专利名称：用于车辆摄像机的图像传感器的彩色掩膜的制作方法
技术领域：
为了在车辆的近光和远光之间进行转换，已公开了一些自主的或者自动的转换系 统，在这些转换系统中车辆摄像机确定在车辆前面的相关区域中是否存在其他车辆或者交 通参与者并且根据所述确定自主地在近光和远光之间进行转换。摄像机通常具有带有彩色 掩膜的传感器，所述彩色掩膜实现了颜色的区分，尤其是红色白色区分，以便识别以及相互 区分其他车辆的通常红色的尾灯和通常白色的近光灯和远光灯。在此，也应尤其能够区分 例如弱的红光与另一物体上、例如交通指示牌上的白色的反射。在实现红色白色区分时，最大的困难之一是光源的大小，因为光源通常仅在一个 传感器像素上成像。因此，在实现时通过彩色掩膜指示移动的光源，所述移动的光源由于移 动使具有不同颜色的不同像素感光。通常使用标准的Bayer图样掩膜作为彩色掩膜，在标准的Bayer图样掩膜中彩色 掩膜的每个第二滤光器像素(Filter-Pixel)是绿色的，其中，绿色的滤光器像素棋盘式交 替地分散设置在滤光器像素的矩阵排列上。在其他矩阵位置中布置了蓝色和红色的滤光器 像素，其中，具有绿色的和蓝色的像素的行与具有红色的和绿色的像素的行交替出现。所述 标准的Bayer图样掩膜实现了完全的颜色区分，即解释为颜色红色-蓝色-绿色。然而不 利的是，相对于单色的图像传感器的空间分辨率，所述标准的Bayer图样掩膜具有因数为2 的空间分辨率降低。此外，已公开了简化的滤光掩膜，其中省去了所述标准的Bayer图样的 一些彩色像素并且因此在这些彩色像素的位置上留下透明的像素，由此提高空间分辨率。JP 2004304706A示出具有绿色的、白色的、红色的和蓝色的滤色器区段的滤色器， 在这些滤色器区段中用于亮度信号的白色区段棋盘式地占据每个第二矩阵位置而彩色区 段占据矩阵位置的剩余的另一半。在此，具有白色区段和绿色区段的行和具有白色区段、红 色区段和蓝色区段的行交替出现，从而在每个绿色区段的角上分别对角线对置地设有两个 蓝色区段和两个红色区段。此外，描述了用于分析借助这样的彩色掩膜接收到的图像信号 的插值方法。
发明内容
本发明基于以下思想，即实现具有仅仅两种不同的滤光器像素的彩色掩膜或者滤 光掩膜，所述两种不同的滤光器像素在矩阵排列的行和/或列中相互错开。在此，一个优选实施形式在于，第一滤光器像素具有红色的透射特性而第二滤光 器像素具有更宽的、包括红色光谱范围和其他光谱范围的透射特性。在此，第二滤光器像素 可以尤其在光范围内是全部透明的或完全透明的。根据本发明，允许在红色波长范围内的光透过并且基本上不允许其他波长范围透 过的滤光器像素或者滤光区段被称为红色的滤光器像素。允许更大的波长范围上的光透过 并且因此在光范围内基本上显示为透明或者白色的滤光器像素或者滤光区段被称为透明 的滤光器像素；因此允许亮度信号(Luminiszenz-Signal)通过，在所述亮度信号中总亮度 被测量。因此在施加彩色掩膜时对于透明的滤光器像素可以省去掩膜，从而为此不需要处理步骤并且实现完全的透明。通过根据本发明仅设有透明的和红色的滤光器像素可以设置用于具有高空间分辨率的、用于识别近光或者远光或者尾灯灯光的滤光器像素，相对于无彩色掩膜的图像传 感器具有例如仅约1. 5的分辨率降低。根据本发明的理解基于，在车辆中尤其出现俯仰运动(Nickbewegimg)，即绕着横 轴的摆动(旋转)，以及偏转运动(Gierbewegimg)，即绕着竖轴的摆动(旋转)。尤其在制 动过程中和加速过程中以及由于行驶不平稳性出现俯仰运动；尤其由于较大或较小的转向 操纵出现偏转运动。在此，尤其是具有根据本发明的摄像机的车辆与待探测的物体之间的 相对运动是重要的，从而在直线行驶时相对于与车辆车道错开的物体、例如在逆向车道上 行驶的车辆可以出现相对的偏转运动。在此，俯仰运动相应于所检测的光源在矩阵排列上的垂直方向上的移动，即沿着 列的移动。偏转运动相应于点沿着矩阵排列的水平的行的移动。在此，在摄像机中设置在 传感器前面的光学系统虽然可能产生方向、即右和左以及上和下的反转，但是这对于用于 识别水平的偏转运动和垂直的俯仰运动的根据本发明的原理是不重要。纯俯仰运动的出现被视为车辆中的典型情况。对此，提出一种矩阵排列，在所述矩 阵排列中在每一列中设有红色的滤光器像素，例如作为每一列中的每个第四像素(每隔三 个像素)，其中，相互相继的列优选彼此错开。在此，也完全可以相应地得到纯透明的行，因 为这些纯透明的行对于检测俯仰运动是不重要的。因此，在红色像素的数量相对较少的情 况下俯仰运动也可被相对可靠地识别。根据另一个实施例可以检测纯偏转运动，为此在所有的行中设有红色的滤光器像 素，优选地同样彼此错开，即在相互相继的行中相互错开的位置中。为了既检测偏转运动也检测俯仰运动可以进行红色的滤光器像素的按行以及按 列的错开，从而可以得到例如由红色像素和透明像素构成的棋盘图案，在所述棋盘图案中 在列方向上和在行方向上分别交替地设置透明像素和红色像素，其中，出现相对于无彩色 掩膜的图像传感器因数为2的分辨率损失。相应地，在此实施形式中也可以设置更少数量 的红色像素。根据本发明，作为红色-透明(Rot-Transparent)原则上也可以选择其他构型。在 此，尤其可以将更窄的透射光谱，即诸如蓝色、黄色或绿色或混合色的彩色滤光器像素与更 广泛的透射光谱尤其透明地组合。此外也可以选择两个仅仅部分重叠或者完全不重叠的光 谱区域。
图1示出具有摄像机的车辆的道路情景的俯视图，图2以侧视图或侧剖面图示出车辆中的摄像机装置，所述摄像机装置具有图像传 感器和彩色掩膜，图3示出根据用于检测尤其俯仰运动的第一实施形式的彩色掩膜，图4示出根据用于检测尤其偏转运动的第二实施形式的彩色掩膜，图5示出根据用于检测尤其不同运动的第三实施形式的彩色掩膜。
具体实施方式
具有摄像机2的车辆1在车道3上行驶。在摄像机2的检测区域4中检测到车道 3上的以及车道3外的不同物体01、02、03。根据图2，摄像机2安装在车辆1的玻璃5、尤 其风挡玻璃5后并且除在此未详细示出的透镜6外还具有图像传感器7以及置于图像传感 器7上的彩色掩膜(滤光掩膜)8，所述图像传感器具有由传感器像素组成的矩阵排列，在图 3至5中示出所述彩色掩膜的不同的实施例形式。图像传感器7接收通过彩色掩膜8入射 的光并且向控制及分析装置9输出图像信号Si，所述控制及分析装置因此可以以相应的空 间分辨率进行分析，随后可能进行相应的报警或者同时直接干预车辆管理。彩色掩膜8具有由滤光器像素Hiij组成的矩阵排列，其中，i = 1,2,...且j = 1， 2，...，其中，为了简化示图，在图3至5中示出4X7矩阵。滤光器像素Hiij过滤入射的光并 且总是允许预先给定的波长范围内的光通过。根据示出的实施例形式，滤光器像素Hlij或者 对于光是完全(或者基本上完全)透射的；这样的滤光器像素Hiij被标为C(clear:透明) 并且因此是透明的或者是“白色的”，否则它作为红色的滤光器像素基本上仅允许红色的光 通过并且被标为R。每个滤光器像素Hiij被紧邻地置于、例如粘贴在一个图像传感器像素前面；图2中 示出的图像传感器7和彩色掩膜8之间的距离仅用于形象的表示。矩阵排列分别具有 水平的行11、12、13、14和垂直的列1^1、1^2、1^3、...。因此，行Ii的水平方向相应于图1中 的水平方向h ；垂直的列、的方向相应于图2中的垂直方向ν。根据本发明也考虑物体01、02、03的小光源，这些小光源仅在一个图像传感器像 素上成像。由于车辆1和/或物体01、02、03的运动，相应的光源跨越(Uberstreichen)图 像传感器矩阵上和前置的彩色矩阵Hiij上的多个像素。在车辆1的俯仰运动情况下，即车辆 绕着它的横轴旋转时，摄像机2在垂直方向ν上摆动，使得作为光源接收的物体01、02、03 分别在列、的方向上移动；在偏转运动情况下，即车辆绕着它的竖轴(偏转轴)旋转时，即 平行于车道3在图1中的水平方向h上旋转时，物体01、02、03的光源信号因此在水平方向 上移动，即沿着行Ii移动。图3的实施形式示出一种彩色矩阵排列，在所述彩色矩阵排列中四个像素中的三 个是透明的并且每个第四像素(每隔三个像素)是红色的，其中，在所有的列、中都设有 红色的滤光器像素R。在此优选地，纯透明的行11、13以及位于其间的行12、14交替出现， 纯透明的行11、13的滤光器像素ml j和m3j对于所有的j = 1、2、3...是C，在行12、14中 红色的滤光器像素和透明的滤光器像素交替出现，也就是说例如m21 = m23 = m25 = m27 =R 并且 m22 = m24 = m26 = C。图3的实施形式尤其适合于满足车辆1的纯俯仰运动，即摄像机2在垂直方向ν 上或者列方向上的运动。因为车辆典型地进行俯仰运动，尤其在加速和制动时以及由于行 驶不平稳性，所以各个物体01、02、03在有关的列kj中的仅仅一个像素上成像时也跨越多 个相互相继的滤光器像素Hiij并且因此也跨越红色的滤光器像素R。相对于出现纯透明的列的简化Bayer图样彩色矩阵，在相同的空间分辨率情况下 通过非常简单的措施——即错开地布置红色的滤光器像素R——在典型的俯仰运动中明显 地提升了安全性，将红色的光与白色的反射光区分开。相对于完全的RGB-Bayer图样仅仅 出现因数约为1. 5的分辨率降低。
在图4的实施形式中，在所有的行ki中设有红色的滤光器像素R。优选的是，在此 纯透明的列k9、kll、kl3与组合的、即透明的-红色的列k8、klO、kl2、kl4交替出现，在透 明的_红色的列k8、kl0、kl2、kl4中交替地设有红色的滤光器像素R和透明的滤光器像素 C。在此，四个像素中的三个是透明的而每个第四像素(每隔三个像素)是红色的，即具有 与图3中相同的物理空间分辨率。因此，在摄像机在水平方向h上摆动的偏转运动中，通过透明的像素以及红色的 像素检测小的光源。
图5示出组合的实施形式，其中，在列方向和行方向上红色的滤光器像素R和透明 的像素C交替出现，从而得到由R和C构成的棋盘图案。因此，所述图案能够满足纯偏转运 动和纯俯仰运动以及组合运动，其中，然而相对于无彩色掩膜的传感器7出现因数为2的分 辨率损失。因此，控制及分析装置9可以将在透明的滤光器像素(亮度信号)下和红色的滤 光器像素下的图像信号Si的强度进行比较并且由此确定，光源在矩阵排列上的移动成像 是否具有白色的或者红色的光。
权利要求
用于一车辆摄像机(2)的图像传感器(7)的彩色掩膜，其中，所述彩色掩膜(8)具有由第一滤光器像素(R)和第二滤光器像素(C)组成的一矩阵排列(mij)，其中，所述矩阵排列(mij)由水平的行(li)和垂直的列(kj)构成，其中，所述第一滤光器像素(R)和第二滤光器像素(C)具有不同的光透射特性，其中，在每个行(li)和/或每个列(kj)中设置了第一滤光器像素(R)和第二滤光器像素(C)。
2.根据权利要求1所述的彩色掩膜，其特征在于，所述矩阵排列(mu)仅仅由所述第一 滤光器像素(R)和所述第二滤光器像素(C)组成。
3.根据权利要求1或2所述的彩色掩膜，其特征在于，由所述第二滤光器像素(C)透射 的波长范围包括由所述第一滤光器像素(R)透射的波长范围。
4.根据权利要求3所述的彩色掩膜，其特征在于，所述第二滤光器像素(C)对于光是至 少基本上完全透明的。
5.根据以上权利要求中任一项所述的彩色掩膜，其特征在于，所述第一滤光器像素 (R)是红色的滤光器像素(R)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的彩色掩膜，其特征在于，所述第一滤光器像素 (R)在相互相继的行(Ii)和/或相互相继的列(、)中被相互错开地布置。
7.根据以上权利要求中任一项所述的彩色掩膜，其特征在于，所述矩阵排列(mu)交替 地具有由第二滤光器像素(C)组成的第二行(11，13)以及由第一滤光器像素(R)和第二滤 光器像素(C)组成的组合的行(12，14)，其中，在相互相继的组合的行(12，14)中所述第一 滤光器像素(R)被布置在不同的列(、)中。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的彩色掩膜，其特征在于，所述矩阵排列(Hiu)交 替地具有仅仅具有第二滤光器像素(C)的第二列(k9，kll，kl3)以及由第一滤光器像素 (R)和第二滤光器像素(C)组成的第一-第二列(k8，klO, kl2，kl4)，其中，在相互相继的 第一-第二列(k8，kl0)中所述第一滤光器像素(R)被布置在不同的行(Ii)中。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的彩色掩膜，其特征在于，所述矩阵排列(Hiu)由 组合的行(19，110，111，112)和组合的列(kl5，kl6，kl7，kl8，kl9，k20，k21)组成，在这些 组合的行和组合的列中分别交替地设置了第一滤光器像素(R)和第二滤光器像素(C)。
10.根据权利要求9所述的彩色掩膜，其特征在于，所述第一滤光器像素(R)和第二滤 光器像素(C)形成一棋盘图案，所述棋盘图案具有由第二滤光器像素(C)组成的第二对角 线和由第一滤光器像素(R)组成的第一对角线。
11.用于一车辆(1)的摄像机(2)，所述摄像机具有一图像传感器(7)，所述图像传感器具有一传感器像素的矩阵排列，用于接收光和输出 图像信号(Si)，一根据以上权利要求中任一项所述的彩色掩膜(8)，所述彩色掩膜被设置在所述图像 传感器(7)前面，其中，每个滤光器像素(Hlij)被紧邻地设置在一个传感器像素前面。
12.具有一根据权利要求11所述的摄像机以及至少一个控制及分析装置(9)的车辆 (1)，所述控制及分析装置接收所述摄像机(2)的图像信号(Si)并且由所述图像信号(Si) 的时间变化确定，在所述摄像机(2)的检测区域(4)中是否设置有发射一红色的尾灯灯光 或一白色的前照灯灯光的物体(01，02，03)。
全文摘要
本发明涉及用于车辆摄像机(2)的图像传感器(7)的彩色掩膜，所述彩色掩膜具有由第一滤光器像素(R)和第二滤光器像素(C)组成的矩阵排列(mij)，其中在每个水平的行(li)和/或每个垂直的列(kj)中设置了第一滤光器像素(R)和第二滤光器像素(C)，其中，所述第一滤光器像素(R)和第二滤光器像素(C)具有不同的光透射特性。有利的是，所述第二滤光器像素(C)具有更广泛的透射特性，其中，所述第二滤光器像素(C)尤其对于光可以是完全透明的。所述第一滤光器像素(R)优选是红色的。在与没有彩色掩膜的图像传感器相比仅仅具有较少分辨率降低的情况下获得光源的可靠识别；在用于车辆时可以尤其在车辆的俯仰运动和偏转运动时进行可靠地探测。此外提出具有这种掩膜的用于车辆的摄像机以及具有所述摄像机的车辆。
文档编号B60Q1/14GK101828403SQ200880104233
公开日2010年9月8日 申请日期2008年7月7日 优先权日2007年8月24日
发明者L·贝尔根, S·弗里茨, U·赛格 申请人:罗伯特·博世有限公司