Elektronisches Fahrzeugrückblicksystem Electronic vehicle rearview system
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Fahrzeugrückblicksystem, das aus mindestens zwei Videokameras Bildinformation auf eine Bildanzeigeeinheit übermittelt und eine Panoramaansicht des Fahrzeugrückraumes zur Verfügung stellt.The invention relates to an electronic vehicle rear view system that transmits image information from at least two video cameras to an image display unit and provides a panoramic view of the vehicle rear area.
Bekannte Fahrzeugrückblicksysteme, die gewöhnlich aus einem linken und einem rechten Außenspiegel und einem Fahrzeuginnenspiegel bestehen, weisen verschiedene Nachteile auf: So ist die Sicht häufig beschränkt durch Passagiere auf den Rücksitzen des Fahrzeugs, im Falle eines üblichen Pkw durch die B- und C-Säulen des Fahrzeugs, oder durch hintere Nackenstützen. An prominenter Stelle steht hier der berüchtigte "tote Winkel".Known vehicle rearview systems, which usually consist of a left and a right exterior mirror and an interior vehicle mirror, have various disadvantages: For example, the view is often restricted by passengers in the rear seats of the vehicle, in the case of a conventional car through the B and C pillars of the vehicle Vehicle, or through rear neck supports. The infamous "blind spot" stands prominently here.
Um solche durch Spiegelsysteme nicht oder nur sehr schwer einsehbare Bereiche dennoch einsehen zu kön-
nen, werden Videoüberwachungssysteme eingesetzt, beispielsweise zur Überwachung des Rückraumes von Lastkraftwagen, wobei ein Videobild der nicht einsehbaren Stelle auf eine Anzeigeeinrichtung übertragen wird, die durch den Fahrer oder weitere Personen überwacht werden kann.In order to be able to see areas that are not or only very difficult to see through mirror systems NEN, video surveillance systems are used, for example for monitoring the rear area of trucks, a video image of the non-visible location being transmitted to a display device that can be monitored by the driver or other persons.
Diese Systeme weisen jedoch Nachteile auf: Sollen Bereiche in hoher Detailgenauigkeit dargestellt werden, so ist der darstellbare Blickwinkel und somit der darstellbare Bildbereich relativ gering. Wird der Blickwinkel der Kamera stark erweitert, wie etwa durch Einsatz eines "Fischauge"-Objektivs, so ist die Darstellung in den Randbereichen des Blickfeldes sehr detailarm.However, these systems have disadvantages: If areas are to be displayed with a high degree of detail, the displayable viewing angle and thus the displayable image area is relatively small. If the viewing angle of the camera is greatly expanded, such as by using a "fisheye" lens, the display in the peripheral areas of the field of view is very poor in detail.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung stellen, die ein Panoramagesamtbild des Fahrzeugrückraumes bereit- stellen, das einen weiten Blickwinkel aufweist, also der gleichzeitig erfaßte Blickraum sehr groß ist und insbesondere die "toten Winkel" des Fahrzeugrückraumes erfaßt und dabei gleichzeitig in allen Bildbereichen eine hohe Detailgenauigkeit aufweist.The invention is based on the object of providing a device and a method which provide an overall panoramic image of the vehicle rear area which has a wide viewing angle, that is to say the viewing area recorded at the same time is very large and in particular detects the "blind spots" of the vehicle rear area and has a high level of detail in all areas of the image.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeugrückblicksystem als Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst.This object is achieved according to the invention by a vehicle rear view system as a device according to claim 1 and a method according to claim 17.
Durch die Verwendung zweier oder mehr Videokameras, die jeweils um dieselbe Achse zueinander gedreht sind, so daß der darzustellende Fahrzeugrückraum in benachbarten Bildern erfaßt wird, die sich jeweils überschneiden, wird ein weites Blickfeld erfaßt und dabei eine gleichmäßig gute Bildauflösung erzielt.By using two or more video cameras, which are each rotated about the same axis with respect to one another, so that the vehicle rear space to be displayed is captured in neighboring images that overlap each other, a wide field of view is captured and a uniformly good image resolution is achieved in the process.
Unter Videokamera ist vorliegend ein beliebiger Bild-
sensor, der beispielsweise mit einem Linsensystem ausgerüstet sein kann, zu verstehen.Under video camera there is any image sensor, which can be equipped with a lens system, for example.
Die vorgesehenen digitalen Bildverarbeitungsmittel erlauben es, aus diesen benachbarten und sich überschneidenden Videobildern ein Panorama-Gesamtbild zu erzeugen und auf der Bild-Anzeigeeinheit darzustellen, wobei das Panorama-Gesamtbild eine zeitkontinuierliche und quasi verzögerungsfreie Gesamtdarstel- lung des Geschehens im Fahrzeugrückraum ist. Durch diese Eigenschaften kann das System einen vollständigen Ersatz für konventionelle Fahrzeugrückblicksysteme darstellen, so daß nicht die nur die eingangs beschriebenen Nachteile beseitigt werden, sondern dar- über hinaus bei der Formgestaltung des Fahrzeugs größere Freiheit zur Verfügung steht, so daß etwa durch verbesserte aerodynamische Eigenschaften der Kraftstoffverbrauch verringert werden kann. Ferner wird eine erheblich verbesserte Übersichtlichkeit dadurch erzielt, daß eine Darstellung als Gesamtbild vorliegt, die gegenüber einem konventionellen Fahrzeuginnenrückspiegel einen noch verbesserten Blickraum bereitstellt, und dabei gleichzeitig den Vorteil einer freien Plazierbarkeit der Bildanzeigeeinheit auf- weist.The digital image processing means provided make it possible to generate an overall panorama image from these adjacent and overlapping video images and to display them on the image display unit, the overall panorama image being a time-continuous and quasi-delay-free overall representation of what is happening in the rear of the vehicle. With these properties, the system can be a complete replacement for conventional vehicle rear-view systems, so that not only the disadvantages described at the outset are eliminated, but also greater freedom is available in the design of the vehicle, so that the aerodynamic properties improve Fuel consumption can be reduced. Furthermore, a considerably improved clarity is achieved in that there is a representation as an overall picture, which provides an even better viewing area compared to a conventional vehicle rear-view mirror, and at the same time has the advantage of free placement of the image display unit.
Dadurch, daß die Videokameras in fester räumlicher Zuordnung angeordnet sind, wird der erforderliche Rechenaufwand für die Bildverarbeitungsmittel entschei- dend reduziert; das Gleiche gilt für das Merkmal, daß die Videokameras in direkter Nähe beieinander angeordnet sind, und daß die Videokameras jeweils um dieselbe Achse gedreht sind.The fact that the video cameras are arranged in a fixed spatial assignment significantly reduces the computational effort required for the image processing means; the same applies to the feature that the video cameras are arranged in close proximity to one another and that the video cameras are each rotated about the same axis.
Dieser Umstand ist insbesondere von Wichtigkeit für die vorteilhaften Ausbildungen der Erfindung dahinge-
hend, daß die Bildverarbeitungsmittel so ausgestaltet sind, daß sie die Einzelbilder der mechanisch fest gekoppelten Videokameras nahtlos zu einem Panoramabild aneinanderfügen. Das Gleiche gilt, wenn die Bildverarbeitungsmittel dahingehend vorteilhaft ausgestaltet sind, daß sie vor der Aneinanderfügung der Einzelbilder der Videokameras eine Korrektur der Bildverfälschungen der mechanisch fest gekoppelten Videokameras vornehmen. Diese Verfälschungen umfassen dabei zum einen kamerabedingte, beispielsweise Lin- senverzerrungen, zum anderen anordnungsbedingte, beispielsweise Positionsverschiebungen.This fact is of particular importance for the advantageous embodiments of the invention. hend that the image processing means are designed so that they seamlessly join the individual images of the mechanically coupled video cameras to a panoramic image. The same applies if the image processing means are advantageously designed such that they correct the image distortions of the mechanically firmly coupled video cameras before the individual images of the video cameras are joined together. These falsifications include, on the one hand, camera-related, for example lens distortions, and on the other hand arrangement-related, for example position shifts.
Ferner ist die fest räumliche Zuordnung der Videoka- raeras von Wichtigkeit, wenn die Bildverarbeitungsmittel dahingehend vorteilhaft weitergebildet sind, daß sie Mittel zur Kalibrierung des elektronischen Fahrzeugrückblicksystems aufweisen, d.h. Funktionen bereitstellen, um Objektpunkte des darzustellenden Be- reiches zu Bildpunkten in der Darstellung fest zuzuordnen. Die Funktionalität zur Kalibrierung des Systems ist auch und besonders mit Blick auf die Alterungen der beteiligten Komponenten, insbesondere der Videokameras, bedeutsam und vorteilhaft, da eine Än- derung der Eigenschaften der Komponenten zu einer veränderten Darstellungsgeometrie, d.h. zu einer veränderten Abbildung von Objektpunkten im darzustellenden Bereich zu Bildpunkten in der Darstellung, führt. Eine Kalibrierung, also eine Neuzuordnung von Objekt- punkten zu Bildpunkten, gleicht diese, beispielsweise altersbedingten, Veränderungen aus.Furthermore, the fixed spatial allocation of the video cameras is important if the image processing means are advantageously further developed in such a way that they have means for calibrating the electronic vehicle rear view system, i.e. Provide functions to permanently assign object points of the area to be displayed to pixels in the display. The functionality for calibrating the system is also significant and advantageous, especially with regard to the aging of the components involved, in particular the video cameras, since a change in the properties of the components to a changed display geometry, i.e. leads to a changed mapping of object points in the area to be displayed to pixels in the display. A calibration, ie a reassignment of object points to pixels, compensates for these, for example age-related, changes.
Dadurch, daß in den Bildverarbeitungs itteln Mittel zur Auswahl und/oder Vergrößerung von Ausschnitten des Gesamtbildes vorgesehen sind, also ein Bildaus- schnitt des Fahrzeugrückraumes ausgewählt und näher
herangeholt werden kann aufgrund der durch die Bildverarbeitungsmittel bereitgestellten Funktionalität, kann auf mechanische Komponenten, wie sie etwa für eine Verstellung der Kameraposition und/oder ein Her- anzoomen durch ein optisches Linsensystem benötigt werden, verzichtet werden.The fact that means for selecting and / or enlarging sections of the overall image are provided in the image processing means, that is to say an image section of the vehicle rear area is selected and closer can be fetched due to the functionality provided by the image processing means, mechanical components, such as those required for adjusting the camera position and / or zooming in by an optical lens system, can be dispensed with.
Den Rechenaufwand für die Bildverarbeitungsmittel weiter reduzierend und somit besonders vorteilhaft ist es, die räumlich fest zugeordneten Kameras so zu drehen, daß die Überschneidungen der benachbarten Video-Einzelbilder minimal ist.To further reduce the computational effort for the image processing means, and thus particularly advantageous, it is to rotate the spatially assigned cameras in such a way that the overlap of the adjacent video individual images is minimal.
Im praktischen Einsatz erscheint es weiterhin beson- ders günstig, die Bildverarbeitungsmittel und/oder die Videokamera mit solchen Mitteln zu versehen, die das bereitgestellte Bild auf Umweltlichtverhältnisse, wie etwa Dämmerlicht, Tageslicht, oder auf Blendwirkung, wie sie z.B. durch sich von hinten annähernde Fahrzeuge mit eingeschaltetem Fernlicht entstehen kann, anzupassen. Dazu kann etwa ein sehr großer Dynamikbereich gehören, von über 100 dB, so daß bei sehr starker Helligkeit und/oder Dunkelheit stets gute Erfassungseigenschaften gewährleistet sind.In practical use, it also appears to be particularly favorable to provide the image processing means and / or the video camera with means that adjust the provided image to environmental lighting conditions, such as twilight, daylight, or to glare, such as those e.g. can be caused by vehicles approaching from behind with the high beam switched on. This can include, for example, a very large dynamic range of over 100 dB, so that good detection properties are always guaranteed in the case of very strong brightness and / or darkness.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Fahrzeugrückblicksystems sieht vor, die Bildverarbeitungsmittel so auszugestalten, daß sie zusätzliche Informationen und/oder Bilder weiterer Videokameras, etwa spezielle Ansichten für das Rückwärts-Einparken, in die Gesamtdarstellung einblenden und/oder einbinden.An advantageous further development of the vehicle rear view system provides for the image processing means to be designed in such a way that they display and / or incorporate additional information and / or images from other video cameras, for example special views for reverse parking, into the overall display.
Im praktischen Einsatz eines solchen Fahrzeugrückblicksystems wird das System häufig kostensparend und die technische Realisierung vereinfachend als Subsystem eines übergreifenden Fahrzeugüberwachungs- oder
Fahrzeugmultimediasystems sein.In practical use of such a vehicle review system, the system often becomes cost-saving and simplifies technical implementation as a subsystem of a comprehensive vehicle monitoring or Vehicle multimedia system.
Zur weiteren Ausgestaltung der Bildverarbeitungsmittel ist es kostengünstig und auch technisch vorteil- haft, in den Bildverarbeitungsmitteln erste Prozessormittel vorzusehen, die besonders geeignet sind, die Bilddaten rasch zu verarbeiten und somit die daten- und rechenintensiven Arbeiten auszuführen, und zweite Prozessormittel vorzusehen, die die übrigen Aufgaben, unter anderem auch das eigentliche Zusammenfügen der Bilder, aber auch Teile der oder die vollständige Benutzerinteraktion, ausführen. Besonders eignen sich zum Einsatz als erste Prozessorm.it- tel zur daten- und rechenintensiven Bildverarbeitung DSP-Prozessoren (Digital Signal JProcessing) und als zweites Prozessormittel aufgrund der hohen Verbreitung und einfachen Verfügbarkeit ein Standard-PC- Prozessor.To further develop the image processing means, it is inexpensive and also technically advantageous to provide the first processing means in the image processing means which are particularly suitable for processing the image data quickly and thus performing the data- and computation-intensive work, and providing second processor means for the rest Perform tasks, including the actual merging of the images, but also parts of or the full user interaction. DSP processors (Digital Signal JProcessing) are particularly suitable for use as the first processor means for data and compute-intensive image processing, and a standard PC processor as a second processor means due to the high level of distribution and easy availability.
Um eine besonders geeignete Verbindung zwischen Videokameras, Bildverarbeitungsmitteln und Bildanzeigeeinheit bereitzustellen, eignet sich besonders ein zuverlässiger Hochgeschwindigkeitsdatenbus, der beispielsweise als FireWire- oder CameraLink-Bus ausge- führt sein kann, um den hohen Anforderungen an Verfügbarkeit und Darstellungsgeschwindigkeit, z.B. im Straßenverkehr, gerecht werden zu können.In order to provide a particularly suitable connection between video cameras, image processing means and image display unit, a reliable high-speed data bus, which can be designed, for example, as a FireWire or CameraLink bus, is particularly suitable in order to meet the high demands on availability and display speed, e.g. in traffic, to be able to do justice.
Je nach Größe und Form des Kameragehäuses und/oder der Kamera, ist es zur Realisierung der Eigenschaft, daß die in fester räumlicher Zuordnung zueinander befindlichen Videokameras in direkter Nähe, also möglichst nahe beieinander angeordnet sind, besonders vorteilhaft, die beieinander angeordneten Kameras um dieselbe Achse zueinander vertikal zu verschieben, um die sie jeweils gedreht sind. Es wird dadurch eine
Anordnung erreicht, in der die Kameras (quasi) übereinander liegen und dabei so zueinander gedreht sind, daß sich nur noch ein geringer Bildanteil der jeweiligen Kamerabilder überschneidet.Depending on the size and shape of the camera housing and / or the camera, it is particularly advantageous for realizing the property that the video cameras located in a fixed spatial association with one another are located in the immediate vicinity, that is to say as close as possible to one another, the cameras arranged around one another about the same axis to shift vertically to each other by which they are rotated. It becomes one Arranged in which the cameras are (quasi) one above the other and are rotated so that only a small proportion of the respective camera images overlap.
Gerade im Zusammenhang mit der vorbeschriebenen Vorrichtungen des Fahrzeugrückblicksystems entfaltet das Verfahren zur Bereitstellung der Panoramaansicht des Rückraumes seine Vorteile: Dadurch, daß ständig in- destens zwei Videobilder so erfaßt werden, daß die Perspektive der Bilder voneinander wie im Vorrichtungsteil beschrieben voneinander abweicht und sich dabei ein geringer Anteil der Bilder der Videokameras überlappt, werden die Bilddaten aus möglichst glei- eher Blickposition in verschiedenen Blickrichtungen so gesammelt, daß sie mit möglichst geringem Aufwand im zweiten Verfahrensschritt vorverarbeitet werden, wobei die Vorverarbeitung eine Korrektur der jeweiligen kamerabedingten geometrischen Verzerrungen der Videobilder umfassen kann und/oder eine Zylinderprojektion der Videobilder, und daß in einem dritten Schritt die Videobilder derart zusammengefügt werden, so daß ein nahtloses kontinuierliches und verzögerungsfreies Echtzeit-Panoramabild aus den Videobil- dern zusammengesetzt wird und schließlich dargestellt wird.The method for providing the panoramic view of the rear area unfolds its advantages precisely in connection with the above-described devices of the vehicle rear-view system: In that two video images are continuously captured in such a way that the perspective of the images deviates from one another as described in the device part and thereby changes If a small proportion of the images of the video cameras overlap, the image data are collected from the same viewing position in different viewing directions so that they can be preprocessed in the second method step with as little effort as possible, the preprocessing being able to include a correction of the respective camera-related geometric distortions of the video images / or a cylindrical projection of the video images, and that in a third step the video images are combined in such a way that a seamless, continuous and instantaneous real-time panorama image from the video image rn is put together and finally presented.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die digitale Vorverarbeitung der Videobilder beinhaltet, diejenigen Teile der einzelnen Videobilder zu identifizieren, die ein und dasselbe Objekt darstellen, und diese von in den jeweiligen Bildern unterschiedlichen Bildteilen, also solche, die nicht ein und dieselben Objekte darstellen, zu unterscheiden.It is particularly advantageous that the digital preprocessing of the video images includes identifying those parts of the individual video images which represent one and the same object and those of different parts of the image in the respective images, that is to say those which do not represent the same objects differ.
Es wird dadurch ermöglicht, die für die Bildverarbei-
tung daten- und rechenintensiven Bildteile von den weniger rechenintensiven Bildteilen zu separieren, so daß diese entsprechend diesen Eigenschaft weiterverarbeitet werden können, z.B. indem den sich über- schneidenden Bildbereichen mehr Rechenkapazität oder Verarbeitungspriorität eingeräumt wird als den sich nicht überschneidenden.This enables the image processing to separate data and computation-intensive image parts from the less computation-intensive image parts so that they can be processed further in accordance with this property, for example by giving the overlapping image areas more computing capacity or processing priority than the non-overlapping ones.
Besonders vorteilhaft ist eine separate Weiterverar- beitung der sich überschneidenden Teile der Videobilder und der sich nicht überschneidenden Teile der Videobilder, wobei diese Bildteile später wieder zusammengefügt werden, wenn die sich nicht überschneidenden Teile einer festen Offset-Korrektur unterzogen werden, d.h. sie in vordefinierter Art und Weise entsprechend der festen Kameraanordnung korrigiert werden und nur die sich überschneidenden Bildinhalte einander passend zusammengefügt werden, z.B. indem die Bildinhalte durch Mustererkennung abgeschätzt werden, in Übereinstimmung gebracht werden und zusammengefügt werden.Separate further processing of the overlapping parts of the video images and the non-overlapping parts of the video images is particularly advantageous, these parts of the image being reassembled later when the non-overlapping parts are subjected to a fixed offset correction, i.e. they are corrected in a predefined manner in accordance with the fixed camera arrangement and only the overlapping image contents are matched to one another, e.g. by estimating the image contents by pattern recognition, matching them and joining them together.
Hier wird die Vorteil aftigkeit einer separaten Weiterverarbeitung deutlich, denn es kann der benötigte Rechenaufwand deutlich vermindert werden, wenn nur die sich überschneidenden Bildinhalte dem letztgenannten rechenintensiven Prozeß unterzogen werden und die übrigen durch eine aufwandsarme Offset-Korrektur geführt werden.Here the advantage of a separate further processing becomes clear, because the computational effort required can be significantly reduced if only the overlapping image contents are subjected to the latter computationally intensive process and the rest are carried out by a low-cost offset correction.
Weiter kann der Rechenaufwand dadurch reduziert werden, daß das Verfahren auf zuvor berechnete Ergebnisse, quasi als Zwischenergebnis, in einer Look-up- Table zurückgreift und damit unnötige Neuberechnungen vermeidet. Diese zuvor berechneten Ergebnisse können etwa aus einem vorausgegangenen Kalibrierungsvorgang
stammen .Furthermore, the computational effort can be reduced in that the method uses previously calculated results, quasi as an intermediate result, in a look-up table and thus avoids unnecessary recalculations. These previously calculated results can be from a previous calibration process come .
Ferner kann die Vorverarbeitung, also das Erfassen des Bildes, die Korrektur der kamerabedingten Verzer- rungen und die Zylinderprojektion, sowie die Identifizierung der sich überschneidenden Bildbereiche für verschiedene Kameras separat und zeitgleich durchgeführt werden, wodurch die Ergebnisse der Bildvorverarbeitung insgesamt schneller zur Verfügung gestellt werden können. Dabei ist erforderlich, daß die jeweiligen Bildvorverarbeitungsprozesse miteinander kommunizieren.In addition, the preprocessing, that is to say the acquisition of the image, the correction of the distortions caused by the camera and the cylinder projection, and the identification of the overlapping image areas can be carried out separately and simultaneously for different cameras, as a result of which the results of the image preprocessing can be made available more quickly overall , It is necessary for the respective image preprocessing processes to communicate with one another.
Insgesamt ist ein Vorteil der Verwendung von digita- len Bildverarbeitungsmitteln, respektive eines Verfahrens, welches die Videobilder digital vorverarbeitet, daß die Wahl des Bildausschnittes oder ein Vergrößern oder Verkleinern des dargestellten Bildes völlig auf elektronischem Wege, also durch die Mittel der digi- talen Bildverarbeitung ohne mechanisch bewegte Teile, erfolgen kann. Ferner kann im Vergleich zu einem konventionellen Fahrzeugrückblicksystem zwischen einer spiegelverkehrten oder einer realitätstreuen Darstellung ausgewählt werden.Overall, one advantage of using digital image processing means, or of a method which digitally preprocesses the video images, is that the selection of the image section or the enlargement or reduction of the displayed image is entirely electronic, that is, by means of digital image processing without mechanically moving parts. Furthermore, in comparison to a conventional vehicle rear view system, you can choose between a mirrored or a realistic representation.
Um die Ausführbarkeit der Erfindung beispielhaft zu belegen, wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen ein möglicher Aufbau beschrieben. Insbesondere jedoch für die industrielle Serienproduktion oder den breiten praktischen Einsatz sind alternative Ausführungsformen denkbar.In order to demonstrate the feasibility of the invention by way of example, a possible structure is described below with reference to the accompanying drawings. However, alternative embodiments are conceivable in particular for industrial series production or for broad practical use.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine Positionierung für die den Fahrzeugrückblick erfassenden zwei Videokameras und für
die das Gesamtbild des Rückblicks darstellende Bildanzeigeeinrichtung (Display) ,1 shows a positioning for the two video cameras capturing the vehicle review and for the image display device (display) representing the overall picture of the review,
Fig. 2 die grundsätzliche Darstellung und Einteilung von Bereichen, die durch die Kameras erfaßt werden,2 shows the basic representation and division of areas that are captured by the cameras,
Fig. 3 die Darstellung der von den Kameras erfaßten Bereichen, wenn sie vorrichtungsgemäß winkel- und/oder höhenversetzt räumlich fest zugeordnet sind,3 the representation of the areas captured by the cameras if they are spatially and spatially offset according to the device,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus des elektronischen Fahrzeugrückblick- Systems,4 shows a schematic representation of a possible structure of the electronic vehicle rear view system,
Fig. 5 eine mögliche Variante des Verfahrens zur Erfassung der Videobilder, ihrer Verarbeitung und der Darstellung,5 shows a possible variant of the method for acquiring the video images, their processing and the representation,
Fig. 6 eine Übersicht über die Bildverarbeitungsmittel im Zusammenhang mit dem Verfahren in einer möglichen Ausführung für die Serienproduktion.6 shows an overview of the image processing means in connection with the method in one possible embodiment for series production.
Fig. 1 verdeutlicht den praktischen Einsatz des Fahrzeugrückblicksystems, wenn es in einem Personenkraftwagen 1 eingesetzt wird. Im Bereich der Heckscheibe 6 sind die Videokameras 2 und 3 positioniert. Dabei sind diese Kameras so ausgerichtet, daß sie den gesamten Rückraum 5 des Fahrzeugs 1 erfassen, und zwar inklusive der toten Winkel. Dazu sind die Kameras 2 und 3 winkel- und/oder höhenversetzt zueinander angeordnet. Die Bildinformation, die von im Fahrzeug be- findlichen Bildverarbeitungs itteln verarbeitet und zu einem Gesamtpanoramabild zusammengesetzt werden,
werden auf einer Bildanzeigeeinheit 4, die sich in dem vom Fahrer gut einsehbaren Bereich 7 befindet, dargestellt. Die Situation im Fahrzeugrückraum 5 wird dabei in der Anzeigeeinrichtung 4 frei von Verzerrun- gen und ohne wahrnehmbare Verzögerungen flüssig dargestellt. Eine fließende transversale Bewegung durch den Fahrzeugrückraum 5, also quer zur Ausrichtung des Fahrzeugs, wird auf der Anzeigevorrichtung 4 als ebenso kontinuierliche Bewegung nahtlos dargestellt, auch und gerade wenn sie vom Blickbereich der Kamera 2 in den Blickbereich der Kamera 3 wechselt.Fig. 1 illustrates the practical use of the vehicle rearview system when it is used in a passenger car 1. The video cameras 2 and 3 are positioned in the area of the rear window 6. These cameras are oriented so that they capture the entire rear space 5 of the vehicle 1, including the blind spots. For this purpose, cameras 2 and 3 are arranged offset from one another in terms of angle and / or height. The image information, which is processed by image processing equipment in the vehicle and combined to form an overall panorama image, are shown on an image display unit 4, which is located in the area 7 which is clearly visible to the driver. The situation in the rear of the vehicle 5 is shown in the display device 4 free of distortions and without perceptible delays. A flowing transverse movement through the vehicle rear area 5, that is to say transversely to the orientation of the vehicle, is seamlessly displayed on the display device 4 as an equally continuous movement, even and especially when it changes from the viewing area of the camera 2 to the viewing area of the camera 3.
Kommt es im Fahrzeugrückraum 5 zu Veränderungen der Helligkeitsverhältnisse, in Dämmerung oder in Blend- Situationen durch Scheinwerfer anderer Fahrzeuge, so wird die Darstellung 4 automatisch den Lichtverhältnissen angepaßt.If there are changes in the brightness conditions in the vehicle rear area 5, at dusk or in glare situations due to headlights from other vehicles, the display 4 is automatically adapted to the lighting conditions.
Die Kameras 2 und 3 sind dabei fest räumlich einander zugeordnet, d.h. im laufenden Betrieb unbeweglich fixiert. Dies erlaubt die Kalibrierung des Fahrzeugrückblicksystems, das bedeutet, das System so zu justieren, daß eine feste Zuordnung von Objektpunkten im darzustellenden Fahrzeugrückraum 5 zu Bildpunk-ten in der Darstellung auf der Anzeigeeinheit 4 erreicht werden kann. Eine solche Kalibrierung ist, ähnlich wie bei der Ξcheinwerfereinstellung eines Kraftfahrzeuges, durch die Verwendung einer hierfür vorgesehenen gleichmäßig gemusterten Tafel im Fahrzeugrückbe- reich 5 möglich.The cameras 2 and 3 are spatially assigned to each other, i.e. fixed immobile during operation. This allows the calibration of the vehicle rear view system, which means to adjust the system so that a fixed assignment of object points in the vehicle rear space 5 to be displayed to pixels in the display on the display unit 4 can be achieved. Such a calibration is possible, similar to the setting of the headlights of a motor vehicle, by using a uniformly patterned panel provided for this purpose in the rear area 5 of the vehicle.
Soll aus dem Fahrzeugrückbereich 5 ein bestimmter Bereich zur Darstellung auf der Anzeigeeinheit 4 ausgewählt werden, gleichsam dem Verstellen des Rückspie- gels in konventionellen Fahrzeugrückblicksystemen, so geschieht das durch die in Fig. 1 nicht näher darge-
stellten Bildverarbeitungsmittel unter Verzicht auf mechanisch bewegte Teile. Ebenso kann ein Teil der im Fahrzeugrückraum 5 befindlichen Szenerie herangezoomt oder auch verkleinert werden. Auch hier kann dank der Bildverarbeitungsmittel auf mechanisch bewegte Teile verzichtet werden. Die Darstellung des Panorama- Gesamtbildes auf der Anzeigeeinheit 4 erfolgt wahlweise spiegelverkehrt oder seitentreu. Neben der Darstellung des Gesamt-Panoramabildes können Animationen zur Information des Fahrers, Text und Symbole, eingeblendet werden, sowie zusätzliche Kameraperspektiven für bestimmte Fahrzustände. Für das Einparken kommt dabei der Bereich in Ξtoßstangennähe in Betracht, sowie der der Räder.If a specific area is to be selected from the vehicle rear area 5 for display on the display unit 4, as it were the adjustment of the rear view mirror in conventional vehicle rear view systems, this is done by the provided image processing equipment without mechanically moving parts. Likewise, part of the scenery in the vehicle rear area 5 can be zoomed in or reduced. Here too, mechanically moving parts can be dispensed with thanks to the image processing means. The overall panorama image is displayed on the display unit 4 either mirror-inverted or sideways. In addition to displaying the overall panorama image, animations to inform the driver, text and symbols, can be shown, as well as additional camera perspectives for certain driving conditions. The area near the bumper and the wheels are considered for parking.
Fig. 2 zeigt, welche Bereiche bei der Erfassung eines Bildes durch zwei Videokameras 2 und 3 grundsätzlich entstehen. So existieren Bereiche 11 und 12, die jeweils nur durch eine Kamera 2 oder 3 erfaßt werden. Ein weiterer Bereich 10 wird von beiden Kameras 2 und 3 gleichzeitig erfaßt; dies ist der Bereich in dem sich die beiden Videobilder überschneiden, der Bildüberschneidungsbereich. Der Bereich 13 wird von keiner der beiden Kameras 2 und 3 erfaßt.FIG. 2 shows which areas basically arise when an image is captured by two video cameras 2 and 3. There are areas 11 and 12, each of which is only captured by a camera 2 or 3. Another area 10 is captured by both cameras 2 and 3 at the same time; this is the area where the two video images overlap, the image overlap area. The area 13 is not captured by either of the two cameras 2 and 3.
Um den Fahrzeugrückraum möglichst lückenlos darzustellen, werden die Videokameras 2 und 3 so positioniert, daß der Bereich 13, der von keiner der beiden Videokameras erfaßt wird, quasi nicht vorhanden ist. Ferner werden die Kameras 2 und 3 so positioniert, daß der Bereich 10, der von beiden Kameras erfaßt wird, klein ist, um für die digitale Bildverarbeitung Rechenaufwand zu vermindern und so eine sehr schnelle Darstellung, d.h. eine quasi verzögerungsfreie Echt- zeitdarstellung, zu ermöglichen.
Eine solche Anordnung der Kameras 2 und 3 und die daraus resultierenden Bereiche 10, 11 und 12 sind in Fig. 3 dementsprechend dargestellt. Da die Kameras selbst eine gewisse räumliche Ausdehnung aufweisen, ist es erforderlich, die Kameras nicht nur um eineIn order to display the vehicle rear space as completely as possible, the video cameras 2 and 3 are positioned such that the area 13, which is not covered by either of the two video cameras, is virtually non-existent. Furthermore, the cameras 2 and 3 are positioned in such a way that the area 10, which is captured by both cameras, is small, in order to reduce computing effort for digital image processing and thus to enable a very fast display, ie a quasi-delay-free real-time display , Such an arrangement of the cameras 2 and 3 and the resulting areas 10, 11 and 12 are shown accordingly in FIG. 3. Since the cameras themselves have a certain spatial extent, it is necessary to do not just the cameras by one
Achse auseinander zu drehen, sondern sie auch um dieselbe Achse zu verschieben, damit die Kameras in direkter Nähe beieinander angeordnet sein können. Dies vermindert den Rechenaufwand für die Bildverarbeitung abermals erheblich. Da die räumliche Zuordnung derRotate the axis apart, but also to move them around the same axis so that the cameras can be arranged in close proximity to each other. This again considerably reduces the computing effort for image processing. Since the spatial assignment of the
Kameras 2 und 3 fest ist, müssen im Zuge der Bildverarbeitung nur die Bildinformationen aus dem Überschneidungsbereich 10 korreliert, d.h. in Übereinstimmung gebracht und zusammengefügt werden, während der Höhenversatz der Kameras zueinander im zuvor erwähnten Kalibrierungsvorgang fest berücksichtigt und eingestellt wird und deswegen aufwandsarm durch die Bildverarbeitungsmittel zu korrigieren ist.Cameras 2 and 3 is fixed, only the image information from the overlap area 10 has to be correlated in the course of the image processing, i.e. be brought into agreement and put together, while the height offset of the cameras to one another is taken into account and set in the aforementioned calibration process and therefore has to be corrected with little effort by the image processing means.
Der grundsätzliche Aufbau des elektronischen Fahrzeugrückblicksystems ist in Fig. 4 dargestellt. Die Kameras 2 und 3 sind jeweils mit einer Einheit bestehend aus einem Prozessor für digitale Bildverarbeitung und Speicher 21 und 31 verbunden. Über den Fire- Wire bzw. IEEE 1394-Bus als zuverlässigen Hochgeschwindigkeitsbus kommunizieren diese Einheit 21 und 31 miteinander und mit weiterem Speicher und einer Grafikeinheit 41, die das Gesamtbild zusammengesetzt auf der Bildanzeigeeinheit 4 darstellt.The basic structure of the electronic vehicle rear view system is shown in FIG. 4. The cameras 2 and 3 are each connected to a unit consisting of a processor for digital image processing and memories 21 and 31. These units 21 and 31 communicate with one another and with additional memory and a graphics unit 41, which represents the overall image as a composite on the image display unit 4, via the FireWire or IEEE 1394 bus as a reliable high-speed bus.
Fig. 5 stellt die Funktionsweise der Bildverarbeitung dar. Es werden zunächst die Bilder der Videokameras 2 und 3 erfaßt und vorverarbeitet. Diese Vorverarbeitung findet hier jeweils, wie schon in Fig. 4 darge- stellt, für jede der Videokameras 2 und 3 auf einer separaten angeschlossenen Einheit 21 und 31 bestehend
aus digitalen Signalverarbeitungsprozessor und Speicher, statt; für die Kamera 2 sind dies die Schritte 22, 23, 24, 25 und 26, für die Kamera 3 die Schritte 32, 33, 34, 35 und 36.5 shows the mode of operation of the image processing. The images of the video cameras 2 and 3 are first acquired and preprocessed. This preprocessing takes place here, as already shown in FIG. 4, for each of the video cameras 2 and 3 on a separate connected unit 21 and 31 from digital signal processing processor and memory, instead; for camera 2 these are steps 22, 23, 24, 25 and 26, for camera 3 steps 32, 33, 34, 35 and 36.
Zunächst werden die Videobilder der Kameras 2 und 3 in den Schritten 22 und 32 erfaßt. Durch die Kommunikation der Einheiten 31 und 21 in Fig. 4 ermöglicht, wird sogleich der Bildüberschneidungsbereich 10 iden- tifiziert und dargestellt als ROI-Parameter (RegionFirst, the video images from cameras 2 and 3 are captured in steps 22 and 32. Through the communication of the units 31 and 21 in FIG. 4, the image overlap area 10 is immediately identified and represented as an ROI parameter (region
Of Interest) 50. Sodann wird in den Schritten 23 bzw. 33 eine Bereinigung der statischen Bildfehler durch Linsenverzerrungen oder Kamerageometrie vorgenommen. Dabei wird auf vormals berechnete Ergebnisse in Loo- kup-Tables 28 bzw. 38 Rückgriff genommen, um Rechenaufwand zu sparen. Im nächsten Schritt 24 bzw. 34 wird eine Zylinderprojektion der Videobilder vorgenommen.Of Interest) 50. Then, in steps 23 and 33, the static image errors are corrected by lens distortions or camera geometry. Previously calculated results in Lokup tables 28 and 38 are used to save computing effort. In the next step 24 or 34, a cylinder projection of the video images is carried out.
Anhand der Bildüberlappungs-/Region-of-Interest-Based on the image overlap / region of interest
Parameter 50 wird nun zwischen dem Bildüberlappungsbereich 10 (Fig. 3) und den sich nicht überlappenden Bereichen 11 und 12 (Fig. 3) unterschieden und im separaten Wegen 25 bzw. 35 für den Überlappungsbereich und 26 bzw. 36 für den sich nicht überlappenden Bereich, weiterverarbeitet.Parameter 50 is now differentiated between the image overlap area 10 (FIG. 3) and the non-overlapping areas 11 and 12 (FIG. 3) and in separate ways 25 and 35 for the overlap area and 26 and 36 for the non-overlapping area , further processed.
Die sich nicht überlappenden Bereiche werden durch eine einfache Festkorrektur in 27 bzw. 37 in ihrer Bildposition verschoben und stehen nach einer SpeicherverSchiebung zur Anzeige in 46 bereit.The non-overlapping areas are shifted in their image position by a simple fixed correction in 27 or 37 and are available for display in 46 after a memory shift.
Dies sich überlappenden Bildbereiche werden zunächst in 42 korreliert, in 43 durch Triangulation interpo- liert, d.h. es werden die sich überschneidenden Bildinhalte schätzungsweise identifiziert, in 44 werden
die gleichen Bildinhalte zugeordnet und versatzkorri- giert und in 45 zusammengefügt. Dabei bedienen sich die Schritte 43 bis 45 abermals einer Lookup-Table 51, die zuvor berechnete Ergebnisse enthält. Im Schritt 46 wird das entstandene Gesamtbild zur Darstellung auf der Bildanzeigeeinheit 4 gebracht.The overlapping image areas are first correlated in 42, interpolated in 43 by triangulation, ie the overlapping image contents are estimated to be identified and 44 are identified assigned the same image content and corrected for misalignment and put it together in 45. Steps 43 to 45 again use a lookup table 51 which contains previously calculated results. In step 46, the resulting overall image is displayed on the image display unit 4.
Durch das Einbinden von Zusatzsensoren wie Infrarot oder Radar werden in nicht näher dargestellter Weise die Tiefenschärfe-Eigenschaften des elektronischenBy integrating additional sensors such as infrared or radar, the depth of field properties of the electronic are not shown in detail
Fahrzeugrückblicksystems verbessert. Ferner wird vor dem Auslösen des Airbags während einer bestimmten Periode die Bildinformation abgespeichert und es können somit Bildsequenzen unmittelbar vor einem Unfall nachvollzogen werden.Vehicle rearview system improved. Furthermore, the image information is stored for a certain period before the airbag is deployed, and image sequences can thus be reproduced immediately before an accident.
Eine Übersicht über den Aufbau und den Ablauf der Bildverarbeitung in einer möglichen Ausführungsform, die für die industrielle Serienproduktion und/oder den breiten praktischen Einsatz geeignet ist, ist in Fig. 6 dargestellt. Das Bildverarbeitungssystem kann hier grob in die Subsysteme Bildvorverarbeitung 71, Bildhauptverarbeitung 72 und Anzeige und Kommunikation 73 unterteilt werden. Zum Subsystem für die Bild- vorverarbeitung 71 zählen dabei die Bildgewinnungskomponenten 64 und die Skalierungskomponenten 65, zum Subsystem für die Bildhauptverarbeitung 72 zählen die Korrelationskomponente 66 und die Zusammenfügungskom- ponente 67, und zum Subsystem für Anzeige und Kommu- nikation 73 zählt die Anzeigekomponente 68, die Systemsteuerungskomponente 69 und die Netzwerkkommunikationskomponente 70.An overview of the structure and sequence of image processing in one possible embodiment, which is suitable for industrial series production and / or wide practical use, is shown in FIG. 6. The image processing system can be roughly divided into the subsystems image preprocessing 71, image main processing 72 and display and communication 73. The subsystem for the image preprocessing 71 includes the image acquisition components 64 and the scaling components 65, the subsystem for the main image processing 72 includes the correlation component 66 and the merging component 67, and the subsystem for display and communication 73 includes the display component 68, the system control component 69 and the network communication component 70.
Die Kommunikation der einzelnen Verarbeitungsko po- nenten findet über den zuverlässigen Hochgeschwindig- keitsbus 74 statt, hier gekennzeichnet durch die dik-
ken Pfeilverbindungen, während die dünnen Pfeilverbindungen den Datenfluß schematisch darstellen.The communication of the individual processing components takes place via the reliable high-speed bus 74, characterized here by the dic- ken arrow connections, while the thin arrow connections represent the data flow schematically.
In nicht näher dargestellter Weise werden die Bilder aus den Videokameras über den Datenfluß 61 und 62 an jeweils eine Komponente 64 zur Bildgewinnung und Loo- kup-Table-Verarbeitung übermittelt. Über den Hochgeschwindigkeitsbus 74, der als FireWire-Bus ausgeführt ist, werden die Daten an die Skalierungskomponente 65 übermittelt, die eine Bildgrößenanpassung vornimmt. Wieder über den Hochgeschwindigkeitsbus 74 wird der sich überschneidende Teil der Bilddaten an die Korrelationskomponente 66 übertragen, während der sich nicht überschneidende Teil der Bilddaten direkt über den Hochgeschwindigkeitsbus 74 an Zusa menfügungskom- ponente 67 übermittelt wird. Nach dem Korrelationsvorgang übermittelt die Korrelationskomponente 66 die Ergebnisdaten ebenfalls über den Bus 74 an die Zusa - menfügungskomponente 67. Die von der Zusammenfügungs- komponente 67 bearbeiteten Daten gelangen nun über den Bus 74 in die Anzeigekomponente 68, die die Bilddaten und Bilder weiterer Videokameras 63, deren Kommunikationsverbindung zum Bildverarbeitungssystem hier nicht näher dargestellt ist, zu dem Bild zusa - menfügt und zur Anzeige bereitstellt, wie es schließlich auf der Bildanzeigeeinrichtung dargestellt werden soll.In a manner not shown in more detail, the images from the video cameras are transmitted via the data flow 61 and 62 to a component 64 for image acquisition and locomotive table processing. Via the high-speed bus 74, which is designed as a FireWire bus, the data is transmitted to the scaling component 65, which carries out an image size adjustment. Again, the overlapping part of the image data is transmitted to the correlation component 66 via the high-speed bus 74, while the non-overlapping part of the image data is transmitted directly to the assembling component 67 via the high-speed bus 74. After the correlation process, the correlation component 66 also transmits the result data to the assembly component 67 via the bus 74. The data processed by the assembly component 67 now arrive via the bus 74 in the display component 68, which contains the image data and images of further video cameras 63, whose communication link to the image processing system is not shown in detail here, merges with the image and makes it available for display, as it should finally be displayed on the image display device.
Benutzereingaben und -einstellungen 77 werden von der Systemsteuerungskomponente 69 verarbeitet und über den Hochgeschwindigkeitsbus 74 an die Anzeigekomponente 68 weitergegeben, die über den Ausgangsdatenstrom 75 die eigentliche Bildanzeigeeinheit 4 in Fig. 1 ansteuert.User inputs and settings 77 are processed by the system control component 69 and forwarded via the high-speed bus 74 to the display component 68, which controls the actual image display unit 4 in FIG. 1 via the output data stream 75.
Ebenfalls über den Hochgeschwindigkeitsbus 74 kommu-
niziert die Netzwerkkommunikationskomponente 70 mit den übrigen Komponenten des Bildverarbeitungssystems. Diese Netzwerkkommunikationsko ponente schafft die Verbindung zum Fahrzeugbus, mit dem die Informationen des Datenstromes 76 ausgetauscht werden sollen.
Also commute via the high-speed bus 74 identifies the network communication component 70 with the other components of the image processing system. This network communication component creates the connection to the vehicle bus with which the information of the data stream 76 is to be exchanged.