2D/3D - Kamerasysteme für Fahrerassistenz- und Sicherheitsfunktionen. Michael Paintner, Volker Hauser ifm electronic gmbh

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1 2D/3D - Kamerasysteme für Fahrerassistenz- und Sicherheitsfunktionen Michael Paintner, Volker Hauser ifm electronic gmbh Stand: Seite 1

2 ifm electronic gmbh Eckdaten Gründung : 1969 Umsatz 2008 : 450 Mio. Mitarbeiter : über Gesellschafter : Fam. Buck Fam. Marhofer Stand: Seite 2

3 ifm automotive Unsere Produkte Steuergeräte Advanced Key Sensoren Kopfposition Sensoren Füllstandsensoren CMOS Kamerasysteme PMD 3D - Kamerasysteme IRED Beleuchtungen Stand: Seite 3

4 Inhalt Motivation Das PMD Prinzip Kamerasysteme für Fahrerassistenz- und Sicherheitsfunktionen Innenraumkamera Zusammenfassung und Ausblick Stand: Seite 4

5 Inhalt Motivation Das PMD Prinzip Kamerasysteme für Fahrerassistenz- und Sicherheitsfunktionen Innenraumkamera Zusammenfassung und Ausblick Stand: Seite 5

6 Motivation ACC ACC Stop&Go PreCrash-Erkennung Automatische Notbremse Fußgängerschutz Querverkehr-Erkennung Verkehrszeichen- Erkennung Insassenklassifizierung Out-of-position- Überwachung Gestik-Erkennung Fahrervitalität Sitzbelegung Einparkassistent Adaptive Bremsleuchten PreCrash- Erkennung PreCrash -Erkennung Vermessung einer Parklücke Totwinkel-Überwachung Stand: Seite 6

7 Inhalt Motivation Das PMD Prinzip Kamerasysteme für Fahrerassistenz- und Sicherheitsfunktionen Innenraumkamera Zusammenfassung und Ausblick Stand: Seite 7

8 Vergleich 2D und 3D Bildsensor 2D CCD oder CMOS Sensor Jedes Pixel ist eine Fotodiode 3D PMD Sensor Jedes Pixel ist ein Abstandsensor Stand: Seite 8

9 Prinzip einer PMD Kamera - Lichtlaufzeitverfahren (TOF) Distance information Infrared light Modulated signal transmitter PMD receiver Phase analysis Eine Lichtquelle sendet einen Lichtpuls aus und startet im Empfänger gleichzeitig eine Stoppuhr. Der Lichtpuls wird am Objekt reflektiert und trifft auf den Empfänger. Sobald er dort detektiert wird, wird die Stoppuhr angehalten und über die gemessene Laufzeit des Lichtes lässt sich mit der bekannten Geschwindigkeit des Lichtes die Zielentfernung berechnen. Stand: Seite 9

10 PMD-Prinzip - Signalkorrelation ϕ A B t Signalphase ϕ: Abstand Amplitude A: Signalstärke der aktiven Beleuchtung Offset B: Grauwertbild Stand: Seite 10

11 Fremdlichtunterdrückung pro Pixel (SBI) Aktive Beleuchtung Fremdlicht t Bei konventionellen optischen Empfängern führt Fremdlicht schnell zur Sättigung Stand: Seite 11

12 Fremdlichtunterdrückung pro Pixel (SBI) Aktive Beleuchtung Fremdlicht t Sensorsättigung durch Fremdlicht wird durch SBI wirkungsvoll verhindert (50dB) Stand: Seite 12

13 PMD-Sensor Wie sieht ein PMD-Bildsensor sein Umfeld? Grauwertbild (Amplitude) Abstandmessung in jedem Pixel farbcodiert Stand: Seite 13

14 Inhalt Motivation Das PMD Prinzip Kamerasysteme für Fahrerassistenz- und Sicherheitsfunktionen Innenraumkamera Zusammenfassung und Ausblick Stand: Seite 14

15 Systemmerkmale Die Kamera bestimmt das Sichtfeld durch den Öffnungswinkel Die aktive Beleuchtung bestimmt die Reichweite Die Auflösung wird durch die Pixelanzahl des Bildaufnehmers bestimmt Stand: Seite 15

16 Software sensornah und Algorithmik Funktionen PMD- Rohdaten Rohdatenverarbeitung Relevantes Objekt Eindeutiges Entfernungsbild Situationsanalyse 3D-Bildverarbeitung Objektliste Stand: Seite 16

17 PMD-Kamera Bildverarbeitung auf Kameraebene Objektbildung und Tracking Projektion in ein Livebild Stand: Seite 17

18 Fahrzeugintegration PMD 3D Advanced Kamera IR - Beleuchtung Stand: Seite 18

PMD 3D-Kamerasysteme Skalierbar für jede Funktion System 3D-City 3D-City- Advanced 3D- Performance 2D/3D 3D-Cabin Package Beleuchtung extern intern Technische Daten

. 100 fps 15 m Reichweite 55 Öffnungswinkel 10 Objekte, ttc, v CAN / Flexray 64 x 16 Pixel 3D 70.

19 PMD 3D-Kamerasysteme Skalierbar für jede Funktion System 3D-City 3D-City- Advanced 3D- Performance 2D/3D 3D-Cabin Package Beleuchtung extern intern Technische Daten 12 x 4 Pixel 3D 50 fps 12 m Reichweite 27 Öffnungswinkel 5 Objekte, ttc, v CAN 64 x 16 Pixel 3D fps 15 m Reichweite 55 Öffnungswinkel 10 Objekte, ttc, v CAN / Flexray 64 x 16 Pixel 3D fps 35 m Reichweite 55 Öffnungswinkel 30 Objekte, ttc, v CAN / Flexray 64 x 16 Pixel 3D fps VGA 2D 50 fps 35 m Reichweite 55 Öffnungswinkel 30 Objekte, ttc, v CAN / Flexray LVDS 64 x 48 Pixel 3D 50 fps Sitzbelegung FMVSS208 OOP-Erkennung Gestikerkennung CAN Stand: Seite 19

rwachung LED Klasse 1 LVDS LIN Integration z.b.

20 Skalierbare Beleuchtungen System IR 3D IR-Tagfahrlicht LED-TFL LED- Scheinwerfer Package Technische Daten 850 nm IRED Temperatur- Überwachung LED Klasse 1 LVDS LIN Integration z.b. in den Kühlergrill 850 nm IRED Temperatur- Überwachung LED Klasse 1 LVDS LIN Integration hier in AUDI S6 TFL Modulation der TFL- Weißlicht LED Modulation der Fahrlicht LED Stand: Seite 20

21 3D-Kamerasystem, Nutzen für die Funktion Was zeichnet eine 3D-Kamera im Fahrzeug aus? Schnelle Objekterkennung und Verfolgung Erfassung von mehreren Objekten im Erfassungsbereich Genaue Vermessung der Objektpositionen Präzise Messung der Relativgeschwindigkeiten der Objekte Exakte Erfassung der Objektbreiten Stand: Seite 21

22 3D Kamera 3D Objekte im 2D-Bild Stand: Seite 22

23 Messfahrten Stand: Seite 23

24 Messfahrten Stand: Seite 24

25 2D / 3D Kamera Kombination der Vorteile von zwei unterschiedlichen Sensorprinzipien: 64 x 48 Pixel PMD-Kamera CMOS Kamera (Farbe) Hochauflösende CMOS Kamera mit geringer Bildwiederholfrequenz und Geringer auflösende 3D PMD Kamera mit hoher Bildwiederholfrequenz Stand: Seite 25

26 Vergleich Bildsensor und PMD in der Fahrzeugfunktion 2D-Bildsensor PMD-3D-Sensor Leistung Kleine Bildwiederholfrequenz Bildwiederholfrequenz bis 100 Hz Entfernung zu Objekten wird berechnet Dejustage führt zu falschen Abstandswerten (Stereo) Hohe Rechenleistung erforderlich Echte Abstandmessung pro Pixel Abstandmessung pro Pixel Wenig Rechenleistung nötig Zuverlässigkeit Geringer Kontrast führt zu Fehlmessungen (Stereo) Bauraum Redundanz durch entsprechende Software-Algorithmik Reichweite abhängig von der Fahrbeleuchtung Bis zu 20 cm Augenabstand (Stereo) Keine Abhängigkeit vom Kontrast Gütemaß pro Pixel inhärent Reichweite durch die aktive Beleuchtung bestimmt ca. 7 cm Breite der Kamera Stand: Seite 26

27 2D/3D Kamera Stand: Seite 27

Sicherheitselektronik Anreicherung und Nutzung von

28 2D/3D-Kamerasystem - Systemarchitektur Intelligente Sensorfusion mit Anbindung an die Chassis- und Sicherheitselektronik Anreicherung und Nutzung von Daten aus den Telematikfunktionen Stand: Seite 28

29 Umwelterprobung Regen / Gischt Nebel Schnee Stand: Seite 29

30 Inhalt Motivation Das PMD Prinzip Kamerasysteme für Fahrerassistenz- und Sicherheitsfunktionen Innenraumkamera Zusammenfassung und Ausblick Stand: Seite 30

31 3D-Cabin Kamera Innenraumüberwachung 64 x 48 Pixel PMD-Kamera Sitzbelegung Klassifizierung FMVSS208 Out-of-position Gestik-Erkennung Stand: Seite 31

32 PMD im Innenraum 3D-Cabin Stand: Seite 32

33 Inhalt Motivation Das PMD Prinzip Kamerasysteme für Fahrerassistenz- und Sicherheitsfunktionen Innenraumkamera Zusammenfassung und Ausblick Stand: Seite 33

34 Zusammenfassung Eine PMD-Kamera vereint bildgebende und abstandmessende Sensorik in einem Gehäuse mit minimalem Aufwand Durch großen Öffnungswinkel und hohe Bildwiederholfrequenz ist PMD prädestiniert für aktive Sicherheitsanwendungen und Fahrerassistenz Diagnosefähig durch Übertragung der Signalgüte bei jeder Messung wichtig auch im Hinblick auf kommende SIL Anforderungen Schnelle Erstdetektion durch eine Framerate bis 100Hz, Mehrzielfähigkeit Genaue Positionsbestimmung der Objekte, ihrer Breite, Abstände und Relativgeschwindigkeiten Anwendungen im Fahrgastraum können durch die kompakte Bauweise einfach realisiert werden Stand: Seite 34

35 Ausblick Einzigartige Skalierbarkeit für Sicherheitsfunktionen in allen Fahrzeugklassen Durch die Kombination von 2D und 3D Kamera in einem Gehäuse ist diversitäre Redundanz möglich Die PMD-Kamera gewinnt durch Innovationen der LED-Technik im Automobilbereich Stand: Seite 35

36 2D/3D - Kamerasysteme für Fahrerassistenz- und Sicherheitsfunktionen Michael Paintner, Volker Hauser ifm electronic gmbh Stand: Seite 36

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