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Patent Searching and Data


Title:
STEREO CAMERA FOR VEHICLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/055060
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a stereo camera (1) for a vehicle (10), comprising a first camera (1.1), which has a first image sensor (1.11) and the camera field of vision (S1) of which has a first opening angle (α1), and a second camera (1.2), which has a second image sensor (1.21) and the camera field of vision (S2) of which has a second opening angle (α2), wherein the second opening angle (α2) is greater than the first opening angle (α1). According to the invention, the first camera (1.1) has a first lens optical unit (1.12) and the second camera (1.2) has a second lens optical unit (1.22), wherein both the first lens optical unit (1.12) and the second lens optical unit (1.22) are designed with an angular resolution that is higher in a central region (Z1, Z2) of the camera field of vision (S1, S2) lying in the angular range (α11, α21) around the optical axis (O1) than outside of the central region (Z1, Z2), and the first camera (1.1) and the second camera (1.2) are arranged in relation to each other in such a way that the camera fields of vision (S1, S2) thereof overlap.

Inventors:
ADOMAT ROLF (DE)
FECHNER THOMAS (DE)
KRÖKEL DIETER (DE)
MÜLLER GERHARD (DE)
PUNKE MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/DE2015/200457
Publication Date:
April 14, 2016
Filing Date:
September 15, 2015
Export Citation:
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Assignee:
CONTI TEMIC MICROELECTRONIC (DE)
International Classes:
G02B13/06; H04N5/369; H04N13/239
Foreign References:
DE102004061998A12006-07-06
US8305431B22012-11-06
DE102004061998A12006-07-06
US20130120538A12013-05-16
Other References:
STEFAN K GEHRIG: "Large-Field-of-View Stereo for Automotive Applications", 1 October 2005 (2005-10-01), OMNIVIS05, Beijing, XP055245745, Retrieved from the Internet [retrieved on 20160128]
FENG WEIJIA ET AL: "A general model and calibration method for spherical stereoscopic vision", INTELLIGENT ROBOTS AND COMPUTER VISION XXIX: ALGORITHMS AND TECHNIQUES, SPIE, 1000 20TH ST. BELLINGHAM WA 98225-6705 USA, vol. 8301, no. 1, 22 January 2012 (2012-01-22), pages 1 - 8, XP060000647, DOI: 10.1117/12.907071
"Vision Sensors and Edge Detection", 1 August 2010, SCIYO, ISBN: 978-953-30-7098-8, article SIMON THIBAULT: "Panomorph Based Panoramic Vision Sensors", pages: 1 - 28, XP055218910, DOI: 10.5772/56692
SIMON THIBAULT: "Panomorph Based Panoramic Vision Sensors, Vision Sensors and Edge Detection, Francisco Gallegos-Funes", 2010, INTECH
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Claims:
Patentansprüche

1. Stereokamera (1) für ein Fahrzeug (10) mit einer einen ersten Bildsensor (1.11) aufweisenden ersten Kamera (1.1), deren Kamerasichtfeld (Sl) einen ersten Öffnungswinkel ( l) aufweist, und einer einen zweiten Bildsensor (1.21) aufweisenden zweiten Kamera (1.2), deren Kamerasichtfeld (S2) einen zweiten Öffnungswinkel ( 2) aufweist, wobei der zweite Öffnungswinkel ( 2) größer ist als der erste Öff¬ nungswinkel (al), dadurch gekennzeichnet, dass

- die erste Kamera (1.1) eine erste Linsenoptik (1.12) und die zweite Kamera (1.2) eine zweite Linsenoptik (1.22) aufweist, wobei sowohl die erste als auch die zweite Lin¬ senoptik (1.12, 1.22) mit einer im Winkelbereich (al 1 , a21) um die optische Achse (Ol) liegenden Zentralbereich (ZI, Z2) des Kamerasichtfeldes (Sl, S2) höheren Winkelauflösung ausgebildet ist als außerhalb des Zentralbereichs (ZI, Z2), und

- die erste und zweite Kamera (1.1, 1.2) derart zueinander angeordnet sind, dass sich deren Kamerasichtfelder (Sl, S2) überlappen.

Stereokamera (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der erste und der zweite Bildsensor (1.11, 1.21) mit identischen Pixeldichten ausgebildet ist und jeweils eine an den Öffnungswinkel (al, a2) angepasste Größe aufweisen. 3. Stereokamera (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Linsenoptik (1.12, 1.22) jeweils im Zentralbereich (ZI, Z2) mit einer gegen- über außerhalb des Zentralbereichs (ZI, Z2) doppelten Auf¬ lösung ausgebildet ist.

Verfahren zur Belichtungssteuerung einer Stereokamera (1) für ein Fahrzeug (10) mit einer einen ersten Bildsensor (1.11) aufweisenden ersten Kamera (1.1), deren Kamera¬ sichtfeld (Sl) einen ersten Öffnungswinkel ( l) aufweist, und einer einen zweiten Bildsensor (1.21) aufweisenden zweiten Kamera (1.2), deren Kamerasichtfeld (S2) einen zweiten Öffnungswinkel ( 2) aufweist, wobei der zweite Öffnungswinkel ( 2) in horizontaler Richtung größer ist als der erste Öffnungswinkel (al), dadurch gekennzeichnet, dass

- für die erste Kamera (1.1) eine erste Linsenoptik (1.12) und für die zweite Kamera (1.2) eine zweite Linsenoptik (1.22) bereitgestellt wird, wobei sowohl die erste als auch die zweite Linsenoptik (1.12, 1.22) mit einer im Winkelbereich (all, a21) um die optische Achse (Ol, 02) lie¬ genden Zentralbereich (ZI, Z2) des Kamerasichtfeldes (Sl, S2) höheren Winkelauflösung ausgebildet wird als außerhalb des Zentralbereichs (ZI, Z2), und

- die erste und zweite Kamera (1.1, 1.2) derart zueinander angeordnet werden, dass sich deren Kamerasichtfelder (Sl, S2) hinsichtlich der optischen Achse (1,2) symmetrisch überlappen,

- das Belichten und das Auslesen der Bildsensorpixel des ersten und zweiten Bildsensors (1.11, 1.21) spaltenweise durchgeführt wird, indem nach einem Belichtungsstart des größeren Bildsensors (1.21) die Belichtung des kleineren Bildsensors (1.11) beginnt, wenn bei dem größeren Bildsen¬ sor (1.21) die erste Spalte des kleineren Bildsensors (1.11) erreicht wird.

5. Verfahren zur Belichtungssteuerung einer Stereokamera (1) für ein Fahrzeug (10) mit einer einen ersten Bildsensor (1.11) aufweisenden ersten Kamera (1.1), deren Kamera¬ sichtfeld (Sl) einen ersten Öffnungswinkel ( l) aufweist, und einer einen zweiten Bildsensor (1.21) aufweisenden zweiten Kamera (1.2), deren Kamerasichtfeld (S2) einen zweiten Öffnungswinkel ( 2) aufweist, wobei der zweite Öffnungswinkel ( 2) in vertikaler Richtung größer ist als der erste Öffnungswinkel (al), dadurch gekennzeichnet, dass

- für die erste Kamera (1.1) eine erste Linsenoptik (1.12) und für die zweite Kamera (1.2) eine zweite Linsenoptik (1.22) bereitgestellt wird, wobei sowohl die erste als auch die zweite Linsenoptik (1.12, 1.22) mit einer im Winkelbereich (all, a21) um die optische Achse (Ol, 02) lie¬ genden Zentralbereich (ZI, Z2) des Kamerasichtfeldes (Sl, S2) höheren Winkelauflösung ausgebildet wird als außerhalb des Zentralbereichs (ZI, Z2), und

- die erste und zweite Kamera (1.1, 1.2) derart zueinander angeordnet werden, dass sich deren Kamerasichtfelder (Sl, S2) hinsichtlich der optischen Achse (1,2) symmetrisch überlappen,

- das Belichten und das Auslesen der Bildsensorpixel des ersten und zweiten Bildsensors (1.11, 1.21) zeilenweise durchgeführt wird, indem nach einem Belichtungsstart des größeren Bildsensors (1.21) die Belichtung des kleineren Bildsensors (1.11) beginnt, wenn bei dem größeren Bildsen¬ sor (1.21) die erste Zeile des kleineren Bildsensors

(1.11) erreicht wird.

6. Verfahren zur Belichtungssteuerung einer Stereokamera (1) für ein Fahrzeug (10) mit einer einen ersten Bildsensor (1.11) aufweisenden ersten Kamera (1.1), deren Kamera- sichtfeld (Sl) einen ersten Öffnungswinkel ( l) aufweist, und einer einen zweiten Bildsensor (1.21) aufweisenden zweiten Kamera (1.2), deren Kamerasichtfeld (S2) einen zweiten Öffnungswinkel ( 2) aufweist, wobei der zweite Öffnungswinkel in horizontaler und vertikaler Richtung größer ist als der erste Öffnungswinkel, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass

- für die erste Kamera (1.1) eine erste Linsenoptik (1.12) und für die zweite Kamera (1.2) eine zweite Linsenoptik (1.22) bereitgestellt wird, wobei sowohl die erste als auch die zweite Linsenoptik (1.12, 1.22) mit einer im Winkelbereich (all, a21) um die optische Achse (Ol, 02) lie¬ genden Zentralbereich (ZI, Z2) des Kamerasichtfeldes (Sl, S2) höheren Winkelauflösung ausgebildet wird als außerhalb des Zentralbereichs (ZI, Z2), und

- die erste und zweite Kamera (1.1, 1.2) derart zueinander angeordnet werden, dass sich deren Kamerasichtfelder (Sl, S2) hinsichtlich der optischen Achse (1,2) symmetrisch überlappen,

- das Belichten und das Auslesen der Bildsensorpixel des ersten und zweiten Bildsensors (1.11, 1.21) zeilenweise durchgeführt wird, indem nach einem Belichtungsstart des größeren Bildsensors (1.21) die Belichtung des kleineren Bildsensors (1.11) beginnt, wenn bei dem größeren Bildsen¬ sor (1.21) die erste Zeile des kleineren Bildsensors

(1.11) erreicht wird, wobei für den kleineren Bildsensor (1.11) in horizontaler Richtung randseitig jeweils virtu¬ elle Spalten bis zur Übereinstimmung mit der Spaltenzahl des größeren Bildsensor (1.21) erzeugt werden.

Verwendung der Stereokamera (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 für ein Fahrerassistenzsystem (2) in einem Fahrzeug (10).

Description:
Stereokamera für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Stereokamera für ein Fahrzeug mit einer einen ersten Bildsensor aufweisenden ersten Kamera und einer einen zweiten Bildsensor aufweisenden zweiten Kamera gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Belichtungssteuerung einer solchen Stereokamera.

Zur Realisierung von Fahrerassistenzsystemen, wie bspw. einer Verkehrszeichenerkennung oder eines Spurhalteassistenten werden Kamerasysteme, insbesondere Stereokameras zur verbesser ¬ ten Tiefenauflösung eingesetzt. Unter einer Stereokamera wer- den zwei Kameras mit jeweils einer Linsenoptik und einem

Bildsensor verstanden, die in einem vorgegebenen Abstand versetzt zueinander bspw. an einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angebracht sind. Stereokameras bieten den Vorteil, dass mit ihnen Entfernungen gemessen werden können.

Zur Realisierung der oben genannten Fahrerassistenzfunktionen benötigen Kamerasysteme einen horizontalen Öffnungswinkel von ca. 50° und einen vertikalen Öffnungswinkel von ca. 30°. Zu ¬ künftige Kamerasysteme erfordern für neue Funktionen wie Querverkehrserkennung oder Ampelerkennung einen deutlich höheren Öffnungswinkel.

Kamerasysteme mit hoher Auflösung und gleichzeitig großem Öffnungswinkel erfordern Bildsensoren mit hoher Pixelanzahl von mehreren Megapixeln, wie sie bereits für die digitale

Bildfotografie üblich sind. Solche Bildsensoren sind jedoch für den automobiltechnischen Einsatz ungeeignet, weil sie zum einen wegen der geringen Pixelgröße zu unempfindlich sind und zum anderen eine effiziente Verarbeitung der großen Pixelanzahl für die aufwendigen Bildverarbeitungsalgorithmen nicht zulassen . In diesem technischen Zusammenhang beschreibt die gattungsbildende US 83 05 431 Bl zur Realisierung einer Multifunktio- nalität eine Stereokamera für ein Fahrzeug mit einer ersten und zweiten Kamera, die jedoch unterschiedliche und sich überlappende Kamerasichtfelder (Field of View, FOV) aufwei- sen. Eine dieser Kameras ist als Schwarzweißkamera und die andere als Farbkamera ausgebildet, wobei die Schwarzweißkame ¬ ra einen Öffnungswinkel zwischen 30° und 50°, vorzugsweise 40° aufweist, während die Farbkamera einen Öffnungswinkel zwischen 15° und 25°, vorzugsweise 20° aufweist. Für beide Kameras werden identische Bildsensoren, vor allem hinsicht ¬ lich ihrer Auflösung vorgeschlagen.

Ein ähnliches System einer Stereokamera beschreibt auch die DE 10 2004 061998 AI, die eine Schwarzweißkamera mit einem Öffnungswinkel von ebenso 40° und eine Farbkamera mit einem

Öffnungswinkel von 70° umfasst. Die Schwarzweißkamera besitzt einen Grauwertbildsensor mit einer hohen Lichtempfindlichkeit und einer Pixelgröße von 8 ym bei einer horizontalen geometrischen Auflösung von 800 Pixeln. Die Farbkamera ist mit ei- nem hochauflösenden Farbbildsensor mit einer Pixelgröße von 4 ym bei einer horizontalen geometrischen Auflösung von 1600 Pixeln ausgestattet. Der Einsatz eines solchen hochauflösenden Farbbildsensors widerspricht jedoch einer kostengünstigen Realisierung von Fahrerassistenzfunktionen.

Ferner ist aus der US 2013/0120538 AI Stereokamera bekannt, deren beiden Kameras mit unterschiedlichen Bildsensoren hinsichtlich der Pixelanzahl ausgestattet sind. Ferner sind je- der Kamera Linsensysteme zur Einstellung von deren Kamera ¬ sichtfeldern zugeordnet. So führt das eine Linsensystem zu einem Öffnungswinkel von 55° und das andere Linsensystem zu einem Öffnungswinkel von 80°.

Simon Thibault (2010) beschreibt in „Panomorph Based

Panoramic Vision Sensors, Vision Sensors and Edge Detection, Francisco Gallegos-Funes (Ed.), ISBN: 978-953-307-098-8, InTech, eine sogenannte „panomorphe Optik" mit einer erhöhten Auflösung in vorbestimmten Zonen des Kamerasichtfeldes des zugehörigen Bildsensors, die ein besonderen Typ von

panoramischen Linsen darstellt. Diese sind gekennzeichnet durch zwei Parameter, nämlich dem Betrag und Lage der Auflösung innerhalb des panoramischen Kamerasichtfeldes. Für sol- che panomorphe Linsen stellt die Auflösung ein Designparame ¬ ter dar, um eine hochauflösende vorbestimmte Zone zu reali ¬ sieren, d. h. das Kamerasichtfeld wird in unterschiedliche Zonen unterteilt, die unterschiedliche Auflösungen aufweisen. So wird eine panomorphe Linse beschrieben, deren zentrale Zo- ne im Vergleich zur Peripherie die doppelte Auflösung auf ¬ weist, wie anhand der Figuren 8 und 9 erläutert wird.

Die Figur 8 zeigt ein Kamerasichtfenster mit einem Öffnungswinkel von +/- 90° um eine optische Achse 0 mit einem hoch- auflösenden Zentralbereich Z entsprechend einem Öffnungswinkel von +/- 30° und peripheren Zonen Ζ λ und Z" mit einer niedrigeren Auflösung. Die Figur 9 zeigt den Graph der Auflösung in Abhängigkeit des Öffnungswinkels, wobei der Zentral ¬ bereich Z die doppelte Auflösung aufweist als der außerhalb des Zentralbereichs liegende Bereich Z". Diese Figuren 8 und 9 zeigen auch einen Übergangsbereich Z λ zwischen dem Zentralbereich Z und dem Bereich Z", der über einen Winkelbereich von 10° verläuft. Der Autor des oben genannten Artikels erläutert ferner die Anwendung eines Bildsensors mit einer panomorphen Linse zur Bereitstellung der notwendigen Bildinformationen für ein Fah- rerassistenzsystem.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Er ¬ findung, eine Stereokamera der eingangs genannten Art zu schaffen, die kostengünstig realisierbar ist und gleichzeitig alle Anforderungen hinsichtlich einer erhöhten Auflösung zur Realisierung von Fahrerassistenzsystemen erfüllt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Belichtungssteuerung einer solchen Stereokamera anzugeben. Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Stereokamera mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Eine solche Stereokamera für ein Fahrzeug mit einer einen ersten Bildsensor aufweisenden ersten Kamera, deren Kamera- sichtfeld einen ersten Öffnungswinkel aufweist, und einer ei ¬ nen zweiten Bildsensor aufweisenden zweiten Kamera, deren Kamerasichtfeld einen zweiten Öffnungswinkel aufweist, wobei der zweite Öffnungswinkel größer ist als der erste Öffnungs ¬ winkel, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass

- die erste Kamera eine erste Linsenoptik und die zweite Ka ¬ mera eine zweite Linsenoptik aufweist, wobei sowohl die erste als auch die zweite Linsenoptik mit einer im Winkelbereich um die optische Achse liegenden Zentralbereich des Kamerasicht ¬ feldes höheren Winkelauflösung ausgebildet ist als außerhalb des Zentralbereichs, und

- die erste und zweite Kamera derart zueinander angeordnet sind, dass sich deren Kamerasichtfelder überlappen. Diese erfindungsgemäße Stereokamera zeichnet sich dadurch aus, dass für beide Kameras eine Linsenoptik verwendet wird, die jeweils im Zentralbereich eine höhere Auflösung aufweist als außerhalb dieses Zentralbereiches. Eine solche Stereoka- mera ist kostengünstig zu realisieren, da die entsprechenden Linsensysteme als marktübliche Produkte, bspw. von der Firma ImmerVision erhältlich sind.

Aufgrund des Einsatzes von panomorhen Linsenoptiken ist der erste und der zweite Bildsensor mit identischen Pixeldichten ausgebildet, wobei die beiden Bildsensoren jeweils eine an den Öffnungswinkel angepasste Größe aufweisen. Ent ¬ sprechend des größeren Öffnungswinkels weist auch der zugehö ¬ rige Bildsensor gegenüber dem Bildsensor der Kamera mit dem kleineren Kamerasichtfeld eine größere Fläche auf.

Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer weiteren Ausgestal ¬ tung der Erfindung, wenn die erste und zweite Linsenoptik jeweils im Zentralbereich mit einer gegenüber außerhalb des Zentralbereichs doppelten Auflösung ausgebildet ist.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 4, 5 und 6. Dieses Verfahren zur Belichtungssteuerung einer Stereokamera für ein Fahrzeug mit einer einen ersten Bildsensor aufweisenden ersten Kamera, deren Kamerasichtfeld einen ersten Öff ¬ nungswinkel aufweist, und einer einen zweiten Bildsensor auf ¬ weisenden zweiten Kamera, deren Kamerasichtfeld einen zweiten Öffnungswinkel aufweist, wobei der zweite Öffnungswinkel in horizontaler Richtung größer ist als der erste Öffnungswinkel, zeigte sich gemäß der erstgenannten Lösung erfindungsge ¬ mäß dadurch aus, dass - für die erste Kamera eine erste Linsenoptik und für die zweite Kamera eine zweite Linsenoptik bereitgestellt wird, wobei sowohl die erste als auch die zweite Linsenoptik mit einer im Winkelbereich um die optische Achse liegenden Zent- ralbereich des Kamerasichtfeldes höheren Winkelauflösung ausgebildet wird als außerhalb des Zentralbereichs, und

- die erste und zweite Kamera derart zueinander angeordnet werden, dass sich deren Kamerasichtfelder hinsichtlich der optischen Achse symmetrisch überlappen,

- das Belichten und das Auslesen der Bildsensorpixel des ers ¬ ten und zweiten Bildsensors spaltenweise durchgeführt wird, indem nach einem Belichtungsstart des größeren Bildsensors die Belichtung des kleineren Bildsensors beginnt, wenn bei dem größeren Bildsensor die erste Spalte des kleineren Bild- sensors erreicht wird.

Bei dieser erstgenannten erfindungsgemäßen Lösung wird das Kamerasichtfeld der einen Kamera gegenüber der anderen ledig ¬ lich in horizontaler Richtung erweitert, wobei zur Belich- tungssteuerung die beiden Bildsensoren spaltenweise belichtet und ausgelesen werden.

Die zweitgenannte erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich da ¬ durch aus, dass

- für die erste Kamera eine erste Linsenoptik und für die zweite Kamera eine zweite Linsenoptik bereitgestellt wird, wobei sowohl die erste als auch die zweite Linsenoptik mit einer im Winkelbereich um die optische Achse liegenden Zentralbereich des Kamerasichtfeldes höheren Winkelauflösung aus- gebildet wird als außerhalb des Zentralbereichs, und

- die erste und zweite Kamera derart zueinander angeordnet werden, dass sich deren Kamerasichtfelder hinsichtlich der optischen Achse symmetrisch überlappen, - das Belichten und das Auslesen der Bildsensorpixel des ers ¬ ten und zweiten Bildsensors zeilenweise durchgeführt wird, indem nach einem Belichtungsstart des größeren Bildsensors die Belichtung des kleineren Bildsensors beginnt, wenn bei dem größeren Bildsensor die erste Zeile des kleineren Bildsensors erreicht wird.

Bei dieser zweitgenannten erfindungsgemäßen Lösung wird das Kamerasichtfeld der einen Kamera gegenüber der anderen ledig- lieh in vertikaler Richtung erweitert, wobei zur Belichtungs ¬ steuerung die beiden Bildsensoren reihenweise belichtet und ausgelesen werden.

Die drittgenannte erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich da- durch aus, dass

- für die erste Kamera eine erste Linsenoptik und für die zweite Kamera eine zweite Linsenoptik bereitgestellt wird, wobei sowohl die erste als auch die zweite Linsenoptik mit einer im Winkelbereich um die optische Achse liegenden Zent- ralbereich des Kamerasichtfeldes höheren Winkelauflösung ausgebildet wird als außerhalb des Zentralbereichs, und

- die erste und zweite Kamera derart zueinander angeordnet werden, dass sich deren Kamerasichtfelder hinsichtlich der optischen Achse symmetrisch überlappen,

- das Belichten und das Auslesen der Bildsensorpixel des ers ¬ ten und zweiten Bildsensors zeilenweise durchgeführt wird, indem nach einem Belichtungsstart des größeren Bildsensors die Belichtung des kleineren Bildsensors beginnt, wenn bei dem größeren Bildsensor die erste Zeile des kleineren Bild- sensors erreicht wird, wobei für den kleineren Bildsensor in horizontaler Richtung randseitig jeweils virtuelle Spalten bis zur Übereinstimmung mit der Spaltenzahl des größeren Bildsensor erzeugt werden. Bei dieser drittgenannten erfindungsgemäßen Lösung wird das Kamerasichtfeld der einen Kamera gegenüber der anderen sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung erweitert, wobei zur Belichtungssteuerung die beiden Bildsensoren rei- henweise belichtet und ausgelesen werden und zur Anpassung in horizontaler Richtung für den kleineren Bildsensor virtuelle Spalten erzeugt und eingefügt werden.

Die erfindungsgemäße Stereokamera kann für Fahrerassistenz- Systeme in Fahrzeugen eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Stereokamera als auch das zugehörige er ¬ findungsgemäße Verfahren zur Belichtungssteuerung einer solchen Stereokamera wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsge ¬ mäßen Stereokamera im Bereich einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs,

Figur 2 eine schematische Darstellung des konstruktiven

Aufbaus der Stereokamera mit einer ersten und zweiten Kamera nach Figur 1,

Figur 3 ein Diagramm mit dem Auflösungsverlauf der ersten

Kamera der Stereokamera nach Figur 2 in Abhängigkeit des horizontalen Öffnungswinkels,

Figur 4 ein Diagramm mit dem Auflösungsverlauf der zwei-

Kamera der Stereokamera nach Figur 2 in Ab hängigkeit des horizontalen Öffnungswinkels, Figur 5 eine schematische Darstellung des Belichtungs ¬ schemas der Bildsensoren der ersten und zweiten Kamera einer erfindungsgemäßen Stereokamera bei einer horizontalen Erweiterung des Öffnungswin- kels der zweiten Kamera gegenüber der ersten Kamera,

Figur 6 eine schematische Darstellung des Belichtungs ¬ schemas der Bildsensoren der ersten und zweiten Kamera einer erfindungsgemäßen Stereokamera bei einer vertikalen Erweiterung des Öffnungswinkels der zweiten Kamera gegenüber der ersten Kamera,

Figur 7 eine schematische Darstellung des Belichtungs- Schemas der Bildsensoren der ersten und zweiten

Kamera einer erfindungsgemäßen Stereokamera bei einer horizontalen und vertikalen Erweiterung des Öffnungswinkels der zweiten Kamera gegenüber der ersten Kamera,

Figur 8 zeigt ein Kamerasichtfeld einer panomorphen Linse mit einem Zentralbereich von erhöhter Auflösung gegenüber dem peripheren Bereich, und ein Diagramm mit dem Auflösungsverlauf der panomorphen Linse nach Figur 8 in Abhängigkeit des horizontalen Öffnungswinkels.

Das in Figur 1 dargestellte Fahrzeug 10 umfasst ein Fahreras sistenzsystem mit einer hinter einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs 10 angeordneten Stereokamera 1 sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit 2, wobei die Stereokamera 1 eine erste Kamera 1.1 und eine zweite Kamera 1.2 aufweist und in Fahrt- richtung gesehen die erste Kamera 1.1 eine linke Kamera und die zweite Kamera 1.2 eine rechte Kamera darstellt. Die Bild ¬ daten der Stereokamera 1 werden von der Steuer- und Auswerteeinheit 2 ausgewertet. In Abhängigkeit des Auswerteergebnis- ses erfolgt die Ausführung einer Fahrerassistenzfunktion des Fahrerassistenzsystems .

Die linke Kamera 1.1 besitzt ein Kamerasichtfeld Sl mit einem horizontalen Öffnungswinkel l, bspw. von 50°, während die rechte Kamera 1.2 ein Kamerasichtfeld S2 mit einem größeren horizontalen Öffnungswinkel 2, bspw. von 90° aufweist.

Den konstruktiven Aufbau der Stereokamera 1 mit der linken und rechten Kamera 1.1 und 1.2 zeigt Figur 2. Die linke Kame- ra 1.1 umfasst eine erste Linsenoptik 1.12 sowie einem dieser Linsenoptik 1.12 zugeordneten ersten Bildsensor 1.11, der von einer Bildauswerteeinheit 1.13 angesteuert wird. Die rechte Kamera 1.2 weist den identischen Aufbau auf und besteht aus einer zweiten Linsenoptik 1.22 mit einem zweiten Bildsensor 1.21, der von einer Bildauswerteeinheit 1.23 angesteuert wird .

Für die erste und zweite Linsenoptik 1.12 und 1.22 wird we ¬ nigstens eine panomorphe Linse mit Eigenschaften entsprechend den Figuren 8 und 9 eingesetzt, deren Eigenschaften bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert wurde. Diese Linse gemäß Figur 8 weist einen die optische Achse 0 umgebenden Zentralbereich Z auf, in welchem diese Linse eine höhere Auf ¬ lösung aufweist als die beiden den Zentralbereich ringförmig umgebenden Bereiche Ζ λ und Z", die außerhalb dieses Zentral ¬ bereiches Z liegen. Diese Bereiche Z, Ζ λ und Z" weisen eine elliptische Form auf, wobei der Zentralbereich Z einen horizontalen Öffnungswinkel von 60° aufweist und der gesamte Öff- nungswinkel dieser Linse, die dem Kamerasichtfeld entspricht, einen Wert von 180° aufweist. Den Verlauf der Auflösung aus ¬ gehend von der optischen Achse 0 bis an den Randbereich zeigt die Figur 9, wonach die Auflösung in dem Zentralbereich Z, also bis zu dem Winkel von 30° doppelt so groß ist wie der Bereich größer einem Winkel von 40°, der dem Bereich Z" entspricht. Der der Winkelbereich von 30° bis 40° stellt einen Übergangsbereich zwischen dem Zentralbereich Z und dem äußersten Bereich Z" dar, in welchem die Auflösung stetig von dem höheren Wert in den niedrigeren Wert übergeht.

Auch die erste und zweite Linsenoptik 1.12 und 1.22 der linken und rechten Kamera 1.1 und 1 2 weisen eine entsprechende Eigenschaft auf, die in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. So weist gemäß Figur 2 die erste Linsenoptik 1.12 der linken Kamera 1.1 der Stereokamera 1 einen Zentralbereich ZI mit ei ¬ nem Öffnungswinkel von all auf, während die zweite Linsenop ¬ tik 1.22 der rechten Kamera 1.2 der Stereokamera 1 einen Zentralbereich Z2 mit einem größeren Öffnungswinkel a21 auf- weist. Diese beiden Zentralbereiche ZI und Z2 können entspre ¬ chend von Figur 8 elliptisch oder auch rotationssymmetrisch, also kreisförmig ausgebildet sein. Entsprechend sind die sich um diese Zentralbereiche ZI und Z2 sich anschließenden Berei ¬ che ausgeführt.

Den Verlauf der horizontalen Auflösung über das Kamerasichtfenster Sl der linken Kamera 1.1 zeigt die Figur 3, den Verlauf der horizontalen Auflösung über das Kamerasichtfenster S2 der rechten Kamera 1.2 zeigt die Figur 4.

Gemäß Figur 3 beträgt der Öffnungswinkel all des Zentralbe ¬ reiches ZI der ersten Linsenoptik 1.12 der ersten Kamera 1.1 20°, in welchem die Auflösung konstant 40 pix/° beträgt. An diesen Zentralbereich ZI schließt sich ein Winkelbereich von 5° als Übergangsbereich an, in welchem die Auflösung von 40 pix/° auf 20 pix/° abfällt und konstant bis an den Rand bei einem Winkelwert von 25°, entsprechend einem Öffnungswinkel von 50° bleibt. In diesem Zentralbereich ZI mit einem relativ engen Öffnungswinkel von 20° liegt eine hohe Auflösung vor, die für eine Objekterkennung im Fernbereich erforderlich ist.

Gemäß Figur 4 beträgt der Öffnungswinkel al2 des Zentralbe- reiches Z2 der zweiten Linsenoptik 1.22 der zweiten Kamera 1.2 entsprechend der ersten Linsenoptik 1.12 ebenso 20°, in welchem die Auflösung auch konstant 40 pix/° beträgt. An die ¬ sen Zentralbereich Z2 schließt sich ein Winkelbereich von 5° als Übergangsbereich an, in welchem die Auflösung von 40 pix/° auf 20 pix/° abfällt und konstant bis an den Rand bei einem Wert von 45°, entsprechend einem Öffnungswinkel von 90° bleibt .

Bei einer solchen Stereokamera 1 mit den Eigenschaften gemäß den Figuren 3 und 4 lässt sich der Stereoeffekt bis zu einem Öffnungswinkel von 50° nutzen.

Die Bildsensoren 1.11 und 1.21 der linken und rechten Kamera 1.1 und 1.2 weisen unterschiedliche Größen auf, die jeweils an die Kamerasichtfelder Sl und S2 angepasst sind, jedoch je ¬ weils die gleiche Pixeldichte aufweisen. Aufgrund des größe ¬ ren Sichtfeldes S2 der rechten Kamera 1.2 im Vergleich zum Sichtfeld Sl der linken Kamera 1.1 ist der zweite Bildsensor 1.21 der rechten Kamera 1.2 in seiner horizontalen Ausdehnung größer als der erste Bildsensor 1.11 der linken Kamera 1.1. Dabei sind die beiden Kameras 1.1 und 1.2 derart zueinander ausgerichtet, dass sich die Kamerasichtfelder Sl und S2 symmetrisch überlappen, wie dies in Figur 5 dargestellt ist. Der größere Bildsensor 1.21 müsste bei einer lediglich horizontalen Erweiterung des Öffnungswinkels 2 der rechten Kamera 1.2 auf 90° gegenüber einem Öffnungswinkel von 50° der linken Kamera 1.1 nur um etwa 50 % hinsichtlich der Pixelanzahl wachsen, obwohl der Öffnungswinkel nahezu verdoppelt wird .

Der Übergangsbereich vom hochauflösenden Zentralbereich ZI bzw. Z2 in den niederauflösenden Bereich führt dazu, dass eine Rektifizierung der Bilder für die Errechnung eines Stereotiefenbildes erschwert wird. Um diese Schwierigkeit zu umge ¬ hen, ist es möglich, den Übergangsbereich so weit nach rechts zu verschieben, d.h. in Richtung höherer Winkelwerte, dass dieser Übergangsbereich nur noch in der rechten Kamera 1.2 mit dem größeren Öffnungswinkel 2 zum Tragen kommt.

Zur Erzielung einer hochgenauen Stereotiefenkarte ist die Synchronität beim Belichten und Auslesen der Bildsensorpixel der beiden Bildsensoren 1.11 und 1.21 sicherzustellen. Dies stellt kein Problem dar, wenn nach dem „Global-Shutter- Prinzip" arbeitende Bildsensoren verwendet werden, da alle Bildsensorpixel gleichzeitig belichtet und ausgelesen werden. Es ist jedoch möglich, nach dem sogenannten „Rolling-Shutter- Prinzip" vorzugehen, indem die Synchronität bei den beiden Bildsensoren 1.11 und 1.21 dadurch erreicht wird, dass diese spaltenweise ausgelesen werden. Diese Vorgehensweise be ¬ schreibt Figur 5, wonach zunächst die erste Spalte SP21 des größeren Bildsensors 1.21 belichtet und ausgelesen wird und das Belichten und Auslesen des kleineren Bildsensors 1.11 erst gestartet wird, wenn der Belichtungsvorgang des größeren Bildsensors 1.21 die erste Spalte SP11 des kleineren Bildsen ¬ sors 1.11 erreicht hat.

Mit den Figuren 1 bis 4 wird eine Stereokamera 1 mit einer linken und rechten Kamera 1.1 und 1.2 beschrieben, bei welcher der Öffnungswinkel 2 der rechten Kamera 1.2 gegenüber dem Öffnungswinkel l der linken Kamera 1.1 in horizontaler Richtung erweitert ist. Entsprechend ist es auch möglich, den Öffnungswinkel der rechten Kamera 1.2 gegenüber dem Öffnungs- winkel der linken Kamera 1.1 in vertikaler Richtung zu erweitern. Auch für diesen Fall weisen die beiden Linsenoptiken 1.12 und 1.21 der linken und rechten Kamera 1.1 und 1.2 die im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschriebenen Eigenschaften auf. Dabei sind die beiden Kameras 1.1 und 1.2 der- art zueinander ausgerichtet, dass sich die Kamerasichtfelder Sl und S2 symmetrisch überlappen, wie dies in Figur 6 dargestellt ist.

Die Belichtung der beiden Bildsensoren 1.11 und 1.21 einer solchen Stereokamera 1 erfolgt gemäß dieser Figur 6 zeilen ¬ weise, indem zunächst die Belichtung und das Auslesen mit der ersten Zeile ZE21 des größeren Bildsensors 1.21 beginnt und anschließend die Belichtung und das Auslesen des kleineren Bildsensors 1.11 erst dann beginnt, wenn der Belichtungsvor- gang des größeren Bildsensors 1.21 die erste Zeile ZEH des kleineren Bildsensors 1.11 erreicht hat.

Eine Erweiterung des Öffnungswinkels der rechten Kamera 1.2 gegenüber dem Öffnungswinkel der linken Kamera 1.1 kann auch sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung erfolgen. Dies führt dazu, dass der zweite Bildsensor 1.21 sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung größer ist als der erste Bildsensor 1.11. Auch für diesen Fall weisen die beiden Linsenoptiken 1.12 und 1.21 der linken und rechten Kamera 1.1 und 1.2 die im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschriebenen Eigenschaften auf. Dabei sind die beiden Kameras 1.1 und 1.2 derart zueinander ausgerichtet, dass sich die Kamerasichtfelder Sl und S2 symmetrisch überlappen, wie dies in Figur 7 dargestellt ist.

Die Herstellung der Synchronität beim Belichten und Auslesen solcher Bildsensoren 1.1 und 1.2 ist aufwendiger, als bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen.

Zunächst beginnt der Belichtungs- und Auslesevorgang mit der ersten Zeile ZE21 des größeren Bildsensors 1.21 die erste Zeile ZEH des kleineren Bildsensors 1.11 erreicht ist. Um die Synchronität zu sichern, müsste für jede Zeile des klei ¬ neren Bildsensors 1.11 eine Pause entsprechend der Anzahl der Auslesetakte der überzähligen Pixel in einer Zeile des größe ¬ ren Bildsensors 1.21 eingefügt werden. Dies wird dadurch er ¬ reicht, dass beim kleineren Bildsensor 1.11 eine entsprechen- de Anzahl virtueller Spalten eingefügt werden, für die der Pixeltakt weiterlaufen kann, ohne dass beim kleineren Bildsensor 1.11 die Pixel dieser virtuellen Spalten verarbeitet werden müssten. Dadurch kann auf den Belichtungsstart der nachfolgenden Zeile gewartet werden und das gleichzeitige Starten der zeilenweise Belichtung sichergestellt werden.

Bezugs zeichen

1 Stereokamera

1 .1 erste Kamera der Stereokamera 1

1 .11 erster Bildsensor der ersten Kamera 1. 1

1 .12 erste Linsenoptik der ersten Kamera 1. 1

1 .13 Bildauswerteeinheit der ersten Kamera 1 .1

1 .2 zweite Kamera der Stereokamera 1

1 .21 zweiter Bildsensor der zweiten Kamera 1 .2

1 .22 zweite Linsenoptik der zweiten Kamera 1 .2

1 .23 Bildauswerteeinheit der zweiten Kamera 1.1

Steuer- und Auswerteeinheit

10 Fahrzeug 0 optische Achse

01 optische Achse der ersten Kamera 1.1

02 optische Achse der zweiten Kamera 1.2

Sl Kamerasichtfeld der ersten Kamera 1.1

S2 Kamerasichtfeld der zweiten Kamera 1.2

SP11 erste Spalte des ersten Bildsensors 1.11

SP21 erste Spalte des zweiten Bildsensors 1.21 Z Zentralbereich einer panomorphen Linse

Z λ ein den Zentralbereich umschließenden Bereich einer panomorphen Linse Z" ein den Zentralbereich umschließenden Bereich einer panomorphen Linse

ZI Zentralbereich der ersten Linsenoptik 1.12

Z2 Zentralbereich der zweiten Linsenoptik 1.22

ZEH erste Zeile des ersten Bildsensors 1.11

ZE21 erste Zeile des zweiten Bildsensors 1.21 l Öffnungswinkel des Kamerasichtfeldes Sl

all Öffnungswinkel des Zentralbereiches ZI

a2 Öffnungswinkel des Kamerasichtfeldes S2

a21 Öffnungswinkel des Zentralbereiches Z2