Title:
Stereoskopie mittels eines optischen Sensors
Kind Code:
A1
Abstract:

Es werden eine Vorrichtung, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Stereoskopie mittels eines optischen Sensors vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte:
– Lenken von Licht, welches über einen ersten optischen Pfad (11) erhalten wurde, auf einen optischen Sensor (21),
– Lenken von Licht, welches über einen zweiten, zum ersten optischen Pfad parallelen optischen Pfad (12) erhalten wurde, auf den optischen Sensor (21), und
– Unterdrücken eines Einfalls von Licht über den ersten optischen Pfad (11) auf den optischen Sensor (21), während der zweite optische Pfad (12) Licht auf den optischen Sensor (21) leitet.



Inventors:
Rakoczi, Viktor (88090, Immenstaad, DE)
Application Number:
DE102015224940A
Publication Date:
06/14/2017
Filing Date:
12/11/2015
Assignee:
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft, 80809 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102005040335B4N/A2009-07-30
DE102005043411A1N/A2007-03-15
DE19727999A1N/A1999-01-07
DE19538679C2N/A1998-10-08
Claims:
1. Verfahren zur Stereoskopie, insbesondere einer Umgebung eines Fortbewegungsmittels (10), mittels eines optischen Sensors (1) umfassend die Schritte:
– Lenken (100) von Licht, welches über einen ersten optischen Pfad (11) erhalten wurde, auf einen optischen Sensor (1),
– Lenken (200) von Licht, welches über einen zweiten, zum ersten optischen Pfad parallelen optischen Pfad (12) erhalten wurde, auf den optischen Sensor (1), und
– Unterdrücken (300) eines Einfalls von Licht über den ersten optischen Pfad (11) auf den optischen Sensor (1), während der zweite optische Pfad (12) Licht auf den optischen Sensor (1) leitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 weiter umfassend
– Unterdrücken (400) eines Eintrittes von Licht über den zweiten optischen Pfad (12), während der erste optische Pfad (11) Licht auf den optischen Sensor (1) leitet.

3. Vorrichtung zur Stereoskopie, insbesondere einer Umgebung eines Fortbewegungsmittels (10), mittels eines optischen Sensors (1) umfassend
– einen ersten optischen Pfad (11),
– einen zweiten, zum ersten optischen Pfad parallelen optischen Pfad (12),
– einen optischen Sensor (1) und
– eine schaltbare Blende (3, 4, 5, 6, 7), wobei
– die Blende (3, 4, 5, 6, 7) eingerichtet ist,
– einen Einfall von Licht über den ersten optischen Pfad (11) auf den optischen Sensor (1) zu unterdrücken, während der zweite optische Pfad (12) Licht auf den optischen Sensor (1) leitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei
– die Blende (3, 4, 5, 6, 7) eingerichtet ist, einen Einfall von Licht über den zweiten optischen Pfad (12) auf den optischen Sensor (1) zu unterdrücken, während der erste optische Pfad (11) Licht auf den optischen Sensor (1) leitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Blende (4, 5, 6, 7)
– eine erste Einheit umfasst, welche im ersten optischen Pfad (11) angeordnet ist, und
– eine zweite Einheit umfasst, welche im zweiten optischen Pfad (12) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Einheit
– als Verdunklungseinheiten und/oder
– als Shutter ausgestaltet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Blende (3, 6, 7)
– einen beweglichen Spiegel, insbesondere
– ein DMD-Element, umfasst.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei
– die Blende (3) an oder in einem dritten optischen Pfad (13) angeordnet ist, welcher sowohl von Licht, welches über den ersten optischen Pfad (11) erhalten wurde, als auch von Licht, welches über den zweiten optischen Pfad (12) erhalten wurde, auf dem Weg zum optischen Sensor (1) genommen wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei
– der optische Sensor (1) eingerichtet ist,
– mit der Blende (3, 4, 5, 6, 7) synchronisiert betrieben zu werden, und/oder
– erste Informationen (A, C, E, G), welche aufgrund des Lichtes, welches über den ersten optischen Pfad (11) erhalten wurde, anders zu verarbeiten, als zweite Informationen (b, d, f), welche aufgrund des Lichtes, welches über den zweiten optischen Pfad (12) erhalten wurde.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 9, weiter umfassend
– eine optische Bündelungseinheit (17, 19), welche eingerichtet ist, Licht, welches über den ersten optischen Pfad (11) und/oder über den zweiten optischen Pfad (12) der Vorrichtung erhalten wurde, zu bündeln und hierzu insbesondere eine konvexe Linse (17) und eine konkave Linse (19) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die optische Bündelungseinheit (17, 19) als Achromat oder Apochromat, umfassend ein Flintglas und/oder ein Kronglas zur Vermeidung einer chromatischen Abberation, ausgestaltet ist.

12. Fortbewegungsmittel umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 11.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Stereoskopie mittels eines optischen Sensors als Umgebungssensor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine kostengünstige und bauraumoptimierte Lösung zur Stereoskopie für den Einsatz in Fortbewegungsmitteln.

Die Stereoskopie ist die Wiedergabe von Bildern mit einem räumlichen Eindruck von Tiefe, der physikalisch nicht vorhanden ist. Umgangssprachlich wird Stereoskopie fälschlich auch als "3D" bezeichnet, obwohl es sich nur um zweidimensionale Abbildungen (2D) handelt, die einen räumlichen Eindruck vermitteln ("Raumbild"). Normale zweidimensionale Bilder ohne Tiefeneindruck werden als monoskopisch bezeichnet. Das Prinzip beruht immer darauf, dass Menschen – wie alle Primaten – und die meisten Raubtiere durch ihre zwei Augen eine Umgebung gleichzeitig aus zwei Blinkwinkeln betrachten. Dadurch kann ihr Gehirn allen betrachteten Objekten effizient eine Entfernung zuordnen und ein räumliches Bild einer Umgebung gewinnen ("räumliches Sehen"), ohne den Kopf in Bewegung halten zu müssen. Die Stereoskopie befasst sich folglich nur damit, in das linke und rechte Auge jeweils unterschiedliche zweidimensionale Bilder aus zwei leicht abweichenden Betrachtungswinkeln zu bringen. Alle anderen Eigenschaften eines zweidimensionalen Bildes, wie perspektivische Verzerrung in Abhängigkeit von einer unnatürlichen Objektivbrennweite, die Farbe und insbesondere aber auch die beschränkende Standortbindung des Betrachters, bleiben erhalten. Gerade die beiden letzten Eigenschaften dieses Raumbildverfahrens bedingen den erheblichen Unterschied zur Holographie, die sich mit dem Versuch befasst, Objekte vollständig, also dreidimensional (in 3D), aufzuzeichnen und wiederzugeben. Diese und andere Informationen zur Stereoskopie finden sich unter www.wikipedia.org.

Im Fahrzeug wird ein Stereobild üblicherweise erzeugt, indem zwei parallel zueinander versetzte Kameras (um ca. 165 mm parallel zueinander versetzt), die in der Regel im Innenspiegel montiert sind, Bilder einfangen, die dann mit einer Software zusammengeführt werden und den Eindruck von Tiefe vermitteln, die tatsächlich nicht vorhanden ist. Um aus den beiden Einzelbildern ein Gesamtbild zu erzeugen, gibt es mehrere Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind und daher im Rahmen dieser Erfindung nicht mehr diskutiert werden. Ein großer Vorteil von Stereokameras ist das verbesserte Erkennen und Definieren von Personen oder Gegenständen vor dem Fahrzeug. Außerdem können sie auch deren Größe besser einschätzen. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zu den verschärften Sicherheitsbedingungen der Euro NCAP. Konkrete Anwendungen sind Fahrspurerkennung, Verkehrszeichenerkennung, automatisches Bremsen bei Personen auf der Fahrbahn usw. DE 10 2005 040 335 B4, DE 19 727 999 A1 und DE 19 538 679 C2 beschreiben entsprechende Systeme.

Ein großer Nachteil der im Stand der Technik bekannten Systeme besteht jedoch in der Notwendigkeit zweier Kameras (Stereokamera mit zwei Bildsensoren), um die genannten Vorteile erzielen zu können. Dies ist mit hohem Hardware-Aufwand verbunden, der die Kosten erhöht.

Als weiterer Stand der Technik sind Mikrospiegelaktoren (Digital Micromirror Devices, DMD), welche elektromechanische Bauteile sind, mit deren Hilfe sich Licht dynamisch modulieren lässt, zu nennen. Die Mikrospiegelaktoren bestehen in der Regel aus matrixförmig angeordneten Einzelelementen, bei welchen der einzelne Mikrospiegel aus einer verkippbaren spiegelnden Fläche mit einer Kantenlänge von wenigen Mikrometern besteht. Die Mikrospiegel auf einem DMD-Chip besitzen beispielsweise eine Kantenlänge von etwa 16 Mikrometern und sind damit kleiner als ein Fünftel der Breite eines menschlichen Haares. Die Bewegung wird durch die Kraftwirkung elektrostatischer Felder hervorgerufen. Jeder Mikrospiegel lässt sich in seinem Winkel einzeln verstellen und besitzt in der Regel zwei stabile Endzustände, zwischen denen er innerhalb einer Sekunde bis zu fünftausendmal wechseln kann. Diese und weitere Informationen sind www.wikipedia.org zum Thema "Mikrospiegelaktoren" zu entnehmen. Typische Anwendungen dieser Technologie sind DLP-Projektoren und Videowände mit Rückprojektionsbildschirmen, die bspw. Barco Control Rooms GmbH technologisch einsetzt. Außerdem werden sie häufig als Mikroscanner verwendet. Künftig ist auch ein Einsatz in der Gebäude-/Lichttechnik denkbar. Im Automotiv-Bereich ist ihr Einsatz bisher nicht bekannt.

Als weiterer Stand der Technik sind Shutter-3D-Systeme bekannt, welche zum Sehen von 3D-Bildern in Form von Shutter-Brillen (auch LCD-Shutter-Brillen) verwendet werden. Diese speziellen Brillen haben Gläser, die aus zwei Flüssigkristallflächen bestehen (je eine für das linke Auge und eine für das rechte Auge), die elektronisch zwischen durchlässig und undurchlässig umgeschaltet werden können. Damit lässt sich wahlweise das linke oder das rechte Auge abdunkeln. Dazu wird abwechselnd das linke und rechte Bild auf einem Monitor, einem Fernsehgerät oder auf einer Leinwand angezeigt. Von der Brille wird dabei synchron nur das passende Bild zum entsprechenden Auge durchgelassen. Dies ermöglicht ein stereoskopisches Sehen, beispielsweise für die Wiedergabe von 3D-Filmen. Diese und weitere Informationen sind www.wikipedia.org zum Thema "Shutter-3D-System" entnehmbar.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine stereoskopische Abbildung mittels eines verringerten Hardware-Aufwandes und bauraumoptimiert zu ermöglichen.

Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Stereoskopie mittels eines optischen Sensors gelöst. Das Verfahren dient also der Erzeugung mindestens zweier Bilder, welche zur Ermittlung räumlicher Bildinformationen verwendet werden können. Es kann beispielsweise in fortbewegungsmittelbasierten Umfeldsensoriksystemen Verwendung finden. In einem ersten Schritt wird Licht, welches über einen ersten optischen Pfad erhalten wurde, auf einen optischen Sensor gelenkt bzw. geleitet. Zusätzlich wird Licht, welches über einen zweiten optischen Pfad erhalten wurde, welcher zum ersten optischen Pfad parallel angeordnet ist, auf denselben optischen Sensor gelenkt bzw. geleitet. Dadurch, dass die optischen Pfade parallel zueinander angeordnet sind, kann das Licht zwei unterschiedliche optische Perspektiven auf ein und denselben Umfeldbereich bieten. Entsprechend sind diejenigen Informationen im Licht enthalten, welche eine stereoskopische Abbildung des Umfeldes und daher ein Mehr an Informationen bieten. Erfindungsgemäß wird ein Einfall von Licht über den ersten optischen Pfad auf den optischen Sensor unterdrückt, während über den zweiten optischen Pfad Licht auf den optischen Sensor geleitet wird. Beispielsweise kann also Licht zunächst über den ersten optischen Pfad empfangen und auf den optischen Sensor geleitet werden und anschließend zusätzlich Licht über den zweiten optischen Pfad auf den optischen Sensor geleitet werden, während jedoch der Einfall von Licht über den ersten optischen Pfad auf den optischen Sensor verhindert oder zumindest stark abgeschwächt wird, sodass im Wesentlichen die Lichtstrahlen jeweils für sich aufgenommen und analysiert werden können. Gegenüber dem Stand der Technik kann so eine einfache Verfahrensweise zur Erzeugung stereoskopischer Bildinformationen bereitgestellt werden, welche Bauraumaufwand und Hardwarekosten mindert.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Bevorzugt kann ein Eintritt von Licht über den zweiten optischen Pfad unterdrückt werden, während der erste optische Pfad Licht auf den optischen Sensor leitet. Mit anderen Worten kann abwechselnd ein Eintritt von Licht über den ersten bzw. über den zweiten optischen Pfad verhindert werden, um über der Zeit bewegte stereoskopische Bilder zu erhalten. Solche Bilder können beispielsweise vorteilhaft für die Auswertung von Umgebungsinformationen eines Fortbewegungsmittels verwendet werden. Insbesondere können Umgebungsobjekte erkannt und ihre Bewegung und/oder ihre räumliche Erstreckung besser abgeschätzt werden, als dies auf Basis monoskopischer Bildinformationen möglich ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Stereoskopie mittels eines optischen Sensors vorgeschlagen. Die Vorrichtung kann beispielsweise für den automobilen Einsatz oder allgemeiner für die Verwendung in Fortbewegungsmitteln und/oder Arbeitsmaschinen vorgesehen sein. Insbesondere zur Umfeldsensorik können erfindungsgemäß eingesetzte optische Sensoren besser ausgenutzt werden, als dies gemäß dem Stand der Technik möglich ist. Die Vorrichtung umfasst einen ersten optischen Pfad und einen zweiten optischen Pfad, welcher zum ersten optischen Pfad parallel angeordnet ist. Die Vorrichtung kommt mit einem einzigen optischen Sensor aus, obwohl sie nicht auf einen einzigen optischen Sensor beschränkt ist. Eine elektrisch schaltbare Blende ist vorgesehen und eingerichtet, einen Einfall von Licht über den ersten optischen Pfad auf den optischen Sensor zu unterdrücken, während der zweite optische Pfad Licht auf den optischen Sensor leitet. Der optische Sensor kann hierbei senkrecht zur Orientierung des ersten und zweiten optischen Pfades unbewegt bleiben, sodass besonders schnelle Bildwechsel erfolgen können, was die Motiv-Identität über der Zeit erhöht und die Qualität der Abbildung verbessert.

Bevorzugt ist die Blende weiter eingerichtet, einen Einfall von Licht über den zweiten optischen Pfad auf den optischen Sensor zu unterdrücken, während der erste optische Pfad Licht auf den optischen Sensor leitet. Mit anderen Worten ist die Blende eingerichtet, abwechselnd den Einfall von Licht über den ersten bzw. zweiten optischen Pfad zu unterdrücken, um Licht alleinig über den jeweils anderen optischen Pfad auf den optischen Sensor fallen zu lassen. Dies bedingt die Möglichkeit, bewegte Bilder stereoskopisch abzubilden und Fahrerassistenzsysteme mit einer verbesserten Informationsdichte bereitstellen zu können.

Die Blende kann beispielsweise eine erste Einheit umfassen, welche im ersten optischen Pfad angeordnet ist und eine zweite Einheit umfassen, welche im zweiten optischen Pfad angeordnet ist. Die jeweilige Einheit kann eingerichtet sein, das Licht in einem ersten Zustand zu absorbieren und in einem zweiten Zustand passieren zu lassen. Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige Einheit eingerichtet sein, das Licht in einem ersten Zustand zu reflektieren und im zweiten Zustand passieren zu lassen. Alternativ kann die jeweilige Einheit eingerichtet sein, das Licht in einem ersten Zustand in eine solche Richtung abzulenken, in welche es nicht auf den optischen Sensor gelangt und in einem zweiten Zustand in eine solche Richtung abzulenken, in welcher es auf den optischen Sensor gelangt. Die erste Einheit kann als Verdunklungseinheit und/oder als Shutter ausgestaltet sein. Entsprechendes (jedoch nicht notwendigerweise selbiges) gilt für die zweite Einheit.

Die Blende kann einen beweglichen Spiegel aufweisen, welcher beispielsweise als DMD-Chip ausgestaltet sein kann. Dieser kann derart am Beginn eines dritten optischen Pfades angeordnet sein, dass er wahlweise Licht, welches über den ersten optischen Pfad empfangen wurde oder Licht, welches über den zweiten optischen Pfad empfangen wurde, über den dritten optischen Pfad zum optischen Sensor lenkt. Sofern die Blende als beweglicher Spiegel bzw. DMD-Element ausgestaltet ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer einzigen Einheit als Blende vorgesehen sein, wodurch die Kosten für die Fertigung und den Betrieb gesenkt werden können.

Die vorgenannten Elemente können durch Spiegel ergänzt werden, welche beispielsweise im Wesentlichen dem Stand der Technik entsprechen, also unbeweglich sind. Beispielsweise kann der erste optische Pfad durch einen ersten Spiegel abgeschlossen werden, über welchen das eingefallene Licht in Richtung einer einzigen Blende in Form eines beweglichen Spiegels gelenkt wird. Entsprechendes gilt für den zweiten optischen Pfad und einen an dessen Ende angeordneten zweiten herkömmlichen Spiegel. Selbstverständlich können sämtliche andere geeignete Lichtleitmittel verwendet werden, um das über den ersten und zweiten optischen Pfad parallel eingefallene Licht in eine optische Achse zu bringen, welche mit dem dritten optischen Pfad zusammenfällt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise als Innenspiegel für ein Fortbewegungsmittel ausgestaltet sein. In dessen Gehäuse können beispielsweise die Blende, Optik zur Ausbildung des ersten, des zweiten sowie des dritten optischen Pfades und der optische Sensor angeordnet sein. Zur Verbesserung der Bildergebnisse können der optische Sensor und die Blende synchronisiert zueinander sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass der optische Sensor erst dann ein Bild aufnimmt, wenn Licht lediglich über den ersten oder den zweiten optischen Pfad auf den Sensor einfällt. Anschließend kann der optische Sensor vor einem Umschalten der Blende(n) deaktiviert werden und erst im Ansprechen auf ein erfolgreiches und vor allem vollständiges Umschalten der Blende erneut zur Aufnahme eines Bildes eingerichtet werden.

Der optische Sensor kann weiter eingerichtet sein, erste Informationen, welche aufgrund des Lichtes, das über den ersten optischen Pfad erhalten wurde, anders zu verarbeiten (z. B. zu kodieren oder zu kennzeichnen) als zweite Informationen, welche aufgrund des Lichtes, das über den zweiten optischen Pfad erhalten wurden. Mit anderen Worten kann der optische Sensor dafür Sorge tragen, dass die von ihm abgegebenen Bildinformationen dem ersten optischen Pfad oder dem zweiten optischen Pfad eindeutig zugeordnet werden können. Dies vereinfacht eine Erstellung eines stereoskopischen Abbildes bzw. die Nutzung der stereoskopischen Informationen zur Objekterkennung.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches eine Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Das Fortbewegungsmittel kann beispielsweise ein Motorrad, ein Pkw, ein Transporter, ein Lkw, ein Luft- und/oder Wasserfahrzeug sein. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen derart ersichtlich denjenigen, welche in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt worden sind, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht auf Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels;

2 eine Prinzipskizze zu möglichen Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

3 eine Prinzipskizze zu im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbaren optischen Einheiten;

4 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und

5 eine Prinzipskizze zu der erfindungsgemäßen Schachtelung von Bildinformationen zur erfindungsgemäßen Stereoskopie.

1 zeigt einen Pkw 10 als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels, in welchem eine Frontkamera 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, welche mit einem elektronischen Steuergerät 2 zur Auswertung stereoskopischer Umgebungsinformationen informationstechnisch verbunden ist. Die Frontkamera 1 sowie das elektronische Steuergerät 2 können als Bestandteile eines Fahrerassistenzsystems ausgeführt sein, mittels dessen Umgebungsinformationen ausgewertet und/oder aufbereitet und/oder zur Anzeige von Informationen für den Fahrer und/oder zur Einleitung automatischer Maßnahmen verwendet werden.

2 zeigt mögliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, in welcher unterschiedliche Möglichkeiten zur erfindungsgemäßen Leitung von Lichtstrahlen, welche jeweils über einen ersten optischen Pfad 11 und einen zweiten optischen Pfad 12 empfangen wurden, über einen dritten optischen Pfad 13 zu einem optischen Sensor 21 zu leiten, veranschaulicht werden. Ein erster Spiegel 6 und ein zweiter Spiegel 7 sind eingerichtet, Licht von dem ersten optischen Pfad 11 auf einen vierten optischen Pfad 14 bzw. Licht vom zweiten optischen Pfad 12 auf einen fünften optischen Pfad 15 zu leiten. Über den vierten bzw. fünften optischen Pfad gelangt das Licht auf ein DMD-Element 3 als Ausführungsform einer erfindungsgemäß verwendbaren Blende, welche von einem elektronischen Steuergerät 2 angesteuert und mit dem optischen Sensor 21 zeitlich synchronisiert geschaltet wird.

Alternativ oder zusätzlich können der erste Spiegel 6 und der zweite Spiegel 7 ebenfalls als geschaltete Blenden (z.B. nach Art eines DMD-Elementes 3) eingerichtet sein, in einem jeweiligen ersten Zeitschlitz Licht, welches über den ersten optischen Pfad 11 eingefallen ist, nicht auf das DMD-Element 3 zu leiten bzw. in einem zweiten Zeitschlitz Licht, welches über den zweiten optischen Pfad 12 eingefallen ist, nicht auf das DMD-Element 3 zu leiten, um jeweils lediglich Licht, welches über einen der optischen Pfade 11, 12 eingefallen ist, auf den optischen Sensor 21 einfallen zu lassen und einer gesonderten Analyse zuzuführen.

Sofern die Spiegel 6, 7 imstande sind, Licht in zwei unterschiedliche Richtungen zu reflektieren, kann das DMD-Element 3 durch einen statischen (herkömmlichen) Spiegel, ein Prisma o. ä. ersetzt werden. Entsprechendes gilt für den Fall, dass die Blende eine erste Einheit 4 im ersten optischen Pfad 11 und eine zweite Einheit 5 im zweiten optischen Pfad 12 aufweist, welche beispielsweise jeweils als Verdunklungseinheiten oder Shutter ausgestaltet sein können. Durch diese Form der Ausgestaltung können sowohl das DMD-Element 3 als auch die Spiegel 6, 7 passiv ausgestaltet werden und die erste und zweite Einheit 4, 5 durch das Steuergerät 2 angesteuert und mit dem optischen Sensor 21 synchronisiert werden. Auch der erste Spiegel 6 und der zweite Spiegel 7 können, sofern diese als aktive Elemente ausgestaltet sind, über das elektronische Steuergerät 2 angesteuert und mit dem optischen Sensor 21 synchronisiert werden. Selbstverständlich sind Mischformen der vorgenannten Ausgestaltungen dergestalt möglich, dass beispielsweise der erste Spiegel 6 als statisches Element ausgestaltet ist und über den ersten Pfad 11 einfallendes Licht mittels eines Shutters 4 intermittierend auf den dritten optischen Pfad 13 gelangt, während auf die zweite Einheit 5 verzichtet wird und ein aktives Element als Spiegel 7 verwendet wird, um das Licht, welches über den zweiten optischen Pfad 12 eingefallen ist, auf den dritten optischen Pfad 13 zu lenken.

Optional können optische Einheiten 8, 9 im ersten optischen Pfad 11 bzw. im zweiten optischen Pfad 12 vorgesehen sein, deren Aufbau in Verbindung mit 3 prinzipiell beschrieben wird.

3 zeigt ein Beispiel für eine optische Einheiten 8, 9, in welcher ein Lichtbündel 16 über den ersten optischen Pfad oder den zweiten optischen Pfad (Bezugszeichen 11, 12 in 2) in die erfindungsgemäße Vorrichtung (Bezugszeichen 2 in 2) einfällt. Über eine konvexe Linse 17 wird das Lichtbündel 16 anschließend fokussiert, um die Lichtausbeute im optischen Sensor (Bezugszeichen 21 in 2) zu erhöhen. Das fokussierte Licht 18 gelangt anschließend auf eine konkave Linse 19, durch welche es erneut parallelisiert und als paralleles Lichtbündel 20 zum optischen Sensor weitergeleitet wird.

Vorzugsweise wird die Optik derart gestaltet, dass das optische System durch eine entsprechende Auswahl der Glassorten als Achromat oder Apochromat (bei mindestens 3 Gläsern) arbeitet und der chromatischen Abberation entgegenwirkt. So sind bspw. die Position 17 ein Flintglas, Position 19 ein Kronglas, oder Position 17 ein Kronglas und Position 19 ein Flintglas.

4 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stereoskopie mittels eines optischen Sensors. In Schritt 100 wird Licht, welches über einen ersten optischen Pfad erhalten wurde, auf einen optischen Sensor gelenkt. In Schritt 200 wird Licht, welches über einen zweiten, zum ersten optischen Pfad parallelen, optischen Pfad erhalten wurde, auf denselben optischen Sensor gelenkt. Anschließend wird in Schritt 300 ein Einfall von Licht über den ersten optischen Pfad auf den optischen Sensor unterdrückt, während der zweite optische Pfad Licht auf den optischen Sensor leitet. In Schritt 400 wird in entsprechender Weise ein Eintritt von Licht über den zweiten optischen Pfad unterdrückt, während der erste optische Pfad Licht auf den optischen Sensor leitet. Mit anderen Worten wird in den Schritten 300 und 400, welche wiederkehrend aufeinander folgen können, eine abwechselnde Auswahl derjenigen Lichtstrahlen vorgenommen, welche über den ersten optischen Pfad bzw. über den zweiten optischen Pfad erhalten wurden, wobei die Auswahl exklusiv erfolgt.

5 zeigt eine prinzipielle Veranschaulichung, in welcher Art und Weise Informationen A bis G eines über einen ersten optischen Pfad empfangenen Lichtbündels I mit Informationen a bis g eines über den zweiten optischen Pfad empfangenen Lichtbündels II zu einem über den dritten optischen Pfad zum optischen Sensor geschickten Lichtbündel III über der Zeit zusammengesetzt werden. Durch alternierende Schaltung der erfindungsgemäß verwendeten Lichteinspeisung gelangen die an ungeraden Positionen bzw. Zeitschlitzen im ersten Lichtbündel I enthaltenen Informationen A, C, E, G und die an geraden Positionen bzw. Zeitschlitzen angeordneten Informationen b, d, f innerhalb des zweiten Lichtbündels II in das über den dritten optischen Pfad vom optischen Sensor empfangene Lichtbündel III. Die übrigen Informationen B, D, F, a, c, e, g werden verworfen.

Der prinzipielle Aufbau erfindungsgemäßer Vorrichtungen kann bevorzugt symmetrisch sein. Über eine Optik fallen die Lichtstrahlen ein, werden beispielsweise zu Umlenkspiegeln (die Spiegel können vorderflächenbeschichtet, z. B. mit Silber, sein, es können aber auch verchromte Materialien mit entsprechender Oberflächengüte verwendet werden) weitergeleitet, die das eingefallene Licht weiter an eine Blende (z. B. ein DMD-Element) reflektieren. Dieses kann beispielsweise mit einer Frequenz im Verhältnis von eins zu eins zwischen dem vom ersten Spiegel stammenden Licht und vom zweiten Spiegel stammenden Licht hin- und herschalten. Die Vorrichtung leitet auf diese Weise jeweils die über den linken Spiegel oder den rechten Spiegel eingefallenen Lichtstrahlen an den optischen Sensor (z. B. eine Kamera) weiter. Die Kamera und der beispielsweise verwendete DMD-Chip sind beispielsweise miteinander synchronisiert. Um keine Informationen beim Umschalten zu verlieren, ist zudem ein Speicher-Puffer vorteilhaft. Dadurch entsteht ein "Quasi-Stereo" Bild, welches mit Erhöhen der Umschaltfrequenz qualitativ besser wird, da eine höhere Motiv-Identität über die parallelen optischen Pfade empfangener Informationen erzielt wird. Über bestimmte Verfahren, die Stand der Technik und nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind, kann aus den beiden Bildanteilen ein harmonisches Stereobild generiert werden, ohne eine klassische Stereokamera verwenden zu müssen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet "Shutter" anstatt eines DMD-Elements. Deren Funktionsweise ist im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Durch Aktivieren oder Deaktivieren des rechten bzw. linken Shutters kann abwechselnd Licht, welches über einen ersten optischen Pfad bzw. über einen zweiten optischen Pfad auf die Vorrichtung trifft, vom optischen Sensor ferngehalten werden. Das jeweils durchgelassene Licht wird anschließend von dem jeweiligen Umlenkspiegel (die Spiegel sind vorderflächenbeschichtet, z. B. mit Silber, es können aber auch verchromte Materialien mit entsprechender Oberflächengüte verwendet werden) gebündelt an einen dritten Spiegel, der in diesem Fall kein DMD-Element sein muss, weitergeleitet, von wo es über einen dritten optischen Pfad auf den optischen Sensor (z. B. eine 2D-Kamera) einfällt. Auch so entsteht ein Quasi-Stereo-Bild, wobei hier anstelle des DMD-Elements die verwendeten Shutter eine Auswahl der Bildinformationen, welche auf den optischen Sensor treffen, vornehmen. Über bestimmte Verfahren (die nicht Teil der vorliegenden Erfindung, sondern – wie eingangs zitiert- Stand der Technik sind) kann aus den beiden Bildern wieder ein harmonisches Stereobild generiert werden, ohne eine zweite Kamera oder eine herkömmliche 3D-Kamera-Anordnung verwenden zu müssen.

In kamerabasierten Fahrerassistenzsystemen, bei welchen gegenwärtig drei Kameras im Einsatz sind, bietet der Einsatz von Shuttern weitere Vorteile: Der am Beginn des dritten optischen Pfades zentral angeordnete Spiegel kann durch einen halbdurchlässigen Spiegel ersetzt werden und dient umkehrseitig als dritte Eingangsluke für den optischen Sensor. Die Dauer der durchgelassenen Lichtstrahlen ist hierbei jeweils auf ein Drittel der Gesamtbelichtungszeit unterteilt bzw. getriggert. Auch hier sind Kamera und Shutter bevorzugt synchronisiert zu betreiben. Ein Nachteil der dritten Eingangsluke besteht im Abfall der Helligkeit, die eine höhere Belichtungszeit der Kamera oder eine qualitativ höherwertige Kamera voraussetzt.

Bezugszeichenliste

1
Frontkamera, Vorrichtung
2
Elektronisches Steuergerät
3
DMD-Element
4, 5
(Blenden-)Einheit
6, 7
Spiegel
8, 9
Optik
10
Pkw
11
Erster optischer Pfad
12
Zweiter optischer Pfad
13
Dritter optischer Pfad
14
Vierter optischer Pfad
15
Fünfter optischer Pfad
16
(Einfallendes) Lichtbündel
17
Konvexe Linse
18
Fokussiertes Lichtbündel
19
Konkave Linse
20
parallelisierter Lichtstrahl
21
Optischer Sensor
100 bis 400
Verfahrensschritte
I
Erstes Lichtbündel
II
Zweites Lichtbündel
III
Zusammengesetztes Lichtbündel
a bis G
Informationen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102005040335 B4 [0003]
  • DE 19727999 A1 [0003]
  • DE 19538679 C2 [0003]