DE102021201678A1

DE102021201678A1 - Optische Baugruppe zur Erzeugung einer Echtzeit-Abbildung und einer Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten sowie Fahrzeug mit einer derartigen Baugruppe

Info

Publication number: DE102021201678A1
Application number: DE102021201678.2A
Authority: DE
Inventors: Jens Schick
Original assignee: Tripleye GmbH
Current assignee: Tripleye GmbH
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2022-08-25
Also published as: JP2024509777A; EP4298780A1; US20240147084A1; CN116888972A; WO2022179998A1

Abstract

Eine optische Baugruppe (2) dient zur Erzeugung einer Echtzeit-Abbildung und einer Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten. Die optische Baugruppe hat eine Mehrzahl von Kamera-Gruppen (3 bis 8), die jeweils miteinander über eine Kamera-Signalverbindung miteinander verknüpfte Kameras aufweisen, deren Eintrittspupillen-Zentren eine Kamera-Anordnungsebene definieren, in der die Kameras angeordnet sind. Die Kamera-Gruppen (3 bis 8) sind wiederum miteinander über eine Gruppen-Signalverbindung miteinander verknüpft. Benachbarte Bildaufnahmerichtungen (18ij) der Kameras einer der Kamera-Gruppen (3 bis 8) nehmen einen Einzelkamera-Winkel (α) zueinander ein, der im Bereich zwischen 5° und 25° liegt. Ein Richtungs-Mittelwert (19i) der Bildaufnahmerichtungen (18ij) der Kameras einer der Kamera-Gruppen (3 bis 8) nimmt einen Gruppenkamera-Winkel (γ) zu einem Richtungs-Winkelwert (19i+1) der Bildaufnahmerichtungen (18ij) der Kameras einer benachbarten Kamera-Gruppe (3 bis 8) ein, der im Bereich zwischen 30° und 100° liegt. Es resultiert eine optische Baugruppe, deren Sicherheit einer Echtzeit-Erfassung von Umgebungs-Objekten und deren Echtzeit-Zuordnung verbessert und an die Praxis insbesondere der Bilderfassung zur Sicherstellung eines autonomen Fahrens gut angepasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe zur Erzeugung einer Echtzeit-Abbildung und einer Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen optischen Baugruppe.
Eine optische Baugruppe der eingangs genannten Art sowie ein hiermit ausgerüstetes Fahrzeug ist bekannt aus der WO 2013/020872 A1 .
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Baugruppe der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Sicherheit einer Echtzeit-Erfassung von Umgebungs-Objekten, insbesondere einer Umgebungs-Szenerie, und deren Echtzeit-Zuordnung verbessert und an die Praxis insbesondere der Bilderfassung zur Sicherstellung eines autonomen Fahrens gut angepasst ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine optische Baugruppe mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Bereitstellung mehrerer Kamera-Gruppen mit jeweils mindestens drei miteinander signalverknüpften Kameras die Möglichkeit einer Echtzeit-Abbildung und Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten insbesondere zur Vorbereitung autonomen Fahrens deutlich verbessert. Lageabweichungen zwischen Signaturen von Szenerie-Objekten, die sich aufgrund von Positionsabweichungen der Kameras untereinander ergeben, können mithilfe eines diese optische Baugruppe nutzenden Verfahrens zur räumlichen Bilderfassung präzise erkannt und kompensiert werden. Bei der Bildaufnahmerichtung kann es sich um eine optische Achse der jeweiligen Kamera handeln.
Ein Gruppenkamera-Winkel zwischen Richtungs-Mittelwerten der Bildaufnahmerichtungen benachbarter Kamera-Gruppen zwischen 30° und 100° ermöglicht eine gute Umgebungsabdeckung mit der optischen Baugruppe unter Verwendung einer möglichst geringen Anzahl von Kamera-Gruppen. Dies reduziert insbesondere den Aufwand bei der Signalverarbeitung der Kamerasignale. Die Kameras der Kamera-Gruppen können einen großen Öffnungswinkel aufweisen. Die Kameras der Kamera-Gruppen können als Fischaugen-Kameras ausgeführt sein.
Der Einzelkamera-Winkel zwischen den Bildaufnahmerichtungen der Kameras genau einer der Kamera-Gruppen kann im Bereich zwischen 10° und 20° liegen und kann insbesondere im Bereich von 15° liegen. Dies gewährleistet eine gute räumliche Zuordnung von Szenerie-Objekten insbesondere in einem Nahbereich um die jeweilige Kamera-Gruppe.
Der Gruppenkamera-Winkel kann im Bereich zwischen 45° und 75° liegen und kann insbesondere im Bereich von 60° liegen. Insbesondere beim Einsatz von Fischaugen-Kameras kann ein großer Gruppenkamera-Winkel zum Einsatz kommen.
Falls mehr als drei Kameras, zum Beispiel vier Kameras, zu einer Kamera-Gruppe gehören, können drei dieser vier Kameras der Kamera-Gruppe die Kamera-Anordnungsebene der jeweiligen Kamera-Gruppe definieren und die vierte Kamera derselben Kamera-Gruppe kann außerhalb dieser Anordnungsebene angeordnet sein.
Die optische Baugruppe hat Signalverarbeitungskomponenten, die die Echtzeit-Abbildung und Echtzeit-Zuordnung der Umgebungs-Objekte gewährleisten. Hierzu beinhaltet die optische Baugruppe entsprechend leistungsfähige Datenverarbeitungsmodule, insbesondere echtzeitfähige Prozessuren und echtzeitfähige Signalverbindungen. Eine Latenzzeit der optischen Baugruppe kann bei 200 ms liegen und kann kleiner sein, beispielsweise bei 150 ms, 100 ms oder bei 50 ms liegen. Eine Bildwiederholrate der optischen Baugruppe kann bei 10 liegen (10 fps, frames per second). Auch eine größere Bildwiederholrate, beispielsweise von 15, 20, 25 oder noch höher kann realisiert sein.
Eine Anordnung der Kameras einer der Kamera-Gruppen nach Anspruch 2 hat sich in der Praxis bewährt, da unerwünschte Resonanzeffekte bei der Abbildung und/oder unerwünschte Fehlzuordnungen vermieden werden. Das Dreieck, in dessen Ecken die Eintrittspupillen-Zentren liegen, kann zwei oder drei unterschiedliche Seitenlängen haben.
Ein Baseline-Längenbereich nach Anspruch 3 ermöglicht eine gute Erfassung eines Nahbereichs der jeweiligen Kamera-Gruppe ab einer Untergrenze von beispielsweise 30 cm oder 50 cm. Auch den Kamera-Gruppen nahe benachbarte Objekte können dann sicher erfasst und zugeordnet werden. Die Länge der Baseline zwischen den Eintrittspupillen-Zentren zweier Kameras einer Kamera-Gruppe kann auch im Bereich zwischen 10 cm und 20 cm oder im Bereich zwischen 10 und 15 cm liegen. Die Länge der Baseline aller Kamera-Paare, die in der jeweiligen Kamera-Gruppe vorliegen, kann in einem derartigen Bereich liegen.
Eine Baseline-Länge zwischen den Kameras verschiedener und insbesondere benachbarter Kamera-Gruppen nach Anspruch 4 ermöglicht eine sichere Abdeckung eines mittleren Entfernungsbereichs, dessen Untergrenze mit einer Obergrenze des Nahbereichs, der mit einer individuellen Kamera-Gruppe abgedeckt werden kann, überlappen kann. Die Baseline-Länge zwischen Kameras verschiedener Kamera-Gruppen kann im Bereich zwischen 1 m und 2 m liegen. Die Länge der Baselines zwischen den Kameras aller benachbarten Kamera-Gruppen der optischen Baugruppe kann in einem derartigen Bereich liegen.
Die Anzahlen von Kamera-Gruppen nach Anspruch 5 oder 6 haben sich zur Optimierung horizontalen und/oder eines vertikalen Gesamterfassungsbereichs der optischen Baugruppe bewährt. Ein horizontaler Gesamterfassungsbereich kann insbesondere bei 360° liegen, sodass die gesamte horizontale Umgebung der optischen Baugruppe erfasst wird. Ein vertikaler Gesamterfassungsbereich kann abhängig von den Objektiven der verwendeten Kameras 180° betragen oder auch größer sein und kann zum Beispiel bei Verwendung von Fischaugen-Kameras zum Beispiel 220° betragen. Bei Anwendung der optischen Baugruppe in einem PKW kann beispielsweise ein vertikaler Gesamterfassungsbereich von 100° genutzt werden (senkrecht nach unten bis 10° über die Horizontale). Der horizontale und/oder der vertikale Gesamterfassungsbereich kann in mehrere Raumwinkelabschnitte unterteilt sein.
Ein Gruppen-Montagekörper nach Anspruch 7 führt zu einer vorteilhaften Lage- und Orientierungsstabilität der Kameras der jeweiligen Kamera-Gruppe.
Ein Gruppen-Montagekörper nach Anspruch 8 führt zu einer Kamera-Gruppe, die an die jeweiligen Abbildungs- und Zuordnungsanforderungen angepasst werden kann. Der Gruppen-Montagekörper kann beispielsweise eine vorbereitete Halte-Aufnahme, zwei vorbereitete Aufnahmen oder auch mehr als zwei vorbereitete Halte-Aufnahmen zur Montage zusätzlicher Kameras aufweisen. Die jeweilige Halte-Aufnahme kann komplementär zu einer entsprechend zugeordneten Halterung einer aufzunehmenden Kamera ausgeführt sein.
Die eingangs genannte Aufgabe ist ebenfalls gelöst durch eine optische Baugruppe mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen.
Eine Fischaugen-Kamera ist eine Kamera mit einem Fischaugenobjektiv. Ein Bildwinkel eines solchen Fischaugenobjektivs kann bis zu 310° betragen. Regelmäßig beträgt der Bildwinkel eines Fischaugenobjektivs mindestens 180° in der Bilddiagonalen. Eine Brennweite des Fischaugenobjektivs kann im Bereich zwischen 4 mm und 20 mm liegen. Eine typische Brennweite liegt bei 4,5 mm oder im Bereich zwischen 8 und 10 mm. Eine Abbildungsfunktion des Fischaugenobjektivs kann winkeltreu, kann äquidistant, kann flächentreu oder kann auch orthografisch sein. Das Fischaugenobjektiv kann auch eine parametrische Abbildung in Form einer nichtfundamentalen Abbildungsfunktion aufweisen.
Die Merkmale der vorstehend erläuterten optischen Baugruppen können je nach Ausführung auch miteinander kombiniert werden.
Durch den Einsatz von Fischaugen-Kameras kann sich die Zahl der notwendigen Kameras er optischen Baugruppe zur Abdeckung erforderlicher Raumwinkelabschnitte oder zur Abdeckung eines erforderlichen horizontalen und/oder vertikalen Gesamterfassungsbereichs vorteilhaft klein sein.
Die Vorteile eines Fahrzeugs nach Anspruch 10 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die optische Baugruppe bereits erläutert wurden. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Straßen-, um ein Schienen- oder um ein Luftfahrzeug handeln. Beim Einsatz der optischen Baugruppe in einem Luftfahrzeug kann mithilfe der Echtzeit-Abbildung und Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten insbesondere ein Start- oder Landevorgang überwacht werden. Zur Abdeckung eines möglichst großen Raumwinkels kann eine Baseline-Vernetzung der Kameras der verschiedenen Kamera-Gruppen nach Art eines Dodekaeders oder eines Ikosaeders oder einer anderen Flächenannäherung an eine Kugeloberfläche beziehungsweise an deren Abschnitte erfolgen.
Ein schräger Baseline-Verlauf nach Anspruch 11, der weder genau horizontal noch genau vertikal zur Fahrzeug-Anordnungsebene verläuft, vermeidet eine unerwünschte Resonanz bei der Abbildung beziehungsweise eine unerwünschte Fehlzuordnung von Umgebungs-Objekten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 schematisch und perspektivisch schräg von oben ein Fahrzeug, ausgeführt als Personenkraftwagen, mit einer optischen Baugruppe zur Erzeugung einer Echtzeit-Abbildung und Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten;
2 zwei Kamera-Gruppen der optischen Baugruppe, wobei diese Kamera-Gruppen von einer Montageseite eines jeweiligen Gruppen-Montagekörpers her perspektivisch gesehen dargestellt sind;
3 schematisch Aufnahmemöglichkeiten der beiden Gruppen-Montagekörper nach 2 zur Kameramontage, wobei die bei der dargestellten Ausführung für die Kameramontage verwendeten Halte-Aufnahmen hervorgehoben sind und wobei für einige der verwendeten Kameras Verbindungslinien (Baselines) zwischen Eintrittspupillen-Zentren dieser Kameras ebenfalls dargestellt sind;
4 eine weitere Ausführung eines Fahrzeugs, ausgeführt als Golf-Cart, mit einer weiteren Ausführung der optischen Baugruppe zur Erzeugung einer Echtzeit-Abbildung und Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten unter Verwendung von Kamera-Gruppen mit den Gruppen-Montagekörpern nach 2;
5 eine schematische Aufsicht auf eine Kamera-Anordnung der optischen Baugruppe nach 1 oder 4, wobei Bildaufnahmerichtungen der Kameras der Kamera-Gruppen der optischen Baugruppe gezeigt sind;
6 eine Seitenansicht der Bildaufnahmerichtungen der optischen Baugruppe nach 1 oder 4, gesehen aus Blickrichtung VI in 5; und
7 in einer zu 3 ähnlichen Darstellung zwei Kamera-Gruppen der optischen Baugruppe mit zusätzlichen Signalverarbeitungskomponenten.

1 zeigt schematisch und perspektivisch ein Fahrzeug 1 mit einer optischen Baugruppe 2 zur Erzeugung einer Echtzeit-Abbildung und Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten einer aktuellen Umgebungs-Szenerie. Die optische Baugruppe 2 versetzt das Fahrzeug 1 insbesondere in die Lage einer autonomen Fortbewegung ohne Eingriff eines Fahrzeugführers.
Beim Fahrzeug 1 nach 1 handelt es sich um einen Personenkraftwagen. Auch eine andere Ausführung eines Straßenfahrzeugs, beispielsweise ein LKW, oder auch ein Schienen- oder Luftfahrzeug, beispielsweise ein Passagier- oder Lastflugzeug oder auch ein Helikopter, insbesondere auch eine Drohne, stellen Beispiele für ein entsprechendes Fahrzeug dar.
Zur Verdeutlichung von Lagebeziehungen wird nachfolgend ein kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. In der perspektivischen 1 verläuft die x-Achse in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1. Die x- und y-Achse spannen eine Ebene parallel zu einer Fahrzeug-Aufstandsebene auf, auf ebenem, horizontalem Untergrund, also eine horizontale Ebene. Die z-Achse verläuft senkrecht zu der xy-Ebene vertikal nach oben.
Das Fahrzeug 1 hat ein Fahrwerk mit Rädern 1a als bodenseitigen Fahrwerkskomponenten, die bei ruhendem Fahrzeug 1 eine Fahrzeug-Aufstandsebene, nämlich die xy-Ebene definieren.
Die optische Baugruppe 2 hat eine Mehrzahl von Kamera-Gruppen 3, 4, 5, 6, 7 und 8, die in etwa auf Höhe einer umlaufenden Karosserie-Gürtelebene, die auf Höhe von Oberkanten der Fahrzeug-Kotflügel verläuft, an einem Rahmen des Fahrzeugs 1 angebracht sind. Sichtbar sind in der 1 die Kamera-Gruppen 3 bis 7. Die in der Darstellung nach 1 an sich verdeckte Kamera-Gruppe 8 ist ebenfalls schematisch angedeutet.
Die beiden Kamera-Gruppen 3 und 4 sind vorne am Fahrzeug an den beiden vorderen Karosserie-Eckbereichen angebracht, wo die vorderen Kotflügel, die Motorhaube und die Fahrzeugfront jeweils aneinander angrenzen. Die beiden Kamera-Gruppen 5 und 8 sind im Bereich eines unteren Abschlusses einer B-Säule zwischen jeweils den beiden seitlichen Fahrzeugtüren angebracht. Die beiden Kamera-Gruppen 6, 7 sind jeweils im Bereich hinterer Karosserieecken angebracht, wo die hinteren Kotflügel, die Kofferraumklappe und eine Fahrzeug-Rückseite aneinander angrenzen. Die Kamera-Gruppen 3 bis 8 sind mit einem Abstand von mindesten 50 cm zur Fahrzeug-Aufstandsebene xy angebracht.
Die beiden Kamera-Gruppen 3 und 4 stellen in Bezug auf die Fahrtrichtung x des Fahrzeugs 1 zwei vordere Kamera-Gruppen dar und die Kamera-Gruppen 6 und 7 zwei hintere Kamera-Gruppen. Die beiden Kamera-Gruppen 5 und 8 stellen in Bezug auf die Fahrtrichtung x des Fahrzeugs 1 zwei seitliche Kamera-Gruppen dar. Aufgrund der eckseitigen Anordnung der Kamera-Gruppen 3, 4, 6 und 7 haben diese Kamera-Gruppen gleichzeitig die Funktion seitlicher Kamera-Gruppen, sodass die Kamera-Gruppen 3, 8 und 7 auch als linksseitige Kamera-Gruppen und die Kamera-Gruppen 4, 5 und 6 auch als rechtzeitige Kamera-Gruppen des Fahrzeugs 1 bezeichnet werden.
Jede der Kamera-Gruppen hat mindestens drei über jeweils eine Kamera-Signalverbindung in Form einer Datenverarbeitungseinheit 9 (vgl. 2) miteinander verknüpfte Kameras.
2 zeigt stärker im Detail die beiden Kamera-Gruppen 7 und 8 der optischen Baugruppe 2. Die Zeichenebene der 2 ist parallel zur xz-Ebene und die Blickrichtung der 2 fällt auf eine Montageseite der jeweiligen Kamera-Gruppe 7, 8. Die Kamera-Gruppen 3 bis 8 sind grundsätzlich gleich aufgebaut, sodass es nachfolgend hauptsächlich genügt, beispielhaft die Kamera-Gruppe 7 zu beschreiben. Die Kamera-Gruppe 7 hat einen Gruppen-Montagekörper 10 zur Montage von Kameras 11₇, 12₇, 13₇ der Kamera-Baugruppe 7.
Die Kameras 11 bis 13 der jeweiligen Kamera-Baugruppe 3 bis 8 werden nachfolgend jeweils mit einem Index i, nämlich der Bezugsziffer der jeweiligen Kamera-Gruppe 3 bis 8 bezeichnet, um die Zuordnung der jeweiligen Kamera 11 bis 13 zur jeweiligen Kamera-Gruppe 3 bis 8 zu verdeutlichen.
Der Gruppen-Montagekörper 10 ist so ausgeführt, dass er die Kameras 11 bis 13 der jeweiligen Kamera-Gruppe 3 bis 8 mit zueinander fester RelativLage und Relativ-Orientierung trägt. Der Gruppen-Montagekörper 10 hat zusätzlich zu Aufnahmen für die Kameras 11 bis 13 auch noch vorbereitete Halte-Aufnahmen 14₇, 15₇ zur Montage zusätzlicher Kameras. Die jeweilige Kamera-Gruppe 3 bis 8 kann somit nachträglich um mindestens eine weitere zu montierende Kamera erweitert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat jede der Kamera-Gruppen 3 bis 8 genau drei verbaute Kameras 11 bis 13 und genau zwei zusätzliche, vorbereitete Aufnahmen, sodass die jeweilige Kamera-Gruppe 3 bis 8 je nach Belegung dieser vorbereiteten Kamera-Halte-Aufnahmen mit drei Kameras, mit vier Kameras oder mit fünf Kameras bestückt werden kann. Je nach Ausführung des Gruppen-Montagekörpers 10 sind Kamera-Gruppen mit drei bis beispielsweise zehn Kameras möglich.
3 zeigt für ausgewählte Kameras, nämlich die Kamera 13₇ der Kamera-Gruppe 7 und die Kameras 11₈, 12₈ und 13₈ der Kamera-Gruppe 8, Verbindungslinien zwischen Eintrittspupillen-Zentren EPZ dieser Kameras 11 bis 13, die auch als Baselines bezeichnet werden. Die Eintrittspupillen-Zentren EPZ der Kameras 11_i, 12_i, 13_i einer Kamera-Gruppe i definieren eine Kamera-Anordnungsebene AE (vgl. 3 rechts), in der die Kameras 11_i bis 13_i einer der Kamera-Gruppen 3 bis 8 angeordnet sind. Die in der 3 rechts für die Kamera-Gruppe angedeutete Kamera-Anordnungsebene AE muss nicht parallel zur xz-Ebene verlaufen und tut dies regelmäßig auch nicht. Regelmäßig beträgt ein Winkel zwischen der Kamera-Anordnungsebene AE und einer der Hauptebenen xy, xz, yz der Fahrzeug-Koordinaten xyz zwischen 10° und 80°.
Die Länge der Baselines B zwischen den Eintrittspupillen-Zentren EPZ zweier Kameras 11, 12; 11, 13; 12, 13 einer Kamera-Gruppe 3 bis 8 liegt im Bereich zwischen 5 cm und 30 cm. Je nach Ausführung der Kamera-Gruppe 3 bis 8 kann die Länge dieser Baselines E auch im Bereich zwischen 10 cm und 20 cm oder im Bereich zwischen 10 cm und 15 cm liegen.
Zusätzlich sind in der 3 noch Intergruppen-Baselines B_i,j zwischen Kameras 11 bis 13 der beiden Kamera-Gruppen 7, 8 hervorgehoben. Die Längen dieser Intergruppen-Baselines B_i,j liegt im Bereich zwischen 0,5 m und 3 m. Diese Länge der Intergruppen-Baselines B_i,j ist vergleichbar zum Abstand der jeweils benachbarten Kamera-Gruppen 3 bis 8. Die Länge der Intergruppen-Baselines B_i,j kann je nach Anordnung der Kamera-Gruppen 3 bis 8 auch im Bereich zwischen 1 m und 2 m liegen.
Die Länge der Baselines B_i,j zum Beispiel zwischen den Kameras 11₈, 12₈ der Kamera-Gruppe 8 und der Kamera 13₇ der Kamera-Gruppe liegt im Bereich zwischen 0,5 m bis 3 m und kann beispielsweise im Bereich zwischen 1 m und 2 m liegen.
Die Eintrittspupillen-Zentren EPZ der Kameras 11 bis 13 einer der Kamera-Gruppen 3 bis 8 liegen in den Ecken eines nicht gleichseitigen Dreiecks 16. Das jeweilige Dreieck 16 kann zwei oder drei unterschiedliche Seitenlängen, also zwei oder drei unterschiedlich lange Baselines B aufweisen.
Die Baselines B zwischen den Kameras 11 bis 13 einer Kamera-Gruppe 3 bis 8 verlaufen unter einem Winkel zur Fahrzeug-Anordnungsebene xy im Bereich zwischen 10° und 80°, verlaufen also weder genau horizontal noch genau vertikal.
In der 3 ist für eine Kamera-Paarung 12₈, 13₈ ein Winkel δ zwischen der zugehörigen Baseline B und der Fahrzeug-Aufstandsebene xy eingezeichnet. Dieser Winkel δ liegt bei etwa 70°, liegt also zwischen 10° und 80°.
Die Kamera-Gruppen 3 bis 8 sind miteinander wiederum über eine Gruppen-Signalverbindung zwischen den jeweiligen Datenverarbeitungseinheiten 9 verbunden. Weder die Kamera-Signalverbindungen noch diese Gruppen-Signalverbindung ist in der 2 tatsächlich dargestellt.
Eine der Kameras 11 bis 13 der jeweiligen Kamera-Gruppe 3 bis 8, beispielsweise die Kamera 11, kann, was die Signalverarbeitung über die Datenverarbeitungseinheiten 9 angeht, als Master-Kamera definiert sein und die anderen Kameras 12, 13 als Slave-Kameras.
Eine der Kamera-Gruppen 3 bis 8 kann, was die Signalverarbeitung über die Datenverarbeitungseinheiten 9_i angeht, als Master-Kamera-Gruppe definiert sein und die anderen als Slave-Kamera-Gruppen.
4 zeigt eine weitere Anordnungsvariante der Kamera-Gruppen 3 bis 8 an einer Ausführung des Fahrzeugs 1 als Golf-Cart. Sichtbar sind in der 4 die Kamera-Gruppen 3 bis 6.
Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die Kamera-Gruppen 3 bis 8 sind beim Fahrzeug 17 nach 4 im Dachbereich angeordnet, wobei die Zuordnung der Kamera-Gruppen 3 bis 8 zu den Richtungen „vorne“, „hinten“, „linksseitig“ und „rechtsseitig“ so ist, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Fahrzeug 1 nach 1 erläutert.
Bildaufnahmerichtungen der Kameras 3 bis 8 sind in den 5 und 6 am Beispiel der Anordnungen der optischen Baugruppe 2 nach 1 und 4 veranschaulicht. 5 zeigt dabei eine Aufsicht auf das Fahrzeug 1 bzw. 17, wobei lediglich die Kameras 3 bis 8 dargestellt sind, und 6 zeigt eine entsprechende Seitenansicht.
In den 5 und 6 ist eine jeweilige Bildaufnahmerichtung 18 der Kameras 11 bis 13 doppelt indiziert in der Form 18_i ^j dargestellt, wobei der Index i die Zuordnung der Bildaufnahmerichtung 18 zur jeweiligen Kamera-Gruppe 3 bis 8 und der Index j die Zuordnung zur jeweiligen Kamera 11 bis 13 dieser Kamera-Gruppe 3 bis 8 wiedergibt.
Benachbarte Bildaufnahmerichtungen 18_i ¹¹ bis 18_i ¹³ der Kameras 11 bis 13 einer der Kamera-Gruppen i haben einen Einzelkamera-Winkel α zueinander, der im Bereich zwischen 5° und 25° und beispielsweise bei 15° liegt.
Typischerweise deckt jede der Kamera-Gruppen i (i = 3 bis 8) über die Bildaufnahmerichtungen 18_i ¹¹ bis 18_i ¹³ einen Gesamt-Bildaufnahmewinkel β von typischerweise 30° ab.
Den Bildaufnahmerichtungen 18_i ¹¹ bis 18_i ¹³ der Kameras 11 bis 13 einer der Kamera-Gruppen i kann jeweils ein Richtungs-Mittelwert 19 zugeordnet werden. Für die Kamera-Gruppe 3 ist in den 5 und 6 die Richtung eines solchen Richtungs-Mittelwertes 19₃ gestrichelt dargestellt. Dieser jeweilige Richtungs-Mittelwert 19₃ ist der Mittelwert der Bildaufnahmerichtungen 18₃ ¹¹ bis 18₃ ¹³.
Die Richtungs-Mittelwerte 19_i, 19_j der Bildaufnahmerichtungen der Kameras 11 bis 13 benachbarter Kamera-Gruppen i, j nehmen einen Gruppenkamera-Winkel γ (vgl. 5) zueinander ein, der im Bereich zwischen 30° und 100° liegt und der bei der Ausführung nach den 5 und 6 etwa bei 60° liegt.
Bei einer nicht dargestellten Ausführung der optischen Baugruppe 2 können auch weniger als sechs Kamera-Gruppen vorliegen, beispielsweise drei Kamera-Gruppen, vier Kamera-Gruppen oder fünf Kamera-Gruppen. Auch mehr als sechs Kamera-Gruppen sind möglich.
Die Kamera-Gruppen können so angeordnet sein, dass ein horizontaler Gesamterfassungsbereich (Azimutwinkel von Polarkoordinaten) von 360° erreichbar ist, wie dies bei der Anordnung der Kamera-Gruppen 3 bis 8 nach den 1 bis 6 der Fall ist. Die Anordnung der Kamera-Gruppen kann auch so sein, dass ein vertikaler Gesamterfassungsbereich (Polarwinkel von Polarkoordinaten) von 180° erreicht wird. Dies ist bei Landfahrzeugen regelmäßig nicht erforderlich, weswegen dieser vertikale Gesamterfassungsbereich bei den Anordnungen der Kamera-Gruppen 3 bis 8 nach den 1 bis 6 nicht erzielt wird. Bei Anordnungen von Kamera-Gruppen insbesondere für Luftfahrzeuge kann ein vertikaler Gesamterfassungsbereich erreicht werden, der größer ist als 90°, der größer ist als 120°, der größer ist als 150° und der insbesondere 180° beträgt. Die Kameras der Kamera-Gruppen können insbesondere als Fischaugen-Kameras ausgeführt sein.
Anhand der 7 wird nachfolgend ein Verfahren zur Erzeugung einer redundanten Abbildung eines Messobjekts erläutert. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
7 zeigt hierzu zwei Gruppen 7, 8 zu je drei Kameras 11 bis 13. Die Gruppen 7 einerseits und 8 andererseits haben jeweils eine zugeordnete Datenverarbeitungseinheit 9₇, 9₈ zur Verarbeitung und Auswertung der von den zugehörigen Kameras der Kamera-Gruppe 7, 8 erfassten Bilddaten. Die beiden Datenverarbeitungseinheiten 9₇, 9₈ stehen über eine Signalleitung 21 miteinander in Signalverbindung.
Zur Erfassung einer räumlichen Szenerie können beispielsweise die Kameras 11₇ bis 13₇ der Gruppe 7 miteinander zusammengeschalten werden, sodass eine 3D-Erfassung dieser räumlichen Szenerie ermöglicht ist. Zur Erschaffung einer zusätzlichen Redundanz dieser räumlichen Bilderfassung kann das Bilderfassungsergebnis beispielsweise der Kamera 11₈ der weiteren Gruppe 8 herangezogen werden, welches der Datenverarbeitungseinheit 9₇ der Gruppe 7 über die Datenverarbeitungseinheit 9₈ der Gruppe 8 und die Signalleitung 21 zur Verfügung gestellt wird. Diese Signalleitung 21 stellt eine Gruppen-Signalverbindung zwischen den Kamera-Gruppen 7 und 8 dar. Aufgrund der räumlichen Entfernung der Kamera 11₈ zu den Kameras 11₇ bis 13₇ der Gruppe 7 ergibt sich ein bei der Abbildung der räumlichen Szenerie deutlich anderer Blickwinkel, was die Redundanz der räumlichen Bilderfassung verbessert.
Eine räumliche Bilderfassung mit Hilfe der Kameras genau einer Gruppe 7, 8 wird auch als Intra-Bilderfassung bezeichnet. Eine räumliche Bilderfassung unter Einbeziehung der Kameras von mindestens zwei Gruppen wird auch als Inter-Bilderfassung bezeichnet.
Eine Triangulation kann beispielsweise mit den Stereo-Anordnungen der Kameras 12₈, 13₈, der Kameras 13₈, 11₈ und der Kameras 11₈, 12₈ jeweils unabhängig erfolgen. Die Triangulationspunkte dieser drei Anordnungen müssen jeweils übereinstimmen.
Eine Kamera-Gruppe nach Art der Gruppen 7, 8 kann in Form eines Dreiecks, zum Beispiel in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sein. Auch eine Anordnung von sechs Kameras in Form eines Hexagons ist möglich.
Ein durch die jeweilige Gruppe 7, 8 abgedeckter Kamera-Nahbereich kann beispielsweise im Bereich zwischen 80 cm und 2,5 m liegen. Über die Hinzunahme mindestens einer Kamera der jeweils anderen Gruppe kann dann über die Nahbereichs-Grenze hinaus auch ein Fernbereich mit der Bilderfassungs-Vorrichtung erfasst werden. Ein derartiger Fernbereich überlappt hinsichtlich seiner Untergrenze mit dem Kamera-Nahbereich und hat eine Obergrenze, die beispielsweise bei 50 m, bei 100 m oder auch bei 200 m liegt.
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

WO 2013/020872 A1 [0002]

Claims

Optische Baugruppe (2) zur Erzeugung einer Echtzeit-Abbildung und einer Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten - mit einer Mehrzahl von Kamera-Gruppen (3 bis 8), die jeweils mindestens drei miteinander über eine Kamera-Signalverbindung miteinander verknüpfte Kameras (11 bis 13) aufweisen, deren Eintrittspupillen-Zentren (EPZ) eine Kamera-Anordnungsebene (AE) definieren, in der die Kameras (11 bis 13) angeordnet sind, - wobei die Kamera-Gruppen (3 bis 8) wiederum miteinander über eine Gruppen-Signalverbindung (21) miteinander verknüpft sind, - wobei benachbarte Bildaufnahmerichtungen (18) der Kameras (11 bis 13) einer der Kamera-Gruppen (3 bis 8) einen Einzelkamera-Winkel (α) zueinander einnehmen, der im Bereich zwischen 5° und 25° liegt, - wobei ein Richtungs-Mittelwert (19) der Bildaufnahmerichtungen (18) der Kameras (11 bis 13) einer der Kamera-Gruppen (3 bis 8) einen Gruppenkamera-Winkel (γ) zu einem Richtungs-Mittelwert (19) der Bildaufnahmerichtungen (18) der Kameras (11 bis 13) einer benachbarten Kamera-Gruppe (3 bis 8) einnimmt, der im Bereich zwischen 30° und 100° liegt.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch drei Kameras (11 bis 13) einer der Kamera-Gruppen (3 bis 8), deren Einzelpupillen-Zentren (EPZ) in den Ecken eines nicht gleichseitigen Dreiecks liegen.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Länge einer Verbindungslinie (Baseline, B) zwischen den Eintrittspupillen-Zentren (EPZ) zweier Kameras (11, 12; 11, 13; 12, 13) einer Kamera-Gruppe (3 bis 8) im Bereich von 5 cm bis 30 cm.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Länge einer Baseline (B_i,j) zwischen Kameras (11_i bis 13_i, 11_j bis 13_j) verschiedener Kamera-Gruppen (3 bis 8) im Bereich von 0,5 m bis 3 m.
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens drei Kamera-Gruppen (3 bis 8).
Optische Baugruppe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens sechs Kamera-Gruppen (3 bis 8).
Optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Gruppen-Montagekörper (10) zur Montage der Kameras (11 bis 13) einer Kamera-Gruppe (3 bis 8), wobei der Gruppen-Montagekörper (10) derart ausgeführt ist, dass er die Kameras (11 bis 13) der Kamera-Gruppe (3 bis 8) mit zueinander fester relativer Lage und Orientierung trägt.
Optische Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gruppen-Montagekörper (10) vorbereitete Halte-Aufnahmen (14, 15) zur Montage zusätzlicher Kameras aufweist, sodass die Kamera-Gruppe (3 bis 8) nachträglich um mindestens eine weitere zu montierende Kamera erweiterbar ist.
Optische Baugruppe (2) zur Erzeugung einer Echtzeit-Abbildung und einer Echtzeit-Zuordnung von Umgebungs-Objekten, mit einer Mehrzahl von über eine Kamera-Signalverbindung miteinander verknüpften Kameras (11 bis 13), die als Fischaugen-Kameras ausgeführt sind.
Fahrzeug (1; 17) mit einer optischen Baugruppe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem Fahrwerk mit bodenseitigen Fahrwerkskomponenten (1a), die bei ruhendem Fahrzeug (1; 17) eine Fahrzeug-Aufstandsebene (xy) definieren, gekennzeichnet durch eine Anbringung der Kamera-Gruppen (3 bis 8) der optischen Baugruppe (2) in einem Abstand von mindestens 50 cm zur Fahrzeug-Aufstandsebene (xy).
Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Baselines (B) zwischen den Kameras (11 bis 13) einer Kamera-Gruppe (3 bis 8) unter einem Winkel zur Fahrzeug-Aufstandsebene (xy) im Bereich zwischen 10° und 80° verlaufen.