Breites Bildfeld
Die Anforderungen an das Sichtfeld der Kamera waren horizontal 120 bis 160° und in vertikaler Richtung 30 bis 40°. Das entspricht einem Aspektverhältnis von 4:1, wofür bislang keine Sensoren im Automobilbereich verfügbar sind. Bei autonomen Fahrzeugen sollen die Kameras Schilder ab einer Entfernung von 300m wahrnehmen, daher wird eine Auflösung von mindestens 25 Pixeln pro Grad gefordert. Im Vergleich zu Sensoren aus dem Consumerbereich müssen die Kameras einen Global Shutter ermöglichen und wesentlich höhere Anforderungen erfüllen. Inzwischen sind Sensoren mit >7MP für PkWs verfügbar, dort wäre die dazugehörige Optik aber immer noch zu dick. Daraus ergab sich der Ansatz, mehrere Kamerasensoren für dieses Verfahren zusammenzusetzen.
Vier Augen sehen mehr
Das Systemdesign wurde mit zwei Sensoren vom Typ OnSemi AR0231 mit 1.928×1.208 Pixeln begonnen. Damit war die Auflösung über einen Winkel von knapp 160° mit der nötigen Auflösung gegeben. Bei der Entwicklung einer passenden Optik am Fraunhofer IOF konnte man auf Erfahrungen mit Minikameras zurückgreifen, die ähnlich wie ein Insekten- bzw. Facettenauge funktionieren. Während dort allerdings über 100 optische Kanäle ausgewertet werden, reichte für das Projekt eine Lösung mit vier optischen Kanälen mit jeweils 30×30° Sichtbereich. Für die Tests wurden Facettenspiegel mit 90° Umlenkung benutzt. Für eine Montage an der Frontscheibe mit 60° Neigung könnten die Spiegel natürlich durch solche mit 30° Umlenkung ersetzt werden. Die genaue Ausrichtung der Spiegel in allen Dimensionen hat großen Einfluss auf das spätere Stitching und wurde für ein bestmögliches Abbildungsergebnis optimiert. Für eine perfekte Erkennung der verschiedensten Verkehrszeichen muss die optische Abbildung über das ganze sichtbare Spektrum optimal sein. Deshalb haben die Designer für die Abbildung zuerst einen Achromat aus Glas gewählt. Vor allem für die Korrektur der räumlichen Verzeichnungen wurde eine Asphäre aus Kunststoff genommen, die mit dem Polymer-auf-Glas-Verfahren als Chip hergestellt wird. Zudem wurde ein NIR-Sperrfilter direkt vor dem Sensor hinzugefügt, wie er auch in Mobiltelefonkameras üblich ist. Die verbleibende nichtlineare Verzeichnung liegt bei unter 1%. Als thermische Stabilität ist im Automobilbereich ein Temperaturbereich von -40 bis 105°C angesetzt. Im Unterschied zu Kunststofflinsen bleibt die UV-gehärtete Polymer-auf-Glas-Linse bis 250°C stabil. Die thermisch induzierte Fokusverschiebung wird im Wesentlichen über die Fassung ausgeglichen.
Anwendungen im Innenraum
Der Kameraprototyp mit einer Bauhöhe von 4,5mm wurde im Rahmen des Projektes getestet. Die Fertigungstechnik wurde dabei von Anfang an auf größere Stückzahlen konzipiert. In einer ersten Testreihe wurden vor allem die optischen Kenngrößen wie Auflösung und Gesichtsfeld verifiziert. Neben der Bilderfassung im Fahrzeugumfeld haben sich inzwischen weitere Anwendungsmöglichkeiten im Innenraum ergeben: So kann der Sensor Segmente oder den ganzen Innenraum aufnehmen. Dank seiner speziellen Geometrie könnte der Sensor auch eine komplette 3D-Aufnahme liefern. Neben der Gesichtserkennung von Fahrer oder Beifahrer spielt die Gestenerkennung und -steuerung dabei eine große Rolle. Die Erfassung von Bildern aus dem Fahrzeuginnenraum ist auch ein Ziel eines Nachfolgeprojektes, das kürzlich mit einem Tier-1-Zulieferer begonnen wurde.
