechanismus vorgesehen sein.
-
Es ist weiter bevorzugt, dass das Kamerasystem eine Beleuchtungseinrichtung an der Kamera umfasst, wobei die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet ist, Licht auszusenden, das über eines der Reflexionselemente in einen zugeordneten Abtastbereich fällt. So kann ein Objekt im Abtastbereich beleuchtet werden, um anschließend verbessert mittels der Kamera erfasst zu werden. Durch die indirekte Beleuchtung durch das Reflexionselement kann das ausgesandte Licht verstärkt im Abtastbereich liegen, sodass es effizienter ausgenutzt werden kann. Den jeweils anderen Abtastbereich kann das Licht hingegen nicht erreichen und so eine Abtastung nicht stören.
-
Die Beleuchtungseinrichtung kann mehrere Lichtquellen umfassen, die auf einem Umfang um ein optisches Element der Kamera angeordnet sind. Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung nach Art eines Ringlichts oder Ringblitzes um eine Linse oder ein Linsensystem der Kamera angeordnet sein. Bevorzugt ist die Beleuchtungseinrichtung konzentrisch zu einer optischen Achse der Kamera ausgerichtet. So kann das Kamerasystem kompakt aufgebaut sein. Auf dem Umfang kann eine Vielzahl Lichtquellen angebracht sein, sodass eine Leuchtdichte der Beleuchtungseinrichtung hoch sein kann. Optional ist ein Diffusor vorgesehen, beispielsweise in Form einer matten, transparenten Scheibe, um eine Schattenbildung zu verringern.
-
Die Lichtquellen können gleichmäßig oder ungleichmäßig auf dem Umfang verteilt sein. Ein erster Abschnitt des Umfangs kann der Beleuchtung des ersten Abtastbereichs und ein zweiter Abschnitt der Beleuchtung des zweiten Abtastbereichs zugeordnet sein. Dementsprechend können unterschiedlich viele oder unterschiedlich starke Lichtquellen in den beiden Abschnitten angeordnet sein, um die Abtastbereiche unterschiedlich zu beleuchten. Beispielsweise kann der zweite Abtastbereich, der außerhalb des Fahrzeugs liegt, mit einem größeren Lichtstrom beleuchtet werden als der erste, innerhalb des Fahrzeugs liegende Abtastbereich. Dazu können im zweiten Abschnitt der Beleuchtungseinrichtung mehr und/oder stärkere Lichtquellen angebracht sein als im ersten Abschnitt.
-
Eine der Lichtquellen kann Licht im infraroten Bereich aussenden. Die Kamera kann dazu eingerichtet sein, reflektiertes Licht im infraroten Bereich zu erfassen.
-
So kann bei Zwielicht oder Dunkelheit eine verbesserte optische Abtastung eines der Abtastbereiche gelingen.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist eine der Lichtquellen dazu eingerichtet, Licht im ultravioletten Bereich auszusenden. Die Lichtquelle kann insbesondere im ersten Abschnitt der Beleuchtungseinrichtung liegen, um einen Innenraum des Fahrzeugs zu beleuchten. Das ultraviolette Licht kann dazu verwendet werden, den Innenraum des Fahrzeugs zu desinfizieren, wenn das Fahrzeug abgestellt ist und alle Personen das Fahrzeug verlassen haben. Im zweiten Abschnitt der Beleuchtungseinrichtung kann hingegen keine ultraviolette Lichtquelle vorgesehen sein.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Lichtquelle am Kamerasystem vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, Licht in einer vorbestimmten Signalfarbe auszusenden. Die Signalfarbe kann beispielsweise rot, orange, gelb oder grün sein und die Lichtquelle kann dazu eingerichtet sein, periodisch zu blinken oder zu blitzen, um einen Zustand des Fahrzeugs anzuzeigen. An einem abgestellten Fahrzeug kann so beispielsweise auf eine aktivierte Alarmanlage oder die Bereitschaft hingewiesen werden, das Fahrzeug zu mieten. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann das Licht dieser Lichtquelle direkt oder über eine der Reflexionseinrichtungen in ein Umfeld gerichtet sein. Bevorzugt sind mehrere solche Lichtquellen vorgesehen, sodass das Signal möglichst aus allen horizontalen Richtungen des Fahrzeugs erkennbar ist.
-
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug ein hierin beschriebenes Kamerasystem. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug umfassen, bevorzugt einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder einen Bus. Auch ein Sonderfahrzeug, eine Landmaschine oder eine Baumaschine kann damit ausgestattet sein.
-
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Kamerasystem;
- 2 eine schematische Darstellung eines Kamerasystems; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kamerasystem
illustriert.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Kamerasystem 105. Das Fahrzeug 100 umfasst einen Innenraum 110 und einen Außenbereich 115, die bevorzugt mittels einer Frontscheibe 120 voneinander getrennt sind. Das Kamerasystem 105 kann an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs 100 angebracht sein. Bevorzugt liegt das Kamerasystem 105 im Bereich eines oberen oder unteren Endes der Frontscheibe 120. In der dargestellten Ausführungsform liegt das Kamerasystem 105 oben im Bereich eines Fahrzeughimmels. An dieser Stelle kann ein Dachbedienzentrum vorgesehen sein, das beispielsweise ein Kontrollelement für eine Innenraumbeleuchtung, ein Mikrofon oder eine Ablage für eine Sonnenbrille umfassen kann.
-
Das Kamerasystem 105 umfasst eine Kamera 125 mit einer optischen Achse 130, die sich in einer vertikalen Richtung von oben nach unten erstreckt. Es ist zu beachten, dass in einer anderen Ausführungsform die Kamera 125 auch um 180° gedreht angebracht sein kann, sodass sich ihre optische Achse von unten nach oben erstreckt. Ohne weitere Elemente würde sich ein Abtastbereich der Kamera 125 in der Darstellung von 1 von oben nach unten öffnen. Das Kamerasystem 105 umfasst ferner ein erstes Reflexionselement 140, das einem ersten Abtastbereich 145 zugeordnet ist, und ein zweites Reflexionselement 150, das einem zweiten Abtastbereich 155 zugeordnet ist. Der erste Abtastbereich 145 erstreckt sich von der Kamera 125 aus in horizontaler Richtung entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100, während sich der zweite Abtastbereich 155 in entgegengesetzter Richtung, also in Fahrtrichtung erstreckt.
-
Ein Öffnungswinkel des ersten Abtastbereichs 145 kann in einer Ausführungsform bei ca. 150 bis 200° liegen. Ein Öffnungswinkel des zweiten Abtastbereichs 155 kann in einer weiteren Ausführungsform bei ca. 160° liegen. Die dargestellten Öffnungswinkel und vertikalen Ausrichtungen der Abtastbereiche 145, 155 sind nicht maßstabsgetreu und rein beispielhaft.
-
Der erste Abtastbereich 145, der sich im Innenraum 110 erstreckt, ist bevorzugt derart gewählt, dass eine Person 160 an Bord des Fahrzeugs 100 in ihm liegt, sodass sie mittels der Kamera 125 optisch abgetastet werden kann. Der zweite Abtastbereich 155 ist bevorzugt derart gewählt, dass er durch die Frontscheibe 120 verläuft und einen vor dem Fahrzeug 100 liegenden Abschnitt des Außenbereichs 115 erfasst.
-
Eine Lage, ein horizontaler und ein vertikaler Öffnungswinkel eines Abtastbereichs 145, 155 kann durch eine Lage und Form des jeweils zugeordneten Reflexionselements 140, 150 beeinflusst werden. In 1 ist angedeutet, dass die Reflexionselemente 140, 150 nicht notwendigerweise eben sein müssen, sondern auch gekrümmt sein können, beispielsweise zylindrisch, sphärisch oder in Form eines Paraboloids. Insbesondere kann ein kombiniertes Reflexionselement, das die Reflexionselemente 140 und 150 umfasst, in Form einer Halbkugel verwendet werden, deren runde Seite der Kamera 125 zugewandt ist. Eine geometrische Verzeichnung eines Objekts, das in einem der Abtastbereiche 145, 155 liegt und auf einem Kamerabild der Kamera 125 abgebildet ist, kann in Abhängigkeit geometrischer Eigenschaften der Reflexionselemente 140 und/oder 150 kompensiert werden. Die Kompensation kann mittels eines optischen Elements oder einer Verarbeitungseinrichtung erfolgen, die ein digitales Bild der Kamera 125 verarbeitet. Andere Einflüsse auf die geometrische Abbildung können ebenfalls auf diese Weise kompensiert werden. Umgekehrt kann eine Verzerrung oder Verzeichnung, die durch ein weiteres optisches Element im Strahlengang verursacht ist, durch passende Form eines Reflexionselements 140, 150 teilweise oder vollständig kompensiert werden. Ein solches Element kann beispielsweise die Frontscheibe 120 oder einen transparenten Hohlzylinder umfassen, in dem ein Reflexionselement 140, 150 aufgenommen ist.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kamerasystems 105 für ein Fahrzeug 100. Die Darstellung entspricht der von 1 in Vergrößerung und mit zusätzlichen Details und optionalen Elementen.
-
Die Kamera 125 umfasst ein Objektiv 205, das üblicherweise eine optische Linse oder ein Linsensystem umfasst. Optische Eigenschaften der Abbildung der Kamera 125 können maßgeblich durch Auslegung des Objektivs 205 beeinflusst werden. Im Bereich eines den Reflexionselementen 140 und 150 zugewandten Endes des Objektivs 205 ist eine optionale Beleuchtungseinrichtung 210 vorgesehen, die hierin mit Bezug auf 3 genauer beschrieben ist.
-
Die Reflexionselemente 140 und 150 können miteinander integriert und insbesondere einstückig ausgeführt sein. Dabei können die Reflexionselemente 140, 150 insbesondere als Oberflächenspiegel auf einem Trägerelement ausgeführt sein, das beispielsweise aus einem Kunststoff herstellbar ist. Die Reflexionselemente 140 und 150 sind vorliegend in einem hohlen Zylinder 215 aufgenommen, der aus einem transparenten Material hergestellt ist, beispielsweise aus Glas oder Acrylglas. Der Zylinder 215 kann an einem Ende am optischen Element 205 angebracht sein.
-
Optional ist eine Blende 220 vorgesehen, die beweglich angebracht sein kann. Die Blende 220 kann in Form und Größe dazu eingerichtet sein, einen vorbestimmten Abschnitt des ersten Abtastbereichs 145 abzuschatten. In der dargestellten Ausführungsform liegt dieser Abschnitt an einem oberen Ende des ersten Abtastbereichs 145. In einer anderen Ausführungsform kann der Abschnitt auch an einer anderen Stelle liegen oder den gesamten ersten Abtastbereich 145 betreffen. Die Blende 220 kann beispielsweise verschoben geklappt oder verdreht werden, beispielsweise um eine Längsachse des Zylinders 215. Bevorzugt kann die Blende 220 auch vollständig aus dem ersten Abtastbereich 145 bewegt werden. Dabei kann verhindert sein, dass er in den zweiten Abtastbereich 155 gelangt, etwa mittels eines Anschlags.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung 210 für eine Kamerasystem 105. Die Beleuchtungseinrichtung 210 umfasst bevorzugt eine ringförmige Anordnung von Lichtquellen 305, die um das Objektiv 205 herum angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform liegen die Lichtquellen 305 auf einem Umfang um das Objektiv 205 und weiter bevorzugt konzentrisch zur optischen Achse 130 der Kamera 125. Je nach Lage einer Lichtquelle 305 auf dem Umfang ist sie dazu eingerichtet, den ersten oder den zweiten Abtastbereich 145, 155 unmittelbar oder nach Reflexion am Reflexionselement 140 bzw. 150 zu beleuchten. In der Darstellung von 3 sind links von einer senkrechten Symmetrielinie angebrachte Lichtquellen 305 dem ersten Abtastbereich 145 und rechts davon angeordnete Lichtquellen 305 dem zweiten Abtastbereich 155 zugeordnet. In einer Ausführungsform umfasst das Reflexionselement 140, 150 einen dedizierten Abschnitt zur Reflexion von Licht der Beleuchtungseinrichtung 210, der insbesondere bezüglich der optischen Achse 130 radial weiter außen liegen kann als ein Bereich zur Reflexion der Abtastbereiche 145, 155. In der Ausführungsform von 2 kann dieser Abschnitt weiter von der Kamera 125 entfernt sein als ein Abschnitt zur Reflexion der Abtastbereiche 145,155.
-
In der dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen Lichtquellen 305 gleichmäßig auf dem Umfang verteilt, in einer anderen Ausführungsform können die Lichtquellen 305 jedoch auch unterschiedlich dicht auf einem Kreisring um das Objektiv 205 liegen. Außerdem sind in der vorliegenden Ausführungsform unterschiedliche Lichtquellen 305 vorgesehen, denen jeweils ein vorbestimmter Wellenlängenbereich zugeordnet ist.
-
Dunkel dargestellte Lichtquellen 305 können als Infrarot-Lichtquellen 310 ausgeführt sein. Diese sind dazu eingerichtet, für das menschliche Auge unsichtbares Licht im nahen Infrarotbereich auszusenden, der im Bereich von ca. 780 bis 1.400 oder 1.400 bis 3.000 nm liegen kann.
-
Eine hell dargestellte Lichtquelle 305 kann als Ultraviolett-Lichtquelle 315 ausgebildet sein, die dazu eingerichtet ist, Licht im ultravioletten Bereich auszusenden. Insbesondere kann Licht im UV-C Bereich ausgesendet werden, der eine Wellenlänge von ca. 100 bis ca. 280 nm aufweist. Solches Licht kann eine keimtötende Wirkung haben und zur Desinfektion oder zum Neutralisieren von Geruchsmolekülen im Innenraum 110 des Fahrzeugs 100 eingesetzt werden.
-
Eine schraffiert dargestellte Lichtquelle 320 kann eine vorbestimmte Signalfarbe aufweisen, die vom menschlichen Auge bevorzugt erkennbar ist. Die Signalfarbe ist bevorzugt hell und kann beispielsweise rot, gelb oder grün umfassen. Während die Lichtquellen 310 und 315 bevorzugt für eine dauerhafte Beleuchtung eingerichtet sind, können Lichtquellen 320 auch dazu eingerichtet sein, kurzzeitig betrieben zu werden, insbesondere durch Blinken oder Blitzen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Fahrzeug
- 105
- Kamerasystem
- 110
- Innenraum
- 115
- Außenbereich
- 120
- Frontscheibe
- 125
- Kamera
- 130
- optische Achse
- 140
- erstes Reflexionselement
- 145
- erster Abtastbereich
- 150
- zweites Reflexionselement
- 155
- zweiter Abtastbereich
- 160
- Person
- 205
- Objektiv
- 210
- Beleuchtungseinrichtung
- 215
- Zylinder
- 220
- Blende
- 305
- Lichtquelle
- 310
- IR-Lichtquelle
- 315
- UV-Lichtquelle
- 320
- Lichtquelle in Signalfarbe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
