WO2012017334A2 - Kamerasystem für fahrzeuganwendungen - Google Patents

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WO2012017334A2
WO2012017334A2 PCT/IB2011/002769 IB2011002769W WO2012017334A2 WO 2012017334 A2 WO2012017334 A2 WO 2012017334A2 IB 2011002769 W IB2011002769 W IB 2011002769W WO 2012017334 A2 WO2012017334 A2 WO 2012017334A2
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WO
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camera system
light source
image sensor
electromagnetic radiation
sensor
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PCT/IB2011/002769
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WO2012017334A3 (de
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Lutz KÜHNKE
Konrad ROTHENHÄUSLER
Christian Schaale
Thomas Fechner
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Aumovio Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B43/00—Testing correct operation of photographic apparatus or parts thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N17/00—Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details
    • H04N17/002—Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details for television cameras

Definitions

  • the invention relates to a camera system for vehicle applications according to claim 1.
  • camera systems are used in vehicles, in particular in driver assistance systems, for example for detecting traffic situations in front of the vehicle.
  • Camera-based driver assistance systems are also increasingly being used in safety-relevant applications.
  • the camera system of a driver assistance system is installed behind the windshield of a vehicle and looks ahead. To ensure perfect operation of the system, it is essential to ensure that the lens can be seen through the glass under all circumstances.
  • the optical path to the image sensor of the camera of the system must be free of interference. Should, for example, due to .
  • Contamination, fogging or icing in the optical path of the camera can not be given a clear view of the surroundings in front of a vehicle, this must be reliably detected by the system, especially in a safety-relevant application, so that countermeasures can be initiated, if necessary - or a warning is signaled to the driver assistance system
  • fogging may persist for a long time because of the lack of direct air exchange. Detecting fog or icing from the camera images is unreliable and requires a long time. Observation time to stabilize the result
  • Object of the present invention is therefore to propose a camera system for vehicle applications, can be detected with the interference in the optical path of a camera of the camera system.
  • An essential concept of the invention is to image a light source for testing the optical path of a camera system for vehicle applications on at least a portion of an image sensor of the camera system and to evaluate by means of a signal processing for processing the electrical signals of the image sensor such that based on the image of the light source interference in optical path of the camera system can be detected.
  • An embodiment of the invention relates to a camera system for vehicle applications, which is designed for mounting behind a window of a vehicle and has the following:
  • At least one optical system for imaging electromagnetic radiation is provided
  • the camera system further comprises:
  • controllable light source for generating electromagnetic radiation for an optical test of the camera system, and. a test electronics for evaluating the converted by the image sensor, electrical signals and for driving the light source.
  • the camera system is further configured such that the electromagnetic radiation generated by the light source is imaged on at least a portion of the image sensor via the at least one optical system and the test electronics the electrical signals generated by the image sensor with regard to a readiness for operation and for the definition of functional values of the camera system evaluates.
  • the camera system can be designed for mounting behind the windshield of a vehicle and the light source can be arranged such that the windshield serves as a beam splitter for coupling the electromagnetic radiation of the light source via the beam path of the at least one optical system to the at least one subregion of the image sensor.
  • the light source can be arranged completely or partially in the camera field of view.
  • a further optical component for collimating the beam path can be arranged in front of the light source, for example a collimator.
  • the test electronics can be designed to evaluate the extent of the light source imaged on the at least one subregion of the image sensor with regard to the readiness for operation and for the definition of functional values of the camera system.
  • the light source may be arranged such that the electromagnetic radiation emitted by it radiates on or through at least one micro-optical film with refractive or diffractive influence in order to change the beam shape and the number of beam paths split thereby.
  • a filter for example in the form of a filter layer on the window of the vehicle, behind which the camera system is arranged, be provided whose spectral properties changes by moisture absorption and in the beam path from the light source to at least a portion of the image sensor with a color filter structure , in particular a Bayerpattern, is arranged, wherein the test electronics is designed to determine from the color ratios of pixels with different band-pass filter in the captured from at least a portion of the image sensor image area the moisture:
  • a moisture sensor may be provided, the sensor surface at a measuring location, in particular on the window of the vehicle, behind which the camera system is arranged, wherein the test electronics is formed, an electrical signal of the humidity sensor with regard to a readiness for operation and for the definition evaluate the functional values of the camera system.
  • the humidity sensor may also include an integrated temperature sensor, wherein the test electronics is configured to use an electrical signal of the temperature sensor to compensate for a temperature-dependent shift in the measurement of the humidity sensor.
  • the test electronics can also be designed to detect a possible icing of the disk based on the electrical signal of the temperature sensor and the electrical signal of the humidity sensor.
  • the camera system can furthermore be provided with a display and the test electronics can be designed to output messages on the display, in particular with regard to a readiness for operation and a functional value range of the camera system.
  • INVOLVED BY REFERENCE (RULE 20.6) 1 shows a first embodiment of a camera system according to the invention.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a camera system according to the invention.
  • identical and / or functionally identical elements can be provided with the same reference numerals.
  • the following absolute values and dimensions are only exemplary values and do not limit the invention to such dimensions.
  • the camera system 1 shows a camera system 1 for vehicle applications, for example for driver assistance systems, which essentially comprises at least one lens or at least one optical system for imaging electromagnetic radiation, referred to hereinafter as objective 2, at least one component sensitive to electromagnetic radiation, in the following image sensor 3, and at least one evaluation unit for signal processing 4 consists.
  • the camera system 1 can also be designed as a stereo camera system. At least one camera system of the stereo camera system has the features described below.
  • the camera system 1 has the possibility of an optical self-test.
  • the optical self-test provides information on the transmission of the optical system and also on image sharpness.
  • the results define the operational readiness of the system and a function value range.
  • the functional readiness can be decisive for whether a driver assistance system having the camera can perform safety-relevant functions, such as, for example, a braking intervention.
  • the driver can also receive the notification from the camera system 1, for example by means of a display message, that certain driver assistance or safety functions are only limited or not possible, ie. the functionality of the camera system is limited.
  • the function value range can be used to estimate the readiness for operation and adaptively adapt defined parameters of the signal processing and settings of the image sensor 3 adaptively to the current function value (which should lead to an increase in functional reliability).
  • an algorithm that is to find and assign traffic signs or lanes in a captured by the camera system image of a traffic scene be adapted to the situation that the image is blurred or contains less high frame rates than it was at a different time
  • An adaptation consists, for example, in the change of size and value allocation of filter arrays or in the use of another comparison pattern set.
  • the optical self-test of the camera system 1 has at least one electronic structure for signal processing 5 (test electronics), which enables the static or modulated control of a light source 6, which is provided for checking the optical path of the camera system 1.
  • the camera system 1 images the electromagnetic radiation of the light source 6 through the objective 2 on a defined subarea of the image sensor 3.
  • the light source 6 can be arranged in different ways:
  • the light source 6 is located in front of the objective, and the windshield 8 is used as a beam splitter for coupling the electromagnetic radiation into the field of view of the camera system 1.
  • the light source 6 is located outside the camera field of view and can be positioned behind another optical component for collimating the beam path, in particular a collimator 7
  • INVOLVED BY REFERENCE (RULE 20.6) be in order to achieve as parallel a beam path from the collimator 7 to the image sensor 3.
  • the light source 6 is completely or partially in the camera field of view, whereby their electromagnetic radiation is imaged directly through the lens 2 on the image sensor 3.
  • the light source 6 may be positioned behind another optical component for collimating the beam path, in particular a collimator 7.
  • the extent of the light source image on the image sensor 3 is used to determine the current image quality, in particular sharpness.
  • the test electronics 5 evaluates the image data of the defined portion of the image sensor 3, to which the light source 6 is imaged.
  • the evaluation may include a comparison of the imaged light source with a reference pattern.
  • the degree of the difference ie small, medium or large difference, it can also be concluded how strong disturbances are in the optical path of the camera system 1.
  • the beam path of the light source 6 can also radiate on or through at least one micro-optical film with refractive or diffractive influence and thus be changed both in its beam shape and in the number of beam paths split thereby.
  • This not only a single field of view area can be checked but several areas within the camera field of view in parallel.
  • One exemplary embodiment is the projection of a line grid, wherein the evaluation electronics detects the position and image quality of the line intersection points.
  • the first arrangement or a combination of the first arrangement and the second arrangement may be used to detect windshield fog or icing as a disturbance in the optical path of the camera system 1.
  • the light source 6 can radiate on or through a filter coating whose spectral properties change as a result of moisture absorption. This change can be detected by an image sensor 3 with a color filter structure, eg Bayerpattern. From the color ratios of pixels with different bandpass filter then the moisture can be determined. In this case, the camera system 1 operates like a spectrometer. Background information on this type of moisture measurement can the publication "New types of fiber optic humidity sensors for non-destructive long-term monitoring of concrete structures," et.al. S. Wiese, DGZIP report band BB 69-CD lecture M4, Feuchtetag '99, environmental measurement methods applications 778.
  • a moisture-sensitive filter coating can be applied, for example, to the windshield of a vehicle in the area of the camera viewing window through the windshield, glued or vapor-deposited, for example.
  • a temporal modulation of the light source 6 by the signal processing 5 can also be used to control image sensor parameters such as integration time.
  • One way of implementing this is e.g. a signal modulation of the light source wherein the modulation can be triggered to the start value of the integration time to be tested and the modulation consists of a pulse train or shows a sinusoidal waveform in its amplitude.
  • the signal processing of the camera system 4 can advantageously be combined with the signal processing of the light source drive 5 in a component, for example a microcontroller.
  • the light source 6 can also be used to illuminate the windshield outside to detect raindrops with a multi, especially bifocal optics of the camera system.
  • a further arrangement results from the use of optics with two focal planes, for example a rain sensor with an additional optical element between the image sensor and the objective.
  • the further optical component 7 for collimating the beam path can advantageously be omitted if the light source is imaged on the subregion of the image sensor used for the near-field imaging. From the obtained sharpness value of the near range image, the image quality of the far range image can then be determined.
  • driver assistance algorithms such as e.g. High-beam assistance can be checked directly.
  • the camera system can have a humidity sensor and a temperature sensor which monitors the temperature at the window.
  • a humidity sensor and a temperature sensor which monitors the temperature at the window.
  • countermeasures e.g., heating of the disk
  • Another advantage is the independence of obtaining information from the camera image. This redundancy is important for safety-critical applications.
  • a humidity sensor may be implemented so that its sensor surface is directly attached to a convenient location or communicates with that location through a moisture-open or moisture-wicking intermediate medium. The measuring location
  • INVOLVED BY REFERENCE could be for example the windshield.
  • the moisture signal can be processed as information for the camera by direct signal processing on the camera board or transferred via an interface to an external signal processing.
  • a moisture sensor which is designed as a color indicator
  • the camera thus optically absorbs this color information.
  • this can be done via a bifocal optics for sharp imaging of an area between the windscreen outside and the camera.
  • a temperature sensor can also be integrated into the moisture sensor, wherein the measured temperature can be used to compensate for the temperature-dependent shirt of the moisture sensor.
  • a windscreen mounted temperature sensor and camera image can also be used to estimate the risk of windshield icing.
  • a further benefit arises with a camera-based rain detection, which should cause no triggering of the windshield wiper due to existing moisture wetting on the windshield inside.
  • the risk of fogging the windshield may serve as an additional decision criterion prior to triggering a wiping signal.
  • the robustness of the camera-based rain sensor function can be significantly increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem (1) für Fahrzeuganwendungen, das zur Montage hinter einer Scheibe (8) eines Fahrzeugs ausgebildet ist und folgendes aufweist: mindestens ein optisches System (2) zur Abbildung von elektromagnetischer Strahlung; mindestens einen Bildsensor (3) zur Erfassung der abgebildeten elektromagnetischen Strahlung und Umsetzung in elektrische Signale; eine Auswerteeinheit (4) zum Verarbeiten der elektrischen Signale, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem ferner folgendes aufweist: eine steuerbare Lichtquelle (6) zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung für einen optischen Test des Kamerasystems und eine Testelektronik (5) zum Auswerten der vom Bildsensor umgesetzten elektrischen Signale und zum Ansteuern der Lichtquelle, wobei das Kamerasystem ferner derart ausgebildet ist, dass die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung auf mindestens einen Teilbereich des Bildsensors über das mindestens eine optische System abgebildet wird und die Testelektronik die dadurch vom Bildsensor erzeugten elektrischen Signale hinsichtlich einer Funktionsbereitschaft und für die Definition von Funktionswerten des Kamerasystems auswertet.

Description

KAMERASYSTEM FÜR FAHRZEUGANWENDUNGEN
Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem für Fahrzeuganwendungen gemäß Anspruch 1 .
Zunehmend werden in Fahrzeugen Kamerasysteme eingesetzt, insbesondere in Fahrerassistenzsystemen beispielsweise zur Erfassung von Verkehrssituationen vor dem Fahrzeug. Kamerabasierte Fahrerassistenzsystem werden auch zunehmend in sicherheitsrelevanten Anwendungen eingesetzt. Üblicherweise ist das Kamerasystem eines Fahrerassistenzsystems hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs verbaut und blickt nach vorne. Für einen einwandfreien Betrieb des Systems muss unter allen Umständen die freie Sicht durch die Scheibe gewährleistet sein. Der optische Pfad zum Bildsensor der Kamera des Systems muss frei von Störungen sein. Sollte beispielsweise aufgrund von. Verschmutzung, Beschlag oder Vereisung im optischen Pfad der Kamera keine freie Sicht der Umgebung vor einem Fahrzeug gegeben sein, muss dies vor allem bei einer sicherheitsrelevanten Anwendung vom System sicher erkannt werden, damit ggf. Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können - oder dem Fahrerassistenzsystem eine Störung signalisiert werden kann/ Insbesondere bei Kamera-Konzepten, bei denen der Sichttrichter vom übrigen Fahrzeugraum gekapselt ist, kann eine Beschlagbildung für lange Zeit anhalten, da der direkte Luftaustausch fehlt. Die Erkennung von Beschlag oder Vereisung anhand der Kamerabilder ist unzuverlässig, und erfordert eine lange . Beobachtungszeit, um das Ergebnis zu stabilisieren
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kamerasystem für Fahrzeuganwendungen vorzuschlagen, mit dem Störungen im optischen Pfad einer Kamera des Kamerasystems erkannt werden können.
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) Diese Aufgabe wird durch ein Kamerasystem für Fahrzeuganwendungen mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Lichtquelle zum Testen des optischen Pfads eines Kamerasystems für Fahrzeuganwendungen auf zumindest einen Teilbereich eines Bildsensors des Kamerasystems abzubilden und mittels einer Signalverarbeitung zum Verarbeiten der elektrischen Signale des Bildsensors derart auszuwerten, dass anhand der Abbildung der Lichtquelle Störungen im optischen Pfad des Kamerasystems erkannt werden können.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Kamerasystem für Fahrzeuganwendungen, das zur Montage hinter einer Scheibe eines Fahrzeugs ausgebildet ist und folgendes aufweist:
- mindestens ein optisches System zur Abbildung von elektromagnetischer Strahlung,
mindestens einen Bildsensor zur Erfassung der abgebildeten elektromagnetischen Strahlung und Umsetzung in elektrische Signale, - eine Auswerteeinheit zum Verarbeiten der elektrischen Signale, dadurch gekennzeichnet, ■ dass das Kamerasystem ferner folgendes aufweist:
- eine steuerbare Lichtquelle zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung für einen optischen Test des Kamerasystems und - . eine Testelektronik zum Auswerten der vom Bildsensor umgesetzten , elektrischen Signale und zum Ansteuern der Lichtquelle. Das Kamerasystem ist ferner derart ausgebildet, dass die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung auf mindestens einen Teilbereich des Bildsensors über das mindestens eine optische System abgebildet wird und die Testelektronik die dadurch vom Bildsensor erzeugten elektrischen Signale hinsichtlich einer Funktionsbereitschaft und für die Definition von Funktionswerten des Kamerasystems auswertet.
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS REGEL 20.6 Das Kamerasystem kann zur Montage hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs ausgebildet und die Lichtquelle derart angeordnet sein, dass die Windschutzscheibe als Strahlteiler zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung der Lichtquelle über den Strahlengang des mindestens einen optischen Systems auf den mindestens einen Teilbereich des Bildsensors dient.
Die Lichtquelle kann vollständig oder teilweise im Kamerasichtfeld angeordnet sein.
Weiterhin kann eine weitere optische Komponente zum Kollimieren des Strahlengangs vor der Lichtquelle angeordnet sein, beispielsweise ein Kollimator. Die Testelektronik kann ausgebildet sein, die Ausdehnung der auf den mindestens einen Teilbereich des Bildsensors abgebildeten Lichtquelle hinsichtlich der Funktionsbereitschaft und für die Definition von Funktionswerten des Kamerasystems auszuwerten. Die Lichtquelle kann derart angeordnet sein, dass die von ihr emittierte elektromagnetische Strahlung auf oder durch mindestens eine mikrooptische Folie mit brechendem oder beugendem Einfluss strahlt, um die Strahlform und die Anzahl von dadurch aufgespaltenen Strahlengängen zu verändern. Beim Kamerasystem kann ein Filter, beispielsweise in Form einer Filterschicht auf der Scheibe des Fahrzeugs, hinter welcher das Kamerasystem angeordnet ist, vorgesehen sein, dessen spektrale Eigenschaften sich durch Feuchtigkeitsaufnahme ändert und der im Strahlengang von der Lichtquelle zum mindestens eine Teilbereich des Bildsensors mit einer Farbfilterstruktur, insbesondere einem Bayerpattern, angeordnet ist, wobei die Testelektronik ausgebildet ist, aus den Farbverhältnissen von Pixeln mit unterschiedlichem Bandpassfilter im vom mindestens einen Teilbereich des Bildsensors erfassten Bildbereich die Feuchtigkeit zu ermitteln:
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS RE EL Beim Kamerasystem kann auch ein Feuchtigkeitssensor vorgesehen sein, dessen Sensorfläche an einem Meßort, insbesondere an der Scheibe des Fahrzeugs, hinter welcher das Kamerasystem angeordnet ist, angebracht sein, wobei die Testelektronik ausgebildet ist, ein elektrisches Signal des Feuchtigkeitssensors hinsichtlich einer Funktionsbereitschaft und für die Definition von Funktionswerten des Kamerasystems auszuwerten.
Der Feuchtigkeitssensor kann auch einen integrierten Temperatursensor aufweisen, wobei die Testelektronik ausgebildet ist, ein elektrisches Signal des Temperatursensors zum Kompensieren einer temperaturabhängigen Verschiebung der Messung des Feuchtigkeitssensors zu verwenden.
Die Testelektronik kann ferner ausgebildet sein, anhand des elektrischen Signals des Temperatursensors und des elektrischen Signals des Feuchtigkeitssensors eine mögliche Vereisung der Scheibe zu erkennen.
Beim Kamerasystem kann femer eine Anzeige vorgesehen und die Testelektronik ausgebildet sein, Meldungen auf der Anzeige, insbesondere hinsichtlich einer Funktionsbereitschaft und eines Funktionswertebereichs des Kamerasystems, auszugeben.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem/den in der/den Zeichnung(en) dargestellten Ausführungsbeispiel(en).
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in der/den Zeichnung(en) werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
Die Zeichnung(en) zeigt/zeigen in
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kamerasystems gemäß der Erfindung; und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kamerasystems gemäß der Erfindung. im Folgenden können gleiche und/oder funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Im Folgenden angegebene absolute Werte und Maßangaben sind nur beispielhafte Werte und stellen keine Einschränkung der Erfindung auf derartige Dimensionen dar.
Fig. 1 zeigt ein Kamerasystem 1 für Fahrzeuganwendungen, beispielsweise für Fahrerassistenzsysteme, das im Wesentlichen aus mindestens einer Linse bzw. mindestens einem optischen System zur Abbildung von elektromagnetischer Strahlung, im Folgenden Objektiv 2 genannt, mindestens einem für elektromagnetische Strahlung empfindlichen Bauteil, im Folgenden Bildsensor 3 genannt, und mindestens einer Auswerteeinheit zur Signalverarbeitung 4 besteht. Das Kamerasystem 1 kann auch als Stereokamerasystem ausgeführt sein. Mindestens ein Kamerasystem des Stereokamerasystems weist hierbei die im Folgenden beschriebenen Besonderheiten auf.
Als besonderes Merkmal besitzt das Kamerasystem 1 die Möglichkeit eines optischen Selbsttests. Der optische Selbsttest stellt Informationen zur Transmission des optischen Systems und auch zur Bildschärfe zur Verfügung. Die Ergebnisse definieren die Funktionsbereitschaft des Systems und einen Funktionswertebereich. Die Funktionsbereitschaft kann entscheidend dafür sein, ob ein die Kamera aufweisendes Fahrerassistenzsystem sicherheitsrelevante Funktionen ausführen kann, wie beispielsweise ein Bremseingriff. Der Fahrer kann vom Kamerasystem 1 auch die Mitteilung beispielsweise durch eine Displayanzeige erhalten, dass bestimmte Fahrerassistenz- oder Sicherheitsfunktionen nur eingeschränkt oder nicht möglich sind, d.h. die Funktionsbereitschaft des Kamerasystems eingeschränkt ist.
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) Der Funktionswertebereich kann dazu verwendet werden, die Funktionsbereitschaft einzuschätzen und definierte Parameter der Signaiverarbeitung und Einstellungen des Bildsensors 3 adaptiv zum aktuellen Funktionswert sinnvoll anzupassen (was zu einer Erhöhung der Funktionssicherheit führen soll).
Damit kann beispielsweise ein Algorithmus, der Verkehrszeichen oder Fahrspuren in einem vom Kamerasystem erfassten Bild einer Verkehrsszenerie finden und zuordnen soll, an die Situation angepasst werden, dass das Bild unschärfer ist bzw. weniger hohe Bildfrequenzen enthält, als es zu einem anderen Zeitpunkt der Fall war. Eine Anpassung besteht beispielsweise in der Änderung von Größe und Wertebelegung von Filterarrays oder in der Verwendung von einem anderen Vergleichsmustersatz.
Der optische Selbsttest des Kamerasystems 1 weist mindestens eine elektronische Struktur zur Signalverarbeitung 5 (Testelektronik) auf, welche die statische oder modulierte Ansteuerung einer Lichtquelle 6 ermöglicht, die zum Überprüfen des optischen Pfads des Kamerasystems 1 vorgesehen ist. Hierzu bildet das Kamerasystem 1 auf einem definierten Teilbereich des Bildsensors 3 die elektromagnetische Strahlung der Lichtquelle 6 durch das Objektiv 2 ab. Die Lichtquelle 6 kann auf verschiedene Arten angeordnet sein:
In einer ersten in Fig. 1 gezeigten Anordnung befindet sich die Lichtquelle 6 vor dem Objektiv, und die Windschutzscheibe 8 wird als Strahlteiler zur Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in das Sichtfeld des Kamerasystems 1 genutzt. Die Lichtquelle 6 befindet sich außerhalb des Kamerasichtfeldes und kann hinter einer weiteren optischen Komponente zum Kollimieren des Strahlengangs, insbesondere ein Kollimator 7 positioniert
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) sein, um einen möglichst parallelen Strahlengang vom Kollimator 7 zum Bildsensor 3 zu errreichen.
In einer zweiten in Fig. 2 gezeigten Anordnung befindet sich die Lichtquelle 6 komplett oder teilweise im Kamerasichtfeld, wodurch deren elektromagnetische Strahlung direkt durch das Objektiv 2 auf dem Bildsensor 3 abgebildet wird. Auch hier kann die Lichtquelle 6 hinter einer weiteren optische Komponente zum Kollimieren des Strahlengangs, insbesondere einer Kollimator 7 positioniert sein.
Die Ausdehnung der Lichtquellenabbildung auf dem Bildsensor 3 wird zur Bestimmung der aktuellen Abbildungsqualität, insbesondere Schärfe, verwendet. Hierzu wertet die Testelektronik 5 die Bilddaten des definierten Teilbereichs des Bildsensors 3 aus, auf den die Lichtquelle 6 abgebildet wird. Die Auswertung kann einen Vergleich der abgebildeten Lichtquelle mit einem Referenzmuster aufweisen. Im Rahmen des Vergleichs kann beispielsweise ein Unterschied an den Randbereichen der Abbildung zum Referenzmuster ermittelt und abhängig vom Unterschied auf Störungen im optischen Pfad des Kamerasystems geschlossen werden. Hierbei kann abhängig vom Grad des Unterschieds, also kleiner, mittlerer oder großer Unterschied auch darauf geschlossen werden, wie stark Störungen im optischen Pfad des Kamerasystems 1 sind.
Der Strahlengang der Lichtquelle 6 kann auch auf oder durch mindestens eine mikrooptische Folie mit brechendem oder beugendem Einfluss strahlen und damit sowohl in seiner Strahlform als auch in der Anzahl von dadurch aufgespaltenen Strahlengängen verändert werden. Damit kann nicht nur ein einzelner Sichtfeldbereich überprüft werden sondern mehrere Bereiche innerhalb des Kamerasichtfeldes parallel. Ein Ausführungsbeispiel ist die Projektion eines Liniengitters wobei die Auswerteelektronik die Position und Abbildungsqualität der Linienschnittpunkte erfasst.
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) Die erste Anordnung oder eine Kombination aus erster Anordnung und zweiter Anordnung kann dazu verwendet werden, um Scheibenbeschlag oder -Vereisung als Störung im optischen Pfad des Kamerasystems 1 zu erkennen.
Die Lichtquelle 6 kann auf oder durch eine Filterbeschichtung strahlen, deren spektrale Eigenschaften sich durch Feuchtigkeitsaufnahme ändern. Diese Änderung kann von einem Bildsensor 3 mit Farbfilterstruktur, z.B. Bayerpattern, erfasst werden. Aus den Farbverhältnissen von Pixeln mit unterschiedlichem Bandpassfilter kann dann die Feuchtigkeit ermittelt werden. In diesem Fall arbeitet das Kamerasystem 1 wie ein Spektrometer. Hintergrundinformation zu dieser Art der Feuchtigkeitsmessung kann der Veröffentlichung „Neuartige faseroptische Feuchtesensoren zur zerstörungsfreien Langzeitüberwachung von Betonbauwerken", S. Wiese et.al., DGZfP-Berichtsband BB 69-CD, Vortrag M4, Feuchtetag '99, Umwelt Meßverfahren Anwendungen, 778. Oktober 1999, BAM, Berlin, entnommen werden. Das in dieser Veröffentlichung Verfahren zur Feuchtigkeitsmessung kann auch für die Zwecke der vorliegenden Erfindung vorteilhaft genutzt werden. Eine Feuchtigkeits-sensitive Filterbeschichtung kann beispielsweise auf die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs im Bereich des Kamerasichtfensters durch die Windschutzscheibe aufgebracht sein, beispielsweise aufgeklebt oder aufgedampft.
Eine zeitliche Modulation der Lichtquelle 6 durch die Signalverarbeitung 5 kann ebenfalls zur Kontrolle von Bildsensorparametern wie Integrationszeit verwendet werden. Eine Umsetzungsmöglichkeit ist z.B. eine Signalmodulation der Lichtquelle wobei die Modulation an den Startwert der zu testenden Integrationszeit getriggert sein kann und die Modulation aus einer Impulsfolge besteht oder in Ihrer Amplitude einen sinusförmigen Verlauf zeigt.
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) Die Signalverarbeitung des Kamerasystems 4 kann mit der Signalverarbeitung der Lichtquellenansteuerung 5 vorteilhaft in einem Bauteil, z.B. einem MikroController, zusammengefasst sein. Die Lichtquelle 6 kann ferner zur Beleuchtung der Windschutzscheibenaußenseite verwendet werden um Regentropfen mit einer multi-, insbesondere bifokalen Optik des Kamerasystems zu erkennen. Eine weitere Anordnung ergibt sich durch Verwendung einer Optik mit zwei Fokusebenen, beispielsweise ein Regensensor mit einem zusätzlichen optischen Element zwischen Bildsensor und Objektiv. Bei einer Abbildung der Lichtquelle nach der ersten oder der zweiten Anordnung kann die weitere optische Komponente 7 zum Kollimieren des Strahlengangs vorteilhaft entfallen, wenn die Lichtquelle auf dem Teilbereich des Bildsensors abgebildet wird, der für die Nahbereichsabbildung verwendet wird. Aus dem gewonnenen Schärfewert der Nahbereichsabbildung kann dann die Abbildungsqualität der Fernbereichsabbildung ermittelt werden.
Durch die mindestens eine Lichtquelle 6 können auch spezielle Fahrerassistenzalgorithmen wie z.B. Fernlichtassistenz direkt überprüft werden.
Das Kamerasystem kann in einer weiteren Ausführung einen Luftfeuchte- sowie einen Temperatursensor aufweisen, der die Temperatur an der Scheibe überwacht. Somit sind die Bedingungen für einen Beschlag rechtzeitig erkennbar und entsprechende Gegenmaßnahmen (z.B. Beheizung der Scheibe) können eingeleitet werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der Unabhängigkeit der Informationsgewinnung vom Kamerabild. Diese Redundanz ist wichtig für sicherheitskritische Anwendungen. Ein Feuchtigkeitssensor kann so implementiert werden, dass seine Sensorfläche an einem günstigen Messort direkt angebracht ist oder durch ein für Feuchtigkeit offenes bzw. ein Feuchtigkeitsaufsaugendes Zwischenmedium mit diesem Messort in Verbindung steht. Der Messort
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) könnte beispielsweise die Windschutzscheibe sein. Das Feuchtigkeitssignal kann als Information für die Kamera durch direkte Signalverarbeitung auf der Kameraplatine verarbeitet oder über eine Schnittstelle zu einer externen Signalverarbeitung übergeben werden.
Denkbar wäre auch ein Feuchtigkeitssensor, welcher als Farbindikator ausgelegt ist, wobei die Kamera diese Farbinformation also optisch aufnimmt. Insbesondere kann dies über eine bifokale Optik zur scharfen Abbildung eines Bereichs zwischen Windschutzscheibenaußenseite und Kamera geschehen.
In den Feuchtigkeitssensor kann auch ein Temperatursensor integriert sein, wobei die die gemessene Temperatur zur Kompensation des temperaturabhängigen Shirts des Feuchtigkeitssensors verwendet werden kann.
Ein an der Windschutzscheibe angebrachte Temperatursensor und das Kamerabild können ebenfalls verwendet werden um das Risiko einer Windschutzscheibenvereisung abzuschätzen. Ein weiterer Nutzen ergibt sich bei einer kamerabasierten Regenerkennung, welche durch vorhandene Feuchtigkeitsbenetzung auf der Windschutzscheibeninnenseite kein Auslösen des Scheibenwischers bewirken soll. Durch Erfassung der Luftfeuchte zwischen Windschutzscheibe und Kamera und der Erfassung der Windschutzscheibentemperatur kann das Risiko für einen Beschlag der Windschutzscheibe als zusätzliches Entscheidungskriterium vor dem Auslösen eines Wischsignals dienen. Dadurch kann die Robustheit der kamerabasierten Regensensorfunktion deutlich erhöht werden.
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) Bezugszeichen
1 Kamerasystem
2 Objektiv
3 Bildsensor
4 Signalverarbeitung
5 Lichtquellenansteuerung
6 Lichtquelle
7 Kollimator
8 Windschutzscheibe
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6)

Claims

Patentansprüche
1. Kamerasystem (1 ) für Fahrzeuganwendungen, das zur Montage hinter einer Scheibe (8) eines Fahrzeugs ausgebildet ist und folgendes aufweist:
- mindestens ein optisches System (2) zur Abbildung von
elektromagnetischer Strahlung,
- mindestens einen Bildsensor (3) zur Erfassung der abgebildeten elektromagnetischen Strahlung und Umsetzung in elektrische Signale,
- eine Auswerteeinheit (4) zum Verarbeiten der elektrischen Signale, dadurch gekennzeichnet, dass
das Kamerasystem ferner folgendes aufweist:
- eine steuerbare Lichtquelle (6) zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung für einen optischen Test des Kamerasystems und
- eine Testelektronik (5) zum Auswerten der vom Bildsensor umgesetzten elektrischen Signale und zum Ansteuern der Lichtquelle, wobei
das Kamerasystem ferner derart ausgebildet ist, dass die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung auf mindestens einen Teilbereich des Bildsensors über das mindestens eine optische System abgebildet wird und die Testelektronik die dadurch vom Bildsensor erzeugten elektrischen Signale hinsichtlich einer
Funktionsbereitschaft und für die Definition von Funktionswerten des Kamerasystems auswertet.
2. Kamerasystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
es zur Montage hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs ausgebildet und die Lichtquelle derart angeordnet ist, dass die
Windschutzscheibe als Strahlteiler zum Einkoppeln der
elektromagnetischen Strahlung der Lichtquelle über den Strahlengang
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) des mindestens einen optischen Systems auf den mindestens einen Teilbereich des Bildsensors dient.
Kamerasystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lichtquelle vollständig oder teilweise im Kamerasichtfeld
angeordnet ist.
Kamerasystem nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine weitere optische Komponente (7) zum Kollimieren des
Strahlengangs vor der Lichtquelle angeordnet ist.
Kamerasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Testelektronik ausgebildet ist, die Ausdehnung der auf den mindestens einen Teilbereich des Bildsensors abgebildete Lichtquelle hinsichtlich der Funktionsbereitschaft und für die Definition von Funktionswerten des Kamerasystems auszuwerten.
Kamerasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Lichtquelle derart angeordnet ist, dass die von ihr emittierte elektromagnetische Strahlung auf oder durch mindestens eine mikrooptische Folie mit brechendem oder beugendem Einfluss strahlt, um die Strahlform und die Anzahl von dadurch aufgespaltenen Strahlengängen zu verändern.
Kamerasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Filter, insbesondere eine Filterschicht auf der Scheibe des
Fahrzeugs, hinter welcher das Kamerasystem angeordnet ist, vorgesehen ist, dessen bzw. deren spektrale Eigenschaften sich durch
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) Feuchtigkeitsaufnahme ändert und der bzw. die im Strahlengang von der Lichtquelle zum mindestens eine Teilbereich des Bildsensors mit einer Farbfilterstruktur, insbesondere einem Bayerpattern, angeordnet ist, wobei die Testelektronik ausgebildet ist, aus den Farbverhältnissen von Pixeln mit unterschiedlichem Bandpassfilter im vom mindestens einen Teilbereich des Bildsensors erfassten Bildbereich die
Feuchtigkeit zu ermitteln.
8. Kamerasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Feuchtigkeitssensor vorgesehen ist, dessen Sensorfläche an einem
Meßort, insbesondere an der Scheibe des Fahrzeugs, hinter welcher das Kamerasystem angeordnet ist, angebracht ist, wobei die
Testelektronik ausgebildet ist, ein elektrisches Signal des
Feuchtigkeitssensors hinsichtlich einer Funktionsbereitschaft und für die Definition von Funktionswerten des Kamerasystems auszuwerten.
9. Kamerasystem nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Feuchtigkeitssensor einen integrierten Temperatursensor aufweist, wobei die Testelektronik ausgebildet ist, ein elektrisches Signal des Temperatursensors zum Kompensieren einer temperaturabhängigen
Verschiebung der Messung des Feuchtigkeitssensors zu verwenden.
10. Kamerasystem nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Testelektronik ferner ausgebildet ist, anhand des elektrischen Signals des Temperatursensors und des elektrischen Signals des
Feuchtigkeitssensors eine mögliche Vereisung der Scheibe zu erkennen.
1 1 . Kamerasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6) ferner eine Anzeige vorgesehen und die Testelektronik ausgebildet ist, Meldungen auf der Anzeige, insbesondere hinsichtlich einer
Funktionsbereitschaft und eines Funktionswertebereichs des
Kamerasystems, auszugeben.
EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6)
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