Umfelderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, Verfahren zum Erzeugen eines Bildes mittels einer Umfelderfassungseinrichtung und Steuergerät

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.

Im Bereich der Fahrerassistenzsysteme werden unterschiedliche Anforderungen bezüglich eines Öffnungswinkels oder einer Auflösung typischerweise durch parallele Kameras oder Kameraköpfe mit unterschiedlicher Winkelauflösung und unterschiedlichen Sensoren abgedeckt.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine

Umfelderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes mittels einer Umfelderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen

Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Der hier beschriebene Ansatz schafft eine Umfelderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Umfelderfassungseinrichtung folgende Merkmale aufweist: einen Bildsensor zum Erfassen eines Bildes eines Umfelds des Fahrzeugs; und eine optische Einrichtung mit zumindest einem ersten Projektionsabschnitt zum Projizieren von in einer Bildmitte des Bildes befindlichen Objektpunkten auf den Bildsensor und einem zweiten Projektionsabschnitt zum Projizieren von in einem Randbereich des Bildes befindlichen Objektpunkten auf den Bildsensor, wobei der erste Projektionsabschnitt und der zweite Projektionsabschnitt beim Abbilden der Objektpunkte auf den Bildsensor unterschiedliche Winkelauflösungen aufweisen.

Unter einem Bildsensor kann ein lichtempfindliches elektronisches Bauelement zum Umwandeln elektromagnetischer Wellen in elektrische Signale verstanden werden. Insbesondere kann es sich bei dem Bildsensor um einen

Halbleiterdetektor mit einer Pixelmatrix handeln. Unter einer optischen

Einrichtung kann beispielsweise eine Linse oder eine Anordnung aus mehreren Linsen verstanden werden. Insbesondere kann es bei der optischen Einrichtung um eine Weitwinkeloptik handeln. Unter einem ersten und einem zweiten

Projektionsabschnitt kann beispielsweise jeweils ein Abschnitt einer Linse verstanden werden. Die beiden Projektionsabschnitte können beispielsweise unterschiedliche Brechzahlen, Krümmungen oder Dicken aufweisen. Unter einer Bildmitte kann ein Bereich um einen Mittelpunkt des Bildes verstanden werden. Entsprechend kann unter einem Randbereich ein die Bildmitte umgebender und an einen Rand des Bildes heranreichender Bildbereich verstanden werden. Unter einem Objektpunkt kann ein Punkt eines durch die Umfelderfassungseinrichtung zu erfassenden Objekts verstanden werden, der über die optische Einrichtung etwa auf der Pixelmatrix des Bildsensors abgebildet werden kann. Unter einer Winkelauflösung kann beispielsweise eine Anzahl erfassbarer Pixel pro Grad eines Öffnungs- oder Bildwinkels der Umfelderfassungseinrichtung verstanden werden. Die optische Einrichtung kann ausgebildet sein, um die jeweiligen Objektpunkte derart auf entsprechende Bereiche der Pixelmatrix zu projizieren, dass die Winkelauflösung beim Projizieren der im Randbereich befindlichen Objektpunkte niedriger ist als die Winkelauflösung beim Projizieren der in der Bildmitte befindlichen Objektpunkte. Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass es durch den Einsatz einer über einen Öffnungswinkel unterschiedlich auflösenden Optik möglich ist, eine Umfelderfassungseinrichtung mit hoher Auflösung im Zentrum und geringer Auflösung im Randbereich zu realisieren, ohne dass hierzu mehrere Okulare oder Kameras oder auch ein Zoomobjektiv erforderlich ist. Mittels einer derartigen Optik ist es ferner möglich, Objekte in einem verhältnismäßig großen Überwachungsbereich, d. h. innerhalb eines verhältnismäßig großen Sichtfelds (field of view), zu erfassen. Dadurch können auch die Herstellungskosten und die Leistungsaufnahme der Umfelderfassungseinrichtung reduziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Projektionsabschnitt eine höhere Winkelauflösung als der zweite Projektionsabschnitt aufweisen. Insbesondere kann beispielsweise die Winkelauflösung des ersten Projektionsabschnittes zumindest doppelt so hoch wie die Winkelauflösung des zweiten

Projektionsabschnittes sein. Dadurch ist es möglich, unterschiedlich weit entfernte Objekte im Umfeld des Fahrzeugs mit einem insgesamt sehr geringen Verbrauch an Platz und Energie differenziert zu erkennen.

Der zweite Projektionsabschnitt kann den ersten Projektionsabschnitt zumindest teilweise umschließen. Beispielsweise kann es sich bei dem zweiten

Projektionsabschnitt um einen äußeren Randbereich der optischen Einrichtung handeln, wobei der erste Projektionsabschnitt einen innerhalb des äußeren Randbereichs befindlichen Abschnitt der optischen Einrichtung repräsentiert. Dadurch kann die optische Einrichtung mit einer sowohl in x- als auch in y- Richtung variierenden Winkelauflösung realisiert werden.

Ferner ist es von Vorteil, wenn sich der erste Projektionsabschnitt um eine optische Achse der optischen Einrichtung erstreckt. Unter einer optischen Achse kann eine gerade Linie verstanden werden, die mit einer Symmetrieachse der optischen Einrichtung übereinstimmt. Dadurch kann die optische Einrichtung verhältnismäßig einfach und kostengünstig mit unterschiedlichen

Projektionsabschnitten hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die optische Einrichtung eine Winkelauflösung aufweisen, die ausgehend vom ersten Projektionsabschnitt stetig zunimmt. Dadurch kann eine möglichst große Variation der

Winkelauflösung über den Öffnungswinkel erreicht werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die optische Einrichtung ausgebildet ist, um die im Randbereich befindlichen Objektpunkte auf einen kleineren Bereich des

Bildsensors abzubilden als die in der Bildmitte befindlichen Objektpunkte. Durch diese Ausführungsform wird eine präzise Abbildung von im Randbereich des Bildes befindlichen Objekten oder Objektpunkten auf dem Bildsensor ermöglicht.

Hierbei kann die optische Einrichtung ausgebildet sein, um die in der Bildmitte befindlichen Objektpunkte formtreu auf dem Bildsensor abzubilden. Dadurch können rechenintensive Verfahren zum Zurückrechnen auf eine perspektivische Zentralprojektion durch eine entsprechende Rektifizierung entfallen.

Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft ferner ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes mittels einer Umfelderfassungseinrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Einlesen eines die in der Bildmitte befindlichen Objektpunkte und die im

Randbereich befindlichen Objektpunkte repräsentierenden Sensorsignals; und

Verarbeiten des Sensorsignals, um ein das Bild repräsentierendes Bildsignal zu erzeugen.

Bei dem Sensorsignal kann es sich um ein Signal handeln, das vom Bildsensor ansprechend auf ein Belichten des Bildsensors mit den Objektpunkten bereitgestellt wurde.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in

entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des

Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend

beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Umfelderfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Bildes zur Abtastung durch einen Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Abbildung eines Bildes aus Fig. 2 auf einem Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung einer Winkelauflösung in Abhängigkeit von einem Bildwinkel einer Umfelderfassungseinrichtung gemäß einem

Ausführungsbeispiel; und

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem

Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Umfelderfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Umfelderfassungseinrichtung 100 weist einen Bildsensor 102 zum Aufnehmen eines Bildes 104 eines Umfelds eines Fahrzeugs auf. Des Weiteren umfasst die Umfelderfassungseinrichtung 100 eine optische Einrichtung 106, in Fig. 1 beispielhaft als Linse realisiert, die einen ersten Projektionsabschnitt 108 zum Projizieren von in einer Bildmitte 112 des Bildes 104 befindlichen Objektpunkten 110 auf den Bildsensor 102 sowie einen zweiten Projektionsabschnitt 114 zum Projizieren von in einem

Randbereich 116 des Bildes 104 befindlichen Objektpunkten 118 auf den Bildsensor 102 aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel entspricht der zweite Projektionsabschnitt 114 einem Randbereich der als Linse realisierten optischen Einrichtung 106, wobei der erste Projektionsabschnitt 108 innerhalb des als Randbereich realisierten zweiten Projektionsabschnitts 114 ausgebildet ist und somit von diesem umschlossen ist.

Die beiden Projektionsabschnitte 108, 114 sind derart ausgeformt, dass sich eine Winkelauflösung beim Abbilden der im Randbereich 116 befindlichen

Objektpunkte 118 auf dem Bildsensor 102 von einer Winkelauflösung beim Abbilden der in der Bildmitte 112 befindlichen Objektpunkte 110 auf dem Bildsensor 102 unterscheidet. Insbesondere ist beispielsweise die durch den ersten Projektionsabschnitt 108 erreichte Winkelauflösung höher als die durch den zweiten Projektionsabschnitt 114 erreichte Winkelauflösung. Wie in Fig. 1 zu erkennen, erstreckt sich der erste Projektionsabschnitt 108 gemäß einem optionalen Ausführungsbeispiel um eine optische Achse 120 der optischen Einrichtung 106.

Durch den Einsatz einer im Randbereich 116 gering auflösenden und in der Bildmitte 112 hoch auflösenden Optik in Form der optischen Einrichtung 106 in Kombination mit einem hoch auflösenden Bildsensor 102 können mit insgesamt geringerem Verbrauch an Platz und Energie Objekte bestimmungsgemäß erkannt werden, wenn die Abbildung des Umfelds in Form des Bildes 104 optisch so codiert ist, dass Objekte im Randbereich 116 auf kleinere Bildsensorareale abgebildet werden als Objekte in der Bildmitte 112.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn eine Objektebene bezüglich des Bildes 104 nicht als eben, sondern als Freiform angenommen wird, und zwar insofern, als die Objektebene nahe der optischen Achse 120 eine deutlich größere Entfernung als im Randbereich 116 aufweist.

Ferner wird die bestimmungsgemäße Erkennung der Objekte dadurch gewährleistet, dass beim Projizieren der Objektpunkte 110, 118 kein

radialsymmetrischer Abbildungsverlauf, sondern eine entsprechend einer jeweiligen Applikationsanforderung angepasste Abbildung erzeugt wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die optische Einrichtung 106 derart ausgelegt, dass ein Unterschied eines Abbildungsmaßstabes von größer eins zu zwei erreicht wird. Dies wird etwa durch den Einsatz anamorphotischer Elemente in einem Strahlengang der Umfelderfassungseinrichtung 100 ermöglicht.

Die optische Einrichtung 106 ist beispielsweise als Weitwinkeloptik mit flächentreuer Perspektive statt orthoskopischer oder äquidistanter Perspektive ausgeführt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Umfelderfassungseinrichtung 100 an ein Steuergerät 122 angeschlossen, das dazu dient, ein vom Bildsensor 102 bereitgestelltes und die Objektpunkte 110, 118 repräsentierendes Sensorsignal 124 einzulesen und zu verarbeiten, um ein auf den Objektpunkten 110, 118 basierendes, das Bild 104 repräsentierendes Bildsignal 126 zu erzeugen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildes 104 zur Abtastung durch einen Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dem Bild 104 handelt es sich beispielsweise um ein anhand von Fig. 1 beschriebenes Bild. Das Bild eignet sich beispielsweise zur Abtastung durch einen Bildsensor gemäß Fig. 1. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Abtastung des Bildes 104 mittels einer Rastereinteilung des Bildes 104 in eine Mehrzahl gleich großer Rasterfelder 200.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Abbildung eines Bildes 104 aus Fig. 2 auf einem Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie in Fig. 3 zu erkennen, werden die einzelnen horizontalen und vertikalen Rasterlinien des Bildes 104 beim Abbilden durch die optische Einrichtung mehr oder weniger stark gekrümmt auf dem Bildsensor abgebildet, sodass eine im Wesentlichen ellipsenförmige Abbildung auf dem Bildsensor erzeugt wird. Zu erkennen ist ferner, dass die Rasterfelder 200 im Randbereich 116 im Vergleich zu den Rasterfeldern 200 in der Bildmitte 112 deutlich verkleinert und verzerrt auf dem Bildsensor abgebildet werden, wobei die in der Bildmitte 112 befindlichen

Objektpunkte formtreu auf dem Bildsensor abgebildet werden. Diese Verzerrung kann in horizontaler und vertikaler Richtung nicht symmetrisch sein.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Winkelauflösung R in

Abhängigkeit von einem Bildwinkel φ einer Umfelderfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die Winkelauflösung R auf einer Ordinate und der Bildwinkel φ auf einer Abszisse des Diagramms aufgetragen ist. Das

Diagramm bezieht sich beispielsweise auf eine Umfelderfassungseinrichtung, wie sie vorangehend anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben ist. Gezeigt sind eine eine Winkelauflösung in vertikaler Richtung repräsentierende erste Kurve 400 sowie eine eine Winkelauflösung in horizontaler Richtung repräsentierende zweite Kurve 401. Die beiden Funktionskurven 400, 401 können auf je einer anderen Abbildungsgleichung basieren. Wie in Fig. 4 zu erkennen, steigen beide Kurven 400, 401 ausgehend vom Koordinatenursprung zunächst im

Wesentlichen linear an und nähern sich anschließend einem bestimmten Maximalwert der jeweiligen Winkelauflösung, wobei der Maximalwert der ersten Kurve 400 deutlich unter dem Maximalwert der zweiten Kurve 401 liegt.

Das in Fig. 4 gezeigte Diagramm verdeutlicht, wie die Winkelauflösung je nach Ausführungsform der optischen Einrichtung über den Bildwinkel variieren kann. Welchen Einfluss eine derartige Variation auf die Abtastung relevanter Objekte hat, ist beispielhaft in der vorangehend beschriebenen Fig. 3 gezeigt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Abbildungsgleichung so ausgelegt ist, dass bei einer vorgesehenen maximalen Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs die von der optischen Einrichtung auflösbaren Strukturelemente möglichst genau mit einer bei längeren Belichtungszeiten des Bildsensors entstehenden

Bewegungsunschärfe kompensieren. Die Abbildungsgleichung der optischen Einrichtung kann hierbei stark winkelabhängig sein.

Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 gemäß einem

Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 500 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen

Umfelderfassungseinrichtung durchgeführt werden. Zunächst wird in einem Schritt 510 ein die in der Bildmitte und im Randbereich befindlichen Objektpunkte repräsentierendes Sensorsignal eingelesen. Das Sensorsignal kann

beispielsweise vom Bildsensor ansprechend auf eine Belichtung des Bildsensors bereitgestellt werden. In einem weiteren Schritt 520 wird das Sensorsignal entsprechend verarbeitet, um ein auf den Objektpunkten basierendes Bild des Umfelds des Fahrzeugs zu generieren und in Form eines entsprechenden Bildsignals auszugeben.

Mittels eines solchen Verfahrens ist es beispielsweise möglich, einen im

Vergleich zu einer radialsymmetrischen und zentralperspektivischen Optik größeren Überwachungswinkelbereich unter Beibehaltung einer hohen

Winkelauflösung im achsnahen Bereich abzudecken. Je nach Ausführungsform kann hierbei eine bildsensorbedingte, insbesondere durch eine hohe Relativgeschwindigkeit aus einer Bildexplosion entstandene Bewegungsunschärfe kompensiert werden. Bewegt sich nämlich die

Umfelderfassungseinrichtung auf eine Szene zu, so können Objekte der Szene abhängig von ihrer spatialen Position als eine von innen nach außen immer schneller werdende Struktur erscheinen.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.