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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer HDR-Kameraeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei mittels der Kameraeinrichtung ein HDR-Bild eines Umgebungsbereiches des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird und zum Bereitstellen des HDR-Bilds zumindest zwei Belichtungswerte eines Bildsensors eingestellt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine HDR-Kameraeinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kameraeinrichtung.
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Kamerasysteme für Kraftfahrzeuge sind bereits Stand der Technik. Es ist bereits bekannt, eine Vielzahl von Kameras an einem Kraftfahrzeug anzubringen, so dass die Kameras die gesamte Umgebung um das Kraftfahrzeug herum erfassen. Die bereitgestellten Bilder können beispielsweise auf einem Display im Innenraum des Kraftfahrzeugs dargestellt werden. Die Bilder können auch anderen Funktionalitäten zugrunde gelegt werden, welche zum Unterstützen des Fahrers beim Führen des Kraftfahrzeugs dienen. Diese Funktionalitäten können z. B. die Detektion von Hindernissen anhand der Bilder umfassen.
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Zum Stand der Technik gehören auch so genannte HDR-Kameraeinrichtungen („High Dynamic Range” oder „High Dynamic Range Imaging”). Solche Kameraeinrichtungen können HDR-Bilder bereitstellen, welche die in der Umgebung des Kraftfahrzeugs vorkommenden großen Helligkeitsunterschiede detailreich abbilden können. Zur Bereitstellung eines HDR-Bilds werden dabei üblicherweise zumindest zwei verschiedene Belichtungswerte der Kamera eingestellt. Es werden zwei Bilder mit unterschiedlichen Belichtungswerten aufgenommen und zu einem HDR-Bild verarbeitet. Alternativ können auch unterschiedliche Belichtungswerte für unterschiedliche Bildbereiche desselben Bilds definiert werden. Unter dem Begriff „Belichtung” wird dabei insbesondere die Belichtungszeit verstanden, mit welcher die Bildpunkte des Bildsensors belichtet werden. Alternativ kann der Begriff „Belichtung” auch die Größe einer Aperturblende umfassen.
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In der Fotografie stellt die so genannte Bewegungsunschärfe (motion blur) eine besondere Herausforderung dar. Es gilt die Beziehung, dass je größer die Belichtungszeit eines Bilds ist, desto größere Bewegungsunschärfe durch bewegliche Objekte verursacht werden kann. Mit der Reduktion der Bewegungsunschärfe befasst sich beispielsweise das Dokument
US 2010/0123787 A1 . Es wird hier eine Bildstabilisierung anhand von Daten eines Bewegungssensors vorgenommen.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Bewegungsunschärfe insbesondere bei HDR-Kameras ein relativ großes Problem darstellt. Wie bereits ausgeführt, werden bei HDR-Kameras zwei verschiedene Belichtungswerte eingestellt, um auch Szenen abbilden zu können, die unhomogen beleuchtet sind und somit unterschiedliche Helligkeitswerte aufweisen. Insbesondere bei einem dunkleren Umgebungsbereich wird einer der Belichtungswerte relativ hoch eingestellt, um auch die Bildinformationen in dem dunklen Umgebungsbereich mit einer guten Qualität darstellen zu können. Dies kann jedoch auf der anderen Seite zu einer erhöhten Bewegungsunschärfe führen. Eine optimierte Bilddynamik verursacht somit gegebenenfalls eine unerwünschte Bewegungsunschärfe. Dies wirkt einerseits störend, wenn die Bilder auf einem Display angezeigt werden. Andererseits ist eine solche Unschärfe auch für Bildverarbeitungsalgorithmen nachteilig, die beispielsweise zur Detektion von Hindernissen in den HDR-Bildern dienen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung die Bewegungsunschärfe des HDR-Bilds im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Kameraeinrichtung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer HDR-Kameraeinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Mittels der HDR-Kameraeinrichtung wird ein HDR-Bild eines Umgebungsbereiches des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Zum Bereitstellen des HDR-Bilds werden zumindest zwei Belichtungswerte der HDR-Kameraeinrichtung eingestellt. Es wird der aktuelle Wert zumindest eines Fahrzeugsparameters erfasst, welcher einen Bewegungszustand des Kraftfahrzeugs charakterisiert. Zumindest einer der Belichtungswerte wird dann unter Berücksichtigung des aktuellen Werts des zumindest einen Fahrzeugparameters eingestellt.
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Demnach wird die Erzeugung des HDR-Bilds unter Berücksichtigung zumindest eines Fahrzeugparameters vorgenommen, welcher den aktuellen Bewegungszustand des Kraftfahrzeugs charakterisiert, wie beispielsweise unter Berücksichtigung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit. Auf diesem Wege kann ein Kompromiss zwischen der Helligkeitsdynamik einerseits und der Bewegungsunschärfe andererseits getroffen werden, so dass die Bewegungsunschärfe insgesamt reduziert wird. Durch eine solche Vorgehensweise können auf einem Display des Kraftfahrzeugs Bilder angezeigt werden, welche einerseits gute HDR-Eigenschaften aufweisen und andererseits scharf sind. Schärfere Bilder sind jedoch auch bei anderen Funktionalitäten vorteilhaft und ermöglichen beispielsweise eine zuverlässigere und präzisere Detektion von Hindernissen anhand der Bilder. Dies gilt insbesondere für Verfolgungsalgorithmen, welche zum Verfolgen von Zielobjekten anhand einer Sequenz von HDR-Bildern dienen. Bei einer geringeren Bewegungsunschärfe können die Zielobjekte nämlich insgesamt präziser verfolgt werden, weil die Bestimmung der aktuellen relativen Position der Zielobjekte bezüglich des Kraftfahrzeugs anhand der HDR-Bilder mit einem geringeren Fehler versehen ist.
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Die Bereitstellung des HDR-Bilds kann so aussehen, dass mittels eines Bildsensors zumindest zwei herkömmliche Bilder mit unterschiedlichen Belichtungswerten des Bildsensors erfasst und dann zu einem gemeinsamen HDR-Bild verarbeitet werden. Abhängig von dem verwendeten Bildsensor kann jedoch alternativ auch vorgesehen sein, dass zur Erzeugung des HDR-Bilds ein einziges Bild erfasst wird und für unterschiedliche Bildbereiche des Bildes unterschiedliche Belichtungswerte eingestellt werden.
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Die HDR-Kameraeinrichtung kann insbesondere in Form einer einzelnen Kamera bereitgestellt sein, welche einen Bildsensor aufweist, der in einem Kameragehäuse angeordnet ist. Die Bereitstellung des HDR-Bilds erfolgt dann mittels einer internen Einheit der Kamera. Diese Kamera gibt dann an ihrem Ausgang eine Sequenz von HDR-Bildern aus.
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Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das HDR-Bild mittels einer Steuereinheit erzeugt wird, welche separat zu der Kamera ausgebildet ist.
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Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn der aktuelle Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit als Fahrzeugparameter erfasst wird. Zumindest einer der Belichtungswerte wird dann unter Berücksichtigung des aktuellen Werts der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt. Es gilt nämlich die Beziehung, dass je größer die relative Geschwindigkeit zwischen der Kamera und der abgebildeten Szene ist, desto größer das Potenzial einer Bewegungsunschärfe ist. Die Berücksichtigung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht es somit, HDR-Bilder mit reduzierter Bewegungsunschärfe bereitzustellen.
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Bevorzugt wird ein Belichtungsverhältnis zwischen den Belichtungswerten unter Berücksichtigung des aktuellen Werts des Fahrzeugparameters eingestellt. Diese Ausführungsform macht sich die Tatsache zunutze, dass ein erster Belichtungswert üblicherweise automatisch mittels der HDR-Kameraeinrichtung im Betrieb eingestellt wird, nämlich in Abhängigkeit von der Helligkeit der Szene und optional auch abhängig von einem Verstärkungsfaktor des Bildsensors. Der zweite Belichtungswert wird dann durch entsprechende Wahl des Belichtungsverhältnisses und/oder des Verstärkungsfaktors des Bildsensors eingestellt. Dieses Belichtungsverhältnis wird abhängig von den Helligkeitsdifferenzen der Szene gewählt. Die Einstellung des Belichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des Fahrzeugparameters hat den Vorteil, dass einer der Belichtungswerte automatisch an die aktuelle Helligkeit der Szene – zum Beispiel an einen relativ hellen Bereich der Szene – mittels der Kameraeinrichtung eingestellt werden kann, während der andere Belichtungswert (oder die anderen Belichtungswerte) hinsichtlich der Reduktion der Bewegungsunschärfe abhängig von dem aktuellen Bewegungszustand des Fahrzeugs angepasst werden kann. Man erhält somit ein HDR-Bild, welches sowohl bezüglich der Helligkeit als auch im Hinblick auf die Bewegungsunschärfe optimiert ist.
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Bevorzugt wird in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des Fahrzeugparameters ein Grenzwert für das Belichtungsverhältnis definiert. Beim Einstellen des Belichtungsverhältnisses wird dieser Grenzwert dann in der Weise berücksichtigt, dass das Belichtungsverhältnis auf den Grenzwert begrenzt wird. Ist das Belichtungsverhältnis ein Verhältnis zwischen dem längeren Belichtungswert und dem kürzeren Belichtungswert (Belichtungsverhältnis ist größer als 1), so stellt der Grenzwert einen oberen Grenzwert dar, auf welchen das Belichtungsverhältnis nach oben begrenzt wird – das Belichtungsverhältnis darf den Grenzwert nicht überschreiten. Wird der kürzere Belichtungswert automatisch mittels der Kameraeinrichtung eingestellt, so wird somit verhindert, dass der zweite Belichtungswert auf einen zu großen Wert eingestellt wird, was zu einer Unschärfe führen könnte. Das Belichtungsverhältnis kann nämlich maximal auf den Grenzwert eingestellt werden. Durch Vorsehen des Grenzwertes kann die Reduktion der Bewegungsunschärfe mit geringem Implementierungsaufwand erreicht werden, weil bisherige Algorithmen aufrechterhalten werden können und lediglich ein zusätzlicher Grenzwert definiert zu werden braucht, den das Belichtungsverhältnis nicht überschreiten oder unterschreiten darf.
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Optional kann auch vorgesehen sein, dass abhängig von dem aktuellen Wert des Fahrzeugparameters ein maximal möglicher absoluter Wert für zumindest einen der Belichtungswerte definiert wird. Dieser zumindest eine Belichtungswert wird dann auf den maximalen Wert nach oben begrenzt, so dass der zumindest eine Belichtungswert gleich oder kleiner als der maximale Wert ist. Somit kann die Bewegungsunschärfe auch bei einer sehr hellen Szene verhindert werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der aktuelle Wert des Fahrzeugparameters über einen Kommunikationsbus des Kraftfahrzeugs empfangen wird. Diese Ausführungsform erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn als Fahrzeugparameter die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs berücksichtigt wird. Die bereits vorhandenen Kameras verfügen nämlich über eine Schnittstelle, über welche die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit über einen CAN-Bus des Kraftfahrzeugs empfangen wird. Somit liegt die Information über die aktuelle Geschwindigkeit bereits vor, so dass die bereits ohnehin vorhandenen Daten zur Einstellung der Belichtungswerte genutzt werden können. Auf diese Weise können die bereits vorhandenen Kameras durch ein einfaches Software-Update mit einer Funktionalität nachgerüstet werden, bei welcher die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Einstellung der Belichtungswerte berücksichtigt wird.
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Ergänzend oder alternativ kann der aktuelle Wert des Fahrzeugparameters auch mittels der HDR-Kameraeinrichtung selbst anhand von Bilddaten bestimmt werden. Insbesondere lässt sich die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit auch anhand der Sequenz von Bildern bestimmen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass hier die relevante relative Geschwindigkeit zwischen der Kamera selbst und der Szene ermittelt wird, also eine Geschwindigkeit, die gegebenenfalls von der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zur Straße abweichen kann. Die Berücksichtigung der Geschwindigkeit beim Einstellen der Belichtungswerte kann somit noch genauer durchgeführt werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine HDR-Kameraeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine HDR-Kameraeinrichtung. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Kameraeinrichtung sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung eine HDR-Kameraeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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In der Figur ist ein Blockschaltbild einer HDR-Kameraeinrichtung 1 in höchst abstrakter Darstellung gezeigt. Die in der Figur dargestellte Kameraeinrichtung 1 kann beispielsweise eine einzelne Kamera sein, deren Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Kameraeinrichtung 1 umfasst einen Bildsensor 2, der hinter einer Linse 3 angeordnet ist. Der Bildsensor 2 ist mit einer Steuereinheit 4 elektrisch gekoppelt, welche zusätzlich auch mit einer Kommunikationsschnittstelle 5 gekoppelt ist. Über die Schnittstelle 5 kann die Kameraeinrichtung 1 an einen Kommunikationsbus 6 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, angeschlossen werden. Beispielsweise wird die Kameraeinrichtung 1 an einen CAN-Bus angebunden. Über die Schnittstelle 5 kann die Kameraeinrichtung 1 auch an andere Leitungen des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden, um die bereitgestellten HDR-Bilder 7 zu übermitteln.
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Die HDR-Bilder 7 werden dadurch erzeugt, dass der Bildsensor 2 bei zumindest zwei verschiedenen Belichtungswerten T1 und T2 betrieben wird. Diese Belichtungswerte T1, T2 werden mittels der Steuereinheit 4 eingestellt. Beispielsweise wird ein erstes Bild bei dem ersten Belichtungswert T1 und ein zweites Bild bei dem Belichtungswert T2 aufgenommen. Aus diesen unterschiedlichen Bildern kann dann ein HDR-Bild erzeugt werden, welches verbesserte Helligkeitswerte aufweist.
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Die Kameraeinrichtung 1 kann beispielsweise eine Rückwärtskamera sein, welche an einem hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs oder an einer Heckklappe angeordnet ist. Alternativ kann es sich hier auch um eine Frontkamera handeln, welche am vorderen Stoßfänger oder hinter der Windschutzscheibe platziert ist. Weiterhin alternativ kann die Kamera in einen der Außenspiegel integriert sein. Grundsätzlich kann die Kamera irgendwo an dem Kraftfahrzeug angeordnet sein, zum Beispiel an einem Türgriff, an einer Seitenplanke – dem Radkasten beispielsweise –, hinter der Windschutzscheibe für Frontansichtanwendungen usw.
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Der Bildsensor 2 kann beispielsweise ein CMOS-Sensor oder aber ein CCD-Sensor sein.
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Einer der Belichtungswerte, nämlich beispielsweise der zweite Belichtungswert T2, wird automatisch in Abhängigkeit von der aktuellen Helligkeit der abgebildeten Szene 8 eingestellt, wie dies bereits Stand der Technik ist. Diese Helligkeit kann mittels eines entsprechenden Helligkeitssensors oder anhand der Bilddaten erfasst werden. Der andere Belichtungswert T1 wird dann dadurch eingestellt, dass ein Belichtungsverhältnis T1/T2 definiert wird. Wird das Belichtungsverhältnis T1/T2 beispielsweise auf 3 festgelegt, so ergibt sich: T1 = 3 × T2. Dieses Belichtungsverhältnis T1/T2 wird nun unter Berücksichtigung des aktuellen Werts der Fahrzeuggeschwindigkeit v eingestellt, der über den Kommunikationsbus 6 empfangen wird. Dazu wird in der Steuereinheit 4 ein Grenzwert für das Belichtungsverhältnis T1/T2 im Betrieb der Kameraeinrichtung 1 in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v eingestellt, und das Belichtungsverhältnis T1/T2 wird so eingestellt, dass dieses Verhältnis T1/T2 den festgelegten Grenzwert nicht überschreitet.
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Das Belichtungsverhältnis T1/T2 kann somit in üblicher Weise eingestellt werden, jedoch mit der zusätzlichen Beschränkung, dass der festgelegte Grenzwert nicht überschritten werden kann. Durch eine solche Vorgehensweise wird einerseits die Bewegungsunschärfe reduziert und andererseits ein HDR-Bild 7 erzeugt, welches gegenüber einem herkömmlichen Bild verbesserte Helligkeitswerte aufweist.
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Durch Vorsehen eines Grenzwertes für das Belichtungsverhältnis T1/T2 wird mit anderen Worten verhindert, dass der Belichtungswert T1 unverhältnismäßig größer als der Belichtungswert T2 ist. Ein zu hoher Belichtungswert T1 könnte nämlich bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit v zu einer Bewegungsunschärfe der HDR-Bilder 7 führen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0123787 A1 [0004]
