Title:
Kamerasystem
Kind Code:
A1
Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem (1) zur Erfassung eines Stereobildes mittels einer Kamera (3) sowie wenigstens eines optischen Umlenkmittels (7, 8, 9) und einer Bildverarbeitungseinheit (4). Das erfindungsgemäße Kamerasystem ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei beabstandete Lichteintrittsfenster (5, 6) vorgesehen sind, wobei die beiden Strahlengänge der durch die Lichteintrittsfenster (5, 6) eintretende Lichtstrahlen (I, II) auf getrennten Verläufen direkt oder über wenigstens ein optisches Umlenkmittel (7, 8) zu einem rotierenden optischen Umlenkmittel (9) und von dort je nach Winkelstellung desselben in eine Monokamera (3) verlaufen, und wobei die Bildverarbeitungseinheit (4) dazu ausgebildet ist, die zeitlich abwechselnden Abbilder des einen und des anderen Lichtstrahls (I, II) in der Monokamera (3) in Bilder mit einem Stereoeffekt umzuwandeln.



Inventors:
Hermann, Klaus, Dr.-Ing. (71116, Gärtringen, DE)
Application Number:
DE102016013503A
Publication Date:
05/24/2017
Filing Date:
11/11/2016
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
Domestic Patent References:
DE10348684A1N/A2005-05-19
Claims:
1. Kamerasystem (1) zur Erfassung eines Stereobildes mittels einer Kamera (3) sowie wenigstens eines optischen Umlenkmittels (7, 8, 9) und einer Bildverarbeitungseinheit (4), dadurch gekennzeichnet, dass zwei beabstandete Lichteintrittsfenster (5, 6) vorgesehen sind, wobei die beiden Strahlengänge der durch die Lichteintrittsfenster (5, 6) eintretende Lichtstrahlen (I, II) auf getrennten Verläufen direkt oder über wenigstens ein optisches Umlenkmittel (7, 8) zu einem rotierenden optischen Umlenkmittel (9) und von dort je nach Winkelstellung desselben in eine Monokamera (3) verlaufen, und wobei die Bildverarbeitungseinheit (4) dazu ausgebildet ist, die zeitlich abwechselnden Abbilder des einen und des anderen Lichtstrahls (I, II) in der Monokamera (3) in Bilder mit einem Stereoeffekt umzuwandeln.

2. Kamerasystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Lichtstrahlen (I, II) direkt und der andere der Lichtstrahlen (II, I) über wenigstens ein optisches Umlenkmittel (7, 8) zu dem rotierenden optischen Umlenkmittel (9) verläuft.

3. Kamerasystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lichtstrahlen (I, II) über jeweils ein optisches Umlenkmittel (7, 8) zu dem rotierenden optischen Umlenkmittel (9) verlaufen, wobei die Wegstrecke von den Lichteintrittsfenstern (5, 6) zum rotierenden optischen Umlenkmittel (9) für beide Lichtstrahlen (I, II) die gleiche ist.

4. Kamerasystem (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende optische Umlenkmittel (9) mit einstellbarer Frequenz um eine vertikale Achse (10) rotiert.

5. Kamerasystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz größer als 20 Hz, insbesondere in der Größenordnung von ca. 50 Hz, liegt.

6. Verwendung eines Kamerasystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Erfassung des Abstandes von Objekten in den erfassten Stereobildern, im Rahmen einer Umfelderfassung eines Fahrerassistenzsystems in einem Fahrzeug.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem zur Erfassung eines Stereobildes nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines derartigen Kamerasystems.

Kamerasysteme zur Erfassung eines Stereobildes sind soweit aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Typischerweise sind diese Kameras als sogenannte Stereokameras ausgebildet. Eine Stereokamera gemäß dem allgemeinen Stand der Technik umfasst im Wesentlichen den Aufbau von zwei Kameras, welche in einem Abstand in einer Horizontalen zueinander angeordnet sind und somit vergleichbar wie die menschlichen Augen zwei Bilder erfassen, welche zu einer Stereoaufnahme überlagert werden können. Insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen ist dies besonders vorteilhaft, da anhand von Stereoaufnahmen die Abstände und Tiefen von erfassten Objekten abgeschätzt werden können. Dies ist mit einer Monokamera so nicht möglich und würde ergänzend weitere Sensoren erforderlich machen.

Der Nachteil einer Stereokamera ist insbesondere der vergleichsweise hohe Preis, da hier in der Praxis der Preis für zwei Kamerasysteme anfällt, da zwei Bildsensoren vorhanden sein müssen. Ferner müssen diese entsprechend sorgfältig gegeneinander justiert sein und hinsichtlich der Parameter der Bilderfassung der einzelnen Kameras aufeinander abgestimmt werden, um einen sinnvollen nutzbaren Stereoeffekt zu erreichen.

Um dieser Problematik abzuhelfen schlägt die DE 103 48 684 A1 einen Aufbau vor, bei welchem über eine Videokamera Abstandsbilder erzeugt werden können. Der Aufbau ist dabei eine sogenannte katadioptrische Einspiegel-Stereoanordnung. Der Aufbau ist vergleichsweise komplex. Über ein Lichteintrittsfenster fällt das Licht in das katadioptrische Kamerasystem ein und wird zum Teil direkt in die Kamera und zu einem anderen Teil auf einen Spiegel gelenkt, welcher die Strahlen dann zumindest teilweise ablenkt und in die Kamera leitet. In der Praxis entsteht hierdurch ein Aufbau mit einer tatsächlichen Kamera sowie einer durch die Spiegelung entstehenden virtuellen Kamera, welche optisch an der Stelle zu sein scheint, an der die Spiegelung der tatsächlich vorhandenen Kamera entlang der Hauptebene des Spiegels liegt. Über diesen Aufbau lassen sich dann die Bilder der tatsächlichen Kamera und die Bilder der vermeintlichen virtuellen Kamera auf einer geteilten Ansicht darstellen. Hierdurch entstehen quasi Stereobilder, welche dann auch zur Bestimmung von Abständen genutzt werden können. Der Aufbau muss dabei vergleichsweise aufwändig hinsichtlich des Gierwinkels und des Rollwinkels justiert werden, was diesen in der praktischen Anwendung, insbesondere wenn er beispielsweise Vibrationen und Erschütterungen ausgesetzt ist, vergleichsweise unzuverlässig macht. Dies würde insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeug gelten. Genau dort ist eine hohe Zuverlässigkeit jedoch notwendig, wenn beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem über durch das Kamerasystem erfasste Abstandsdaten gesteuert wird.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin ein verbessertes Kamerasystem anzugeben. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, eine bevorzugte Verwendung für ein solches Kamerasystem anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kamerasystem mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist im Anspruch 6 eine besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Kamerasystems angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Kamerasystem ist so, dass eine einzige Monokamera ausreicht, um zusammen mit einer Bildverarbeitungseinheit Bilder mit einem Stereoeffekt zu erzeugen. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Kamerasystems sieht dabei zwei beabstandete Lichteintrittsfenster vor, wobei die beiden Strahlengänge der durch die Lichteintrittsfenster eintretenden Lichtstrahlen auf getrennten Verläufen direkt oder über wenigstens ein optisches Umlenkmittel zu einem rotierenden optischen Umlenkmittel gelangen und von dort je nach Winkelstellung des rotierenden optischen Umlenkmittels in eine Monokamera geleitet werden. Über die Bildverarbeitungseinheit werden dann die zeitlich abwechselnden Abbilder des einen und des anderen Strahlengangs in der Monokamera in Bilder mit einem Stereoeffekt umgewandelt.

Dieser Aufbau des erfindungsgemäßen Kamerasystems ist sehr einfach und effizient. Er benötigt lediglich eine Monokamera und lenkt über das rotierende optische Umlenkmittel Abbilder, welche durch zwei beabstandete Lichteintrittsfenster in das Kamerasystem gelangen, im zeitlichen Wechsel in diese Monokamera. Durch einen entsprechend schnellen zeitlichen Wechsel, beispielsweise eine Frequenz des rotierenden optischen Umlenkmittels in einer Größenordnung von 50 Hz ergeben sich so beispielsweise 50 Abbilder des Strahlengangs vom rechten Lichteintrittsfenster und 50 Abbilder vom Strahlengang des linken Lichteintrittsfensters innerhalb einer Sekunde im zeitlichen Wechsel an der Monokamera. Die Bilder können dann anhand der örtlichen Disparitäten und der Zeitverzüge zwischen den Einzelbildern separiert werden, um hieraus Bilder mit einem Stereoeffekt zu berechnen und insbesondere Längendistanzen der beobachteten Objekte zu erfassen.

Der Aufbau ist dabei außerordentlich einfach und effizient und bedarf nur eines minimalen Aufwands hinsichtlich der Justage.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass einer der Strahlengänge direkt und der andere über wenigstens ein optisches Umlenkmittel zu dem rotierenden optischen Umlenkmittel verläuft. Dieser Aufbau ist hinsichtlich der Anzahl der benötigten Teile und ihrer Montage entsprechend einfach. Allerdings sorgt er für unterschiedlich lange Laufzeiten, was jedoch aufgrund der sehr hohen Geschwindigkeit des Lichts und der typischerweise sehr kompakten Bauweise eines derartigen Kamerasystems, welches beispielsweise nur einige Zentimeter lang und/oder tief ist, unerheblich.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann das Kamerasystem auch so aufgebaut sein, dass beide Strahlengänge über jeweils ein optisches Umlenkmittel zu dem rotierenden optischen Umlenkmittel verlaufen, wobei die Wegstrecken vom Lichteintrittsfenster zum rotierenden optischen Umlenkmittel in beiden Strahlengängen gleich sind. Dieser Aufbau gewährleistet eine volle Symmetrie und erlaubt eine sehr einfache und effiziente Justage, da die fixen optischen Umlenkmittel leicht und effizient gegeneinander justiert werden können.

Die Frequenz des rotierenden optischen Umlenkmittels kann dabei insbesondere größer als 20 Hz, insbesondere ca. 50 Hz betragen, wie es oben schon erwähnt worden ist. Insbesondere ist der Aufbau so gestaltet, dass die Frequenz des rotierenden optischen Umlenkmittels einstellbar ist, um so je nach Anforderung eine unterschiedlich hohe Anzahl von Bildern von jedem Lichteintrittsfenster zur Verfügung zu haben. Insbesondere bei einer Anwendung in einem bewegten System wie beispielsweise einem Fahrzeug kann die Frequenz insbesondere in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern, wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, realisiert sein. Darüber hinaus ist es denkbar, Parameter der Umgebung mit einfließen zu lassen, beispielsweise die Lichtverhältnisse oder ähnliches, um so auch bei schwierigen äußeren Bedingungen eine möglichst effiziente Erfassung von Bildern mit einem Stereoeffekt zu gewährleisten und so Längendistanzen, beispielsweise zur Nutzung in einem Fahrerassistenzsystem, zuverlässig zur Verfügung zu stellen.

Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Kamerasystem insbesondere zur Erfassung von Abständen von Objekten in einer Umfelderkennung eines Fahrerassistenzsystems in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Besonders hier spielt einerseits der einfache und kostengünstige und dennoch sehr zuverlässige Aufbau, welcher auch die Bedingungen innerhalb eines Fahrzeugs und seines Betriebs ohne nennenswerte Probleme oder eine Dejustage übersteht, von entscheidendem Vorteil. Auch die Möglichkeit durch eine Anpassung der Frequenz des rotierenden optischen Umlenkmittels auf Parameter des Fahrzeugs und Umgebungsparameter wie beispielsweise die Sichtverhältnisse zu reagieren, stellt hier einen weiteren Vorteil dar.

Nachfolgend wird anhand der Figur ein beispielhaftes Kamerasystem gemäß der Erfindung näher dargestellt. Aus dieser Figurenbeschreibung ergeben sich weitere Ausgestaltungsvarianten und Vorteile des erfindungsgemäßen Kamerasystems.

Die einzige beigefügte Figur zeigt die Draufsicht auf ein prinzipmäßig angedeutetes Kamerasystem gemäß der Erfindung.

In der Darstellung der Figur ist ein prinzipmäßig angedeutetes Kamerasystem 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Es umfasst ein Gehäuse 2, in welchem eine Monokamera 3 sowie eine Bildverarbeitungseinheit 4 angeordnet sind. Das Gehäuse 2 weist zwei Lichteintrittsfenster 5, 6 auf, welche um den Abstand h voneinander entfernt in dem Gehäuse 2 angeordnet sind. Die Lichteintrittsfenster 5, 6 können dabei als reine Öffnungen ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, diese mit optischen Elementen zu versehen, beispielsweise Linsen oder dergleichen, sodass sie quasi zwei Objektive ausbilden. Im einfachsten Fall sind die Lichteintrittsöffnungen jedoch lediglich als Öffnungen, gegebenenfalls mit einem transparenten Schutzelement wie einer Scheibe oder ähnlichem, ausgestaltet. In der Darstellung der Figur fällt nun durch das eine in der Figur links dargestellte Lichteintrittsfenster 5 ein mit I gekennzeichneter Lichtstrahl ein. Dieser Lichtstrahl I, welcher hier beispielhaft angedeutet ist, stammt beispielsweise von einem hier nicht dargestellten Objekt, dessen Entfernung zu dem Kamerasystem 1 abgeschätzt werden soll. Durch das andere, hier das rechte dargestellte Lichteintrittsfenster 6, fällt ein vergleichbarer Lichtstrahl II, von demselben Objekt, welcher jedoch um den Abstand h, welchen die beiden Lichteintrittsfenster 5, 6 zueinander aufweisen, beabstandet zu dem ersten Lichtstrahl I ist.

Beide Lichtstrahlen I, II gelangen nun zu optischen Umlenkmitteln 7, 8, welche beispielsweise in Form von Spiegeln oder Prismen ausgebildet sein können. Die optischen Umlenkmittel 7, 8 lenken den jeweiligen Lichtstrahl I, II in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 90° um. Die optischen Umlenkmittel 7, 8 sind also selbst in einem Winkel von 45° zu den parallel zueinander einfallenden Lichtstrahlen I, II angeordnet. Die umgelenkten Lichtstrahlen I, II gelangen dann zu einem rotierenden optischen Umlenkmittel 9, welches wiederum als Prisma oder insbesondere als Spiegel ausgestaltet sein kann. Dieses rotierende optische Umlenkmittel 9 rotiert, wie es durch den Pfeil angedeutet ist, um eine vertikale hier senkrecht auf der Bildebene stehende Achse 10 mit einer entsprechend hohen Frequenz von vorzugsweise mehr als 20 Hz. Die Frequenz kann dabei je nach Anforderung einstellbar sein. Geht man beispielsweise von einer aktuellen Frequenz von 50 Hz aus, so bedeutet dies bei einem einseitig verspiegelten Spiegel als rotierendes optisches Umlenkmittel 9, dass dieses innerhalb einer Sekunde fünfzigmal den Lichtstrahl I und im zeitlichen Wechsel dazu fünfzigmal den Lichtstrahl II in die Monokamera 3 lenkt.

Durch den zeitlichen Versatz der Bilder des rechten Lichteintrittsfensters 6 und des linken Lichteintrittsfensters 5 kann in der Bildverarbeitungseinheit 4 nun ein Bild mit einem Stereoeffekt erzeugt werden, da die Monokamera 3 diese Bilder zeitlich nacheinander empfängt und aus dem Versatz der abgebildeten Objekte die erforderlichen Stereodaten der Bilder ermitteln kann. Ist das rotierende optische Umlenkmittel 9 ein beidseitig verspiegelter Spiegel, würde sich die Zahl entsprechend erhöhen, sodass die Anzahl der Einzelbilder jedes Lichtstrahls I, II jeweils der doppelten Frequenz, im oben genannten Beispiel also einer Anzahl von hundert Einzelbildern sowohl des rechten Lichteintrittsfensters 6 als auch des linken Lichteintrittsfensters 5 entsprächen. Die Rotationsfrequenz kann sich entsprechend anpassen, beispielsweise der zur Verfügung stehenden Rechenkapazität, oder auch den Lichtverhältnissen im Bereich, welcher von dem Kamerasystem 1 erfasst wird, um so ein Optimum hinsichtlich der Qualität der Bilddaten zu erreichen.

Beim Einsatz des Kamerasystems 1 beispielsweise in einem Fahrzeug kann auch der Rechenaufwand entsprechend den Anforderungen und Notwendigkeiten angepasst werden. Ist beispielsweise die Fahrtgeschwindigkeit höher, verändern sich damit die Bilder, welche durch das Kamerasystem 1 erfasst werden, schneller. Dann kann eine höhere Frequenz sinnvoll sein, als bei niedrigerer Fahrtgeschwindigkeit. Außerdem kann je nach Anforderung an die Genauigkeit der Abstandsmessung, welche beispielsweise entsprechend der Fahrsituation und/oder der Daten anderer Sensoren abgeschätzt werden kann, eine entsprechende Anpassung erfolgen, um den Rechenaufwand in der Bildverarbeitungseinheit 4 zu minimeren.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 10348684 A1 [0004]