DE10051918A1 - Verfahren und Gerät zur Aufnahme von Entfernungsbildern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Erzeugung von Entfernungsbildern. Hierbei werden nach dem Puls-Laufzeitverfahren Lichtpulse einer Beleuchtungsquelle ausgesandt und nach Reflexion durch die aufzunehmende Szene von einem lichtempfindlichen Array aufgenommen. Durch einen geeigneten elektrooptischen Verschluß, der durch Bildverstärker, Channel Plate, Pockel-Zelle oder durch geeignete Schaltung auf dem aufzunehmenden Array realisiert werden kann, wird das einfallende reflektierte Licht entsprechend der zurückgelegten Entfernung moduliert. Erfindungsgemäß werden Verfahren und Realisierungen aufgezeigt, die Signal/Rauschverhalten des Systems verbessern und die Taktrate der Aufnahmefrequenz steigern können. Außerdem werden gerätemäßige Verbesserungen zur Entfernungsadaption sowie zur Anwendung für Szenenmodifikation und Datenkompression in Verbindung mit Farbkameras aufgezeigt.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Entfernungsbildern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Entfernungsbild ist die Abbildung eines Objektes, deren Bildpunkte nicht wie beim normalen Bild den Helligkeiten oder Farben der Objektpunkte entsprechen, sondern den Entfernungen der jeweiligen Objektpunkte.

In dem Patent EU 151257 ist ein Verfahren zur Aufnahme von Entfernungsbildern beschrieben, bei dem ein Lichtpuls ausgesandt wird und der von den Objekten reflektierte Lichtpuls auf einer Bildaufnahmeeinheit mit integriertem oder vorgeschalteten Verschlusseinrichtung empfangen wird, wobei der Verschluß einen bestimmten zeitlichen Bezug zum Aussendezeitpunkt des Laserpulses aufweist und in der Öffnungszeit variiert werden kann. Durch Variation der Länge der Verschlussöffnungszeit erhält man rückgestreute Pulse, die entweder voll in der Zeit des geöffneten Verschlusses das Kameratarget erreichen oder teilweise in der Pulslänge und damit in der Helligkeit beschnitten werden. Normiert man alle Pulse auf die gleiche Helligkeit (durch Division mit den Helligkeitswerten der unbeschnitten Pulse), so läßt sich bei den durch das Verschlussfenster beschnittenen Pulsen die Lage im Öffnungszeitraum des Verschlusses und damit aus der Kenntnis der Lichtlaufzeit die Entfernung des Objektpunktes vom Sensor ermittelt. Die Patente EP 0 609 831 B1 sowie DE 41 29 912 beschreiben Abwandlungen dieser Systeme.

Erfindungsgemäß wird die Art der Messung und der Auswertung sowie damit verbunden der realisierungsmäßige Aufbau verändert, um Messgenauigkeit, Messbereich oder Messgeschwindigkeit zu steigern. Die in Pat. EU 151 257 sowie im Prospekt "Laserkamera" der Daimler-Benz Aerospace AG, Raumfahrt- Infrastruktur, 28361 Bremen, beschriebene Entfernungsbildkamera nutzt mindestens 2 Einzelbilder zur Erzeugung eines Entfernungsbildes respektive 3, falls Fremdlicht nicht entsprechend unterdrückt werden kann. Die eigentliche Entfernungsinformation wird so erzeugt, daß ein Laserpuls zur Beleuchtung der gesamten Szene ausgesandt wird. Der reflektierte Puls, bei dem durch die verschiedenartige Entfernung von dem beleuchteten Objekt von der Beleuchtungsquelle Laufzeitunterschiede entstehen, wird durch einen zum Aussenden des Pulses zeitsynchronen Verschluß aufgenommen und auf einem lichtempfindlichen Target abgebildet. Dies ist im Allgemeinen gemäß heutiger Technologie ein Detektorarray, realisiert durch ein Diodenarray, CCD-Array, CID Array, MOS- Imager etc.

Als Verschluß kann entweder eine schnelle elektronische Komponente wie beispielsweise Pockel-Zelle, Bildverstärker oder Channel-Plate benutzt weiden oder der Verschluß wird durch Schaltung der lichtempfindlichen Elemente im Detektorarray realisiert. Ist der Verschluß lange genug in Bezug auf die Laufzeit des rückgestreuten Pulses geöffnet, so wird ein Bild erzeugt, das der Reflektivität der Objekte der Szene in Bezug auf die Eigenbeleuchtung entspricht. Wird die Öffnungszeit des Pulses verkürzt, so gelangen einige Pulse nicht mehr vollständig auf das Target, die Lichtintensität wird vermindert. Aus der Kenntnis der Lage im Öffnungsfenster und der Laufzeit des Lichtes läßt sich die Entfernung des reflektierenden Lichtpunktes bestimmen. Ist man in der Lage, bei reduziertem Messbereich innerhalb eines Fensters alle Pulse zu beschneiden, so genügen 2 Bilder, um die Lage zu bestimmen. ein Bild, in dem der Lichtpuls ungeschwächt bei langer Öffnungszeit des Verschlusses das Target erreicht und somit zur Normierung der Eigenreflektivität dienen kann sowie eines Fensters, bei dem die interessierenden Pulse beschnitten werden und dadurch einen Analogwert für die Lage im Messfenster liefern. Stört Umgebungslicht resp. kann dieses durch Filter nicht hinreichend unterdrückt werden, so kann dieses durch Aufnahme eines zusätzlichen ohne Einfluß der Eigenbeleuchtung gemessen und berücksichtigt werden.

Zur Erhöhung des Signal/Rauschverhältnisses der Messungen können jeweils mehrere Bilder jedes Zwischenbildes erzeugt und aufaddiert werden.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß nur ein Bild mit Integration der Laserpulse zur eigentlichen Messung beiträgt. Das Bild zur Messung der Reflektivität ist unabhängig von der Lage des Messpulses im Fenster und kann damit nicht zur direkten Lagebestimmung genutzt werden. Zudem ist nachteilig, daß bei den Signalen, die nur knapp im Öffnungsfenster liegen, bei denen der größte Teil des Nutzsignals abgeschnitten wurde, bei der Messung ein schlechtes Signal/Rauschverhältnis liefern.

Nachteilig ist weiterhin, daß bei größeren Messbereichen und hoher angestrebter Genauigkeit, d. h. kurzen Beleuchtungspulsen, die Verschlusszeiten bei Vermeidung von Mehrdeutigkeiten ein Mehrfaches der Pulslänge betragen und damit der Einfluß von Umgebungslicht und Rauschen stärker wird.

Nachteilig bei dem zur Zeit realisierten System ist weiterhin, daß Optik und Beleuchtungseinheit auf einen Entfernungsbereich optimiert sind und nur manuell resp. konstruktiv verstellt werden können und damit keine Möglichkeit vorgesehen ist, Bildausschnitt und Ausleuchtung auf eine gewünschten Bereich manuell oder automatisch anzugleichen.

Erfindungsgemäß wird daher folgendes Verfahren und System vorgeschlagen:
Der ausgesandte Laserpuls mit der Pulsfänge dT wird ausgesandt, vom Messobjekt reflektiert und gelangt durch die Empfangsoptik zur Aufnahmekamera. Der Verschluß mit einer Öffnungszeit dT ist so auf den abgesandten Laserpuls synchronisiert, daß Objekte in einer Entfernung von m Metern bis zu m + T.0.15 [m] ganz oder teilweise während der Verschlussöffnungszeit durchgelassen werden, d. h. daß der Verschluß bei t₁ = m.0.15 [ns] nach Aussenden der vorderen Flanke des Lichtpulses öffnet und bei t₂ = m.0.15 + dT [ns] schließt.

Ein Lichtpuls, der von einem Objekt aus m Metern Entfernung reflektiert wird, erreicht mit der vorderen Flanke die Kamera gerade im Zeitpunkt der Öffnung des Verschlusses. Da die Öffnungszeiten des Verschlusses mit der Pulslänge übereinstimmen, wird der Puls vollständig durchgelassen. Reflektiert ein Objektpunkt hingegen aus einer Entfernung von m + dT.0.15 [m], so erreicht der Lichtpuls die Kamera im Moment des Schließens des Verschlusses, so daß kein Signal am Kameratarget entsteht. Der Bereich zwischen m und dT.0.15 [m] definiert den Messbereich.

Das Ergebnis auf dem Kameratarget ist eine Abbildung des Objektes innerhalb des Messbereiches, wobei die Objekthelligkeit durch Entfernung und Reflektivität der Objektpunkte moduliert ist.

Nunmehr kann eine zweite Messung durchgeführt werden, bei der die Öffnungszeit des Verschlusses um dT verschoben wird. Der Verschluß öffnet bei t₂ und schließt bei t₃ = t₂ + dT. Lichtpulse aus einer Entfernung von m Metern werden hierbei nicht mehr durchgelassen, da die abfallende Flanke des Lichtpulses die Kamera bei t₂ erreicht, zu diesem Zeitpunkt öffnet sich der Verschluß der Kamera jedoch erst, so daß kein Licht von der Kamera registriert wird. Bei Objekten aus einer Entfernung von m + dT.0.15 [m] erreicht die vordere Flanke des Lichtpulses die Kamera im Zeitpunkt der Verschlussöffnung, so daß hier der Puls in seiner ganzen Länge zur Belichtung beiträgt.

Die Entfernung des Objektpunktes läßt sich nunmehr bestimmen. Geht man von der Mitte des Pulses aus, so gilt (bei rechteckiger Form des Laserpulses sowie des Verschlusses):

E = m + dT.0.15 + 0.5.(A₂ - A₁)/(A₁ + A₂).dT.0.15 [m]

A₁ und A₂ sind dabei die beiden Messignale, die dem ersten Fenster ab T₁ resp. dem 2. Verschlussfenster ab T₂ entsprechen.

Weichen Verschlußfenster oder Lichtrpuls von der Rechteckform ab, so kann dies durch einen Korrekturfaktor K{(A₂ - A₁)/(A₁ + A₂)} berücksichtigt werden. Der Korrekturfaktor kann entweder analytisch bei Kenntnis der Signalformen oder durch Kalibrationsmessungen bestimmt werden.

Die Auswertung der beiden Messignale A₁ und A₂, die beide Information über die genaue Lage des Laserpulses und damit über die Entfernung des Objektes enthalten, liefert gegenüber der in EU 151257 beschrieben Methode ein verbessertes Signal/Rauschverhältnis.

Das Signal/Rauschverhältnis ist proportional der Wurzel der für die Messung benutzten Integrationszeit des Nutzsignals, in diesem Fall die Pulslänge, √(dT). In der Anwendung gemäß EU 151257 und Produktbeschreibung ist diese nur proportional der Wurzel des beschnitten Pulses. Bei einer Darstellung des Entfernungsbildes in 200 Graustufen entspräche dies √(dT/200), also einer Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses für die kleinsten Meßwerte um 14. Dies ist besonders für weiter entfernte Objekte wichtig, da das reflektierte Signal mit 1/R² abnimmt (R ist die Entfernung Objektpunkt zum Sensor) und bei dem realisierten System bei weiter entfernten Objekten innerhalb des Messbereichs das Signal stärker beschnitten wird.

Zudem ist noch ein weiterer Effekt bei solchen Messungen zu beachten. Durch geringe Ungenauigkeiten in der Synchronisation von Laserpuls und Verschluß sowie durch Ungenauigkeiten bei der Verschlussöffnungszeit entsteht ein sogenannter Jitter, der im Allgemeinen einer Normalverteilung unterliegt. Dieser Effekt läßt sich, ebenso wie die Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses bei dem Messignal durch Integration einer Reihe von Pulsen vermindern. Bei der Realisierung gemäß EU 151257 werden deshalb zur Messung des Intensitätsbildes und des entfernungsmodulierten Bildes eine gleiche Anzahl von Pulsen benutzt., jedoch nur eine Messung, nämlich die Messung, die ein durch die gemessene Entfernung moduliertes Bild enthält, trägt auch zur Genauigkeit des Entfernungswertes selbst bei. Bei dem erfindungsgemäß gewählten Verfahren werden jedoch die Messungen A₁ und A₂ verwendet, so daß im Allgemeinen die doppelte Anzahl von Messungen zur Genauigkeit des Messergebnisses beiträgt.

Der Einfluß des Umgebungslichtes kann, wie im Prospekt des realisierten Systems beschrieben, durch Messung eines Videobildes der Kamera ohne Eigenbeleuchtung geschehen und zur Korrektur des Entfernungsbildes verwendet werden.

Alternativ kann jedoch eine Messung mit Laserpulsen und einem Verschlussfenster durchgeführt werden, das beispielsweise bei t₃ = t₂ + dT öffnet und bei t₄ = t₃ + dT schließt. Dies liefert eine Verdopplung des Messbereiches bei gleicher Messgenauigkeit. Bei der Auswertung muß dabei unterschieden werden, von welchen der drei nun zur Verfügung stehenden Fenster der reflektierte Puls registriert wurde. Die beiden betroffenen Fenster werden nun zur Auswertung herangezogen, das dritte Fenster dient jeweils zur Korrektur des Umgebungslichtes.

Statt einer Vergrößerung des Messbereiches kann diese Anordnung bei Verkürzung der Pulslänge und der Verschlusszeiten zur Erhöhung der Messgenauigkeit der Entfernungswerte dienen.

Als lichtempfindliche Diodenmatrix wird bei dem bisher realisierten System ein Interline Transfer CCD Chip verwendet. Dieser besteht aus jeweils einer Zeile photosensitiver Elemente sowie einer daneben angordneten Zeile von CCD Schieberegistern, um die Ladungspakete auszulesen. Bilderzeugende Elemente und CCD Schieberegister sind durch ein Transfer Gate getrennt. Nach der Integration der Ladungsträger in den lichtempfindlichen Elementen wird das Transfer Gate auf eine höhere Spannung angehoben, die Ladungsträger werden in das Schieberegister verschoben und können von dort ausgelesen werden. Durch Absenken der Spannung können wiederum Ladungsträger im lichtempfindlichen Teil integriert werden. Durch diese Schaltungsanordnung wurde der schnelle Verschluß auf dem Chip realisiert. Aufgebaut wurde dies System so, daß viele Lichtpulse zur Belichtung eines Teilbildes verwendet werden, die erzeugten Ladungsträger in den Speicherbereichen des CCD's integriert werden und erst am Ende der Gesamtbelichtung des Teilbildes ausgelesen werden. So wird sequentiell zunächst das Distanzbild und das Intensitätsbild aufgenommen.

Erfindungsgemäß soll dieses Verfahren durch eine andere Anordnung des Ansteuersystems im Chip verbessert werden. Nicht alle Transfergates wenden gleichzeitig angesteuert, so daß alle lichtempfindlichen Sensoren gleichzeitig ausgelesen werde, statt dessen werden die Ansteuerleitungen so getrennt, daß jeweils parallel die geraden und die ungeraden Transfergates, wenn man von einer Abzählung der Zeilen ausgeht, angesteuert werden können. Die Verschlussöffnungzeiten, die durch die Transfergates vorgegeben werden, seien nun gerade um dT versetzt. Ordnet man die Bildelemente nun so an, daß zwei Bildelemente, die in einer Reihe unterhalb voneinander angeordnet sind, zu einem Bildpunkt zusammengefaßt sind, so kann man bei Belichtung eines Bildes durch einen oder einer Vielzahl von Pulsen die beiden Bildinformationen A₁ und A₂ gemäß vorangegangener Beschreibung parallel erzeugen, dies ist eine wesentliche Voraussetzung für schnelle, echtzeitfähige Systeme. Bei fehlendem oder unterdrücktem Umgebungslicht genügt diese Information zur Erzeugung eines Entfernungsbildes. Zur Unterdrückung von Effekten, die bei höchster Auflösung dadurch entstehen können, daß beide Bildpunkte, die jeweils zur Messung von A₁ resp. A₂ herangezogen werden, von geringfügig versetzten Bildpunkten stammen, kann eine Mikrolinsenanordnung, die üblicherweise zur Erhöhung der Lichtausbeute in solchen Chips benutzt wird, so gestaltet werden, daß jeweils die beiden benachbarten Bildpunkte gleiche Lichtanteile erhalten. Dieser Effekt kann auch durch geringfügige Defokussierung der Abbildung erreicht werden.

Muß Umgebungslicht korrigiert werden, so bieten sich zwei verschiedene Möglichkeiten an. Zum einen kann man im darauffolgend erzeugten Bild die Lichtpulse unterdrücken, so daß in den zwischen korrespondierenden lichtempfindlichen Elementen, die zu jeweils einem Bildpunkt beitragen, die Intensität des Laserlichtes gemessen und in üblicher Weise zur Korrektur herangezogen werden. Die Schaltung kann aber auch dazu benutzt werden, entweder den Messbereich bei gleicher Entfernungsauflösung zu erweitern oder bei kürzeren Pulsen und Verschlusszeiten die Messgenauigkeit zu erhöhen. Dazu werden die Verschlusszeiten zur Vermessung der Teilbilder A₁ und A₂ verschoben, beispielsweise sei t₃ der Beginn der Verschlussöffnung für A₃ und t₄ = t₃ + dT der Beginn für Verschlussöffnung A₄. Zu dieser Messung werden Lichtpulse wie bei der vorangehenden Messung ausgesandt. Bei der Auswertung werden nunmehr die Messungen A₁, A₂, A₃, und A₄ für die Berechnung eines Bildpunktes herangezogen. Aufgrund der Pulslänge können nur 2 zeitlich direkt aufeinanderfolgende Messungen (Sonderfall eine) die Intensität des reflektierten Pulses vermessen haben. Diese beiden werden zur Berechnung des Entfernungdbildes und des Videobildes verwendet, die nicht durch den Puls belichteten zwei Teilbildpunkte werden zur Korrektur des Umgebungslichtes verwendet. Durch eine entsprechende Schwellwertschaltung kann geprüft werden, ob überhaupt ein Bildpunkt innerhalb des Messbereichs des Systems lag. So kann verhindert werden, daß zwei Rauschterme durcheinander dividiert werden und so zu falschen Werten führen. Durch diese Anordnung hat man ein schnelles Aufnahmesystem mit um eine um den Faktor 4 erweiterten Messbereich oder einen um die entsprechend Genauigkeit verbessertes System.

Bei Erweiterung des Messbereiches tritt, bei falscher Einstellung des Entfernungsbereiches, genauso wie bei fotografischen Systemen, das Problem der falschen Fokussierung auf. Dies führt auch bei dem ausgeführten System zu Ungenauigkeiten. Dies kann durch eine automatische Fokussierung auf den betrachteten Gegenstand gelöst werden.

Motorische Justierung der Schärfe ist bei Photo- und Videosystemen Stand der Technik. Diese Technik kann auch für Entfernungsbildkameras der ausgeführten Art verwendet werden. Dazu ist aus den Meßwerten das Steuersignal für die Motorsteuerung abzuleiten.

Zur Berechnung der einzustellenden Entfernung liefert die Entfernungsbildkamera direkt Entfernungswerte. Die Werte, die zur Entfernungsjustierung verwendet werden, können je nach Anwendung aus verschiedenen Bereichen des Entfernungsbildes gewonnen werden. Dies kann im Einzelnen der Mittelwert aus allen Meßwerten sein, eine mittenbetonte Messung, bei der die Werte im Zentrum des Bildes stärker gewichtet werden als in den Randbereichen, eine Spotmessung aus der Bildmitte sowie einzelne Messfelder im Bild, die verknüpft werden können oder einzeln ausgewertet werden.

Zur Anpassung des Systems an verschiedene Bildausschnitte und Entfernungen läßt sich die Kamera zusätzlich mit einer Variooptik versehen. Dazu ist es sinnvoll, die Beleuchtungseinheit mit einem System zu versehen, bei dem der Öffnungswinkel der Beleuchtung der Variooptik angepaßt werden kann. Dies kann durch motorische Mitführung einer mit dem Beleuchtungsystem verbundenen Aufweitungsoptik oder durch Verstellung eines Reflektorsystems erfolgen. Die Ansteuersignale können entweder aus der Einstellung der Variooptik abgegriffen werden oder die Einstellung wird automatisch oder durch manuelle Festlegung des zu betrachtenden Objektes aus dem Kamerabild bestimmt. Dies kann bei bewegten Objekten mit einem Tracking -Mode gekoppelt werden, wobei räumliche Lage und Veränderung in der Bildfolge einen Prädiktionsalgorithmus gestattet, der recht genau die 3-dimensionale Lage eines Objekt vorhersagen kann und damit eine genau Anpassung der Kameraeinstellung gestattet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand von Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Sende- und Empfangsvorrichtung. Die Beleuchtungseinheit 1, bevorzugt ein Laser, sendet durch die Aufweitungsoptik einen Lichtpuls aus, der die Szene beleuchtet. Das vom abzubildenden Objekt reflektierte Signal wird von einer Optik 6 empfangen und auf eine schnell schaltbare Videoempfangseinheit geleitet. Die schnelle Schaftmöglichkeit kann beispielsweise mit einem schnell schaltbaren CCD-Array oder durch Vorschaltung eines elektronischen Verschlusses realisiert werden. Die Steuereinheit 2 ³¹synchronisiert Lichtpuls und Verschluß in der Form, daß der Verschluß einer bestimmten Lichtlaufzeit und damit einem bestimmten Entfernungsbereich entspricht. Bei einer Aufnahme können je nach Ausführungsform beim Empfang mehrere Entfernungsbereiche auf einem Videotarget angesteuert werden. In der Verarbeitungseinheit 5 wird aus der Information verschiedener Laufzeitbereiche und der rückgestreuten Reflektivität (die auch einem bestimmten Laufzeitbereich ohne reflektierte Lichtpulse entsprechen kann) das Entfernungsbild und das Videobild gewonnen. Der Monitor kann zur Darstellung der Informationen verwendet werden.

Fig. 2 zeigt die Messung der reflektierten Intensitäten A₁ und A₂ durch zwei zeitlich aneinander angrenzende Messfenster. Nach

E = m + dT.0.5 + (A₂ - A₁)/(A₁ + A₂).dT.0.15 [m]

gilt beispielsweise für m = 15 [m] (entspricht der Pulslaufzeit t₁), dT = 50 ns, A₂ = 800, A₁ = 200, Dies ergibt für E eine Entfernung des Bildpunktes vom Sensor von 24.75 m, wobei bei Aussenden und Empfangen des Pulses jeweils der Pulsmittelpunkt gemessen wurde.

Fig. 3 zeigt den Signalverlauf mit 4 hintereinander liegenden Öffnungsfenstern. A₁ und A₂ entsprechen den Meßwerten aus den Fenstern beginnend bei t₂ und t₃, die beiden übrigen Fenster werden zur Bestimmung des Umgebungslichtes verwendet. Welches der Fenster die Nutzinformation des reflektierten Signals enthält, kann über Schwellwertabfrage oder Maximumsbestimmung erfolgen.

Fig. 4 zeigt ein Prinzipschaltbild eines lichtempfindlichen Empfangsarrays. Licht fällt auf die lichtempfindlichen Elemente 1 und wird dort aufintegriert, solange die an den Transfer- Gates anliegende Spannung niedrig ist. Werden die Gates auf eine hohe Spannung gelegt, so wird die Ladung in die CCD-Elemente 2 transferiert und dort aufintegriert. Erniedrigen der Spannung schaltet die lichtempfindlichen Elemente wieder ein, eine neue Messung kann durchgeführt werden. Nach Durchführung einer Anzahl von Messungen bis zur Erreichung eines genügenden Messignals werden die Ladungsträger in den Multiplexer 3 geschoben und über den Verstärker 6 ausgelesen. Die Steuerleitungen 4 und 5 sind dazu da, um 2 möglichst aneinandergrenzende zeitliche Öffnungsfenster während einer Aufnahme zu realisieren.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der die beiden Fenster innerhalb einer Zeile durch Anlegen von zwei Transfer Gates von rechts und links realisiert sind.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Chips, bei dem die Möglichkeit vorgesehen ist, 3 Verschlussöffnungszeiten währen einer Aufnahme zu realisieren. Die 3 Transfergates 4, 5 und 6 Steuern jeweils zeitverzögert die 3 Verschlüsse, so daß mit diesem Element sehr schelle Aufnahmesequenzen erreicht werden können.

Claims (14)

1. Verfahren zur Erzeugung von Entfernungsbildern nach dem Prinzip Aussenden eines Lichtsignals und zeitverzögertem Empfang des reflektierten Lichtsignals mit einer Empfangsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Reflexionsbilder verschiedener, jedoch aneinander anschließender Entfernungsbereiche aufgenommen werden, wobei Pulslänge des reflektierten Lichtpulses und Öffnungszeiten des Verschluß so eingestellt werden, daß während der Verschlussöffnungszeiten beide Reflexionsbilder einen Anteil des reflektierten Pulses enthalten (Sonderfall nur ein Reflexionsbild) und die Entfernung der Bildpunkte durch Auswertung der gemessenen Helligkeitswerte ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur des Umgebungslichtes ein Reflexionsbild ohne Eigenbeleuchtung aufgenommen und zur Korrektur verwertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den beiden aneinander anschließenden Entfernungsbereiche noch weitere anschließende Entfernungsbereiche dadurch erschlossen werden, daß Reflexionsbilder, die unterschiedlichen Laufzeitbereichen entsprechen, aufgenommen werden und daraufhin überprüft werden, in welchen der beiden anschließenden Reflexionsbilder die reflektierte Lichtenergie gemessen wurde, die Reflexionsbilder, die nur Information über das Umgebungslicht enthalten, zur Korrektur benutzt werden und damit die bildpunktweise Entfernungsinformation berechnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Interline Transfer CCD Chip die für die Verschlussteuerung verwandten Transfer Gate Signale so aufgetrennt werden, daß jeweils gerade und ungerade Zeilen getrennt ansteuerbar sind, wobei für gerade und ungerade Zeilen zwei unterschiedliche Verschlussfenster realisiert werden können, so daß bei einem ausgesandten Lichtpuls zwei Reflexionsbilder parallel gemessen und ausgewertet werden können.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ansteuerung der Steuerungs-Gates die lichtempfindlichen Bildelemente auf dem Aufnahme-Chip im Sinne eines Verschlusses gesteuert werden, daß durch Veränderung der Spannung die Ladung in den lichtunempfindlichen Teil des CCD Schieberegisters verschoben wird, durch weitere Veränderung der Spannung der Steuerungs-Gates die lichtempfindlichen Bildelemente wieder eingeschaltet werden und damit die Verschlussöffnung realisiert wird und daß der Verschluß erneut geschlossen wird und die Ladung in die korrespondierend CCD-Zelle geschoben wird, so daß jeweils eine Vielzahl von Lichtpulsen vermessen und im CCD- Speicher aufaddiert werden kann.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Fig. 3 jeder lichtempfindlichen Zeile des Diodenarrays zwei CCD-Schieberegister in der Weise zugeordnet sind, daß ungerade Elemente in ein CCD-Register und gerade in das andere Register geschoben werden und daß die beiden Steuer-Gates zur Verschlussteuerung getrennt ansteuerbar sind, und zwar dergestalt, daß jede lichtempfindliche Zeile von Bildelementen ein Steuer-Gate, das der Verschlussteuerung 1 und eines, das der Verschlussteuerung 2 entspricht, enthält.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufnahmen mit Arrays aus Anspruch 4 oder 6 nach Messung der Reflexionsbilder, die der Beleuchtung mit den Lichtpulsen entsprechen, das Umgebungslicht derart ermessen wird, daß für eine bestimmte Zeit der Verschluß ohne Eigenbeleuchtung des Systems geöffnet wird und die Bildinformation zur Korrektur des Umgebungslichtes benutzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Realisierung mit den Arrays nach Anspruch 4 oder 6 je 2 aufeinanderfolgende Aufnahmen gemacht weiden, von denen die erste zwei Reflexionsbilder mit zwei unterschiedlichen Verschlusszeiten und die zweite ebenfalls zwei Reflexionsbilder mit zwei untereinander und zu den ersten beiden unterschiedliche Verschlusszeiten, wobei die Verschlusszeiten so aneinander anschließen, daß bei Schließen eines Verschlusses ein anderer öffnet, durchgeführt werden und die beiden Reflexionsbilder, die die reflektierte Information der Beleuchtungspulse enthalten, zur Berechnung der Entfernungswerte genommen werden, wobei die restlichen Bilder zur Korrektur des Umgebungslichtes benutzt werden.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer Zeile 3 oder mehr CCD-Schieberegister zugeordnet sind, wobei bei 3 Registern beispielhaft die lichtempfindlichen Elemente 1, 4, 7, 10 . . . mit dem Register 1 verbunden, die Elemente 2, 5 8, 11 . . . mit dem Register 2 und die Elemente 3, 6, 9, 12 . . . mit dem Register 3 und daß die den Registern 1 zugeordneten Steuer-Gates eine Verschlußöffnungszeit ermöglichen, die zeitlich direkt benachbart zu den Öffnungszeiten von den jeweiligen Gates 2 und 3 liegt, so daß in einem Bild in drei aufeinanderfolgenden Verschlußfenstern aus zweien die Lage des reflektierten Lichtpulses, korrigiert mit der gemessenen Umgebungslicht aus dem dritten ermittelt werden kann.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß bei den Detektorarrays lichtempfindliche Elemente, die zu einem Bildpunkt des Entfernungsbildes beitragen, durch ein Microlinsenarray mit jeweils der gleichen Lichtinformation beleuchtet werden, so daß beide Bildpunkte jeweils die gleiche Eingangsinformation erhalten.

11. Verfahren nach einem der vorangegangenem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der gemessenen und berechneten Entfernungsinformation ein Steuersignal für eine motorische Fokussierung der Abbildungsoptik abgeleitet wird, wobei das Steuersignal aus dem Mittelwert aller Entfernungswerte oder aus zentralen oder dezentralen Bereichen, die entsprechend gewichtet sein können berechnet wird.

12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kamerasystem mit einer Variooptik versehen wird und daß gleichzeitig die Beleuchtungseinheit den Beleuchtungskegel durch bekannte optische Hilfsmittel dem Gesichtsfeld der Kamera angepaßt wird, so daß die optimale Beleuchtungsintensität je Bildpunkt erreicht wird, wobei Variooptik und gekoppelte Beleuchtungseinheit motorisch verstellt werden können und die Steuergröße dem Entfernungsbild resp. bei Prädiktionsgrößen der Sequenz aus Entfernungsbildern entnommen werden können.

13. Verfahren nach Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines frequenzselektiven Strahlteilers, der monochromatisches Laserlicht aus der Beleuchtungseinheit auf das lichtempfindliche Array der Entfernungsbildkamera und die restlichen optischen Frequenzen auf eine farbempfindliche Videoaufnahmeeinheit lenkt, so daß punktgenau überlagert nach entsprechender Auswertung ein Farbbild und ein Entfernungsbild zu Verfügung steht.

14. Verfahren nach Oberbegriff des Anspruchs 1 und Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Auswerteeinheit die Entfernungsbilder und Farbbilder derart verarbeitet werden, daß die entfernungsabhängige Beleuchtung im Farbbild korrigiert werden kann, daß Vordergrund oder Hintergrund ausgeblendet werden können, daß bestimmte Objekte ausgeblendet oder betont werden können, daß Objekte in Ihrer Größe verändert werden und damit in anderen Stellen des Bildes mit richtiger Perspektive eingepasst werden können und daß bei Bildübertragung eine Bilddatenkompression dadurch erreicht wird, daß nur interessierende Bildanteile übertragen werden.