Optisches Sensorsystem

Die Erfindung betrifft ein optisches Sensorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , insbesondere zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug.

Aus der DE 20 201 1 005 102 U1 ist ein optisches Sensorsystem für den Einsatz in einem Fahrzeug bekannt, wobei das Sensorsystem mindestens eine Kameraeinheit und mindestens einen Rechner zur Verarbeitung der von der Kameraeinheit gewonnenen Bilder enthält. Das optische Sensorsystem ist mit mindestens einem Darstellungssystem im Fahrzeug verbunden, wobei die von dem Sensorsystem erzeugten digitalen Bilder für die Berechnung von

Zustandsinformationen für den Fahrer im Rechner verarbeitet werden, wobei die

Bildwiederholrate des mindestens einen optischen Sensors an die Rechenkapazität des mindestens einen Rechners so angepasst ist, dass die Bildinformationen alle

sicherheitsrelevanten Bilddaten enthält und der mindestens eine Rechner diese Bilddaten nach deren Erfassung in der verbliebenen Rechnerkapazität auf ihr Gefahrenpotential auswertet. Dabei wird vorgeschlagen, dass eine Optik der Kameraeinheit eine Weitwinkeloptik ist, wobei die Bilddaten je nach zusätzlicher Fahrerassistenzaufgabe untersucht werden, um die Warn- und Informationsaufgabe für ein Hilfssystem wie ein Spurwechselassistent, Bird View, Pre- Crash Sensor, Verkehrszeichenerkennung, Totwinkel-Überwachung sowie weitere

Warnsysteme, die auf optischer Bildverarbeitung beruhen, zu erfüllen. Da der Kamerasensor eine höhere Auflösung hat als das Display, wird auf dem Display immer nur ein Ausschnitt aus dem aufgenommenen Gesamtbild gezeigt.

Aus der US 2012/0249725 A1 sowie der DE 692 32 663 D2 sind Verfahren bekannt, um verzerrte Bildausschnitte bei Aufnahmen mit Weitwinkelobjektiven zu korrigieren.

Nachteilig ist, dass die erreichbare Auflösung von Objekten im Randbereich trotz

Transformation begrenzt ist.

Ein weiteres Problem stellt sich, wenn bei gewünschten zusätzlichen Funktionen relevante Objekte nicht mehr im Sichtbereich der Optik sind. Grundsätzlich ist es möglich, entsprechend mehr Kameras vorzusehen, die auf die jeweilige Funktion optimiert sind, was jedoch sehr kostspielig ist.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein optisches Sensorsystem zu schaffen, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, das mit geringen Kosten vielfältige Einsatzmöglichkeiten ermöglicht.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein optisches Sensorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das optische Sensorsystem umfasst eine Optik, mindestens einen photosensitiven Sensor sowie mindestens eine Recheneinheit zur Aufbereitung von Daten des photosensitiven

Sensors, wobei die Optik einen Sichtbereich aufweist. Der photosensitive Sensor ist

beispielsweise als CMOS- oder CCD-Matrix-Sensor ausgebildet. Die Optik weist mindestens eine erste Teil-Abbildungsoptik und eine zweite Teil-Abbildungsoptik auf, wobei die erste Teil- Abbildungsoptik einen ersten Sichtbereich und die zweite Teil-Abbildungsoptik einen zweiten Sichtbereich aufweist, die voneinander verschieden sind. Die erste und zweite Abbildungsoptik sind derart ausgebildet, dass der erste Sichtbereich auf einen ersten Teilbereich des

photosensitiven Sensors und der zweite Sichtbereich auf einen zweiten Teilbereich des photosensitiven Sensors abgebildet wird. Hierdurch ist es möglich, mittels eines optischen Sensorsystems verschiedene Funktionen optimiert durchzuführen. Der Mehraufwand gegenüber den bekannten optischen Sensorsystemen besteht nur in der Anpassung der Optik und einer entsprechenden Anpassung der Software zur Auswertung der Daten des

photosensitiven Sensors.

In einer Ausführungsform ist der zweite Sichtbereich kleiner als der erste Sichtbereich und liegt vollständig im ersten Sichtbereich. Diese Ausführungsform kommt vorzugsweise zur

Anwendung, wenn die Auflösung in einzelnen Bereichen des ersten Sichtbereichs erhöht werden soll.

In einer alternativen Ausführungsform ist der zweite Sichtbereich kleiner als der erste

Sichtbereich und liegt vollständig außerhalb des ersten Sichtbereichs. Diese Ausführungsform kommt vorzugsweise zur Anwendung, um einzelne Objekte außerhalb des ersten Sichtbereichs zu erfassen. Prinzipiell ist es aber möglich, dass sich der erste und zweite Sichtbereich überlappen. Des Weiteren sind auch Ausführungsformen möglich, wo der erste und zweite Sichtbereich gleich groß sind, aber verschiedene Blickrichtungen aufweisen.

Für die Abbildung auf den ersten und zweiten Teilbereich sind verschiedene

Ausführungsformen möglich, wobei im einfachsten Fall die Teilbereiche auf verschiedene, voneinander getrennte Bereiche des photosensitiven Sensors abgebildet werden.

Es ist aber auch möglich, dass der erste Teilbereich vollständig einen aktiven Bereich des photosensitiven Sensors abdeckt, wobei der zweite Teilbereich in dem ersten Teilbereich liegt. Dabei kann nun weiter vorgesehen sein, dass die erste Teil-Abbildungsoptik derart ausgebildet ist, dass der Teil für den zweiten Teilbereich bei der Abbildung ausgespart wird oder aber die beiden Abbildungen überlagern sich. Insbesondere wenn aus benachbarten Teilen des ersten Teilbereichs oder aufgrund von a priori Kenntnissen der Bildinhalt im zweiten Teilbereich der ersten Teil-Abbildungsoptik bestimmt oder geschätzt werden kann, so kann dieser vom überlagerten Bild im zweiten Teilbereich abgezogen werden.

Die Realisierung der ersten und zweiten Teil-Abbildungsoptik kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Mögliche Beispiele sind diffraktive optische Elemente (DOE) oder Linsen-Spiegel- Kombinationen.

In einer Ausführungsform ist die Optik als asymmetrische Linse ausgebildet, die zwei Linsen für die beiden Sichtbereiche ausbildet. Der Vorteil ist, dass die Anzahl der Bauteile minimiert ist und die Herstellungskosten relativ gering sind.

In einer Ausführungsform ist das optische Sensorsystem als Kamera einer Umfeldsensorik eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, wobei der erste Sichtbereich einen Winkel von größer 150° und der zweite Sichtbereich einen Winkel zwischen 30° bis 60° aufweist. Dabei ist das optische Sensorsystem beispielsweise in einem Seitenspiegel angeordnet. Der erste Sichtbereich erfasst dabei den seitlichen Bereich des Kraftfahrzeugs, wohingegen der zweite Sichtbereich nach hinten ausgerichtet ist. Mit der zweiten Teil-Abbildungsoptik können dann sich von hinten nähernde Kraftfahrzeuge mit hoher Auflösung erfasst werden, sodass diese Daten

insbesondere für Fahrspurwechsel oder allgemein Beobachtungen von benachbarten

Fahrspuren in hoher Auflösung zur Verfügung stehen. Der Winkel des ersten Sichtbereichs ist vorzugsweise 180° oder nahezu 180°.

In einer weiteren Ausführungsform ist das optische Sensorsystem derart ausgebildet, dass anhand von a priori Kenntnissen der zweite Teilbereich in oder neben den ersten Teilbereich gelegt wird, wo keine funktionsrelevanten Informationen im ersten Teilbereich erwartet werden. Hierdurch entsteht keinerlei relevanter Informationsverlust, um den zweiten Teilbereich abzubilden.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische Sensorsystem mindestens eine Anzeigeeinheit, wobei wahlweise auf der Anzeigeeinheit die Abbildungen vom ersten und/oder zweiten Teilbereich dargestellt sind. Dabei kann bei der kombinierten Wiedergabe vorgesehen sein, dass die Abbildung vom zweiten Teilbereich im ersten Teilbereich an Stellen erfolgt, wo keine funktionsrelevanten Informationen erwartet werden.

Vorzugsweise ist das optische Sensorsystem derart ausgebildet, dass die Darstellung auf der Anzeigeeinheit situativ ausgewählt wird. Neben einer situativen Umschaltung kann alternativ oder ergänzend auch eine manuelle Umschaltung erfolgen. Die situative Umschaltung kann beispielsweise durch Betätigung eines Fahrtrichtungsanzeigers erfolgen, aufgrund dessen eine benachbarte Fahrspurüberwachung relevant wird. Eine situative Umschaltung ist auch durch die Geschwindigkeit des Fahrzuegs gegeben. In einem ersten Geschwindigkeitsbereich liegt die erste Situation vor und in einem zweiten Geschwindigkeitsbereich die andere Situation in der umgeschaltet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:

Fig. 1 a einen beispielhaften Sichtbereich eines optischen Sensorsystems in einem

Seitenspiegel eines Kraftfahrzeugs als Umfeldsensorik (Stand der Technik),

Fig. 1 b eine schematische Draufsicht auf eine zugeordnete Optik des optischen Sensors gemäß Fig. 1 a (Stand der Technik),

Fig. 1 c eine Darstellung einer Teilszene aus Fig. 1 a auf dem Display,

Fig. 2 eine beispielhafte Szene an einer Lichtsignalanlage mit einem eingezeichneten

Sichtbereich einer Frontkamera eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 3a eine beispielhafte Darstellung der Szene gemäß Fig. 1 a mit einem

erfindungsgemäßen optischen Sensorsystem,

Fig. 3b eine schematische Draufsicht auf eine zugeordnete Optik des optischen

Sensorsystems gemäß der Fig. 3a und Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines optischen Sensorsystems.

Bevor die Erfindung näher erläutert wird, soll zunächst die Ausgangssituation kurz erläutert werden. In der Fig. 1 a ist die Abbildung einer Szene dargestellt, die ein optisches Sensorsystem mit einem Sichtbereich von ca. 180° aufnimmt, wozu die Optik 2 des optischen Sensorsystems beispielsweise als Halbkugel ausgebildet ist, wobei in Fig. 1 b die entsprechende Unteransicht dargestellt ist. Dabei ist links hinten ein sich annäherndes Fahrzeug zu erkennen. Mittels der bekannten Transformationsvorschriften lässt sich dieser Szenenausschnitt in eine Darstellung wie in Fig. 1 c dargestellt umrechnen und auf einer Anzeigeeinheit darstellen. Dabei stellt sich das Problem, dass die erreichbare Auflösung auf der Anzeigeeinheit begrenzt ist, da nur eine begrenzte Anzahl von Pixeln des Sensors Informationen über das Kraftfahrzeug enthalten.

In der Fig. 2 ist eine beispielhafte Szene an einer Lichtsignalanlage dargestellt, wobei der Sichtbereich einer Frontkamera als Rechteck in die Szene eingezeichnet ist. Aufgrund des beschränkten Sichtbereichs kann die Frontkamera nicht den oberen Teil der Lichtsignalanlage erfassen. Würde hingegen der Sichtbereich vergrößert werden, sinkt wieder die erreichbare Auflösung.

Das Problem bei den bekannten optischen Sensoren ist also, dass teilweise interessierende Bereiche nicht mit ausreichender Auflösung dargestellt werden können oder im Extremfall gar nicht erfasst werden.

Die Lösung dieses technischen Problems soll nun anhand der Fig. 4 in Verbindung mit den Fig. 3a und 3b näher erläutert werden. Hierzu umfasst das optische Sensorsystem 1 eine Optik 2 und mindestens einen photosensitiven Sensor 3 in Form eines Matrix-Sensors. Die Optik 2 weist eine erste Teil-Abbildungsoptik 2a und eine zweite Teil-Abbildungsoptik 2b auf. Dabei weist die erste Teil-Abbildungsoptik 2a einen ersten Sichtbereich S1 mit einem Winkel a1 und die zweite Teil-Abbildungsoptik 2b einen zweiten Sichtbereich S2 mit einem Winkel a2 auf. Dabei sind der erste Sichtbereich S1 und der zweite Sichtbereich S2 verschieden. Im dargestellten Beispiel liegt der zweite Sichtbereich S2 vollständig im ersten Sichtbereich S1.

Die erste Teil-Abbildungsoptik 2a bildet eine Szene im ersten Sichtbereich S1 auf einem ersten Teilbereich T1 des photosensitiven Sensors 3 ab. Entsprechend bildet die zweite Teil- Abbildungsoptik 2b eine Szene im zweiten Sichtbereich S2 auf einem zweiten Teilbereich T2 ab. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der zweite Teilbereich T2 vollständig im ersten Teilbereich T1 . Dabei sei vorgesehen, dass die erste Teil-Abbildungsoptik 2a derart ausgebildet ist, dass diese nicht in den zweiten Teilbereich T2 abbildet oder deren Anteil muss herausgerechnet werden. Alternativ können die beiden Teilbereiche T1 , T2 auch

nebeneinander liegen. Dabei liegt der zweite Teilbereich T2 in oder neben dem ersten

Teilbereich T1 , wo keine funktionsrelevanten Informationen im ersten Teilbereich T1 erwartet werden.

Des Weiteren umfasst das optische Sensorsystem 1 eine Recheneinheit 4, die die Daten des photosensitiven Sensors 3 aufbereitet und an eine Anzeigeeinheit 5 übermittelt. Die

Recheneinheit 4 ist dabei derart ausgebildet, dass diese Steuersignale SG von anderen Komponenten wie beispielsweise Steuergeräten erhalten kann und in Abhängigkeit der

Steuersignale SG die Darstellung auf der Anzeigeeinheit 5 anpasst.

In der Fig. 3a ist nun die aufgenommene Szene entsprechend Fig. 1 a mit einer

erfindungsgemäßen Optik 2 dargestellt. Dabei wird die Teil-Szene mit dem Fahrzeug über die zweite Teil-Abbildungsoptik 2b als Teilbereich T2 in den ersten Teilbereich T1 abgebildet, wo keine funktionsrelevanten Informationen liegen. Im dargestellten Beispiel ist dies die

Seitenverkleidung des eigenen Fahrzeugs, die für die Umfeldbeobachtung nicht von Interesse ist. Daher kommt es auch zu keinem Informationsverlust. Die erfindungsgemäße Optik 2 ist Bestandteil eines Bird-View-Systems (Hilfssystem), das heißt sie gehört zu einem System, welches aus vier Optiken, die um das Fahrzeug angeordnet sind besteht, um ein

dreidimensionales Bild zu erzeugen. Die Optik ist an jeweils einem Außenspiegel und oder an einem Stoßfänger des Fahrzeugs angeordnet. Idealerweise ist die Optik an einem

Außenspiegel so angeordnet, dass sie annährend parallel zur Fahrbahnoberfläche ausgerichtet ist. Idealerweise zeigt sie dabei 5 bis 10 Grad zum rückwärtigen Seitenverkehr des Fahrzeugs auf der Fahrbahn.

In der Fig. 3b ist dabei eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß modifizierte Optik dargestellt, die als asymmetrische Linse 6 ausgebildet ist. Diese weist eine erste Teil-Linse 6a und eine zweite Teil-Linse 6b auf. Die erste Teil-Linse 6a weist dabei weiter einen Sichtbereich von ca. 180° auf, wobei die zweite Teil-Linse 6b mit einem kleineren Sichtbereich S2 von ca. 30° bis 60° ausgebildet ist und rückwärts nach hinten gerichtet ist. Anschaulich ist dabei eine Hälfte der Halbkugel entfernt worden und durch einen Quader oder Zylinder ersetzt worden, sodass entsprechend mehr Licht gesammelt wird. Für Ausführungsformen, wo außerhalb des ersten Sichtbereichs S1 liegende Objekte erfasst werden sollen (siehe Problem gemäß Fig. 2), liegt der Sichtbereich S2 der zweiten Teil-Abbildungsoptik 2b außerhalb des ersten Sichtbereichs S1 und bildet die gewünschten Objekte in den zweiten Teilbereich T2 ab. In der Darstellung auf der Anzeigeeinheit 5 können diese Objekte im zweiten Teilbereich T2 neben der Darstellung des ersten Teilbereichs T1 dargestellt werden oder in die Darstellung des ersten Teilbereichs T1 integriert werden. So können beispielsweise die Objekte des zweiten Teilbereichs T2 links oben in der Darstellung des ersten Teilbereichs T1 eingeblendet werden, da der dort gezeigte Himmel keine funktionsrelevanten Informationen enthält.