Das Zusammenspiel verschiedener Innenraumsensoren bedarf detaillierter Planung und Testung. (Bild: Gentex)
Der Fahrzeuginnenraum ist ein komplexes Umfeld, das von Insassen sowie deren Bewegungen und Merkmale gekennzeichnet ist. Hinzu kommen verschiedene Oberflächen, Farben und Materialien. Die ständig wechselnden Bedingungen unter anderem durch Licht, Temperatur und Vibration stellen neue Anforderungen an die Erfassung des dynamischen Umfelds im Fahrzeuginnenraum. Daher gewinnen Innenraumsensoren zunehmend an Bedeutung.
Kameras
Der gängigste Sensor ist ein CMOS-Imager. Die NIR-Versionen (Nahinfrarot) der Innenraumkameras eignen sich für industrielle Bildverarbeitungszwecke. Die RGB + IR-Kameras kombinieren Pixel, die sowohl für Wellen im nahen Infrarotbereich (NIR) als auch für sichtbares Licht (RGB) empfindlich sind. Diese Kombination ermöglicht es nicht nur, Bildverarbeitung auf Basis der NIR-Sensordaten durchzuführen, sondern auch Komfortfunktionen in Farbe anzubieten.
Kameras im Innenraum finden Anwendung in Fahrerbeobachtungssystemen (DMS). Ein kamera-
basiertes DMS ermöglicht die Erfassung verschiedener Messgrößen, aus denen sich der Grad der Aufmerksamkeit und der Müdigkeit ermitteln lässt. Die wichtigsten Elemente sind dabei die Blickrichtungsvektoren, der Lidschlag, der Öffnungsgrad der Augen sowie die Kopfposition des Fahrers. Kameras mit einem ausreichend großen Sichtfeld (FOV) dienen auch dazu, den kompletten Innenraum zu beobachten. Dabei kann das System Insassen erkennen und klassifizieren, damit zum Beispiel klar ist, ob es sich um einen Erwachsenen oder um ein Kind handelt oder wie die genaue Sitzposition ist.
Radar
Radarsensoren eignen sich, um genaue Abstandsinformationen und -änderungen zu sammeln. Diese Daten können ein höheres Maß an Informationen über die Vorgänge im Fahrzeuginnenraum liefern. Anwendungsbeispiele sind die genauere Klassifizierung der Insassen sowie die Messung von deren Atem- oder Herzfrequenz. Mit den zusätzlich gewonnenen Informationen wäre es potenziell auch möglich, den Stresslevel des Fahrers zu erkennen.
3D-Sensoren
Es gibt Situationen, in denen ein 2D-System ein Objekt nicht verstehen kann, wenn es sich in einem ungünstigen Winkel relativ zur Kamera befindet. In einem anderen Szenario nimmt ein 2D-System wahr, dass sich zwei Objekte berühren, wohingegen ein 3D-System zeigen würde, dass sich die beiden Objekte, obwohl sie sehr nahe beieinander liegen, tatsächlich nicht berühren.
Mithilfe von 3D-Erkennung erhöht sich das Verständnis dessen, was im Fahrzeug passiert. Durch das Hinzufügen von Tiefenmessung im Fahrzeuginnenraum ergeben sich neue Anwendungsfälle wie z. B. eine genauere Messung des Abstands zum Airbag für eine optimale Auslösung und die Möglichkeit einer genauen Insassenklassifizierung. Im Bereich der 3D-Sensorik gibt es unterschiedliche Systeme.
Stereoskopische Kameras bestehen aus zwei einzelnen, die in einem definierten Abstand zueinander positioniert sind und den Versatz zwischen den Bildern der beiden Kameras messen, um Tiefe zu extrahieren. Sie sind sehr leistungsstark und arbeiten passiv, benötigen somit keine externe Lichtquelle. Bei schlechten Lichtverhältnissen kann es allerdings zu Problemen kommen, wenn nicht genügend Licht vorhanden ist, um den Versatz zwischen den beiden Kamerabildern zu sehen. Zudem lassen sich keine Abstände von Flächen bestimmen.
ToF-Sensoren senden einen Lichtimpuls aus und messen die Laufzeit des Lichts bis zum Objekt und wieder zurück. Damit eignen sich ToF-Sensoren auch für den Einsatz bei schlechten Lichtverhältnissen. Sie arbeiten mit einer hohen Bildwiederholfrequenz, was gut ist für hohe Detailinhalte. Allerdings erfordern ToF-Sensoren eine eigenständige Datenverarbeitung, während sie gleichzeitig lediglich eine begrenzte Auflösung aufweisen.
Structured Light
Bei der Structured-Light-Technologie (etwa: strukturiertes Licht) handelt es sich um ein System, das aus einer Kamera und einem Lichtprojektor besteht. Das System projiziert ein bekanntes Muster von NIR-Lichtpunkten über die Szene und berechnet die Tiefe aus dem Abstand zwischen den Punkten aus dem bekannten Muster über Triangulation. Structured Light kann ein bestehendes Kamerasystem ergänzen; es erfordert nur inkrementell mehr Verarbeitung und lässt sich mit der Auflösung der Kamera skalieren. Sowohl die Empfindlichkeit gegenüber Sonnenlicht als auch der Stromverbrauch sind gering.
Umweltsensoren
In Bezug auf Umweltfaktoren stoßen Sensoren zur 2D- und 3D-Erkennung des Fahrzeuginnenraums auf ihre Grenzen. Ein kamerabasiertes DMS kann zwar erkennen, dass der Fahrer schläfrig wirkt, aber dass der Grund dafür nicht Müdigkeit, sondern ein Anstieg des CO2-Gehalts ist, bleibt oft unerkannt.
Es gibt verschiedene Arten von Umweltfaktoren, deren Messung Anwendung innerhalb des Fahrzeugs finden; das Spektrum reicht hierbei von der Luftqualität über Rauch und Dampf bis zu giftigen Chemikalien wie VOCs, aber auch zu Alkohol und Drogen.
Luftqualität und CO2-Gehalt wirken sich auf die Konzentrationsfähigkeit des Fahrers aus. Rauchen oder Vapen lenkt den Fahrer möglicherweise ab, sorgt für schlechte Luftqualität und beeinträchtigt die Sauberkeit des Fahrzeugs. Giftige Chemikalien oder Gase können dazu führen, dass der Fahrer nicht mehr in der Lage ist, das Fahrzeug sicher zu fahren. Alkohol- oder Drogeneinfluss beeinträchtigt den Fahrer und gefährdet die Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer.
Um gefährdende Umweltfaktoren frühzeitig zu erkennen, arbeiten Zulieferer und Automobilhersteller an ensprechenden Sensoren. Fahrzeuge sollen zukünftig mit einem digitalen Geruchssinn ausgestattet werden, der aus verschiedenen Sensoren wie standardmäßigen photoelektrischen Rauchmeldern und Sensoren zur Erkennung von Chemikalien mithilfe von Nanofasern bestehen soll.
