DE60020919T2 - Stereoskopisches Kamerasystem in einem Fahrzeug - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stereokameravorrichtung, die Fotografien von einem Objekt von verschiedenen Stand- oder Blickpunkten aufnimmt, um eine dreidimensionale bzw. räumliche Distanzverteilung des Objektes zu berechnen.
- 2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
- Die Bildverarbeitung mittels eines sogenannten Stereoverfahrens ist allgemein als dreidimensionale Meßtechnik auf einer Bildbasis bekannt. Bei diesem Stereoverfahren wird ein Objekt von verschiedenen Positionen mit einer Stereokameravorrichtung fotografiert, die aus einem Kamerapaar oder einer Hauptkamera und einer Zusatzkamera gebildet ist. Dann wird eine Distanz zwischen der Stereokameravorrichtung und dem Objekt aus einer Parallaxe dieses Objekts unter Verwendung von Kameraparametern auf der Basis des Prinzips der Triangulation bestimmt. Kameraparameter sind z.B. die Montageposition, die Brennweite der Stereokameravorrichtung und dergleichen.
- Genauer gesagt, es wird bei einer solchen Bildverarbeitung unter Verwendung des Stereoverfahrens ein kleiner Bereich in einem von der Hauptkamera fotografierten Referenzbild mit einem Flächenbereich innerhalb eines Suchbereichs überlagert, der in einem von der Zusatzkamera fotografierten Vergleichsbild gesetzt wird, während der kleine Bereich sukzessive Pixel für Pixel verlagert wird.
- Anschließend erhält man eine Position eines Flächenbereichs innerhalb des Suchbereichs, der dem kleinen Bereich des Referenzbildes entspricht, wobei der entsprechende Flächenbereich ein Bildsignal aufweist, das mit dem Bildsignal des kleinen Bereichs übereinstimmt.
- Information hinsichtlich der Distanz zu dem Objekt erhält man dann anhand einer positionsmäßigen Differenz (Parallaxe) des gleichen Objekts in dem Paar der Bilder oder dem Referenzbild und dem Vergleichsbild unter Verwendung des Prinzips der Triangulation.
- Die bei der vorstehend beschriebenen Bildverarbeitung verwendete Stereokameravorrichtung ist derart montiert, daß sie zu der Vorderseite eines Fahrzeugs oder in Achsenrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Ein in dem Vergleichsbild zu setzender Suchbereich wird in einem in
2A dargestellten streifenartigen Bereich gesetzt, der sich von einer dem kleinen Bereich in dem Referenzbild im wesentlichen entsprechenden Position in Richtung auf die Hauptkamera erstreckt. - Wie aus den
2B und2C erkennbar, ist es somit für einen kleinen Bereich, der sich in einer bestimmten Zone an der Außenseite (rechten Seite) des Fahrzeugs in dem Referenzbild befindet, nicht möglich, einen entsprechenden Suchbereich in dem Vergleichsbild zuzuordnen sowie Distanzinformation hierüber zu erhalten. - Aus diesem Grund wird ein Bereich, in dem eine dreidimensionale Distanzverteilung durch die vorstehend geschilderte Bildverarbeitung erzeugt wird, in Richtung auf die Seite der Zusatzkamera (linke Seite in
1 ) bezüglich der Mittelachse des Fahrzeugs geneigt, wie dies in2D gezeigt ist. Infolgedessen könnte es unmöglich werden, eine dreidimensionale Distanzverteilung zu erzielen, die eine ausreichend große Fläche für ein zu fotografierendes Objekt aufweist. - Um die Detektion eines einer unendlichen Distanz entsprechenden Punktes, an dem die Parallaxe Null beträgt, beim Durchsuchen des Vergleichsbildes nach einer entsprechenden Position eines kleinen Bereichs in dem Referenzbild zu ermöglichen, ist es andererseits erforderlich, einen Suchrand in einem passenden Suchbereich in dem Vergleichsbild zu setzen, wie dies in
4 gezeigt ist. Wenn das Referenzbild unter Verwendung bis zu den äußersten Enden des Kameravollbilds gebildet wird, ist es jedoch unmöglich, einen Suchrand vorzusehen. - Das Dokument US-A-4 978 983 offenbart eine Verbundkamera, bestehend aus einer herkömmlichen Hauptkamera für die fotochemische Bildreproduktion und einer zweiten elektronischen Kamera, wobei die elektronische Kamera für die Vorauswahl eines Bildes ohne Verschwendung von jeglichem fotochemischen Material verwendet wird.
- Zum Lösen des Problems hinsichtlich des Suchers, d.h. daß die beiden Abbildungsbereiche der beiden Kameras aufgrund einer gegenseitigen Verlagerung der Kameras nicht übereinstimmen, ist der Abbildungswinkel der zweiten Kamera viel größer als der der herkömmlichen Kamera. Mit Hilfe einer Recheneinrichtung wird das größere Bild der elektronischen Kamera auf den kleineren Flächenbereich des Bildes der herkömmlichen Kamera begrenzt.
- Aus diesem Grund ist ein größerer ungenutzter Abbildungsbereich der elektronischen Kamera erforderlich, und dieser muß bearbeitet und reduziert werden, bevor irgendwelche Vergleiche zwischen gleichzeitig aufgenommenen Bildern stattfinden.
- Aus der JP-A-09-097 342 ist ein Verfahren zum Auffinden von Distanzen zwischen einer Stromversorgungsleitung und einem Baum in gebirgigen Regionen bekannt, bei dem ein Paar Stereofotografien von einen Patrouillen-Helikopter aufgenommen werden. Zu diesem Zweck werden dreidimensionale Koordinaten von Merkmalspunkten anhand ihrer Parallaxe berechnet und mit einem Model der Stromversorgungsleitung in Form einer geraden Linie verglichen. Bei einer Ausführungsform sind die beiden Kameras des Stereosystems geneigt, offensichtlich zur Beobachtung eines Bereichs, der sich nicht vor dem Helikopter, sondern längs von diesem befindet.
- Bei diesem Verfahren des Standes der Technik ist es notwendig, daß beide Kameras unter dem gleichen Winkel geneigt sind, wobei keine Kompen sationseinrichtungen vorhanden sind, falls es zu irgendeiner Fehlanpassung zwischen den von den beiden Kameras aufgenommenen Bildern kommt. Daher gibt es keine Kompensation von jeglicher Verlagerung des der unendlichen Distanz entsprechenden Punkts.
- Die GB-A-2 313 971 offenbart ein optisches Stereosystem zum Aufspüren von Hindernissen in einem sich bewegenden Fahrzeug, wobei zwei Kameras, die voneinander beabstandet sind, an einem Drehtisch angebracht sind und unter dem gleichen Winkel geneigt werden können. Der Drehtisch ermöglicht das Aufnehmen von Bildern nicht nur in Frontrichtung des Fahrzeugs, sondern in gewissem Ausmaß auch zu den Seiten von diesem. Der Neigungswinkel läßt sich dynamisch ändern, wobei dies jedoch nicht für eine einzelne Kamera, sondern nur für beide von diesen gemeinsam möglich ist. Dieses System leistet somit keinerlei Beitrag zu einer Kompensation einer Verlagerung des der unendlichen Distanz entsprechenden Punkts.
- Die Veröffentlichung WO 94/10 504 offenbar ein automatisches, stereoskopisches Bildaufnahme- und Bildspeichersystem, wobei zwei identische digitale Standbild-Videokameras auf einer Halterungsschiene in voneinander beabstandeter Weise angebracht sind. Die Anordnung kann verschwenkt werden, so daß sie eine geneigte Position einnimmt, oder jede Kamera kann unabhängig verschwenkt werden. Auf diese Weise wird eine Serie von Mosaikbildern aufgenommen, die zusammengesetzt werden, um zusammengesetzte linke und rechte Bilder zu bilden.
- Das herkömmliche System wird für die fotogrammetrische Analyse verwendet und ist weder dafür gedacht, noch dazu geeignet, in ein Fahrzeug eingebaut zu werden. In der Praxis wäre das Zusammensetzen von Mosaikbildern viel zu langsam, um in einem Fahrzeug verwendet zu werden, in dem die Echtzeitanalyse zwingend erforderlich ist.
- In Anbetracht dieser Umstände besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe einer Stereokameravorrichtung, die in der Lage ist, Bilder aufzunehmen, die für die Verwendung in einer Fahrzeug-Bildverarbeitung bereit sind.
- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Es zeigen:
-
1 ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines stereoskopischen Bildverarbeitungssystems; -
2A bis2D jeweils erläuternde Darstellungen einer dreidimensionalen Distanzverteilung; -
3 eine Draufsicht auf eine Stereokameraeinheit; und -
4 eine Darstellung zur Erläuterung eines Suchbereichs in einem Vergleichsbild, der zum Detektieren eines einer unendlichen Distanz entsprechenden Punktes erforderlich ist. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
- Eine Verfahrensweise zum Ausführen der vorliegenden Erfindung oder ein Ausführungsbeispiel von dieser wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die
1 bis3 betreffen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei1 ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines stereoskopischen Bildverarbeitungssystems zeigt, die2A bis2D jeweils erläuternde Darstellungen von Bereichen zum Erzeugen einer dreidimensionalen Distanzverteilung zeigen und3 eine Draufsicht auf eine Stereokameraeinheit zeigt. - In
1 bezeichnet das Bezugszeichen1 das stereoskopische Bildverarbeitungssystem, das in einem Fahrzeug, wie z.B. einem Kraftfahrzeug, installiert ist und das ein Objekt vor dem Fahrzeug erkennt. Das stereoskopische Bildverarbeitungssystem1 weist eine Stereokameraeinheit2 , die Stereobilder aufnimmt, sowie eine Bildverarbeitungseinheit6 auf, die eine dreidimensionale bzw. räumliche Distanzverteilung des Objektes vor dem Fahrzeug erzeugt, indem sie eine stereoskopische Bildverarbeitung an einem Paar von Bildern vornimmt, die von der Stereokameraeinheit2 aufgenommen werden. - Die vorstehend genannte Stereokameraeinheit
2 ist in erster Linie gebildet aus einer Hauptkamera4 , einer Zusatzkamera5 und einer Kamerahalterung3 . Die Hauptkamera4 und die Zusatzkamera5 sind beide z.B. durch CCD-Kameras gebildet und an der Kamerahalterung3 mit einem bestimmten Abstand voneinander angebracht. Die Kamerahalterung3 ist in der Nähe eines Rückspiegels des Fahrzeugs montiert. - Die vorstehend genannte Hauptkamera
4 ist an einem rechten Ende der Kamerahalterung3 angebracht und nimmt ein Referenzbild (rechtes Bild in den2A bis2D ) auf, das von der genannten Bildverarbeitungseinheit5 benötigt wird, wenn diese die stereoskopische Bildverarbeitung ausführt. Die genannte Zusatzkamera5 ist an einem linken Ende der Kamerahalterung3 angebracht und nimmt ein Vergleichsbild (linkes Bild in den2A bis2D ) für die genannte stereoskopische Bildverarbeitung auf. - Die genannte Bildverarbeitungseinheit
6 berechnet die dreidimensionale Distanzverteilung von Objekten außerhalb des Fahrzeugs durch eine Bildverarbeitung des Referenzbildes und des Vergleichsbildes, die von der Hauptkamera4 und der Zusatzkamera5 aufgenommen werden, und berechnet eine relative Distanz und eine relative Geschwindigkeit zwischen dem mit der Kameraeinheit2 ausgestatteten Fahrzeug und einem davor fahrenden Fahrzeug unter Detektion von Straßenformen und dreidimensionalen Positionen einer Vielzahl von dreidimensionalen Objekten mit einer hohen Geschwindigkeit auf der Basis der dreidimensionalen Distanzverteilungsinformation. - Die Berechnung der dreidimensionalen Distanzverteilung durch die vorstehend genannte Bildverarbeitungseinheit
6 wird nun im spezielleren beschrieben. Als erstes gibt diese Bildverarbeitungseinheit6 einen Suchbereich (z.B. 4 × 128 Pixel) in dem Vergleichsbild gegenüber einem kleinen Bereich (z.B. 4 × 4 Pixel) in dem Referenzbild vor, wie dies in den2A und2B gezeigt ist. - Die Bildverarbeitungseinheit
6 überlagert dann den kleinen Bereich einem Flächenbereich innerhalb des Suchbereichs unter sukzessiver Verschiebung des kleinen Bereichs Pixel für Pixel und bestimmt eine Position eines Bereichs innerhalb des Suchbereichs, der dem kleinen Bereich entspricht, wobei der entsprechende Bereich ein Bildsignal aufweist, das mit dem Bildsignal des kleinen Bereichs übereinstimmt. Die Bildverarbeitungseinheit6 liefert somit Information über die Distanz zu einem Objekt aufgrund einer positionsmäßigen Differenz (Parallaxe) des gleichen Objekts auf den beiden Bildern. - Hierbei ist es unmöglich, einen entsprechenden Suchbereich in dem Vergleichsbild für kleine Bereiche zu erzielen, die sich in einer bestimmten Zone auf der rechten Seite (in Richtung auf die Seite der Hauptkamera
4 ) des Referenzbildes befinden, wie dies in2C dargestellt ist. Daher wird ein Bereich, in dem eine dreidimensionale Distanzverteilung durch die Bildverarbeitungseinheit6 erzeugt wird, zur linken Seite (in Richtung auf die Seite der Zusatzkamera5 ) des Referenzbildes geneigt, wie dies in2D gezeigt ist. - Unter Berücksichtigung des vorstehend geschilderten Problems wird einer Konstruktion zum Montieren der Hauptkamera
4 und der Zusatzkamera5 an der Kamerahalterung3 in der Stereokameraeinheit2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels spezielle Aufmerksamkeit geschenkt. Genauer gesagt, es werden die Hauptkamera4 und die Zusatzkamera5 an der Kamerahalterung3 in einer derartigen Weise montiert, daß ihre optischen Achsen O1, O2 unter Winkeln θ1, θ2 jeweils zu der Seite der Hauptkamera4 (nach rechts) geneigt sind, wie dies in3 gezeigt ist. - Mit anderen Worten, es wird die Kamerahalterung
3 im Inneren des Fahrzeugs derart montiert, daß ihre Längsrichtung rechtwinklig zu der Mittelachse des Fahrzeugs wird, wie dies in1 gezeigt ist, und daher die optischen Achsen O1, O2 der Hauptkamera4 und der Zusatzkamera5 unter Winkeln von θ1, θ2 bezüglich der Mittelachse geneigt sind. - Dies dient zum Vorgeben eines Bereichs einer dreidimensionalen Distanzverteilung, der zu der Seite der Zusatzkamera
5 (nach links) innerhalb des horizontalen Blickwinkels der Hauptkamera4 versetzt ist, und zwar im wesentlichen symmetrisch auf der linken und der rechten Seite der Mittelachse des Fahrzeugs, wie dies in1 gezeigt ist. Infolgedessen ist zwar der Bereich der Erzeugung des dreidimensionalen Distanzverteilungsbereichs immer noch zu der Seite der Zusatzkamera4 (nach links) in dem Referenzbild versetzt, wie dies in2D gezeigt ist, jedoch ist der durch die Bildverarbeitungseinheit6 erzeugte Bereich der dreidimensionalen Distanzverteilung gut ausgeglichen, so daß eine Links-Rechts-Symmetrie bezüglich des mit der Kameraeinheit2 ausgestatteten Fahrzeugs ermöglicht wird. - Andererseits werden der Neigungswinkel θ1 der Hauptkamera
4 und der Neigungswinkel θ2 der Zusatzkamera5 so vorgegeben, daß sie die Relation θ1 > θ2 erfüllen. Mit anderen Worten, es wird die optische Achse O2 der Zusatzkamera5 derart eingestellt, daß sie zu der Seite der Zusatzkamera5 (nach links) bezüglich der optischen Achse O1 der Hauptkamera4 geneigt ist. - Diese Anordnung erfolgt zur Schaffung eines Suchrandes in dem Vergleichsbild, um die Detektion eines einer unendlichen Distanz entsprechenden Punktes in einer von der Bildverarbeitungseinheit
6 ausgeführten Stereoanpassung zu ermöglichen, indem ein linkes Ende des Vergleichsbildes an die Außenseite (nach links) eines linken Endes des Referenzbildes gesetzt wird. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß ein derartiges Setzen oder Vorgeben seine Wirkungen dann zeigt, wenn das Referenzbild unter Verwendung bis zu den äußersten Enden des Kameravollbildes erzeugt wird. - Die Neigungswinkel θ1, θ2 der Hauptkamera
4 bzw. der Zusatzkamera5 werden optimalerweise in Abhängigkeit von ihrem Montageabstand, ihrer Brennweite und der Anzahl von Pixeln jeder Kamera, den kleinen Bereichen und dem Suchbereich usw. bei der stereoskopischen Bildverarbeitung bestimmt. - Wie vorstehend beschrieben, wird ein Bereich einer dreidimensionalen Distanzverteilung gesetzt, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung eine dreidimensionale Distanzverteilung mit einem notwendigen und ausreichenden Flächenbereich erzielt wird.
- Darüber hinaus wird es auch möglich, nach einem einer unendlichen Distanz entsprechenden Punkt durch Stereoanpassung zu suchen, indem ein Suchrand in einem Vergleichsbild gesetzt wird, und zwar selbst dann, wenn ein Referenzbild unter Verwendung bis zu den äußersten Enden des Kameravollbilds erzeugt wird.
Claims (5)
- Stereokameravorrichtung, die in einem Fahrzeug eingebaut ist und die folgendes aufweist: – eine Hauptkamera (
4 ), die dazu ausgelegt ist, Fotografien von einem Objekt vor dem Fahrzeug aufzunehmen und, – eine Zusatzkamera (5 ), die dazu ausgelegt ist, Fotografien von dem Objekt von einem anderen Blickpunkt als dem Blickpunkt der Hauptkamera (4 ) aufzunehmen, wobei die Hauptkamera (4 ) und die Zusatzkamera (5 ) mit einem vorgegebenen Abstand in einer Richtung im wesentlich senkrecht zu der Mittelachse des Fahrzeugs angeordnet sind; – wobei die optischen Achsen der Hauptkamera (4 ) und der Zusatzkamera (5 ) unter Winkeln θ1 bzw. θ2 zu der Seite der Hauptkamera bezüglich der Mittelachse zwischen der Hauptkamera (4 ) und der Zusatzkamera (5 ) geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkeln θ1 der Hauptkamera (4 ) und der Neigungswinkel θ2 der Zusatzkamera (5 ) so vorgegeben sind, daß sie die Relation θ1 > θ2 erfüllen, um einen Suchrand in einem von der Zusatzkamera (5 ) aufgenommenen Vergleichsbild zu bilden, in dem das eine Ende des Vergleichsbildes an die Außenseite des entsprechenden einen Endes des Referenzbildes gesetzt wird, das von der Hauptkamera (4 ) aufgenommen wird. - Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Kamerahalterung (
3 ) aufweist, um die Kameras (4 ,5 ) daran zu montieren, wobei die Längsrichtung der Kamerahalterung (3 ) im wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der Kameras (
4 ,5 ) eine CCD-Kamera ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kameras (
4 ,5 ) in der Nähe eines Rückspiegels eines Fahrzeugs montiert sind, und wobei die Kameras (4 ,5 ) dazu ausgelegt sind, Fotografien von Ansichten außerhalb des Fahrzeugs aufzunehmen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stereokameravorrichtung (
2 ) dazu ausgelegt ist, einen korrelierten Zielort einer Fotografie eines ersten Bildes von der Hauptkamera (4 ) innerhalb einer Fotografie eines zweiten Bildes von der Zusatzkamera (5 ) zu identifizieren und dann eine Paralaxe des ersten Bildes zu berechnen.
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