DE4111993A1 - Kamera fuer ein bildverarbeitungssystem, insbesondere zur erfassung einer vor einem fahrzeug liegenden fahrstrecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kamera gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Betrachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich zur Erfassung von Verlauf und Objekten auf einer vor einem Kraftfahrzeug liegenden Straßenstrecke, so ist erforderlich, zur einwandfreien Erkennung von Hindernissen und anderen Objekten mit einer relativ großen Brennweite und zur Erfassung des allgemeinen Verlaufs und der näheren Umgebung der Fahrstrecke mit einer relativ kleinen Brennweite (Weitwinkel­ effekt) zu arbeiten. Die einfachste Lösung dieses Problems besteht darin, zwei getrennte Kameras vorzusehen, von denen die eine mit einem Teleobjektiv und die andere mit einem Weit­ winkelobjektiv ausgerüstet ist. Abgesehen davon, daß ein der­ artiger Aufwand schon aus Platz- und Kostengründen zumindest für einen serienmäßigen Einsatz einer derartigen Anordnung in Fahrzeugen nicht geeignet ist, müssen auch getrennte Auswerte­ schaltungen zur Erzeugung der Bilder vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kamera zu schaffen, die bei geringem konstruktiven und platz­ mäßigen Aufwand sowohl ein telezentrisches Bild der Fahrstrecke selbst als auch ein Weitwinkel-Bild des Verlaufs von Fahrstrecke nebst Umgebung für eine nachgeschaltete Auswerteeinrichtung zu erzeugen gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Erfindung wird also in vorteilhafter Weise durch ent­ sprechende Ausbildung des Vorsatzes ein und derselbe Empfänger mit zwei Bildern bzw. mit Bildelementen beaufschlagt, die teils durch einen telezentrischen, teils durch einen Weitwinkel-Strahlen­ gang erzeugt sind. Dies kann gemäß den Ansprüchen 2 und 3 durch Verwendung von optischen Elementen - Objektiven bzw. Linsen, Spiegeln - geschehen, deren Abbildungseigenschaften, d. h. deren Brennweite, über ihren Querschnitt betrachtet nicht konstant sind, sondern einer Funktion folgen, die den erwünschten zentralen telezentrischen Strahlengang sowie den ebenfalls erwünschten äußeren Weitwinkelstrahlengang sicherstellen.

Eine hinsichtlich des Herstellungsaufwands für die erforderliche Genauigkeit besonders günstige Ausführungsform der Erfindung ist jedoch im Anspruch 4 beschrieben. Hier werden durch kom­ plementäre Streifenfilter, von denen jedes einem Teleobjektiv bzw. einem Weitwinkelobjektiv nachgeschaltet ist, komplementäre, d. h. abwechselnd aufeinander folgende Streifen aus dem jeweiligen Bild ausgeblendet, und die durchgelassenen streifenförmigen Bildelemente werden über Umlenkspiegel und Sammellinsen auf ein und denselben Empfänger der Kamera geworfen, in dem die Bildelemente abgetastet und als elektrische Signale in eine Verarbeitungseinheit geleitet werden. Verständlicherweise ist es auch möglich, die Bildelemente zu jeweils einem dann in einer Richtung, vorzugsweise in senkrechter Richtung, gleichsam zusammengestauchten Tele- und Weitwinkelbild zusammenzusetzen, wobei man dann einen Auflösungsverlust in Kauf nimmt. Die Streifen­ filter können auch sehr fein ausgeführt sein; die Grenze der Streifenbreite ist durch die Notwendigkeit der Ausblendung jeweils zumindest einer Abtastzeile beim Empfänger gegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren schematisch mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergeben.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist dort lediglich der Verlauf der Brennweite f über dem Querschnitt q einer kombinierten Tele-Weitwinkel-Objektivlinse einer Kamera wiedergegeben. Wie man erkennt, besitzt die Brennweite f ihr Maximum im Bereich der Mittelachse m der Objektivlinse und fällt dann nach beiden Seiten in einer horizontalen Ebene kontinuierlich auf einen Wert ab, der der gewünschten Weitwinkelwirkung des Objektivs entspricht.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Kamera sowie des vor dem Fahrzeug liegenden Bereichs einer Straße 1. Die eigentliche Kamera, enthaltend im wesentlichen einen CCD-Bildsensor als Empfänger sowie einen hier durch einen speziell geformten Spiegel 2 enthaltenden Vorsatz, ist allgemein bei 3 angedeutet. Wie Fig. 2 zeigt, erfaßt der Spiegel 2 in dieser Seitenansicht einen vor dem Fahrzeug liegenden Bereich der Straße 1. Gemäß Fig. 3 besitzt der Spiegel 2 in Draufsicht betrachtet eine solche Form, daß ein mittlerer Bereich 4 gleich­ sam ein Telebild nur der Fahrstrecke auf den Empfänger wirft, während seitlich davon befindliche Bereiche 5 und 6 so gewölbt sind, daß auf denselben Kameraempfänger Weitwinkelbilder der Randbereiche der Fahrstrecke einschließlich der näheren Umgebung derselben projiziert werden.

Während die beiden bisher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zwar getrennte Objektive für den telezentrischen und den Weitwinkel-Strahlengang vermeiden, dafür aber einen relativ großen Herstellungsaufwand für die zur Erzeugung der beiden Strahlengänge dienenden optischen Mittel - Linsen, Spiegel - erfordern, verwendet das nunmehr anhand der Fig. 4, 5 und 6 zu beschreibende Ausführungsbeispiel der Erfindung zwei Objektive, nämlich ein Teleobjektiv 10 und ein Weitwinkelobjektiv 11, die in paralleler Anordnung am Vorsatzgehäuse 12 gehalten sind, das bei 13 zum Anschluß der demgemäß den Empfänger, hier wiederum einen CCD-Sensor, enthaltenden eigentlichen Kamera eingerichtet ist. Im Wege des Strahlengangs jedes der beiden Objektive 10 und 11 ist ein Streifenfilter 14 bzw. 15 angeordnet, die mit komplementär zueinander verlaufenden Streifen versehen sind. Dies zeigt ein Vergleich der Fig. 5 und 6, von denen Fig. 5 den Streifenverlauf des Filters 14, dagegen Fig. 6 den Streifen­ verlauf des Filters 15 wiedergibt. Wie man erkennt, sind die hellen, durchlässigen Filterbereiche bzw. die schraffierten, undurchlässigen Filterbereiche der beiden Filter 14 und 15 in den Fig. 5 und 6 gegeneinander vertauscht.

Die so gewonnenen Streifenbilder werden über Umlenkspiegel 16, 17, 18 und 19 gleichsam zusammengefaßt und über die Sammellinse 20 auf den bei 21 angedeuteten CCD-Sensor gelenkt. Durch übliche zeilenweise Abtastung des Empfängers parallel zu den Bildstreifen werden diese in elektrische Signale umgesetzt, die in einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung verarbeitet werden.

Mit der Erfindung sind demgemäß den Aufwand von zwei getrennten Kameras vermeidende Möglichkeiten zur gleichzeitigen Erfassung eines Objekts mit einem telezentrischen und einem Weitwinkel- Strahlengang geschaffen.

Claims (4)

1. Kamera für ein Bildverarbeitungssystem, insbesondere zur Erfassung einer vor einem Fahrzeug liegenden Fahrstrecke, mit einem Empfänger mit Bildabtastung und einem diesem vor­ geschalteten, Linsen enthaltenden lichtoptischen Vorsatz, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtoptische Vorsatz zur gleichzeitigen Erzeugung von Bildelementen auf dem Empfänger (21) mit telezentrischem und Weitwinkel-Strahlengang eingerich­ tet ist.

2. Kamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Objektiv, dessen Brennweite (f) von einem zentralen telezentrischen Bereich nach außen kontinuierlich abnimmt.

3. Kamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zur Erzeugung beider Strahlengänge gewölbten Spiegel (2).

4. Kamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch individuelle parallel angeordnete Objektive (11, 12) für die beiden Strahlen­ gänge, denen komplementäre Streifenbilder erzeugende Streifen­ filter (14, 15) sowie Umlenkspiegel (16, 17, 18, 19) nachge­ schaltet sind.