CN110226326A - 用于检测车辆的周围环境区域的摄像设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测车辆(1)的周围环境区域(7)的摄像设备(2)。摄像设备包括设置用于拍摄周围环境区域(7)的图像序列的光电子器件，其中，光电子器件(3)包括广角镜头和高分辨率的图像拍摄传感器。光电子器件(3)被设置用于，尤其通过像素合并在图像序列的图像中以不同和不对称方式交替降低分辨率。

Description

用于检测车辆的周围环境区域的摄像设备及方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测车辆的周围环境区域的摄像设备及方法。本发明还涉及带有这类摄像设备的车辆。
背景技术
为了实现例如交通标志识别或车道保持辅助等驾驶员辅助设备，摄像***需要约50度的水平视角和约30度的垂直视角。而诸如在最前排停车时对横穿行驶的交通的识别或对交通指示灯的识别等新功能则需要明显更大的视角，以便能对在驶近时位于图像周边区域中的目标进行检测。与之相比，例如高度自动化驾驶或车道保持辅助则要求即使在较远距离也能对目标和车道结构加以识别，为此需要相应的分辨率。
由于处理图像的嵌入式处理器即使在中期也不能直接地、即实时地处理约8兆像素的高分辨率，所以有必要降低分辨率。解决这一问题的方法是已知的，据此方法对每4个像素加以合并(像素合并)，由此在图像中以一半的分辨率提供整个视场(视野)。作为替代选择也可以以全分辨率分别只读取一部分视场。对此，在由成像设备的帧率(例如每秒33帧(fps))得出的每个时间步长中，只能读取这些图像之一。如果需要高分辨率的较大的水平视场(例如对于州县公路上交叉路口的情形)，则必须逐一地读取其组成部分(即如左侧的图像部分，右侧的图像部分)，这需要相应较长时间。而中央的未经像素合并的图像对该示例情形则无法提供足够大的视场，因而只有所述经像素合并的图像以一半的帧率和一半的分辨率被利用。通过两种方法增加了与探测装置相连接的***(例如紧急制动***)的延迟，这会对其性能产生影响。
发明内容
因此，本发明的一项任务是，提供一种开篇所述类型的摄像设备以及一种方法，籍此能在使用成像设备的全分辨率的同时以尽可能小的延迟实现视情形而定的所需的视场。
该任务通过独立权利要求的主题解决。有益的实施方式是独立权利要求、下面的说明以及图示的主题。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于检测车辆的周围环境区域的摄像设备。
该摄像设备包括光电子器件以及控制光电子器件的控制单元，所述光电子器件包括广角镜头和高分辨率的图像拍摄传感器、尤其是由广角镜头和高分辨率的图像拍摄传感器构成，所述光电子器件被设置用于拍摄车辆的外部周围环境的图像序列。在此，车辆的外部周围环境的图像序列包括在时间上先后依次拍摄的多幅图像。图像序列尤其包括后面更详细说明的第一图像、第二图像、第三图像和第四图像。周围环境区域是指例如在自身车辆的行驶方向上位于前方、侧方和/或后方的周围环境区域。
广角镜头优选相对于光轴具有例如至少+/-50度、尤其是至少+/-70度和/或最高+/-80度的水平和/或垂直视角。借助该广角镜头能对例如交叉路口区域等周边环境区域进行检测，以提前对进行横穿的交通参与者进行目标分析。视角决定了摄像设备的视场(Field of view，简称FoV)。
此外，光电子器件还包括高分辨率的图像拍摄传感器。借助高分辨率的图像拍摄传感器所提供的图像尤其能实现对在远距离范围内、由此尤其是对在与自身车辆相距至少50米的距离范围内的目标的识别，例如对交通标志或车道的探测。高分辨率的图像拍摄传感器尤其是指像素数量为几兆、例如像素数量为至少五兆、优选至少七兆、特殊情况下至少十兆的图像拍摄传感器。该图像拍摄传感器优选具有均匀的每厘米像素分辨率。
光电子器件和/或与其相连、处理图像的处理器被设置用于，降低图像序列的第一图像中的分辨率，并输出被降低分辨率的第一图像，其中，在整个第一图像中的分辨率被降低。
此外，光电子器件以及控制光电子器件的控制单元被设置用于，在图像序列的随后拍摄的第二图像中选择第一子区域，仅输出或唯一输出该第一子区域，该第一子区域包括中央图像区域和第一旁侧外部区域，其中，所输出的第一子区域的分辨率不被降低。
光电子器件和/或处理图像的处理器还被设置用于，降低图像序列的第三图像中的分辨率，输出被降低分辨率的第三图像，其中，在整个第三图像中的分辨率被降低。
此外，光电子器件以及控制光电子器件的控制单元被设置用于，在图像序列的随后拍摄的第四图像中选择第二子区域，仅输出或唯一输出该第二子区域，该第二子区域包括中央区域和第二旁侧外部区域，其中，所输出的第二子区域的分辨率不被降低。
中央区域具有宽度和高度，优选为矩形或方形，并以对称形式围绕图像序列的相关图像(第二图像和第四图像)的中心点扩展。对于第二图像和第四图像，中央区域的形状和尺寸可优选相同，但作为替代选择也可规定为不同。
第一旁侧外部区域例如可是第二图像的左侧或右侧的旁侧外部区域，而第二旁侧外部区域则例如可是第四图像的右侧或左侧的——即与之互补的——旁侧外部区域。尤其是，分辨率未降低的、尤其是未经像素合并的图像区域始终具有(就两个边缘图像总体而言)降低了分辨率的、尤其是经像素合并的图像区域的一半的高度和一半的宽度。但这绝不是必须如此的。高分辨率的图像条带也有较高可能性具有不同于1:2的另一比例。只有分辨率无论如何具有2:1的比例(在每4个像素合并的情况下)。
第一旁侧外部区域在旁侧在中央区域的一侧与中央区域无过渡地相连接，第二旁侧外部区域在中央区域的另一侧与中央区域无过渡地相连接。因此，不存在单独的中央区域。尽管每个图像条带都分别包括中央区域，但该中央区域是各相应高分辨率条带的必要的组成部分。在此，第一旁侧外部区域和第二旁侧外部区域优选一直扩展到图像序列的相关图像的一个侧边缘，由此能够在第二图像和在第四图像中在水平方向上以全分辨率输出非常宽的视场。
优选规定，上述结合第一至第四图像描述的操作先后多次执行，尤其优选连续地依次执行。
根据本发明，可始终以全帧率的75％检测(例如当全帧率为33fps时，以25fps的帧率检测)图像的对于交叉口情形而言相关的外部区域。同时也交替地以高分辨率检测该相关的外部区域。以全帧率以及也交替地以高分辨率检测中央区域。由此能以足够高的帧率检测重要的图像内容，并能在不造成处理图像的处理器超负荷的情况下，将探测的覆盖范围保持在最大。由此可减小主动式安全***的延迟。
尤其是，不进行降低分辨率处理的高分辨率的图像区域具有比降低分辨率的图像更高的分辨率。在高分辨率的图像区域中，分辨率在水平和/或垂直视角中优选至少为每度40像素，特殊情况下为每度50像素。例如，可以以光电子器件可提供的最高分辨率输出高分辨率的图像区域。
例如，进行了如前所述降低分辨率处理的降低分辨率的图像区域分别至少局部具有在水平和/或垂直视角中最高每度30像素、特殊情况下每度20像素的分辨率。降低分辨率的图像区域优选具有至少几乎相同的像素数量和/或统一的、特殊情况下被均匀分布的像素大小分布。此外，还使用具有非线性失真特性的镜头。因此，尽管成像设备上的像素尺寸可能是均匀的，但由一个像素构成的图像区域会用于角度而发生大小变化(通常分辨率以每度像素(Px/°)为单位向图像外侧降低)。
此外，根据一优选形式，可不选择、不输出第二图像和/或第四图像中的上面的外部区域。在此，上面的外部区域在第二和/或第四图像中在中央区域上方沿水平方向扩展，优选在相关图像的整个宽度上扩展。由此，高分辨率检测时可跳过对***而言所谓的“不感兴趣的”区域(例如展示天空的图像区域)，以便能以有益的方式限制所需计算性能。
与此相似，根据另一优选形式，可不选择、不输出第二图像和/或第四图像中的下面的外部区域。在此，该下面的外部区域在第二和/或第四图像中在中央区域下方沿水平方向扩展，并优选在相关图像的整个宽度上扩展。由此，高分辨率检测时可跳过对***而言所谓的“不感兴趣”区域，以便能以有益的方式限制所需计算性能。
上面的外部区域和下面的外部区域可以是具有降低分辨率的条带状图像区域，其中，这些图像区域代表在车辆的外部周围环境中不需要很大探测覆盖范围的区域，因为处在该处的目标(例如头顶上架空的标牌)借助降低的分辨率也能被充分感知。此外，例如对判断交叉路口的情形而言，这些区域相比于中央区域和旁侧外部区域所代表的在车辆外部周围环境中的区域而言不那么重要。因此，不选择和不输出这些图像区域可降低计算性能，此外，尤其可进一步将主动式安全***的延迟保持得较小。
根据一优选实施方式，图像拍摄传感器或图像处理装置被设置用于，通过像素合并降低在第一图像和第三图像中的分辨率。图像处理装置可以是光电子器件的组成部分。但如果图像处理装置不是图像拍摄传感器的一部分，则它尤其不是光电子器件的组成部分。在此情况下，它属于与光电子器件相连接的处理器单元。在此，图像拍摄传感器可以被设置用于，拍摄尤其是仅具有高分辨率图像的图像序列。尤其是，在像素合并时，将例如各所拍摄的图像的在一行和/或一列内或在例如矩形的子区域中的相邻像素加以合并及归属于一个新的像素。因此，降低分辨率图像的所生成的像素矩阵尤其具有比所属的所拍摄图像更低的分辨率。
此外，摄像设备优选包括至少一个探测功能，例如用于检测和分类其他交通参与者(车辆、行人)或感知车道标记。
此外，摄像设备优选包括至少一个诸如车道保持或转向辅助设备等驾驶员辅助设备，或可与这类设备相连接。驾驶员辅助设备尤其设置用于，根据至少一个所分析的目标对象执行诸如距离预警、紧急制动或自主避让操作等被动式和/或主动式的驾驶员辅助功能。
根据本发明的第二方面，提供一种车辆，该车辆包括根据本发明第一方面所述的摄像设备。该车辆尤其是机动车，例如乘用车、载重车、市政车辆或巴士。
根据本发明的第三方面，提供一种用于检测车辆周围环境区域的方法。该方法包括提供根据本发明第二方面的车辆。此外，进行车辆外部周围环境的图像序列的拍摄。
降低在图像序列的第一图像中的分辨率，随后输出被降低分辨率的第一图像，其中，在整个第一图像中的分辨率被降低。然后在图像序列的随后拍摄的第二图像中选择并且仅输出中央区域和第一旁侧外部区域，其中，中央区域和第一旁侧外部区域的分辨率不被降低。
此外降低在图像序列的第三图像中的分辨率，随后输出被降低分辨率的第三图像，其中，在整个第三图像中的分辨率被降低。
此外，在图像序列的随后拍摄的第四图像中选择和仅输出中央区域和第二旁侧外部区域，其中，中央区域和第二旁侧外部区域的分辨率不被降低。
根据本发明所述方法的实施方式有益地提出，不选择且不输出第二和/或第四图像的上面和/或下面的外部区域。
此外优选提出，借助图像拍摄传感器或借助图像处理装置通过像素合并降低第一图像和第三图像中的分辨率。图像处理装置可是光电子器件的组成部分。但如果图像处理装置不是图像拍摄传感器的一部分，则它尤其不是光电子器件的组成部分。在此情况下，它属于与光电子器件相连接的处理器单元。
根据本发明的第四方面，提供程序单元，当在处理器上执行该程序单元时，该程序单元引导处理器执行根据本发明第三方面所述方法的方法步骤，其中，执行在为车辆提供摄像设备后所设置的所有方法步骤。
根据本发明的第五方面，提供存储程序单元的计算机可读媒介，当在处理器上执行该程序单元时，该程序单元引导处理器执行根据本发明第三方面所述方法的方法步骤，其中，执行在为车辆提供摄像设备后所设置的所有方法步骤。
附图说明
下面根据示意图详细解释本发明的实施例。其中：
图1示出带有根据本发明所述摄像设备实施例的车辆的侧视图，以及
图2示出由图1所示摄像设备生成的图像序列。
具体实施方式
图1示出汽车形式的车辆1。车辆1包括用于检测车辆1的周围环境区域7的摄像设备2，其中，摄像设备2又包括带有广角镜头和高分辨率的图像拍摄传感器的光电子器件3。此外，光电子器件3可包括图像处理装置4。如果由成像设备执行下面描述的像素合并，则像素合并在该处用硬件实现，并只能参数化。在光电子器件3中则无法以软件实现，而是只能在与成像设备相连的处理器单元中进行。光电子器件3尤其只包括镜头和成像设备。处理器单元上执行的程序无法存储在光电子器件上。由与该原本的处理器单元相连的内存模块为该处理器单元保存程序。
摄像设备2设置在车辆1的内部空间5中，尤其是设置在车辆1的挡风玻璃6后方的一区域中。然而这仅是示例。也例如可以安装在车辆1的后窗上，观察方向设置为朝向后方。借助光电子器件3，可透过挡风玻璃6拍摄车辆1的外部周围环境7的多幅外部摄像或图像，其中，所述多幅图像在时间上先后依次拍摄，并构成车辆1的外部周围环境7的图像序列。
图2示出第一图像8、第二图像9、第三图像10和第四图像11。图像8到11这四幅图像是借助该摄像***2的光电子器件3拍摄的。为简单起见，未展示图8到图11的内容。
第一图像8是在第一时间点(0毫秒)拍摄的，第二图像9是在随后的第二时间点(30毫秒)拍摄的，第三图像10是在随后的时间点(60毫秒)拍摄的，第四图像11是在随后的第四时间点(90毫秒)拍摄的。因此，分别以30毫秒长的时间间隔完成了图像8到图11中各图的拍摄。当然，原则上也可采用其他周期—30毫秒仅适用于所述具体示例。通过时间间隔的长度得出帧率，在所示实施例中为33fps(1秒除以每秒的33帧得出两幅前后相继的图像之间约为30毫秒的时间间隔)。
借助光电子器件3或与之相连接的图像处理装置4可降低在第一图像8中的分辨率并输出被降低分辨率的第一图像8，其中，在整个第一图像8中的分辨率被降低。由此输出具有完整的检测区域(Field of View)的整个第一图像8。
此外，借助光电子器件3，可选择并仅输出第二图像9的中央区域12和第二图像9的左侧的外部区域13。相反既不选择也不输出第二图像9的右侧的外部区域14、上面的外部区域15和下面的外部区域16。
中央区域12以对称形式围绕第二图像9或该完整的检测区域(视场)的中心点A扩展。中央区域12的宽度例如可对应于32度的水平视角(中心点A右侧和左侧各16度；“+-16度”)。中央区域12和左侧的外部区域13一起可具有一个与大于35度的水平视角相对应的宽度(中心点A左侧大于35度“<-35度”加上中心点A右侧可能的16度)。
此外，借助光电子器件3或与之相连接的图像处理装置4可降低第三图像10中的分辨率，并输出被降低分辨率的第三图像10，其中，在整个第三图像10中的分辨率被降低。由此，输出具有完整检测区域(视场)的整个第三图像11。
此外，借助光电子器件3可在第四图像11中选择并仅输出中央区域12和右侧的旁侧外部区域14。相反既不选择也不输出第四图像11的左侧外部区域13、上面的外部区域15和下面的外部区域16。
中央区域12的宽度例如可对应于32度的水平视角(中心点A右侧和左侧分别各16度；“+-16度”)。中央区域12和右侧的外部区域14一起可具有一个与大于35度的水平视角相对应的宽度(中心点A右侧大于35度“>+35度”加上中心点A左侧可能的16度)。
第四图像11的中央区域12、左侧的外部区域13、右侧的外部区域14、上面的外部区域15和下面的外部区域16在通过图2所示实施例中是与第二图像9中的相应区域12到16相同的。
上面所述的在图像8到图像11中分辨率的降低可通过像素合并来实现，其中，为此尤其可使用图像拍摄传感器或图像处理装置4。
在图2中还展示了一幅由光电子器件3所拍摄的第五图像17，该图像是在120毫秒后拍摄的。第五图像17表明，前面所述拍摄图像8到图像11四幅图像以及在图像8到图像11中(部分)降低分辨率的周期随着拍摄另一图像17重新开始。

Claims (10)

1.一种用于检测车辆(1)的周围环境区域(7)的摄像设备(2)，该摄像设备(2)包括由广角镜头和高分辨率的图像拍摄传感器构成的光电子器件(3)，以及控制光电子器件的控制单元，所述光电子器件被设置用于拍摄车辆(1)的外部周围环境(7)的图像序列，
-其中，光电子器件(3)被设置用于，降低在图像序列的第一图像(8)中的分辨率，并输出被降低分辨率的第一图像(8)，其中，在整个第一图像(8)中的分辨率被降低，
-其中，光电子器件(3)和控制光电子器件的控制单元被设置用于，在图像序列的随后拍摄的第二图像(9)中选择第一子区域，仅输出该第一子区域，该第一子区域包括中央图像区域(12)和第一旁侧外部区域(13)，其中，所输出的第一子区域的分辨率不被降低，
-其中，光电子器件(3)被设置用于，降低图像序列的第三图像(10)中的分辨率，并输出被降低分辨率的第三图像(10)，其中，在整个第三图像(10)中的分辨率被降低，以及
-光电子器件(3)和控制光电子器件的控制单元被设置用于，在图像序列的随后拍摄的第四图像(11)中选择第二子区域，仅输出该第二子区域，该第二子区域包括中央区域(12)和第二旁侧外部区域(14)，其中，所输出的第二子区域的分辨率不被降低。
2.根据权利要求1所述的摄像设备(2)，其中，不选择且不输出第二图像(9)和/或第四图像(11)中的上面的外部区域(15)。
3.根据权利要求1或2所述的摄像设备(2)，其中，不选择且不输出第二图像(9)和/或第四图像(11)中的下面的外部区域(16)。
4.根据上述权利要求中任一权利要求所述的摄像设备(2)，其中，光电子器件(3)的图像拍摄传感器或图像处理装置(4)被设置用于，通过像素合并降低在第一图像(8)和第三图像(11)中的分辨率。
5.车辆(1)，该车辆包括根据上述权利要求中任一权利要求所述的摄像设备(2)。
6.用于检测车辆(1)的周围环境区域(7)的方法，该方法包括下列步骤：
-提供根据权利要求5所述的车辆(1)，
-拍摄车辆(1)的外部周围环境(7)的图像序列，
-降低在图像序列的第一图像(8)中的分辨率，并输出被降低分辨率的第一图像(8)，其中，在整个第一图像(8)中的分辨率被降低，
-在图像序列的随后拍摄的第二图像(9)中选择和仅输出中央区域(12)和第一旁侧外部区域(13)，其中，中央区域(12)和第一旁侧外部区域(13)的分辨率不被降低，
-降低在图像序列的第三图像(10)中的分辨率，并输出被降低分辨率的第三图像(10)，其中，在整个第三图像(10)中的分辨率被降低，以及
-在图像序列的随后拍摄的第四图像(11)中选择和仅输出中央区域(12)和第二旁侧外部区域(14)，其中，中央区域(12)和第二旁侧外部区域(14)的分辨率不被降低。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，不选择且不输出第二和/或第四图像(9，11)的上面和/或下面的外部区域(15，16)。
8.根据权利要求6或7中任一权利要求所述的方法，其中，借助光电子器件(3)的图像拍摄传感器或借助图像处理装置(4)通过像素合并降低第一图像(8)和第三图像(11)中的分辨率。
9.程序单元，当在处理器上执行该程序单元时，该程序单元引导处理器执行根据权利要求6至8中任一权利要求所述方法的方法步骤。
10.存储程序单元的计算机可读媒介，当在处理器上执行该程序单元时，该程序单元引导处理器执行根据权利要求6至8中任一权利要求所述方法的方法步骤。
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