DE19539642A1 - Verfahren zur Visualisierung eines nicht unmittelbar einsehbaren Überwachungsraumes insbesondere bei einem Fahrzeug, und Vorrichtung zur Visualisierung eines nicht unmittelbar einsehbaren Überwachungsraumes - Google Patents
Verfahren zur Visualisierung eines nicht unmittelbar einsehbaren Überwachungsraumes insbesondere bei einem Fahrzeug, und Vorrichtung zur Visualisierung eines nicht unmittelbar einsehbaren ÜberwachungsraumesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierung
eines nicht unmittelbar einsehbaren Überwachungsraumes
insbesondere bei einem Fahrzeug nach der Gattung des An
spruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vor
richtung zur Visualisierung eines nicht unmittelbar ein
sehbaren Überwachungsraumes.
Das Problem der Visualisierung eines nicht unmittelbar
einsehbaren Überwachungsraumes ist mannigfaltig bekannt.
Ein gängiges Beispiel ist die Uneinsehbarkeit des Rück
raumes von Fahrzeugen beim Einparken, was zur Entwick
lung aktiver Wahrnehmungssysteme auf der Basis von In
frarotlicht und/oder Ultraschall führte.
Eine Alternative stellen Videokameras dar, die auch
schon an Nutzfahrzeugen Verwendung finden, vgl. Abbil
dung in FZ ACE Lenkrad 5/91 auf S. 60. Aber auch bei
Personenkraftfahrzeugen wäre der Einsatz solcher Kameras
wünschenswert, weil der immer knapper werdende Parkraum
beispielsweise in Städten zentimetergenaues Fahren er
fordert.
Im Falle eines Personenkraftwagens beispielsweise machen
die abgerundeten und eingezogenen Heckgeometrien moderner
Fahrzeugdesigns hierfür Weitwinkelobjektive erforderlich.
Diese haben jedoch den Nachteil, daß sie dem Fahrzeugführer
ab einem gewissen Objektwinkel ein nur schwer interpretier
bares Bild liefern. Außerdem können sie tote Blickwinkel
nicht vollständig beseitigen.
Bezüglich der vorgenannten Problematik bei einem Fahrzeug
ist ein Lösungsansatz aus der FR 2 673 499 A1 bekannt.
Dort werden innerhalb der Fahrzeughüllkontur - nämlich
hinter Verglasungen im Bereich der rechten und linken
Rücklichter - um eine vertikale Achse motorisch konti
nuierlich schwenkbare Fernsehkameras eingesetzt, um so
positionsabhängig Teilbilder des durch Verschwenkung der
Kameras insgesamt einsehbaren Rückraumes auf einem Fern
sehbildschirmen im Bereich der Armaturentafel darzustel
len. Auf diese Weise können Kameraobjektive mit relativ
geringem Blickwinkel eingesetzt werden. Dafür muß jedoch
ein sehr hoher mechanischer und steuerungstechnischer Auf
wand zur Verschwenkung der Kameras sowie der Umstand in
Kauf genommen werden, daß die Kameras über fortschrei
tender Verschmutzung besagter Verglasung immer wieder
"erblinden". Auch ist der Gesamtraumbedarf beider Kame
ras einschließlich der Mittel zu ihrer Verschwenkung in
nerhalb der Fahrzeughülle nicht unerheblich.
Eine ähnliche Lösung, gerichtet auf ein Fahrzeug, die
nur mit einer einzigen Videokamera arbeitet, offenbart
die vorlaufende Anmeldung P 43 36 288.5. Dort wird zur
Rückraumbeobachtung eine Videokamera mit relativ gerin
gem Blickwinkel fuzzylogic-fokusgesteuert Hindernissen
nachgeschwenkt.
Dem gegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, sowohl ein
Verfahren zur Visualisierung eines nicht unmittelbar ein
sehbaren Überwachungsraumes insbesondere bei einem Fahr
zeug sowie eine Vorrichtung zur Visualisierung eines nicht
unmittelbar einsehbaren Überwachungsraumes vorzuschlagen,
welche die vorgenannten Nachteile gleichermaßen ausräumen.
Die erste Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Ver
fahren mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Dieses Verfahren erlaubt, nur eine einzige Video-Kamera
in fixer Arbeitsposition mit nur einem Objektiv in Ver
bindung mit nur einem wenig Platz beanspruchenden Bild
schirm zu verwenden.
Dazu sieht das Verfahren die Verwendung eines Kameraobjek
tivs bislang unüblich großem Objektwinkel vor. Zugleich
trägt das Verfahren der Tatsache Rechnung, daß Weitwin
kelobjektive mit einem Objektwinkel von z. B. 160° den er
faßten Objektraum auf die Bildebene eines Sensorchips
verzeichnet abbilden.
Verzeichnet heißt dabei, daß gemäß der optischen
Physik eines solchen Objektivs auf der Bildebene die
Bildpunkte in radialer und tangentialer Richtung verän
dert sind, da Lichtbündel beim Durchtritt durch das Objek
tiv bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtungen Ablenkungen
erfahren. Weiterhin hat jeder Lichtbündel-Bildpunkt
seine eigene Bildhöhe in der Bildebene. M.a.W. ist der
Abbildungsmaßstab abhängig von der Bildhöhe. Dabei ist
unter der Bildhöhe der Abstand des Lichtbündel-Bild
punktes in der Bildebene von dem in der Bildebene lie
genden Koordinatenursprung zu verstehen. Im vorliegen
den Falle werden nur Objektive verwendet, die in hohem
Maße rotationssymmetrisch sind, so daß die tangentiale
Verzeichnung gegenüber der Auflösung des Bildsensors
in der Bildebene vernachlässigbar klein ist. Infolge
dessen werden die Bildpunkte in der Bildebene maßgeb
lich in radialer Richtung entsprechend der Verzeich
nungskurve nichtlinear verschoben, wodurch das Bild
in der Bildebene auf dem Bildsensor eine Verzeichnung
aufweist und deshalb für eine schnelle kognitive In
formation eines Beobachters ungeeignet ist.
Verfahrensgemäß wird durch interpolationslose Pixelan
dersverteilung eine Koordinaten-Bildtransformation des
auf dem Bildsensor einer Kamera real erzeugten Objekt
bildes in ein von einem Beobachter kognitiv besser
wahrnehmbares Darstellungsbild auf einem Bildschirm
bewirkt.
Diese Transformation geschieht im Zuge der Signalüber
tragung und Datenformatwandlung zwischen Kamera und
Bildschirm. Verfahrensgemäß wird in der Video-Kamera
neben einem Objektiv mit besagt großem Objektwinkel als
Bildsensor ein Halbleiter-Bildsensor mit einer ersten
definierten, in Zeilen und Spalten definiert angeordne
ten Anzahl von Pixeln (Bildfeldparameter des Sensors)
und als Bildschirm ein solcher mit einer zweiten defi
nierten, in Zeilen und Spalten definiert angeordneten
Anzahl von Pixeln (Bildfeldparameter des Bildschirms)
verwendet. Entsprechend der Objektraumabbildung in der
Real-Bildebene auf dem Bildsensor wird jedem Pixel aus
besagter ersten Zahl von Sensor-Pixeln ein die Hellig
keit oder Helligkeit, Farbsättigung und Farbart wie
auch immer (z. B. in Form von RGB-Werten) beschreiben
der Wert FV und in der Darstellungsbildebene auf dem
Bildschirm jedem Pixel aus besagter zweiten Zahl von
Bildschirm-Pixeln ein entsprechender Wert FM zugeord
net. Dann wird der Wert FM eines jeden auf den Bild
schirm aktuell zu schreibenden Pixels vom Wert FV des
jenigen Sensor-Pixels abgeleitet, auf welches das Bild
schirm-Pixel vermöge einer geometrischen Zuordnungs
transformation zeigt, wobei diese Zuordnungstransfor
mation in Echtzeit vermittels einer gemäß der Trans
formationsvorschrift festverdrahteten Halbleiterlogik
geschieht und die Bildtransformation auf der Basis der
Bildfeldparameter sowohl des Bildsensors als auch des
Bildschirmes wenigstens eine Kategorie der objektivbe
dingt spezifischen geometrisch-optischen Verzeichnung
des realen Objektraumbildes (auf dem Bildsensor) von
der gewünschten Objektraumdarstellung (auf dem Bild
schirm) durch Veränderung der Zuordnung von Sensor-
Pixeln zu Bildschirm-Pixeln korrigiert.
Dieses Verfahren ist durch Verfahrensschritte gemäß den
Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 8 vorteilhaft
fortbildbar. So können mit verschiedenen Verfahrens
schritten entsprechend verschiedene Arten bzw. Progres
sionsstufen der Koordinaten-Bildtransformation bis hin
zur Quasi-Synthese von Vertikal- und Horizontalbildern
verwirklicht werden. Dabei ist von Vorteil, daß im Falle
mehrerer Transformationsschritte diese in einer kürzest
möglichen Zeit ausführbar sind, weil sie nicht nachein
ander, sondern gleichzeitig in der Art einer Total Re
sponse pro Bildinhalt ausgeführt werden.
Auf der Basis wenigstens eines elektronisch erzeugten
und nur in dieser Form existierenden koordinatentrans
formierten Bildes leistet das erfindungsgemäße Verfah
ren die Visualisierung eines nicht unmittelbar einseh
baren Überwachungsraumes in eine insbesondere für einen
Fahrzeugführer kognitiv leicht und anstrengungslos ver
arbeitbare Darstellungsform.
Deshalb kann das Verfahren gemäß Anspruch 10 besonders
vorteilhaft bei einem Personen-Kraftfahrzeug Verwendung
finden. Dabei erlaubt das Verfahren die optische Erfas
sung z. B. der den rückwärtigen Fahrraum abgrenzenden
Hecklinien eines Personenkraftwagens ohne toten Winkel
hinsichtlich Verdeckungen von Objekten durch den Heck
stoßfänger.
Die zweite Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß
dem nebengeordneten Anspruch 11 gelöst.
Funktional stützt sich die Vorrichtung im wesentlichen
auf eine als ASIC verwirklichte Halbleiterschaltung
(vorzugsweise mit zwei Funktionsbereichen oder aber
aus zwei weniger komplexen ASICs assembliert) und
eine einzige Videokamera in fixer Betriebsposition.
Daraus ergeben sich die Vorteile, daß die Vorrichtung
ohne reaktionsbeeinträchtigenden Zeitversatz arbeitet,
d. h. einem Beobachter eine Echtzeitbeurteilung erlaubt
und ihre Bildsignalverarbeitungseinrichtung als wesent
licher Bestandteil kostengünstig und mit geringen Ab
messungen massenproduzierbar ist. Des weiteren ermög
licht sie die Darstellung eines sehr robusten Gesamt
systems ohne betriebsbewegliche Teile und eine platz
sparende Integration insbesondere des Sichtteils z. B.
im Bereich von ohnehin schon mit Anzeigen und Bedien
elementen überfrachteten Armaturentafeln.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind
gemäß Lehre der abhängigen Ansprüche 12 bis 20 mög
lich.
Die Vorrichtung kann z. B. Mittel zur Sicherstellung
einer definierten Fixposition der Kamera während ihres
Betriebes umfassen. Beispielsweise kann die Kamera
mittels einer Ausfahrmechanik von einer fixen Ruhe
position in eine fixe Betriebsposition gebracht wer
den, wo sie dann während ihres Betriebs verharrt.
Bei einem Fahrzeug kann sie Mittel umfassen, die
letzteres z. B. beim Einlegen des Rückwärtsganges
selbsttätig bewirken.
Je ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung und des
Verfahrens sind in der Figurenzeichnung veranschau
licht, die nachfolgend erläutert wird. Dabei soll die
Veranschaulichung am praktischen Beispiel eines Per
sonenkraftfahrzeugs keine Beschränkung der Erfindung
bedeuten, da diese - bei entsprechender konstruktiver
Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall - auch
auf anderen Gebieten anwendbar ist.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Illustration der Anord
nung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
bei einem Personenkraftfahrzeug zwecks Ein
sicht des Fahrzeugrückraumes;
Fig. 2 eine schematische Illustration der fixen
Betriebsposition der Video-Kamera bei der
Vorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Illustration des damit verfahrensgemäß
einsehbaren Rückraumes am Beispiel eines Per
sonenkraftfahrzeugs;
Fig. 4 ein schematisches Funktions-Blockschaltbild
der elektronischen Bestandteile der Vorrich
tung;
Fig. 5 eine schematische Illustration zum erfin
dungsgemäßen Visualisierungsverfahren;
Fig. 6 die Illustration des ersten Schrittes des
Visualisierungsverfahrens zur Streckenent
zerrung;
Fig. 7 die Illustration des zweiten Schrittes des
Visualisierungsverfahrens zur Generation
eines winkelentzerrten Basisbildes;
Fig. 8 die Illustration des dritten Schrittes des
Visualisierungsverfahrens zur Generation
aus dem Basisbild eines perspektivisch
korrigierten Bildes.
Gemäß Fig. 1 ist am Heck eines Fahrzeugs 10 bei
spielsweise in einer aus fahr- bzw. ausschwenkbaren
Einheit 1.1 eine Videokamera 1 integriert. Dabei
verdeutlicht die dargestellte Konfiguration die fixe
Betriebsposition II der Videokamera, wobei diese bei
spielhaft unter einem Anstellwinkel Φ zur Vertikalen
von 45° nach unten in den Rückraum hinter dem Fahr
zeug schaut.
Die Kamera ist über ein Datenkabel 2 mit einer Bild
signalverarbeitungseinrichtung 3 verbunden, welche ein
logisches Echtzeit-Bildtransformationsmodul 4 enthält.
Die Bildsignalverarbeitungseinrichtung 3 steuert einen
Bildschirm 5 an. Des weiteren kann die Bildsignalverar
beitungseinrichtung 3 über eine Leitung 6 mit einem
nicht gezeigten, z. B. das Einlegen des Rückwärtsganges
erkennenden Schalter oder Sensor z. B. am Getriebe des
Fahrzeugs in Verbindung stehen. Dadurch kann z. B. beim
Einlegen des Rückwärtsganges die Bildsignalverarbei
tungseinrichtung 3 eingeschaltet und ein selbsttätiges
Verbringen der Videokamera in ihre Betriebsposition
II angesteuert werden. Ebenso kann die Einschaltung
des Bildschirms 5 dadurch ausgelöst werden.
In Fig. 2 ist die Position der Videokamera 1 in
Bezug auf das Fahrzeug 10 sowohl in einer Ruheposi
tion I als auch in ihrer Betriebsposition II veran
schaulicht. Demnach besteht in der Betriebsposition II
ein Anstellwinkel Φ von beispielsweise 45° zwischen
der Senkrechten 11 und der optischen Achse 12 der
Video-Kamera 1. Die ausfahr- bzw. ausschwenkbare
Einheit 1.1 und das Datenkabel 2 sind nur symbolisch
angedeutet. Eine fahrzeugtaugliche Vorrichtung kann
im Rahmen der Erfindung jedenfalls alle Mittel mit
umfassen, welche die Videokamera bei Nichtgebrauch
in eine geschützte Ruhelage und zwecks Gebrauch die
selbe in eine definierte Betriebslage verbringen.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann die Video-
Kamera im Beispielfalle eines Kraftfahrzeugs auch
in einer fixen Position montiert sein, und es können
z. B. Mittel vorgesehen sein, die eine bewegliche Ob
jektivabdeckung so steuern und betätigen, daß sie
nur im Betriebsfalle das Objektiv freigibt. Entspre
chend kann dann z. B. beim Einlegen des Rückwärtsgan
ges die Bildsignalverarbeitungseinrichtung 3 einge
schaltet und die Freigabe des Objektivs der Video-
Kamera bewirkt werden.
Gemäß Fig. 3 ist beispielhaft der mit einem Objektiv
mit Objektwinkel Θ = 160° einsehbare Rückraum hinter
der Rückfront 13 eines Personenkraftfahrzeugs als
Raumkörper 14 veranschaulicht, der eine gewisse Brei
te B, eine Raumtiefe T, fahrzeugseitig eine Höhe H1
und fahrzeugabseitig eine Höhe H2 aufweist; dabei
ist der Fall H1 = H2 veranschaulicht. Aufgrund des
großen Objektwinkels der Kamera und deren Verbrin
gung in eine aus der Fahrzeughüllkontur herausver
lagerte Betriebsposition II bleibt nur ein außer
ordentlich kleiner, durch Schraffur kenntlich ge
machter Teil 15 des Raumkörpers 14 nicht einsehbar.
Gemäß Fig. 4 umfaßt die Elektronik der Vorrichtung
im wesentlichen die Videokamera 1 vorzugsweise mit
einem Farbbild-Aufnahme-Sensor 1.2, einem Analog-Digi
talwandler 1.3 mit nachgeschaltetem Parallel-Seriell-
Wandler 1.4 mit beispielsweise Twisted-Pair oder Glas
faserausgang, des weiteren die Datenleitung 2, ausge
führt beispielsweise als Twisted-Pair oder in Glasfa
ser-Technologie, sowie die Bildsignalverarbeitungs
einrichtung 3, die den Bildschirm 5 ansteuert.
Je nach Ausführung können die Teile 1.3 und 1.4 funk
tional und körperlich integriert zusammengefaßt sein.
Die Bildsignalverarbeitungseinrichtung 3 umfaßt einen
entsprechenden Seriell/Parallel-Wandler 3.1 mit ent
sprechendem Twisted-Pair oder Glasfasereingang, der
hier beispielhaft zwei kaskadierte ASICs 4.1 und 4.2
ansteuert.
Diese beiden ASICs können je nach angewandter Techno
logie auch auf einem Chip realisiert sein und sind die
wesentlichen Bestandteile des Echtzeit-Bildtransforma
tionsmoduls 4. Die Bildsignalverarbeitungseinrichtung
3 umfaßt des weiteren ein RAM 4.3 und einen Mikrocom
puter 4.4. Mikrocomputer und RAM stehen untereinander
und mit dem Transformationsmodul 4 in Verbindung. Das
ASIC 4.2 weist einen digitalen RGB Video-Ausgang auf,
der den Bildschirm 5 in an sich bekannter Weise an
steuert.
Die Funktion der Vorrichtung ist folgende. Das auf den
CCD-Sensor 1.2 fallende Bild des dreidimensionalen Rück
raumes gemäß dem Rückraumkörper 14 wird in diesem Sensor
in ein zweidimensionales Ladungsbild gewandelt, welches
beispielsweise 50 mal pro Sekunde halbbildweise ausgele
sen wird. Das so gewonnene Bildsignal steht in der Regel
analog zur Verfügung und wird dann in ein serielles Daten
signal gewandelt. Dazu nimmt der Wandler 1.3 zunächst
eine Analog/Digital-Wandlung vor, und der Parallel-Se
riell-Wandler 1.4 wandelt das so erhaltene parallele
Digitalsignal in einen seriellen Datenstrom, der in
Form eines schnellen digitalen Zweidrahtsignals oder
per Licht an die Bildsignalverarbeitungseinrichtung
3 übertragen und dort im Seriell/Parallel-Wandler 3.1
wieder in einen parallelen Datenstrom zurückverwandelt
wird.
Unter Nutzung des RAM 4.3 als Bildspeicher zwischen
zwei aufeinanderfolgenden (Halb-)Bildern werden unter
Timing-Kontrolle durch den Mikrorechner 4.4. die so
anfallenden parallelen "Bildworte" in das ASIC 4.1
geladen und dann einer beispielsweise den weiter un
ten ausgeführten Verfahrensregeln gehorchenden inkre
mentellen Umsortierung zwecks Veränderung der Bild
geometrie unterworfen.
Dabei ist die Regel dieser Umsortierung genau auf die
unerwünschte Verzeichnung des Kameraobjektivs im Sinne
einer Abbildungsverzeichnungs- und Perspektivkorrektur
abgestimmt. Dabei kann unter besonderen Bedingungen auch
ein Rechteckverhältnis von Pixelzellen des Bildschirmes
mitberücksichtigt werden. Im diesbezüglich wirksamen ASIC-
Bereich können auch wenigstens zwei verschiedenen Koor
dinaten-Bildtransformationsarten bzw. -stufen entspre
chende und dementsprechend unterschiedliche Umsortie
rungen bewirkende "Verdrahtungsschemen" selektiv akti
vierbar verwirklicht sein und es können dann in Abhäng
igkeit von einem Selektionssignal jeweils verschiedene
Umsortierweisen aktiv geschaltet werden.
Wesentlich dabei ist, daß der Mikrorechner dabei
bevorzugt eine reine Steuerungsfunktion ohne eigene
Direktbeteiligung an der Signalbearbeitung des Bild
inhaltes verwirklichen kann.
Beispielsweise werden so fünfzig Bildschirm-Farb-
Halbbilder mit 564 Pixel horizontaler und 224 Pixel
vertikaler Bildweite je Sekunde erzeugt. Zugleich
taktet der Mikrorechner 4.4 die im ASIC 4.1 so er
zeugten Bildworte aus dem ASIC 4.1 durch das ASIC
4.2, letztwelches so beschaffen ist, daß es diese
Bildworte in ein digitales RGB-Video-Ausgangssignal
wandelt, welches somit unmittelbar einem entspre
chend ansteuerbaren Bildschirm 5 zuführbar ist.
Diese Konfiguration und Wirkungsweise des Echtzeit-
Bildtransformationsmoduls 4 ermöglicht die Transfor
mation eines jeden Bildpunktes in sehr kurzer Zeit,
beispielsweise binnen maximal 150 Nanosekunden, da
die Transformation nicht wie üblich über einen Mik
rorechner zustande kommt, sondern durch die den je
weiligen Bildabweichungen des verwendeten Objektivs
vom gewohnten Seheindruck entsprechende Festverdrah
tung bzw. -programmierung von ASICs.
Der nachfolgend detaillierteren Beschreibung des Ver
fahrens am Beispiel der Rückraumvisualisierung bei
einem Kraftfahrzeug wird zunächst die Fig. 5 zur
Veranschaulichung der eingangs erwähnten Abweichung
von einer optisch wirklichkeitsgetreuen Abbildung
vorangestellt. Im folgenden wird generell jedem ein
zelnen Pixel eines Bildes - ob real vorhanden oder
fiktiv - ein Datensatz F etwa in der Art eines Vek
tors zugeordnet, welcher die Helligkeit, die Farb
sättigung und die Farbart des jeweiligen Pixels ein
deutig beschreibt, im folgenden vereinfacht der "F-
Wert" am Pixelort genannt. Damit läßt sich das jewei
lige Bild verstehen als Menge aller F mit gemäß Größe,
Form und (Richtungs-)Auflösung des jeweiligen Bildes
durchlaufenden Koordinaten.
Dem gemäß wird jedem einzelnen Pixel des durch das
Weitwinkelobjektiv 1.5 in der Real-Bildebene - d. h.
auf der Oberfläche 1.2.1 des Bildsensors 1.2 der Ka
mera 1 - real verzeichnet erzeugten Bildes ein ent
sprechender Datensatz FV zugeordnet, welcher Hellig
keit, Farbsättigung und Farbart des Pixels eindeutig
beschreibt, im folgenden bezogen als "FV-Wert" am
Pixelort (y, z) auf der Oberfläche 1.2.1 des Bild
sensors 1.2. Damit läßt sich also das reale, ver
zeichnet erzeugte Bild beschreiben als Menge aller
FV mit durchlaufenden Pixelkoordinaten y und z.
Dieses reale, verzeichnete Bild wird mit DELTA bezeich
net. Bezüglich dieser weitwinkligen Abbildung gilt nun
die eingangs erwähnte Unzulänglichkeit, daß in der
Bildebene die Bildpunkte in radialer und tangentialer
Richtung verändert sind, da Lichtbündel beim Durchtritt
durch das Objektiv bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtun
gen Ablenkungen erfahren. Weiterhin hat jeder Licht
bündel-Bildpunkt seine eigene Bildhöhe in der Bild
ebene. M.a.W. ist der Abbildungsmaßstab abhängig von
der Bildhöhe. Dabei ist unter der Bildhöhe der Ab
stand des Lichtbündel-Bildpunktes in der Bildebene
von dem in der Bildebene liegenden Koordinatenursprung
zu verstehen. Da im vorliegenden Falle nur Objektive
verwendet werden, die in hohem Maße rotationssymme
trisch sind, fällt die tangentiale Verzeichnung gegen
über der Auflösung des Bildsensors in der Bildebene
vernachlässigbar klein aus. Infolgedessen werden die
Bildpunkte in der Bildebene maßgeblich in radialer
Richtung entsprechend der Verzeichnungskurve des Objek
tivs nichtlinear verschoben wodurch das Bild DELTA auf
dem Bildsensor eine Verzeichnung aufweist und deshalb
für eine schnelle kognitive Information eines Beob
achters ungeeignet ist.
Ausgehend von dieser realen, optisch unbrauchbaren
Abbildung veranschaulicht Fig. 6 den ersten Teil
schritt des Verfahrens, nämlich den der "elektroni
schen Streckenentzerrung" zwecks Gewinnung eines
nicht real, sondern nur elektronisch existierenden
streckenentzerrten Bildes.
Dieser erste Teilschritt ist äquivalent mit bzw.
bewirkt der/die "Synthese" eines einzigen Projek
tionszentrums der Zentralprojektion für alle Geraden
durch Objekt- und Bildpunkt.
Demgemäß entspricht der untere Teil der Fig. 6 den
in Zusammenhang mit Fig. 5 bereits erläuterten Ab
bildungsverhältnissen in der Kamera. Der obere Teil
der Fig. 6 veranschaulicht das durch den ersten
Teilschritt des Verfahrens erzielte Resultat.
Demnach wird mittels einer Streckenentzerrfunktion E,
die vorzugsweise zwei Einzelfunktionen E₁ und E₂ für
zwei Koordinatenrichtungen umfaßt, aus dem verzeich
neten Sensorbild DELTA ein verzeichnungsfreies Bild E
gebildet, welches genau dem Bild eines theoretisch ver
zeichnungsfreien Objektivs mit Objektwinkel Θ z. B. 160°
entspricht, dem wiederum - vice versa - für das Bild
E die Existenz eines einzigen Projektionszentrums 1.10
für alle Geraden 1.9′ aus dem Objektraum mittels ent
spricht.
Der "F-Wert" (Helligkeit; Helligkeit, Farbsättigung,
Farbart; RGB-Werte) eines Bildpunktes in der Bildebene
des streckenentzerrten Bildes E mit den Koordinaten
(y′, z′) wird mit FE (y′, z′) bezeichnet. Damit läßt
sich also das streckenentzerrte Bild E beschreiben
als Gesamtmenge aller FE mit Pixelkoordinaten y′
und z′.
Vom Bild E aus gesehen - d. h. in Rückwärtsrichtung -
gibt die zweiachsige Transformation
E = E₁, E₂ (2)
den Zusammenhang der Koordinaten einander entsprechender
F-Werte in den Bildern DELTA und E an gemäß der Trans
formationsvorschrift
y = E₁(y′, z′; k₁, . . . kn),
z = E₂(y′, z′; k₁, . . . kn) (2.1)
z = E₂(y′, z′; k₁, . . . kn) (2.1)
In E sind alle Parameter k₁, . . . kn der realen Sensor
strecke Objektiv - Bildsensor - Digitalisierer bis
einschließlich 1.3 wie z. B.
- - Radiale und tangentiale Verzeichnung des Objektivs;
- - Durchstoßpunkt der optischen Achse des Objektivs durch die Real-Bildebene des Bildsensors;
- - Neigung der optischen Achse des Objektivs bezüg lich der Real-Bildebene des Bildsensors;
- - Zeilen-Abtastraster des Digitalisierers,
- - und dergleichen
über individuelle mathematische Funktionen für E₁ und
E₂ verknüpft. Mittels optischer Kalibrationsverfahren
können die Parameter k₁, . . . kn der Sensorstrecke er
mittelt werden. Die die Physik des Objektivs beschrei
benden Funktionen E₁ und E₂ sind eineindeutig und
stetig differenzierbar. Sie können gleichwohl auch
im Hinblick auf die definierte Sensor-Pixelordnung
als nur an diskreten Stellen definierte Funktionen
vorliegen, etwa vergleichbar mit einer Tabelle.
Dabei ist also die geometrische Verknüpfung des strecken
entzerrten Bildes E mit dem ursprünglich verzerrten Real-
Bild DELTA auf dem Bildsensor gegeben durch:
(zeigt auf)
FE(y′, z′) - - - E₁, E₂ → FV (y, z), oder (2.2)
FE(y′, z′) - - - E₁, E₂ → FV (y, z), oder (2.2)
Die unmittelbare Darstellung des streckenentzerrten
Bildes E kann bei Objektiven mit Objektwinkeln Θ von
z. B. kleiner 160° durchaus interessant sein. Im ande
ren Falle existiert das resultierende Bild E dann als
solches nicht wirklich optisch, sondern nur rein elek
tronisch.
Die Zeigefunktion von FE auf FV bedeutet insoweit, daß
auf einem (in diesem Transformationsschritt) realen oder
fiktiven Bildschirm für das Bild E ein lückenloses Pixel
raster aus jeweils horizontal aneinander anschließenden
und dadurch Zeilen bildenden Bildpunkten bzw. aus ver
tikal aufeinanderfolgenden Zeilen geschrieben wird und
dabei jeweils als F-Wert des E-Pixels derjenige Wert
verwendet wird, den der in der Bildebene des verzerr
ten Real-Bildes DELTA über die Transformation E₁, E₂
festliegende DELTA-Quellpunkt aufweist. Dies bedeutet
letztlich, daß es bereits auf einem realen oder fiktiven
Bildschirm bereits für das Bild E keine "ausgelassenen
Pixel" geben kann, indem die Transformation letztlich
das regelmäßige "Pixelraster" des Bildes E auf einem
solchen Bildschirm aus einer der Streckenentzerrungs
transformation gehorchenden Auswahl von Bildpunkten
des Real-Bildes DELTA auf dem Bildsensor 1.2 assemb
liert, letztwelche dort folglich nicht zwangsläufig
benachbart bzw. lückenlos aufeinanderfolgend anein
ander anschließen (müssen).
Im Ergebnis ist diese Koordinaten-Bildtransformation
geradentreu.
Allerdings entspricht bei einem Weitwinkelobjektiv
mit einem Objektwinkel Θ von z. B. 160° oder noch größer
der visuelle Seheindruck des streckenentzerrten Bildes
E noch nicht menschlichen Sehgewohnheiten. So treten
plakative Effekte und insbesondere eine grobe Rasterung
in den Randzonen auf. Des weiteren werden Objekte, die
an verschiedenen Tiefenpositionen im Objektraum stehen,
bei so großen Objektwinkeln im streckenentzerrten Bild
E mit falschen Größenverhältnissen zueinander wiederge
geben. Aus diesem Grund ist das streckenentzerrte Bild
E bei Objektiven mit sehr großen Objektwinkeln Θ von z. B.
160° oder noch größer als Informationsbild auf einem
Bildschirm für einen Fahrzeugführer weniger geeignet.
Wie in Fig. 7 illustriert, kann mittels einer weiteren
Transformation W, die wiederum zwei richtungsabhängige
Komponenten W₁ und W₂ umfaßt, aus dem zuvor streckenent
zerrten Bild E ein weiter winkelentzerrtes Basisbild W
erzeugt werden;
W = W₁, W₂ (3)
Dabei ist der "F-Wert" (Helligkeit; Helligkeit, Farbsät
tigung, Farbart; RGB-Werte) eines Bildpunktes in der Bil
debene des winkelentzerrten Bildes W mit den Koordinaten
(α, β) als FW (α, β) bezeichnet.
Das winkelentzerrte Bild W läßt sich somit beschreiben als
Gesamtmenge aller FW mit Pixelkoordinaten α und β. Es be
sitzt ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Achsen
α und β und jeder F-Wert des Bildes W mit den Koordinaten
(α, β) zeigt über die Transformationsvorschrift
y′ = W₁(α, β) = f * tan(α)
z′ = W₂(α, β) = f * tan(β) (3.1.1)
z′ = W₂(α, β) = f * tan(β) (3.1.1)
mit f = Bildweite
auf den Koordinatenort (y′, z′) des F-Wertes des entspre chenden Bildpunktes FE (y′, z′) im streckenentzerrten Bild E bzw. über die Koordinaten-Bildtransformationsvorschrift
auf den Koordinatenort (y′, z′) des F-Wertes des entspre chenden Bildpunktes FE (y′, z′) im streckenentzerrten Bild E bzw. über die Koordinaten-Bildtransformationsvorschrift
y = E₁[W₁(α, β), W₂(α, β); k₁, . . . kn)
z = E₂[W₁(α, β), W₂(α, β); k₁, . . . kn] (3.1.2.)
z = E₂[W₁(α, β), W₂(α, β); k₁, . . . kn] (3.1.2.)
auf den Koordinatenort (y, z) des F-Wertes des entspre
chenden Bildpunktes FV (y, z) im ursprünglich verzeich
neten Real-Bild DELTA.
Insgesamt kann die bis dahin durchgeführte Transforma
tion also wie folgt beschrieben werden:
Die vorstehende Gesamttransformation G₁, G₂ ist im all
gemeinen nicht geradentreu. Allerdings leistet sie fol
gendes:
- - Alle Objektraumgeraden, die senkrecht bzw. waag recht in einer Objektraumebene, welche parallel zur y/z-Ebene ist, verlaufen, werden geradentreu senkrecht und waagrecht abgebildet. Die Menge die ser Objektraumgeraden wird mit GSW bezeichnet.
- - Weiterhin werden auch diejenigen Objektraumgeraden geradentreu abgebildet, die in den Ebenen verlaufen, welche die einzelnen Geraden, die die Menge GSW bilden, mit dem Projektionszentrum 1.10 aufspan nen;
- - Das Bild W entspricht den menschlichen Sehgewohn heiten. Es eignet sich zur Darstellung auf einem Bildschirm zur Visualisierung eines nicht unmittel bar einsehbaren Raumes, beispielsweise eines Fahr zeugrückraumes für einen Fahrzeugführer. Bei einem PKW kann damit gemäß Fig. 3 der zum versetzt Rück wärtseinparken benötigte Freiraum vom Stoßfänger an relativ gut überwacht werden.
Ausgehend von diesem Transformationsschritt mit dem Re
sultat eines winkelentzerrten Bildes W ist durch einen,
in Fig. 8 veranschaulichten Verfahrensschritt noch ein
elektronisch perspektivisch korrigiertes Bild K gewinnbar,
das - alternativ - ein Vertikalbild (senkrechte Blick
richtung) oder ein Horizontalbild (waagrechte Blickrich
tung) sein kann. Unter der Perspektive wird dabei die
Blickrichtung des Objektivs verstanden.
Für diese Transformation gilt analog
K = K₁, K₂ (4)
Der "F-Wert" (Helligkeit; Helligkeit, Farbsättigung,
Farbart; RGB-Werte) eines Bildpunktes des damit erhal
tenen perspektivisch korrigierten Winkelentzerrungsbil
des K mit den Koordinaten (α′, β′) wird mit FK (α′, β′)
bezeichnet. Damit läßt sich das perspektivisch korri
gierte winkelentzerrte Bild K beschreiben als Gesamt
menge aller FK mit Pixelkoordinaten α′ und β′.
Vom Bild K aus gesehen - d. h. in Rückwärtsrichtung -
gibt die Transformation K = K₁, K₂ den Zusammenhang
der Koordinaten desselben F-Wertes in den Bildern W
und K an.
Das Bild K besitzt ein rechtwinkliges Koordinatensystem
mit den Achsen α′ und β, und jeder F-Wert von K mit den
Koordinaten (α′, β′) zeigt vermöge der Transformations
vorschrift
auf den Koordinatenort (α, β) des F-Wertes von FW (α, β)
im Bild W bzw. über die Koordinaten-Bildtransformations
vorschrift
y = E₁[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn],
z = E₂[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn] (4.1.2)
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn],
z = E₂[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn] (4.1.2)
auf den Koordinatenort (y, z) des F-Wertes des entspre
chenden Bildpunktes FV (y, z) im ursprünglich verzeich
neten Real-Bild DELTA.
Insgesamt kann somit die Gesamtheit aller Transforma
tionsschritte bis hierher wie folgt beschrieben werden:
Die Transformation K = K₁, K₂ macht innerhalb der
Gesamttransformation G₁, G₂ gemäß (4.2) letztlich den
Effekt eines "elektronischen Schwenks" der Kamera samt
Bildsensor um eine Achse durch das Projektionszentrum
orthogonal zur Aufspannebene des in Fig. 2 veranschau
lichten Anstellwinkels Φ. Im Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 2 ist die Video-Kamera beispielhaft im Heckdeckel
eines PKW fix betriebspositioniert, wobei ihre optische
Achse zur Vertikalen den Anstellwinkel Φ aufweist, der
beispielhaft 45° beträgt.
Im Hinblick auf Fig. 7 und Fig. 8 bewirkt die Trans
formation (4)-(4.1.1) bei unverändert fester Kamera mit
Anstellwinkel Φ eine Drehung des Bildes K in Bezug auf
das Bild W um eine Achse durch das Projektionszentrum
1.10 orthogonal zur Aufspannebene des aus Fig. 2 er
sichtlichen Anstellwinkels Φ so, daß die neue fiktive
optische Achse des Bildes K senkrecht nach unten weist
mit der Folge, daß sich die fiktive Ebene des Bildes K
dann horizontal erstreckt. W wird in Rückwärtsrichtung
aus K erzeugt.
Die Winkelentzerrung gemäß dem Verfahrensschritt (3)-
(3.1.1)/(3.1.2)-(3.2.)-(3.3) angewandt auf dieses fiktive
Bild W ergibt also in der Gesamttransformation ein Verti
kalbild mit fiktiver optischer Achse vertikal nach unten.
D.h., obwohl die Kamera und ihr Bildsensor gar nicht mit
Blickrichtung senkrecht nach unten positioniert sind, er
laubt es das Verfahren, aus dem in der y/z-Koordinaten
ebene real erhaltenen Bild ein Vertikalbild synthetisch
aufzubereiten, indem vor der Transformation gemäß (3)-
(3.1.1)/(3.1.2)-(3.2.)-(3.3) die Winkel α und β der
Transformation K = K₁, K₂ gemäß (4)-(4.1.1) unterwor
fen werden.
Die Gesamttransformation G₁, G₂ gemäß (4)-(4.1.1)/
(4.1.2)-(4.2)-(4.3) ist im allgemeinen nicht geraden
treu. Sie leistet jedoch insgesamt folgendes:
- - Alle Geraden des Objektraumes, welche im Hinblick auf die Fig. 2 und 3 beispielhaft auf ebenem Fahrzeuguntergrund oder in Parallelebenen dazu parallel bzw. senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufen, werden geradentreu senk recht und waagrecht abgebildet. Die Menge die ser Objektraumgeraden wird mit GSW bezeichnet.
- - Weiterhin werden auch diejenigen Objektraumge raden geradentreu abgebildet, die in den Ebenen verlaufen, welche die einzelnen Geraden, die die Menge GSW bilden, mit dem Projektionszentrum 1.10 aufspannen.
- - Das Bild K vermittelt auf einem Bildschirm auf elektronischem Wege die parallaxenfreie Sehper spektive "Blick senkrecht nach unten" beispiels weise in einen Fahrzeugrückraum für einen Fahr zeugführer beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3.
- - Da das Bild W in der Art eines Panoramabildes eine kognitiv gute Raumübersicht, jedoch weni ger gute Abstandsübersicht zu Hindernissen bie tet, ist im Rahmen des Visualisierungsverfah rens bzw. bei einer dieses durchführenden Vor richtung optional vorgesehen, bei Näherung an/ von Hindernisse/n zwischen dem Panoramabild W und dem parallaxenfreien Vertikalbild K umzu schalten.
- - Durch eine spezielle nichtlineare Skalierung der Koordinatenachse β′ erhält man ein variiertes Bild K, welches bezüglich der Abstände auf dem Fahrbahn untergrund in Längsrichtung des Fahrzeugs bzw. in der Aufspannrichtung des Winkels Φ Abstandstreue aufweist. Dies ist folglich eine weitere Fort bildung der Gesamttransformation G₁, G₂ gemäß (4)-(4.1.1)/(4.1.2)-(4.3)
Die alternative Darstellung eines entsprechend winkelent
zerrten und perspektivisch korrigierten Horizontalbildes
ist ebenfalls möglich.
Dazu wird der Wert FK eines jeden Pixels (α′, β′) des per
spektivisch winkelentzerrten (Horizontal-)Bildes K vom Wert
FW desjenigen Pixels (α, β) des (perspektivisch nicht korri
gierten) Bildes W abgeleitet, auf welches das Pixel (α′, β′)
vermöge der Transformation
K = K₁, K₂ (5)
gemäß der Transformationsvorschrift
zeigt.
Der Wert FK kann auch von dem F-Wert des entsprechenden
Bildpunktes FV (y, z) im ursprünglich verzeichneten Real-
Bild DELTA abgeleitet werden, auf welches das Pixel
(α′, β′) vermöge der Koordinaten-Bildtransformation
y = E₁[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn],
z = E₂[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn] (5.1.2)
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn],
z = E₂[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn] (5.1.2)
zeigt gemäß
Daraus ist ersichtlich, daß sich bei einer Arbeitspo
sitionierung der Videokamera mit Blickrichtungswinkel
45° schräg nach unten besonders einfache Verhältnisse
bezüglich der alternativen Ableitung der beiden Bil
der K ergeben.
Im Hinblick auf Fig. 7 und Fig. 8 bewirkt eine solche
Transformation (5)-(5.1.1) bei unverändert fester Kamera
mit Anstellwinkel Φ folglich eine Drehung der Ebene des
Bildes K um eine Achse durch das Projektionszentrum 1.10
orthogonal zur Aufspannebene des in Fig. 2 veranschau
lichten Anstellwinkels Φ so, daß die neue fiktive optische
Achse des Bildes K waagerecht vom Fahrzeug weg (nach hin
ten) zeigt mit der Folge, daß sich die fiktive Ebene des
Bildes K dann vertikal erstreckt. W wird in Rückwärts
richtung aus K erzeugt.
Die Winkelentzerrung gemäß dem Verfahrensschritt (3)-
(3.1.1)/(3.1.2)-(3.2.)-(3.3) angewandt auf ein solches
fiktives Bild W liefert ein Horizontalbild mit fiktiver
optischer Achse waagerecht vom Fahrzeug weg. Obwohl die
Kamera und ihr Bildsensor gar nicht mit Blickrichtung
waagerecht vom Fahrzeug weg positioniert sind, erlaubt
das Verfahren auf der Basis des in der Y/z-Koordinaten
ebene real empfangenen Bildes ein Horizontalbild auf einem
Monitor darzustellen, indem vor der Transformation gemäß
(3)-(3.1.1)/(3.1.2)-(3.2.)-(3.3) die Winkel α und β der
Transformation K = K₁, K₂ gemäß (5)-(5.1.1) unterworfen
werden.
Die vorerwähnten Teiltransformationen stellen selbst
verständlich keinerlei Beschränkung der Erfindung, son
dern ausgewählte Schrittbeispiele dafür dar, wie eine
erfindungsgemäß allgemeine Koordinaten-Bildtransforma
tion
A = A₁, A₂ (1)
mit achsorthogonalen Transformationskomponenten
y = A₁(a′, b′) und
z = A₂(a′, b′) (1.1)
z = A₂(a′, b′) (1.1)
als "Über-Alles-Schritt" der Reallokation
(zeigt auf)
FM(a′, b′) - - - A₁, A₂ → FV(y,z) (1.2)
FM(a′ , b′) = FV [A₁(a′, b′), A₂(a′, b′)] (1.3)
FM(a′, b′) - - - A₁, A₂ → FV(y,z) (1.2)
FM(a′ , b′) = FV [A₁(a′, b′), A₂(a′, b′)] (1.3)
im Detail gestaltet werden kann, wobei in dieser all
gemeinen Beschreibung des Verfahrens FM dem "F-Wert"
(wenigstens Helligkeit in einem Schwarz/Weiß-System,
bevorzugt aber auch Farbsättigung und Farbart oder
RGB-Wert) eines Bildpunktes in der a′/b′-Bildebene
auf dem Bildschirm und FV dem "F-Wert" (wenigstens
Helligkeit in einem Schwarz/Weiß-System, bevorzugt
aber auch Farbsättigung und Farbart oder RGB-Wert)
eines Bildpunktes in der y/z-DELTA-Ebene auf dem Sen
sorchip der Kamera entspricht und die Transformatio
nen A₁ und A₂ angeben, von welchen Koordinaten (y, z)
auf dem Bildsensor in der Kamera der aktuell bei den
Koordinaten (a′, b′) auf dem Bildschirm zu schreibende
F-Wert "abzuleiten¹′ ist. Die unter (2.3), (3.3) und
(4.3) angegebenen Gesamttransformationen G₁, G₂ sind
also beispielhafte Spezial- bzw. Sonderfälle der vor
genannten allgemeinen Transformation A₁, A₂.
Eine solche festzuverdrahtende Allokationstransfor
mation wird in der Regel außer der spezifischen un
erwünschten Abbildungsverzeichnung auch die Bildfeld
parameter des Bildsensors und des Bildschirmes (Bild
seitenverhältnisse bzw. horizontale und vertikale In
frame Nutzpixelzahl) miteinschließen und in der Praxis
vorteilhaft so ausgelegt werden, daß sie wenigstens
eine Kategorie der Mehrzahl von objektivbedingt spe
zifischen geometrisch-optischen Verzeichnungen des real
erhältlichen Objektraumbildes von der gewünschten Ob
jektraumdarstellung optimal korrigiert, wobei die Kate
gorien bei verschiedenstufigen Korrektionen auch wech
seln können.
In jedem Falle bleibt der immanente Verfahrensvorteil
wirksam, daß die Kompensation von Abbildungsunzuläng
lichkeiten durch Pixelreallokation sog. "unbestimmte
Pixel" auf dem Bildschirm und alle damit auftretenden
Folgeprobleme vermeidet und somit kein Aufwand für
elektronischen Mittel zur Füllung oder Interpolation
"wertloser" Pixel getrieben werden muß.
Es versteht sich von selbst, daß der Gegenstand der
Erfindung weder bezüglich des Verfahrens noch bezüg
lich der Vorrichtung verlassen wird, wenn beispiels
weise eine vereinfachte Schwarz/Weiß-Übertragungs
technik zum Einsatz gelangt und sich die F-Werte
in diesem Falle dann auf Helligkeitspegelwerte
reduzieren.
Das Verfahren öffnet damit einen Weg, Vorrichtungen
zur Visualisierung eines nicht unmittelbar einseh
barer Überwachungsraumes mit in Echtzeit arbeiten
den Bildsignalverarbeitungseinrichtungen mit gerin
gem Aufwand schnell arbeitend, klein bauend und
preisgünstig zu realisieren. Entsprechende Vorrich
tungen eignen sich z. B. auch für die Einsicht von
Passways in Passenger-Terminals, von tieferliegen
den Durchtritträumen bei einem POS-Terminals, etc.,
wo im Einzelfall freilich andere Bildentzerrungen
als bei einem Fahrzeug notwendig oder zweckmäßig
sein können.
Claims (20)
1. Verfahren zur Visualisierung eines nicht unmittel
bar einsehbaren Überwachungsraumes insbesondere bei einem
Fahrzeug, bei welchem Verfahren eine dem Überwachungsraum
zugeordnete Videokamera und, davon abgesetzt, ein in einem
Beobachtungsraum angeordneter Bildschirm zur Anwendung
gelangt, wobei zwischen Videokamera und Bildschirm eine
Signalübertragung erfolgt und der Überwachungsraum ver
mittels des Objektivs der Videokamera auf einem Bild
sensor optisch abgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß in der Kamera als Objektiv ein Extrem-Weitwin kelobjektiv und als Bildsensor ein Halbleiter-Bildsen sor mit einer ersten definierten, in Zeilen und Spal ten definiert angeordneten Anzahl von Pixeln (Bildfeld parameter des Sensors) und als Bildschirm ein solcher mit einer zweiten definierten, in Zeilen und Spalten definiert angeordneten Anzahl von Pixeln (Bildfeldpa rameter des Bildschirms) verwendet wird;
- - daß entsprechend der Objektraumabbildung DELTA in der Real-Bildebene auf dem Bildsensor jedem DELTA- Pixel (y, z) entsprechend der ersten Zahl von Sensor- Pixeln ein wenigstens die Helligkeit, vorzugsweise aber auch die Farbart, Helligkeit und Farbsättigung oder RGB-Werte beschreibender Wert FV und in der Dar stellungsbildebene auf dem Bildschirm jedem Schirmbild- Pixel (a′,b′) aus besagter zweiten Zahl von Pixeln ein entsprechender Wert FM zugeordnet wird,
- - daß der Wert FM eines jeden aktuell zu schreiben
den Schirmbild-Pixels vom Wert FV desjenigen Sensor-
Pixels abgeleitet wird, auf welches das Schirmbild-
Pixel vermöge der Transformation
A = A₁, A₂mit der Transformationsvorschrifty = A₁(a′, b′) und
z = A₂(a′, b′)zeigt gemäßFM(a′, b′) - - - A₁, A₂ → FV(y,z) ,
FM(a′, b′) = FV[A₁(a′, b′), A₂(a′, b′)], und - - daß diese Zuordnung in Echtzeit vermittels einer gemäß der Transformationsvorschrift festverdrahteten Halbleiterlogik geschieht und die Bildtransformation auf der Basis der Bildfeldparameter sowohl des Bild sensors als auch des Bildschirmes wenigstens eine Kate gorie der objektivbedingt spezifischen geometrisch optischen Verzeichnung des realen Objektraumbildes (auf dem Bildsensor) von der gewünschten Objektraumdarstel lung (auf dem Bildschirm) durch Veränderung der Zuord nung von Sensor-Pixeln zu Bildschirm-Pixeln korrigiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die vorgenannte Bildtransformation wenigstens
einen Streckenentzerrungsschritt umfaßt dergestalt, daß
der Wert FE eines jeden Pixels (y′, z′) des streckenent
zerrten Bildes E vom Wert FV desjenigen DELTA-Pixels (y,
z) abgeleitet wird, auf welches das E-Pixel vermöge der
Transformation
E = E₁, E₂gemäß der Transformationsvorschrifty = E₁(y′, z′; k₁, . . . kn),
z = E₂(y′, z′; k₁, . . . kn)zeigt gemäßFE(y′, z′) - - - E₁, E₂ → FV (y, z),wobei mit k₁, . . . kn als Parameter der realen Sensorstrecke Objektiv - Bildsensor - Digitalisierer (1.5, 1.2, 1.3) und E₁ und E₂ als eineindeutig und stetig differenzier baren Objektivbeschreibungsfunktionen, die im Hinblick auf die definierte Sensor-Pixelordnung wenigstens an entsprechenden diskreten Stellen definiert sind bzw. wertmäßig vorliegen
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Bildtransformation des weiteren wenigstens
einen Winkelentzerrungsschritt umfaßt dergestalt, daß der
Wert FW eines jeden Pixels (α, β) eines winkel
entzerrten Bildes W vom Wert FV desjenigen
DELTA-Pixels (y, z) abgeleitet wird, auf welches das
Pixel des Bildes W vermöge der Koordinaten-
Bildtransformation mit der Teiltransformation
W = W₁, W₂gemäß der Koordinaten-Bialdtransformationsvorschrifty = E₁[W₁(α, β), W₂(α, β); k₁, . . . kn]
z = E₂[W₁(α, β), W₂(α, β); k₁, . . . kn]zeigt gemäßFW(α, β) - - - W₁, W₂ → FE(y′, z′) - - - E₁, E₂ → FV(y, z),
wobei
4. Verfahren gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Videokamera gegenüber der Vertikalen unter
einem Anstellwinkel Φ fest betrieben wird und die Bild
transformation einen Schritt zur perspektivischen Trans
formation in ein Vertikalbild umfaßt dergestalt, daß der
Wert FK eines jeden Pixels (α′, β′) des perspektivisch
korrigierten (Vertikal-)Bildes K vom Wert FW desjenigen
Pixels (α, β) des (perspektivisch nicht korrigierten Bil
des W abgeleitet wird, auf welches das Pixel (α′, β′)
vermöge der Transformation
K = K₁, K₂gemäß der Transformationsvorschrift
zeigt, oder vom F-Wert desjenigen Bildpunktes FV(y, z)
im ursprünglich verzeichneten Real-Bild DELTA abgeleitet
wird, auf welches das Pixel (α′, β′) vermöge der Koordi
naten-Bildtransformationy = E₁[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn],
z = E₂[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn]zeigt gemäß
5. Verfahren gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Videokamera gegenüber der Vertikalen unter
einem Blickwinkel Φ betrieben wird und die Bildtransfor
mation einen Schritt zur perspektivischen Transformation
in ein Horizontalbild umfaßt dergestalt, daß der Wert FK
eines jeden Pixels (α′, β′) des perspektivisch korrigierten
(Horizontal-)Bildes K vom Wert FW desjenigen Pixels (α, β)
des (perspektivisch nicht korrigierten Bildes W abgeleitet
wird, auf welches das Pixel (α′, β′) vermöge der Trans
formation
K = K₁, K₂gemäß der Transformationsvorschrift
zeigt, oder vom F-Wert desjenigen Bildpunktes FV(y, z)
im ursprünglich verzeichneten Real-Bild DELTA abgeleitet
wird, auf welches das Pixel (a′, b′) vermöge der Koordi
naten-Bildtransformationy = E₁[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn],
z = E₂[W₁[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)],
W₂[K₁(α′, β′), K₂(α′, β′)]; k₁, . . . kn]zeigt gemäß
6. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Bild W zur Darstellung gelangt.
7. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Bild W nur fiktiv als (elektronisches) Zwischenbild existiert und als solches vor einer Dar stellung auf dem Bildschirm in wenigstens einem wei teren Verfahrensschritt weiterbearbeitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Ausführung der Transformation K optional vorgesehen und aus dem bildschirmnahen Beobachtungsraum wahlfrei aufrufbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Ausführung der Transformation K optional vorgesehen und aus dem bildschirmnahen Beobachtungsraum wahlfrei aufrufbar ist.
10. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1
bei einem Fahrzeug.
11. Vorrichtung zur Visualisierung eines nicht unmit
telbar einsehbaren Überwachungsraumes, mit einer dem
Überwachungsraum zugeordneten Videokamera und davon
abgesetzt einem in einem Beobachtungsraum angeordne
ten Bildschirm, wobei zwischen Videokamera und Bild
schirm eine Signalübertragungsstrecke angeordnet ist
und der Überwachungsraum vermittels des Objektivs der
Videokamera auf einem Bildsensor optisch abgebildet
wird,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Videokamera eine Einrichtung zur digita lisierten Übertragung der Bildinformation über die Signalübertragungsstrecke umfaßt und eine gegenüber der Vertikalen um einen Anstellwinkel Φ geneigte Orientierung ihrer optischen Achse (Blickrichtung) hat,
- - daß es sich bei dem Objektiv der Videokamera um ein solches von extremer Weitwinkligkeit handelt und als Bildsensor ein Halbleiter-Bildsensor mit einer ersten definierten, in Zeilen und Spalten definiert angeordneten Anzahl von Pixeln (Bildfeldparameter des Sensors) und als Bildschirm ein solcher mit einer zwei ten definierten, in Zeilen und Spalten definiert ange ordneten Anzahl von Pixeln (Bildfeldparameter des Bild schirms) vorgesehen ist,
- - daß in der Signalübertragungsstrecke zwischen Videokamera und Bildschirm eine Bildsignalverarbei tungseinrichtung vorgesehen ist, welche einen Mikro rechner und einen RAM-Bereich und damit verbunden wenigstens eine anwendungsspezifische Halbleiter schaltkreisfunktion (ASIC) umfaßt, innerhalb welcher unter Zeitablaufsteuerung durch den Mikrorechner eine geometrische Entzerrung des auf dem Bildsensor erzeug ten Objektraumbildes in ein einer gewünschten Darstel lungsform näher kommendes Schirmbild durch eine pixel weise inkrementelle, auf die Abbildungseigenschaften des Objektiv abgestimmt festverdrahtete Veränderung der Zuordnung von auf dem Bildsensor und dem Bildschirm einander entsprechenden Pixeln im Sinne einer Umsor tierung möglich ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß in dem RAM-Bereich zum Zwecke der inkremen tellen Umsortierung von Pixeln wenigstens ein Teil eines vollen Sensorbildes, beispielsweise ein Halb bild, zwischenspeicherbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß sie zwei funktionell voneinander getrennte anwendungsspezifische Halbleiterschaltkreisfunktio nen (ASIC-Bereiche 4.1 und 4.2) umfaßt, wobei die eine die besagte Umsortierung und die andere die Generation eines digitalen RGB-Video-Ausgangssig nals für den Bildschirm leistet.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß in dem eine Umsortierung leistenden ASIC- Bereich wenigstens zwei verschiedenen Transformations stufen entsprechende und dementsprechend unterschiedli che Umsortierungen bewirkende "Verdrahtungsschemen" selektiv aktivierbar verwirklicht sind und in Abhän gigkeit von einem Selektionssignal jeweils eines davon wirksam ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Mikrorechner ausschließlich Steuer funktionen und keine Verarbeitungsfunktion bezüg lich Bildinhalt und -geometrie erfüllt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß sie Mittel umfaßt, welche bei Nichtgebrauch wenigstens das Objektiv der Videokamera abdecken und zwecks Gebrauch der letzteren in eine definierte Ar beitsposition verbringbar sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß sie Mittel umfaßt, welche bei Nichtgebrauch die Videokamera in eine geschützte Ruhelage und zwecks Gebrauch dieselbe in eine definierte Betriebslage ver bringen.
18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Videokamera wenigstens schwenkbar ange ordnet ist derart, daß sie im Ruhezustand innerhalb der Hüllkontur desjenigen Objektes liegt, in welchem der Beobachtungsraum sich befindet.
19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß es sich bei dem Objekt um ein Fahrzeug handelt.
20. Vorrichtung gemäß Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß sie im Heck des Fahrzeugs angeordnet ist und Mittel umfaßt, welche eine selbsttätige Verbringung der Videokamera in ihre Gebrauchslage bei Einlegen des Rück wärtsganges bewirken.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19539642A DE19539642A1 (de) | 1995-10-25 | 1995-10-25 | Verfahren zur Visualisierung eines nicht unmittelbar einsehbaren Überwachungsraumes insbesondere bei einem Fahrzeug, und Vorrichtung zur Visualisierung eines nicht unmittelbar einsehbaren Überwachungsraumes |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19539642A DE19539642A1 (de) | 1995-10-25 | 1995-10-25 | Verfahren zur Visualisierung eines nicht unmittelbar einsehbaren Überwachungsraumes insbesondere bei einem Fahrzeug, und Vorrichtung zur Visualisierung eines nicht unmittelbar einsehbaren Überwachungsraumes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19539642A1 true DE19539642A1 (de) | 1996-11-14 |
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ID=7775693
Family Applications (1)
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