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Dokumentenidentifikation DE102004013269A1 29.09.2005
Titel Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Bildsensors
Anmelder ADC Automotive Distance Control Systems GmbH, 88131 Lindau, DE
Erfinder Fechner, Thomas, 88079 Kressbronn, DE;
Krökel, Dieter, 88074 Meckenbeuren, DE
DE-Anmeldedatum 18.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004013269
Offenlegungstag 29.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.09.2005
IPC-Hauptklasse H04N 5/335
IPC-Nebenklasse B60R 1/00   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Bildsensors wird als Signal für die Temperaturbestimmung das Rauschen des Bildsensors verwendet.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Bildsensors.

Die Erfindung betrifft auch ein Kamerasystem mit einem Bildsensor und ein Fahrzeug mit einem Umfeldsensoriksystem zur Beobachtung des näheren und/oder weiteren Umfelds des Fahrzeugs.

Die Erfindung betrifft ebenso ein Mikroprozessorprogramm und ein Mikroprozessorprogrammprodukt.

Bildsensoren in einer Kamera sind im Grundsatz über einen relativ großen Temperaturbereich funktionsfähig. Aber nur in einem bestimmten, begrenzten Temperaturbereich liefern bekannte Bildsensoren, wie beispielsweise CMOS-Bildsensoren, Bilder mit spezifizierten Qualitätsmerkmalen. Als Qualitätsmerkmale eines CMOS-Bildsensors können insbesondere ein bestimmter Signal- zu Rauschabstand, ein bestimmter Mindest-Kontrast und bestimmter Mindest-Dynamikbereich, angegeben werden.

Daher ist der Betrieb von Bildsensoren aufgrund ihrer Temperaturabhängigkeit merklich eingeschränkt. Überschreitet beispielsweise die Betriebstemperatur des Bildsensors einen spezifischen Grenzwert, kann dies einer Auswerteeinheit mitgeteilt werden, um entsprechende Maßnahmen einzuleiten.

Insbesondere können dann Maßnahmen zum Schutz der Kamera getroffen werden, wie Abschaltung oder aktive Kühlung der Kamera, z.B. durch Ansteuerung eines Lüfters oder Gebläses. Es kann aber auch nur eine Warnsignal erzeugt werden, dass der spezifizierte Temperaturbereich verlassen wird bzw. überschritten wurde.

Es ist bekannt, für die Temperaturmessung an dem Bildsensor einen entsprechenden Temperatursensor vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Temperaturbestimmung zu schaffen, das kostengünstig und sicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Durch die Merkmale der davon abhängigen Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass als Signal für die Temperaturbestimmung das Rauschen des Bildsensors verwendet wird.

Als Rauschen wird hier eine statistische Schwankung der Grauwerte des Sensors bezeichnet, die sich selbst bei konstanten Umgebungsbedingungen einstellen. Insbesondere sind damit die statistischen Schwankungen einzelner Bildpunkte eines Sensors, das bedeutet von lichtempfindlichen Rezeptoren (Pixeln) des Bildsensors, gemeint.

Diese statistischen Schwankungen sind dabei auf verschiedene Ursachen zurückzuführen, im wesentlichen auf das sog. Photonenrauschen, Ortrauschen und das Dunkelrauschen.

„Photonenrauschen" beruht auf einer quantenphysikalischen Eigenschaft des Lichts, nämlich darauf, dass zu verschiednen Zeitpunkten unterschiedlich viele Lichtteilchen (Photonen) auf die lichtempfindlichen Rezeptoren treffen. Es steigt mit zunehmender Intensität des Lichts.

Der Begriff „Ortsrauschen" beruht auf Inhomogenitäten der einzelnen lichtempfindlichen Rezeptoren eines Sensors. Ursächlich sind vor allem Fertigungstoleranzen. Das Ortsrauschen tritt daher nur im Verhältnis der einzelnen lichtempfindlichen Rezeptoren untereinander in Erscheinung.

Das „Dunkelrauschen" beschreibt statistische Prozesse bei der Umwandlung der auf den Bildsensor einfallenden elektrischen Energie in elektrische Signale. Dunkelrauschen wird z.B. durch Inhomogenitäten beim Ladungsträgertransport hervorgerufen.

Ferner tragen auch in den Bildsensor integrierte oder mit diesen verknüpfte elektrische Bauteile zum Rauschpegel bei.

Durch die Erfindung ist es möglich, die Temperatur des Sensors, das bedeutet die Temperatur des Sensorelements selbst bzw. die Umgebungstemperatur unmittelbar an dem Sensor, zu ermitteln.

Dabei wird zuerst vorzugsweise ein Referenzwert, der ein vorgegebener Wert oder eine vorgegebene Funktion oder ein ermittelter Wert oder eine ermittelte Funktion sein kann, bestimmt. Dann wird ein aktuelles Rauschmaß des Bildsensors bestimmt. Anschließend wird das aktuelle Rauschmaß mit dem bestimmten Referenzwert verglichen und auf Grundlage des Vergleichs eine Temperatur für den Bildsensor ermittelt oder abgeschätzt.

Vorteilhaft ist es, dass die Temperaturbestimmung erfolgt, ohne einen zusätzlichen Temperatursensor anzuordnen. Dies führt zu Kostenvorteilen.

Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass als Signal für die Temperaturbestimmung das Dunkelrauschen des Bildsensors verwendet wird.

Ein Grundgedanke der Erfindung ist die Ausnutzung der Tatsache, dass das Dunkelrauschen unabhängig von der Lichtintensität ist, aber eine Abhängigkeit von der Temperatur besteht.

Es wird daher vorzugsweise ein aktuelles Dunkelrauschmaß ermittelt und mit einem bestimmten Dunkelrausch-Referenzwert verglichen und auf Grundlage des Vergleichs eine Temperatur für den Bildsensor ermittelt oder abgeschätzt.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Bildsensor mehrere,lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist und dass für die Temperaturbestimmung das Rauschen von Rezeptoren in einem Randbereich des Bildsensors verwendet wird.

Dieser Ausführungsform liegt die Überlegung zugrunde, dass bei vielen kommerziell erhältlichen Sensoren am äußeren Rand lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) so angeordnet sind, dass konstruktionsbedingt kein Licht darauf fallen kann. Diese „Randbildpunkte" liefern somit von sich aus stets Signale, die einem Dunkelwert entsprechen.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Bildsensor mehrere, lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist und dass für die Temperaturbestimmung das Rauschen von Rezeptoren verwendet wird, auf welche im wesentlichen kein Licht fällt.

Mit anderen Worten können bei anderen Ausführungsformen alternativ insbesondere die am Rand eines Bildsensors gelegenen Bildpunkte abgedunkelt werden, um die benötigte Dunkelrauschwerte einfach bestimmen zu können. Dies kann z.B. auch durch eine geeignete Anordnung des Sensors bzw. der äußeren Bildpunkte des Bildsensors in einer Kamera erfolgen.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Bildsensor mehrere, lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist und dass eine räumliche Varianz des Signals von lichtempfindlichen Rezeptoren des Bildsensors für die Temperaturbestimmung verwendet wird.

Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Bildsensor mehrere, lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist und dass eine zeitliche Varianz des Signals von lichtempfindlichen Rezeptoren des Bildsensors für die Temperaturbestimmung verwendet wird.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass im wesentlichen ein Gleichspannungsanteil oder Wechselspannungsanteil, vorzugsweise ein Wechselspannungsanteil, des Signals des Bildsensors zur Temperaturmessung verwendet wird.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Bildsensor mehrere, lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist, dass für die Temperaturbestimmung das Rauschen von lichtempfindlichen Rezeptoren verwendet wird, auf die Licht fällt, wobei ein gemessenes Rauschen der lichtempfindlichen Rezeptoren auf eine gemessene Helligkeit normiert wird.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zusätzliches Rauschen, wie ein Rauschen von nachgeschalter verstärkender Elektronik, bei der Temperaturbestimmung mit berücksichtigt wird.

Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Bildsensor ein CMOS-Bildsensor ist. Das bedeutet die Erfindung bevorzugt einen CMOS-Bildsensor. Die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt und ebenso auf andere Bildsensoren anwendbar.

Die Aufgabe wird auch durch ein Kamerasystem mit einem Bildsensor gelöst, welches Kamerasystem Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung aufweist.

Für die Temperaturbestimmung wird dabei vorteilhaft ein bereits vorhandener Mikroprozessor oder Mikrokontroller genutzt, mit dem die Auswertung von statistischen Daten über das Rauschen, insbesondere das Dunkelrauschen, möglich ist. Das erfindungsgemäße Kamerasystem kommt daher ohne zusätzliche Messmittel aus.

Die Aufgabe wird auch durch ein Fahrzeug mit einem Umfeldsensoriksystem zur Beobachtung des näheren und/oder weiteren Umfelds des Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gelöst, das Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung aufweist.

Das Umfeldsensoriksystem weist beispielsweise ein Kamerasystem mit einem Bildsensor auf und dient vorzugsweise dazu, die Bewegung des Fahrzeugs als Ganzes und als bewegliches Objekt in einem Verkehrsstrom und einem Verkehrsraum zu ermitteln. Vorzugsweise ist das Kamerasystem mit dem Bildsensor Teil einer Geschwindigkeits- und Abstandsregelung für Kraftfahrzeuge (ACC-System) oder eines Fahrerassistenzsystems zur Fahrspurhaltung (lane keeping).

Auf Grundlage der Bildsensordaten kann somit eine zielgerichtete Führung und Lenkung des Fahrzeugs zur Fahrerassistenz oder zur Navigation und eine Erweiterung von Insassenschutzsystemen bis hin zur Aufprallvermeidung realisiert werden. Solche Systeme bilden auch die Basis für semiautonomes oder sogar autonomes Fahren.

Die Aufgabe wird auch durch ein Mikroprozessorprogramm gelöst, mit Programmiermitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach der Erfindung durchzuführen, wenn das Programm auf einem Mikroprozessor ausgeführt wird.

Die Aufgabe wird ebenso durch ein Mikroprozessorprogrammprodukt gelöst, mit einem Datenträger, auf dem ein Mikroprozessorprogramm nach der Erfindung gespeichert ist.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Bildsensors, dadurch gekennzeichnet, dass als Signal für die Temperaturbestimmung das Rauschen des Bildsensors verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Signal für die Temperaturbestimmung das Dunkelrauschen des Bildsensors verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor mehrere, lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist und dass für die Temperaturbestimmung das Rauschen von Rezeptoren in einem Randbereich des Bildsensors verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor mehrere, lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist und dass für die Temperaturbestimmung das Rauschen von Rezeptoren verwendet wird, auf welche im wesentlichen kein Licht fällt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor mehrere, lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist und dass eine räumliche Varianz des Signals von lichtempfindlichen Rezeptoren des Bildsensors für die Temperaturbestimmung verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor mehrere, lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist und dass eine zeitliche Varianz des Signals von lichtempfindlichen Rezeptoren des Bildsensors für die Temperaturbestimmung verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen ein Gleichspannungsanteil oder Wechselspannungsanteil, vorzugsweise ein Wechselspannungsanteil, des Signals des Bildsensors zur Temperaturmessung verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor mehrere, lichtempfindliche Rezeptoren (Pixel) aufweist, dass für die Temperaturbestimmung das Rauschen von lichtempfindlichen Rezeptoren verwendet wird, auf die Licht fällt, wobei ein gemessenes Rauschen der lichtempfindlichen Rezeptoren auf eine gemessene Helligkeit normiert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Rauschen, wie ein Rauschen von nachgeschalter verstärkender Elektronik, bei der Temperaturbestimmung mit berücksichtigt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor ein CMOS-Sensor ist.
  11. Kamerasystem mit einem Bildsensor, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
  12. Fahrzeug mit einem Umfeldsensoriksystem zur Beobachtung des näheren und/oder weiteren Umfelds des Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umfeldsensoriksystem Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
  13. Mikroprozessorprogramm mit Programmiermitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Mikroprozessor ausgeführt wird. 14 Mikroprozessorprogrammprodukt mit einem Datenträger, auf dem ein Mikroprozessorprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
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