Weniger Unfälle durch Miniaturkamera

Nur wenige Kubikmillimeter misst ein neuartiges Mikrokameramodul, das bald in künftige Fahrerassistenzsysteme integriert werden könnte.

Oft sind es nur Bruchteile von Sekunden, die über Autounfälle entscheiden: Ein kurzer Moment des Abgelenktseins, Übermüdung oder Unaufmerksamkeit – es gibt viele Gründe, warum die Zahl der Unfälle in Deutschland vor allem auf Autobahnen hoch ist.
Laut Angaben des Statistischen Bundesamts stieg die Zahl der Todesopfer auf deutschen Autobahnen 2013 im Vergleich zum Vorjahr um mehr als acht Prozent. Fahrerassistenzsysteme könnten viele dieser Unglücke vermeiden helfen oder zumindest reduzieren.

Mikrokameras sind dabei unverzichtbare Helfer: Sie registrieren mögliche Gefahren bereits dann, wenn der Fahrer sie noch gar nicht wahrgenommen hat, und können ihn so frühzeitig warnen.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin entwickelten ein Mikrokameramodul, das dies leisten soll. Die Kamera erkennt beispielsweise Verkehrsschilder, die gerade auf der Autobahn leicht übersehen werden und so zu schwerwiegenden Unfällen führen können.
Eine Besonderheit des Systems: Im Gegensatz zu auf dem Markt üblichen Fahrerassistenzsystemen erfolgt die Verarbeitung des Bildmaterials und somit die Interpretation der Verkehrsschilder direkt in der Kamera, da sie mit einem integrierten Prozessor zur Bildverarbeitung ausgestattet ist.

Nachdem der eingebaute Imagesensor die Bilder aufgenommen hat, wertet der Prozessor die Frames aus. „Das Video selbst muss nicht mehr, wie bisher üblich, ausgelesen und durch ein zwischengeschaltetes System analysiert werden. Stattdessen werden nur noch die entsprechenden Signale übertragen“, sagt Andreas Ostmann, Diplomphysiker und Gruppenleiter am IZM.
Der Vorteil für die Verkehrszeichenerkennung: Das zu übertragende und zu verarbeitende Datenvolumen fällt um ein Vielfaches kleiner aus. Da sich die Erkennung der Zeichen an alle landestypischen Verkehrsschilder anpassen lässt, gibt es hinsichtlich des Einsatzgebietes keinerlei Beschränkungen: Stopp-Schilder erkennt die Mikrokamera ebenso wie Geschwindigkeitsbegrenzungen, Überholverbote oder Einbahnstraßenschilder. Beispielsweise durch eine Anzeige im Armaturenbrett könnte sie den Fahrer informieren und dadurch den Fahrkomfort und die Sicherheit verbessern.

Mit einer Größe von nur 16x16x12 mm inklusive Optik und 16x16x4,6 mm ohne Optik ist das Mikrokameramodul kleiner als aktuell verbaute Assistenzsystemkameras mit Kantenlängen von 20x20x20 mm (ohne Optik). Möglich wurde diese Miniaturisierung durch die Expertise der IZM-Forscher im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik. Insgesamt 72 passive und 13 aktive Komponenten wie LEDs, Gleichspannungswandler, Speicherchip, Imagesensor und Imageprozessor mussten besonders platzsparend in dem Modul platziert werden. Dies ist den Forschern gelungen: Das Volumen der Kamera konnte auf gerade einmal 3 cm³ mit Optik und auf 1,2 cm³ ohne Optik reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil des neu entwickelten Moduls: Alle Bauteile sind direkt in die Leiterplatte aus Glasfaser und Epoxidharz integriert. Experten nennen diese Aufbautechnik „Embedding“. Durch diese Verkapselung der elektronischen Komponenten ist die Mikrokamera unempfindlich gegenüber Rüttlern auf unebenen Straßen.

„Unser System lässt sich nicht nur einsetzen, um Verkehrszeichen zu detektieren. Wenn man die integrierte Software entsprechend programmiert, ist auch das Erkennen von Fahrbahnmarkierungen möglich. In dem Fall wird die Kamera mit einem Spurhalteassistenten kombiniert. Da sie auch die Bewegungserkennung beherrscht und Objekte wie Tiere, Personen und deren Position detektiert, ließe sie sich mit einem Bremsassistenten oder Fußgängerschutz koppeln“, führt Ostmann aus.

Ein weiteres Szenario: Am Armaturenbrett montiert könnte das Miniatursystem den Innenraum von Fahrzeugen überwachen und vor Sekundenschlaf warnen. Stellt die Kamera fest, dass die Augen des Fahrers etwas länger als eine Sekunde geschlossen sind, wird Alarm ausgelöst. Weitere mögliche Anwendungen für die Miniaturkamera könnten Diebstahlschutz und Qualitätskontrolle sein. Hierfür müssen lediglich die Bildverarbeitungsalgorithmen entsprechend angepasst werden.