DE10303013A1

DE10303013A1 - Fahrzeug mit einer katadioptrischen Kamera

Info

Publication number: DE10303013A1
Application number: DE10303013A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr.-Ing. Franke; Alexander Dipl.-Phys. Würz-Wessel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12
Also published as: WO2004068440A1; US20060078328A1; JP2006516501A; EP1588341A1; US7499644B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit mindestens einer an dem Fahrzeug angebrachten katadioptrischen Kamera (2), welche eine optische Achse (5) und wenigstens einen ersten auf der optischen Achse angeordneten Spiegel (6) aufweist. Dabei ist die optische Achse (5) der Kamera (2) zu einer Vertikalen (9) geneigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens einer an dem Fahrzeug angebrachten katadioptrischen Kamera. Dabei handelt es sich um eine Kamera, bei der wenigstens ein gekrümmter auf der optischen Achse der Kamera angeordneter Spiegel als bildgebendes Element eingesetzt wird. Die Kamera ermöglicht eine panoramische Rundumsicht in Richtungen quer zur optischen Achse mit einem diesbezüglichen Azimutwinkel von bis zu 360°. Erfindungsgemäß wird die katadioptrische Kamera vorzugsweise zur Überwachung des Rück- und Frontraumes des Fahrzeuges eingesetzt.
Entlang der optischen Achse ist das Blickfeld einer katadioptrischen Kamera in beide Richtungen durch kegelförmige tote Bereiche begrenzt. Die Begrenzung des Blickfeldes bzw. der Öffnungswinkel eines solchen Kegels ergibt sich durch die Ausgestaltung der Kamera selbst, wie die räumliche Ausdehnung und Anordnung der bildgebenden Elemente.

Die EP 1 197 937 A1 bezieht sich auf ein Raumüberwachungssystem für ein Fahrzeug, das eine katadioptrische Kamera mit vertikal orientierter optischer Achse umfasst. Auf ein ebensolches Raumüberwachungssystem bezieht sich auch die EP 1 158 473 A2 .

Die toten Bereiche einer katadioptrischen Kamera können nicht beliebig klein gemacht werden, so dass in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugs Bereiche existieren, die mit diesen bekannten Raumüberwachungssystemen nicht eingesehen werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit mindestens einer an dem Fahrzeug angebrachten katadioptrischen Kamera bereitzustellen, das eine verbesserte Raumüberwachung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit einem Fahrzeug nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.

Demnach wird ein Fahrzeug mit mindestens einer an dem Fahrzeug angebrachten katadioptrischen Kamera bereitgestellt, welche eine optische Achse und wenigstens einen ersten auf der optischen Achse angeordneten Spiegel aufweist. Dabei ist die optische Achse der Kamera zu einer Vertikalen geneigt. Dies hat den Vorteil, dass die Kamera auch Raumbereiche, insbesondere Fahrbahnoberflächen in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugs, beobachten kann, die bei einer vertikalen Anordnung ihrer optischen Achse in die toten Bereiche der Kamera fallen würden. Vorzugsweise ist die Schrägstellung so gewählt, dass einer der toten Bereiche vollständig von dem Fahrzeug ausgefüllt ist.

Wenn die optische Achse der katadioptrischen Kamera um einen Winkel α zu der Vertikalen geneigt ist und der einen oberen toten Bereich bildende Kegel einen Öffnungswinkel β hat, ist bevorzugt, dass die Winkel α und β folgende Ungleichung erfüllen: β < 90°–α. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Blickfeld der Kamera stets eine Horizontale umfasst, so dass in Richtung dieser Horizontalen auch weit entfernte Objekte erfasst werden können.

Der Öffnungswinkel des den zweiten oder unteren toten Bereich bildenden Kegels ist mit χ bezeichnet. Dieser tote Bereich ist im Allgemeinen wenigstens zum Teil vom Fahrzeug selbst ausgefüllt. Erfindungsgemäß ist dieser Öffnungswinkel χ vor zugsweise größer als der Winkel α. Hierdurch wird vermieden, dass die Kamera unnötig große Flächen des Fahrzeuges erfasst, die zu beobachten im allgemeinen nicht von Interesse sind.

Vorzugsweise erfüllen die Winkel χ und α folgende Ungleichung: χ < α+30°. Damit wird einerseits sicher gestellt, dass das Blickfeld der Kamera weit nach unten gerichtet ist, sodass beispielsweise die Stoßstangen des Fahrzeuges im Blickfeld der Kamera liegen, aber andererseits, wie bereits vorstehend erwähnt, auch nicht unnötig große Flächen des Fahrzeuges, wie Front- oder Heckflächen, mit erfasst werden.

Vorzugsweise ist an dem Fahrzeug an seinem Bug und/oder seinem Heck eine katadioptrische Kamera montiert. Hierdurch wird die Überwachung des Rück- und Frontraumes des Fahrzeuges ermöglicht. Dies ist insbesondere beim Einparken des Fahrzeuges von Bedeutung. Die katadioptrische Kamera kann dabei an der Motorabdeckhaube, an dem Kofferraumdeckel, an den Stoßstangen oder an der Karosserie oberhalb der Stoßstangen montiert sein.

Werden die Winkel α, β und χ wie angegeben gewählt, so liegt im Blickfeld der katadioptrischen Kamera, die an dem Bug oder Heck des Fahrzeuges montiert ist, einerseits die Stoßstange des Fahrzeuges als auch eine Horizontale. Damit ist eine optimale Überwachung der Umgebung eines Fahrzeuges möglich, insbesondere wenn beim Einparken der Raum vor bzw. hinter dem Fahrzeug überwacht werden soll.

Es ist jedoch auch möglich, falls eine seitliche Umgebung des Fahrzeuges beobachtet werden soll, die katadioptrische Kamera an der seitlichen Karosserie des Fahrzeugs anzubringen oder beispielsweise in den äußeren Rückspiegeln zu integrieren.

Vorzugsweise weist das Fahrzeug eine Einrichtung zum Ein- und Ausfahren der katadioptrischen Kamera auf.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug weist die katadioptrische Kamera vorzugsweise einen zweiten Spiegel auf, der auf der optischen Achse dem ersten Spiegel gegenüberliegend angeordnet ist. Eine derartige katadioptrische Kamera mit zwei Spiegeloberflächen ist beispielsweise in der WO 00/41024 beschrieben.

Die vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft anhand der folgenden Figuren weiter erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges 1;
2 eine schematische Draufsicht auf das Fahrzeug 1 nach 1;
3 eine Skizze einer Ausgestaltung einer katadioptrischen Kamera 2;
4 eine Skizze einer weiteren Ausgestaltung einer katadioptrischen Kamera 2;
5 eine Skizze zur Erläuterung des Blickfeldes der heckseitigen katadioptrischen Kamera 2 der 1 und 2.
1 und 2 zeigen in Seitenansicht und in Draufsicht eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges 1 mit einer Motorhaube 3, einem Kofferraumdeckel 4 und Stoßstangen 15. Das Fahrzeug 1 weist zwei katadioptrische Kameras 2 auf. Eine der Kameras 2 ist an der Motorhaube 3 des Fahrzeuges und die andere Kamera 2 an dem Kofferraumdeckel 4 des Fahrzeuges jeweils an einer randnahen Position montiert. Die Kameras könnten jedoch auch an den Stoßstangen 15 angebracht sein. Die Kameras 2 weisen jeweils eine optische Achse 5 auf. Die von den Kameras 2 gelieferten Aufnahmen werden verarbeitet und ein daraus resultierendes Bild dem Fahrer des Fahrzeuges 1 über eine nicht dargestellte Bildschirmeinrichtung bereitgestellt. Die von den Kameras 2 gelieferten Aufnahmen können jedoch auch zur automatischen Bestimmung des Abstandes des Fahrzeugs 1 von benachbarten Fahrzeugen oder Hindernissen, z. B. mit Hilfe eines geeignet programmierten Mikroprozessors, verwendet werden.
Das Fahrzeug 1 weist des weiteren nicht dargestellte Einrichtungen zum Ein- und Ausfahren der Kameras 2 auf . Werden die Kameras 2 nicht benötigt, so können sie vollständig eingefahren werden, so dass sie nicht mehr von den Oberflächen der Motorhaube 3 und des Kofferraumdeckels 4 hervorragen. Durch eine nicht dargestellte Abdeckung werden die Kameras 2 im eingefahrenen Zustand vor Schmutz- und Wettereinflüssen geschützt. Die Einfahrbarkeit der Kameras 2 besitzt auch den Vorteil, dass sie beim Fahren des Fahrzeuges 1 mit höherer Geschwindigkeit vor dem Fahrtwind geschützt werden. Außerdem stören sie im eingefahrenen Zustand das ästhetische Bild des Fahrzeuges 1 nicht. werden die Kameras 2 beispielsweise als Hilfe beim Einparken benötigt, können diese mit Hilfe der vorgenannten Einrichtung ausgefahren werden.
Die 3 und 4 zeigen in geschnittener Ansicht zwei Ausgestaltungen von katadioptrischen Kameras 2, die das erfindungsgemäße Fahrzeug aufweisen kann. Auf der optischen Achse 5 jeder Kamera 2 befindet sich mindestens ein erster Spiegel 6. Der erste Spiegel 6 weist eine hyperboloide Spiegelfläche auf. Es kann sich jedoch auch um eine sphärische, ellipsoide, oder paraboloide Spiegelfläche handeln. Die Bezugsziffer 7 bezeichnet eine Linse 7. Die in 4 gezeigte Kamera 2 weist noch einen weiteren, zweiten Spiegel 8 auf, der auf der optischen Achse 5 dem ersten Spiegel 6 gegenüberliegt. Der Spiegel 8 weist ebenfalls eine hyperboloide Spiegelfläche auf. Es kann sich jedoch auch um eine ellipsoide, paraboloide oder planare Spiegelfläche handeln. Die Linse 7 ist in eine zentrale Bohrung dieses Spiegels 8 eingefügt. Auf einer Bildebene 11 wird das von der Kamera 2 erfasste Blickfeld abgebildet. Dabei wird ein stark verzerrtes perspektivisches Bild erhalten. Die Verzerrungen werden rechnerisch, z. B. mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Mikroprozessors, korrigiert, um ein Bild zu erhalten, das die erfasste Umgebung des Fahrzeugs weitgehend verzerrungsfrei wiedergibt und das, auf einem Bildschgirm angezeigt, dem Fahrer des Fahrzeugs eine intuitive Beurteilung der Umgebung ermöglicht.
5 zeigt eine Skizze, die das Blickfeld der heckseitigen katadioptrischen Kamera 2 erläutert. Die optische Achse S der Kamera 2 ist um einen Winkel α zu einer Vertikalen 9, die gestrichelt dargestellt ist, geneigt. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet eine Horizontale. Das in der Fig. schraffiert dargestellte Blickfeld der katadioptrischen Kamera 2 wird nach oben hin durch einen ersten auf der optischen Achse 5 liegenden oberen Kegel 12 begrenzt. Dieser besitzt einen Öffnungswinkel β. Die Winkel α und β erfüllen dabei folgende Ungleichung: β < –α. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Blickfeld der Kamera 2 stets die Horizontale 10 einschließt. Nach unten hin ist das Blickfeld der Kamera 2 durch einen zweiten, unteren Kegel 13 begrenzt. Dieser weist einen Öffnungswinkel x auf. Dieser Öffnungswinkel χ braucht nicht kleiner als der Winkel α zu sein, denn χ = α würde dem Fall entsprechen, dass die Kamera vertikal nach unten blicken kann. In den meisten praktisch relevanten Einbausituationen werden sich aber vertikal unter der Kamera Teile des Fahrzeugs befinden, die zu beobachten nicht von Interesse ist. Andererseits sollte χ auch nicht größer sein als α+30°. Damit wird erreicht, dass das Blickfeld der Kamera so steil nach unten reicht, dass die Stoßstange 15 noch darin liegt und Gegenstände auf der Fahrbahn auch in einer geringen Entfernung von der Stoßstange 15 des Fahrzeugs 1 noch erfasst werden können.
In Azimutrichtung erstreckt sich das Blickfeld der Kamera 2 über einen Winkel δ von 360°, es könnte jedoch auch an der dem Fahrzeug zugewandten Seite, links in 5, unterbrochen sein, ohne die Effektivität der Kamera merklich zu beeinträchtigen.

Claims

Fahrzeug (1) mit mindestens einer an dem Fahrzeug (1) angebrachten katadioptrischen Kamera (2), welche eine optische Achse (5) und wenigstens einen ersten auf der optischen Achse angeordneten Spiegel (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (5) um einen Winkel α zu einer Vertikalen (9) geneigt ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blickfeld durch einen auf die optische Achse (5) zentrierten oberen Kegel (12) mit einem Öffnungswinkel β begrenzt ist, wobei die Winkel α und β folgende Ungleichung erfüllen: β < 90°–α.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blickfeld der katadioptrischen Kamera (2) durch einen auf die optische Achse (5) zentrierten unteren Kegel (13) mit einem Öffnungswinkel χ begrenzt ist, wobei der Öffnungswinkel χ größer ist als der Winkel α.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blickfeld der katadioptrischen Kamera (2) durch einen auf die optische Achse (5) zentrierten unteren Kegel (13) mit einem Öffnungswinkel χ begrenzt ist, wobei die Winkel χ und α folgende Ungleichung erfüllen: χ < α+30°.
Fahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Fahrzeug (1) an seiner Front und/oder seinem Heck eine katadioptrische Kamera (2) montiert ist.
Fahrzeug (11 nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katadioptrische Kamera (2) einen zweiten Spiegel (8) aufweist, der auf der optischen Achse (5) dem ersten Spiegel (6) gegenüberliegend angeordnet ist.