Ein zunehmendes Interesse an autonomen Fahrzeugen fordert verstärkte Einsatz von Fahrerassistenzsystemen (ADAS). Bildsensoren bilden die Grundlage für kamerabasierte Systeme, die als Augen des Fahrzeugs fungieren. Sie erhöhen die Sicherheit beim Rückwärtsfahren und Einparken mithilfe von Rückfahrkameras und 360°-Surround-View-Systemen. Zudem bieten Frontkameras automatische Funktionen, die Kollisionen verhindern sollen.

Neue Richtlinien von Gesetzgebern und Sicherheitsinitiativen wie dem NCAP haben zur Folge, dass in kürzester Zeit immer mehr Kameras Einzug in Kraftfahrzeugen halten. Die Autohersteller integrieren diese Bildsysteme mittlerweile in Fahrzeugplattformen fast aller Klassen. Laut dem japanischen Marktforschungsunternehmen Techno Systems Research hat sich die Zahl der jährlich weltweit produzierten Fahrzeugkameras von 47 Millionen (2013) auf 110 Millionen (2017) mehr als verdoppelt. Im Jahr 2024 soll diese Zahl sogar auf über 200 Millionen ansteigen.

Eckdaten

  • Dynamik >140 dB
  • LED-Flicker-Mitigation mit 120 dB Dynamikbereich
  • >95 dB Dynamikbereich aus einer Aufnahme
  • ASIL−B Sicherheitsdesign, ISO 26262 konform
  • 2048 x 1280 bei 45 Bilder/s
  • 1920 x 1080 bei 60 Bilder/s

Kamerabasierte Sicherheitsfunktionen im Fahrzeug

Zusätzlich zum Park- und Manövrierassistenten, bei dem vier Kameras an jeder Fahrzeugseite Bildausschnitte für einen 360°-Rundumblick liefern, können Kamerasysteme auch eine Signalisierung beim Verlassen der Fahrspur und bei sich nähernden Fahrzeugen im toten Winkel ausgeben und damit den Fahrer vor dem Spurwechsel warnen.

Kamera-Monitorsysteme (CMS) ersetzen sogar Spiegel und erzeugen herkömmliche Seitenspiegelansichten ohne toten Winkel auf einem Display im Fahrzeug. Sofern die Gesetzgebung die Regelungen ändert, könnte damit sogar der Außenspiegel entfallen, was sich äußerst vorteilhaft auf den Kraftstoffverbrauch und das Fahrzeugdesign auswirken kann.

Frontkamerasysteme erkennen, was sich vor dem Fahrzeug abspielt und erlauben es zusätzliche Sicherheits- und Komfortfunktionen zu realisieren. Diese Systeme können Kollisionen durch eine automatische Notbremsung abschwächen und das Fahrzeug zum Stillstand bringen, sobald ein plötzliches Hindernis erkannt wird. Eine adaptive Geschwindigkeitsregelung unterstützt den Fahrer – vor allem wenn stressige Verkehrsbedingungen wie Staus auftreten.

Bildqualität und Auflösung

Bildsensoren Der 2,6-MP-Sensor mit hohem Dynamikbereich und LED-Flimmerunterdrückung gibt 1080p-Video mit 60 Bildern pro Sekunde aus.

Der 2,6-MP-Sensor mit hohem Dynamikbereich und LED-Flimmerunterdrückung gibt 1080p-Video mit 60 Bildern pro Sekunde aus. ON Semiconductor

Alle diese Anwendungen basieren auf Bildsensoren als Kernkomponente in der Kamera – sie stellen aber oft unterschiedliche Anforderungen an die Bildqualität, Auflösung und Sensorgröße. So kann die erforderliche Bildqualität für beispielsweise eine Rückfahrkamera, die dem Fahrer am Display aufbereitete Bilder anzeigt, andere Anforderungen haben, als eine Frontkamera, die zusammen mit Algorithmen die automatische Notbremsfunktion des ADAS ermöglicht.

Auch kann sich die Auflösung des Bildsensors für ein bestimmtes Anzeigeformat abhängig von der Bildverarbeitungsanwendung unterscheiden, die eine präzise Mindestanzahl an Pixeln über ein Objekt benötigt, damit der Algorithmus das Objekt direkt erkennen und identifizieren kann. Die Sensorauflösung ist daher ein wesentlicher Faktor.

Einschränkungen bei aufgezeichneten Bildsequenzen

Bei Frontkamerasystemen benötigen Bildverarbeitungsalgorithmen am Bildsensorausgang ein Training oder eine Anpassung für verschiedene Ansichten oder Bilderdarstellungen, wenn sie Fußgänger, Fahrzeuge und Objekte erkennen oder Entscheidungen treffen müssen. Häufig werden solche Ansichten über lange Zeit anhand von Testfahrten erfasst, was äußerst kostspielig ist. Zudem müssen sie über das gleiche System erfolgen, das auch im späteren Produkt zum Einsatz kommt. Auch muss die Bildqualität vor der Aufzeichnung eines Datensatzes feststehen. Dabei erfordern die Feineinstellung der Bildqualität wie auch die Entwicklung viel Zeit, um einen funktionstüchtigen Sensor hervorzubringen, dessen automatische Funktionen wie Belichtung und Weißabgleich auch dann optimale Bilder liefern, wenn sich die Umgebungsbedingungen verändern. Speziell angepasste Bildverarbeitungsalgorithmen, die kameraspezifisch aufgezeichnete Bilder verwenden, können nachfolgend nicht auf einem Kamerasystem mit einem anderen Bildsensor laufen, da sie das Profil des entsprechenden Datensatzes nicht erkennen.

Eine einzelne, skalierbare Plattform von Bildsensoren, welche die gleiche Leistungsfähigkeit bei vergleichbaren Auflösungen bietet, verringert daher Aufwand und Kosten für den Hersteller. Kommt diese Plattform in mehreren unterschiedlichen Systemen und Produkten zum Einsatz, erspart das zusätzlich Investitionen in die Entwicklung und Bildanpassung.

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