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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Kameraeinheit oder einem Verfahren zum Betreiben einer Kameraeinheit nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Die Kameraeinheit oder das Verfahren können im Zusammenhang mit einer Steuerung eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Kamerasysteme für Fahrzeuge können verwendet werden, um Fahrbahnmarkierungen, wie beispielsweise Trennlinien, Pfeile oder Zebrastreifen, zu erkennen. Allerdings bestehen oft Probleme, eine korrekte Verarbeitung der von solchen Kamerasystemen aufgenommenen Bildern vorzunehmen, da diese Bilder durch eine Anordnung der Komponenten der Kamerasyteme perspektivisch ungünstig aufgenommen wurden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Kameraeinheit, ein Verfahren zum Betreiben einer Kameraeinheit, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Kameraeinheit möglich.
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Es wird hiermit eine Kameraeinheit zur Aufnahme von Bildern einer Umgebung der Kameraeinheit vorgestellt, wobei die Kameraeinheit die folgenden Merkmale umfasst:
- - einen in einer Bildaufnahmeebene angeordneten Bildaufnehmer, und
- - eine Optikeinheit, die ein optisches Element mit einer optischen Achse aufweist, wobei die optische Achse innerhalb eines Toleranzbereichs senkrecht auf die Bildaufnahmeebene des Bildaufnehmers steht und außerhalb eines Zentralbereichs des Bildaufnehmers auf die Bildaufnahmeebene trifft.
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Unter einer Kameraeinheit kann eine Vorrichtung zur Erfassung von Bildern einer Umgebung der Kameraeinheit verstanden werden. Beispielsweise kann die Kameraeinheit in einem Fahrzeug eingesetzt werden, um ein Abbild eines Straßenverlaufs, einen Verlauf von Fahrbahnmarkierungen oder Verkehrszeichen zu erfassen und hieraus ein Bild zu erstellen, welches beispielsweise durch ein Fahrzeugsystem wie beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem ausgewertet werden kann, um ein oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs anzusteuern. Unter einem Bildaufnehmer kann ein Sensor verstanden werden, welcher ein optisches Bild erfasst und hieraus ein digitales Bildsignal erstellt, welches dieses Bild repräsentiert. Der Bildaufnehmer kann hierbei in einer Bildaufnahmeebene angeordnet oder eingebettet sein. Unter einer Optikeinheit kann eine Komponente oder ein Modul verstanden werden, welche ein oder mehrere optische Elemente enthält. Unter einem optischen Element kann ein Element verstanden werden, welches von Licht durchstrahlt werden kann oder Licht spiegelt, wobei beispielsweise eine Ablenkung, Fokussierung oder Beugung von Lichtstrahlen erfolgen kann, welche dieses optische Element durch Strahlen oder an diesem optischen Element gespiegelt werden. Unter einer optischen Achse kann beispielsweise eine Symmetrieachse eines rotationssymmetrischen optischen Elementes verstanden werden. Beispielsweise kann die optische Achse im Wesentlichen senkrecht auf eine Längserstreckungsachse oder Symmetrieebene des optischen Elementes steht. Beispielsweise kann die optische Achse bei einer Linse als optischem Element durch diejenigen Punkte von gegenüberliegenden Hauptflächen des optischen Elementes führen, die den größten Abstand voneinander haben (Sammellinse) oder die den kleinsten Abstand voneinander haben (Zerstreuungslinse). Bei einem Spiegel als optischem Element kann die optische Achse senkrecht (beispielsweise durch die Mitte des Spiegels) durch die Spiegelfläche geführt sein. Unter einem Toleranzbereich kann vorliegend beispielsweise ein Bereich von maximal 30 Grad Abweichung von einem Lot der optischen Achse auf die Bildaufnahmeebene verstanden werden, günstiger Weise von nicht mehr als 15 Grad Abweichung. Unter einem Zentralbereich des Bildaufnehmers kann ein mittiger Bereich des Bildaufnehmers verstanden werden, der beispielsweise höchstens die Hälfte der Fläche bzw. des Durchmessers des Bildaufnehmers umfasst.
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Die Erfassung einer visuellen Abbildung einer Fahrzugumgebung erfolgt dagegen für gewöhnlich mittels einer Fahrzeugkamera, deren Bildsensor beispielsweise in Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Ein großes Problem für die Erkennung von Fahrbahnmarkierungen ist hierbei, dass bei einer typischen Einbauposition einer in Fahrtrichtung ausgerichteten Fahrzeugkamera die Auflösung, also die Anzahl der Bildpunkte, pro gleicher Fläche auf der Fahrbahn schnell abnimmt. Durch die geringe Auflösung wird jedoch nicht nur die Erkennung der Fahrbahnmarkierungen erschwert, auch die genaue Vermessung, beispielsweise des Abstandes einer Fahrbahnmarkierung, beispielsweise eines Zebrastreifens, zum Fahrzeug, wird deutlich schwieriger und ungenauer. Bei der Umrechnung erfasster Abbildungen einer Fahrzeugumgebung in eine virtuelle Vogelperspektive können unter Umständen im Fernbereich Bildbereiche stark vergrößert werden, während Bildbereiche im Nahbereich unter Umständen stark verkleinert werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die genannte Anordnung des optischen Elementes technisch sehr einfach eine vorteilhafte Verzerrung bzw. Entzerrung von mittels der Kameraeinheit aufgenommenen Bildern der Umgebung der Kameraeinheit realisiert werden kann, die für eine weitere Auswertung eine deutlich höhere Detailgenauigkeit aufweisen, als dies für Bilder gilt, die mit herkömmlichen Kamerasystemen aufgenommen wurden. Insbesondere durch die Verschiebung der optischen Achse des optischen Elementes in Bezug auf die (mittige) Ausrichtung zum Bildaufnehmer lässt sich nun durch die Verwendung von Standardkomponenten der Optik die vorteilhafte Verzerrung bzw. Entzerrung der Aufnahme der Kamera Umgebung realisieren.
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Die Vorteile des hier vorgestellten Verfahrensansatzes liegen insbesondere darin, dass durch die Verwendung einer hier vorgestellten Kameraeinheit, beispielsweise als Kamera mit Neigungsobjektiv oder (Tilt-und-) Shift-Objektiv, beispielsweise in Verbindung mit einem Spiegel zur Umlenkung von Licht auf einen Bildsensor bzw. Bildaufnehmer der Kamera, die oben erwähnten perspektivischen Effekte komplett kompensiert werden können. Der Effekt einer weitgehend verzerrfreien Abbildung einer Fahrzeugumgebung, der durch die Umrechnung bzw. die „verzerrte“ bzw. „entzerrte“ Aufnahme in eine virtuelle Vogelperspektive „verschoben“ bzw. erreicht wird, kann ebenfalls durch die Benutzung eines solchen Neigungsobjekts erreicht werden, allerdings ohne dabei die gleichen Einbußen in Bildqualität, durch Vergrößern und Verkleinern von Bildbereichen, mit sich zu bringen. Damit können beispielsweise Fahrbahnmarkierungen deutlich einfacher und genauer vermessen werden. Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Ansatzes ist zudem, dass der gesamte Bildbereich besser ausgenutzt werden kann. In zahlreichen Automobilanwendungen wird oftmals ein lediglich schmaler Bildstreifen verwendet, wobei beispielsweise ein Teil des Bildstreifens die Motorhaube des Fahrzeugs zeigt und der Teil des Bildstreifens darüber den Himmel abbildet.
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Der hier vorgestellte Ansatz könnte beispielsweise im gesamten Bereich der Fahrerassistenz bis hin zum automatisierten Fahren sowie in verschiedenen Robotik-Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die Beobachtung der Fahrbahnoberfläche, beispielsweise aufgrund dort aufgebrachter Fahrbahnmarkierungen, von Bedeutung ist.
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Von Vorteil ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der die Optikeinheit das optische Element derart aufweist, dass die optische Achse außerhalb eines Zentralbereichs auf die Bildaufnahmeebene trifft, wobei der Zentralbereich drei Viertel einer Fläche des Bildaufnehmers umfasst. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, dass die optische Achse bereits sehr weit entfernt von der Mitte des Bildaufnehmers entfernt ist, sodass eine signifikante Entzerrung bzw. Verzerrung bei der Aufnahme der Umgebung der Kameraeinheit erreicht werden kann, sodass die vorstehend genannten Vorteile sehr deutlich realisiert werden können.
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Günstig ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Optikeinheit das optische Element derart aufweist, dass die optische Achse außerhalb des Bildaufnehmers auf die Bildaufnahmeebene trifft. Eine solche Ausführungsform bietet den vorstehend genannten Vorteile in noch einer extremeren Ausprägung, sodass mit technisch sehr einfachen Mitteln durch eine vorteilhafte Anordnung eine sehr hohe Verzerrung bzw. Entzerrung erreicht werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der die Optikeinheit das optische Element derart aufweist, dass die optische Achse senkrecht auf die Bildaufnahmeebene steht. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch die präzise Ausrichtung der optischen Achse des optischen Elementes eine hohe Verzerrungseigenschaft erreicht werden kann.
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Auch kann gemäß einer anderen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes die Optikeinheit eine Linse als optisches Element aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch die Verwendung einer Linse, insbesondere einer Sammellinse eine hohe optische Verzerrungseigenschaft bereitzustellen, insbesondere wenn die Linse durch die vorstehend definierte Anordnung in Bezug zum Bildaufnehmer bei einem Betrieb der Kameraeinheit schräg von Licht durchstrahlt wird.
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Besonders flexibel an einen vorgegebenen Bauraum kann eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes angepasst werden, wenn die Optikeinheit zumindest ein weiteres optisches Element aufweist, insbesondere wobei das optische Element in einem Strahlengang zwischen dem Bildaufnehmer und dem weiteren optischen Element angeordnet ist. Auf diese Weise kann einerseits die Aufnahmerichtung der Kameraeinheit entsprechend den vorliegenden Gegebenheiten verändert werden.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der das weitere optische Element als ein Spiegel ausgeformt ist, insbesondere als ein konkaver oder konvexer Spiegel ausgeformt ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil eines zusätzlichen Freiheitsgrades zur Einstellung der Verzerrungseigenschaft durch die entsprechende Wahl der Form des Spiegels.
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Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes ein Fahrzeugsystem mit einer Varianten einer hier vorgestellten Kameraeinheit vorgesehen sein, um von der Kameraeinheit erfasste Bilder zu verarbeiten, um zumindest ein Bildsignal zu erhalten und ein Fahrzeug oder zumindest eine Komponente des Fahrzeugs unter Verwendung des Bildsignals anzusteuern. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, sehr präzise und detailreich Objekte oder Kontraste in dem erfassten Bild bzw. dem Bildsignal zu erhalten oder auswerten zu können und dem entsprechend präzise das Fahrzeug oder die Komponente des Fahrzeugs anzusteuern.
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Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes als Verfahren zum Betreiben einer Variante einer hier vorgestellten Kameraeinheit, wobei das Verfahren zumindest den folgenden Schritt aufweist:
- - Ausgeben eines von dem Bildaufnehmer ermittelten Bildes, wobei das Bild ein Abbild repräsentiert, das durch ein Belichten des Bildaufnehmers mit Licht durch das optische Element der Optikeinheit erhalten wurde.
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Auch durch eine solche Ausführungsform lassen sich die vorstehend genannten Vorteile schnell, kostengünstig und technisch einfach realisieren.
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Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der ein Verfahren zum Ansteuern eines Fahrzeugs oder zumindest einer Komponente des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei dieses Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:
- - den Schritt einer Variante des Verfahrens zum Betreiben einer Variante einer hier vorgestellten Kameraeinheit; und
- - Ausgeben eines Ansteuersignals zum Ansteuern des Fahrzeugs oder der zumindest eine Komponente des Fahrzeugs, wobei das Ansteuern unter Verwendung des ausgegebenen Bildes erfolgt.
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Eines oder mehrere der hier vorgestellten Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät oder einer entsprechenden Vorrichtung implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs mit einer Kameraeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Perspektivansicht einer Fahrbahn;
- 3 eine schematische Perspektivansicht einer Fahrbahn;
- 4 eine schematische Perspektivansicht einer Fahrbahn;
- 5 einen schematischen Aufbau eines Kamerasystems gemäß einer herkömmlichen Anordnung;
- 6 einen schematischen Aufbau einer Kameraeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 7 einen alternativen schematischen Aufbau einer Kameraeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 8 einen alternativen schematischen Aufbau einer Kameraeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 9 einen alternativen schematischen Aufbau einer Kameraeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 10 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Ansteuern eines Fahrzeugs oder zumindest einer Komponente des Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 100 mit einer Kameraeinheit 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Kameraeinheit 105 ist zur Aufnahme von Bildern 107 einer Umgebung 110 der Kameraeinheit 105, wobei diese Bilder 107 durch je ein Signal 109 repräsentiert sind. In der Umgebung 110 der Kameraeinheit 105 befindet sich beispielsweise eine Fahrbahn 115 mit Fahrbahnmarkierungen 120, die doch die Kameraeinheit 105 in das Bild 107 abgebildet werden sollen. Ferner ist in dem Fahrzeug 100 ein Fahrzeugsystem 125 angeordnet, das mir der Kameraeinheit 105 gekoppelt ist und/oder diese mit umfasst. Das Fahrzeugsystem 125 ist ausgebildet, um die von der Kameraeinheit 105 erfasste Bilder 107 bzw. das entsprechende Signal 109 zu verarbeiten, um zumindest ein Bildsignal 130 zu erhalten und das Fahrzeug 100 oder zumindest eine Komponente 135 des Fahrzeugs 100 unter Verwendung des Bildsignals 130 anzusteuern. Die Komponente 135 des Fahrzeugs 100 kann beispielsweise eine Fahrzeugbremse, ein Lenkunterstützungssystem oder ein anderes Fahrerassistenzsystem sein, das durch eine Auswertung des Bildsignals 130 beispielsweise eine verbesserte Erkennung der Fahrbahnmarkierungen 120 vornehmen kann und hierauf ansprechend eine verbesserte Spurhaltefunktion des Fahrzeugs 100 implementieren kann.
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Die Kameraeinheit 105 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel mobil in einer Haltevorrichtung 140 zur Halterung der Kameraeinheit 105 angeordnet, wobei die Haltevorrichtung 140 im Bereich einer Innenseite einer Windschutzscheibe 145 eines Fahrzeugs 100 angeordnet ist. Die Haltevorrichtung 140 ist beispielhaft mittels eines schematisch in der 1 dargestellten Fußes 150 an der Innenseite der Windschutzscheibe 145 mobil befestigt.
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Die Haltevorrichtung 140 kann optional eine aktive Beleuchtungsquelle zur umgebungslicht-unabhängigen Beleuchtung der Umgebung 110 des Fahrzeugs 100 aufweisen. Hierbei kann es sich bei der aktiven Beleuchtungsquelle insbesondere um eine LED-Leuchtquelle handeln.
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2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Fahrbahn 115. Bei der hier dargestellten Perspektivansicht handelt es sich um eine Vogelperspektive der Fahrbahn 115. Die Vogelperspektive beseitigt sämtliche perspektivischen Effekte, was eine nachfolgende Erkennung der Fahrbahnmarkierungen 120 der Fahrbahn 115 deutlich erleichtert. Allerdings können bei der Abbildung einer Fahrzeugumgebung mittels einer Vogelperspektive unter Umständen im Fernbereich Bildbereiche stark vergrößert werden, während Bildbereiche im Nahbereich unter Umständen stark verkleinert werden. Bisher ist diese Technik der Perspektivdarstellung zumeist als Einparkhilfe und zur Überwachung des toten Winkels gebräuchlich.
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3 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Fahrbahn 115. Bei der hier dargestellten Perspektivansicht handelt es sich um eine Normalperspektive der Fahrbahn 115, bei der der Bildsensor der Kamera und die Symmetrieebene des Linsensystems eines herkömmlichen Kameraobjektivs senkrecht zur Fahrbahn 115 stehen. Bei dieser Normalperspektive zeichnen sich folglich sogenannte stürzende Linien ab, das heißt, die parallel angeordneten Linien der Fahrbahnmarkierungen 120 sowie die Fahrbahn 115 selbst laufen in der Entfernung konisch zu. So ist erkennbar, dass gleich große Bereiche je nach Distanz zur Kamera kleiner abgebildet werden. Für zahlreiche Funktionen, beispielsweise autonome Fahrfunktionen, ist es allerdings von großer Bedeutung, dass die Informationen über die Fahrbahnmarkierungen 120 in einem großen Bereich in ähnlicher Genauigkeit vorliegen. Stürzende Linien können zwar nachträglich über Software-Programme korrigiert werden, dies würde allerdings einen erhöhten Zeit-, Arbeits- und Rechenaufwand nach sich ziehen.
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4 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Fahrbahn 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Bild zeigt die Fahrbahn 115 in einer Perspektive, wie sie durch eine Kamera mit Neigungsobjektiv gesehen werden könnte. Hierbei sind der Bildsensor der Kamera und das Linsensystem des Neigungsobjektivs in eine der Fahrbahn 115 abgewandte Richtung geneigt. In einem Ausführungsbeispiel der hier vorgestellten Kameraeinheit 105 ist das nachfolgend noch näher beschriebene Linsensystem bzw. die Linse als optisches Element der Optikeinheit so verschoben, dass die parallel angeordneten Linien der Fahrbahnmarkierungen 120 gerade erscheinen. Der Bildhauptpunkt, also die Bildposition der Symmetrieachse des Linsensystems, kann sich hierbei bereits außerhalb des lichtempfindlichen Bereichs des Bildsensors bzw. des Bildaufnehmers befinden. Es ist gut zu erkennen, dass beispielsweise die dargestellten Zebrastreifen der Fahrbahn 115 deutlich größer im Bild erscheinen, während Teile des Vordergrundes nun kleiner dargestellt sind. Wichtig hierbei ist, dass alle Fahrbahnmarkierungen 120 deutlich zu sehen sind und dadurch ein vorausschauendes Fahren des Fahrzeugs ermöglicht wird.
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5 zeigt einen schematischen Systemaufbau eines Kamerasystems 500 gemäß einer herkömmlichen Anordnung. Das Kamerasystem 500 weist einen Bildsensor 505 auf, der auch als Bildaufnehmer bezeichnet werden kann. Ferner umfasst das Kamerasystem 500 ein Linsensystem bzw. eine Optikeinheit 510, die in dem in der 5 dargestellten Kamerasystems 500 durch eine Sammellinse 512 gebildet ist. Ferner sind in der 5 zwei beispielhafte Lichtstrahlen 515 dargestellt, die von der Fahrbahn 115 reflektiert und durch die Linse 512 der Optikeinheit 510 auf den in einer Bildaufnahmeebene 520 angeordneten Bildaufnehmer 505 (d. h., den Bildsensor) projiziert werden.
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In der 5 ist ferner gezeigt, dass eine optische Achse 525 der Linse 512 der Optikeinheit 510 im Wesentlichen senkrecht im Zentralbereich 530 des Bildaufnehmers 515 trifft und hier den Bildhauptpunkt 513 bildet, also den optischen Schnittpunkt desjenigen Lichtstrahls 515 bzw. der optischen Achse 535 mit der Bildebene bzw. Bildaufnahmeebene 520, dessen objektseitiger Teil senkrecht auf der Bildebene bzw. Bildaufnahmeebene 520 steht. Die optische Achse 252 kann hierbei durch den dicksten Bereich der Linse 512 (für den Fall einer Sammellinse) oder durch den dünnsten Teil einer Linse (für den Fall der Verwendung einer Zerstreuungslinse) führen. Die Kamera bzw. der Bildsensor 505 ist in der in der 5 dargestellten Anordnung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 ausgerichtet, wobei der Bildsensor 505 und die Symmetrieebene des Linsensystems bzw. der Linse 512 der Optikeinheit 510 senkrecht zur Fahrbahn 115 stehen, was eine verzerrte Abbildung einer Fahrzeugumgebung 110 bzw. eine verzerrte Abbildung der Fahrbahn 115 zur Folge hat.
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6 zeigt einen schematischen Aufbau einer Kameraeinheit 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes. Die Kameraeinheit 105 weist wieder den Bildsensor bzw. den Bildaufnehmer 505 sowie die Optikeinheit 510 auf, die eine Linse als optisches Element 512 aufweist. Abgebildet ist ferner auch die Fahrbahn 115 und zwei beispielhafte Lichtstrahlen 515, die von der Fahrbahn 115 reflektiert werden. Aus der 6 ist ferner zu erkennen, dass die optische Achse 525 außerhalb des Zentralbereichs 530 des Bildaufnehmers 505 auf die Bildaufnehmerebene 520 trifft, also in einem Randbereich 600 des Bildaufnehmers 505. Beispielsweise kann dieser Randbereich 600 einen Bereich von einem Viertel des Durchmessers oder der Fläche des Bildaufnehmers 505 umfassen. Der Bildhauptpunkt 513, also der optische Schnittpunkt der optischen Achse 525 mit der Bildebene bzw. Bildaufnahmeebene 520 steht also im objektseitigen Teil im Randbereich 600 des Bildausnehmers 505 senkrecht auf der Bildebene bzw. Bildaufnahmeebene 520.
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Um eine verzerrfreie Abbildung einer Fahrbahn 115 zu erreichen, wird somit gemäß dem in der 6 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kameraeinheit 105 einer Optikeinheit 510 verwendet, die stark gegenüber einem in der 5 dargestellten Mittellage der optischen Achse 525 verschoben ist, was bedeutet, dass die Kameraeinheit 105 in eine der Fahrbahn 115 zugewandten Richtung geneigt wird und die Optikeinheit 510 mit der Linse 512 als optischem Element 512 gegenüber dem Bildsensor 505 der Kameraeinheit 105 verschoben wird. Der Bildhauptpunkt 513 kann sich hierbei bereits außerhalb des lichtempfindlichen Bereichs des Bildsensors 505 befinden, wobei sich der Bildhauptpunkt 513 gemäß einem Ausführungsbeispiel noch knapp innerhalb des lichtempfindlichen Bereichs des Bildsensors 505 befindet. Mittels eines solchen Systemaufbaus einer Kameraeinheit 105 kann eine verzerrfreie Abbildung einer Fahrbahn 115 wie in 4 dargestellt erreicht werden.
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7 zeigt einen alternativen schematischen Aufbau einer Kameraeinheit 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes. Die Kameraeinheit 105 weist wieder den Bildsensor bzw. den Bildaufnehmer 505 sowie die Optikeinheit 510 auf, die eine Linse als optisches Element 512 aufweist. Abgebildet ist ferner auch die Fahrbahn 115 und zwei beispielhafte Lichtstrahlen 515, die von der Fahrbahn 115 reflektiert werden. Aus der 7 ist ferner zu erkennen, dass die optische Achse 525 außerhalb des Bildaufnehmers 505 auf die Bildaufnehmerebene 520 trifft. Der Bildhauptpunkt 513, also der optische Schnittpunkt der optischen Achse 525 mit der Bildebene bzw. Bildaufnahmeebene 520 steht also außerhalb des Bildausnehmers 505 senkrecht auf der Bildebene bzw. Bildaufnahmeebene 520.
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Um eine verzerrfreie Abbildung einer Fahrbahn 115 zu erreichen, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel aus der 7 somit eine Kameraeinheit 105 mit einer Optikeinheit 510 verwendet, die als stark genickt betrachtet werden kann, was bedeutet, dass die Kameraeinheit 105 bzw. der Bildaufnehmer 505 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in eine der Fahrbahn 115 zugewandten Richtung geneigt ist und die Optikeinheit 510 gegenüber dem Bildsensor 505 der Kameraeinheit 105 verschoben wird. Hierbei stehen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Bildsensor 505 und die Symmetrieebene des Linsensystems bzw. der Optikeinheit 510 waagerecht zur Fahrbahn 115. Aus dem in der 7 dargestellten Systemaufbau ergibt sich demnach eine Abbildung der Fahrbahn 115 aus einer virtuellen Vogelperspektive, wie sie in 2 dargestellt ist. Der Bildhauptpunkt 513 kann sich hierbei außerhalb des lichtempfindlichen Bereichs des Bildsensors 505 befinden. Auch mittels eines solchen Systemaufbaus kann eine fast verzerrfreie Abbildung einer Fahrbahn 115 erreicht werden.
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8 zeigt einen alternativen schematischen Aufbau einer Kameraeinheit 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes. Die Kameraeinheit 105 weist hierbei wiederum den Bildaufnehmer 505 bzw. den Bildsensor sowie die Optikeinheit 510 mit der Linse 512 als optischem Element auf. Ferner umfasst die Optikeinheit 510 hier noch ein weiteres optisches Element 800, das als Spiegel ausgebildet ist. Ferner sind in der 8 zwei beispielhafte Lichtstrahlen 515 dargestellt, die von der Fahrbahn 115 reflektiert werden, an dem Spiegel 800 umgelenkt werden und durch die Linse 512 der Optikeinheit 510 auf den Bildsensor 505 abgebildet werden. Erkennbar in der 8 ist ebenfalls wieder, dass die optische Achse 525 der Linse 512 als optischem Element 510 außerhalb des Zentralbereichs 530 des Bildaufnehmers 505 auf diesen trifft. Der Bildhauptpunkt 513, also der Schnittpunkt der optischen Achse 525 mit der Bildebene bzw. der Bildaufnahmeebene 520, trifft hier somit im Wesentlichen senkrecht auf den Randbereich 600 des Bildaufnehmers 505.
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Um eine verzerrfreie Abbildung einer Fahrbahn 115 zu erreichen, wird somit eine Kameraeinheit 1095 verwendet, bei der die Optikeinheit 510 ebenfalls als stark genickt betrachtet werden kann, was bedeutet, dass die Kameraeinheit 105 mit der Optikeinheit 510 gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise in eine der Fahrbahn 115 abgewandten Richtung im Fahrzeug 100 (sprich hier nach oben)geneigt wird und die Optikeinheit 510 mit den optischen Elementen 512 (hier der Linse) bzw. 800 der Optikeinheit 510 gegenüber dem Bildsensor 505 der Kameraeinheit 105 verschoben wird, sodass die Lichtstrahlen 515 mittels des Spiegels 800 durch die Linse 512 auf den Bildsensor 505 zur Abbildung der Fahrbahn 115 umgelenkt werden. Dies hat den Vorteil, dass der virtuelle Blickpunkt nun deutlich höher liegt. Der Bildhauptpunkt 513 befindet sich hierbei innerhalb des lichtempfindlichen Bereichs des Bildsensors 505 jedoch außerhalb des Zentralbereichs 530 und somit ein Randbereich 600. Mittels eines solchen Systemaufbaus kann eine verzerrfreie Abbildung einer Fahrbahn 115 wie in 4 dargestellt erreicht werden.
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9 zeigt einen alternativen schematischen Aufbau einer Kameraeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes. Die Kameraeinheit 105 weist hierbei wiederum den Bildaufnehmer 505 bzw. den Bildsensor sowie die Optikeinheit 510 mit der Linse 512 als optischem Element auf. Ferner umfasst die Optikeinheit 510 hier noch ein weiteres optisches Element 800, das als Spiegel ausgebildet ist. Ferner sind in der 9 zwei beispielhafte Lichtstrahlen 515 dargestellt, die von der Fahrbahn 115 reflektiert werden, an dem Spiegel 800 umgelenkt werden und durch die Linse 512 der Optikeinheit 510 auf den Bildsensor 505 abgebildet werden. Gegenüber der Darstellung aus der 8 ist nun der Spiegel 800 als weiteres optisches Element konvex gewölbt. Erkennbar in der 9 ist ebenfalls wieder, dass die optische Achse 525 der Linse 512 als optischem Element 510 außerhalb des Zentralbereichs 530 des Bildaufnehmers 505 auf diesen trifft. Der Bildhauptpunkt 513, also der Schnittpunkt der optischen Achse 525 mit der Bildebene bzw. der Bildaufnahmeebene 520, trifft hier somit im Wesentlichen senkrecht auf den Randbereich 600 des Bildaufnehmers 505.
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Um eine verzerrfreie Abbildung einer Fahrbahn 115 zu erreichen, wird somit die Kameraeinheit 105 mit der Optikeinheit 510 stark genickt ausgeführt, was bedeutet, dass die Kameraeinheit 105 bzw. die Optikeinheit 510 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in eine der Fahrbahn 115 abgewandten Richtung im Fahrzeug 100 (sprich hier nach oben) geneigt wird und die Optikeinheit 510 mit der Linse 512 als optischem Element gegenüber dem Bildsensor 505 der Kameraeinheit 105 verschoben wird, sodass die Lichtstrahlen 515 mittels des Spiegels 800 auf den Bildsensor 505 zur Abbildung der Fahrbahn 115 umgelenkt werden. Der konvex ausgeformte Spiegel 800 bietet hierbei den Vorteil, dass ein größerer Öffnungswinkel der Optikeinheit 510 erreicht wird, sodass die Fahrbahn 115 verkleinert abgebildet, aber der Blickwinkel bzw. das Sichtfeld vergrößert wird, wodurch sich ein Weitwinkeleffekt bei der Abbildung der Fahrbahn 115 ergibt. Mittels eines solchen Systemaufbaus kann eine verzerrfreie Abbildung einer Fahrbahn 115 wie in 4 dargestellt erreicht werden.
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10 zeigt Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Ansteuern eines Fahrzeugs oder zumindest einer Komponente des Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierbei kann das Verfahren 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel auf der Kameraeinheit 105 und/oder dem Fahrzeugsystem 125 aus 1 ausgeführt werden. Das Verfahren 100 zum Ansteuern des Fahrzeugs 100 oder zumindest einer Komponente 135 des Fahrzeugs 100 umfasst einen Schritt 1010 des Ausgebens eines von dem Bildaufnehmer ermittelten Bildes, wobei das Bild ein Abbild repräsentiert, das durch ein Belichten des Bildaufnehmers mit Licht durch das optische Element der optischen Einheit erhalten wurde. Dieser Schritt 1010 bildet den Schritt des Verfahrens 1020 zum Betreiben einer Variante einer hier vorgestellten Kameraeinheit. Ferner umfasst das Verfahren 1000 zum Ansteuern eines Fahrzeugs oder zumindest einer Komponente des Fahrzeugs den Schritt 1030 des Ausgebens eines Ansteuersignals zum Ansteuern des Fahrzeugs oder der zumindest einer Komponente des Fahrzeugs, wobei das Ansteuern unter Verwendung des ausgegebenen Bildes erfolgt.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
