Die Erfindung betrifft eine Kamera mit ungleichförmiger Winkelauflösung sowie deren Verwendung, insbesondere für ein Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug.

Aktuell werden in immer mehr Fahrzeugen sogenannte Fahrerassistenzsysteme verbaut, bei denen eine oder mehrere Kameras eingesetzt werden, um das unmittelbare Umfeld des Fahrzeuges bildtechnisch zu erfassen und/oder zur überwachen. Bei den hierfür eingesetzten Kameras handelt es sich typischerweise um Digitalkameras mit einem Bildsensor und einer einfachen Optik, die häufig durch eine einfache sphärische Linse gegeben ist.

Die Kameras sind dabei häufig im Fahrzeuginnenraum hinter der Windschutzscheibe sowie mit Blickrichtung durch die Windschutzscheibe hindurch angeordnet. Derartige Kameras dienen in der Regel zur Bilderfassung aus dem in Fahrtrichtung vorausliegenden Umgebungsbereich des Fahrzeugs, beispielsweise für ein Fahrerassistenzsystem zur Erkennung von Fahrspuren, Verkehrszeichen und anderer Verkehrsteilnehmer sowie weiterer Objekten, insbesondere zur Umsetzung von Fahrerassistenzfunktionen, wie beispielsweise eine Geschwindigkeitsbzw. Abstandregelung oder eine Fernlichtsteuerung. Die mit Hilfe der Kamera generierten Bilddaten werden hierzu mittels des Fahrerassistenzsystems einer automatischen Bildverarbeitung unterzogen.

Kameras, die zur Erfassung des in Fahrtrichtung vorausliegenden Umgebungsbereichs des Fahrzeugs dienen, haben typischerweise einen horizontalen Bildwinkel von etwa 40 bis 45 Grad, auch als Öffnungswinkel der Kamera bezeichnet. Die in Verbindung mit den heutzutage eingesetzten Bildsensoren zum Einsatz kommenden Auflösungen von etwa einem Megapixel gestatten somit eine horizontale Winkelauflösung der Kameras von etwa 20 Pixel pro Grad. Für zukünftige Anwendungen, wie automatisiertes Fahren oder die Erkennung von Zusatzverkehrszeichen, werden jedoch deutlich höhere Winkelauflösungen benötigt, insbesondere da Objekte wie Verkehrszeichen, Fahrspuren und andere Verkehrsteilnehmer, bereits frühzeitig, d.h. schon in größerer Entfernung, erkannt werden müssen.

Um die Winkelauflösung der Kameras von beispielsweise 20 Pixel auf 40 Pixel pro Grad zu erhöhen, müssten Bildsensoren mit vierfach höherer Pixelanzahl verwendet werden. Da die Kameras jedoch aufgrund von Kosten-, Bauraum- und Designvorgaben in ihrer Ausdehnung in der Regel nicht vergrößert werden dürfen, müssen die Bildsensoren im Gegenzug mit kleineren Pixel ausgebildet sein. Kleinere Pixel haben jedoch eine geringere Lichtempfindlichkeit, was insbesondere für die Anwendung der Kameras bei Nacht bzw. bei schwachen Lichtverhältnissen nachteilig ist. Zusätzlich erfordert eine erhöhte Pixelanzahl einen erhöhten Bildverarbeitungsaufwand, der leistungsfähigere und teurere Prozessoren benötigt, welche höhere Verlustleistungen produzieren.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kamera für Fahrerassistenzsysteme anzugeben, mit der eine für künftige Anwendungen verbesserte Winkelauflösung erreicht wird, wobei jedoch bevorzugt keine Erhöhung der Pixelanzahl des verwendeten Bildsensors erforderlich, und wobei die vorangehend genannten Nachteile vorzugsweise vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kamera mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäße Kamera umfasst hierzu eine Optik mit einer ungleichförmigen Winkelauflösung in einem durch einen horizontalen und vertikalen Bildwinkel (auch als Erfassungs- oder Öffnungswinkel bezeichnet) gebildeten Sichtfeld der Kamera. Der horizontale Bildwinkel einer Fahrzeugkamera, die zur Erfassung des vorausliegenden Umgebungsbereichs eines Fahrzeugs dient, beträgt in der Regel etwa 40 bis 45 Grad. Erfindungsgemäß ist die Optik der Kamera nun derart aus- gestaltet, dass in einem im Winkelbereich um die optische Achse gelegenen Zentralbereich des Sichtfelds eine erhöhte Winkelauflösung realisiert ist, insbesondere gegenüber einem Randbereich des Sichtfeldes.

Die erfindungsgemäße Kamera ist dabei bevorzugt für ein Fahrzeug ausgelegt, insbesondere zur Bilderfassung für eines oder mehrere Fahrerassistenzsysteme. Die Kamera ist hierbei typischerweise als digitale Kamera mit einem rechteckigen Bildsensor ausgebildet, wie dies auch im Falle der eingangs beschriebenen Kameras nach dem Stand der Technik der Fall ist, jedoch wird anstelle einer einfachen Optik mit gleichmäßiger oder gleichförmiger Winkelauflösung, eine Optik mit ungleichmäßiger oder ungleichförmiger Winkelauflösung eingesetzt. Auf diese Weise wird die Winkelauflösung in Bereichen, in denen eine hohe Winkelauflösung benötigt wird, ausgehend von einem System mit gleichförmiger Winkelauflösung, erhöht und in Bereichen in denen eine geringe Winkelauflösung ausreichend ist, wird die Winkelauflösung entsprechend reduziert. Die Erhöhung der Winkelauflösung in den als besonders wichtig oder relevant eingestuften Bereichen wird somit zunächst allein durch die Nutzung einer speziellen Optik, also beispielsweise durch eine speziell geformte Linse oder ein spezielles Linsensystem, erreicht und nicht durch eine Anpassung des in der Kamera verwendeten Bildsensors. Je nach Anwendungsfall ist es jedoch zusätzlich vorgesehen, auch einen angepassten Bildsensor einzusetzen, wobei in einigen Fällen zum Beispiel ein Bildsensor mit unterschiedlich großen Pixeln genutzt wird.

Die Optik der erfindungsgemäßen Kamera ist dabei bevorzugt derart ausgestaltet, dass die Winkelauflösung vom Zentrum bzw. Zentralbereich des Sichtfelds, d.h. von der Mitte bzw. von der optischen Achse, zum Rand bzw. Randbereich des Sichtfeldes stetig abnimmt, insbesondere zumindest bezogen auf den horizontalen oder vertikalen Bildwinkel. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere daher vorteilhaft, da sich Objekte in größerer Entfernung zum Fahrzeug in der Regel im zentralen Erfassungsbereich der Kamera befinden, weshalb in diesem Bereich eine höhere Winkelauflösung erforderlich ist, als im Randbereich, d.h. im äußeren Erfassungsbereich des Kamerasystems. Erfindungsgemäß kann die Abnahme der Winkelauflösung dabei sowohl linear als auch nicht-linear ausgebildet sein. Im Fall einer nicht-linear ausgebildeten Abnahme der Winkelauflösung kann die Optik insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Winkelauflösung vom Zentrum bzw. Zentralbereich des Sichtfelds zum Rand bzw. zum Randbereich des Sichtfelds exponentiell abnimmt. Hierdurch lässt sich die Winkelauflösung besonders gut an die jeweilige Anforderungen der jeweiligen Erfassungsfunktion der Kamera anpassen und Objekte, wie beispielsweise Fahrspuren oder Verkehrszeichen, können auch noch in relativ großer Entfernung, z.B. im Bereich von einigen hundert Metern, im Zentralbereich des Sichtfelds erkannt werden.

Die Optik kann erfindungsgemäß weiterhin derart ausgestaltet sein, dass die maximale Winkelauflösung im Zentrum des Sichtfelds, insbesondere direkt um die optische Achse, zwischen 30 und 40 Pixel pro Grad beträgt, und dass die minimale Winkelauflösung am Rand des Sichtfelds, zwischen 5 und 10 Pixel pro Grad beträgt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Optik derart ausgestaltet ist, dass die ungleichförmige Auflösung zumindest im horizontalen Raumwinkelbereich realisiert ist, d.h. bezogen auf den horizontalen Bildwinkel, da sich Objekte bei deren Annäherung an das Fahrzeug auf der horizontalen Achse des Sichtfeldes in der Regel von der Mitte des Sichtfelds in Richtung des linken bzw. rechten Rands des Sichtfeldes bewegen.

Zweckdienlich ist des Weiteren eine radialsymmetrische Ausgestaltung der Optik, insbesondere wenn diese durch eine einzelne Linse gegeben ist. Hierdurch wird der Fertigungsaufwand für eine entsprechende Optik relativ gering gehalten. Alternativ kommt eine nicht-radialsymmetrische Optik zum Einsatz, wobei diese Variante bevorzugt dann genutzt wird, wenn die Optik durch ein Linsensystem aus mehreren Linsen gegeben ist.

Im Falle einer nicht-radialsymmetrischen Optik ist die Optik weiter bevorzugt derart gestaltet, dass in einem Randbereich des vertikalen Bildwinkels eine reduzierte Winkelauflösung realisiert ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass beispielsweise der Fahrzeuguntergrund unmittelbar hinter dem Kraftfahrzeug oder der Bereich deutlich oberhalb des Horizonts, also der Himmel, typischerweise nicht mit besonders hoher Winkelauflösung erfasst werden müssen.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Kamera, die entsprechend einer der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet ist, als Kamera zur Umgebungserfassung für wenigstens ein Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug.

Die Kamera kann dabei insbesondere im Fahrzeuginnenraum hinter der Windschutzscheibe angeordnet sowie mit Blickrichtung durch die Windschutzscheibe hindurch in Fahrtrichtung ausgerichtet sein und zur Erfassung eines in Fahrtrichtung vorausliegenden Umgebungsbereichs verwendet werden.

Die Kamera kann weiterhin vorzugsweise zur Erfassung von Fahrspuren, Verkehrszeichen, anderer Verkehrsteilnehmer und/oder weiterer Objekte verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem mit einer Kamera,

Fig. 2 in einer Draufsicht das Fahrzeug mit dem Fahrerassistenzsystem mit der Kamera,

Fig. 3 in einer Draufsicht die Kamera mit markiertem Winkelbereich mit erhöhter Auflösung,

Fig. 4 in einem ersten Diagramm die Abhängigkeit der Winkelauflösung vom horizontalen Bildwinkel gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung, Fig. 5 in einem zweiten Diagramm die Abhängigkeit der Winkelauflösung vom horizontalen Bildwinkel gemäß weiterer bevorzugter Ausgestaltungen,

Fig. 6 in einer Ansicht mit Blickrichtung entlang der optischen Achse der

Kamera die Form des Winkelbereichs mit erhöhter Auflösung bei einer radialsymmetrischen Optik.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein nachfolgend exemplarisch beschriebenes und in Fig. 1 sowie Fig. 2 gezeigtes Fahrerassistenzsystem ist in einem Fahrzeug 2 eingebaut und umfasst eine Kamera 1 sowie eine Steuer- und Auswerteeinheit 3.

Die Kamera 1 ist dabei als digitale Kamera 1 ausgestaltet und weist einen nicht näher dargestellten Bildsensor sowie eine Optik 4 auf, die zusammen den horizontalen Bildwinkel α einerseits und den vertikalen Bildwinkel ß andererseits vorgeben. Die beiden Bildwinkel α, ß spannen auf diese Weise den Sichtbereich der Kamera 1 auf, also den Raumwinkel, der von der Kamera 1 erfasst und mithilfe des Fahrerassistenzsystems überwacht werden kann. Die von der Kamera 1 generierten Bilddaten werden, insbesondere für die Umsetzung einer oder mehrerer Fahrerassistenzfunktionen, in der Steuer- und Auswerteeinheit 3 einer automatischen Bildverarbeitung unterzogen.

Mittels der Optik 4 der Kamera 1 ist dabei, wie in Fig. 3 und Fig. 4 angedeutet, erfindungsgemäß eine ungleichförmige Winkelauflösung im Sichtfeld der Kamera 1 realisiert, um bestimmte Bereiche mit erhöhter Winkelauflösung erfassen zu können. Dargestellt ist hierbei die Winkelauflösung in Abhängigkeit oder vielmehr in Richtung des horizontalen Bildwinkels a. Daraus ist zu entnehmen, dass eine erhöhte Winkelauflösung in einem um die optische Achse 5 gelegenen Zentralbereich 6 gegeben ist. Dabei erstrecken sich der Zentralbereich 6 über einen Winkelbereich von 10° und in diesem Winkelbereichen mt erhöhter Auflösung ist eine Winkelauflösung von 20 Pixel pro Grad realisiert. In den übrigen Bereichen, insbesondere in den Randbereichen 7, beträgt die Winkelauflösung hingegen lediglich 5 Pixel pro Grad.

Fig. 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Winkelauflösung der Optik

4 bzw. der ungleichförmigen Winkelauflösung im Sichtfeld der Kamera 1 . Aus Fig.

5 ist zu entnehmen, dass in Richtung des horizontalen Bildwinkels a, wobei selbige oder eine ähnliche Verteilung auch in Richtung des vertikalen Bildwinkels ß realisiert sein kann, im Winkelbereich bzw. im Zentrum um die optische Achse 5 eine erhöhte Winkelauflösung realisiert ist, die in Richtung des Rands bzw. des Randbereichs stetig abnimmt. Dargestellt ist mittels der durchgezogenen Linie 8 eine lineare Abnahme der Winkelauflösung sowie mittels der gepunktetgestrichelten Linie 9 eine exponentielle Abnahme der Winkelauflösung von Zentrum zum Rand, insbesondere gegenüber einer mittels der gestrichelten Linie 10 dargestellten gleichförmigen Verteilung der Winkelauflösung, wie diese derzeit bei Fahrzeugkameras vorzufinden ist. Dabei ist im Zentrum um die optische Achse 5 eine maximale Winkelauflösung zwischen 30 und 40 Pixel pro Grad und am Rand bzw. im Randbereich eine minimale Winkelauflösung von 5 bis 10 Pixel pro Grad realisiert, insbesondere gegenüber einer gleichförmig verteilten Winkelauflösung von 20 Pixel pro Grad über das gesamte Sichtfeld.

Die erhöhte Winkelauflösung im Zentralbereich 6 bzw. die Ausgestaltung der Optik derart, dass die Winkelauflösung vom Zentrum zum Rand des Sichtfelds stetig abnimmt, dient dabei vor allem der Ermöglichung einer Erkennung und Identifizierung von Objekten auch in größerer Entfernung, beispielsweise im Entfernungsbereich zwischen 100 und 500 Metern, insbesondere ohne dass eine Erhöhung der Auflösung des Bildsensors hierfür notwendig ist. Gewöhnlich befinden sich nämlich beispielsweise Fahrspuren und Verkehrszeichen, die nahe am Fahrzeug sind, im seitlichen Erfassungsbereich der Kamera 1 . Eine 15 cm breite Fahrspurmarkierung wird beispielsweise in 6 m Entfernung zum Fahrzeug und bei einer Winkelauflösung von 20 Pixel pro Grad auf 28 Pixeln des Bildsensors abgebildet. Bei einer Entfernung von 85 m hingegen, würde dieselbe Spurmarkierung nur noch auf 2 Pixeln des Bildsensors abgebildet werden. Durch die erfindungsgemäße Er- höhung der Winkelauflösung im Zentrum bzw. im Zentralbereich lassen sich somit weit entfernte Objekte besser detektieren.

Die Optik 4 ist gemäß einer Ausführungsvariante durch eine einzelne speziell geformte Linse gegeben, welche radialsymmetrisch gestaltet ist. Infolgedessen sind auch der Zentralbereich 6 und der Randbereich 7 radialsymmetrisch geformt, wie dies in Fig. 6 skizziert ist.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 Kamera

2 Fahrzeug

3 Auswerteeinheit

4 Optik

5 Optische Achse

6 Zentralbereich

7 Randbereich

8 linear abnehmende Winkelauflösung

9 nicht-linear abnehmende Winkelauflösung

10 gleichförmig verteilte Winkelauflösung α horizontaler Bildwinkel

ß vertikaler Bildwinkel