CN101223053A - 摄像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摄像系统(1)，具有一个用于检测车辆周围环境的CCD摄像机或CMOS摄像机(2)。该摄像系统(1)还包括一个用于检测脉冲的光源(7)的辐射传感器(3)及一个可由辐射传感器(3)控制的控制装置(4)，该控制装置检测摄像机(2)的曝光相位与脉冲的光源(7)的接通相位之间的差异，该差异通过曝光相位与接通相位的同步而减小到最低。

Description

摄像系统
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的摄像系统。
背景技术
所述类型的摄像系统优选用于机动车中，以便获得车辆周围环境的图像，并与辅助系统结合使驾驶者对车辆的操纵变得容易。这种摄像系统尤其也检测在同一车道上或相邻车道上行驶在自身车辆前面的车辆。这种摄像系统包括至少一个图像传感器及配置给该图像传感器的光学系统，该光学系统使车辆周围环境的检测区域成像在图像传感器上。该辅助系统的一个重要任务是精确测量距离，因为仅当知道了精确的距离值时才能使光学的车道及距离监测系统足够可靠地工作。此外这种摄像系统愈来愈广泛地用于“夜视”功能，在夜视时，由红外远前照灯照亮的场景通过一个也在红外区域中敏感的摄像机被摄取及为驾驶者显示在一个显示器上，以便得到更大的视野。在这种摄像系统中使用的图像传感器通常为CCD摄像机或CMOS摄像机。因为这种摄像机非持续地曝光，也就是说在完整的帧阶段(Framephase)期间，而是仅在一定的时间间隔(例如CCD摄像机的快门时间)中曝光，这存在被摄像系统检测到的脉冲的光源被错误地显示的危险。在这方面，错误地显示意味着强度太小或太大的光源在最坏情况下根本不能被摄像系统检测到并再现。脉冲的光源可涉及例如在前行驶的车辆的使用LED技术实施的制动灯或尾灯或涉及迎面驶来的具有脉冲式LED前照灯的车辆。错误的显示是这样形成的，即脉冲的光源的接通相位与摄像机的曝光相位不一致。但脉冲的光源的错误的检测及显示可导致危险的情况。一个危险例如是这样形成的：本车辆的驾驶者在看其夜视显示器时不能识别出在前行驶的车辆在制动。这将面临着追尾撞车的事故。在夜间行驶时在显示器上难以识别在前面行驶的或迎面驶来的车辆，因为脉冲的光源不能清楚地被显示。
由DE 100 33 103 A1公知了一种红外视测系统(Intrarot-sichtsystem)，它具有至少一个IR(红外)光源及至少一个用于显示由IR光源照亮的地形的视测装置，其中，附加地设置有一个IR探测器，用于识别外来IR脉冲。该文献的出发点是，将所述视测系统使用在机动车中及也装备在相遇的机动车上。附加设置的IR探测器探测一个外来车辆的干扰红外光脉冲，这些干扰红外光脉冲可使本视测系统眩视。此外IR探测器这样控制自身脉冲频率，使其适应外来脉冲频率。该适应例如这样进行，即在无外来IR辐射源(IR-Fremdstrahler)的情况下全部时间照亮地形，而在有一个或多个外来辐射源时这样地调节自身IR系统的辐射时间，以便保留最大的照明时间。
由US2003/0043280A1也公开了一种具有红外摄像机及红外辐射器的摄像系统，该辐射器照明红外摄像机的检测区域。该摄像系统还附加地包括一个传感器，该传感器在检测到摄像系统的检测区域中的外来脉冲的光源时，控制红外摄像机，使得外部脉冲的光源尽可能不被摄像机检测到。
发明内容
相比之下，本发明使得可以根本上更好地检测脉冲的光源，以便以此方式更好地识别脉冲的光源及由此提高交通安全性。为此目的，该摄像系统有利地包括一个具有与摄像机基本上相同的光强动态范围(Intensittsdynamik)、基本上相同的视角及基本上相同的视向的辐射传感器，用于检测脉冲的光源。此外，该摄像系统包括一个控制装置，该控制装置从摄像机的及辐射传感器的信号中确定差异。在一个简单的实施方案中根据确定出的差异产生警报信号，该警报信号为驾驶者指出显示器显示有误。此外显示器可暂时地被控制成暗屏或被关闭。在复杂的实施方案中，根据所述差异使摄像机的曝光相位与光源的接通相位同步。在另一实施方案中，该摄像系统一方面工作在线性模式中另一方面工作在非线性模式中。将摄取的图像进行比较。在出现脉冲的光源时，在非线性模式中摄取的图像的至少部分区域被在线性模式中摄取的图像的相应的部分区域代替。
附图说明
以下将借助附图中所示的实施例来详细描述本发明。
附图表示：
图1：摄像系统的电路框图；
图2：用于确定差异的电路框图；
图3：表示一个摄像机的曝光相位及一个脉冲的光源的接通相位的第一线图；
图4：表示一个摄像机的曝光相位及一个脉冲的光源的接通相位的另一线图；
图5：表示一个摄像机的曝光相位及一个脉冲的光源的接通相位的另一线图；
图6：表示一个摄像机的曝光相位及一个脉冲的光源的接通相位的另一线图；
图7：表示一个摄像机的曝光相位及一个脉冲的光源的接通相位的另一线图；
图8：表示一个调节器，该调节器根据输入侧输入的差异改变曝光相位。
具体实施方式
以下描述本发明的实施例。参照图1来阐述第一实施例，该图表示一个摄像系统1及一个图像场景6。该摄像系统1包括一个摄像机2、尤其是一个CCD摄像机或CMOS摄像机。该摄像系统1还包括一个辐射探测器3，该辐射探测器具有尽可能与摄像机2相一致的光强动态范围及与摄像机2相同的视角及相同的视向。该辐射探测器3优选涉及光电二极管或光电晶体管。摄像机2及辐射探测器3与一个控制装置4连接。该控制装置4与一个显示器5相连接。
辐射探测器3近似连续地确定由摄像系统1摄取的整个图像场景6的平均亮度水准。从用于曝光调节而形成的摄像机图像的直方图中，借助关于该直方图的已知的曝光参数，通过逆算法也产生一个平均亮度。倘若这两个亮度水准彼此显著地偏离，则可推断，在摄像系统1的检测区域中存在脉冲的光源7，这些脉冲的光源不能全部被摄像机2检测到，因为该摄像机的曝光阶段至少部分地与脉冲的光源7的暗阶段(Dunkelphase)重合。这种情况在下面被称为差异。在本发明的一个简单的实施方案中，当出现这种差异时，在摄像系统1的显示器5上输出一个警报。该警报例如可要求驾驶者要特别注意观察道路及对显示器5上的显示至少暂时不予关注。在另一实施方案中，必要时可结合这种警报至少暂时地关断该显示器5，因为它不能正确地显示车辆外围环境、尤其是那里存在的脉冲的光源7。
图2表示一个电路框图，借助该图来说明如何确定所述差异。还是用参考标号2指示摄像系统1的摄像机。用参考标号3指示一个附加的辐射探测器。摄像机2与一个功能模块20相连接。功能模块20与一个功能模块21相连接。一个功能模块24与摄像机2及功能模块21相连接。功能模块21与一个功能模块22相连接。辐射探测器3与功能模块22相连接。功能模块22与一个功能模块23相连接。当摄取一个图像场景时，由摄像机2提供视频数据流。字宽例如可为8位(Bit)。摄像机2的这些视频数据输入给功能模块20，该功能模块由这些视频数据首先求得数字的灰度值的一个直方图。在考虑摄像机2的被选择的各个曝光参数及工作参数、例如光圈数及摄像机2中使用的成像器(功能模块24)的灵敏度的情况下，在功能模块21中将这些数字灰度值的直方图转换成绝对亮度值的直方图。然后在另一步骤中，例如通过积分由这些亮度值确定亮度的平均值。然后该平均值在功能模块22中与一个借助附加的辐射探测器3检测的亮度平均值相比较。在功能模块22中，这种比较可有利地通过将两个所述平均值相减来实现。该比较提供出所需的差异。还可有利地通过预给定一个阈值获得差异的二进位形式。只要不超过该预给定的阈值，则差异取值0。如果超过该预定阈值，则差异取值1。
如果摄像系统1包括一个可重新触发(Restart)的摄像机2，在本发明的另一实施例中，可尝试移动摄像机2的曝光相位，使得摄像机2的曝光相位与脉冲的光源7的接通相位在相位上准确地同步。这借助图3、图4及图5来说明，这些图分别表示摄像机2的曝光相位(曲线K2)及脉冲的光源7的接通相位(曲线K7)。在图3中，根据曲线K2，摄像机2的曝光阶段开始于时刻t0及结束于时刻t1。而脉冲的光源7的接通阶段开始于t2及结束于t3。因为没有时间上的重叠，这实际上意味着摄像机2未检测到脉冲的光源7。由此给交通参与者带来的危险是显而易见的。在图4中根据曲线K2，摄像机2的曝光阶段开始于ta及结束于te。脉冲的光源7的接通阶段还是在t2与t3之间。以此方式得到曝光阶段与接通阶段在时间间隔t2至te上的时间上的重叠。最后图5表示一个优化的状态，其中，摄像机2的曝光阶段与脉冲的光源7的接通阶段完全一致，因为二者均覆盖时间间隔t2-t3。在此得到一个理想情况，其中，曝光阶段的持续时间与接通阶段的持续时间基本上一样长。但实际上曝光阶段与接通持续时间的长短可以不同。因此我们致力于，使曝光阶段覆盖接通阶段的尽可能大的部分。一个可重新触发的摄像机不以固定的节拍工作，而是可在外部脉冲的触发下，迫使其采集一个新的图像。因此，优选将摄像机2的曝光相位首先移动半个帧持续时间。然后重新计算是否存在差异。如果是，则使摄像机2的曝光相位再向前移动半个帧持续时间。一直重复所述措施，直到该差异足够地小。为此，优选可预给定差异的一个界限值。
以下再参照图6来说明这种关系，在该图中表示多个彼此相继的曝光阶段。在此，这些曝光阶段通过垂直布置的、用虚线表示的线段彼此分开。上面的用参考标号60.1标明的脉冲波形图代表一个脉冲辐射发射器、例如一个LED光源的光输出信号，用一个恒定的脉冲列频率来控制该LED光源。发光持续时间总是恒定的。中间的脉冲波形图60.2代表摄像机2及辐射探测器3的曝光相位。这里图6示例地表示如何调节在脉冲LED光源与可重新触发的摄像机2之间的最先存在的相位差。在本发明方面，可重新触发意味着摄像机2的曝光时间不是以固定的脉冲间隔来进行，而是在时间上可变化的，例如可通过一个二进制的输入来触发。这种摄像机例如也经常用在加工监视中。用参考标号60.3指示的波形图表示差异。如图6中可看到的那样，脉冲的光源(脉冲波形图60.1)及摄像机2的曝光相位(脉冲波形图60.2)起初具有一个约180°的相位差，它们实际上是反相的。因此差异(曲线60.3)明显为正及由此在图8中所示的三点式调节器中导致正的相位移动。存在的相位差在四个摄像机周期内被调平。也可不使用三点式调节器，而使用PI调节器、PD调节器、PID调节器或任何适当的调节策略。
在本发明的另一实施方案中设置有一个不能任意地重新触发的摄像机2。这种摄像机应用得相对广泛。在该实施方案中，摄像机2的曝光时间这样变化，使得脉冲的光源7的接通相位完全被检测到。为此首先转换到最大曝光时间，该曝光时间相应于一帧持续时间。此外，摄像机2由一个非线性的拍摄模式转换到一个线性的拍摄模式。这意味着，未曝光的阶段不是由于非线性的拐点特性(Knickkennlinie)形成的。同时减小放大系数，使摄像机2的检测区域的亮区域中的过度曝光尽可能地小。通过这些措施保证脉冲的光源7完全地被检测到。这样采集的图像被反算出绝对亮度及与在先采集的、也被反算的但未完全曝光的图像相比较。在脉冲的光源所在的位置上得到了两个图像之间显著的区别。然后在原始图像中，这些位置由在线性拍摄模式中求得的强度来代替，由此脉冲的光源也以其实际的强度被检测到及可被看到。
以下再参照图7来说明该关系。脉冲波形图70.1还代表一个脉冲辐射发射器、尤其是一个LED光源的光输出信号。脉冲波形图70.2表示一个不可重新触发的摄像机的曝光相位。在这里该摄像机涉及例如一个传统的CCD摄像机或CMOS摄像机，其曝光阶段总是位于摄像机周期的端部读出时刻的紧前面。该曝光阶段的端部则不能被移动。仅曝光阶段的长度是可变化的。差异(曲线70.3)也用作一个调节器、例如根据图8的三点式调节器的输入参数。如同以上所述的可重新触发的摄像机的例子那样，也可使用其它的调节器类型。如由图7可看到的，起初LED光源(脉冲波形图70.1)及不可重新触发的摄像机(脉冲波形图70.2)的有效的控制相位完全不重叠。因此差异起初取得一个相对大的正值(曲线70.3)。这在调节器(图8)中导致曝光时间延长及同时摄像机的增益减小。摄像机的绝对放大系数(近似为曝光持续时间、增益及一常数的乘积)则不改变。然而，在此情况下摄像机的移动模糊度及噪音电平增大。在图7中所示的第三摄像机周期中首次产生重叠，其结果为差异(曲线70.3)下降。在第四摄像机周期中差异最后完全地被调平。此时LED光源完全以其真实的光强度被检测到。
对于自身车辆装备了脉冲前照灯(例如装有LED前照灯或激光前照灯)的情况，这些前照灯与摄像机的曝光相位同步，因此类似于摄像机的曝光相位地，也可移动自身前照灯的发光相位。

Claims (10)

1.摄像系统(1)，具有一个用于检测车辆周围环境的摄像机(2)，其特征在于：该摄像系统(1)还包括一个用于脉冲的光源(7)的检测的辐射传感器(3)及一个可由辐射传感器(3)控制的控制装置(4)，该控制装置检测摄像机(2)的曝光相位与脉冲的光源(7)的接通相位之间的差异。
2.根据权利要求1的摄像系统(1)，其特征在于：摄像机(2)是一个CCD摄像机或一个CMOS摄像机。
3.根据以上权利要求中一项的摄像系统，其特征在于：摄像机(2)是一个可重新触发的摄像机。
4.根据权利要求1的摄像系统(1)，其特征在于：辐射传感器(3)具有与所述摄像系统(1)的摄像机(2)基本上相同的光强动态范围(Intensittsdynamik)、基本上相同的视角及基本上相同的视向。
5.根据以上权利要求中一项的摄像系统，其特征在于：在出现差异时，关闭所述摄像系统(1)的图像再现和/或输出一警报显示。
6.根据以上权利要求中一项的摄像系统，其特征在于：在出现差异时，使摄像机(2)的曝光相位与光源(7)的接通相位同步。
7.根据以上权利要求中一项的摄像系统，其特征在于：设置有一个调节器，可将所述差异作为输入参数供给该调节器。
8.根据以上权利要求中一项的摄像系统，其特征在于：摄像机(2)的曝光相位随时间改变，直到达到差异的一个可预给定的界限值为止。
9.根据以上权利要求中一项的摄像系统，其特征在于：为了摄像机(2)的曝光相位与光源(7)的接通相位的同步，首先使曝光相位移动半个帧持续时间，然后检测出现的差异。
10.摄像系统(1)，具有一个用于检测车辆周围环境的CCD摄像机或CMOS摄像机(2)，其特征在于：该摄像系统(1)首先工作在常规的非线性模式中及在该模式中从摄像系统(1)的检测区域中摄取至少一个图像；接着该摄像系统(1)工作在线性模式中及在该模式中从摄像系统(1)的检测区域中摄取至少一个图像；比较摄取的这些图像，当在图像数据中出现脉冲的光源(7)时，在非线性模式中摄取的图像的至少部分区域被在线性模式中摄取的图像的相应区域代替。
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