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Die Erfindung betrifft ein Fahrerbeobachtungssystem für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Kamera, die an einem Kombiinstrument zur Fahrerbeobachtung angeordnet/anordenbar ist, und mit einer Recheneinheit zum Auswerten eines Kameraausgangssignals.
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Stand der Technik
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Fahrerbeobachtungssysteme der Eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zur Fahrerbeobachtung, insbesondere um einen Müdigkeitszustand beziehungsweise eine ausreichende Aufmerksamkeit des Fahrers feststellen zu können, ist es bekannt, den Fahrer mittels einer oder mehrerer Kameras zu beobachten und mittels einer Gesichtserkennung auf den Zustand des Fahrers bezüglich Müdigkeit und/oder Aufmerksamkeit zu schließen. Um die von der Kamera erfassten Daten auszuwerten, ist dabei wenigstens eine Recheneinheit vorgesehen, die das Ausgangssignal der Kamera verarbeitet.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Fahrerbeobachtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine kompakte Baueinheit zur Verfügung gestellt wird, welche die Kamera und eine Recheneinheit zur Vorprozessierung des Kameraausgangssignals umfasst, wobei die Recheneinheit und die Kamera zusammen auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Hierdurch erfolgt eine Vorauswertung beziehungsweise Vorbearbeitung des Kameraausgangssignals bereits in derselben Baueinheit. Die Baueinheit muss nur noch mit einem Steuergerät oder dergleichen verbunden werden, um das vorprozessierte Kameraausgangssignal verarbeiten und die Fahrerbeobachtung auswerten zu können. Weist das Fahrerbeobachtungssystem mehrere derartige Baueinheiten mit einer Kamera und einer Recheneinheit zur Vorprozession auf, so kann der Rechenaufwand für das Steuergerät zur Auswertung der Fahrerbeobachtung deutlich reduziert und damit die Auswertung insgesamt beschleunigt werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Recheneinheit zur Vorprozessierung des Kameraausgangssignals ausgebildet und zusammen mit der Kamera auf einer Leiterplatte angeordnet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrerbeobachtungssystem eine Steuereinheit zum Auswerten des vorprozessierten Ausgangssignals aufweist, die ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise des Fahrerbeobachtungssystems zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus wird die elektrische Verbindung von Steuereinheit, Kamera und Recheneinheit besonders einfach durch Leiterbahnen auf die Leiterplatte dargestellt. Die so bereitgestellte Baueinheit ist auch robust und gewährleistet eine dauerhafte Funktionsfähigkeit, beispielsweise auch bei Auftreten von stärkeren Vibrationen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Recheneinheit als „Field Programmable Gate Array“ (Feldprogrammierbare Gatter-Anordnung FPGA) ausgebildet ist. Die Recheneinheit stellt somit einen integrierten Schaltkreis dar, in den eine logische Schaltung programmiert werden kann. Die Recheneinheit ist somit eine einfach ausgebildete Recheneinheit, die auf einfache Art und Weise an ihren jeweiligen Zweck anpassbar ist. Aufgrund ihrer Einfachheit führt sie das jeweilige Programm schnell und effizient aus.
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Vorzugsweise ist die Recheneinheit mit mehreren auf der Leiterplatte angeordneten Kameras verbunden. Die Recheneinheit ist somit dazu ausgebildet, das Kameraausgangssignal mehrerer Kameras zu verarbeiten beziehungsweise vorzubearbeiten. Aufgrund des Anwendungsfalls für die Kamera, nämlich der Fahrerbeobachtung, entstehen in der Regel nur geringe Datenmengen, die verarbeitet werden müssen. Dadurch bietet sich auch hier die Ausbildung der Recheneinheit als feldprogrammierbare Gatter-Anordnung an, da sie in diesem Fall ausreichend ist, die Datenmengen schnell und effizient umzusetzen beziehungsweise vorzubearbeiten.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der jeweiligen Kamera ein Infrarotstrahler zugeordnet ist. Die jeweilige Kamera ist dabei entsprechend derart ausgebildet, dass sie die an dem Fahrer reflektierte Infrarotstrahlung entsprechend erfasst. Die jeweilige Kamera ist somit vorzugsweise als Infrarotkamera ausgebildet. Hierdurch wird gewährleistet, dass auch eine Fahrerbeobachtung bei dunklen Sichtverhältnissen durchgeführt werden kann, ohne den Fahrer zu stören.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Recheneinheit mit dem jeweiligen Infrarotstrahler, der insbesondere ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet ist, verbunden ist. Die Recheneinheit, insbesondere die feldprogrammierbare Gatter-Anordnung, arbeitet somit bevorzugt mit mehreren Infrarotstrahlern und mit mehreren Kameras zusammen. Wie bereits gesagt, ist dies aufgrund der in der Regel geringen Datenmenge des jeweiligen Kameraausgangssignals problemlos durchführbar. Dadurch, dass nur eine Recheneinheit entsprechender Art vorgesehen wird, ist nur eine niedrige Anzahl von Komponenten des Fahrerbeobachtungssystems nötig und der Verbindungsaufwand der einzelnen Komponenten miteinander ist einfach und kostengünstig.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass jeweils ein Infrarotstrahler jeweils einer der Kameras zugeordnet ist. Somit wird die Bilderfassung der jeweiligen Kamera verbessert und insgesamt ein gutes Fahrerbeobachtungsergebnis erzielt. Vorzugsweise ist der jeweilige Infrarotstrahler nahe zu der jeweiligen Kamera, insbesondere direkt benachbart zu der jeweiligen Kamera angeordnet, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Insbesondere wird hierdurch erreicht, dass eine homogene Ausleuchtung des zu erfassenden Bildes unter Vermeidung von „harter“ beziehungsweise scharfer Schattenlinien gewährleistet wird. Darüber hinaus wird durch den oder die Infrarotstrahler erreicht, dass die Pupille des Fahrers besser erkennbar ist und dadurch eine Blickverfolgung des Fahrers verlässlich durchführbar ist. Die Blickverfolgung kann beispielsweise auch dazu genutzt werden, ein Head-Up-Display (HUD) anzusteuern, eine Gesichtserkennung beziehungsweise Identifizierung durchzuführen, um beispielsweise Funktionen des Kraftfahrzeugs freizuschalten oder zu sperren, oder um eine Gestenbedienung des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Die Infrarotstrahler sind insbesondere als Nahfeld-Infrarotstrahler ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Kombiinstrument die Leiterplatte aufweist, auf welcher die Kamera und die Recheneinheit, und gegebenenfalls auch die Infrarotstrahler wie zuvor beschrieben angeordnet sind. Gegebenenfalls kann auf der Leiterplatte auch die Steuereinheit angeordnet sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass es sich bei der Steuereinheit um eine Steuereinheit des Kombiinstruments handelt. Die einzelnen Komponenten des Fahrerbeobachtungssystems sind somit in das Kombiinstrument des Kraftfahrzeugs integriert ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Lösung für das Fahrerbeobachtungssystem mit kurzen Verbindungsstrecken und einer einfachen Verbindungsstruktur mittels der Leiterplatte. Dadurch werden das Design, die Verkabelung (Verbindung), die Montage, die Herstellung und die Herstellungskosten optimiert. Insbesondere ist es dadurch möglich, das Fahrerbeobachtungssystem zusammen mit dem Kombiinstrument als Vormontageeinheit bereitzustellen, gegebenenfalls auch bereits zusammen mit dem einen oder den mehreren Infrarotstrahlern. Dadurch ist es auch möglich, das Fahrerbeobachtungssystem einer Prüfung zu unterziehen, bevor das Kombiinstrument in ein Kraftfahrzeug verbaut wird.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Recheneinheit zur Vorprozessierung des jeweiligen Kameraausgangssignals auf einer separaten Leiterplatte vorgesehen ist, und dass jeweils eine Kamera zusammen mit einem Infrarotstrahler eine Vormontageeinheit bilden, die in das Kombiinstrument integrierbar/integriert ist.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dazu zeigen:
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1 ein Fahrerbeobachtungssystem eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Darstellung,
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fahrerbeobachtungssystems,
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3 das weitere Ausführungsbeispiel des Fahrerbeobachtungssystems in einer schematischen Darstellung,
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4 eine vorteilhafte Weiterbildung des Fahrerbeobachtungssystems
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5 die vorteilhafte Weiterbildung des Fahrerbeobachtungssystems in einer schematischen Darstellung.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Fahrerbeobachtungssystem 1 eines hier nur angedeuteten Kraftfahrzeugs 2. Das Fahrerbeobachtungssystem 1 ist dazu ausgebildet, den Fahrer zu beobachten und beispielsweise darauf zu überwachen, ob er die für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs notwendige Aufmerksamkeit oder Ermüdungserscheinungen zeigt.
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Das Fahrerbeobachtungssystem 1 weist dazu zwei auf den Fahrer gerichtete Kameras 3 auf. Die Kameras 3 sind dabei beide in ein Kombiinstrument 4 im Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs 2 integriert. Jeder Kamera 3 ist dabei außerdem ein Infrarotstrahler 5 zugeordnet. Die Kameras 3 sind insofern als Infrarotkameras ausgebildet, die die von den Infrarotstrahlern 5 ausgestrahlten und an dem Fahrer reflektierten Infrarotstrahlen erfassen. Die Infrarotstrahler 5 sind dabei jeweils direkt neben einer der Kameras 3 angeordnet, so dass eine vorteilhafte Ausleuchtung des Fahrers gewährleistet ist. Dabei wird insbesondere erreicht, dass der Fahrer homogen ausgeleuchtet wird und keine scharfen Schatten im Hintergrund entstehen, die eine Auswertung eines Ausgangssignals der jeweiligen Kamera 3 erschweren könnten. Optional sind noch zwei weitere Infrarotstrahler 6 vorgesehen, die jedoch beabstandet zu den Kameras 3 im Bereich des Armaturenbretts des Kraftfahrzeugs außerhalb des Kombiinstruments 4 angeordnet sind und die Infrarotstrahler 5 unterstützen. Die Infrarotstrahler 5, 6 sind dabei mit einer Steuereinheit 7 verbunden, welche die Infrarotstrahler 5, 6 betreibt beziehungsweise ansteuert. Durch das Vorsehen mehrerer Infrarotstrahler 5, 6 und mehrerer Kameras 3 wird gewährleistet, dass der Fahrer durchgehend beobachtet werden kann, auch wenn der Fahrer beispielsweise durch eine Lenkbewegung eine der Kameras 3 mit seinem das Lenkrad betätigenden Arm verdeckt.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fahrerbeobachtungssystems 1, wobei bereits bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und insofern auf die oben stehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden.
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Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist nunmehr vorgesehen, dass in das Kombiinstrument 4 außerdem noch eine Recheneinheit 8 zur Vorprozessierung beziehungsweise Vorbearbeitung der Ausgangssignale der Kameras 3 integriert ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Recheneinheit 8 auf der gleichen Leiterplatte angeordnet ist wie die Kameras 3 und die Infrarotstrahler 5. Dadurch wird ein kompaktes Fahrerbeobachtungssystem 1 geboten, das aus wenigen Einzelteilen besteht und einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar ist.
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3 zeigt hierzu in einer vereinfachten Darstellung den Aufbau des Fahrerbeobachtungssystems 1 gemäß 2. Dabei ist vorgesehen, dass auf einer Leiterplatte 9 des Kombiinstruments 4 die beiden Kameras 3 sowie die Infrarotstrahler 5 angeordnet und durch entsprechende Leiterbahnen der Leiterplatte miteinander verbunden sind. Außerdem sind auf der Leiterplatte vorzugsweise eine Anschlussstelle 10 für die außerhalb des Kombiinstruments 4 angeordneten Infrarotstrahler 6 vorgesehen. Bei der Anschlussstelle 10 kann es sich beispielsweise um einen Steckkontakt handeln, so dass die außen liegenden Infrarotstrahler 6 auf einfache Art und Weise mit der Leiterplatte 9 verbindbar sind. Auf der Leiterplatte 9 sind außerdem ein RAM-Speicher 11 und ein Flash-Speicher 12 angeordnet, die bei der Vorbearbeitung der Kameraausgangssignale genutzt werden. Die ebenfalls auf der Leiterplatte 9 angeordnete Recheneinheit 8 ist vorzugsweise als feldprogrammierbare Gatter-Anordnung ausgebildet, die mit den Kameras 3, den Infrarotstrahlern 5, den Speichermodulen 11 und 12 sowie durch den Kontaktanschluss 10 mit den Infrarotstrahlern 6 verbunden ist. Die Recheneinheit 8 führt eine Vorprozessierung der Ausgangssignale der Kameras 3 durch und steuert die Infrarotstrahler 5 beziehungsweise 6 an.
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Auf einer separaten Leiterplatte 13 ist die Steuereinheit 7 des Fahrerbeobachtungssystems 1 angeordnet, die die Nachbearbeitung der von der Recheneinheit 8 zur Verfügung gestellten Daten durchführt und anhand dieser Daten auf das Fahrerverhalten beziehungsweise den Fahrerzustand erkennt. Die Steuereinheit 7 ist dazu auf der Leiterplatte 13 ebenfalls mit einem RAM-Speicher 14 und mit einem Flash-Speicher 15 verbunden. Über eine LVDS-Schnittstelle (LVDS=Low Voltage Differential Signaling) erfolgt eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung von der Recheneinheit 8 zu der Steuereinheit 7, so dass die vorverarbeiteten Ausgangssignale der Kameras 3 schnell durch die Steuereinheit 7 ausgewertet werden können, so dass, beispielsweise bei Erfassen von Müdigkeitserscheinungen des Fahrers, schnell, beispielsweise durch Anzeige einer akustischen oder visuellen Warnmeldung, reagiert werden kann.
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4 und 5 zeigen eine vorteilhafte Weiterbildung des Fahrerbeobachtungssystems 1, die sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass auch die Steuereinheit 7 auf der gleichen Leiterplatte 9 angeordnet ist wie die Recheneinheit 8, so dass auch die Steuereinheit 7 in das Kombiinstrument 4 integriert ausgebildet ist, wie in 4 gezeigt. 5 zeigt die gemeinsame Anordnung der Kameras 3, der Infrarotstrahler 5, des Kontaktanschlusses 10, der Recheneinheit 8, der RAM-Speicher 11 und 14, der Flash-Speicher 12 und 15 sowie der Steuereinheit 7 auf der Leiterplatte 9 des Kombiinstruments 4. Insbesondere kann es sich bei der Steuereinheit 7 in diesem Fall um die Steuereinheit des Kombiinstruments 4 handeln, so dass keine separate Steuereinheit zum Betreiben des Fahrerbeobachtungssystems 1 notwendig ist. Aufgrund der Vorverarbeitung der Kameraausgangssignale mittels der Recheneinheit 8 ist der Rechenaufwand für die Steuereinheit 7 verhältnismäßig gering, so dass diese sowohl zur Ansteuerung des Kombiinstruments 4 als auch zum Betreiben des Fahrerbeobachtungssystems 1 genutzt werden kann.
