DE102023101189A1 - Image sensor matrix unit, image sensor device, method for creating an overall image of an environment, image sensor device, motor vehicle, computer program and computer-readable storage medium - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bildsensormatrixeinheit (16) zum Aufnehmen eines Bildes, wobei die Bildsensormatrixeinheit (16) eine auf einer Drehachse (22) drehbar gelagerte Matrixstruktur (18) mit einer Mehrzahl von Bildsensoren (20) zum Erfassen von Licht (38) umfasst.The invention relates to an image sensor matrix unit (16) for recording an image, wherein the image sensor matrix unit (16) comprises a matrix structure (18) rotatably mounted on a rotation axis (22) and having a plurality of image sensors (20) for detecting light (38).
Description
Die Erfindung betrifft eine Bildsensormatrixeinheit. Die Erfindung betrifft ferner eine Bildsensoreinrichtung, ein Verfahren zum Erstellen eines Gesamtbildes einer Umgebung, eine Bildsensorvorrichtung, ein Kraftfahrzeug, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium.The invention relates to an image sensor matrix unit. The invention further relates to an image sensor device, a method for creating an overall image of an environment, an image sensor apparatus, a motor vehicle, a computer program and a computer-readable storage medium.
In Kraftfahrzeugen werden heutzutage vermehrt Kameras verbaut. Diese Kameras in Kraftfahrzeugen können beispielsweise dazu dienen, Insassen in autonom fahrenden Bussen oder eine Fahrzeugumgebung zu überwachen. Hierzu werden gegebenenfalls hochauflösende Bilder oder mehrere Bilder bei unterschiedlichen Wellenlängen (z.B. Infrarot, schwarz-weiß, etc.) benötigt. Eine Möglichkeit kann sein, mehrere verschiedene Kameras in einem Kraftfahrzeug zu integrieren, um alle erforderlichen Informationen zu sammeln. Eine solche Lösung kann aber je nach Anzahl der Kameras kostspielig sein. Hinzu kommt, dass herkömmliche Kameras oft einen Chip mit einer begrenzten, zweidimensionalen Sensorfläche aufweisen, mittels der man nur eine Richtung der Umgebung und vordefinierte Wellenlängen des einfallenden Lichts erfassen kann.Cameras are increasingly being installed in motor vehicles these days. These cameras in motor vehicles can be used, for example, to monitor passengers in autonomous buses or the vehicle environment. This may require high-resolution images or multiple images at different wavelengths (e.g. infrared, black and white, etc.). One option may be to integrate several different cameras in a motor vehicle in order to collect all the necessary information. However, such a solution can be expensive depending on the number of cameras. In addition, conventional cameras often have a chip with a limited, two-dimensional sensor area that can only detect one direction of the environment and predefined wavelengths of the incident light.
Die
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine verbesserte und günstigere Bildsensorvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu schaffen.The invention has for its object to provide an improved and cheaper image sensor device, in particular for motor vehicles.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Bildsensormatrixeinheit gemäß Anspruch 1. Eine Bildsensoreinrichtung, ein Verfahren zum Erstellen eines Gesamtbildes einer Umgebung, eine Bildsensorvorrichtung, ein Kraftfahrzeug, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium sind Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche.To achieve this object, the invention provides an image sensor matrix unit according to claim 1. An image sensor device, a method for creating an overall image of an environment, an image sensor apparatus, a motor vehicle, a computer program and a computer-readable storage medium are the subject of the independent claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments are the subject of the subclaims.
Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung eine Bildsensormatrixeinheit zum Aufnehmen eines Bildes, wobei die Bildsensormatrixeinheit eine auf einer Drehachse drehbar gelagerte Matrixstruktur mit einer Mehrzahl von Bildsensoren zum Erfassen von Licht umfasst.According to one aspect, the invention provides an image sensor matrix unit for recording an image, wherein the image sensor matrix unit comprises a matrix structure rotatably mounted on a rotation axis and having a plurality of image sensors for detecting light.
Eine Vorteil der Erfindung kann sein, dass mittels der Bildsensormatrixeinheit eine Mehrzahl von Bildern an unterschiedlichen Drehpositionen der Matrixstruktur aufgenommen werden können. Beispielsweise kann ein 360°-Sektor einer Umgebung der Bildsensormatrixeinheit aufgenommen werden. Dadurch können wesentlich mehr Informationen erfasst werden als mit herkömmlichen Kamerasystemen. Die Mehrzahl der Bilder oder die erfassten Informationen können zu einem hochauflösenden Gesamtbild oder zu einer Mehrzahl von Gesamtbildern unterschiedlicher Art zusammengefügt werden.One advantage of the invention can be that a plurality of images can be recorded at different rotational positions of the matrix structure using the image sensor matrix unit. For example, a 360° sector of an area surrounding the image sensor matrix unit can be recorded. This allows significantly more information to be recorded than with conventional camera systems. The majority of images or the recorded information can be combined to form a high-resolution overall image or a plurality of overall images of different types.
Es ist bevorzugt, dass die Bildsensoren jeweils als Bildpixelsensor zum Aufnehmen eines Pixels des Bildes ausgebildet sind.It is preferred that the image sensors are each designed as an image pixel sensor for recording a pixel of the image.
Es ist bevorzugt, dass die Drehachse entlang einer Hauptträgheitsachse und/oder einer Symmetrieachse der Matrixstruktur verläuft.It is preferred that the axis of rotation runs along a principal axis of inertia and/or an axis of symmetry of the matrix structure.
Durch Wahl der Drehachse entlang einer Hauptträgheitsachse und/oder einer Symmetrieachse der Matrixstruktur entstehen keine Unwuchten bei der Drehung der Matrixstruktur. Dadurch können besonders präzise Bilder erstellt werden.By selecting the axis of rotation along a main axis of inertia and/or an axis of symmetry of the matrix structure, no imbalances arise when rotating the matrix structure. This allows particularly precise images to be created.
Es ist bevorzugt, dass die Matrixstruktur dreidimensional, rotationssymmetrisch, kugelförmig, zylinderförmig, ellipsoidal und/oder quaderförmig ausgebildet ist.It is preferred that the matrix structure is three-dimensional, rotationally symmetrical, spherical, cylindrical, ellipsoidal and/or cuboidal.
Es ist bevorzugt, dass ein Bildsensor einen Bildsensortyp aufweist, der ausgewählt ist aus einer Typgruppe, die einen Monochrombildsensor, einen Farbbildsensor, einen Infrarot-Bildsensor zum Erfassen von Infrarotlicht, einen UV-Bildsensor zum Erfassen von UV-Licht, einen Röntgen-Bildsensor zum Erfassen von Röntgenstrahlen und einen Bildsensor zum Erfassen von Licht mit einer vordefinierten Wellenlänge oder mit einer Wellenlänge in einem vordefinierten Wellenlängenbereich, umfasst.It is preferred that an image sensor has an image sensor type selected from a type group comprising a monochrome image sensor, a color image sensor, an infrared image sensor for detecting infrared light, a UV image sensor for detecting UV light, an X-ray image sensor for detecting X-rays and an image sensor for detecting light with a predefined wavelength or with a wavelength in a predefined wavelength range.
Es ist bevorzugt, dass die Bildsensoren in wenigstens einer Reihe in Richtung der Drehachse und/oder in eine Drehrichtung angeordnet ist.It is preferred that the image sensors are arranged in at least one row in the direction of the axis of rotation and/or in a direction of rotation.
Bei dieser Anordnung können Einzelbilder von Bildsensoren auf einfache Weise zusammengefügt werden, da die geometrische Anordnung der Bildsensoren analytisch beschrieben werden kann.With this arrangement, individual images from image sensors can be easily combined because the geometric arrangement of the image sensors can be described analytically.
Es ist bevorzugt, dass die Bildsensoren der wenigstens einen Reihe den gleichen Bildsensortyp aufweisen.It is preferred that the image sensors of the at least one row have the same image sensor type.
Durch diese Anordnung kann das Zusammenfügen von Einzelbildern vereinfacht werden.This arrangement makes it easier to combine individual images.
Es ist bevorzugt, dass die Mehrzahl von Bildsensoren in mehreren Reihen in Richtung der Drehachse und/oder in die Drehrichtung angeordnet ist, wobei die Bildsensoren von wenigstens zwei Reihen einen unterschiedlichen Bildsensortyp aufweisen.It is preferred that the plurality of image sensors are arranged in several rows in the direction of the axis of rotation and/or in the direction of rotation, wherein the image sensors of at least two rows have a different image sensor type.
Vorteilhafterweise sind die Bildsensoren von wenigstens zwei Reihen einen unterschiedlichen Bildsensortyp. Hierdurch können durch eine einzelne Drehung Gesamtbilder unterschiedlicher Typen aufgenommen werden.Advantageously, the image sensors of at least two rows are of a different image sensor type. This allows overall images of different types to be recorded with a single rotation.
Es ist bevorzugt, dass die Bildsensormatrixeinheit ein Linsensystem umfasst, das von der Matrixstruktur entkoppelt ist.It is preferred that the image sensor matrix unit comprises a lens system that is decoupled from the matrix structure.
Ein entkoppeltes Linsensystem hat den Vorteil, dass Umgebungssektoren auf unterschiedliche Weise erfasst werden können. Zum Beispiel kann ein Umgebungssektor mit einer Zoom-Funktion des Linsensystems erfasst werden und ein weiterer Umgebungssektor mit einer Weitwinkelfunktion des Linsensystems.A decoupled lens system has the advantage that environmental sectors can be captured in different ways. For example, one environmental sector can be captured using a zoom function of the lens system and another environmental sector using a wide-angle function of the lens system.
Es ist bevorzugt, dass die Bildsensormatrixeinheit ein Linsensystem umfasst, das mit der Matrixstruktur koppelbar und/oder von der Matrixstruktur entkoppelbar ist.It is preferred that the image sensor matrix unit comprises a lens system that can be coupled to the matrix structure and/or decoupled from the matrix structure.
Das Linsensystem kann vorteilhafterweise entkoppelbar und selbst drehbar in eine Drehrichtung und/oder die entsprechend entgegengesetzte Drehrichtung sein. So können die Bildsensoren unterschiedlichen Bildsensortyps entsprechend mit unterschiedlichen Linseneinstellungen kombiniert werden.The lens system can advantageously be decoupled and can itself be rotated in one direction and/or the corresponding opposite direction. In this way, the image sensors of different image sensor types can be combined with different lens settings.
Ein gekoppeltes Linsensystem hat dagegen den Vorteil, dass für jeden vorhandenen Bildsensortyp ein Gesamtbild mit derselben Linseneinstellung erstellt werden kann.A coupled lens system, on the other hand, has the advantage that an overall image can be created for each existing image sensor type using the same lens setting.
Vorteilhafterweise kann zwischen Kopplung und Entkopplung geschaltet werden, sodass durch eine erste gekoppelte Umdrehung beispielsweise für jeden vorhandenen Bildsensortyp ein Gesamtbild erstellt werden kann und durch eine zweite entkoppelte Umdrehung ein Umgebungssektor beispielsweise mit einer Zoom-Funktion des Linsensystems erfasst werden kann.Advantageously, it is possible to switch between coupling and decoupling, so that a first coupled rotation can create an overall image for each existing image sensor type, for example, and a second decoupled rotation can capture an environmental sector, for example with a zoom function of the lens system.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Bildsensoreinrichtung, umfassend eine Bildsensormatrixeinheit und eine Drehvorrichtung zum Drehen der Matrixstruktur auf der Drehachse.According to a further aspect, the invention provides an image sensor device comprising an image sensor matrix unit and a rotating device for rotating the matrix structure on the axis of rotation.
Die Drehvorrichtung kann die Matrixstruktur vorteilhafterweise in beide Drehrichtungen drehen. So kann die Matrixstruktur gezielt auf einen relevanten Umgebungsbereich zum Aufnehmen gelenkt werden und in diesem mehrmals verschwenkt werden.The rotating device can advantageously rotate the matrix structure in both directions. This means that the matrix structure can be directed specifically to a relevant surrounding area for recording and can be pivoted several times within this area.
Bei entkoppeltem oder entkoppelbarem Linsensystem kann die Bildsensoreinrichtung eine weitere Drehvorrichtung zum separaten Drehen des Linsensystems umfassen (vorteilhafterweise ebenfalls in beide Drehrichtungen).In the case of a decoupled or decoupleable lens system, the image sensor device can comprise a further rotating device for separately rotating the lens system (advantageously also in both directions of rotation).
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Erstellen eines Gesamtbildes einer Umgebung unter Verwendung einer Bildsensoreinrichtung nach Anspruch 9, das Verfahren umfassend:
- a) Drehen der Matrixstruktur mittels der Drehvorrichtung;
- b) Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern an unterschiedlichen Drehpositionen der Matrixstruktur mittels der Bildsensormatrixeinheit; und
- c) Zusammenfügen der Mehrzahl von Bildern zu wenigstens einem Gesamtbild.
- a) rotating the matrix structure by means of the rotating device;
- b) taking a plurality of images at different rotational positions of the matrix structure by means of the image sensor matrix unit; and
- c) combining the plurality of images into at least one overall image.
Durch Zusammenfügen einer Mehrzahl von Bildern kann viel mehr Informationen in einem Gesamtbild dargestellt werden. Zum Beispiel kann ein hochauflösendes Gesamtbild erstellt werden. Auch können mehrere Gesamtbilder zur gleichen Zeit erstellt werden.By combining multiple images, much more information can be displayed in one overall image. For example, a high-resolution overall image can be created. Also, multiple overall images can be created at the same time.
Es ist bevorzugt, dass die Matrixstruktur mehrmals und/oder mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit gedreht wird, wobei das Drehen an eine Belichtungszeit wenigstens eines der Mehrzahl der Bildsensoren angepasst ist.It is preferred that the matrix structure is rotated several times and/or at a constant rotation speed, wherein the rotation is adapted to an exposure time of at least one of the plurality of image sensors.
Es ist bevorzugt, dass das Verfahren das Aufnehmen von Bildern wenigstens eines Umgebungssektors senkrecht zu der Drehachse an unterschiedlichen Drehpositionen umfasst.It is preferred that the method comprises taking images of at least one environmental sector perpendicular to the axis of rotation at different rotational positions.
Es ist bevorzugt, dass das Verfahren das gleichzeitige Aufnehmen eines Bildes einer Mehrzahl von Sensorsektoren senkrecht zu der Drehachse an einer Drehposition umfasst.It is preferred that the method comprises simultaneously capturing an image of a plurality of sensor sectors perpendicular to the axis of rotation at a rotation position.
Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.For use cases or application situations that may arise during the method and which are not explicitly described here, it may be provided that, in accordance with the method, an error message and/or a request to enter user feedback is issued and/or a default setting and/or a predetermined initial state is set.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bildsensormatrixeinheit oder der erfindungsgemäßen Bildsensoreinrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as have already been described in connection with the further developments of the image sensor matrix unit according to the invention or the image sensor device according to the invention. For this reason, the corresponding further developments of the method according to the invention are not described again here.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Bildsensorvorrichtung zum Erstellen eines Gesamtbildes, umfassend eine Bildsensoreinrichtung nach einer der vorhergehenden Ausgestaltungen und Mittel, die so angepasst sind, dass sie die Schritte des Verfahrens nach einer der vorhergehenden Ausgestaltungen ausführen.According to a further aspect, the invention provides an image sensor device for creating an overall image, comprising an image sensor device according to one of the preceding embodiments and means adapted to carry out the steps of the method according to one of the preceding embodiments.
Zu der Erfindung gehört auch die Bildsensorvorrichtung. Die Bildsensorvorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Prozessorschaltung der Prozessoreinrichtung kann z.B. zumindest eine Schaltungsplatine und/oder zumindest ein SoC (System on Chip) aufweisen.The image sensor device also belongs to the invention. The image sensor device can have a data processing device or a processor device that is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code that is set up to carry out the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device. The processor circuit of the processor device can, for example, have at least one circuit board and/or at least one SoC (System on Chip).
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Bildsensoreinrichtung oder einer Bildsensorvorrichtung.According to a further aspect, the invention provides a motor vehicle with an image sensor device or an image sensor apparatus.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Bildsensorvorrichtung die Schritte des Verfahrens ausführt.According to a further aspect, the invention provides a computer program comprising instructions that cause the image sensor device to carry out the steps of the method.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.According to a further aspect, the invention provides a computer-readable storage medium on which the computer program is stored.
Als eine weitere Lösung umfasst die Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Programmcode, der bewirkt, dass die Bildsensorvorrichtung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt. Das Speichermedium kann z.B. zumindest teilweise als ein nichtflüchtiger Datenspeicher (z.B. als eine Flash-Speicher und/oder als SSD - solid state drive) und/oder zumindest teilweise als ein flüchtiger Datenspeicher (z.B. als ein RAM - random access memory) bereitgestellt sein. Das Speichermedium kann in der Prozessorschaltung in deren Datenspeicher angeordnet sein. Das Speichermedium kann aber auch beispielsweise als sogenannter Appstore-Server im Internet betrieben sein. Durch den Bildsensorvorrichtung kann eine Prozessorschaltung mit zumindest einem Mikroprozessor bereitgestellt sein. Der Programmcode können als Binärcode oder Assembler und/oder als Quellcode einer Programmiersprache (z.B. C) und/oder als Programmskript (z.B. Python) bereitgestellt sein.As a further solution, the invention also includes a computer-readable storage medium comprising program code that causes the image sensor device to carry out an embodiment of the method according to the invention. The storage medium can, for example, be provided at least partially as a non-volatile data memory (e.g. as a flash memory and/or as an SSD - solid state drive) and/or at least partially as a volatile data memory (e.g. as a RAM - random access memory). The storage medium can be arranged in the processor circuit in its data memory. However, the storage medium can also be operated, for example, as a so-called app store server on the Internet. A processor circuit with at least one microprocessor can be provided by the image sensor device. The program code can be provided as binary code or assembler and/or as source code of a programming language (e.g. C) and/or as a program script (e.g. Python).
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes combinations of the features of the described embodiments. The invention therefore also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, provided that the embodiments have not been described as mutually exclusive.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
-
1 eine Ausführungsform einer Bildsensorvorrichtung; -
2 eine Ausführungsform einer Bildsensormatrixeinheit; -
3 Ausführungsform eines Verfahrens zum Erstellen eines Gesamtbilds einer Umgebung unter Verwendung einer Bildsensoreinrichtung; und -
4 eine weitere Ausführungsform der Bildsensormatrixeinheit.
-
1 an embodiment of an image sensor device; -
2 an embodiment of an image sensor matrix unit; -
3 Embodiment of a method for creating an overall image of an environment using an image sensor device; and -
4 another embodiment of the image sensor matrix unit.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the components of the embodiments described each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and which also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure should also include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by other features of the invention already described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols designate functionally identical elements.
Die Bildsensorvorrichtung 10 umfasst eine Bildsensoreinrichtung 12 und eine Datenverarbeitungseinrichtung 14. Die Bildsensoreinrichtung 12 weist eine Bildsensormatrixeinheit 16 zum Aufnehmen eines Bildes auf.The
Die Bildsensormatrixeinheit 16 weist eine Matrixstruktur 18 mit einer Mehrzahl von Bildsensoren 20 zum Erfassen von Licht 38 auf.The image
Bei der in
Die Matrixstruktur 18 ist drehbar auf einer Drehachse 22 gelagert. Vorliegend verläuft die Drehachse 22 entlang einer Hauptträgheitsachse 24 und einer Symmetrieachse 26, insbesondere einer Rotationssymmetrieachse, der Matrixstruktur 18.The
Die Bildsensoren 20 sind auf der Matrixstruktur 18 in mehreren Vertikalreihen 28 in Richtung der Drehachse 22 und in mehreren Horizontalreihen 30 in eine Drehrichtung 32 angeordnet. Die Horizontalreihen 30 können die Matrixstruktur 18 in die Drehrichtung 32 vollständig umlaufen.The image sensors 20 are arranged on the
Die Bildsensoren 20 sind bei der vorliegenden Erfindung jeweils als Bildpixelsensoren 34 zum Aufnehmen eines Pixels des Bildes ausgebildet. Die Erfindung umfasst aber auch Ausführungsformen, bei denen die Bildsensoren 20 zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Pixeln des Bildes ausgebildet sind.In the present invention, the image sensors 20 are each designed as image pixel sensors 34 for recording one pixel of the image. However, the invention also includes embodiments in which the image sensors 20 are designed to record a plurality of pixels of the image.
Die Bildsensoren 20 weisen einen Bildsensortyp auf. Der Bildsensortyp ist ausgewählt aus einer Typgruppe, die einen Monochrombildsensor, einen Farbbildsensor, einen Infrarot-Bildsensor zum Erfassen von Infrarotlicht, einen UV-Bildsensor zum Erfassen von UV-Licht, einen Röntgen-Bildsensor zum Erfassen von Röntgenstrahlen und einen Bildsensor 20 zum Erfassen von Licht 38 mit einer vordefinierten Wellenlänge oder mit einer Wellenlänge in einem vordefinierten Wellenlängenbereich, umfasst.The image sensors 20 have an image sensor type. The image sensor type is selected from a type group that includes a monochrome image sensor, a color image sensor, an infrared image sensor for detecting infrared light, a UV image sensor for detecting UV light, an X-ray image sensor for detecting X-rays and an image sensor 20 for detecting light 38 with a predefined wavelength or with a wavelength in a predefined wavelength range.
Die Bildsensoren 20 einer der Vertikalreihen 28 und/oder einer der Horizontalreihen 30 können den gleichen Bildsensortyp aufweisen. Die Bildsensoren 20 von wenigstens zwei Vertikalreihen 28 und/oder von wenigstens zwei Horizontalreihen 30 können einen unterschiedlichen Bildsensortyp aufweisen.The image sensors 20 of one of the
Die Matrixstruktur 18 weist außerdem ein Linsensystem 36 auf, das einfallendes Licht 38 auf die Bildsensoren 20 fokussiert.The
Die Bildsensormatrixeinheit 16 kann an einer Drehposition der Matrixstruktur 18 einen Sensorsektor 42 senkrecht zu der Drehachse 22 der Bildsensormatrixeinheit 16 aufnehmen. Ein Sensorsektor 42 kann einen Winkel von 0° bis 360° senkrecht zu der Drehachse 22 einschließen. Alternativ kann die Bildsensormatrixeinheit 16 an einer Drehposition der Matrixstruktur 18 gleichzeitig ein Bild einer Mehrzahl von Sensorsektoren 42 senkrecht zu der Drehachse 22 aufnehmen.The image
Es wird wieder Bezug auf
Die Bildsensoreinrichtung 12 weist ferner eine Drehvorrichtung 40 zum Drehen der Matrixstruktur 18 auf der Drehachse 22 auf.The
Mit der beschriebenen Bildsensorvorrichtung 10 kann ein Gesamtbild einer Umgebung der Bildsensormatrixeinheit 16 erstellt werden.
In einem Schritt S11 umfasst das Verfahren:
- -
Drehen der Matrixstruktur 18 mittels derDrehvorrichtung 40.
- - Rotating the
matrix structure 18 by means of therotating device 40.
Die Matrixstruktur 18 kann mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit gedreht werden. Vorzugsweise ist daher bei Schritt S11 die Drehgeschwindigkeit der Matrixstruktur 18 an eine Belichtungszeit TB der Bildsensoren 20 angepasst. Vorteilhafterweise kann die Matrixstruktur 18 zunächst in eine Drehrichtung 32 und anschließend in eine entgegengesetzte Drehrichtung 32 gedreht werden.The
In einem Schritt S12 umfasst das Verfahren:
- - Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern an unterschiedlichen Drehpositionen der
Matrixstruktur 18.
- - Taking a plurality of images at different rotational positions of the
matrix structure 18.
In einem Schritt S13 kann die Datenverarbeitungseinrichtung 14 die Mehrzahl von Bildern zu dem Gesamtbild zusammenfügen.In a step S13, the
Es wird nunmehr auf
- Bei der Drehung der Matrixstruktur 18 kann die Bildsensormatrixeinheit 16 an einer ersten Drehposition ein Bild wenigstens eines ersten Umgebungssektors 44 aufnehmen und an einer zweiten Drehposition ein Bild wenigstens eines zweiten Umgebungssektors 46 aufnehmen.
44, 46 kann einen Winkel von 0° bis 360° senkrecht zu der Drehachse 22 einschließen. Der zweite Umgebungssektor 46 kann sich mit dem ersten Umgebungssektor 44 überschneiden oder diesem entsprechen. Durch Aufnahme einer Mehrzahl von Bildern an unterschiedlichen Drehpositionen der Matrixstruktur 18 kann das Gesamtbild der Umgebung erstellt werden.Ein Umgebungssektor
- When the
matrix structure 18 is rotated, the imagesensor matrix unit 16 can record an image of at least a firstenvironmental sector 44 at a first rotational position and record an image of at least a secondenvironmental sector 46 at a second rotational position. An 44, 46 can enclose an angle of 0° to 360° perpendicular to the axis ofenvironmental sector rotation 22. The secondenvironmental sector 46 can overlap with the firstenvironmental sector 44 or correspond to it. By recording a plurality of images at different rotational positions The overall picture of the environment can be created using thematrix structure 18.
Die Matrixstruktur 18 wird mehrmals oder mit der konstanten Drehgeschwindigkeit in die Drehrichtung 32 gedreht, vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Umläufen. Wie vorhergehend bereits erwähnt, wird in vorteilhafter Weise das Drehen an die Belichtungszeit TB der Bildsensoren 20 angepasst.The
Wie
Das Linsensystem 36 kann alternativ auch mit der Matrixstruktur 18 verbunden sein und sich mit dieser drehen. Vorteilhafterweise kann in diesem Fall das Linsensystem 36 an den bzw. die Bildsensortypen der Bildsensoren 20 in unterschiedlichen Bereichen der Matrixstruktur 18 entsprechend angepasst sein. In diesem Fall kann durch Zusammenfügen der Mehrzahl von Bildern an unterschiedlichen Drehpositionen der Matrixstruktur 18 beispielsweise für jeden vorhandenen Bildsensortyp ein Gesamtbild mit derselben Linseneinstellung erstellt werden.The
Die Erfindung schafft auch ein Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) mit der Bildsensoreinrichtung 12 oder der Bildsensorvorrichtung 10. Die Erfindung schafft ferner ein Computerprogramm (nicht gezeigt), umfassend Befehle, die bewirken, dass die Bildsensorvorrichtung 10 die Schritte des beschriebenen Verfahrens ausführt. Die Erfindung schafft ferner ein computerlesbares Speichermedium (nicht gezeigt), auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.The invention also provides a motor vehicle (not shown) with the
Ein Lösungsprinzip bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung kann somit folgendermaßen zusammengefasst werden:
- Die auf einer Kugel liegenden Bild-Pixel-Sensoren sind versetzt zueinander angebracht. Somit können unendlich viele Pixel zu einem Bild eingelesen werden.
- Die einzelnen Sektoren (der Kugel) können mit unterschiedlichen Sensoren, z.B. für verschiedene Lichtwellenlängen, ausgelegt werden. Somit können in einem Bild sehr viele Informationen zugleich abgelegt werden.
- The image pixel sensors, which are located on a sphere, are offset from one another. This means that an infinite number of pixels can be read into an image.
- The individual sectors (of the sphere) can be designed with different sensors, e.g. for different wavelengths of light. This means that a large amount of information can be stored in one image at the same time.
Ein Chip kann mehrere Richtungen gleichzeitig erfassen. Des Weiteren können unterschiedliche Sektoren auf der Kugel mit Bildsensoren unterschiedlicher Funktionen belegt sein.A chip can detect several directions simultaneously. Furthermore, different sectors on the sphere can be occupied by image sensors with different functions.
Eine Idee bevorzugter Ausgestaltungen ist es somit, den flächigen (zweidimensionalen) Chip durch eine rotierende Kugel zu ersetzen. Diese kann dann unterschiedliche versetzte Sensoren enthalten. Beim Umlauf der Kugel werden somit immer wieder neue, andere Positionen einfallenden Lichts aufgenommen.One idea for preferred designs is to replace the flat (two-dimensional) chip with a rotating sphere. This can then contain different offset sensors. As the sphere rotates, new, different positions of incident light are constantly recorded.
Somit geht die Anzahl der aufgenommenen Pixel ins Unendliche. Zudem können gleichzeitig verschiedene Lichtwellen mit in den Bilddaten aufgenommen werden. Mehrere Linsenmechaniken können gleichzeitig einfallendes Licht aus mehreren verschiedenen Richtungen gleichzeitig einfangen und aufnehmen (beispielsweise an Vorder- und Rückseite).This means that the number of pixels recorded is infinite. In addition, different light waves can be recorded in the image data at the same time. Multiple lens mechanisms can capture and record incident light from several different directions at the same time (for example, from the front and back).
Je mehr Bildsensor versetzt auf der Kugel angeordnet sind, desto mehr Informationen können eingesammelt werden. Durch den Aufbau können Sensoren eingespart werden, da sie rotierend aufgebracht sind.The more image sensors are arranged offset on the sphere, the more information can be collected. The design means that sensors can be saved because they are mounted in a rotating manner.
Es ist möglich, auch andere Geometrien als eine Kugel zu nutzen. Denkbar wäre ein Würfel, eine Walze, ein Fass, etc.It is also possible to use geometries other than a sphere. A cube, a cylinder, a barrel, etc. would be conceivable.
In einem Kraftfahrzeug besteht somit die Möglichkeit auf der einen Seite mit einem Zoom in die Umgebung zu schauen, auf einer anderen Seite mit einem Weitwinkel in das Fahrzeug und evtl. mit einem Makro auf ein Dashboard des Fahrzeugs, um beispielsweise QR-Codes oder Ausweise zu lesen oder Dokumente zu scannen.In a motor vehicle, it is therefore possible to look at the surroundings with a zoom on one side, into the vehicle with a wide angle on the other side and possibly with a macro on the dashboard of the vehicle, for example to read QR codes or ID cards or to scan documents.
Zusammenfassend können somit bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung die Bildsensoren versetzt auf einer rotierenden Oberfläche angebracht sein. Es können gleichzeitig verschiedene Sensoren für unterschiedliche Wellenlängen durch das gleiche Linsensystem schauen. Es können verschiedene Linsen, die in unterschiedliche Richtungen schauen gleichzeitig den gleichen Sensor benutzen. Dadurch können Kameras eingespart werden.In summary, in preferred embodiments of the invention, the image sensors can be mounted offset on a rotating surface. Different sensors for different wavelengths can look through the same lens system at the same time. Different lenses that look in different directions can use the same sensor at the same time. This means that cameras can be saved.
Die Erfindung kann in Kraftfahrzeugen aller Art integriert sein. Die Erfindung kann auch in Haushalten und anderen Überwachungsmedien verbaut werden, z.B. überall dort, wo hochauflösende Bilder benötigt werden, etc.The invention can be integrated into all types of motor vehicles. The invention can also be installed in households and other surveillance media e.g. wherever high-resolution images are required, etc.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein smarter, hochauflösender Kamerasensor bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how a smart, high-resolution camera sensor can be provided.
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 1010
- BildsensorvorrichtungImage sensor device
- 1212
- BildsensoreinrichtungImage sensor device
- 1414
- DatenverarbeitungseinrichtungData processing facility
- 1616
- BildsensormatrixeinheitImage sensor matrix unit
- 1818
- MatrixstrukturMatrix structure
- 2020
- BildsensorImage sensor
- 2222
- DrehachseRotation axis
- 2424
- HauptträgheitsachsePrincipal axis of inertia
- 2626
- SymmetrieachseAxis of symmetry
- 2828
- VertikalreiheVertical row
- 3030
- HorizontalreiheHorizontal row
- 3232
- DrehrichtungDirection of rotation
- 3434
- BildpixelsensorImage pixel sensor
- 3636
- LinsensystemLens system
- 3838
- LichtLight
- 4040
- DrehvorrichtungRotating device
- 4242
- SensorsektorSensor sector
- 4444
- erster Umgebungssektorfirst surrounding sector
- 4646
- zweiter Umgebungssektorsecond environmental sector
- 4848
- dritter Umgebungssektor third environmental sector
- TBTB
- BelichtungszeitExposure time
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- CN 105611128 A [0003]CN105611128A [0003]
- US 20040008992 A1 [0003]US 20040008992 A1 [0003]
- WO 2010094929 A1 [0003]WO 2010094929 A1 [0003]
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-
2023
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