EP1625743A1 - Digitale kameravorrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Digitale kameravorrichtung und verfahren zu deren herstellung

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EP1625743A1
EP1625743A1 EP04729056A EP04729056A EP1625743A1 EP 1625743 A1 EP1625743 A1 EP 1625743A1 EP 04729056 A EP04729056 A EP 04729056A EP 04729056 A EP04729056 A EP 04729056A EP 1625743 A1 EP1625743 A1 EP 1625743A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pixel
density
pixel elements
digital camera
light sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04729056A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Gotzig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of EP1625743A1 publication Critical patent/EP1625743A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/81—Camera processing pipelines; Components thereof for suppressing or minimising disturbance in the image signal generation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/61—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise the noise originating only from the lens unit, e.g. flare, shading, vignetting or "cos4"
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout

Definitions

  • the invention relates to a digital camera device and a method and a computer program for its production.
  • Digital camera devices for recording an object are known in principle from the prior art.
  • Such camera devices usually include a lens device for receiving and transmitting light, which represents the object.
  • they comprise a light sensor device with a multiplicity of flatly arranged pixel elements, the pixel elements being distributed uniformly over the surface, that is to say their density distribution is constant over the surface of the light sensor device.
  • Each pixel element generates a signal which represents the brightness of the light transmitted from the lens device to the respective pixel element.
  • the camera device comprises an image generation device for generating an image signal, which represents the recorded object, from the multiplicity of the pixel signals.
  • camera devices of this type are used to recognize the surroundings of a vehicle, they are usually designed in such a way that the greatest possible viewing angle can be seen with them.
  • This largest possible viewing angle has traditionally been achieved by designing the lens device with a very small focal length.
  • the short focal length has the disadvantage that it is associated with a distortion effect, the so-called fisheye effect.
  • the distortion caused by this distortion effect in the image of a recorded object is all the greater, ever the focal length is smaller.
  • the solution for the camera device described in the introduction is such that the size of the density of the pixel elements in their flat arrangement in the light sensor device is determined in accordance with the size of the focal length of the lens device.
  • Density of pixel elements in the sense of the invention means the number of pixel elements per unit area.
  • the proposed determination of the size of the density of the pixel elements over the surface of the sensor device advantageously brings about a correction of a distortion of image information caused by the lens device. It represents a hardware correction and makes a software-based, that is to say arithmetic, correction in the image processing in the image generation device that was previously carried out unnecessary.
  • the claimed digital camera device is at least partially designed as a complementary symmetry metal oxide semiconductor CMOS or as a charge-coupled device CCD imager chip.
  • the above object of the invention is further achieved by a method and • computer program for making a digital camera device and in particular a light sensor means.
  • Figure 1 shows the structure of a digital camera device
  • Figure 2 shows a first embodiment for the inventive design of the light sensor device
  • Figure 3 shows a second embodiment for the inventive design of the light sensor device.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a digital camera device 100.
  • the camera device 100 is used to recognize an object 200, in particular in the vicinity of a vehicle.
  • it comprises a lens device 110 for receiving and transmitting light, which represents the object 200.
  • the lens device 110 is a lens.
  • the light passed on by the lens device 110 falls on a light sensor device 120, which has a multiplicity of flatly arranged pixel elements 122-1... - N. Each of these pixel elements, when active, generates a pixel signal which represents the brightness of the light incident on the respective pixel element.
  • the pixel signals are received and processed by an image generation device 130 connected downstream of the light sensor device 120, in order to finally generate an image signal from the plurality of pixel signals, which represents the recorded object 200.
  • the image signal is preferably stored in a memory device 140 assigned to the camera devices 100.
  • the light sensor device 120 is designed such that the size of the density of its pixel elements is determined in accordance with the size of the focal length of the lens device 110. Specifically, this means that with a smaller focal length the density of the pixel elements is lower than with larger focal lengths and vice versa.
  • the geometric shape of the lens device or its refractive index should also be taken into account in order to optimize the distribution of the density of the pixel elements over the surface.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment for such an embodiment of the light sensor device 120 according to the invention and in particular its pixel distribution. It shows a convex lens device 110 in which the light rays transmitted to the pixel elements 122-1... -N diverge. In the case of lens devices 110 designed in this way, the distortion effect manifests itself in the fact that the image would be widened. It is therefore proposed according to the invention that the distance between adjacent pixel elements 120-1... -N is increased in accordance with the widening, that is to say the density of the pixel elements is reduced accordingly.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment for the design of the light sensor device 120 according to the invention.
  • the light rays falling on the pixel elements 122-1... - N converge.
  • the distortion effect then manifests itself in the fact that the image of the object 200, which in this case is imaged on the pixel elements, is compressed. It is therefore recommended in this case to reduce the spacing of the pixel elements 122-1... -N from one another in accordance with the compression, that is to say to increase the density of the pixel elements accordingly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine digitale Kameravorrichtung zum Erkennen eines Objektes sowie ein Verfahren und ein Computerprogramm zu deren Herstellung. Aus dem Stand der Technik sind digitale Kameravorrichtungen mit einer Objektiveinrichtung, einer Lichtsensoreinrichtung und einer Bilderzeugungseinrichtung grundsätzlich bekannt. Es ist weiterhin bekannt, dass die aufgenommenen Bilder einen Verzerrungseffekt aufweisen, der von der Grösse der Brennweite der Objektiveinrichtung abhängt. Dieser Verzerrungseffekt wird bisher rechnerisch in der Bilderzeugungseinrichtung im Rahmen der Bildverarbeitung korrigiert. Um eine derartige rechnerische Korrektur entbehrlich zu machen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Dichte von Pixelelementen für deren flächige Anordnung in der Lichtsensoreinrichtung nach Massgabe durch die Grösse der Brennweite der Objektiveinrichtung zu bestimmen.

Description

Titel : Digitale Kameravorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine digitale Kameravorrichtung sowie ein Verfahren und ein Computerprogramm zu deren Herstellung.
Aus dem Stand der Technik sind digitale Kameravorrichtungen zum Aufnehmen eines Objektes, auch im Umfeld eines Fahrzeugs grundsätzlich bekannt. Derartige Kameravorrichtungen umfassen üblicherweise eine Objektiveinrichtung zum Aufnehmen und Weiterleiten von Licht, welches das Objekt repräsentiert. Darüber hinaus umfassen sie eine Lichtsensoreinrichtung mit einer Vielzahl von flächig angeordneten Pixelelementen, wobei die Pixelelemente gleichmäßig über der Fläche verteilt sind, das heißt ihre Dichteverteilung ist über der Fläche der Lichtsensoreinrichtung konstant. Jedes Pixelelement erzeugt ein Signal, welches die Helligkeit des von der Objektiveinrichtung auf das jeweilige Pixelelement weitergeleitete Licht repräsentiert. Schließlich umfasst die Kameravorrichtung eine Bilderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Bildsignals, welches das aufgenommene Objekt repräsentiert, aus der Vielzahl der Pixelsignale.
Werden derartige Kameravorrichtungen zum Erkennen des Umfeldes eines Fahrzeugs eingesetzt, so werden sie üblicherweise so ausgebildet, dass mit ihnen ein möglichst großer Blickwinkel einsehbar ist. Dieser möglichst große Blickwinkel wird traditionell dadurch realisiert, dass die Objektiveinrichtung mit einer nur sehr geringen Brennweite ausgebildet wird. Die geringe Brennweite hat jedoch den Nachteil, dass mit ihr ein Verzerrungseffekt, der sogenannte Fisheye-Ξffekt , verbunden ist. Die durch diesen Verzerrungseffekt bewirkte Verzerrung in der bildlichen Abbildung eines aufgenommenen Objektes ist umso stärker, je geringer die Brennweite ist .
Traditionell wird dieser Verzerrungseffekt rechnerisch in der Bilderzeugungsseinrichtung der digitalen Kameravorrichtung korrigiert .
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine bekannte Kameravorrichtung und ein Verfahren und Computerprogramm zu deren Herstellung derart weiterzubilden, dass eine rechnerische Korrektur des Verzerrungseffektes zumindest- weitgehend entbehrlich wird.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 beanspruchte Kameravorrichtung gelöst . Die Lösung erfolgt für die einleitend beschriebene Kameravorrichtung in der Weise, dass die Größe der Dichte der Pixelelemente bei deren flächiger Anordnung in der Lichtsensoreinrichtung nach Maßgabe durch die Größe der Brennweite der Objektiveinrichtung bestimmt ist.
"Dichte der Pixelelemente" im Sinne der Erfindung meint die Anzahl der Pixelelemente pro Flächeneinheit.
Vorteile der Erfindung
Die vorgeschlagene Bestimmung der Größe der Dichte der Pixelelemente über der Fläche der Sensoreinrichtung bewirkt vorteilhafterweise eine Korrektur einer durch die Objektiveinrichtung bedingten Verzerrung von Bildinformation. Sie stellt eine hardwareseitige Korrektur dar und macht eine bisher vorgenommene softwaremäßige, das heißt rechnerische Korrektur bei der Bildverarbeitung in der Bilderzeugungseinrichtung entbehrlich.
Es ist von Vorteil, wenn nicht nur die Größe der Dichte, sondern auch deren Verteilung über der Fläche zum Zwecke der Korrektur der Verzerrung optimiert wird. Dazu wird vorteilhafterweise neben der Brennweite auch die geometrische Form beziehungsweise der Brechungsindex der Obj ektiveinrichtung berücksichtigt .
Vorteilhafterweise ist die beanspruchte digitale Kameravorrichtung zumindest teilweise als Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor CMOS oder als Charge- Coupled Device CCD Imager Chip ausgebildet.
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren und ein •Computerprogramm zum Herstellen einer digitalen Kameravorrichtung und insbesondere einer Lichtsensoreinrichtung gelöst.
Zur Durchführung dieses Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn zunächst diejenigen Bereiche in der Fläche der Lichtsensoreinrichtung berechnet und realisiert werden, welche die größte Pixeldichte aufweisen und dann erst nachfolgend die Bereiche berechnet und realisiert werden, welche eine geringere Pixeldichte haben werden. Die Fertigung der Chips wird dadurch erleichtert.
Ansonsten entsprechen die Vorteile des Verfahrens und des Computerprogramms den oben unter Bezugnahme auf die digitale Kameravorrichtung genannten Vorteilen.
Zeichnung
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 den Aufbau einer digitalen Kameravorrichtung;
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Ausbildung der Lichtsensoreinrichtung; und Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Ausbildung der Lichtsensoreinrichtung.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren detailliert beschrieben.
Figur 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer digitalen Kameravorrichtung 100. Die Kameravorrichtung 100 dient zum Erkennen eines Objektes 200, insbesondere im Umfeld eines Fahrzeugs. Dazu umfasst sie eine Objektiveinrichtung 110 zum Aufnehmen und Weiterleiten von Licht,' welches das Objekt 200 repräsentiert. Die Objektiveinrichtung 110 ist im einfachsten Fall eine Linse. Das von der Objektiveinrichtung 110 weitergeleitete Licht fällt auf eine Lichtsensoreinrichtung 120, welche eine Vielzahl von flächig angeordneten Pixelelementen 122-1...-N aufweist. Jedes dieser Pixelelemente erzeugt dann, wenn es aktiv ist, ein Pixelsignal, welches die Helligkeit des auf das jeweilige Pixelelement einfallende Licht repräsentiert. Die Pixelsignale werden von einer der Lichtsensoreinrichtung 120 nachgeschalteten Bilderzeugungseinrichtung 130 empfangen und verarbeitet, um schließlich aus der Vielzahl der Pixelsignale ein Bildsignal zu erzeugen, welches das aufgenommene Objekt 200 repräsentiert. Das Bildsignal wird vorzugsweise in einer der Kameravorrichtungen 100 zugeordneten Speichereinrichtung 140 gespeichert.
Erfindungsgemäß ist die Lichtsensoreinrichtung 120 so ausgebildet, dass die Größe der Dichte ihrer Pixelelemente nach Maßgabe durch die Größe der Brennweite der Objektiveinrichtung 110 bestimmt ist. Konkret bedeutet dies, dass bei kleinerer Brennweite die Dichte der Pixelelemente geringer ist als bei größeren Brennweiten und umgekehrt.
Neben der Brennbreite sollte auch die geometrische Form der Objektiveinrichtung beziehungsweise deren Brechungsindex zur Optimierung der Verteilung der Dichte der Pixelelemente über der Fläche Berücksichtigung finden.
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine derartige erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lichtsensoreinrichtung 120 und insbesondere deren Pixelverteilung. Sie zeigt eine konvex ausgebildete Objektiveinrichtung 110, bei der die auf die Pixelelemente 122-1... -N weitergeleiteten Lichtstrahlen divergieren. Bei derartig ausgebildeten Objektiveinrichtungen 110 zeigt sich der Verzerrungseffekt darin, dass das Bild aufgeweitet würde. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, dass der Abstand benachbarter Pixelelemente 120-1... -N entsprechend der Aufweitung vergrößert, das heißt die Dichte der Pixelelemente entsprechend verkleinert wird.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäß Ausbildung der Lichtsensoreinrichtung 120. Bei konkav ausgebildeter Objektiveinrichtung 110 konvergieren die auf die Pixelelemente 122-1...-N fallenden Lichtstrahlen. Der Verzerrungseffekt zeigt sich dann darin, dass das Bild des Objektes 200, welches in diesem Fall auf den Pixelelementen abgebildet wird, komprimiert ist. Es wird deshalb empfohlen, in diesem Fall den Abstand der ■ Pixelelemente 122-1... -N zueinander entsprechend der Komprimierung zu verringern, das heißt, die Dichte der Pixelelemente entsprechend zu vergrößern.

Claims

Patentansprüche
1. Digitale KameraVorrichtung (100) zum Erkennen eines Objektes (200) , insbesondere im Umfeld eines Fahrzeugs, umfassend:
eine Objektiveinrichtung (110) zum Aufnehmen und Weiterleiten von Licht, welches das Objekt (200) repräsentiert ; eine Lichtsensoreinrichtung (120) , umfassend eine Vielzahl von flächig angeordneten Pixelelementen (122-1... -N) , wobei jedes Pixelelement ein Pixelsignal erzeugt, welches die Helligkeit des von der Objektiveinrichtung (120) auf das jeweilige Pixelelement weitergeleitete Licht repräsentiert, und eine Bilderzeugungseinrichtung (130) zum Erzeugen eines Bildsignals, welches das aufgenommene Objektiv repräsentiert, aus der Vielzahl der Pixelsignale; dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Dichte der Pixelelemente bei deren flächiger Anordnung in der Lichtsensoreinrichtung (120) nach Maßgabe durch die Größe der Brennweite der Objektiveinrichtung (110) bestimmt ist.
2. Digitale Kameravorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Pixelelemente in der flächigen Anordnung unter zusätzlicher Berücksichtigung der geometrischen Form beziehungsweise des Brechungsindexes der Objektiveinrichtung verteilt ist.
3. Digitale Kameravorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameravorrichtung zumindest teilweise als CMOS- oder CCD Imager Chip ausgebildet ist.
. Verfahren zur Herstellung einer digitalen Kameravorrichtung (100) mit einer Objektiveinrichtung
(110) und einer der Objektiveinrichtung (110) nachgeschalteten Lichtsensoreinrichtung (120) , welche eine Vielzahl von flächig angeordneten Pixelelementen
(122-1... -N) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der Lichtsensoreinrichtung folgenden Schritt umfasst :
Anordnung der Pixelelemente in der Fläche so, dass ihre Dichte nach Maßgabe durch die Größe der Brennweite der Objektiveinrichtung (110) bestimmt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Dichte der Pixelelemente in der Fläche unter zusätzlicher Berücksichtigung der geometrischen Form beziehungsweise des Brechungsindexes der Objektiveinrichtung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Fläche zuerst die Bereiche mit der größten Pixeldichte und erst nachfolgend die Bereiche mit geringeren Pixeldichten bestimmt und gefertigt werden.
7. Computerprogramm mit Programmcode, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode ausgebildet ist, die Verteilung der Dichte von Pixelelementen für eine Lichtsensoreinrichtung (120) nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 - 6 zu berechnen.
EP04729056A 2003-05-16 2004-04-23 Digitale kameravorrichtung und verfahren zu deren herstellung Withdrawn EP1625743A1 (de)

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