DE10360754A1

DE10360754A1 - System zur Bilderfassung und -darstellung

Info

Publication number: DE10360754A1
Application number: DE10360754A
Authority: DE
Inventors: Christian Böhlau; Martin Mühlenberg
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-07-28

Abstract

Bei den bekannten Systemen zur Bilderfassung sind entweder zwei Kameras mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben (Brennweiten) oder ein sehr hochauflösender Sensorchip erforderlich, um unterschiedliche Bildbereiche mit den Anforderungen genügenden Auflösungen erzeugen zu können. Dies ist entsprechend kostenintensiv. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kamera zu schaffen, deren einziges Objektiv eine Auswertung für mehrere Nutzungen wie Night Vision und Lane Departure Warning erlaubt. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, dass das Objektiv einen festgelegten, progressiv veränderten Abbildungsmaßstab aufweist, wobei der größte Abbildungsmaßstab im Bereich von der eines Normal- bis der eines Teleobjektivs liegt. DOLLAR A Aufnahme von Bildern z. B. in Kraftfahrzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Bilddarstellung für ein Kraftfahrzeug zur Erfassung der Umgebung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Systeme werden eingesetzt, um z.B. die Sicht eines Fahrzeuglenkers bei Nacht zu unterstützen (Night-Vision mit Telefunktion) und/oder um ihn vor dem Verlassen einer Spur/Fahrbahn zu warnen (LDW = Lane Departure Warning mit Normalsicht-funktion).

Aus der EP 1 015 287 B1 ist eine optoelektronische Überwachungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der mehrere Abbildungssysteme einen gemeinsamen fotoelektrischen Sensorarray beaufschlagen. Dieser besteht aus einer Vielzahl von frei adressierbaren und auslesbaren Wandlerelementen (Pixeln), die ein der einfallenden Lichtstärke entsprechendes Signal generieren. Jedem Abbildungssystem ist hierbei eine Wandlerelementengruppe zugeordnet. Die Signale werden in eine Auswerteeinheit zum Ansteuern von Aktoren geleitet. Die Abbildungssysteme sind zu einer gegenständlichen Einheit zusammengefasst. Diese Überwachungseinrichtung ist wegen der vielen Abbildungssysteme für die Erfassung und bildliche Darstellung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs nicht geeignet.

Die DE 199 45 588 A1 beschreibt eine Sensoranordnung für ein Kraftfahrzeug zur Umgebungserfassung, bei der zwei Kamerasysteme vorgesehen sind, die in jeweils unterschiedlichen Spektralbereichen arbeiten. Hierdurch soll eine Blendung einer CCD-Kamera durch Fremdlicht, die eine sinnvolle Auswertung der Signale unmöglich macht, ausgeglichen werden. Nachteil dieser Sensoranordnung ist, dass zwei Kamerasysteme erforderlich sind, die mit entsprechend hohen Kosten verbunden sind.

Es ist allgemein bekannt, eine Kamera mit einem Objektiv dem größeren des erforderlichen Abbildungsmaßstabs auszustatten und für die Erfassung eines großen Winkelbereichs einen entsprechend großen Sensorchip mit einer sehr hohen Auflösung anzuordnen. Ein solcher Sensorchip ist sehr teuer. Das Objektiv muss außerdem einen größeren Bildwinkel aufweisen, was zusätzlich erhöhte Kosten verursacht.

Aus dem Bereich der Fotografie sind Weitwinkelobjektive bekannt, die eine tonnenförmige Verzeichnung aufweisen. Diese Objektive weisen einen extrem großen Feldwin kel auf und sind als sogenannte Fischaugen bekannt. Sie sind nicht geeignet, einen Bildbereich vergrößert und unverzeichnet nach Art eines Teleobjektivs darzustellen. Weiterhin sind sogenannte Zoomobjektive bekannt, die einen veränderbaren Abbildungsmaßstab aufweisen. Diese Objektive sind teuer und können nicht gleichzeitig einen detaillierten Bereich und einen weiten Bereich abbilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, verschiedene bildverarbeitende und bilddarstellende Anwendungen in einem Kraftfahrzeug mit einer einzigen Kamera bei relativ geringen Kosten zu ermöglichen.

Die Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Da das Objektiv einen festgelegten, progressiv veränderten Abbildungsmaßstab aufweist, wobei der größte Abbildungsmaßstab im Bereich von dem eines Normal-(Feldwinkel 40° ≤ 2w ≤ 60°) bis zu dem eines Teleobjektivs (2w ≤ 25°) liegt, können mit einer Kamera gleichzeitig verschiedene Feldwinkelbereiche erfasst werden. Hierbei besitzt das Objektiv z.B. ausgehend von einem teleartigen Abbildungsmaßstab in der Mitte den sich zum Rand hin veränderten Abbildungsmaßstab bis z.B. in einen Normalbereich. Es ergibt sich ein fließender Übergang zwischen den Abbildungsmaßstäben. Der Abbildungsmaßstab ist als das Verhältnis einer Strecke in der Realität zu der Strecke in der Abbildung definiert. Der Feldwinkel ist der um eine optische Achse des Objektivs erfassbare, auf dem Sensorchip abbildbare Objektbereich, ausgehend vom Schnittpunkt dieser Achse mit einem Mittelpunktstrahl. Die verschiedenen Feldwinkelbereiche sind z.B. entsprechend einer Telefunktion für Nachtsichtunterstützung (Night-Vision) und einer Normalwinkelfunktion für eine Warnung vor einem Verlassen der Spur (LDW) oder entsprechend einer Normalwinkelfunktion für LDW und einer Weitwinkelfunktion für eine Abstandskontrolle. Hierbei ist nur eine einzige Kamera mit einem einzigen Objektiv und einem preiswerten Sensorchip erforderlich, was die Herstellungs- und Montagekosten entsprechend reduziert.

Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.

Eine negative (tonnenförmige) Verzeichnung der erfassten Bilder mit dem größten Abbildungsmaßstab in der Bildmitte nach Anspruch 2 erlaubt eine weitestgehend detaillierte, hochaufgelöste Abbildung in einem Bereich der Bildmitte. Hier ist ein hochaufgelöster, lichtstarker Bereich vorhanden, der besonders gut für eine Weitsicht von mehr als 100 m – also für eine Abbildung von in der Ferne liegenden Objekten auch bei Dunkelheit – genutzt werden kann. Gleichzeitig ist zum Bildrand hin eine Erfassung eines großen Winkelbereichs möglich, der für Aufgaben wie z.B. LDW genutzt werden kann, die weniger Auflösung und Lichtstärke erfordern.

Die Verzeichnung in einem Randbereich der Bilder von – 30% bis – 50% nach Anspruch 3 hat sich als optimal für die Anwendungsbereiche in einem Kraftfahrzeug erwiesen.

Ein von oben nach unten kontinuierlich veränderter Abbildungsmaßstab nach Anspruch 4 erlaubt eine einfache Trennung des Bildes für unterschiedliche Funktionen. Hierfür kann der Sensorchip derart angeordnet sein, dass er außerhalb seiner Mitte von der optischen Achse des Objektivs geschnitten wird. Auf diese Weise wird dem von der optischen Achse weiter entfernten Bereich des Sensorchips eine größere Verzeichnung zugewiesen.

Ein Feldwinkel 2w von maximal 25° ist besonders für die Kombination Night-Vision und LDW geeignet.

Ein Feldwinkel 2w von 40° bis 60° ist besonders für die Kombination LDW und Abstandskontrolle geeignet.

Mittel zur Korrektur der Verzeichnung nach Anspruch 7 erzeugen für den jeweiligen Verwendungszweck optimale Bilder und sind mit geringem Aufwand in ein Bearbeitungssystem integrierbar, das in Fahrzeugen mit Bilderfassungssystemen vorhandenen ist.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1 einen vergrößerten schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kamera und
2 ein Beispiel eines Rasters und seiner tonnenförmig verzeichneten Abbildung.
Wie aus 1 ersichtlich, umfasst eine Kamera 1 ein Objektiv 2, einen Sensorchip 3 und eine Abdeckscheibe 4 für den Sensorchip 3. Die Kamera 1 ist von einem nicht dargestellten Gehäuse umgeben. Das Objektiv 2 ist derart relativ zum Sensorchip 3 angeordnet, dass eine optische Achse 7 des Objektivs 2 und ein Mittelpunkt des Sensorchips 3 auf einer gemeinsamen Achse liegen. Hierbei ist die Fläche mit den Wandlerelementen des Sensorchips 3 in einer Bildebene des Objektivs 2.
Der Sensorchip 3 ist handelsüblich mit einer VGA-Auflösung von 640 × 480 Pixel oder mit einer etwas höheren Auflösung, z.B. von 850 × 480 Pixel oder einer SVGA-Auflösung von 800 × 600 Pixel.
Die Kamera 1 ist elektrisch über Mittel zum Auswerten der erfassten Bilder an Mittel zum Darstellen der ausgewerteten Bilder angeschlossen (nicht dargestellt). Die Mittel zum Auswerten umfassen im wesentlichen eine geeignete Rechnereinheit. Für die Darstellung ist z.B. bei Night-Vision ein Bildschirm und bei LDW ein akustischer und/oder optischer und/oder haptischer Signalgeber angeordnet.
Das Objektiv 2 umfasst ein Linsensystem aus einer Vielzahl von Linsen 5.1 bis 5.3 und eine Blende 6. Das Linsensystem ist so aufgebaut, dass der Abbildungsmaßstab in der optischen Achse 7 in Relation zur Bildgröße (also der Abbildungsmaßstab) groß und somit für die deutliche Erfassung weit entfernter Objekte geeignet ist und dass in einem Bereich um die optische Achse 7 (der Feldwinkel beträgt hier 2w₁ ≈ 16°) ein weitgehend verzeichnungsfreies Bild mit hoher Auflösung erzeugt wird. Hierbei ist diesem Feldwinkelbereich 2w₁ ein größerer Abbildungsbereich 8 auf dem Sensorchip 3 zugeordnet als ihm relativ zur Größe des gesamten abgebildeten Feldwinkelbereichs entspricht. Zum Rand hin dagegen nimmt der Abbildungsmaßstab kontinuierlich (also progressiv) ab. Damit ist die negative, tonnenförmige Verzeichnung wesentlich größer als in dem mittleren Bildbereich, so dass näher liegende, aber von der optischen Achse weiter entfernte Objekte in einem weiten Winkelbereich erfasst werden können (der Feldwinkel beträgt hier 2w₂ ≈ 46°). Die Verzeichnung beträgt am Bildrand ca. – 33% und kann mit geringem Aufwand durch die Rechnereinheit korrigiert werden.
Im Betrieb werden Objekte durch das Objektiv 2 auf den Sensorchip 3 projiziert und in elektrische Signale umgewandelt. Hierbei wird vorzugsweise infrarote Strahlung genutzt. Diese Signale werden in die Rechnereinheit geleitet. Hier werden die Signale, die einem Bereich um die Bildmitte entsprechen und nicht oder nur wenig verzeichnet sind, für z.B. die Night-Vision-Anwendung aufbereitet und als Bild auf dem Bildschirm zur Anzeige gebracht. Hierdurch erhält ein Fahrzeugführer eine Unterstützung bei der Wahrnehmung von durch das normale Abblendlicht nicht ausgeleuchteten Objekten.
Die Signale aus dem gesamten Bildbereich werden gegebenenfalls rechnerisch entzerrt und für die LDW-Anwendung ausgewertet. Bei Verlassen einer Fahrspur wird ein akustisches und/oder optisches Warnsignal abgegeben.
Bei einer anderen Anwendung beträgt der Feldwinkel in der Nähe der optischen Achse 2w₁ ≈ 46° und am Rand 2w₂ ≈ 60°. Der mittlere Bildbereich wird hier für die LDW-Anwendung ausgewertet, während der gesamte Bildbereich für z.B. eine Abstandskontrolle genutzt wird. Der Abstand des Fahrzeugs zu Objekten wie zu einem vorausfahrenden Fahrzeug wird optisch/akustisch signalisiert und/oder für z.B. ein automatisches Abbremsen und Anfahren bei Staufahrten ausgewertet.

Claims

System zur Bilderfassung und -darstellung in einem Kraftfahrzeug umfassend eine Kamera (1) mit einem Objektiv (2) und einem Sensorchip (3), Mittel zum Auswerten der erfassten Bilder und Mittel zum Darstellen der ausgewerteten Bilder, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (2) einen festgelegten, progressiv veränderten Abbildungsmaßstab aufweist, wobei der größte Abbildungsmaßstab im Bereich von der eines Normal- bis der eines Teleobjektivs liegt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine negative (tonnenförmige) Verzeichnung der erfassten Bilder bewirkt und der größte Abbildungsmaßstab in der Bildmitte ist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzeichnung in einem Randbereich der Bilder – 30% bis – 50% beträgt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv einen von oben nach unten progressiv veränderten Abbildungsmaßstab aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Abbildungsmaßstab einem Feldwinkel 2w von maximal 25° entspricht.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Abbildungsmaßstab einem Feldwinkel 2w von 40° bis 60° entspricht.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Auswerten der erfassten Bilder Mittel zur Korrektur der Verzeichnung umfassen.