WO2018010923A1 - Bildsensor für eine kamera - Google Patents

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WO2018010923A1
WO2018010923A1 PCT/EP2017/065197 EP2017065197W WO2018010923A1 WO 2018010923 A1 WO2018010923 A1 WO 2018010923A1 EP 2017065197 W EP2017065197 W EP 2017065197W WO 2018010923 A1 WO2018010923 A1 WO 2018010923A1
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WO
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image sensor
camera
sensor
sensor elements
regions
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/065197
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English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Fritz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
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Publication of WO2018010923A1 publication Critical patent/WO2018010923A1/de

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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
    • H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements

Definitions

  • the invention relates to an image sensor and a camera.
  • the invention describes an image sensor for a camera, in particular a
  • Vehicle camera having sensor elements of at least a first and a second type. These sensor elements are sensitive to radiation in a first or a second spectral range.
  • the two types of sensor elements are arranged in a repeating pattern over the surface of the image sensor.
  • the respective sensor elements sensitive, contiguous areas are formed on the image sensor for different spectral ranges.
  • the essence of the invention lies in the fact that the areas along two mutually perpendicular directions on the surface of the image sensor have different dimensions.
  • the spectral ranges for which the sensor elements are sensitive may differ from one another here, but may well have overlaps.
  • the image sensor can also have sensor elements of a further type, which are sensitive to a wider spectral range.
  • three types of sensor elements can be provided which are sensitive to the colors red, green and blue, or the corresponding spectral ranges. It is also conceivable to use more or fewer sensor elements of different types, for example with
  • the contiguous areas on the sensor can be created either by individual sensor elements or by juxtapositions or groupings of sensor elements that are sensitive to the same spectral ranges.
  • the areas each have different expansions in two mutually perpendicular directions. This means that each area per se has different expansions in two mutually perpendicular directions.
  • the different areas may also differ from one another. The directions in each case relate to this application
  • Directions in the plane of the image sensor and do not relate, for example. To the thickness of the image sensor. When referring to directions of expansion, it is meant the two-dimensional areal extent of the areas on the image sensor. The mutually perpendicular directions are independent of the geometry and orientation of the image sensor. As directions but also, for example, the horizontal or vertical of the image sensor come into consideration.
  • This invention offers the advantage that when recording images distorted by an optical system, for example by stretching or compression, by means of the
  • Image sensor can be made to the optics adapted color scanning of the object.
  • its color scan would correspond to a scan of an undistorted image with a conventional image sensor.
  • the areas are rectangular, in particular not square, formed. Except for the square, the rectangular shape always satisfies the condition of, along two mutually perpendicular directions on the surface of the image sensor,
  • This form is advantageous because it is very easy and inexpensive to implement.
  • the sensor elements are rectangular, in particular not square, formed.
  • the areas can already by one
  • Sensor element are formed, since this already meets the condition of, along two mutually perpendicular directions on the surface of the image sensor, different extents of the areas.
  • a rectangular shape of the sensor elements can also be implemented very easily manufacturing technology.
  • the different expansion of the areas by at least two directly adjacent to each other arises
  • This embodiment offers the advantage that conventional image sensors with square sensor elements can be used. Only the color mask needs to be adjusted so that the desired extent of the areas arises.
  • the shape of the regions may generally take any shape as long as the extensions are different from each other in two mutually perpendicular directions. If optics are used which produce more complex distortions of the object to be imaged, an optimal color scan of these distorted imaged objects can be ensured in this way. It is also conceivable that the expansion of the areas by several rectangular, not square
  • Directly adjacent sensor elements are sensor elements which are directly adjacent to the image sensor, between which there is thus no further sensor element.
  • Contiguous areas are either the photosensitive areas of individual sensor elements or mergers of directly consecutive / adjacent ones
  • the areas are considered contiguous even if due the image sensor assembly small gaps between adjacent, sensitive to the same spectral range sensor elements are present.
  • the sensor elements are formed by photodiodes which are covered with color filters of selective transmission.
  • This embodiment offers the advantage that the image sensors can be manufactured inexpensively, since known technologies are used.
  • photodiodes which can be active in particular in the entire visible to the human eye spectral range
  • the areas can be realized inexpensively and easily by different arrangements of the color filter.
  • the photodiodes are sensitive to further spectral ranges, for example for the ultraviolet or infrared spectral range.
  • the sensor elements of the first type could have a permeable filter
  • the sensor elements of the second type could have a red-permeable filter
  • sensor elements of a third type could have a blue-transparent filter.
  • a camera in particular for a vehicle claimed.
  • This has an image sensor and a camera optics for imaging a detection area on the image sensor.
  • the camera optics has an optical element by means of which the detection region is imaged stretched or compressed on the image sensor at least along one direction on the surface of the image sensor.
  • Detection area on the image sensor meant.
  • Image sensor Is the image sensor, for example, designed square and the optical element If the image is compressed by a factor of 2 along the horizontal line of the image sensor, a picture that is twice as wide as it is high can be recorded. With one to this
  • Distortion adapted image sensor can be derived from this afterwards a realistic image of the undistorted environment.
  • the optical element is designed such that an extension or compression takes place by a factor greater than or equal to two, wherein the factors are in particular integer.
  • This embodiment offers the advantage that areas of the environment can be detected with very large differences in length and width. For example, very large angular ranges can be covered in this way in the vehicle. If, for example, the vertical angle range to be recorded is 75 ° and the horizontal angle range is 150 °, this area of the surroundings can be imaged on a square image sensor, if the environment is compressed by a factor of 2 in width when imaging the image sensor by means of the optical element ,
  • the optical element is designed as a mirror and / or optics, mirror optics or anamorphic optics.
  • Suitable anamorphic optical elements are, for example, lenses, mirrors or diaphragms.
  • this includes the
  • Spectral ranges sensitive, contiguous areas on the image sensor can be detected such that, with respect to two perpendicular directions on the image sensor, symmetrical spectral scanning of the non-distorted detection range is carried out.
  • the extension or compression of the imaged by the camera optics on the image sensor corresponds
  • Detection range substantially the ratio of the dimensions of the areas along two mutually perpendicular directions on the surface of the image sensor or the reciprocal of this ratio.
  • This embodiment of the invention offers the advantage that the distortion by the optical element counteracts a correspondingly adapted configuration of the regions on the image sensor. This makes it possible at a later
  • Equalization of the image for example, by a corresponding image processing by means of software designed to obtain a spectral resolution corresponding to a spectral resolution of an undistorted image, which was recorded with a conventional camera. If the image is compressed, for example, in the horizontal direction, then the regions are also compressed in this direction or stretched in the vertical direction. If they are also compressed, there will be no deterioration in the overall resolution. In a stretch, the resolution is adjusted so that only the spectral scan is optimally adapted to the distorted image. Whether the ratio or the reciprocal value is used depends on the term choice. If the image is compressed in only one direction, then one of the mutually perpendicular directions corresponds to the compression or extension direction.
  • the ratio does not have to match exactly with the extension or compression. This applies above all to the area of the entire image sensor. It is also conceivable that the ratio and the compression or extension correspond only to partial areas on the image sensor. Due to imprecise optics and aberrations, usually no identical imaging in the entire imaging range can be guaranteed.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the image sensor.
  • FIG. 2 shows an exemplary arrangement of the camera.
  • FIG. 3 shows the utilization of an imaging region of an optical system in the case of FIG.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of the image sensor.
  • square object 204 is imaged via a mirror 202 and an optic 203 on an image sensor 101.
  • the object 204 is distorted by the mirror, as a result of which a correspondingly distorted image 205 of the object 204 is formed on the image sensor 201.
  • the image 205 is stretched by the mirror 202 in the vertical direction, or compressed in the horizontal direction.
  • the factor by which the image 205 is stretched is two in this embodiment. Since the stretching in the vertical direction simultaneously corresponds to a compression in the horizontal direction, a substantially wider object 204 can be imaged in its full height and width by means of this camera than with a conventional camera.
  • a special image sensor 101 is used. This one has several
  • the sensor elements 102, 103, 104 consist of photodiodes on which a color filter is attached. Consequently, the sensor elements 102, 103, 104 are radiation of different wavelengths / spectral ranges sensitive.
  • the image sensor 101 is characterized in that the contiguous regions 102, 103, 104, which are sensitive to the different spectral regions, have different expansions in the vertical and horizontal directions.
  • the areas 102, 103, 104 are in this case by the
  • Sensor elements 402, 403, 404 formed, which are designed here rectangular. In this case, the regions 102, 103, 104 and consequently also the sensor elements 402, 403, 404 are twice as wide as they are wide.
  • the regions 102, 103, 104 are different from those of FIG.
  • Sensor elements 402, 403, 404 are square in this case.
  • the contiguous regions 102, 103, 104 are each formed by two square sensor elements 402, 403, 404, which are arranged directly one behind the other, or directly adjoin one another.
  • the dimensions of the regions 102, 103, 104 result in a scan of the stretched or compressed image
  • Detection range adapted sampling done. In a rescaling of the image detected by the image sensor 101, the color scan of the image would correspond to an undistorted, neither compressed nor stretched image.
  • FIG. 3 again illustrates the advantage of the image sensor 101 according to the invention and the camera.
  • these imaging areas there are three image sensors 301, 311, 321 arranged with different formats. The wider a picture should be in comparison to its height, the larger the unused area 302, 312, 322 of the

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Bildsensor (101) für eine Kamera, insbesondere eine Fahrzeugkamera, welcher Sensorelemente (402, 402, 404) wenigstens einer ersten und einer zweiten Art aufweist. Diese Sensorelemente (402, 402, 404) sind auf Strahlung in einem ersten bzw. einem zweiten Spektralbereich empfindlich. Hierbei sind die zwei Arten von Sensorelementen (402, 402, 404) in sich wiederholendem Muster über die Fläche des Bildsensors (101) angeordnet. Durch die die jeweiligen Sensorelemente (402, 402, 404) werden für unterschiedliche Spektralbereiche empfindliche, zusammenhängende Bereiche (102, 103, 104) auf dem Bildsensor (101) gebildet. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die Bereiche (102, 103, 104) entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen auf der Fläche des Bildsensors (101) unterschiedliche Ausdehnungen aufweisen.

Description

Beschreibung Titel
Bildsensor für eine Kamera Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Bildsensor und eine Kamera.
In der DE2608998A1 wird eine Bildsensoranordnung mit unterschiedlichen
Sensorelementen beschrieben. Diese sind für unterschiedliche Spektralbereiche empfindlich und in sich wiederholendem Muster angeordnet.
Im Stand der Technik ist üblich, Bilder mittels quadratischer Sensorelemente zu erfassen. Zudem werden Bilder meist maßstabsgerecht auf Bildsensoren abgebildet, sodass keine Verzerrungen entstehen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung beschreibt einen Bildsensor für eine Kamera, insbesondere eine
Fahrzeugkamera, welcher Sensorelemente wenigstens einer ersten und einer zweiten Art aufweist. Diese Sensorelemente sind auf Strahlung in einem ersten bzw. einem zweiten Spektralbereich empfindlich. Hierbei sind die zwei Arten von Sensorelementen in sich wiederholendem Muster über die Fläche des Bildsensors angeordnet. Durch die die jeweiligen Sensorelemente werden für unterschiedliche Spektralbereiche empfindliche, zusammenhängende Bereiche auf dem Bildsensor gebildet. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die Bereiche entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen auf der Fläche des Bildsensors unterschiedliche Ausdehnungen aufweisen. Die Spektralbereiche, für welche die Sensorelemente empfindlich sind, können sich hierbei voneinander unterscheiden, jedoch durchaus Überdeckungen aufweisen. Der Bildsensor kann auch Sensorelemente einer weiteren Art aufweisen, welche für einen weiteren Spektralbereich empfindlich sind. Insbesondere können drei Arten von Sensorelementen vorgesehen sein, die jeweils für die Farben rot, grün und blau, bzw. die entsprechenden Spektralbereiche empfindlich sind. Es ist auch denkbar mehr oder weniger Sensorelemente unterschiedlicher Arten zu verwenden, bspw. mit
Sensorelemente, welche auf die Farben grün, smaragdgrün, blau und rot empfindlich sind. Die zusammenhängenden Bereiche auf dem Sensor können entweder durch einzelne Sensorelemente oder durch Aneinanderreihungen oder Gruppierungen von Sensorelementen, welche für die gleichen Spektralbereiche empfindlich sind, entstehen. Die Bereiche weisen jeweils in zwei zueinander senkrechten Richtungen unterschiedliche Ausdehnungen auf. Das bedeutet, dass jeder Bereich an sich unterschiedliche Ausdehnungen in jeweils zwei zueinander senkrechte Richtungen aufweist. Die verschiedenen Bereiche können sich zudem auch untereinander unterscheiden Die Richtungen beziehen sich in dieser Anmeldung jeweils auf
Richtungen in der Ebene des Bildsensors und beziehen sich nicht bspw. auf die Dicke des Bildsensors. Wenn von Richtungen der Ausdehnung die Rede ist, ist die zweidimensionale flächige Ausdehnung der Bereiche auf dem Bildsensor gemeint. Die zueinander senkrechten Richtungen sind von der Geometrie und der Ausrichtung des Bildsensors unabhängig. Als Richtungen kommen aber auch bspw. die Horizontale oder Vertikale des Bildsensors in Betracht.
Diese Erfindung bietet den Vorteil, dass bei einer Aufnahme von durch eine Optik verzerrten Bildern, bspw. durch eine Streckung oder Stauchung, mittels des
Bildsensors eine an die Optik angepasste farbliche Abtastung des Gegenstands erfolgen kann. Bei einer Rückrechnung auf den unverzerrten Gegenstand entspräche dessen farbliche Abtastung folglich einer Abtastung eines unverzerrten Bildes mit einem herkömmlichen Bildsensor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Bereiche rechteckig, insbesondere nicht quadratisch, ausgebildet. Bis auf das Quadrat erfüllt die rechteckige Form immer die Bedingung der, entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen auf der Fläche des Bildsensors,
unterschiedlichen Ausdehnungen der Bereiche. Diese Form ist deshalb von Vorteil, da sich sehr leicht und kostengünstig umzusetzen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Sensorelemente rechteckig, insbesondere nicht quadratisch, ausgebildet.
In dieser Ausführungsform können die Bereiche schon durch jeweils ein
Sensorelement gebildet werden, da dieses bereits die Bedingung der, entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen auf der Fläche des Bildsensors, unterschiedlichen Ausdehnungen der Bereiche erfüllt. Eine rechteckige Form der Sensorelemente lässt sich zudem sehr einfach herstellungstechnisch umsetzen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung entsteht die unterschiedliche Ausdehnung der Bereiche durch wenigstens zwei direkt aneinandergrenzende
Sensorelemente, welche für den gleichen Spektralbereich empfindlich sind.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass herkömmliche Bildsensoren mit quadratischen Sensorelementen eingesetzt werden können. Lediglich die Farbmaske muss angepasst werden, sodass die gewünschte Ausdehnung der Bereiche entsteht. Die Form der Bereiche kann generell jede beliebige Form annehmen, so lange sich die Ausdehnungen in zwei zueinander senkrechte Richtungen voneinander unterscheiden. Falls Optiken eingesetzt werden, die komplexere Verzerrungen des abzubildenden Gegenstands erzeugen, kann auf diese Weise eine optimale farbliche Abtastung dieser verzerrt abgebildeten Gegenstände gewährleistet werden. Es ist auch denkbar, dass die Ausdehnung der Bereiche durch mehrere rechteckige, nicht quadratische
Sensorelemente entsteht. Unter direkt aneinandergrenzende Sensorelemente werden Sensorelemente verstanden, die auf dem Bildsensor direkt benachbart sind, zwischen denen sich also kein weiteres Sensorelement befindet. Unter zusammenhängenden Bereichen werden entweder die lichtempfindlichen Flächen einzelner Sensorelemente oder Zusammenschlüsse von direkt aufeinanderfolgenden / benachbarten
Sensorelementen verstanden, die für den gleichen Spektralbereich empfindlich sind. Die Bereiche sind auch dann als zusammenhängend zu betrachten, wenn aufgrund des Bildsensoraufbaus kleine Lücken zwischen benachbarten, für den gleichen Spektralbereich empfindlichen Sensorelementen vorhanden sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Sensorelemente durch Fotodioden gebildet, die mit Farbfiltern selektiver Durchlässigkeit bedeckt sind.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Bildsensoren kostengünstig hergestellt werden können, da bekannte Technologien zum Einsatz kommen. Durch die Verwendung von Fotodioden, welche insbesondere im gesamten für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich aktiv sein können, können die Bereiche kostengünstig und unkompliziert durch unterschiedliche Anordnungen der Farbfilter realisiert werden. Für unterschiedliche Ausdehnungen der Bereiche müssen in diesen Fall keine Sensorelemente ausgetauscht, sondern lediglich die Farbfilter verändert werden. Es ist auch denkbar, dass die Fotodioden für weitere Spektralbereiche empfindlich sind, beispielsweise für den ultravioletten oder infraroten Spektralbereich. Bspw. könnten die Sensorelemente der ersten Art ein gründurchlässiges Filter, die Sensorelemente der zweiten Art ein rotdurchlässiges Filter und Sensorelemente einer dritten Art ein blaudurchlässiges Filter aufweisen.
Zudem wird eine Kamera, insbesondere für ein Fahrzeug, beansprucht. Diese weist einen Bildsensor und eine Kameraoptik zur Abbildung eines Erfassungsbereichs auf dem Bildsensor auf. Zudem weist die Kameraoptik ein optisches Element auf, mittels welchem der Erfassungsbereich wenigstens entlang einer Richtung auf der Fläche des Bildsensors gestreckt oder gestaucht auf dem Bildsensor abgebildet wird.
Unter Strecken oder Stauchen wird hierbei verstanden, dass der Erfassungsbereich in unterschiedliche Richtungen unterschiedlich stark gestreckt oder gestaucht wird. Es ist keine in alle Richtungen gleichmäßige Vergrößerung oder Verkleinerung des
Erfassungsbereichs auf dem Bildsensor gemeint.
Mittels dieser Kamera ist es möglich, für relevant erachtete Bereiche der Umgebung aufzuzeichnen, unabhängig von der Form oder den Seitenverhältnissen des
Bildsensors. Ist der Bildsensor bspw. quadratisch ausgelegt und das optische Element staucht das Bild entlang der Horizontalen des Bildsensor um den Faktor 2, so kann ein doppelt so breites wie hohes Bild aufgezeichnet werden. Mit einem an diese
Verzerrung angepasstem Bildsensor lässt sich hieraus im Nachhinein ein realistische Bild der unverzerrten Umgebung ermitteln.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das optische Element derart ausgebildet, dass eine Streckung oder Stauchung um einen Faktor größer oder gleich zwei erfolgt, wobei die Faktoren insbesondere ganzzahlig sind.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Bereiche der Umgebung mit sehr großen Unterschieden in Länge und Breite erfassbar sind. Beispielsweise können auf diese Weise im Fahrzeug sehr große Winkelbereiche abgedeckt werden. Beträgt bspw. der aufzuzeichnende vertikale Winkelbereich 75° und der horizontale Winkelbereich 150°, lässt sich dieser Bereich der Umgebung auf einem quadratischen Bildsensor abbilden, falls mittels des optischen Elements die Umgebung bei der Abbildung auf den Bildsensor um den Faktor 2 in der Breite gestaucht wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das optische Element als Spiegel und/oder Optik, Spiegeloptik oder anamorphotische Optik ausgebildet.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Element sehr kostengünstig und einfach herzustellen ist. Als anamorphotische Optikelemente kommen beispielsweise Linsen, Spiegel oder Blenden in Betracht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Kamera umfasst diese den
erfindungsgemäßen Bildsensor.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der auf dem Bildsensor gestreckt oder gestaucht abgebildete Erfassungsbereich mittels der für unterschiedliche
Spektralbereiche empfindlichen, zusammenhängenden Bereiche auf dem Bildsensor derart erfassbar ist, dass eine, bezüglich zweier senkrechter Richtungen auf dem Bildsensor, symmetrische spektrale Abtastung des nicht verzerrten Erfassungsbereichs erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entspricht die Streckung oder Stauchung des durch die Kameraoptik auf den Bildsensor abgebildeten
Erfassungsbereichs im Wesentlichen dem Verhältnis der Ausdehnungen der Bereiche entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen auf der Fläche des Bildsensors bzw. dem Kehrwert dieses Verhältnisses.
Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass der Verzerrung durch das optische Element eine entsprechend angepasste Ausgestaltung der Bereiche auf dem Bildsensor entgegengewirkt. Hierdurch ist es möglich, bei einer späteren
Entzerrung des Bildes, beispielsweise durch eine entsprechende Bildverarbeitung mittels einer dafür konzipierten Software, eine spektrale Auflösung zu erhalten, die einer spektralen Auflösung eines unverzerrten Bildes entspricht, welches mit einer herkömmlichen Kamera aufgezeichnet wurde. Wird das Bild bspw. in horizontaler Richtung gestaucht, so werden die Bereiche ebenfalls in dieser Richtung gestaucht oder in vertikaler Richtung gestreckt. Werden sie ebenfalls gestaucht, entsteht keine Verschlechterung der Auflösung insgesamt. Bei einer Streckung wird die Auflösung derart angepasst, dass lediglich die spektrale Abtastung optimal an das verzerrte Bild angepasst wird. Ob das Verhältnis oder der Kehrwert verwendet werden, hängt von der Begriffswahl ab. Wird das Bild nur in eine Richtung gestaucht, so entspricht eine der zueinander senkrecht stehenden Richtungen der Stauch- bzw. Streckrichtung. Im Wesentlichen bedeutet hier, dass das Verhältnis nicht exakt mit der Streckung oder Stauchung übereinstimmen muss. Dies gilt vor allem bezogen auf die Fläche des gesamten Bildsensors. Es ist auch denkbar, dass das Verhältnis und die Stauchung oder Streckung sich nur in Teilbereichen auf dem Bildsensor entsprechen. Aufgrund von unpräzisen Optiken und Abbildungsfehlern, kann meist keine identische Abbildung im gesamten Abbildungsbereich gewährleistet werden.
Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Bildsensors. Figur 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Kamera. Figur 3 zeigt die Ausnutzung eines Abbildungsbereichs einer Optik bei der
Verwendung unterschiedlicher Bildsensoren.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausführung des Bildsensors.
Ausführungsbeispiele
In Fig. 2 ist ein beispielhafter Kameraaufbau für ein Fahrzeug skizziert. Ein
quadratisches Objekt 204 wird über einen Spiegel 202 und eine Optik 203 auf einem Bildsensor 101 abgebildet. Durch den Spiegel wird das Objekt 204 verzerrt, wodurch ein entsprechend verzerrtes Bild 205 des Objekts 204 auf dem Bildsensor 201 entsteht. In diesem Fall wird das Bild 205 durch den Spiegel 202 in vertikaler Richtung gestreckt, bzw. in horizontaler Richtung gestaucht. Der Faktor, um welchen das Bild 205 gestreckt wird, ist in diesem Ausführungsbeispiel zwei. Da die Streckung in vertikaler Richtung gleichzeitig einer Stauchung in horizontaler Richtung entspricht, kann mittels dieser Kamera ein wesentlich breiteres Objekt 204 in seiner vollen Höhe und Breite abgebildet werden, als mit einer herkömmlichen Kamera.
Bei der Verwendung eines herkömmlichen Bildsensors, welcher bspw. aus
quadratischen Sensorelementen und auf diesen angebrachten Farbfiltern, bspw. in Form eines typischen„Bayer- Pattern", aufgebaut ist, würde eine bezüglich der Horizontalen und Vertikalen ungleichmäßige farbliche Abtastung des Objekts 204 auf dem Bildsensor erfolgen, da dieser durch den Spiegel gestreckt wird. Die Abtastung würde zwar auf dem Bildsensor sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung in gleichmäßigen bzw. äquidistanten Abständen erfolgen, allerdings würde der
Gegenstand in horizontaler Richtung nur halb so oft farblich abgetastet wie in vertikaler Richtung.
Um die so entstehende Asymmetrie bei der farblichen Abtastung bzw. die Streckung oder Stauchung des Erfassungsbereichs auf dem Bildsensor 101 auszugleichen, kommt ein spezieller Bildsensor 101 zum Einsatz. Dieser weist mehrere
Sensorelemente 102, 103, 104 auf. Die Sensorelemente 102, 103, 104 bestehen aus Fotodioden, auf weichen ein Farbfilter angebracht ist. Folglich sind die Sensorelemente 102, 103, 104 für Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen / Spektralbereiche empfindlich. In diesem Beispiel besteht der Bildsensor 101 aus Sensorelementen 402, 403, 404, welche für die Farben grün, blau und rot bzw. die entsprechenden spektralen Bereiche empfindlich sind (r = rot, g = grün, b = blau). Wie beim„Bayer- Pattern" weist dieser Bildsensor 101 doppelt so viele grüne Sensorelemente 402 wie jeweils rote Sensorelemente 404 und blaue Sensorelemente 403 auf.
Der Bildsensor 101 zeichnet sich dadurch aus, dass die zusammenhängenden Bereiche 102, 103, 104, welche für die unterschiedlichen Spektralbereiche empfindlich sind, in vertikaler und horizontaler Richtung unterschiedliche Ausdehnungen aufweisen. Die Bereiche 102, 103, 104 werden in diesem Fall durch die
Sensorelemente 402, 403, 404 gebildet, welche hier rechteckig ausgelegt sind. Hierbei sind die Bereiche 102, 103, 104 und folglich auch die Sensorelemente 402, 403, 404 doppelt so hoch wie breit.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel des Bildsensors 101, welcher in Fig. 4 abgebildet ist, unterscheiden sich die Bereiche 102, 103, 104 von den
Sensorelementen 402, 403, 404. Die Sensorelemente 402, 403, 404 sind in diesem Fall quadratisch ausgebildet. Die zusammenhängenden Bereiche 102, 103, 104 werden von jeweils zwei quadratischen Sensorelementen 402, 403, 404 gebildet, die direkt hintereinander angeordnet sind, bzw. direkt aneinander angrenzen.
In beiden Ausführungsbeispielen erfolgt durch die Ausdehnungen der Bereiche 102, 103, 104 eine Abtastung des gestreckt oder gestaucht abgebildeten
Erfassungsbereichs, welche einer Abtastung eines nicht gestreckt oder gestaucht abgebildeten Erfassungsbereichs mittels eines herkömmlichen Bildsensors, mit quadratischen Sensorelementen und klassischem„Bayer- Pattern", entspricht. Folglich kann mittels der Bereiche 102, 103, 104 eine an den tatsächlich abgebildeten
Erfassungsbereich angepasste Abtastung erfolgen. Bei einer Rückskalierung des mittels des Bildsensors 101 erfassten Bildes entspräche die farbliche Abtastung des Bildes einer unverzerrten, weder gestauchten noch gestreckten Aufnahme.
In Figur 3 wird der Vorteil des erfindungsgemäßen Bildsensors 101 und der Kamera noch einmal verdeutlicht. Es sind drei, typischerweise runde Abbildungsbereiche einer Optik dargestellt. In diesen Abbildungsbereichen sind drei Bildsensoren 301, 311, 321 mit unterschiedlichen Formaten angeordnet. Je breiter eine Aufnahme im Vergleich zu Ihrer Höhe sein soll, des größer wird die ungenutzte Fläche 302, 312, 322 der
Abbildungsbereiche, welche von den Bildsensoren 301, 311, 321 nicht erfasst werden. Hierdurch gehen Informationen und Helligkeit verloren. Diese Verluste müssen durch teure Objektive und/oder bessere Sensoren kompensiert werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Kamera ist es nun möglich, in Vergleich zur Breite sehr hohe oder im Vergleich zur Höhe sehr breite Bilder einer Umgebung auf einen quadratischen Bildsensor 321 abzubilden. Dieser nutzt den in den meisten Fällen kreisförmigen oder runden Abbildungsbereich einer Optik optimal aus, wird von einer rechteckigen Form der Bildsensoren ausgegangen. Folglich können die ungenutzten Abbildungsbereiche 322 minimiert werden.
Werden die Bereiche 102, 103, 104 auf der Bildsensorfläche entsprechend der Abbildung durch den Spiegel 202 oder ein vergleichbares optisches Element gestreckt oder gestaucht, lässt sich eine optimale Farbrekonstruktion der unverzerrten
Umgebung gewährleisten.

Claims

Ansprüche
1. Bildsensor 101 für eine Kamera, insbesondere eine Fahrzeugkamera, welcher Sensorelemente 402, 403, 404 wenigstens einer ersten und einer zweiten Art aufweist, welche auf Strahlung in einem ersten bzw. einem zweiten Spektralbereich empfindlich sind, wobei die zwei Arten von Sensorelementen 402, 403, 404 in sich wiederholendem Muster über die Fläche des Bildsensors 101 angeordnet sind und wobei durch die jeweiligen Sensorelemente 402, 403, 404 für unterschiedliche Spektralbereiche empfindliche, zusammenhängende Bereiche 102, 103, 104 auf dem Bildsensor 101 gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche 102, 103, 104 entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen auf der Fläche des Bildsensors 101 unterschiedliche Ausdehnungen aufweisen.
2. Bildsensor 101 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche 102, 103, 104 rechteckig, insbesondere nicht quadratisch, ausgebildet sind.
3. Bildsensor 101 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensorelemente 402, 403, 404 rechteckig, insbesondere nicht quadratisch, ausgebildet sind.
4. Bildsensor 101 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die unterschiedliche Ausdehnung der Bereiche 102, 103, 104 durch wenigstens zwei direkt aneinander angrenzende Sensorelemente 402, 403, 404 entsteht, welche für den gleichen Spektralbereich empfindlich sind.
5. Bildsensor 101 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensorelemente 402, 403, 404 durch Fotodioden gebildet sind, die mit Farbfiltern selektiver Durchlässigkeit bedeckt sind.
6. Kamera, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend einen Bildsensor 101 und eine Kameraoptik zur Abbildung eines Erfassungsbereichs auf dem Bildsensor 101, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraoptik ein optisches Element 202 aufweist, mittels welchem der Erfassungsbereich entlang wenigstens einer Richtung auf der Fläche des Bildsensors 101 gestreckt oder gestaucht auf dem Bildsensor 101 abgebildet wird.
7. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element 202 derart ausgebildet ist, dass eine Streckung oder Stauchung um einen Faktor größer oder gleich zwei erfolgt, insbesondere um ganzzahlige Faktoren.
8. Kamera nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element 202 als gekrümmter Spiegel und/oder anamorphotische Optik ausgebildet ist.
9. Kamera nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen Bildsensor 101 nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
10. Kamera nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckung oder Stauchung des durch die Kameraoptik auf den Bildsensor 101 abgebildeten Erfassungsbereichs im Wesentlichen dem Verhältnis der
Ausdehnungen der Bereiche 102, 103, 104 entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen auf der Fläche des Bildsensors 101 bzw. dem Kehrwert dieses
Verhältnisses entspricht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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EP2833406A1 (de) * 2012-03-28 2015-02-04 FUJIFILM Corporation Abbildungselement und abbildungsvorrichtung

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