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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrzeugumfelderkennung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Umfelderkennung in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 14.
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Bei der Fahrzeugumfelderkennung mittels eines Kamerasystems müssen weite Helligkeitsbereiche abgedeckt werden. Tagsüber kann Blendung durch die Sonne oder deren Reflexionen die Sicht der Kamera beeinträchtigen. Nachts ist man auf die eigene Fahrzeugbeleuchtung angewiesen. Auch kann es gleichzeitig in einer Szene, wie beispielsweise bei Tunnelausfahrten, zu enormen Helligkeitsunterschieden kommen.
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Um diese großen Unterschiede trotzdem noch mit dem gleichen System auszuwerten, gibt es mehrere Möglichkeiten. Zeitlich versetzte Helligkeitsunterschiede, wie Tag und Nacht, können beispielsweise mit einer verstellbaren Blende ausgeglichen werden. Es können auch optische Filter verwendet werden, deren Filtereffekt sich dem einfallenden Licht anpasst, so genannte phototrope Gläser. Um gleichzeitig auftretende Helligkeitsunterschiede ohne Sättigungseffekte zu verarbeiten, werden CMOS Imager-Chips verwendet, die eine nicht-lineare Kennlinie besitzen, so zum Beispiel HDRC von IMS/Stuttgart, Kodak, Micron und anderen Herstellern, oder es wird durch schnell aufeinander folgende Mehrfachbelichtung unterschiedlicher Länge die gesamte Dynamik einer Szene mittels eines hochauflösenden AD-Wandlers erfasst wie in einem System von FHG-IMS/Duisburg. Bei der Mehrfachbelichtung ist eine aufwendige und gut angepasste Zeitsteuerung sowie eine Nachverarbeitung der Mehrfachbilder zu einem hochauflösenden Bild erforderlich. Außerdem kann es zu Artefakten wie doppelbelichteten Objekten kommen, die bei hohen Geschwindigkeiten beispielsweise Verkehrszeichen am Rande der Fahrbahn unscharf erscheinen lassen. Bei Imagern mit nichtlinearer Kennlinie kann zwar ein sehr hoher Dynamikbereich gleichzeitig aufgenommen werden, was aber mit einem geringen Kontrast der hellen Bereiche im Bild einhergeht.
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Um die hellen Tagfahrsituationen etwas abzudunkeln gibt es die Möglichkeit, Filter einzusetzen, die nur einen limitierten Teil des Sonnenspekturms durchlassen, also beispielsweise Farbfilter, OD-Filter. Gleichzeitig sollen diese Filter nicht in Nachtfahrsituationen zum Einsatz kommen, da die Szenen bereits dunkel sind und man hier die zur Verfügung stehende Helligkeit nicht noch mehr beeinträchtigen möchte.
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Die
DE 103 04 703 A1 offenbart ein Verfahren zur Sichtbarmachung der Umgebung eines Fahrzeugs, insbesondere bei Dunkelheit, das gekennzeichnet ist durch - die Bereitstellung eines Visuell-Abbilds bzw. von dessen digitalen Daten der Umgebung, bevorzugt eines farbigen Visuell-Abbilds, wobei das visuelle Abbild die visuell sichtbaren Objekte zeigt, und - die Bereitstellung eines Infrarot-Abbilds bzw. von dessen digitalen Daten der Umgebung, wobei das Infrarot-Abbild die von den visuell sichtbaren und/oder weiteren Objekten ausgehende Infrarot-Strahlung zeigt.
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Die
DE 102 20 825 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Bilderfassung mit mindestens einem Pixel, das mehrere Bildaufnahmeelemente umfasst, die unterschiedlich spektrale Empfindlichkeiten besitzen. Die spektrale Empfindlichkeit zumindest eines der Bildaufnahmeelemente liegt im Wesentlichen außerhalb des Wellenlängenbereiches von 400 nm bis 700 nm.
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Die
EP 0 505 237 A1 betrifft ein in Verfahren zur Verbesserung der Nachtsicht durch Beleuchtung der Straße und der darin befindlichen Objekte mittels zweier Scheinwerfer, die Lichtstrahlen bestimmter Wellenlängen emittieren, und Erfassen eines von diesen Strahlen beleuchteten Bildes der Fahrbahn mittels eines Kamerasystems. Die beiden Scheinwerfer leuchten jeweils im Nahinfrarot- und im Ultraviolettfeld aus, und das Bild wird auch in Spektralbändern aufgenommen, die das nahe Infrarot und Ultraviolett abdecken, und das aus dieser Doppelaufnahme resultierende kombinierte Nachtbild wird an den Fahrer in oder in der Nähe seines üblichen Sichtfeldes zurückgegeben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche es insbesondere ermöglichen, ein breites Spektrum an Belichtungssituationen und/oder Beleuchtungs- und Umfelderkennungsapplikationen abzudecken.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Fahrzeugumfelderkennung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Umfelderkennung in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 14 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Umfelderkennung eines Kraftfahrzeugs mittels eines Bilderfassungssystems vorgesehen, bei dem ein Bild eines vom Erfassungssystem erfassten Sichtfelds des Fahrzeugumfelds auf zumindest einen Bildaufnehmer abgebildet wird. Der Bildaufnehmer weist eine Mehrzahl von Bildpunktaufnehmern auf. Dabei ist zumindest eine erste Art von Bildpunktaufnehmern mit einer ersten spektralen Empfindlichkeit und zumindest eine zweite Art von Bildpunktaufnehmern mit einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen, spektralen Empfindlichkeit auf. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die spektrale Empfindlichkeit z. B. durch Farbfilter so vorgegeben, dass nur elektromagnetische Strahlung in einem vorgegebenen Spektralbereich vom Bildpunktaufnehmer detektiert wird und elektromagnetische Strahlung aus einem anderen Spektralbereich nicht zum Helligkeitswert beiträgt (z. B. Rotfilter, Blaufilter, Infrarotfilter, UV-Filter etc.). Eine andere Möglichkeit die spektrale Empfindlichkeit vorzugeben besteht darin, die elektromagnetische Strahlung in breiten Spektralbereichen abgeschwächt zu detektieren, wobei der Grad der Abschwächung in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlung erfolgen kann. Im Bereich des sichtbaren Lichts erzielt z. B. ein Graufilter diesen Effekt.
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Erfindungsgemäß wird nur ein Teil der vom Bildaufnehmer erzeugten Bilddaten ausgewertet, wobei in Abhängigkeit vom Umgebungslicht und/oder einer erkannten Verkehrssituation nur die Helligkeitsmesswerte von zumindest einer vorgegebenen Art von Bildpunktaufnehmern verarbeitet werden.Die verschiedenen Arten von Bildpunktaufnehmern mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten können beispielsweise durch Filter erhalten werden, die den Bildpunktaufnehmern vorgeschaltet sind. Dieses Prinzip wird z. B. bei Farbkamerachips angewendet. Eine Verkehrssituation z. B. eine Baustelle auf der Fahrbahn, eine Nachfahrt, die eine Steuerung des Fernlichts erfordert oder eine Situation die erhöhte Aufmerksamkeit des Fahrers erfordert und durch Verkehrszeichen (Stoppschild, Geschwindigkeitsbegrenzung, Baustelle) angezeigt wird kann durch eine Auswertung der Bilddaten mit einem geeigneten Auswerteprogramm erkannt werden. Die Helligkeit kann entweder mit einer separaten Photozelle oder mit dem Bildaufnehmer selbst bestimmt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Bild des vom Erfassungssystem erfassten Sichtfelds des Fahrzeugumfelds auf einer Anzahl Bildpunktaufnehmer abgebildet werden. Die Abbildung erfolgt derart, dass jeder Teilbereich des Sichtfelds auf wenigstens einen ersten Bildpunktaufnehmer und wenigstens einen zweiten Bildpunktaufnehmer abgebildet wird. Der erste Bildpunktaufnehmer ist von der ersten Art von Bildpunktaufnehmern und der zweite Bildpunktaufnehmer von der zweiten Art von Bildpunktaufnehmern, so dass bei gleichem vom Umfeld ausgehendem Licht der erste und der zweite Bildpunktaufnehmer unterschiedliche Helligkeitsmesswerte erzeugen. Selektiv können pro Teilbereich des Sichtfelds die Helligkeitsmesswerte aller jener Bildpunktaufnehmer, auf die der Teilbereich projiziert wird und die eine bestimmte Empfindlichkeit aufweisen, ausgewertet werden, wobei die bestimmte Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der lokal vom Teilbereich ausgehenden Beleuchtung festgelegt wird. Beispielsweise kann das Fahrzeugumfeld insbesondere durch ein geeignetes optisches System derart abgebildet werden, dass jeder Teilbereich des Sichtfelds von wenigstens zwei Bildpunktaufnehmern unterschiedlicher Empfindlichkeit aufgenommen wird. Selektiv können dann, in Abhängigkeit von der lokalen Helligkeit pro Teilbereich des Sichtfelds, in jedem Teilbereich des Sichtfelds die Helligkeitsmesswerte aller Bildpunktaufnehmer mit einer bestimmten Empfindlichkeit ausgewertet werden. Dabei kann diese Empfindlichkeit sowohl mit der Zeit als auch von Teilbereich zu Teilbereich variieren; insbesondere kann die Empfindlichkeit, bei der die Helligkeitsmesswerte der Bildpunktaufnehmer ausgewertet werden, in jedem Teilbereich individuell festgelegt werden.
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Die Auswahl kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgen, indem, jeweils für einen Teilbereich des Sichtfelds, bei einem Überschreiten eines bestimmten oberen Grenzwertes des Helligkeitsmesswertes eines Bildpunktaufnehmers einer hohen Empfindlichkeit auf die Auswertung der Helligkeitsmesswerte des oder der den fraglichen Teilbereich abdeckenden Bildpunktaufnehmer mit einer geringeren Empfindlichkeit zurückgegriffen wird, während bei einem Unterschreiten eines unteren Grenzwertes für die Helligkeitsmesswerte der weniger empfindlichen Bildpunktaufnehmer eine Auswertung der Messwerte von Bildpunktaufnehmern einer höheren Empfindlichkeit, welche den gleichen Teilbereich des Sichtfelds abdecken, vorgenommen wird.
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Unter einem Bildpunktaufnehmer ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein einzelnes lichtempfindliches Element zu verstehen. Ein solches Element ist häufig in einem Bildaufnehmer, welcher eine Vielzahl von Bildpunktaufnehmern umfasst, angeordnet. Ein Bildaufnehmer kann beispielsweise ein CCD-Array sein. Die Bildpunktaufnehmer sind dann die einzelnen Photoelemente des CCD-Arrays. Die Bildpunktaufnehmer sind häufig, aber nicht zwingend, in Zeilen und Spalten angeordnet und werden auch als Pixel bezeichnet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist auch von Bedeutung, dass in einer geeigneten Vorrichtung zur Fahrzeugumfelderkennung Bildpunktaufnehmer angeordnet sind, welche eine unterschiedliche Empfindlichkeit aufweisen. In diesem Zusammenhang ist die unterschiedliche Empfindlichkeit nicht zwangsläufig als die Empfindlichkeit des Bildpunktaufnehmers per se zu verstehen, sondern als die Empfindlichkeit eines kompletten optischen Systems, das heisst als das Verhältnis eines Helligkeitsmesssignals, das vom Bildpunktaufnehmer generiert wird, bezogen auf die Belichtung der Vorrichtung beziehungsweise auf die Helligkeit - oder auch „Farbe“ - eines von dem Bildpunktaufnehmer detektierten - beziehungsweise auf einen Bereich, auf dem der Bildpunktaufnehmer angeordnet ist, projizierten - Objektes. Unter „Farbe“ ist dabei die spektrale Zusammensetzung des vom Objekt ausgehenden Lichtes zu verstehen. Die unterschiedliche Empfindlichkeit kann einerseits durch die Anordnung von unterschiedlichen Filtern im Strahlengang verschiedener Bildpunktaufnehmer, auf die im wesentlichen das gleiche Objekt - oder der selbe Ausschnitt des Sichtfeldes einer Vorrichtung zur Fahrzeugumfelderkennung - projiziert wird, erreicht werden. Andererseits ist es auch möglich, zwei Bildpunktaufnehmer, auf welche im Wesentlichen der gleiche Teilbereich des Sichtfeldes projiziert wird, unterschiedlich lange zu belichten, beispielsweise durch unterschiedlich lange Belichtungszeiten von Bildpunktaufnehmern eines CCD-Arrays. Selbstverständlich können auch Bildpunktaufnehmer unterschiedlicher Bauart Verwendung finden. Der Effekt soll aber immer derselbe sein, nämlich dass ein Teilbereich respektive jeder Teilbereich eines Sichtfeldes einer geeigneten Vorrichtung zur Fahrzeugumfelderkennung simultan mit unterschiedlicher Empfindlichkeit aufgenommen wird, derart, dass für die an sich gleiche Beleuchtungssituation immer wenigstens zwei unterschiedliche Helligkeitsmesswerte zur Verfügung stehen, oder, mit anderen Worten, dass mit dem gleichen darstellbaren und erfassbaren Bereich der Helligkeitsmesswerte unterschiedliche Beleuchtungssituationen aufgenommen werden können.
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Anders ausgedrückt umfasst das Verfahren also, das Bild eines Objektes simultan mit unterschiedlichen Belichtungs-Messbereichen aufzunehmen und in Teilbereichen der Abbildung spezifisch und selektiv Signale auszuwerten, die in einem Messbereich aufgenommen wurden, welcher eine gute Auflösung gewährleistet, ohne zu einer Übersteuerung des Bildpunktaufnehmers oder einer diesem nachgeschalteten Auswerteelektronik zu führen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren umfassen, wenigstens fallweise, in unterschiedlichen Teilbereichen des Sichtfeldes die Ausgangssignale von Bildpunktaufnehmern unterschiedlicher Empfindlichkeit auszuwerten.
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Das Verfahren kann weiterhin gemäss einer Ausführungsform Erfindung umfassen, die Abbildung von Teilbereichen des Sichtfelds mit relativ grösserer Helligkeit auf Bildpunktaufnehmern mit relativ geringerer Empfindlichkeit und die Abbildung von Teilbereichen des Sichtfelds mit relativ geringerer Helligkeit auf Bildpunktaufnehmern mit relativ grösserer Empfindlichkeit auszuwerten.
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Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Ausgangssignale der ausgewerteten Bildpunktaufnehmer in unterschiedlichen Teilbereichen zu einem einzigen Bild zusammengeführt werden. Hierunter ist keineswegs zwangsläufig die physische Darstellung eines Bildes auf einem Bildschirm zu verstehen, sondern ebenfalls die Auswertung des gesamten Sichtbereichs für eine nachgeordnete Applikation.
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Je nach angestrebtem Anwendungsfall kann das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen, weiterhin beispielsweise erste und zweite Bildpunktaufnehmer mit spektral unterschiedlichen Empfindlichkeiten zu verwenden oder auch erste und zweite Bildpunktaufnehmer mit breitbandig unterschiedlichen Empfindlichkeiten zu verwenden. Wie oben bereits erwähnt bezieht sich diese Empfindlichkeit auf die Helligkeit eines erfassten Objektes, und kann bei an sich physisch identischen Bildpunktaufnehmern beispielsweise durch die Anordnung geeigneter Filter in den jeweiligen Strahlengängen der Bildpunktaufnehmer erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können im Strahlengang zu wenigstens den ersten oder den zweiten Bildpunktaufnehmern optische Filter angeordnet werden, dergestalt, dass die Transmission des Lichtes zu den ersten und den zweiten Bildpunktaufnehmern unterschiedlich ist. Weiterhin kann die unterschiedliche Empfindlichkeit auch dadurch erreicht werden, dass erste und zweite Bildpunktaufnehmer unterschiedlich lang belichtet und/oder mit unterschiedlich langen Aufnahme-Integrationszeiten betrieben werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren umfassen, das erfasste Sichtfeld des Umfelds wenigstens zweifach auf voneinander verschiedenen Flächen abzubilden, wobei die ersten Bildpunktaufnehmer auf einer ersten Fläche und die zweiten Bildpunktaufnehmer auf einer zweiten Fläche angeordnet sind, und in einer Weiterbildung wenigstens im Strahlengang einer der Abbildungen einen optischen Filter anzuordnen, derart, dass in den optischen Strahlengängen wenigstens zweier Abbildungen die Transmission spektral oder breitbandig unterschiedlich ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren umfassen, innerhalb eines Flächenbereichs eines Bildaufnehmers Bildpunktaufnehmer mit unterschiedlicher Empfindlichkeit anzuordnen und innerhalb des Flächenbereichs, auf den ein Teilbereich abgebildet wird, selektiv nur die Ausgangssignale von Bildpunktaufnehmern mit identischer Empfindlichkeit auszuwerten. Ein Teilbereich ist dabei so definiert, dass der Flächenbereich, auf den er abgebildet wird, wenigstens einen Bildpunktaufnehmer jeder Empfindlichkeit aufweist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung kann parallel auch die Empfindlichkeit der gesamten Vorrichtung oder eines Teils der Bildpunktaufnehmer bei zeitvariablen Belichtungssituationen in Abhängigkeit von der gesamten Belichtungssituation variiert werden, beispielsweise durch die Variation einer Blende oder der Belichtungszeit.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Umfelderkennung in einem Kraftfahrzeug vor, die einen Bildaufnehmer sowie eine Auswerteeinheit umfasst. Der Bildaufnehmer umfasst seinerseits eine Mehrzahl von Bildpunktaufnehmern, welche insbesondere in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei wenigstens innerhalb eines Flächenbereichs des Bildaufnehmers wenigstens drei Bildpunktaufnehmer mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten, bezogen auf das von einem Objekt ausgehende Licht, angeordnet sind. Die Auswerteeinheit umfasst Mittel zur selektiven und ausschliesslichen Auswertung der Helligkeitsmesswerte aller jener Bildpunktaufnehmer innerhalb jedes Teilbereichs des Sichtfelds, die eine identische Empfindlichkeit aufweisen. Ein Teilbereich umfasst wenigstens einen Bildpunktaufnehmer jeder Empfindlichkeit. Dabei kann diese Empfindlichkeit sowohl mit der Zeit als auch von Teilbereich zu Teilbereich variieren; insbesondere wird die Empfindlichkeit, bei der die Helligkeitsmesswerte der Bildpunktaufnehmer ausgewertet werden, in jedem Teilbereich individuell festgelegt werden.
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In einer Ausführungsform der Vorrichtung werden die unterschiedlichen Empfindlichkeiten durch die Anordnung von Filtern mit unterschiedlicher Transmissionscharakteristik erzielt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist innerhalb eines Flächenbereichs, welcher der Abbildung eines Teilbereichs des Sichtfelds der Vorrichtung dient, wenigstens ein Bildpunktaufnehmer filterlos ausgeführt.
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Selbstverständlich können die oben angegebenen Verfahrensvarianten beziehungsweise die Merkmale der oben angegebenen Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Fahrzeugumfelderkennung jeweils untereinander zu spezifischen Ausführungsformen kombiniert werden.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem/den in der/den Zeichnung(en) dargestellten Ausführungsbeispiel(en).
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in der/den Zeichnung(en) werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
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Die Zeichnung(en) zeigt/zeigen in
- 1 ein Kraftfahrzeug, welches eine den beanspruchten Gegenstand realisierende Vorrichtung umfasst;
- 2 ein Beispiel für eine von einem System zur Fahrzeugumfelderfassung zu erfassende Szenerie;
- 3 eine schematisierte Darstellung eines ersten Beispiels für eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung;
- 4 einen Bildaufnehmer mit in Zeilen und Spalten angeordneten Bildpunktaufnehmern;
- 5 eine schematisierte Darstellung des Verfahrens;
- 6 eine schematisierte Darstellung eines zweiten Beispiels für eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung;
- 7 eine schematisierte Darstellung für einen beispielhaften Bildaufnehmer, der Bildpunktaufnehmer mit zwei unterschiedlichen Empfindlichkeiten umfasst; und
- 8 eine schematisierte Darstellung für einen beispielhaften Bildaufnehmer, der Bildpunktaufnehmer mit vier unterschiedlichen Empfindlichkeiten umfasst.
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In der 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt welches eine Vorrichtung 20 zur Umfelderkennung aufweist. Das Sichtfeld 21 der Vorrichtung ist schematisch dargestellt und kann je nach Anwendung einen größeren oder kleineren Öffnungswinkel aufweisen oder beispielsweise stärker zum Fahrbahnrand hin ausgerichtet sein; dies ist nicht primär erfindungswesentlich.
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Die Vorrichtung 20 zur Umfelderkennung weist einen Bildaufnehmer auf, der als Bildpunktaufnehmer der ersten Art Graufilter, als Bildpunktaufnehmer der zweiten Art Gelbfilter und als Bildpunktaufnehmer der dritten Art Bildpunktaufnehmer ohne vorgeschalteten Filter vorsieht. Die verschiedenen Arten der Bildpunktaufnehmer
Bei sehr hellen Umfeldern, die z. B. für direkte Sonneneinstrahlung typisch sind, sind die Helligkeitswerte der Bildpunktaufnehmer ohne Filter i. d. R. in der Sättigung und Umgebungsobjekte werden nur kontrastarm dargestellt. In diesem Fall werden nur die Daten der Bildpunktaufnehmer mit Graufilter ausgewertet, die eine kontrastreiche Darstellung von Umgebungsobjekten ermöglicht. Im umgekehrten Fall, wenn das Umfeld sehr lichtarm ist, z. B. während der Dämmerung, würde eine Auswertung nur der Bildpunktaufnehmer mit Graufilter ein viel zu dunkles Bild ergeben, in diesem Fall werden die Bildpunktaufnehmer ohne Filter ausgewertet. Dadurch kann der Dynamikbereich des Bildaufnehmersystems im Vergleich zu einem einfachen Bildaufnehmer wesentlich erhöht werden. Als Bildpunktaufnehmer der zweiten Art ein Farbfilter wie z.B. ein Gelbfilter oder ein Rotfilter vorgesehen. In der Umgebung einer Baustelle beispielsweise, werden die Helligkeitswerte der Bildpunktaufnehmer mit Gelbfilter bevorzugt ausgewertet, um die gelben provisorischen Fahrbahnmarkierungen, die die Fahrspur begrenzen, mit großer Sicherheit zu erkennen. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist z.B. für eine Warnfunktion, wenn die Fahrspur verlassen wird, von Bedeutung. Bildpunktaufnehmer mit Rotfilter sind z. B. bei der Erkennung von Verkehrszeichen oder den Rückleuchten eines vorausfahrenden Fahrzeugs von Bedeutung.
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In der 2 ist ein Beispiel für ein Szenario dargestellt, dessen Erfassung durch eine Vorrichtung zur Fahrzeugumfelderfassung aufgrund der großen Helligkeitsunterschiede hohe Anforderungen stellt. Innerhalb des Sichtfeldes 21 befindet sich ein Waldstück 212 im Gegenlicht samt einem Schattenbereich. Den Kontrast dazu bildet der Himmel 212 mit der tiefstehenden Sonne. Weiter verschärft wird die Situation, wenn die Fahrbahn beispielsweise nass ist und die Sonne spiegelt. Weitere Beispiele für Szenarien mit großen Helligkeitsunterschieden sind Tunnelein- oder - ausfahrten, Durchfahrten durch Alleen oder Einfahrten in und Ausfahrten aus Waldstücken an hellen Sommertagen, Nachtfahrsituationen mit Gegenverkehr, insbesondere bei Regen, und dergleichen mehr.
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Wird die Empfindlichkeit eines Bildaufnehmers, beispielsweise durch geeignete Filter, Blenden, oder die Wahl der Belichtung, so gewählt, dass der helle Bereich 212 noch ohne Übersteuerung des Bilderfassungssystems erfassbar ist, so wird in den dunklen Bereichen des Sichtfeldes der Kontrast so gering, dass beispielsweise die Person 213 oder das Schild 215 nicht mehr erfassbar sind. Wird die Empfindlichkeit, oder, anders ausgedrückt, der Messbereich der photoempfindlichen Elemente, hingegen so gewählt, dass die Gegenstände in der Schattenzone oder vor dem Waldstück noch mit einer hinreichenden Auflösung abgebildet werden, wird es im hellen Bereich 212 zu einer Übersteuerung kommen, derart, dass dort die Erfassung in der Konsequenz als ausgefallen betrachtet werden muss. Ein entgegenkommendes Fahrzeug 214 oder andere Gegenstände in diesem Bereich sind dann nicht mehr erkennbar.
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In der 3 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform für eine Vorrichtung 20, wie sie zur Durchführung eines Verfahrens der beschriebenen Art verwendbar ist, sowie deren Anwendung schematisch dargestellt. Das Sichtfeld 21 ist schematisch mit einem dunklen Bereich 211 und einem hellen Bereich 212 dargestellt. Die beispielhaft dargestellte Vorrichtung 2 weist zwei stark vereinfacht als Linsen 22 dargestellte abbildende Systeme auf; real finden hier zum Beispiel Objektivsysteme Anwendung.
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Das Sichtfeld 21 wird im Beispiel auf zwei Bildaufnehmer 23a und 23b abgebildet; es kann hier auch eine Abbildung auf zwei unterschiedliche Flächenbereiche eines einzigen Bildaufnehmers erfolgen. Eine schematische Darstellung eines Bildaufnehmers 23 ist in 4 dargestellt. Dieser umfasst M × N Bildpunktaufnehmer ZmCn, die in M Zeilen Zm und in N Spalten Cn angeordnet sind. Auf die Bildaufnehmer 23a und 23b werden und " des Sichtfelds projiziert. In dem Strahlengang der " auf dem Bildaufnehmer 23b ist ein Filterelement 24 angeordnet, beispielsweise ein Graufilter, der die Helligkeit des auf den Bildaufnehmer 23b projizierten Bildes 21" gegenüber der Helligkeit des auf den Bildaufnehmer 23a projizierten Bildes 21' reduziert. Das Sichtfeld kann in Teilbereiche aufgeteilt werden; beispielhaft ist ein Teilbereich 219 sowie dessen und " eingezeichnet.
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Die Auswertung des Sichtfeldes erfolgt nun, indem für alle Teilbereiche, die im dunklen Feld liegen, die Helligkeitsmesswerte der dem jeweiligen Teilbereich zugeordneten Bildpunktaufnehmer des Bildaufnehmers 23a verwertet werden während für alle Teilbereiche, die im hellen Feld liegen, die Helligkeitsmesswerte der dem jeweiligen Teilbereich zugeordneten Bildpunktaufnehmer des Bildaufnehmers 23b verwertet werden. „Zugeordnet“ ist dabei in dem Sinne zu verstehen, dass ein Bildpunktaufnehmer in einem Flächenbereich angeordnet ist, auf den der Teilbereich projiziert wird. Die Auswertung erfolgt damit aufgrund des nicht abgedunkelten, also mit einer hohen Empfindlichkeit aufgenommenen Bildes 211' des dunklen Bereiches und der abgedunkelten und damit mit einer geringeren Empfindlichkeit aufgenommenen " des hellen Bereiches.
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Dieses Ergebnis ist in 5 dargestellt. Die Auswahl kann beispielsweise erfolgen, indem für jeden Bildpunkt m,n der Helligkeitsmesswert des in der Zeile m und der Spalte n des Bildaufnehmers 23a angeordneten relativ empfindlicheren Bildpunktaufnehmers ZmCn(a) mit einem oberen Grenzwertwert verglichen wird. Liegt der Messwert unter dem oberen Grenzwert, wird das Signal des Bildpunktaufnehmers ZmCn(a) des Bildaufnehmers 23a zur Verarbeitung herangezogen, liegt der Wert darüber, wird der Helligkeitsmesswert des in der Zeile m und der Spalte n des Bildaufnehmers 23b angeordneten relativ weniger empfindlichen Bildpunktaufnehmers ZmCn(b) herangezogen. Alternativ oder ergänzend wird das Signal des Bildpunktaufnehmers ZmCn(b) auf dem Bildaufnehmer 23b mit einem unteren Grenzwert verglichen. Liegt das Signal über dem unteren Grenzwert, wird das Signal des Bildpunktaufnehmers ZmCn(b) des Bildaufnehmers 23b zur Verarbeitung herangezogen, liegt der Wert darunter, wird das Signal des empfindlicheren Bildpunktaufnehmers ZmCn(a) des Bildaufnehmers 23a herangezogen. Es versteht sich von selbst, dass die Auswahl der Grenzwerte in geeigneter Weise den Verhältnissen der Empfindlichkeiten angepasst sein muss. Wie leicht nachvollziehbar ist, beziehen sich die Angaben zur Empfindlichkeit auf die Helligkeit des Sichtfeldes 21 beziehungsweise der dort vorhandenen und auf den Bildaufnehmern abgebildeten Objekte.
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Parallel hierzu kann auch die Empfindlichkeit der gesamten Vorrichtung oder eines der beiden Bildaufnehmer bei zeitvariablen Belichtungssituationen in Abhängigkeit von der gesamten Belichtungssituation variiert werden, beispielsweise durch die Variation einer Blende oder der Belichtungszeit.
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Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform mit drei Bildaufnehmern 23a, 23b, 23c, wobei 23a die größte Empfindlichkeit aufweist und 23c die geringste Empfindlichkeit aufweist, könnte dieser Algorithmus wie folgt ausgeführt sein: Die Helligkeitsmesswerte der Bildpunktaufnehmer ZmCm(b) des Bildaufnehmers mit der mittleren Empfindlichkeit werden mit einem oberen und einem unteren Grenzwert verglichen. Liegt der Messwert unter dem unteren Grenzwert, wird der Messwert des Bildpunktaufnehmers ZmCn(a) des empfindlicheren Bildaufnehmers 23a zur Verarbeitung herangezogen. Liegt der Messwert über dem oberen Grenzwert, wird der Messwert des geringer empfindlichen Bildpunktaufnehmers ZmCn(c) des Bildaufnehmers 23c zur Verarbeitung herangezogen. Liegt der Wert zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert, wird der Messwert des Bildpunktaufnehmers ZmCn(b) des Bildaufnehmers 23b herangezogen. Es ist auch möglich, dieses Verfahren kaskadiert einzusetzen, wenn Bildpunktaufnehmer mit mehr als drei unterschiedlichen Empfindlichkeiten angeordnet sind.
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Eine weitere beispielhafte Ausführungsform zeigt die 6. Das Sichtfeld 21 wird auf einen einzigen Bildaufnehmer 23 abgebildet. Ein Element 24 weist eine schachbrettartige Anordnung von Bereichen unterschiedlicher Transmission auf, wobei jedes der Felder einer bestimmten Transmission einem Bildpunktaufnehmer des Bildaufnehmers 23 zugeordnet ist. Wie in 7 dargestellt, weisen jeweils zwei benachbarte Bildpunktaufnehmer ZmCn und Z(m+1)Cn bzw. ZmCn und ZmC(n+1) eine unterschiedliche Empfindlichkeit auf. Ein Teilbereich 219 ist jeweils so definiert, dass dessen wenigstens zwei Bildpunktaufnehmer unterschiedlicher Empfindlichkeit umfasst.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden innerhalb jedes Teilbereiches die Helligkeitsmesswerte aller Bildpunktaufnehmer ausgewertet, welche eine Empfindlichkeit aufweisen die groß genug ist, um gute Auflösung der dunklen Bereiche des Bildes zu gewährleisten und die klein genug ist, um eine Übersteuerung der hellen Bereiche des Bildes zu vermeiden. Die Auswahl dieser Bildpunktaufnehmer kann analog zu dem oben angegebenen Algorithmus erfolgen.
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Das dargestellte Verfahren und die dargestellte Vorrichtung ermöglichen es, ohne gegenüber einem konventionellen System den Aufwand wesentlich zu erhöhen, bei einem gewissen aber geringen Verlust an möglicher räumlicher Auflösung die darstellbare Dynamik drastisch zu erhöhen. Dabei kann durch eine Erhöhung der Anzahl von Bildpunktaufnehmern der räumliche Auflösungsverlust wenigstens teilweise wettgemacht werden. Eine Variante umfasst auch eine leichte Defokusierung der Abbildung, so, dass ein Punkt des Sichtfeldes leicht verschmiert über mehrere Bildpunktaufnehmer abgebildet wird, wie dies auch in der
WO 01/070538 beschrieben ist.
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In der 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei der Bildaufnehmer Bildpunktaufnehmer mit vier unterschiedlichen Empfindlichkeiten, gekennzeichnet als 1, 2, 3 und 4, aufweist. Die Bildpunktaufnehmer unterschiedlicher Empfindlichkeit sind je Zeile m und Spalte n in einer festen Reihenfolge angeordnet, wobei die Anordnung je Zeile und Spalte um ein Element verschoben ist. Damit wird ein räumliches Aliasing und damit eine mögliche Unterdrückung vertikaler oder waagerechter Strukturen, das sich bei einer strengen Anordnung je einer Empfindlichkeit in einer Zeile und einer Spalte ergäbe, deutlich vermindert. Um diesen Effekt weiter zu reduzieren, könnten die Bildpunktaufnehmer unterschiedlicher Empfindlichkeiten auch zufällig auf dem Bildaufnehmer verteilt angeordnet sein, wobei dann aber die jeweilige Zuordnung bekannt sein muss.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 20
- Vorrichtung zur Umfelderfassung
- 21
- Sichtfeld
- 21'
- Abbildung des Sichtfelds
- 21"
- Abbildung des Sichtfelds
- 22
- abbildendes System; Linse
- 23
- Bildaufnehmer
- 23a
- Bildaufnehmer
- 23b
- Bildaufnehmer
- 24
- optisches Filterelement
- 211
- dunkler Bereich im Sichtfeld
- 211'
- Abbildung des dunklen Bereichs
- 211"
- Abbildung des dunklen Bereichs
- 212
- heller Bereich im Sichtfeld
- 212'
- Abbildung des hellen Bereichs
- 212"
- Abbildung des hellen Bereichs
- 213
- Objekt
- 214
- Objekt
- 215
- Objekt
- 219
- Teilbereich des Sichtfelds
- 219'
- Abbildung des Teilbereichs des Sichtfelds
- 219"
- Abbildung des Teilbereichs des Sichtfelds
- Cn
- Spalte n eines Bildaufnehmers
- Zm
- Zeile m eines Bildaufnehmers
- ZmCn
- Bildpunktaufnehmer in Zeile m und Spalte n eines Bildaufnehmers
- 1, 2, 3, 4
- Empfindlichkeiten der Bildpunktaufnehmer