WO1999037503A1 - Überwachungssystem für fahrzeuge - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a system and a method for monitoring spaces around a vehicle which the driver cannot see directly or through a mirror.
- mirrors of this type must be arranged in the driver's direct field of vision and can therefore, for optical reasons (reflection laws), not cover any area of the room.
- the field of view of the mirror can be blocked by the vehicle itself (eg superstructures of a truck) or by its load.
- DE 42 28 794 A1 proposes to automatically monitor the “blind spot” and possibly also the rear space behind the vehicle with video cameras.
- suitable evaluation devices important information such as distance and speed of detected objects should be extracted from the image data and communicated to the driver via a signal and warning device.
- Cameras with low resolution are preferably used in this system, the amount of data on the one hand can be processed quickly and on the other hand just contains the desired information.
- a disadvantage of the system of DE 42 28 794 A1 is that the necessary extraction of the information from the image data is an extremely complex computational task that is only possible for a few sizes.
- the desired detection of an object, as well as the determination of its distance and speed, can only be achieved with sufficient certainty in simple model situations, especially with images of low resolution and with limited computing power.
- the present invention has set itself the task of avoiding the disadvantages of the prior art and of providing an improved system for monitoring spaces which cannot be viewed directly by the driver or via a mirror, which enables the driver to monitor the situation correctly in all situations observed spaces allowed without loss of information.
- This object is achieved by a system according to claim 1 and a method according to claim 14. Further advantageous refinements are contained in the subclaims.
- the system according to the invention initially contains, in a known manner, imaging means for producing an image of the space to be monitored.
- This image will generally be primarily an optical (real or virtual) image and can be converted to other types of representation (e.g. electronic, digital) using appropriate converters.
- the image is then forwarded using suitable transmission means to at least one display device (display), which is arranged in the area visible to the driver and displays the image for the driver to recognize.
- display display
- video cameras can be used as imaging means, since their electronically coded images are well amplified and transmitted 4
- Such video cameras preferably contain CCD (Charge Coupled Device) elements with a resolution of at least 128 by 128 pixels (pixels), preferably at least 480 by 640 pixels.
- the resolution can be based on standards for (computer) monitors in order to be compatible with the components used there.
- the aim is not to have a particularly low, but rather the highest possible resolution in order to optimize the image quality.
- the maximum resolution is limited only by the technically available CCD chips and price / performance considerations.
- the video cameras used can be sensitive to visible or infrared light. It is particularly preferred that both sensitivities are present at the same time or optionally switchable.
- a video camera for visible light provides the driver with a familiar image of the surroundings, which he does not have to get used to. Such cameras are also used in commercially available video cameras, digital cameras and security devices, so that they can be obtained inexpensively.
- an infrared camera generally provides a false color representation of the surroundings, but has the advantage that it images heat sources and is therefore independent of external light sources such as daylight.
- other vehicles are preferably recognized with it, since they produce infrared-radiating waste heat due to their drive (eg internal combustion engine). 5
- monitors When using video cameras, monitors are used to display the image electronically encoded in the form of video signals for the driver.
- the advantage here is that due to the widespread use of video technology, a wide range of devices is available, e.g. the well-known electron beam tubes. Due to their flat design, however, liquid crystal displays (LC displays) are preferred. These can be easily integrated into existing components in the vehicle.
- LC displays liquid crystal displays
- the electronically coded images from video cameras have the advantage that they can be easily processed and preprocessed using known methods. For example, it can filter out any deterioration in visibility caused by snowflakes, rain or hail. This can be done with algorithms that are known from the post-processing of (digital) films and photos. It is also possible to increase the sharpness of the contours of the image or to dampen excessively strong light sources (e.g. dazzling headlights in the dark). Finally, with more advanced methods, patterns such as other cars in the picture are recognized and their properties (distance, speed) are analyzed.
- imaging lenses (as an alternative or in addition to the video cameras) and optical fibers as transmission means can be used.
- the transmitted image can then - preferably at a central location via CCD elements - be converted into an electronic image and displayed in a known manner on monitors.
- Such a purely passive system has the advantage of being extremely simple and immune to interference. Especially with short transmission paths (e.g. rear bumper or rear of the car to the end of the passenger compartment) and normal lighting conditions, its imaging performance can be completely sufficient.
- imaging means transmission means and display devices are possible within the scope of the invention. So it would be e.g. it is also conceivable to image the space to be monitored in the driver's compartment using two or more mirrors, transmission links with optical fibers possibly being interposed.
- the imaging means according to the invention can be attached to various points of the vehicle regardless of their specific configuration (eg video cameras). They are preferably arranged on the front and / or the rear and / or in the rear-view mirror of the vehicle. The arrangement on the rear is particularly important when reversing, while the "blind spot" can be avoided with the arrangement in the rear view mirror.
- the imaging means can in the body or z. B. in the bumpers, bumpers, front and rear aprons or spoilers.
- the headlights are particularly preferably integrated in the headlights. Due to their illumination function, the latter are already located at a point from which the room to be monitored can be viewed completely. An almost identical position of the headlamp and camera also means that the headlamp light optimally benefits the image without the light source itself interfering or casting shadows.
- the imaging means inside the headlight are well protected against environmental influences. This applies in particular to the sensitive optics that are covered by the headlight glass. Any existing headlight wipers can simultaneously clean the imaging optics.
- the optics of the imaging means can also be wholly or partly formed by the headlight glass. This enables a particularly high degree of integration and a compact accommodation of the imaging means to be achieved.
- the electrical lines for light and the imaging means can run in a cable harness.
- the display devices according to the invention can be arranged at various locations, regardless of their specific design (monitors, focusing screens, etc.), which are either visible to the driver continuously and without turning his head, or which can only be seen during special maneuvers, especially when reversing.
- the dashboard is one of the most visible areas, but also the mirrors inside and out. The arrangement in the game 8th
- ge has the advantage that the driver is used to find the image of the corresponding space at these points. It is also conceivable to use existing display options such as to take advantage of the radio display. At least in the latter the additionally determined information such as distance and speed of other vehicles can be displayed.
- the areas that can only be seen by the driver with a turn of the head include the rear of the vehicle.
- the displays of the rear space are preferably arranged behind the vehicle, so that when driving backwards, the driver can see the rear space directly through the rear window in the usual way and additionally receives a picture of the space hidden by the body.
- the display devices do not have to be permanently linked to a specific imaging means. Rather, it is conceivable to display images of different recording locations in succession on a display device, with the switchover being able to take place in an automatic rhythm, manually selectable or depending on the situation (e.g. when the turn signal or the reverse gear is switched on).
- the imaging means are not rigid, but can be changed in orientation, focal length and focus. In this way, depending on the situation, a camera can optimally observe another room by changing the orientation of the camera, the field of view (focal length) and / or the focus.
- the variability of the focal length (zoom) and sharpness can still be used to determine the distance of others - especially in advance - 9
- the invention further relates to a method for monitoring spaces that cannot be viewed directly by the driver or via a mirror around a vehicle, in which an image of the space to be monitored is first generated in a known manner. This image is then forwarded and displayed on at least one display device in the area visible to the driver.
- the method according to the invention has the same advantages over the prior art as the monitoring system explained above.
- the driver does not usually extract defective information from the image, but rather offers the driver a complete image of the area to be monitored in his normal field of vision. Therefore, human image processing can be exploited, which exceeds previously known automatic methods in terms of performance and security. This also ensures that no relevant information is misunderstood by an automatic system and thus suppressed.
- Processing of the image and information extraction can, however, take place in addition to the display on the display device, so that the security of the complete image display is coupled with the service of the information offered.
- filtering, contour sharpening, pattern recognition, distance measurement of detected objects and / or suppression of interference sources can take place.
- algorithms from digital image processing can be used.
- the data determined from the image using the aforementioned methods can be displayed to the driver. This can be done on the same display device together with the image, or on a separate display (e.g. radio display).
- a separate display e.g. radio display.
- an acoustic representation of the data is also conceivable, preferably a warning signal to indicate dangerous situations (e.g. too little distance for your own / other speed).
- the detection of certain conditions from the image data can also lead to a change in the method for monitoring.
- the most important thing to consider here is adjusting the sharpness, alignment or focal length of the imaging optics.
- the method according to the invention should in particular be able to distinguish at least two working modes, namely on the one hand parking space monitoring, in which the optical image is obtained from the vicinity of the vehicle, preferably by wide-angle adjustment of the optics 11
- a lane monitoring system in which the optical image - preferably by telephoto adjustment of the optics - is obtained from the far area of the vehicle.
- the image obtained is preferably shown in the rear area of the vehicle, since the driver will generally turn back anyway to see the rear space as directly as possible. Since such a display is not always required in the rear area, it is preferably only activated when reverse gear is engaged and is otherwise switched off.
- the distance and / or the speed of objects in the image are preferably determined simultaneously.
- Such additional information is particularly valuable when driving at high speed and when driving in a convoy if it is difficult for the driver to estimate distances on the one hand, but it is particularly important on the other hand.
- Figure 1 shows a block diagram of the monitoring system in the car.
- Figure 2 shows a variable lens in the headlight.
- Figure 3 shows a system with fiber optic and ground glass.
- the outlines of a car body are indicated in dashed lines in FIG.
- Video cameras 1 a are arranged as imaging systems in all four headlights 5.
- lenses 1b which are connected to optical fibers 2b and a focusing screen 3e in the rear of the car.
- the purely passive, reinforcement-free system consisting of lens 1b, optical fibers 2b and focusing screen 3e is particularly suitable for short distances, such as from the headlights or rear of the vehicle to the passenger compartment.
- the arrangement of the cameras or lenses in the headlights is advantageous because they are well protected there and have an optimal field of view that is well illuminated in the dark.
- Video signal lines 2a lead from the video cameras to a central processing unit 4 (microprocessor ⁇ C).
- Image processing and amplification can take place there, in particular filtering, contour sharpening, pattern recognition, distance and speed measurement of detected objects and / or suppression of interference sources such as e.g. Glare.
- the image captured by the video cameras 1a and possibly the information extracted in the computing unit 4 are then forwarded to various display devices, in particular a display 3a in the dashboard and a display 3d in the rear (rear shelf), to the radio display 3b and to displays in the interior mirror 3c and in the outer rear-view mirrors 7.
- display devices in particular a display 3a in the dashboard and a display 3d in the rear (rear shelf), to the radio display 3b and to displays in the interior mirror 3c and in the outer rear-view mirrors 7.
- the mirrors 3c 7 not only displays can be arranged, but also cameras (not shown) can be located here, which cover rooms not covered by the mirror.
- Figure 2 shows a video camera 1 a, which is integrated in the car headlight 5.
- a motor-adjustable lens 8 is arranged in front of the camera 1a.
- the focal length can be adjusted from a wide-angle range 9a to a telephoto range 9b. With the wide-angle area 9a, the close range around the vehicle can be observed, which is important when parking.
- the telephoto setting on the other hand, is used to monitor the far range while driving.
- the focal length and focus adjustment can also be used to determine distances to other vehicles using an auto focus method. For this purpose, radar, ultrasound and / or infrared measuring methods can also be used as aids.
- FIG. 2 shows as a special feature that part of the headlight glass is designed as a lens 6 and is integrated into the optics of the objective. This enables a more compact design (under certain circumstances even lens 6 is sufficient as optics), and the lens is protected by the headlight lens and is cleaned together with it.
- FIG. 3 shows in detail a passive system consisting of objective 1b, optical waveguide 2b and focusing screen 3e.
- the optical waveguide or an entire bundle of optical waveguides 2b open into the front or rear headlights 5 and are provided there with optics integrated in the headlights, preferably a wide-angle lens.
- the diameter of the optical waveguide 2b is preferably less than 10 mm.
- the transmitted image information is shown on a focusing screen 3e after being enlarged by lenses. 14
- the focusing screen 3e can be arranged well in the rear of the passenger compartment after a short optical transmission path.
- the monitoring system preferably works with several different operating states. In particular, it should be possible to distinguish between parking space monitoring and lane monitoring.
- a possible functional sequence results from the following scheme:
- Picture necessary / desired Picture necessary / desired:
- the display in the rear of the vehicle is preferably only activated when reverse gear is engaged.
- the choice between parking space monitoring and lane monitoring can either be made manually by the driver or automatically, in the latter case the switching takes place, for example, at a certain limit speed v (for example 5 km / h).
Abstract
Verfahren und System zur Überwachung von vom Fahrer nicht direkt oder über einen Spiegel einsehbaren Räumen um ein Fahrzeug herum, bei dem mit Videokameras (1a) ein Bild des zu überwachenden Raumes erzeugt und auf Anzeigevorrichtungen (3) für den Fahrer dargestellt wird. Mit einem Mikroprozessor (4) kann eine Aufbereitung des Bildes und die Extraktion von Informationen erfolgen. Die Abbildung kann auch über Objektive (1b), Lichtwellenleiter (2b) und eine Mattscheibe (3e) erfolgen. Vorzugsweise werden die Kameras bzw. Objektive in den Scheinwerfern (5) angeordnet, wobei die Optik in einen Teil des Scheinwerferglases integriert ist.
Description
Beschreibung
Überwachungssystem für Fahrzeuge
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Überwachung von Räumen um ein Fahrzeug herum, die vom Fahrer nicht direkt oder über einen Spiegel einsehbar sind.
Für die Steuerung von Fahrzeugen wie z.B. Autos muß der Fahrzeugführer den Raum beobachten können, in den sich das Fahrzeug hineinbewegt bzw. aus dem heraus sich andere Fahrzeuge nähern können. In der Hauptfahrtrichtung kann diese Beobachtung direkt geschehen, indem die Blickrichtung und das Sehfeld des Fahrers in seiner Lenkposition hierauf ausgerichtet werden.
Für besondere Fahrmanöver wie ein seitliches Ausscheren oder eine Rückwärtsfahrt ist es darüber hinaus jedoch erforderlich, daß auch der hinter und neben dem Fahrer bzw. Fahrzeug gelegene Raum eingesehen werden kann. Um dem Fahrer eine umständliche und während der Fahrt auch gefährliche Wendung des Kopfes zu ersparen, werden bekanntermaßen Rückspiegel verwendet, die den abgewandten Raum zumindest teilweise sichtbar machen. Derartige Spiegel müssen allerdings im direkten Blickfeld des Fahrers angeordnet sein und können daher schon aus optischen Gründen (Reflexionsgesetze) nicht jeden beliebigen Raumbereich erfassen. Zudem kann das Blickfeld des Spiegels durch das Fahrzeug selbst (z.B. Aufbauten eines Lastkraftwagen) oder durch seine Ladung verstellt sein.
Bei Autos ist insbesondere das Problem des vom Rückspiegel nicht mehr ausreichend erfaßten Raumes seitlich des Fahrzeugs unter dem Stichwort "toter Winkel" bekannt. Zur Behebung dieser bei Ausschermanövern oft sehr gefährlichen Lücke im Beobachtungsfeld des Fahrers wird in der DE 42 28 794 A1 vorgeschlagen, den "toten Winkel" und ggf. auch den Rückraum hinter dem Fahrzeug mit Video-Kameras automatisch zu überwachen. Dabei sollen mit geeigneten Auswerteeinrichtungen wichtige Informationen wie z.B. Abstand und Geschwindigkeit von erfaßten Objekten aus den Bilddaten extrahiert und dem Fahrer über eine Signal- und Warneinrichtung mitgeteilt werden. Bevorzugt kommen bei diesem System Kameras mit geringer Auflösung zum Einsatz, deren Datenmenge einerseits schnell zu verarbeiten ist und andererseits die gewünschten Informationen gerade noch enthält. Nachteilig bei dem System der DE 42 28 794 A1 ist jedoch, daß die notwendige Extraktion der Informationen aus den Bilddaten eine äußerst komplexe rechnerische Aufgabe ist, die nur für wenige Größen möglich ist. Die angestrebte Detektion eines Objektes sowie die Bestimmung seines Abstandes und seiner Geschwindigkeit gelingt gerade bei Bildern geringer Auflösung und bei begrenzter Rechenleistung mit ausreichender Sicherheit nur in einfachen Modellsituationen. In der Praxis mit ihren komplexen Verhältnissen (Gegenverkehr, Schlechtwetter, unregelmäßige Oberflächen etc.) wird ein derartiges System dagegen häufig unzuverlässige und fehlerhafte Resultate liefern.
Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein verbessertes System zur Überwachung von vom Fahrer nicht direkt oder über einen Spiegel einsehbaren Räumen zur Verfügung zu stellen, welches dem Fahrer in allen Situationen eine fehlerfreie Überwachung der beobachteten Räume ohne Informationsverlust erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein System nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Das erfindungsgemäße System enthält zunächst in bekannter Weise Abbildungsmittel zur Erzeugung eines Bildes des zu überwachenden Raumes. Dieses Bild wird im allgemeinen primär als optisches (reelles oder virtuelles) Bild vorliegen und kann über entsprechende Wandler in andere Repräsentationsarten umgewandelt werden (z.B. elektronisch, digital). Das Bild wird sodann mit geeigneten Übertragungsmitteln an mindestens eine Anzeigevorrichtung (Display) weitergeleitet, welche im vom Fahrer einsehbaren Bereich angeordnet ist und das Bild für diesen erkennbar darstellt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit aus dem Bild nicht eine - stets begrenzte und fehlerbehaftete - Information extrahiert und an den Fahrer weitergeleitet, sondern dem Fahrer wird ein komplettes Abbild des zu überwachenden Raumes in seinem normalen Blickfeld angeboten. Aus diesem Bild kann der Fahrer dann selbst alle für ihn relevanten Informationen entnehmen, wobei die von automatischen Verfahren nicht annähernd erreichte Leistungsfähigkeit der menschlichen Bildverarbeitung ausgenutzt wird. Apparative Ressourcen können daher bei dem erfindungsgemäßen System auf die optischen Aufnahme- und Wiedergabesysteme konzentriert werden, was der Bildqualität zugute kommt. Nicht zuletzt wird auch einem solchen Überwachungssystem, das eine direkte Beobachtung ermöglicht, vom Fahrer mehr Vertrauen entgegengebracht als automatisch ermittelten Daten.
Als Abbildungsmittel können insbesondere Videokameras eingesetzt werden, da sich ihre elektronisch kodierten Bilder gut verstärken und über
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geeignete Kabel beliebig transportieren lassen und sehr flexibel umgeformt und dargestellt werden können.
Derartige Videokameras enthalten vorzugsweise CCD (Charge Coupled Device) Elemente mit einer Auflösung von mindestens 128 mal 128 Pixeln (Bildpunkten), vorzugsweise mindestens 480 mal 640 Pixeln. Insbesondere kann sich die Auflösung an Standards für (Computer-)Monitore orientieren, um zu dort verwendeten Komponenten kompatibel zu sein. Im Gegensatz zur DE 42 28 794 A1 wird somit nicht eine besonders geringe, sondern gerade eine möglichst hohe Auflösung angestrebt, um die Bildqualität zu optimieren. Nach oben begrenzt ist die Auflösung nur durch die technisch verfügbaren CCD-Chips sowie Preis-Leistungs-Abwägungen.
Die eingesetzten Videokameras können für sichtbares oder infrarotes Licht empfindlich sein. Besonders bevorzugt ist es, daß beide Empfindlichkeiten gleichzeitig oder wahlweise einschaltbar vorliegen. Eine Videokamera für sichtbares Licht liefert dem Fahrer ein vertrautes Abbild der Umgebung, an das er sich nicht erst gewöhnen muß. Derartige Kameras werden auch in handelsüblichen Videokameras, digitalen Fotoapparaten und Sicherheitseinrichtungen verwendet, so daß sie preiswert erhältlich sind.
Demgegenüber liefert eine Infrarot-Kamera im allgemeinen eine Falschfarben-Darstellung der Umgebung, hat aber den Vorteil, daß sie Wärmequellen abbildet und daher von externen Lichtquellen wie dem Tageslicht unabhängig ist. Zudem werden mit ihr bevorzugt andere Fahrzeuge erkannt, da diese aufgrund ihres Antriebs (z.B. Verbrennungsmotor) Infrarot-strahlende Abwärme produzieren.
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Beim Einsatz von Videokameras werden Monitore verwendet, um das elektronisch in Form von Videosignalen kodierte Bild für den Fahrer darzustellen. Hierbei ist von Vorteil, daß aufgrund der weiten Verbreitung der Videotechnik ein großes Spektrum an Geräten zur Auswahl steht, z.B. die bekannten Elektronenstrahlröhren. Aufgrund ihrer flachen Bauweise werden indes bevorzugt Flüssigkristall-Anzeigen (LC-Displays) verwendet. Diese lassen sich leicht in vorhandene Komponenten im Fahrzeug integrieren.
Weiterhin haben die elektronisch kodierten Bilder von Videokameras den Vorteil, daß sie leicht mit Hilfe bekannter Verfahren aufbereitet und vorverarbeitet werden können. So kann beispielsweise die Ausfilterung von Sichtverschlechterungen durch Schneeflocken, Regen oder Hagel erfolgen. Dies kann mit Algorithmen geschehen, die aus der Nachbearbeitung von (digitalen) Filmen und Fotos bekannt sind. Ebenso ist eine Erhöhung der Konturenschärfe des Bildes oder das Abdämpfen von zu starken Lichtquellen möglich (z.B. blendende Scheinwerfer bei Dunkelheit). Mit weiter fortgeschrittenen Methoden können schließlich auch Muster wie z.B. andere Autos im Bild erkannt und hinsichtlich ihrer Eigenschaften (Abstand, Geschwindigkeit) analysiert werden.
Bedingung für die genannten Verfahren zur Bildverarbeitung ist, daß sie in Echtzeit erfolgen, d.h. nicht zu einer Verzögerung in der Darstellung des Bildes führen. Hierfür muß eine angemessene Rechenleistung zur Verfügung gestellt werden. Zu beachten ist weiterhin, daß im Rahmen der Erfindung die Bildverarbeitung immer nur zusätzlich zur Bilddarstellung im Monitor erfolgt, so daß der Fahrer primär das unmittelbare Abbild der Umgebung beobachten kann und darüber hinaus gewisse aufbereitete Informationen angeboten bekommt. Er ist jedoch nicht von der Richtigkeit und
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Vollständigkeit dieser Informationen abhängig, sondern kann diese jederzeit anhand des Bildes "mit eigenen Augen" überprüfen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können als Abbildungsmittel (alternativ oder zusätzlich zu den Videokameras) bildgebende Objektive und als Übertragungsmittel Lichtwellenleiter verwendet werden. Das übertragene Bild kann dann - vorzugsweise an zentraler Stelle über CCD- Elemente - in ein elektronisches Bild umgewandelt und in bekannter Weise auf Monitoren dargestellt werden. Bevorzugt ist es jedoch, das komplette System ohne zusätzliche Energiequellen und Hilfsmittel arbeiten zu lassen und das von den Lichtwellenleitern übermittelte Bild mit einer geeigneten Optik direkt auf einer Mattscheibe abzubilden. Ein derartiges rein passives System hat den Vorteil, äußerst einfach und störsicher zu sein. Gerade bei kurzen Übertragungswegen (z.B. hintere Stoßstange oder Heck des Autos bis zum Ende der Fahrgastzelle) und normalen Lichtverhältnissen kann seine Abbildungsleistung völlig ausreichend sein.
Im Rahmen der Erfindung sind weitere Realisierungen der Abbildungsmittel, Übertragungsmittel und Anzeigevorrichtungen möglich. So wäre es z.B. auch denkbar, den zu überwachenden Raum über zwei oder mehrere Spiegel in den Fahrerraum abzubilden, wobei ggf. Übertragungsstrecken mit Lichtwellenleitern zwischengeschaltet sein könnten.
Die erfindungsgemäßen Abbildungsmittel können unabhängig von ihrer konkreten Ausgestaltung (z.B. Videokameras) an verschiedenen Stellen des Fahrzeuges angebracht sein. Vorzugsweise sind sie an der Vorderseite und/oder der Rückseite und/oder im Rückspiegel des Fahrzeugs angeordnet. Die Anordnung an der Rückseite kommt vor allem beim Rückwärtsfahren zum Tragen, während mit der Anordnung im Rückspiegel der "tote Winkel" vermieden werden kann.
Die Abbildungsmittel können in der Karosserie oder z. B. in den Stoßfängern, Stoßstangen, Front- und Heckschürzen oder Spoilern untergebracht sein.
Besonders bevorzugt sind sie indes in den Scheinwerfern integriert. Letztere befinden sich aufgrund ihrer Ausleuchtungs-Funktion bereits an einer Stelle, von der aus der zu überwachende Raum vollständig einsehbar ist. Eine nahezu identische Position von Scheinwerfer und Kamera führt dabei auch dazu, daß das Scheinwerferlicht optimal der Abbildung zugute kommt, ohne daß die Lichtquelle selbst stört oder Schatten wirft. Zudem sind die Abbildungsmittel im Inneren des Scheinwerfers gut vor Umwelteinflüssen geschützt. Dies gilt insbesondere für die empfindliche Optik, welche vom Scheinwerferglas abgedeckt ist. Eventuell vorhandene Scheinwerfer-Scheibenwischer können dabei gleichzeitig die Abbildungsoptik reinigen.
Weiterhin kann auch die Optik der Abbildungsmittel ganz oder teilweise durch das Scheinwerferglas gebildet werden. Hierdurch läßt sich ein besonders hoher Integrationsgrad und eine kompakte Unterbringung der Abbildungsmittel erreichen. Zusätzlich können die elektrischen Leitungen für Licht und die Abbildungsmittel in einem Kabelstrang verlaufen.
Die erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtungen können unabhängig von ihrer konkreten Ausgestaltung (Monitore, Mattscheiben etc.) an verschiedenen Stellen angeordnet sein, die entweder vom Fahrer ständig und ohne Kopfdrehung einsehbar sind oder die erst bei besonderen Manövern, insbesondere beim Rückwärtsfahren eingesehen werden. Zu den ständig einsehbaren Stellen gehört insbesondere das Armaturenbrett, aber auch die innen und außen vorhandenen Spiegel. Die Anordnung in den Spie-
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ge hat den Vorteil, daß der Fahrer es gewohnt ist, an diesen Stellen die Abbildung des entsprechenden Raumes vorzufinden. Denkbar ist es auch, bereits vorhandene Anzeigemöglichkeiten wie z.B. das Radiodisplay auszunutzen. Zumindest kann in letzterem die zusätzlich ermittelte Information wie Abstand und Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge angezeigt werden.
Zu den nur mit einer Kopfdrehung vom Fahrer einsehbaren Bereichen gehört insbesondere das Heck des Fahrzeugs. An dieser Stelle werden vorzugsweise die Anzeigen des rückwärtigen Raumes hinter dem Fahrzeug angeordnet, so daß der Fahrer beim Rückwärtsfahren in gewohnter Weise durch die Rückscheibe direkt den Rückraum einsehen kann und zusätzlich eine Abbildung des von der Karosserie verdeckten Raumes erhält.
Die Anzeigevorrichtungen müssen nicht fest mit einem bestimmten Abbildungsmittel verknüpft sein. Vielmehr ist es denkbar, auf einer Anzeigevorrichtung nacheinander Abbildungen von verschiedenen Aufnahmeorten darzustellen, wobei die Umschaltung in einem automatischen Rhythmus, manuell wählbar oder situationsabhängig (z.B. bei Einschalten des Blinkers oder des Rückwärtsganges) erfolgen kann.
Ferner ist es bevorzugt, daß die Abbildungsmittel nicht starr, sondern in Orientierung, Brennweite und Scharfeinstellung veränderbar sind. Auf diese Weise kann von einer Kamera aus je nach Situation ein anderer Raum optimal beobachtet werden, indem die Ausrichtung der Kamera, das Sehfeld (Brennweite) und/oder die Scharfeinstellung geändert werden.
Die Veränderbarkeit der Brennweite (Zoom) und Schärfe kann weiterhin dazu ausgenutzt werden, den Abstand anderer - insbesondere vorausfah-
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render - Fahrzeuge zu bestimmen. Dies geschieht vorzugsweise über ein Autofokus-Verfahren, wie es z.B. von Fotoapparaten bekannt ist. Auch sind Algorithmen denkbar, die aufgrund der Schärfe des aufgenommenen Bildes oder mehrerer aufgenommener Bilder die Entfernung zum anderen Fahrzeug bestimmen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Überwachung von vom Fahrer nicht direkt oder über einen Spiegel einsehbaren Räumen um ein Fahrzeug herum, bei dem zunächst in bekannter Weise ein Bild des zu überwachenden Raumes erzeugt wird. Dieses Bild wird dann weitergeleitet und auf mindestens einer Anzeigevorrichtung im vom Fahrer einsehbaren Bereich dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik die gleichen Vorteile auf wie das oben erläuterte Überwachungssystem. Bei ihm wird aus dem Bild nicht eine in der Regel mangelhafte Information extrahiert, sondern dem Fahrer wird ein komplettes Abbild des zu überwachenden Raumes in seinem normalen Blickfeld angeboten. Daher kann die menschliche Bildverarbeitung ausgenutzt werden, die bisher bekannte automatische Verfahren an Leistungsfähigkeit und Sicherheit übertrifft. Damit ist gleichzeitig sichergestellt, daß keine relevante Information von einem automatischen System verkannt und damit unterdrückt wird.
Eine Aufbereitung des Bildes und eine Informationextraktion kann indes zusätzlich zur Darstellung auf der Anzeigevorrichtung erfolgen, so daß die Sicherheit der vollständigen Bilddarstellung mit dem Service der angebotenen Information gekoppelt wird. Insbesondere kann eine Filterung, Konturenschärfung, Mustererkennung, Abstandsmessung von erfaßten Objekten und/oder eine Ausblendung von Störquellen erfolgen. Hierfür
können aus der digitalen Bildverarbeitung hinlänglich bekannte Algorithmen eingesetzt werden.
Die mit den genannten Verfahren aus dem Bild ermittelten Daten können im einfachsten Fall dem Fahrer angezeigt werden. Dies kann auf derselben Anzeigevorrichtung zusammen mit dem Bild geschehen, oder aber auf einem getrennten Display (z.B. Radiodisplay). Neben einer rein optischen Anzeige ist auch eine akustische Darstellung der Daten denkbar, wobei vorzugsweise ein Warnsignal zum Hinweis auf gefährliche Situationen (z.B. zu geringer Abstand für eigene/fremde Geschwindigkeit) möglich ist.
Weiterhin kann aufgrund der ermittelten Daten auch direkt in die Steuerung des Fahrzeugs eingegriffen werden, z.B. durch Brems- oder Lenkmanöver bzw. -korrekturen. Mit ausreichender Rechenleistung ist es auch möglich, die Position des Fahrzeugs auf der Fahrbahn bzw. relativ zum Fahrbahnrand zu bestimmen. Dann kann der Fahrer vor einem Abkommen von der Fahrbahn gewarnt werden, oder das System kann das Fahrzeug über eine Kopplung an die Lenkverstellung selbständig auf der Fahrbahn halten.
Schließlich kann die Detektion bestimmter Bedingungen aus den Bilddaten auch zu einer Änderung des Verfahrens zur Überwachung führen. Hierbei ist vor allem an eine Verstellung von Schärfe, Ausrichtung oder Brennweite der bildgebenden Optik zu denken.
Das erfindungsgemäße Verfahren sollte insbesondere mindestens zwei Arbeitsmodi unterscheiden können, nämlich zum einen eine Parkraumüberwachung, in der das optische Bild - vorzugsweise durch Weitwinkeleinstellung der Optik - aus dem Nahbereich des Fahrzeuges gewonnen
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wird, und zum anderen eine Fahrbahnüberwachung, in der das optische Bild - vorzugsweise durch Tele-Einstellung der Optik - aus dem Fernbereich des Fahrzeuges gewonnen wird. Durch eine derartige Unterscheidung von Betriebszuständen ist es möglich, das Abbildungsverfahren an die jeweilige Situation optimal anzupassen. Zu diesem Zweck werden im allgemeinen Situationen ausgewählt, die nicht gleichzeitig auftreten, wie es z.B. für die erwähnte Parkraumüberwachung und die Fahrbahnüberwachung der Fall ist.
Bei der Parkraumüberwachung und gleichzeitiger Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges wird vorzugsweise das gewonnene Bild im Heckbereich des Fahrzeuges dargestellt, da der Fahrer in der Regel sich ohnehin nach hinten wenden wird, um den Rückraum soweit wie möglich direkt einzusehen. Da eine derartige Anzeige im Heckbereich nicht immer benötigt wird, wird sie vorzugsweise erst bei Einlegen des Rückwärtsganges aktiviert und ansonsten abgeschaltet.
Bei der geschilderten Fahrbahnüberwachung erfolgt vorzugsweise gleichzeitig eine Bestimmung des Abstandes und/oder der Geschwindigkeit von im Bild befindlichen Objekten. Derartige zusätzliche Informationen sind vor allem beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit und beim Kolonnenfahren wertvoll, wenn das Abschätzen von Abständen für den Fahrer einerseits erschwert, andererseits aber besonders wichtig ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild des Überwachungssystems im Auto. Figur 2 zeigt ein variables Objektiv im Autoscheinwerfer. Figur 3 zeigt ein System mit Lichtwellenleiter und Mattscheibe.
In Figur 1 sind gestrichelt die Umrisse einer Autokarosserie angedeutet. In allen vier Scheinwerfern 5 sind als Abbildungssysteme Videokameras 1 a angeordnet. Im Rückscheinwerfer sind daneben auch Objektive 1 b vorhanden, die mit Lichtwellenleitern 2b und einer Mattscheibe 3e im Heck des Autos verbunden sind. Aus Kostengründen kann auch nur eines der beiden Systeme (Videokamera, Lichtwellenleiter) verwendet werden. Das rein passive, verstärkungslose System aus Objektiv 1 b, Lichtwellenleitern 2b und Mattscheibe 3e eignet sich dabei insbesondere für kurze Distanzen wie von den Rückscheinwerfern oder Heck des Fahrzeugs bis zum Fahrgastinnenraum.
Die Anordnung der Kameras bzw. Objektive in den Scheinwerfern ist vorteilhaft, da sie dort gut geschützt sind sowie ein optimales und bei Dunkelheit gut ausgeleuchtetes Blickfeld haben.
Von den Videokameras führen Videosignalleitungen 2a zu einer zentralen Recheneinheit 4 (Mikroprozessor μC). Dort kann eine Bildverarbeitung und -Verstärkung erfolgen, insbesondere eine Filterung, Konturenschär- fung, Mustererkennung, Abstands- und Geschwindigkeitsmessung von erfaßten Objekten und/oder eine Ausblendung von Störquellen wie z.B. Blendlicht.
Das von den Videokameras 1a aufgenommene Bild sowie ggf. die in der Recheneinheit 4 extrahierten Informationen werden dann an verschiedene Anzeigevorrichtungen weitergeleitet, insbesondere ein Display 3a im Armaturenbrett und ein Display 3d im Heck (Hutablage), an das Radiodisplay 3b sowie an Anzeigen im Innenspiegel 3c und in den äußeren Rückspiegeln 7. Hierbei handelt es sich um eine beispielhaft vollständige Ausstattung mit Anzeigen, wobei aus Kostengründen in der Regel eine Beschränkung auf ein oder wenige Displays erfolgen wird. In den Spiegeln
3c, 7 können nicht nur Displays angeordnet sein, sondern hier können sich auch Kameras befinden (nicht dargestellt), die vom Spiegel nicht erfaßte Räume abdecken.
Figur 2 zeigt eine Videokamera 1 a, die in den Autoscheinwerfer 5 integriert ist. Vor der Kamera 1a ist ein motorverstellbares Objektiv 8 angeordnet. Die Brennweitenverstellung kann von einem Weitwinkelbereich 9a bis zu einem Telebereich 9b erfolgen. Mit dem Weitwinkelbereich 9a kann vor allem der Nahbereich um das Fahrzeug beobachtet werden, was beim Einparken wichtig ist. Die Teleeinstellung dient dagegen dazu, während der Fahrt den Fernbereich zu überwachen. Die Brennweiten- und Schärfenverstellung kann auch dazu ausgenutzt werden, mit einem Autofokus- Verfahren Abstände zu anderen Fahrzeugen zu bestimmen. Hierzu können ferner als Hilfsmittel Radar-, Ultraschall- und/oder Infrarot-Meßverfahren zum Einsatz kommen.
Weiterhin zeigt Figur 2 als Besonderheit, daß ein Teil des Scheinwerferglases als Linse 6 ausgebildet und in die Optik des Objektives integriert ist. Hierdurch wird eine kompaktere Bauweise möglich (unter Umständen genügt als Optik sogar die Linse 6), und das Objektiv ist durch das Scheinwerferglas geschützt und wird zusammen mit diesem gereinigt.
Figur 3 zeigt schließlich im Detail ein passives System aus Objektiv 1 b, Lichtwellenleiter 2b und Mattscheibe 3e. Der Lichtwellenleiter bzw. ein ganzes Bündel von Lichtwellenleitern 2b münden in den Front- bzw. Heckscheinwerfer 5 und werden dort mit einer in den Scheinwerfer integrierten Optik, vorzugsweise einer Weitwinkellinse, versehen. Der Durchmesser des Lichtwellenleiters 2b beträgt vorzugsweise weniger als 10 mm. Auf der Wiedergabeseite wird die übertragene Bildinformation nach Vergrößerung durch Linsen auf einer Mattscheibe 3e dargestellt.
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Z.B. bei Fahrzeugen mit kurzem Kofferraum läßt sich die Mattscheibe 3e nach kurzer optischer Übertragungsstrecke gut im Heck des Fahrgastinnenraumes anordnen.
Das Überwachungssystem arbeitet vorzugsweise mit mehreren verschiedenen Betriebszuständen. Insbesondere sollte es möglich sein, eine Parkraumüberwachung und eine Fahrbahnüberwachung zu unterscheiden. Ein möglicher Funktionsablauf ergibt sich aus dem folgenden Schema:
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START
Wahlmöglichkeit:
Parkraumüberwachung Fahrbahnüberwachung
(z.B. v < 5 km/h) (z.B. v > 5 km/h)
Objektivstellung auf Objektivstellung auf kurze Brennweite (Weitwinkel) lange Brennweite (Tele)
Bildaufnahme Bildaufnahme
Entfernungsmessung durch Autofokus
Falls elektronische Filterung des Falls elektronische Filterung des
Bildes nötig / erwünscht: Bildes nötig / erwünscht:
Filterung / Vereinfachung und Filterung / Vereinfachung und
Verbesserung des Bildes Verbesserung des Bildes
Darstellung des Bildes Darstellung des Bildes und der Entfernungsinformation
• Im Armaturenbrett • im Armaturenbrett
• Im Radiodisplay • im Radiodisplay
• Im Innenrückspiegel • im Innenrückspiegel
• Im Außenrückspiegel • im Außenrückspiegel
• Im Fahrzeugheck • im Fahrzeugheck
zurück zum START
Das Display im Fahrzeugheck wird vorzugsweise nur dann aktiviert, wenn der Rückwärtsgang eingelegt ist. Die Wahl zwischen Parkraumüberwachung und Fahrbahnüberwachung kann entweder manuell durch den Fahrer oder automatisch erfolgen, wobei im letzteren Falle die Umschaltung z.B. bei einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit v (z.B. 5 km/h) erfolgt.
Bezugszeichenliste:
1 a Videokamera
1 b Objektiv
2a Videosignalleitung
2b Lichtwellenleiter
3a Display Armaturenbrett
3b Display Radio
3c Display Innenspiegel
3d Display Heck
3e Mattscheibe
4 Recheneinheit (μC)
5 Scheinwerfer
6 Linse
7 Außenrückspiegel
8 Objektiv mit Brennweitenverstellung
Claims
1. System zur Überwachung von vom Fahrer nicht direkt oder über einen Spiegel einsehbaren Räumen um ein Fahrzeug, welches a) Abbildungsmittel (1 ) zur Erzeugung eines Bildes des zu überwachenden Raumes enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es femer enthält b) Übertragungsmittel (2) zur Weiterleitung des Bildes und c) mindestens eine Anzeigevorrichtung (3) zur Darstellung des von den Übertragungsmitteln (2) weitergeleiteten Bildes, welche im vom Fahrer einsehbaren Bereich angeordnet ist.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Abbildungsmittel Videokameras (1 a) eingesetzt werden.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokameras (1a) CCD-Elemente mit einer Auflösung von mindestens 128 mal 128 Pixeln, vorzugsweise mindestens 480 mal 640 Pixeln enthalten.
4. System nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokameras (1a) für sichtbares und/oder infrarotes Licht empfindlich sind.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigevorrichtung ein Monitor (3a,b,c,d), vorzugsweise eine Elektronenstrahlröhre oder eine Flüssigkristall-Anzeige, eingesetzt wird.
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6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel (2a) Vorrichtungen (4) zur elektronischen Bildverarbeitung umfassen, vorzugsweise zur Filterung und Mustererkennung.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbildungsmittel ein Objektiv (1 b) und als Übertragungsmittel ein Lichtwellenleiter (2b) eingesetzt werden.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigevorrichtung eine Mattscheibe (3e) eingesetzt wird.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsmittel (1 ) an der Vorderseite und/oder der Rückseite und/oder im Rückspiegel (7) des Fahrzeugs angeordnet sind.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsmittel (1 ) in die Scheinwerfer (5) integriert sind.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (6) der Abbildungsmittel (1 ) ganz oder teilweise vom Scheinwerferglas gebildet wird.
12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtungen im Armaturenbrett (3a), im Radiodisplay (3b), im Innenspiegel (3c), im Heckbereich des Fahrzeugs (3d,e) und/oder in den Rückspiegeln (7) angeordnet sind.
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13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsmittel (1 ) in Orientierung, Brennweite und Scharfeinstellung veränderbar sind.
14. Verfahren zur Überwachung von vom Fahrer nicht direkt oder über einen Spiegel einsehbaren Räumen um ein Fahrzeug, bei dem a) ein Bild des zu überwachenden Raumes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß b) das Bild weitergeleitet wird und c) auf mindestens einer Anzeigevorrichtung (3) im vom Fahrer einsehbaren Bereich dargestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild vor der Darstellung auf der Anzeigevorrichtung (3) aufbereitet wird, insbesondere durch Filterung, Konturenschärfung, Mustererkennung, Abstandsmessung von erfaßten Objekten und/oder Ausblendung von Störquellen.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Bild ermittelten Daten angezeigt werden und/oder zu Eingriffen in die Steuerung des Fahrzeugs führen und/oder zu einer Änderung des Verfahrens zur Überwachung führen.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens folgende zwei Arbeitsmodi unterscheidet: a) eine Parkraumüberwachung, in der das optische Bild - vorzugsweise durch Weitwinkeleinstellung der Optik - aus dem Nahbereich des Fahrzeuges gewonnen wird,
b) eine Fahrbahnüberwachung, in der das optische Bild - vorzugsweise durch Tele-Einstellung der Optik - aus dem Fernbereich des Fahrzeuges gewonnen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei Parkraumüberwachung (a) und Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges das gewonnene Bild im Heckbereich des Fahrzeuges dargestellt wird, wozu vorzugsweise bei Einlegen des Rückwärtsganges die Anzeigevorrichtung (3d,e) im Heck aktiviert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Fahrbahnüberwachung eine Bestimmung des Abstandes und/oder der Geschwindigkeit von im Bild befindlichen Objekten stattfindet.
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