DE102015224185A1 - Device for detecting and displaying a vehicle environment in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Erfassen und Anzeigen einer Fahrzeugumgebung in einem Fahrzeug (5), mit zumindest einer Lichtfeldkamera (2), wobei die Lichtfeldkamera (2) ein Bild aus der Umgebung des Fahrzeugs (5) erfasst. Die Vorrichtung (1) umfasst zudem zumindest ein Lichtfeld-Display (3), welches im Innenraum des Fahrzeugs (5) angeordnet ist, wobei die von der Lichtfeldkamera (3) erfasste Bild an das Lichtfeld-Display (2) übertragbar ist, so dass das Bild im Innenraum des Fahrzeugs (5) mittels des Lichtfeld-Displays (3) anzeigbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (5) mit einer solchen Vorrichtung (1).The invention relates to a device (1) for detecting and displaying a vehicle environment in a vehicle (5), having at least one light field camera (2), wherein the light field camera (2) captures an image from the surroundings of the vehicle (5). The device (1) additionally comprises at least one light field display (3), which is arranged in the interior of the vehicle (5), wherein the image captured by the light field camera (3) can be transmitted to the light field display (2), so that the image in the interior of the vehicle (5) by means of the light field display (3) can be displayed. Furthermore, the invention relates to a vehicle (5) with such a device (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen und Anzeigen einer Fahrzeugumgebung in einem Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung. The present invention relates to an apparatus for detecting and displaying a vehicle environment in a vehicle. Furthermore, the invention relates to a vehicle with such a device.
Die Darstellung der Fahrzeugumgebung im Fahrzeuginnenraum stellt heutzutage eine wichtige Unterstützung bei der Fahrzeugführung, beispielsweise beim Einparken oder bei Überholmanövern, für den Fahrer dar. Um Fahrmanöver sicher ausführen zu können, ist dabei die Darstellung des rückwärtigen Verkehrsgeschehens häufig von großer Bedeutung. Insbesondere ist es wichtig, realitätsgetreue Tiefeninformationen zu präsentieren, um dem Fahrer eine reale Einschätzung von Abständen zu erlauben. The representation of the vehicle environment in the vehicle interior nowadays represents an important support for the vehicle guidance, for example when parking or overtaking maneuvers, for the driver. In order to be able to carry out driving maneuvers safely, the representation of the traffic at the rear is often of great importance. In particular, it is important to present realistic depth information to allow the driver a real estimate of distances.
Aus der
Zur Bereitstellung von Tiefeninformationen ist aus der
Dreidimensionale Informationen werden heutzutage in der Regel mittels autostereoskopischen Displays unter Verwendung von Lentikularlinsen dargestellt. Weiterhin können aufgenommene Bilddaten auf rotierende Objekte oder auf eine Vielzahl von hintereinander angeordneten Flüssigkristallscheiben projiziert werden, um dem Nutzer einen Tiefeneindruck der erfassten Bilddaten zu vermitteln. Three-dimensional information is typically displayed today by means of autostereoscopic displays using lenticular lenses. Furthermore, recorded image data can be projected onto rotating objects or onto a large number of liquid crystal disks arranged one behind the other in order to convey to the user a depth impression of the acquired image data.
Autostereoskopische Displays haben den Nachteil, dass die Linse des Auges des Betrachters nicht auf die wahrgenommene Tiefe eines dargestellten Objekts eingestellt werden kann. Vielmehr muss das Auge auf die Entfernung des Displays scharfgestellt werden. Für die Verwendung in einem Fahrzeug ist zudem ein Trackingsystem notwendig, welches die Kopfposition des Betrachters ermittelt, so dass für die momentane Sicht des Betrachters ein korrektes 3D-Bild erzeugt wird. Dies wiederum führt zu hohen Kosten und einem großen Bauraumbedarf. Auch die Anordnung von rotierenden Objekten oder von Flüssigkristallscheiben führt zu einem erhöhten Platzbedarf im Fahrzeug sowie zu hohen Kosten. Autostereoscopic displays have the disadvantage that the lens of the eye of the observer can not be adjusted to the perceived depth of a displayed object. Rather, the eye must be focused on the distance of the display. For use in a vehicle also a tracking system is necessary, which determines the head position of the observer, so that for the current view of the observer, a correct 3D image is generated. This in turn leads to high costs and a large space requirement. The arrangement of rotating objects or liquid crystal panels leads to an increased space requirement in the vehicle and at high costs.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welcher dem Fahrer eine realitätsgetreue Tiefendarstellung der Fahrzeugumgebung innerhalb eines Fahrzeugs ermöglicht wird, wobei der Fahrer auf unterschiedliche Tiefenebenen des dargestellten Bildes fokussieren kann. It is the object of the present invention to provide a device of the aforementioned type, by means of which the driver a realistic depth representation of the vehicle environment is made possible within a vehicle, the driver can focus on different depth levels of the displayed image.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a device having the features of
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zumindest eine Lichtfeldkamera, wobei die Lichtfeldkamera ein Bild aus der Fahrzeugumgebung erfasst. Ferner umfasst die Vorrichtung zumindest ein Lichtfeld-Display, welches im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei das von der Lichtfeldkamera erfasste Bild an das Lichtfeld-Display übertragbar ist, so dass das Bild im Innenraum des Fahrzeugs mittels des Lichtfeld-Displays anzeigbar ist. The device according to the invention comprises at least one light field camera, wherein the light field camera captures an image from the vehicle environment. Furthermore, the device comprises at least one light field display, which is arranged in the interior of the vehicle, wherein the captured by the light field camera image is transferable to the light field display, so that the image in the interior of the vehicle by means of the light field display can be displayed.
Eine Lichtfeldkamera, auch plenoptische Kamera genannt, umfasst üblicherweise eine Hauptlinse, eine Vielzahl von Mikro-Bildsensoren und eine Vielzahl von Mikro-Linsen, wobei vor jedem Mikro-Bildsensor oder einem Zusammenschluss von Mikro-Bildsensoren eine Mikro-Linse angeordnet ist. Ein Lichtfeld beinhaltet dabei alle Lichtstrahlen innerhalb eines dreidimensionalen Raumes in jede Richtung sowie an jedem Punkt des dreidimensionalen Raumes. Diese Lichtstrahlen treffen innerhalb der Kamera auf das Array von Mikro-Linsen und werden von diesen auf die Mikro-Bildsensoren gebrochen. Das dadurch entstehende Bild ist eine Zusammensetzung aus genau so vielen Einzelbildern wie verwendeten Mikro-Linsen. Dabei sieht jede Mikro-Linse das aufgenommene Objekt oder die aufgenommene Szenerie aus einem leicht unterschiedlichen Winkel, so dass sich das Bild auf jedem Mikro-Bildsensor geringfügig von dem Bild auf einem benachbarten Mikro-Bildsensor unterscheidet. A light field camera, also called plenoptic camera, usually comprises a main lens, a plurality of micro-image sensors and a plurality of micro-lenses, wherein a micro-lens is arranged in front of each micro-image sensor or a combination of micro-image sensors. A light field contains all light rays within a three-dimensional space in every direction as well as at every point of the three-dimensional space. These rays of light strike the array of micro-lenses within the camera and are refracted by them onto the micro-image sensors. The resulting image is a composite of as many individual images as used micro-lenses. In this case, each micro-lens sees the recorded object or the recorded scene from a slightly different angle, so that the image on each micro-image sensor is slightly different from the image on an adjacent micro-image sensor.
Ein Lichtfeld-Display funktioniert nach dem umgekehrten Prinzip einer Lichtfeldkamera. Dabei umfasst das Lichtfeld-Display ein Array aus Mikro-Display-Einheiten, welche wiederum Mikro-Displays und Mikro-Linsen aufweisen. Die von den Mikro-Displays ausgesendeten Lichtstrahlen werden von den Mikro-Linsen in den Raum vor dem Display gebrochen. Dadurch entsteht eine Vielzahl von Kreuzungspunkten, an welchen sich die Lichtstrahlen der unterschiedlichen Mikro-Display-Einheiten kreuzen. Die Kreuzungspunkte können dabei übereinander, nebeneinander und in der Tiefe an definierten Punkten im Raum angeordnet sein. Die Kreuzungspunkte sind insbesondere in Ebenen angeordnet. Es entsteht ein dreidimensionaler Bildraum. Ein Lichtfeld-Display präsentiert dabei alle dargestellten Inhalte, sofern die Bildaufnahme korrekt erfolgt ist, stereoskopisch und räumlich korrekt. Zudem ermöglicht ein Lichtfeld-Display einem Betrachter vorteilhafterweise, an unterschiedliche Stellen in den Bildraum zu fokussieren. Im Unterschied hierzu muss bei einem herkömmlichen stereo-fähigen Display immer auf die 2D-Bildschirmebene fokussiert werden. Auch ein spezielle 3D-Brille wird bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht benötigt, um das dreidimensionale Bild betrachten zu können. A light field display works according to the reverse principle of a light field camera. In this case, the light field display comprises an array of micro-display units, which in turn have micro-displays and micro-lenses. The light rays emitted by the microdisplays are refracted by the micro lenses in the space in front of the display. This creates a multiplicity of crossing points at which the light beams of the different microdisplay units intersect. The crossing points can be arranged one above the other, side by side and in depth at defined points in space. The crossing points are arranged in particular in planes. The result is a three-dimensional pictorial space. A light field display presents all displayed content, provided that the image was taken correctly, stereoscopically and spatially correct. In addition allows a light field display advantageously a viewer to focus at different locations in the image space. In contrast, a traditional stereo-capable display always needs to focus on the 2D screen level. A special 3D glasses is not required when using the device according to the invention in order to view the three-dimensional image can.
Durch die Verwendung einer Lichtfeldkamera in Verbindung mit einem Lichtfeld-Display werden daher vorteilhafterweise alle Nachteile eines autostereoskopischen Displays vermieden. Insbesondere wird es dem Fahrer ermöglicht, auf verschiedene Tiefenebenen zu fokussieren, daraus zusätzlich und insbesondere passend zum stereoskopischen Bildeindruck räumliche Informationen abzuleiten und dadurch einen räumlichen Eindruck des erfassten Verkehrsgeschehens zu erlangen. Zudem müssen die von der Lichtfeldkamera erfassten Bilder auch nicht derart weiterverarbeitet werden, dass sie auf einem 2D-Bildschirm anzeigbar sind. Dies nämlich bedingt einen hohen Rechenaufwand, der insbesondere sehr zeitaufwendig sein kann. Zwischen der Bildaufnahme und der Bildanzeige würde es daher zu einer erheblichen Zeitverzögerung kommen. Durch die Kombination der Lichtfeldkamera mit dem Lichtfeld-Display wird ein aufgenommenes Lichtfeld auch als Lichtfeld wiedergegeben. Aufwendige Rechenschritte, welche das Lichtfeld in 2D-Daten verwandeln müssen, können daher vorteilhafterweise entfallen. By using a light field camera in conjunction with a light field display, therefore, all the disadvantages of an autostereoscopic display are advantageously avoided. In particular, it is possible for the driver to focus on different depth levels, in addition to deduce spatial information in addition to and in particular matching the stereoscopic image impression, and thereby obtain a spatial impression of the detected traffic situation. In addition, the images captured by the light field camera also do not have to be processed in such a way that they can be displayed on a 2D screen. This requires a high computational effort, which can be very time-consuming, in particular. There would therefore be a considerable time delay between the image acquisition and the image display. By combining the light field camera with the light field display, a recorded light field is also reproduced as a light field. Elaborate computation steps, which must transform the light field into 2D data, can therefore advantageously be dispensed with.
Es können jedoch Verarbeitungsschritte integriert werden, die einer Erhöhung der Auflösung, Erhöhung eines Tiefeneindrucks, Veränderungen der Lichtintensität, Veränderungen des Farbraumes und/oder Veränderungen des Kontrasts dienen. However, processing steps can be integrated which serve to increase the resolution, increase a depth impression, changes in the light intensity, changes in the color space and / or changes in the contrast.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Lichtfeldkamera direkt mit dem Lichtfeld-Display gekoppelt, wobei die Lichtfeldkamera das erfasste Bild direkt an das Lichtfeld-Display überträgt. Direkte Kopplung bedeutet hierbei insbesondere, dass keine bildverarbeitenden Einrichtungen, wie beispielsweise Bildnachbearbeitungselektronik, zwischen der Lichtfeldkamera und dem Lichtfeld-Display angeordnet sind. Das aufgenommene Bild wird daher ohne Verarbeitung auf direktem Weg, d.h. ohne Umwege über bildverarbeitende Einrichtungen, von der Lichtfeldkamera an das Lichtfeld-Display übertragen. Zur Einschätzung einer Verkehrssituation ist es notwendig, dass das von der Lichtfeldkamera erfasste Bild im Wesentlichen in Echtzeit wiedergegeben wird, d.h. dass das Bild möglichst verzögerungsfrei nach der Erfassung an das Lichtfeld-Display weitergeleitet wird. In one embodiment of the device according to the invention, the light field camera is coupled directly to the light field display, wherein the light field camera transmits the captured image directly to the light field display. In this case, direct coupling means in particular that no image processing devices, such as, for example, post-processing electronics, are arranged between the light field camera and the light field display. The captured image is therefore processed directly without processing, i. without detours via image processing equipment, transferred from the light field camera to the light field display. To assess a traffic situation, it is necessary that the image captured by the light field camera be displayed substantially in real time, i. that the image is forwarded to the light field display as soon as possible after the acquisition.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Lichtfeldkamera eine bestimmte Anzahl von Mikro-Sensor-Einheiten auf. Ebenso weist das Lichtfeld-Display eine bestimmte Anzahl von Mikro-Display-Einheiten auf. Dabei stimmt die bestimmte Anzahl der Mikro-Sensor-Einheiten mit der bestimmten Anzahl von Mikro-Display-Einheiten überein. Eine Mikro-Sensor-Einheit der Lichtfeldkamera umfasst dabei insbesondere einen Mikro-Bildsensor sowie eine davor angeordnete Mikro-Linse. Eine Mikro-Display-Einheit des Lichtfeld-Displays umfasst insbesondere ein Mikro-Display sowie eine davor angeordnete Mikro-Linse. In a further embodiment of the device according to the invention, the light field camera has a certain number of micro-sensor units. Likewise, the light field display has a certain number of micro-display units. In this case, the specific number of micro-sensor units coincides with the specific number of micro-display units. A micro-sensor unit of the light field camera comprises in particular a micro-image sensor and a micro-lens arranged in front of it. A micro-display unit of the light-field display comprises, in particular, a micro-display and a micro-lens arranged in front of it.
Weiterhin kann jede Mikro-Sensor-Einheit eine bestimmte Anzahl von Mikro-Bildsensor-Bildpunkten und jede Mikro-Display-Einheit eine bestimmte Anzahl von Mikro-Display-Bildpunkten umfassen, wobei die bestimmte Anzahl von Mikro-Bildsensor-Bildpunkten mit der bestimmten Anzahl von Mikro-Display-Bildpunkten übereinstimmt. Zudem ist jedem Mikro-Bildsensor-Bildpunkt einem Mikro-Display-Bildpunkt zugeordnet. Dadurch wird vorteilhafterweise vermieden, dass die Bildpunkte des aufgenommenen Bildes zur richtigen Zusammensetzung seitens des Mikro-Displays einzelnen Bildpunkten in einem separaten Schritt zugeordnet werden müssen. Furthermore, each micro-sensor unit may comprise a certain number of micro-image sensor pixels and each micro-display unit may comprise a certain number of micro-display pixels, the given number of micro-image sensor pixels having the determined number of micro-display pixels Micro-display pixels. In addition, each micro-image sensor pixel is assigned to a micro-display pixel. As a result, it is advantageously avoided that the pixels of the recorded image for the correct composition on the part of the micro-display individual pixels must be assigned in a separate step.
Die Bildübertragung zwischen der Lichtfeldkamera und dem Lichtfeld-Display kann digital oder analog verwirklicht werden. Bevorzugt ist die Bildübertragung von der Lichtfeldkamera auf das Lichtfeld-Display analog ausgestaltet. Beispielsweise wird das Bild dabei bereits analog aufgenommen. Ein analoges Bildsignal kann dabei als eine Größe verstanden werden, die sich beispielsweise durch die auf den Bildsensor einfallende Helligkeit bestimmt. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Farbe oder das Farbspektrum der einfallenden Lichtstrahlen als analoge Größe verarbeitet werden. Es werden also die auf den Bildsensor einfallenden Lichtstrahlen des Lichtfeldes direkt an das Lichtfeld-Display weitergeleitet. The image transmission between the light field camera and the light field display can be realized digitally or analogously. The image transmission from the light field camera to the light field display is preferably designed to be analog. For example, the image is already recorded analog. An analog image signal can be understood as a quantity which, for example, is determined by the brightness incident on the image sensor. Additionally or alternatively, the color or the color spectrum of the incident light rays can also be processed as an analogous quantity. Thus, the light rays of the light field incident on the image sensor are forwarded directly to the light field display.
Wird das Bild beispielsweise mittels einer digitalen Lichtfeldkamera aufgenommen, werden die einfallenden Lichtstrahlen, welche ein analoges Bildsignal bereitstellen, von der Digitalkamera in ein digitales Bildsignal umgewandelt. Ist die Lichtfeldkamera eine CCD-Kamera, wirkt der Aufnahme-Chip dieser CCD-Kamera dabei wie ein Analog-Digital-Wandler. Die digitalen Bildsignale werden dann unverändert an das Lichtfeld-Display weitergeleitet. Dies bedeutet insbesondere, dass keine Bildsignalnachbearbeitungselektronik in der Lichtfeldkamera verbaut ist, wie dies normalerweise bei herkömmlichen CCD-Kameras üblich ist. Die digitalen Bildsignale werden dann seitens des Lichtfeld-Displays mittels eines Digital-Analog-Wandlers wieder in analoge Bildsignale umgewandelt. Hierzu weist das Lichtfeld-Display einen Datenchip auf, der eine umgekehrte Arbeitsweise aufweist, wie der Aufnahme-Chip der CCD-Lichtfeldkamera. Alternativ kann das Lichtfeld-Display auch die digitalen Bildsignale direkt anzeigen. If the image is taken, for example, by means of a digital light field camera, the incident light beams, which provide an analog image signal, are converted by the digital camera into a digital image signal. If the light field camera is a CCD camera, the recording chip of this CCD camera acts like an analogue-to-digital converter. The digital image signals are then forwarded unchanged to the light field display. This means in particular that no Bildsignalnachbearbeitungselektronik is installed in the light field camera, as is usual in conventional CCD cameras. The digital image signals are then converted by the light field display by means of a digital-to-analog converter back into analog image signals. For this purpose, the light field display has a data chip, which has a reverse operation, as the recording chip of the CCD Light field camera. Alternatively, the light field display can also display the digital image signals directly.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jeweils ein Mikro-Bildsensor mittels eines Lichtwellenleiters mit einem ihm zugeordneten Mikro-Display gekoppelt oder ein Mikro-Bildsensor-Bildpunkt ist mittels eines Lichtwellenleiters mit einem ihm zugeordneten Mikro-Display-Bildpunkt gekoppelt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die analoge Übertragung des aufgenommenen Bildes. Dabei werden die einfallenden Lichtstrahlen auf der Seite des Bildsensors in die Lichtwellenleiter eingekoppelt, durch die Lichtwellenleiter weitergeleitet und auf der Seite des Displays wieder an den Auskoppelflächen der Lichtwellenleiter ausgekoppelt. Ist jeweils ein Mikro-Bildsensor mit einem ihm zugeordneten Mikro-Display mittels eines Lichtwellenleiters verbunden, werden Lichtstrahlen je nach Einfallrichtung unter verschiedenen Einfallswinkeln an der Einkoppelfläche in den jeweiligen Lichtwellenleiter eingekoppelt. Um eine räumlich korrekte Bildwiedergabe zu erreichen, wird jeder Lichtstrahl unter einem Ausfallswinkel an der Auskoppelfläche wieder aus dem Lichtwellenleiter ausgekoppelt, der seinem Einfallswinkel an der Einkoppelfläche entspricht. Dies bedeutet, dass mehrere Lichtstrahlen gleichzeitig durch den Lichtwellenleiter geleitet werden, wobei die Lichtstrahlen geringfügig unterschiedliche Einfallswinkel und somit auch geringfügig unterschiedliche Ausfallswinkel aufweisen. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Lichtwellenleiter, welcher eingekoppelte Lichtstrahlen durch Totalreflexion weiterleitet, eine bestimmte Länge aufweist. Die bestimmte Länge bestimmt sich durch den Winkel der Totalreflexion, welcher durch den Brechungsindex des Materials des Lichtwellenleiters festgelegt ist. Die Abmessungen eines Mikro-Bildsensors bestimmen dabei den Durchmesser eines Lichtwellenleiters. Ist jeweils ein Mikro-Bildsensor-Bildpunkt mit einem ihm zugeordneten Mikro-Display-Bildpunkt mittels eines Lichtwellenleiters gekoppelt, weist ein Mikro-Bildsensor mehrere Lichtwellenleiter auf. Die Anzahl der Lichtwellenleiter richtet sich dabei nach der Anzahl der Mikro-Display-Bildpunkte. Auch in diesem Fall werden Lichtstrahlen unter unterschiedlichen Einfallswinkeln in die Lichtwellenleiter eingekoppelt und jeder Lichtstrahl unter einem Ausfallswinkel wieder aus dem Lichtwellenleiter ausgekoppelt, der seinem Einfallswinkel an der Einkoppelfläche entspricht. According to a further embodiment of the device according to the invention, in each case a micro-image sensor is coupled by means of an optical waveguide with a micro-display assigned to it or a micro-image sensor pixel is coupled by means of an optical waveguide to an associated micro-display pixel. This advantageously allows the analog transmission of the recorded image. In this case, the incident light beams are coupled on the side of the image sensor in the optical waveguide, forwarded by the optical waveguide and decoupled on the side of the display back to the decoupling surfaces of the optical waveguide. If in each case a micro-image sensor is connected to a micro-display assigned to it by means of an optical waveguide, light beams are coupled into the respective optical waveguide at different incidence angles at the coupling-in surface, depending on the direction of incidence. In order to achieve a spatially correct image reproduction, each light beam is decoupled again from the optical waveguide at an exit angle at the decoupling surface, which corresponds to its angle of incidence at the coupling-in surface. This means that a plurality of light beams are passed simultaneously through the optical waveguide, wherein the light beams have slightly different angles of incidence and thus also slightly different angles of reflection. This is achieved, for example, by virtue of the fact that the optical waveguide, which transmits coupled-in light beams by total reflection, has a specific length. The determined length is determined by the angle of total reflection, which is determined by the refractive index of the material of the optical waveguide. The dimensions of a micro-image sensor determine the diameter of an optical waveguide. If a respective micro-image sensor pixel is coupled to a micro-display pixel assigned to it by means of an optical waveguide, a micro-image sensor has a plurality of optical waveguides. The number of optical fibers depends on the number of micro-display pixels. In this case too, light beams are coupled into the optical waveguides at different angles of incidence, and each light beam is coupled out again from the optical waveguide at an angle of reflection which corresponds to its angle of incidence at the coupling-in surface.
Diese direkte Kopplung ermöglicht dabei insbesondere eine schnelle Bildübertragung. Die Schnelligkeit der Bildübertragung richtet sich dabei nach der spezifischen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in dem Material des Lichtwellenleiters. This direct coupling allows in particular a fast image transmission. The speed of the image transmission depends on the specific propagation speed of the light in the material of the optical waveguide.
In einer weiteren Ausgestaltung überträgt die Lichtfeldkamera eine Abfolge aufgenommener Bilder im Wesentlichen zeitlich synchron an das Lichtfeld-Display. Dies ermöglicht vorteilhafterweise, dass von der Lichtfeldkamera kontinuierlich erfasste Bilder im Innenraum des Fahrzeugs als Film im Wesentlichen in Echtzeit, beispielsweise nach einer Zeit kleiner als 1 ms, auf dem Lichtfeld-Display angezeigt werden können. Dies ist beispielsweise dann wichtig, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als Rückfahrkamera oder als Ersatz von Außenspiegeln verwendet wird. Denn in diesen Fällen muss der Fahrer auf das momentan hinter ihm ablaufende Verkehrsgeschehen sofort reagieren können, um Unfälle zu vermeiden. In a further refinement, the light field camera transmits a sequence of recorded images substantially synchronously in time to the light field display. This advantageously makes it possible that images captured continuously by the light field camera in the interior of the vehicle can be displayed on the light field display as a film substantially in real time, for example after a time less than 1 ms. This is important, for example, when the device according to the invention is used as a reversing camera or as a replacement for exterior mirrors. Because in these cases, the driver must be able to respond immediately to the current behind him running traffic to avoid accidents.
Die erfasste Fahrzeugumgebung befindet sich insbesondere hinter dem Fahrzeug, so dass die hintere Fahrzeugumgebung im Innenraum des Fahrzeugs anzeigbar ist. Hierdurch erst wird es ermöglicht, eine Rückfahrkamera bereitzustellen oder Rückspiegel des Fahrzeugs durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu ersetzen. Dabei können sowohl die im Außenbereich des Fahrzeugs angeordneten Seitenspiegel als auch der Rückinnenspiegel durch eine solche Vorrichtung ersetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann sich die Fahrzeugumgebung, die im Fahrzeuginnenraum angezeigt wird, auch vor dem Fahrzeug, beispielsweise seitlich vor dem Fahrzeug, befinden. Die Lichtfeldkamera ist dann beispielsweise in den A-Säulen des Fahrzeugs angeordnet. The detected vehicle environment is in particular behind the vehicle so that the rear vehicle environment can be displayed in the interior of the vehicle. This only makes it possible to provide a reversing camera or to replace the rearview mirror of the vehicle by the device according to the invention. In this case, both the side mirrors arranged in the outer region of the vehicle and the rear inner mirror can be replaced by such a device. Additionally or alternatively, the vehicle environment that is displayed in the vehicle interior, also in front of the vehicle, for example, laterally in front of the vehicle, are. The light field camera is then arranged, for example, in the A-pillars of the vehicle.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dadurch können Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise eine Rückfahrkamera, mit einer solchen Vorrichtung betrieben werden. Dadurch wird es dem Fahrer ermöglicht, Tiefeninformationen aus dem dargestellten Bild zu entnehmen. Zur Darstellung von Tiefeninformationen bei einer herkömmlichen Rückfahrkamera werden in der Regel in einem zweidimensional angezeigten Bild perspektivische Symbole und Fahrspuren angezeigt. Dies ist bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht mehr notwendig. Die perspektivischen Symbole und Fahrspuren können natürlich trotzdem angezeigt werden. The invention further relates to a vehicle with the device according to the invention described above. As a result, driver assistance systems, such as a reversing camera, can be operated with such a device. This allows the driver to extract depth information from the displayed image. In order to display depth information in a conventional reversing camera, perspective symbols and lanes are generally displayed in a two-dimensionally displayed image. This is no longer necessary when using the device according to the invention. The perspective symbols and lanes can of course still be displayed.
Weiterhin ist es dann auch möglich, die Außenspiegel des Fahrzeugs durch eine Kombination aus Kamera und Display zu ersetzen. Hierzu ist insbesondere an der linken und der rechten Außenseite des Fahrzeugs jeweils eine Lichtfeldkamera angeordnet. Dabei ist jede der Lichtfeldkameras rückwärtig ausgerichtet, wobei die an der linken Außenseite des Fahrzeugs angeordnete Lichtfeldkamera mit einem auf der linken Seite des Innenraums angeordneten Lichtfeld-Display und die an der rechten Außenseite des Fahrzeugs angeordnete Lichtfeldkamera mit einem auf der rechten Seite des Innenraums angeordneten Lichtfeld-Display gekoppelt ist. Furthermore, it is then also possible to replace the exterior mirrors of the vehicle by a combination of camera and display. For this purpose, a light field camera is arranged in each case in particular on the left and the right outer side of the vehicle. In this case, each of the light field cameras is rearwardly aligned, wherein arranged on the left outside of the vehicle light field camera with a arranged on the left side of the interior light field display and arranged on the right outside of the vehicle light field camera with a arranged on the right side of the interior light field Display is coupled.
Das Fahrzeug weist dann zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen auf. Dabei ist die linke Lichtfeldkamera insbesondere an der Stelle an der linken Außenseite des Fahrzeugs angeordnet, an welcher sich normalerweise der linke Außenspiegel befindet, und die rechte Lichtfeldkamera ist insbesondere an der Stelle an der rechten Außenseite des Fahrzeugs angeordnet, an welcher sich normalerweise der rechte Außenspiegel befindet. Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist in einem solchen Fall keine Außenspiegel mehr auf. Der Luftwiderstandsbeiwert eines Fahrzeugs trägt maßgeblich zum Kraftstoffverbrauch bei. Die physikalischen Außenspiegel des Fahrzeugs beeinflussen den Luftwiderstandsbeiwert in hohem Maße. Zwar kann die Form der Außenspiegel verändert werden, und dadurch aerodynamisch gestaltet werden. Die Mindestgröße der Spiegelfläche hingegen ist gesetzlich vorgeschrieben, so dass diese nicht einfach verringert werden kann. Die Dimensionen einer Lichtfeldkamera können deutlich geringer gewählt werden als die eines Außenspiegels. Durch die Verwendung der Lichtfeldkamera mit einer deutlich geringeren Dimension als der eines Außenspiegels kann daher der Luftwiderstandsbeiwert des Fahrzeugs und dadurch auch der Kraftstoffverbrauch deutlich verringert werden. The vehicle then has two devices according to the invention. In this case, the left field camera is arranged in particular at the location on the left outside of the vehicle, on which normally the left side mirror is located, and the right light field camera is arranged in particular at the location on the right outside of the vehicle, which is usually the right side mirror located. The vehicle according to the invention has no exterior mirrors in such a case. The drag coefficient of a vehicle contributes significantly to fuel consumption. The physical exterior mirrors of the vehicle greatly affect the drag coefficient. Although the shape of the exterior mirrors can be changed, and thereby be designed aerodynamically. The minimum size of the mirror surface, however, is required by law, so that it can not be easily reduced. The dimensions of a light field camera can be chosen significantly lower than those of an exterior mirror. By using the light field camera with a significantly smaller dimension than that of an exterior mirror, therefore, the drag coefficient of the vehicle and thereby also the fuel consumption can be significantly reduced.
Weiterhin kann die Lichtfeldkamera eine Weitwinkel-Kamera sein. Dadurch wird dann ein erheblich größerer Teil der hinteren Fahrzeugumgebung erfasst, als dies von den Außenspiegeln möglich ist. Es wird dadurch die Gefahr, dass ein überholendes Fahrzeug übersehen wird, da es sich gerade im toten Winkel eines Außenspiegels befindet, verringert. Furthermore, the light field camera can be a wide-angle camera. As a result, a significantly larger part of the rear vehicle environment is detected than is possible from the exterior mirrors. It is thereby reduced the risk that an overtaking vehicle will be overlooked because it is currently in the blind spot of an exterior mirror.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen erläutert. The invention will now be explained by means of embodiments with reference to the accompanying drawings.
Mit Bezug zu
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
Die Lichtfeldkamera
Wie in
Dabei ist links eine erste Lichtfeldkamera
Im Allgemeinen richten sich die Dimensionen der Lichtfeldkameras
Die linke Lichtfeldkamera
Der linken Lichtfeldkamera
Mit Bezug zu
Der Aufbau und die Funktionsweise eines Lichtfeld-Displays
Prinzipiell sind der Aufbau und die Funktionsweise eines Lichtfeld-Displays
Das Lichtfeld-Display
Jedes Mikro-Pixel
Die Kreuzungspunkte K bilden dabei die Bildebene E. Die Kreuzungspunkte K‘ und K‘‘ jeweils die Bildebenen E‘ und E‘‘. Die Bildebenen E, E‘, E‘‘, usw. wiederum bilden den Bildraum, welcher für das menschliche Auge als das von der Lichtfeldkamera
In
Auf jedem Mikro-Display
Die Auflösung kann ganz einfach dadurch reduziert werden, dass mehrere Mikro-Displays
Die Lichtfeldkamera
Weiterhin ist jedes Mikro-Pixel
Jeder Lichtwellenleiter
Ist der Ausfallswinkel an der Auskoppelfläche des Lichtwellenleiters nicht 0 Grad, verlassen die Lichtstrahlen die Lichtwellenleiter
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Lichtfeldkamera
Der CCD-Sensor umfasst dann einen Aufnahme-Chip, der die einfallenden Lichtstrahlen in digitale Bildsignale umwandelt. Der Aufnahme-Chip wirkt daher wie ein Analog-Digital-Wandler. The CCD sensor then includes a capture chip that converts the incident light beams into digital image signals. The recording chip therefore acts like an analog-to-digital converter.
Die digitalen Bildsignale werden dann unverändert wie von dem Aufnahme-Chip aufgenommen an das Lichtfeld-Display
Die Umwandlung von analogen in digitale Bildsignale und umgekehrt nimmt dabei nur sehr wenig Zeit in Anspruch, so dass weiterhin eine Bildanzeige gewährleistet werden kann, die im Wesentlichen in Echtzeit zur Bilderfassung geschieht. The conversion of analog to digital image signals and vice versa takes only very little time, so that further an image display can be ensured, which is done essentially in real time for image acquisition.
Alternativ müssen die digitalen Bildsignale seitens des Lichtfeld-Displays
Die Kopplungseinrichtung
Die Lichtfeldkamera
In einer weiteren Ausführungsform erfasst die Lichtfeldkamera
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Lichtfeldkamera
Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtfeldkamera
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug
Um einschätzen zu können, ob ein Überholmanöver möglich ist, muss der Fahrer des Fahrzeugs
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Vorrichtung contraption
- 2 2
- Lichtfeldkamera Light field camera
- 3 3
- Lichtfeld-Display Light field display
- 4 4
- Kopplung coupling
- 5 5
- Fahrzeug vehicle
- 6 6
- Mikro-Display-Einheit Micro-display unit
- 6.1 6.1
- Mikro-Display Micro Display
- 6.2 6.2
- Mikro-Linse Micro-lens
- 6.3 6.3
- Mikro-Pixel Micro Pixel
- 7 7
- Lichtstrahl beam of light
- 8 8th
- Lichtwellenleiter optical fiber
- 9 9
- Mikro-Sensor-Einheit Micro-sensor unit
- 9.1 9.1
- Mikro-Bildsensor Micro image sensor
- 9.2 9.2
- Mikro-Linse Micro-lens
- 9.3 9.3
- Mikro-Pixel Micro Pixel
- 10 10
- Hauptlinse main lens
- 11 11
- Steuervorrichtung control device
- f f
- Brennpunkt; Abstand focus; distance
- f‘, f‘‘ f ', f' '
- Abstand distance
- K, K‘, K‘‘ K, K ', K' '
- Kreuzungspunkt intersection
- E, E‘, E‘‘ E, E ', E' '
- Bildebene image plane
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102011053999 A1 [0003] DE 102011053999 A1 [0003]
- DE 102014218027 A1 [0004] DE 102014218027 A1 [0004]
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DE102015224185.8A DE102015224185B4 (en) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | Device for detecting and displaying a vehicle environment in a vehicle and vehicle with such a device |
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DE102015224185B4 (en) | 2019-03-28 |
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