DE602004001375T2

DE602004001375T2 - Gerät zum Detektieren von Umweltbedingungen und zur Überwachung und Steuerung von Verkehr

Info

Publication number: DE602004001375T2
Application number: DE602004001375T
Authority: DE
Inventors: Nereo Pallaro; Piermario Repetto; Filippo Visintainer; Marco Darin; Luca Liotti; Emilio Mosca
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2024-07-24
Also published as: EP1521226A1; DE602004005012D1; JP4234655B2; EP1603095A2; EP1603095B1; JP4485477B2; ATE331999T1; CN1603792B; JP2006139808A; JP2005117639A; US20050072907A1; CN1818613B; US7817183B2; ES2281884T3; ES2268549T3; ATE355578T1; DE602004001375D1; CN1818613A; EP1603095A3; EP1521226B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Detektionsvorrichtung von der Art, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Eine Detektionsvorrichtung dieser Art, welche an einem Fahrzeug angebracht ist, ist aus DE-A-199 09 986 bekannt. Ferner ist ein Gerät, das an einer festgelegten Position entlang einer Straße anzubringen ist, um Umgebungsbedingungen entlang einer Staße zu erfassen und zu melden, aus US-A-2 849 701 bekannt.
Bereits in der Vergangenheit hielt man es für notwendig, die Sicherheit von Straßen innerhalb und außerhalb von Geschäftszentren und Stadtbezirken und auf Autobahnen zu verbessern durch folgendes:
Überwachen von Umgebungsbedingungen und atmosphärischen Bedingungen (Beleuchtung, Sprühregen/Nebel, Eis);
Überwachen des Verkehrs (Anzahl von Kraftfahrzeugen, die sich in einigen Abschnitten des Straßennetzes bewegen);
Kontrolle des Verkehrs (Staus, Unfälle, Hindernisse, Übertretungen).
Es wäre wünschenswert, diese Funktionen automatisch und effizient durchzuführen, um Benutzern und Anlagenbedienpersonal mit zuverlässiger und Echtzeit-Information zu versehen, welche insbesondere Fahrzeuglenkern gestattet, ihren Fahrstil (Geschwindigkeit, Anschalten der Beleuchtung, usw.) oder ihre Fahrtroute (Änderung der Route oder Spur) zu modifizieren, und Behörden gestattet, die betroffene Einrichtung (Beleuchtung, Verkehrsschilder, usw.) zu modifizieren und für ein direktes Eingreifen von Autobahnpersonal (Verkehrumleitung, Hilfe) bereitzustellen, ebenso wie um die Szene für eine spätere Überprüfung aufzuzeichen, wenn es erforderlich ist.
Im Falle von Nebel können Notblinklichter mit einer variablen Frequenz und Leuchtstärke, die an Straßen und Verkehrsteilern angeordnet sind, verwendet werden. Frequenz und Intensität von Notlichtern sollten jedoch abhängend von der Außenbeleuchtung (Tag, Nacht, Dämmerung) und den Sichtverhältnissen eingestellt werden, um eine wirksame Signalgebung zu erhalten und gleichzeitig Blendphänomene zu vermeiden.
Stand der Technik
Bekannte Lösungswege sind in US4931767 , EP0635731B1 , GB2224175A , DE19749397 , EP0691534 , US5118180 , US5206698 , WO8909015A1, US5987152 , DE29811086 , US4502782 , FR 2745 915 , US57771484 , GB2288900 , IT MI93A001604, EP1176 570 und FR2771363 offenbart.
Ziel der Erfindung
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Detektionsvorrichtung auf der Grundlage eines multifunktionellen visuellen Sensors vorzuschlagen, zum Überwachen und Steuern von Verkehr und zum Detekieren von Nebel/Sicht, die an einem Straßen- oder einem Autobahnabschnitt (zum Beispiel an Portalen) zu montieren ist, welche einfach, kompakt, billig und in hohem Maße zuverlässig ist.
Hauptmerkmale der Erfindung
Um dieses Ziel zu erreichen, ist der Gegenstand der Erfindung eine Detektionsvorrichtung mit den Eigenschaften, wie sie in Anspruch 1 aufgelistet sind.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffen, sind in den abhängigen Ansprüchen aufgelistet.
Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen ist folgendes gezeigt:
1 ist eine Ansicht der Vorrichtung, wobei der multifunktionelle Sensor in einem abgedichteten Gehäuse mit Flügeln so integriert ist, dass das Auftreffen von atmosphärischen Substanzen auf das optische Fenster vermindert wird.
2 ist eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Matrix-Sensors gemäß der Erfindung, welcher einige der vorher diskutierten Funktionen realisiert.
3 ist ein Prinzipschema einer aktiven Nebeldetektion.
4 zeigt mögliche Ausführungsvarianten des optischen Empfangssystems für Nebeldetektion.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anordnung, die eine Sensor-Matrix gemäß der Erfindung mit dem dazu gehörenden Schutzfenster aufweist.
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht der verschiedenen Elemente, die eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung bilden.
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der verschiedenen Elemente, die eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung bilden, auf der Grundlage von mikrooptischen Systemen, deren Bestandteile ein kamerasensitiver Bereich, eine Sehfeldblende, eine Mikrolinsen-Matrix, eine optische Isolierung, eine Mikrolinsen-Matrix sind. Und
8 zeigt eine vergrößerte perspektivische Explosionsansicht eines Details aus 7.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Das integrierte visuelle System für Anwendungen an Straßen ist durch die folgenden Funktionen oder eines Teils derselben gekennzeichnet:
Detektion einer Sichtbereichsweite (in Metern) hinsichtlich des Vorhandenseins von Sprühregen oder Nebel;
Detektion von Nebelbänken;
Detektion von Umgebungsbeleuchtungsniveau (in Lux);
Detektion von Innen- und Außentemperatur;
Detektion von relativer Außenfeuchtigkeit;
Verkehrsüberwachung;
Verkehrssteuerung;
Selbstjustierung wegen teilweise schmutzigem optischen Fensters, Sensor-Temperaturvariation und Leistungsreduktion von Emittern;
Selbstreinigung von optischem Fenster oder Fensterreinigung;
drahtlose Datenübertragung mit Brückenverbindung zwischen identischen Sensoren oder Sensoren von niedriger Funktion;
Selbstdiagnose.
Die Systemarchitektur besteht aus dem folgenden:
einem CCD- oder CMOS- visuellen Sensor (standardisiert oder anwendungsbestimmt mit Pixelpegelvorverarbeitung);
einem Temperatursensor;
einem Sensor für relative Feuchtigkeit;
einem Emitter für Sichtdetektion mit passiver Technik;
einem optischen Empfangs- (zum Sammeln von Strahlung und Fokussierung auf verschiedene Matrixbereiche) und Übertragungs- (zur Bearbeitung eines Strahlungsbündels) -System;
einem mechanischen System zum Anordnen von optischen Systemen und Trennen von Bereichen, die verschiedenen Funktionen zugeordnet sind;
einem elektronischen System zum Erfassen und Verarbeiten von Bildern, Emittersteuerung, Erfassung von Temperatur und Feuchtigkeitssignal, drahtloser Übertragung, Selbstdiagnose.
Das System kann zum Beispiel an auf Autobahnen vorhandenen Portalen angebracht werden, so dass ein relevanter Straßenabschnitt überwacht wird.
1 der anhängenden Zeichnungen zeigt ein Ausführungsformbeispiel des äußeren Gehäuses 2 der Vorrichtung, die eine Vorderfläche mit einem Bereich 1 aufweist, in welchem das reale Detektionssystem (das im nachfolgenden detailliert beschrieben werden soll), das durch ein optisches Fenster 3 geschützt ist, eingesetzt ist.
Wie in 2 zu sehen ist, ist der sensitive Bereich der Matrix 4 des neuen Systems nach der vorliegenden Erfindung in Unterbereiche unterteilt. In der Anordnung aus 2 hat die Matrix 4 ihren sensitiven Bereich in spezifische Unterbereiche unterteilt, die den folgenden Funktionen zugeordnet sind:

1. Verkehrüberwachung und Steuerung, Sichtweite (passive Technik), Nebelbänke;
2. Sichtweite (aktive Technik);
3. Umgebungsbeleuchtung.

Zudem können die nachfolgenden weiteren Funktionen für folgendes vorgesehen sein:

4. Schmutz am optischen Fenster (aktive oder passive Technik);
5. Betrieb/Überwachung von optischer Leistung von Emittern.

Nebel senkt die Sichteffizienz, da er den Umgebungskontrast und daher den Sichtbereich manchmals bis auf wenige Meter reduziert. Grundsätzlich wird die Sichteffizienz schlecht aufgrund der niedrigeren Tiefenwahrnehmung, welche absolut erforderlich ist, um die Position von Objekten im Raum zu prüfen und zu bewerten.
Die Sichtweite-Funktion wird durch Kombinieren zweier Unterbereiche durchgeführt:
in dem ersten wird die durch das Vorhandensein des Nebels erzeugte Rückstreuungs-Strahlung, welche auf den Sichtweitepegel bezogen wird, mittels einer aktiven Technik gemessen (i.e., über einen Emitter, beispielsweise eine LED oder eine Laserdiode); in dem zweiten Unterbereich, der mit dem Unterbereich zusammenfällt, dem eine Verkehrsüberwachung und Steuerung zugeordnet ist, wird eine Straßen- oder Autobahnszene mittels einer passiven Technik erfaßt und mit Hilfe von Algorithmen verschiederner Art und Komplexität (z.B., Kontrastanalyse; Bewertung von Parametern, wie beispielsweise Abblenden, Verhältnis zum Horizont, Überlappung, Parallaxe, usw.) das Vorhandensein von Nebelbänken detektiert, wobei so eine Bewertung nicht-lokaler Sichtweite erhalten wird.
3 zeigt schematisch das Prinzip von Nebeldetektion mittels aktiver Technik. In dieser Figur bezeichnen die Bezugzahlen 5 und 6 einen Emitter bzw. einen Empfänger.
In einer möglichen Anordnung liefert der einer Verkehrüberwachung zugeordnete Bereich, neben der Anzahl von auf einigen Abschnitten des Straßennetzes fahrenden Kraftfahrzeugen, auch die Art des Flusses (Autos anstatt Lastwägen;
Durchschnittsgeschwindigkeit von sich bewegenden Kraftfahrzeugen im Falle eines Staus) dank der genauen Bildverarbeitungsanalysen. In der Zwischenzeit werden Parameter gemessen, die für die Verkehrssteuerung nützlich sind, wie beispielsweise:
Geschwindigkeit (sowohl bei Autos als auch bei Lastkraftwägen), Sicherheitsabstand, Spur für Rettungsfahrzeuge belegt, Staus, Unfälle.
Die Funktion "Umgebungsbeleuchtung" wird durch einen spezifischen Unterbereich der Matrix oder durch einen Unterbereich durchgeführt, der in dem der Verkehrüberwachung zugeordneten Bereich enthalten ist.
Die Funktion "Schmutz am optischen Fenster" kann sowohl mit einer aktiven Technik, i.e. über einen Emitter, als auch mit einer passiven Technik durchgeführt werden, ohne einen Emitter, und kann als sensitiven Bereich einen Unterbereich der CMOS-Matrix oder ein getrenntes Empfangs-Modul verwenden.
In einer möglichen Anordnung ist das System mit einem elektrooptischen Emitter-Empfangs-Modul, das von der optischen Matrix getrennt ist (obgleich es in den Sensor integriert ist) ausgerüstet, um so in aktiver Form die Funktion "Schmutz am optischen Fenster" auszuführen.
Nach einem weiter bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die Funktion "Schmutz am optischen Fenster" in aktiver Form (i.e. über einen Emitter) durchgeführt, wobei der Empfänger aber die optische Matrix ist, über einen Unterbereich, der dieser Funktion zugeordnet ist, oder über einen Unterbereich, der die eine Funktion enthält, der eine der vorher besprochenen Funktionen zugeordnet ist.
Nach einem noch weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung, wird die Funktion "Schmutz am optischen Fenster" durch eine passive Technik (zum Beispiel, Bildanalyse) in einem Matrix-Unterbereich durchgeführt, der der Funktion zugeordnet ist, oder in einem Unterbereich, der die eine Funktion enthält, der einer der vorher besprochenen Funktionen zugeordnet ist (zum Beispiel der Unterbereich, dem die Szenenüberwachung zugeordnet ist).
Die Überwachung von emittierter optischen Leistung wird über einen Unterbereich, der der Funktion zugeordnet ist, oder unter Verwendung eines von der Matrix getrennten photosensitiven Detektors, oder unter Verwendung einer elektronischen Schaltung durchgeführt, die den Steuerstrom und die Umgebungstemperatur kontrolliert.
In einer möglichen Anordnung ist das System ferner mit einem Sensor zum Messen einer Kameratemperatur (zum Beispiel einem Thermoelement oder einem PCB-Temperatursensor) ausgerüstet, um die Ansprechempfindlichkeit der Matrix zu kompensieren, wenn die Temperatur bei den Funktionen variiert, die einen Absolutwert als Ausgabe benötigen.
In einer möglichen Anordnung ist das System ferner mit einem Sensor zum Messen von Außentemperatur (zum Beispiel einem Thermoelement) und relativer Feuchtigkeit ausgerüstet, um die Tautemperatur zu erhalten; die Parameter machen es möglich, die Nebelbildung vorherzusagen.
Das optische System, das eine Integration von Verkehrsüberwachung, Beleuchtung und Nebel-Funktionen an der gleichen CMOS-Matrix ermöglicht, kann entsprechend zweier unterschiedlicher Anordnungen ausgeführt werden:
1. Anordnung mit optischen Standardelementen (6)
Bezugnehmend auf die in 6 gezeigte Ausführungsform enthält die Szenenüberwachungs-Funktion ein Objektiv 30 (zum Beispiel, eine Mikrovideolinse mit annähernd einem Durchmesser von 12 mm und einer Länge von 20 mm) mit einer geeigneten Brennweite (zum Beispiel f = 6 mm) und mit einer optischen Achse, die in bezug auf die Straßenfläche so geneigt ist, dass sie einen Straßenabschnitt abbildet, in bezug auf den Matrixmittelpunkt verschoben ist und orthogonal zu der Matrixfläche ist. Die Matrix 4 mit ihrem Schutzglas 16, das einen lichtundurchlässigen Bereich 17 und Öffnungen 18 aufweist, befindet sich hinter dem Objektiv (siehe auch 5).
Für Nebel-Funktion in passiver Technik wird das gleiche Objektiv wie für die Szenenüberwachung verwendet.
Nach einem bevorzugten Merkmal besteht das optische Abbildungssystem zum Durchführen von Szenenüberwachung und passiver Nebeldetektion aus einem anwendungsspezifischen System auf der Grundlage vom mikrooptischen Komponenten.
Für Nebel-Funktion in aktiver Technik wird eine optische Glas- oder Kunststofffaser 9 (siehe auch 4) verwendet, die ein Ende nahe bei der Matrix 4 hat, die mit einer Kugellinse 15 oder einer GRIN (gradient of index = Brechzahlgradient)-Linse 15 oder auch mit überhaupt keiner Linse (wie in 11) versehen ist, und ein Vorderende hat, das mit einer GRIN-Linse 13 oder mit einer mikrooptischen Komponente oder auch mit überhaupt keiner Linse (wie in 10) versehen ist. Das Vorderende der optischen Faser 9 ist mit einem Hochpaß- (das bei Wellenlängen über 800 nm durchlässig ist)/Interferenzfilter 8, welches auch fehlen kann, und mit einer Sammellinse 7 verbunden, welche eine Sammellinse ohne Filter oder eine Sammellinse mit Hochpaßmaterial mit einer Interferenzbeschichtung sein kann.
Optische Fasern sind eine billige und kompakte Lösung zum Modifizieren der Richtung des Sichtfeldes in bezug auf die Richtung orthogonal zu der Matrix. Tatsächlich sollte, da bei der Rückstreuungs-Technik das Vorhandensein von Hindernissen die Richtigkeit einer Sichweitemessung gefährden kann, das Sichtfeld des Empfängers vorzugsweise in die Richtung nach dem Horizont oder einige Grade nach oben ausgerichtet sein.
Die Sammellinse 7 fokussiert nach Möglichkeit die einfallende Strahlung auf die optische Faser innerhalb eines Sichtfeldes von 7–8°. Vorzugsweise sollte eine Antireflexionsbeschichtung auf die Sammellinse aufgebracht werden.
Das Hochpaß-/Interferenzfilter 8 begrenzt nach Möglichkeit die Störung durch Umgebungslicht, wobei nur Strahlungskomponenten in einem Band gefiltert werden, das auf die Wellenlänge des Emitters (800–900 nm) eingestellt ist.
Nach einer bevorzugten Eigenschaft kann die Sammellinse 7 als ein optisches Bandpaßfilter wirken, das aus Hochpaßmaterial hergestellt ist, auf welchem eine geeignete Interferenzbeschichtung aufgebracht ist, so dass das spektrale Durchgangsfenster auf die Wellenlänge des Emitters eingestellt ist.
Die Verwendung von Mikrolinsen oder GRIN-Linsen vor oder nach der optischen Faser kann die Faserkopplungseffizienz bzw. Fokussierung auf eine CMOS-Matrix verbessern. Im letzteren Fall gibt es nicht nur eine Intensitätsverstärkung, sondern es wird auch der Strahlungsfleck auf der Matrix reduziert.
Eine weitere Lösung zum Filtern des Signals des Emitters (in 6 mit der Berzugszahl 31 bezeichnet) besteht in der Verwendung einer LED als Emitter, die auf eine vorgegebene Frequenz moduliert ist, und eines elektronischen Bandpaß-Filtersystems mit der Frequenz des Emitters. Diese Lösung ist alternativ oder komplementär zu der Verwendung des optischen Filters.
Eine weitere Lösung zum Filtern des Signals des Emitters 31 besteht in der Verwendung des Umgebungsbeleuchtungssignals, um die Hintergrundintensität zu berechnen und Letztere von dem Signal des Nebeldetektors zu subtrahieren. Diese Lösung ist alternativ zu den bereits vorher beschriebenen Filtersystemen.
Für eine Beleuchtungs-Funktion wird eine aus Kunststoff oder Glas hergestellte optische Faser 32 zum Sammeln von Licht verwendet, wie im Falle der Nebel-Funktion in passiver Technik. Es sollten jedoch keine Sammellinsen verwendet werden, da das detektierte Signal eine ausreichende Intensität besitzt.
Eine Beleuchtungs-Funktion kann auch durch Berechnen des Mittelwertes von einfallender Intensität auf den Bereich, der der Verkehrsüberwachung oder einer passiven Nebeldetektion zugeordnet ist, ausgeführt werden. In einem solchen Fall kann die gleiche optische Komponente wie bei diesen Funktionen verwendet werden.
Für die Verschmutzungs-Funktion in aktiver Technik wird ein optisches System verwendet wie das der Nebel-Funktion in aktiver Technik. In einem solchen Fall überlappen sich die Sichtfelder von Emitter und Empfänger in einem geringeren Volumen, das einen Abschnitt des optischen Fensters einschließt. Das diese Funktion betreffende optische System kann somit Gebrauch von einer oder mehreren Komponenten von denen machen, die für die Nebel-Funktion in aktiver Technik aufgelistet sind. Wenn die Strahlung elektronisch gefiltert wird, sollte eine Modulationsfrequenz vorzugsweise verwendet werden, die sich von der unterscheidet, die für eine Nebel-Funktion verwendet wird.
Für die Verschmutzung-Funktion in passiver Technik wird das gleiche Objektiv wie für Szenenüberwachung verwendet.
In 6 beziehen sich die Bezugsnummern 30a, 7a, 31a, 32a jeweils auf die Sichtfelder des Objektivs 30, der Linse 7, des Emitters 31 und der optischen Faser 32.
2 Anordnung mit mikrooptischen Komponenten (7, 8)
Im Falle der in 7, 8 gezeigten zweiten Ausführungsform sind die optischen Sammelkomponenten für die vorhergehenden Funktionen Systeme, die Mikrolinsen oder Mikrolinsen-Prismen-Mikrolinsen enthalten.
Das System kann aus einer oder mehreren Matrizes von Mikrolinsen bestehen, die vor der CMOS-Matrix angeordnet sind. Eine oder mehre Mikrolinsen können an jeder Matrix vorhanden sein. In dem gezeigten Fall (siehe 8) ist eine Matrix 21 von mikrooptischen Komponenten in der Nähe des Sensors 4 und eine Matrix 20 von mikrooptischen Komponenten vorgesehen, die zur Außenseite der Vorrichtung hin angeordnet sind.
Für jede Funktion besteht das optische System aus einer oder mehreren Mikrolinsen, die an verschiedenen Matrizes eingesetzt sind.
Das Problem, das die Richtung der optischen Achse betrifft, kann auf zwei Arten gelöst werden:

1. Verwendung von Mikrospiegeln oder Mikroprismen (vom Keiltyp oder Totalreflexion);
2. Axiale Verschiebung oder Neigung von Mikrolinsen.

Die gesamte optische Kette kann auch Matrizes von Mikrofiltern aufweisen oder einfach optische Fenster, die teilweise mit einer Interferenzbeschichtung bedeckt sind.
Um die Blende des optischen Systems für jede Funktion zu isolieren oder einzustellen, können eines oder mehrere Substrate von absorbierenden Material, das in geeigneter Weise perforiert ist, verwendet werden. Abhängend von ihrer Position in der optischen Kette (vor oder nach Mikrolinsen-Matrizes) können diese Substrate als Aperturbegrenzung, als Streulichtschirm oder als Sehfeldblende wirken. Im letzteren Fall ist es vorzuziehen, nicht ein allein operierendes Substrat sondern eine absorbierende Beschichtung zu verwenden, die auf das optische Schutzfenster der CMOS-Matrix aufgebracht wird. In dem gezeigten Fall (siehe 8) ist ein optisches Isolierelement 22 mit einer Aperturbegrenzung vorgesehen, die zwischen die zwei mikrooptischen Matrizes und einem Element 23 in der Nähe des Sensors 4 eingesetzt ist, das als Sehfeldblende wirkt.
Bei der optischen Kette, die jede Funktion betrifft, lenkt das Prisma die optische Achse um (für aktive Nebel- und Beleuchtungs-Funktionen sind sie nach oben auszurichten), wogegen die Mikrolinse (oder Mikrolinsen) das übertragene optische Signal fokussieren.
Weiterhin ist gemäß der Erfindung der Sensor mit einem Schutzfenster 16, das aus Glas oder transparentem Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches auch als Träger für optische Fasern (für die Anordnung mit optischen Standardelementen) dient, und, wenn es erforderlich ist, mit einem Prisma versehen. Diese optischen Komponenten werden in Öffnungen eingesetzt, die in dem Fenster angebracht sind.
Nach einer bevorzugten Eigenschaft überdeckt das Schutzfenster das Substrat, auf welches die Mikrolinsen-Matrix in der Nähe des photosensitiven Bereiches aufgelegt ist.
7 zeigt zwei LEDs 31, die als Emitter wirken, denen eine strahlformende Linse 33 zugeordnet ist. Bezugszahlen 31a, L, F, T symbolisieren jeweils die Strahlungskeulen der LEDs 31, das Sichtfeld für Beleuchtungs-Funktion, das Sichtfeld für Nebel-Funktion in aktiver Technik und das Sichtfeld für Verkehrüberwachung und Steuerung.
Zudem ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein optisches Isoliersystem zwischen die Bereiche der CMOS-Matrix eingesetzt, die den verschiedenen Funktionen zugeordnet sind, welches System aus einer partiellen Beschichtung der Oberfläche des Matrix-Schutzfensters, an der auf die Matrix weisenden Seite, mit einer Schicht von absorbierendem oder reflektierendem Material zum Beispiel durch Serigraphy oder thermische Bedampfung besteht. Wenn Prismen verwendet werden, sollten auch Prismafrontseiten partiell mit einer Schicht aus absorbierendem oder reflektierendem Material, zum Beispiel durch Serigraphy oder thermische Bedampfung, beschichtet werden.
Bei der Anordnung mit Mikrolinsen kann das optische Schutzfenster eine Mikrolinsen-Matrix sein, ohne Einschränkung hinsichtlich des Aufbringens der absorbierenden Beschichtung.
Der visuelle Sensor kann ein CCD oder CMOS-Sensor mit einer unterschiedlichen Größe sein, abhängend von der Anzahl von durchgeführten Funktionen und dem Sichtfeld, das für Verkehrüberwachung und Steuerung ausgelegt ist.
Nach einer bevorzugten Eigenschaft weist der CMOS-Sensor eine logarithmische Ansprechempfindlichkeit auf, um so eine fast lineare Ausbildung von Sichtweite (in Metern) abhängend von der Pixel-Lichtintensität und somit eine höhere Auflösung für Sichtweitepegel über 100 m zu haben.
Nach einer bevorzugten Eigenschaft kann der Farb-CMOS-Sensor die Stärke eines Sichtweite-Bewertungsalgorithmus verbessern; RGB-Pegel im Falle von Nebel werden gesättigt, wobei sie das Bild weniger brilliant machen und zu weiß tendieren.
Bilderfassung kann vollständig auf der ganzen Matrix (im Falle von CCD) sein oder auf Matrix-Unterbereiche (im Falle von CMOS) begrenzt sein. Die zweite Möglichkeit läßt die Verwendung verschiedener Parameter und Erfassungsgeschwindigkeiten für jeden Unterbereich zu.
Bei aktiver Nebel-Funktion gibt es neben dem optischen Signalfilter ein weiteres Filtersystem auf der Grundlage von Signalerfassung zusammen mit dem Emitter (zum Beispiel wird im Ausschnittsdarstellungs-Modus das Signal, das an dem zugeordneten Unterbereich entsteht, mit einer Bildrate von wenigstens einem zweifachen der Frequenz einer Strahlungsquelle erfaßt) und der Verwendung von geeigneten Digitalfiltern.
Die Vorrichtung ist ferner mit einem integrierten elektronischen Modul zur Signalerfassung und Verarbeitung und mit einem drahtlosen Datenübertragungs-Empfangs-Modul zur Kommunikation mit anderen identischen oder niedrigeren Funktions-Sensoren ausgerüstet.
Für die Funktionen von Sichtweitemessung mit aktiver und passiver Technik kann das elektronische Modul die Signale, die beide Arten von Messung betreffen, vergleichen und zusätzlich, wenn es erforderlich ist, das Umgebungsbeleuchtungssignal verwenden, um so als Ausgabe – durch geeignete Algorithmen – ein genaues und selbstbestätigtes Sichtweitesignal zu geben.
Nach einer weiteren bevorzugten Eigenschaft verwendet das elektronische Modul auch Temperatur- und Feuchtigkitssignale zur Bewertung der Sichtweite in einem Datenfusionalgorithmus, der in Bezug auf den vorhergehendem verbessert ist und, wenn es erforderlich ist, Nebenbildung und Auflösung voraussagt.
In Hinblick auf eine Anwendung auf dem Gebiet der Telekommunikation könnte folgende möglich sein:

1) Verwendung jeden Sensors als Brücke zur Datenübertragung von einem Sensor zu dem anderen: jeder Sensor empfängt Daten von dem vorhergehenden Sensor und überträgt diese zu dem folgenden und umgekehrt. Diese Übertragung geht weiter bis zu einer Basisstation, welche die empfangene Information zur Verarbeitung von Warnmitteilungen, alternativen Routen, zum Rufen der Polizei, usw. verwendet.
2) Verwendung aller oder einem Teil der Sensoren zum Übertragen von Instruktionen-Information an ankommende Fahrzeuge.

Die Basisstation kann simultan über GSM/GPRS/UMTS zu einer zentralen Datenbank verbinden zum Laden von Daten, die einen vorgegebenen Straßenabschnitt betreffen und auch zum Herunterladen von Information, die an fahrende Fahrzeuge übertragen werden soll.

Claims

Detektionsvorrichtung, die an Straßen oder Autobahnen oder Verkehrsteilungen angebracht werden kann, die Sensormittel aufweist, welche eine CCD- oder CMOS-Matrix (4) mit einem sensitiven Bereich enthalten, und eine Vielzahl von optischen Systemen (31, 7, 8, 9; 31, 20, 21, 22) mit unterschiedlichen Richtungen und/oder Sichtfeldern und/oder optischen Trennungsmodi der Unterbereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, das die Matrix (4) einen sensitiven Bereich aufweist, der in eine Vielzahl von getrennten Unterbereichen durch die optischen Systeme (31, 7, 8, 9; 31, 20, 21, 22) unterteilt ist, wobei die Unterbereiche zum Durchführen verschiedener spezifischer Funktionen ausgelegt sind, der sensitive Bereich einen Unterbereich aufweist, der einer Verkehrsüberwachung zugeordnet ist durch Beobachten der Anzahl von Fahrzeugen, die sich in einigen Abschnitten des Straßennetzes bewegen, und ferner dazu dient, den Verkehr durch Beobachten von Verkehrstaus, Unfällen, Hindernissen oder Übertretungen zu steuern, wobei der sensitive Bereich ferner einen Unterbereich aufweist, der dazu dient, eine Funktion "Nebeldetektion oder Beleuchtungsdetektion" durchzuführen.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie an einer Reihe von Portalen angebracht ist, die sich in einer vorgegebenen Entfernung voneinander an einem Straßenabschnitt befinden.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel so ausgelegt sind, dass sie Funktionen für Sicht(weite) integriert haben, die das Vorhandensein von Sprühregen, Nebel und Nebelbänken betreffen, durch Kombinieren von aktiven Techniken, wie indirektes, lokales Messen mit Hilfe von Emittern, mit passiven Techniken, wie direktes, ausgedehntes und selbst überprüftes Messen.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel so ausgelegt sind, dass sie die Funktion "Nebelbankdetektion" integriert haben.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel so ausgelegt sind, dass sie eine Beleuchtungsdetektion zusammen mit eine Sichtabschätzung integriert haben, um die Intensität von Notleuchten an den betroffenen Straßenabschnitten einzustellen.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel so ausgelegt sind, dass sie eine Innentemperaturdetektion zur Selbsteinstellung der Sensormittel-Ansprechempfindlichkeit integriert haben.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel ein selbstreinigendes optisches Fenster oder Mittel zum Reinigen des letzteren aufweisen.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix ihren sensitiven Bereich in fünf Unterbereiche unterteilt hat, wobei jeder einer der folgenden Funktionen zugeordnet ist: (1) Verkehrs-Überwachung und -Steuerung, Sicht (passive Technik), Nebelbänke; (2) Sicht (aktive Technik); (3) Umgebungsbeleuchtung; (4) Schmutz am optischen Fenster einschließlich aktiver oder passiver Techniken; (5) Betrieb von Emittern.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des sensitiven Matrixbereichs, der einer passiven Nebendetektion zugeordnet ist, auch Verkehrsüberwachung und Steuerfunktionen durchführt.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion "Umgebungsbeleuchtung" durch einen spezifischen Unterbereich der Matrix oder durch einen Unterbereich durchgeführt wird, der in dem einem Unterbereich enthalten ist, der einer Verkehrüberwachung zugeordnet ist.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion "Schmutz am optischen Fenster" in einem aktiven Modus über einen Emitter durchgeführt wird und dass der Empfänger von der Matrix getrennt ist und in die Vorrichtung integriert ist.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion von Schmutz am optischen Fenster in einem aktiven Modus durchgeführt wird, und dass der Empfänger die Matrix selbst ist, wobei ein getrennter Unterbereich verwendet wird, der der Funktion zugeordnet ist, oder ein Unterbereich verwendet wird, der bereits einer der vorher genannten Funktionen zugeordnet ist.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion "Schmutz am optischen Fenster" in einem passiven Modus mittels Bildanalyse durchgeführt wird, wobei ein getrennter Unterbereich verwendet wird, der der Funktion zugeordnet ist, oder ein Unterbereich verwendet wird, der bereits einer der vorher genannten Funktionen zugeordnet ist, wie beispielsweise der Unterbereich, der einer Szenenüberwachung zugeordnet ist.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung einer Emitteroperation im Überwachen der emittierten optischen Leistung durch einen der Funktion zugeordneten Unterbereich oder durch einen von der Matrix getrennten photosensitiven Detektor oder durch eine elektronische Schaltung besteht, die den Steuerstrom und die Umgebungstemperatur kontrolliert.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbereich, der einer Szenenüberwachung und einer passiven Nebeldetektion zugeordnet ist, ein aus dem Matrixmittelpunkt verschobenes Objektiv verwendet.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der einer passiven Nebeldetektion zugeordnete Unterbereich das optische Signal mit Hilfe eines Systems von Mikrolinsen empfängt.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem der Beleuchtungsfunktion zugeordneten Unterbereich das optische Signal mittels einer optischen Faser, die aus Kunststoff oder Glas hergestellt ist, gesammelt wird.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungsfunktion auch durch Berechnen der mittleren Einfallsintensität auf den Bereich, der einer Verkehrüberwachung oder einer aktiven Nebeldetektion zugeordnet ist, durchgeführt werden kann, wobei die gleiche optische Komponente verwendet wird, wie sie für diese Funktionen verwendet wird.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die auf einer aktiven Technik basierende Funktion "Schmutz am optischen Fenster" ein optisches System verwendet wird wie das eine in einer aktiven Technik für Nebeldetektion, und dass die Sichtfelder von Emitter und Empfänger in einem Raumvolumen überlappen, das einen Abschnitt des optischen Fensters einschließt.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die auf einer aktiven Technik basierende Funktion "Schmutz am optischen Fenster" das Objektiv verwendet wird, das zur Szenenüberwachung verwendet wird.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass optische Sammelkomponenten für die verschiedenen Funktionen aus einer oder mehreren Matrizes von überlappenden Mikrolinsen oder aus einer Mikrolinsen-, Primen-, Mikrolinsen-Kombination bestehen, wobei eine oder mehrere Mikrolinsen an jeder Matrix vorhanden sein können, und das optische System für jede Funktion eine oder mehrere Mikrolinsen aufweist, die an verschiedenen Matrizes angeordnet sind.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse mittels Verwendens von Mikrospiegeln oder Mikroprismen oder durch eine axiale Verschiebung oder Neigung von Mikrolinsen ausgerichtet werden kann.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie auch Matrizes von Mikrofiltern oder optischen Fenstern aufweist, die teilweise mit einer Interferenzbeschichtung bedeckt sind.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel ein aus Glas oder transparentem Kunststoff gefertigtes Schutzfenster haben, das auch als Träger für optische Fasern dient.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem optischen Isoliersystem zwischen den den spezifischen Funktionen zugeordneten Bereichen ausgestattet ist, wobei das optische Isoliersystem auf einer teilweisen Beschichtung der Oberfläche des Matrix-Schutzfensters oder der Mikrolinsen-Matrix auf der zur Matrix weisenden Seite mit einer Schicht von absorbierendem oder reflektierendem Material beruht, das durch Serigraphie oder thermische Bedampfung aufgebracht wird.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der CMOS-Sensor eine logarithmische spektrale Ansprechempfindlichkeit aufweist.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der CMOS-Sensor ein Farbsensor ist.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix eine Standard- oder Parallel-Architektur-CMOS-Matrix ist.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel ferner ein drahtloses Datenübertragungs-Empfangs-Modul zur Kommunikation mit anderen Sensoren aufweisen.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel wenigstens teilweise zur Übertragung von Instruktionen oder Information an ankommende Fahrzeuge verwendet werden.