DE102021203052A1

DE102021203052A1 - Kamera mit einem Bildsensor und Filteranordnung

Info

Publication number: DE102021203052A1
Application number: DE102021203052.1A
Authority: DE
Inventors: Heiko Leppin; Alice Natoli
Original assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kamera (1) mit einem Bildsensor (2) sowie einem ersten (F1) und einem zweiten Filter (F2), wobei der Bildsensor (2) eine Vielzahl an Pixeln (P) umfasst, wobei der erste Filter (F1) dazu ausgestaltet ist Wellenlängen (λ) im nicht-sichtbaren Bereich zu filtern und wobei der zweite Filter (F2) aus mehreren Filterbereichen (Fb1-Fb3) besteht, wobei die Filterbereiche (Fb1-Fb3) derart angeordnet sind, dass für jedes Pixel (P) bestimmte Wellenlängen gefiltert werden, dadurch gekennzeichnet, dassdie Filterbereiche (Fb1-Fb3) des zweiten Filters (F2) jeweils einen bestimmten oder mehrere bestimmte Wellenlängenbereiche (λ) filtern und wobei die Filterbereiche (Fb1-Fb3) in alternierender Reihenfolge pixelweise angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kamera mit einem Bildsensor und einer Filteranordnung bevorzugt für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik sind Bildsensoren bekannt, welche Matrixfiltermuster vor den Pixeln aufweisen, um ein Farbbild zu erzeugen. Hierfür werden aktuell verschiedene Muster verwendet, um das sichtbare Lichtspektrum zu rekonstruieren. Beispielsweise gibt es sogenannte „red-green-blue“-Muster, auch bekannt als RGB oder Bayer-Muster, Red-clear-blue oder Red-green-blue-clear (RGBC).
Nachteilig bei diesen Mustern ist, dass z.B. RGB-Filter alle Wellenlängen blockieren bis auf einen schmalen Bereich, jeweils im roten, grünen oder blauen Wellenlängenbereich. Somit werden von diesen Filtern grob 2/3 des verfügbaren sichtbaren Lichts für jedes Pixel geblockt.
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung eine Kamera umfassend Bildsensor mit einem Filter bereitzustellen, welcher eine gleichbleibende Sensitivität und eine gleichbleibende Intensität unabhängig von den vorherrschenden Lichtverhältnissen auf den Pixeln gewährleistet.
In ersten Überlegungen wurde festgestellt, dass bei den derzeitigen Systemen, die 2/3 des verfügbaren sichtbaren Lichts für jedes Pixel blockieren, die Sensitivität des Bildsensors signifikant reduziert ist und in Situationen mit schlechten Lichtverhältnissen die Leistung nicht ausreichend ist für einige automotive Anwendungen. Um dies zu überwinden verwenden manche Kameras ein RGBC oder RCCB (Red Green Blue Clear oder Red Clear Clear Blue) Muster, um die Sensitivität einiger Pixel (Clear-Pixel) zu erhöhen. Der Nachteil hierbei ist eine ungleichmäßige Intensität auf den Pixeln was zu einer Begrenzung des Dynamikbereichs und zu Ausleseartefakten in den farbigen weniger gesättigten Pixeln führt. Diese Muster ermöglichen eine erhöhte Sensitivität nur in den ausgewählten (clear) Pixeln.
Daher wird erfindungsgemäß eine Kamera mit einem Bildsensor sowie einem ersten und einem zweiten Filter vorgeschlagen, wobei der Bildsensor eine Vielzahl an Pixeln umfasst, wobei der erste Filter dazu ausgestaltet ist Wellenlängen im nicht-sichtbaren Bereich zu filtern und wobei der zweite Filter aus mehreren Filterbereichen besteht, wobei die Filterbereiche derart angeordnet sind, dass für jedes Pixel bestimmte Wellenlängen gefiltert werden. Weiter umfassen die Filterbereiche des zweiten Filters zumindest drei verschiedene Varianten, wobei die Filterbereiche des zweiten Filters jeweils einen bestimmten oder mehrere bestimmte Wellenlängenbereich(e) filtern und wobei die Filterbereiche in alternierender Reihenfolge pixelweise angeordnet sind. Durch die alternierende Anordnung der Varianten entsteht ein Muster bzw. eine gleichmäßige Verteilung der entsprechenden Filter für die jeweiligen Wellenlängen. Somit wird sichergestellt, dass das aufgenommene Bild trotz der Filter eine hohe Auflösung und eine der Umgebungshelligkeit entsprechende Belichtung aufweist. Die Kamera weist darüber hinaus zumindest eine Linse auf. Insbesondere ist die Verwendung einer derartigen Kamera im Fahrzeugbereich vorteilhaft, da mit einer Kamera der eingangs genannten Art eine hohe Bildqualität auch bei schlechten Lichtverhältnissen gewährleistet werden kann. Dies führt zu einer Verbesserung der Sicherheit von Assistenzsystemen sowie autonomen Systemen, welche die Bilddaten der Kamera als Eingangsgrößen verwenden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest drei verschiedene Filterbereiche vorgesehen und der erste Filterbereich filtert Wellenlängen für ein blaues Spektrum und ein grünes Spektrum, der zweite Filterbereich filtert die Wellenlängen für ein grünes Spektrum und ein rotes Spektrum und der dritte Filterbereich (Fb3) filtert die Wellenlängen (λ) für ein blaues Spektrum und ein rotes Spektrum . Durch eine derartige Anordnung entsteht ein Muster mit RG-GB-RB (rot/grün-grün/blau-rot/blau). Dies entspricht einer Invertierung des bekannten RGB-Musters bzw. Bayer-Musters. Durch diese Anordnung kann auch die Sensitivität für jede Farbe verdoppelt werden im Vergleich zu dem RGB-Muster.
Besonders bevorzugt sind in einer Ausgestaltung die Filter der Filteranordnung als Bandpassfilter, Absorptionsfilter oder Reflektanzfilter ausgestaltet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Filter als Beschichtung auf einer Linse der Kamera angeordnet. Eine derartige Anordnung ist dahingehend vorteilhaft, da hierfür kein weiteres Bauteil in der Kamera verwendet werden muss, was zu einer kostengünstigeren und platzsparenderen Ausgestaltung der Kamera führen kann. Die Beschichtung kann beispielsweise mittels einer Folie realisiert sein. Auch kann das Glas selbst bei der Herstellung entsprechend behandelt werden, dass der IR/UV Filter bereits in einer der Linsen integriert ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Filter als Beschichtung auf dem Bildsensor angeordnet. Eine derartige Anordnung ist dahingehend vorteilhaft, da hierfür kein weiteres Bauteil in der Kamera verwendet werden muss, was zu einer kostengünstigeren und platzsparenderen Ausgestaltung der Kamera führen kann. Die Beschichtung kann beispielsweise als Kunststoffbeschichtung ausgestaltet sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Figuren. Darin zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung;
2: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3: eine schematische Darstellung einer Kamera gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. In dieser Darstellung ist der Bildsensor 2 sowie der erste Filter F1 und der zweite Filter F2 gezeigt. Der zweite Filter F2 weist dabei Filterbereiche Fb1, Fb2, Fb3 auf, welche jeweils unterschiedlich ausgestaltet sein können. Diese Filterbereiche Fb1, Fb2, Fb3 sind oberhalb der Pixel P des Bildsensors 2 angeordnet. Der erste Filter F1 ist dabei ein Filter welcher Wellenlängen λ im nichtsichtbaren Bereich filtert. Somit passieren alle Wellenlängen λ im sichtbaren Wellenlängenbereich V den Filter F1, wie in dem ersten Diagramm der 1 gezeigt. Der zweite Filter F2 blockiert bzw. filtert je nach Filterbereich Fb1, Fb2, Fb3 Wellenlängen λ im blauen, grünen oder roten Wellenlängenbereich λ. Der erste Filterbereich Fb1 filtert in diesem Fall Wellenlängen λ im blauen Spektrum, der zweite Filterbereich Fb2 filtert Wellenlängen λ im grünen Spektrum und der dritte Filterbereich Fb3 filtert Wellenlängen λ im roten Spektrum. Somit gelangen auf das Pixel unterhalb des ersten Filterbereichs Fb1 RG (rote und grüne) Wellenlängen λ, auf das Pixel unterhalb des zweiten Filterbereichs Fb2 RB (rote und blaue) Wellenlägen λ und auf das Pixel P unterhalb des dritten Filterbereichs RG (blaue und grüne) Wellenlängen λ. Das zweite Diagramm der 1 zeigt schematisch die durch die jeweiligen Filterbereiche Fb1-Fb3 gefilterten Wellenlängen λ. Der Filter F2 kann dabei beispielsweise als Reflektanzfilter oder Absorptionsfilter ausgestaltet sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1 ist auch hier ein Bildsensor 2 mit einem ersten Filter F1 und einem zweiten Filter F2 gezeigt. Der erste Filter F1 filtert auch hier Wellenlängen λ im nichtsichtbaren Bereich. Der Filter F2 ist hier beispielsweise als Bandpassfilter ausgestaltet. Somit ist der Filter F2 durch die Filterbereiche Fb1 -Fb3 durchlässig für jeweils bestimmte Wellenlängenbereiche λ. Das zweite Diagramm zeigt schematisch die Wellenlängenbereiche λ, für welche der jeweilige Bandpassfilter des jeweiligen Filterbereichs Fb1-Fb3 durchlässig ist (GB, BR, RG). Die gestrichelten Markierungen begrenzen schematisch die Wellenlängenbereiche λ für die verschiedenen Farbspektren. In diesem Fall ist ein Bereich für blau Br, ein Bereich für grün Gr und ein Bereich für Rot Rr gezeigt.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kamera 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Kamera 1 weist hierbei einen Bildsensor 2, einen ersten Filter F1, einen zweiten Filter F2 sowie eine Linse 3 auf. Die Filter F1 und F2 sind hier als separate Elemente dargestellt. Denkbar wäre auch den Filter F1 auf der Linse 3 zu integrieren und den Filter F2 als Beschichtung auf dem Bildsensor aufzubringen.
Bezugszeichenliste

1: Kamera
2: Bildsensor
3: Linse
F1: erster Filter
F2: zweiter Filter
Fb1-Fb3: Filterbereiche
P: Pixel
V: sichtbarer Wellenlängenbereich
A: Wellenlänge(nbereich)

Claims

Kamera (1) mit einem Bildsensor (2) sowie einem ersten (F1) und einem zweiten Filter (F2), wobei der Bildsensor (2) eine Vielzahl an Pixeln (P) umfasst, wobei der erste Filter (F1) dazu ausgestaltet ist Wellenlängen (λ) im nicht-sichtbaren Bereich zu filtern und wobei der zweite Filter (F2) aus mehreren Filterbereichen (Fb1-Fb3) besteht, wobei die Filterbereiche (Fb1-Fb3) derart angeordnet sind, dass für jedes Pixel (P) bestimmte Wellenlängen gefiltert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbereiche(Fb1-Fb3) des zweiten Filters (F2) jeweils einen bestimmten oder mehrere bestimmte Wellenlängenbereiche (λ) filtern und wobei die Filterbereiche (Fb1-Fb3) in alternierender Reihenfolge pixelweise angeordnet sind.
Kamera (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei verschiedene Filterbereiche (Fb1-Fb3) vorgesehen sind und ein erster Filterbereich (Fb1) Wellenlängen (λ) für ein blaues Spektrum und ein grünes Spektrum, ein zweiter Filterbereich (Fb2) die Wellenlängen (λ) für ein grünes Spektrum und ein rotes Spektrum und ein dritter Filterbereich (Fb3) die Wellenlängen (λ) für ein blaues Spektrum und ein rotes Spektrum filtert.
Kamera (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (F1, F2) als Bandpassfilter, Absorptionsfilter oder Reflektanzfilter ausgestaltet sind.
Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (F1) als Beschichtung auf einer Linse (3) der Kamera (1) angeordnet ist.
Kamera (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Filter (F2) als Beschichtung auf dem Bildsensor (2) angeordnet ist.