CN110620857B

CN110620857B - 用于创建高对比度图像的方法和装置

Info

Publication number: CN110620857B
Application number: CN201910535930.XA
Authority: CN
Inventors: J.贝克; M.阿特曼; M.布鲁内
Original assignee: ZKW Group GmbH
Current assignee: ZKW Group GmbH
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2022-01-11
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: EP3585047B1; CN110620857A; EP3585047A1; KR20190143390A; KR102184335B1

Abstract

本发明涉及用于提高周围环境图像的对比度范围的方法，该方法包括以下步骤：a）提供照明装置、处理单元和具有至少一个光敏图像传感器的图像拍摄系统，其中该照明装置具有至少一个第一和第二分别具有不同光电流的状态，b）借助图像拍摄系统创建图像拍摄，其中至少一个图像传感器以可预先给定曝光周期曝光，其中在曝光周期内创建至少一个第一和第二各具有可规定曝光时间的图像拍摄，其中照明装置在可预先给定照明周期内被置于第一状态并且然后被置于第二状态，其中照明装置的照明周期长于或短于图像拍摄系统的曝光周期，c）借助处理单元创建至少一个合成图像，其中至少一个合成图像具有相对于至少一个第一和第二图像拍摄更大的对比度范围。

Description

用于创建高对比度图像的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于提高周围环境图像的对比度范围的方法。

本发明还涉及一种机动车，其被设立用于实施根据本发明的方法。

本发明还涉及一种机动车大灯，其被设立用于实施根据本发明的方法。

背景技术

机动车如今通常装备有识别对象的系统或装置，所述系统或装置允许识别对象并且对其做出相应反应。

例如可以识别在道路交通中行驶在前面的车辆或确定与其的间距，使得必要时可以自主地引入制动过程和/或加速过程。

此外，例如可以识别马路边缘的对象或行人，其中机动车优选地可以通过发信号装置将相应的光分布投影到地面上，例如发出以下信号，其请求行人保持不动或横穿街道。

特别是在未被照明的街道或在夜间的马路上，这种识别对象的装置可以辅助驾驶员来及时识别例如野生动物横穿马路并且必要时引入制动过程。

为此，这种装置配备有具有图像传感器的图像拍摄系统，该图像传感器拍摄装置的更近的周围环境或周围环境的图像照片，这些图像照片用于进一步的对象识别。

然而，一些由图像拍摄系统所拍摄的图像照片的对比度通常不足以可靠地识别对象，例如在差的照明或不同对比度、如图像传感器的强光或过调的情况下不足以可靠地识别对象。

在图像拍摄的曝光时间期间，图像传感器整合射到图像传感器上的光。如果过多的光射到图像传感器上，则该图像传感器过调并且不再能够可靠地识别对象。如果过少的光射到图像传感器上，则由于过小的对比度范围而同样不能识别对象。

因此，为了即使在差的条件下同样能够可靠地识别对象，由图像拍摄系统创建多个图像拍摄、至少两个图像拍摄，它们必须具有不同的对比度范围。为此，例如通过照明装置附加地照明周围环境，以便提高图像传感器的光量并且获得对比更强的图像。

每个图像拍摄的不同对比度范围例如通过图像传感器的不同曝光时间来获得。通过改变曝光时间可以产生具有不同对比度范围的图像拍摄。

随后，将至少两个图像拍摄叠加成一个高对比度图像或合成图像。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于提高周围环境图像的对比度范围的改进的方法。

该目的利用包括以下步骤的方法来实现：

a）提供照明装置、处理单元和图像拍摄系统，其中该照明装置可以采取至少一个第一和第二分别具有不同光通量的状态、例如接通状态或切断状态，该图像拍摄系统具有至少一个光敏图像传感器，

b）借助图像拍摄系统创建周围环境的图像拍摄，其中至少一个图像传感器以可预先给定的曝光周期曝光，其中在曝光周期内创建至少一个第一和第二各具有可规定的曝光时间的图像拍摄，其中照明装置在可预先给定的照明周期内被置于其第一状态并且然后被置于其第二状态，其中照明周期由第一和第二状态的时长组成，其中照明装置的照明周期长于或短于图像拍摄系统的曝光周期，使得第一和第二图像拍摄具有不同的对比度范围，

c）借助处理单元创建至少一个合成图像，其中将曝光周期的至少一个第一和第二图像拍摄叠加，其中所述至少一个合成图像具有相对于所述至少一个第一和第二图像拍摄更大的对比度范围。

应该注意，照明周期与曝光周期同时运行完或相反地运行完。这指的是，在照明周期运行完并且因此周围环境不再通过照明装置照明之后，曝光周期还没运行完。相反，当周围环境在照明周期中通过照明装置照明时或当照明周期运行完时，曝光周期运行完。

通过照明装置的照明周期可以提高照明装置的第一或第二状态中的光功率或光通量，而不提高照明周期期间照明装置的总能量消耗，其中在较高的光功率的情况下也提高周围环境的照明、例如作用范围。这例如导致更早地识别对象和对驾驶员的提高的安全性。

此外可以规定，图像拍摄系统和照明装置通过连接线相互连接，使得在激活照明装置时将信号通过连接线传递到图像拍摄系统，由此图像拍摄系统同样被激活。

一般，利用“光通量”描述光源或照明装置发出可见光形式的辐射。光通量通常以单位流明（lm）来说明。

持续时间t和照明装置或光源在持续时间t期间时间上恒定发出的光通量的乘积被称为“光量”。

例如，第一状态可以对应于照明装置的接通状态并且第二状态对应于切断状态，其中接通状态具有大于零的光通量并且切断状态具有零的光通量。

“曝光时间”可以理解成以下时间段，在该时间段内，光敏介质（例如图像传感器）为了拍摄图像或光图像而遭受所存在的光。

过短的曝光时间通常导致欠曝光的（过暗的）图像，过长的曝光时间导致过曝光的（过亮的）图像。

术语“对比度范围”（与称为动态范围）通常表示技术、物理或数学关系，物理量或函数的最大值和最小值的商。

作为最小对比度和最大对比度的比值的对比度范围例如作为光圈等级，以2为底的对数来说明。

高对比度图像可以由通常图像的曝光等级以低的动态范围来创建。在这种情况下，各个拍摄相互组合，使得主题对比度近似完全或改进地被检测并且存储绝对亮度值。

在摄影中，以曝光指数LW说明动态或对比度范围也是常见的。在摄影中，曝光指数LW或曝光值EV是涉及拍摄的曝光的对数数值。

有利地，用于创建至少一个第一和第二图像拍摄的曝光时间可以是等长的。

能够同样适宜的是，用于创建至少一个第一和第二图像拍摄的曝光时间是不等长的。

可以规定，图像拍摄系统具有另外的图像传感器，其中在曝光周期内，第一图像传感器创建第一图像拍摄并且另外的图像传感器创建第二图像拍摄。

能够有利的是，在共同的起始点的意义上同时以不同的曝光时间创建第一和第二图像拍摄。

在这种情况下，术语“同时”尤其指相应曝光时间的共同的起始点。

可以规定，照明装置包括至少一个发光二极管，该发光二极管是可调光的，优选地可借助脉宽调制来调光。

在脉宽调制中，在恒定频率的情况下调制矩形脉冲的占空比，即构成矩形脉冲的脉冲的宽度。

例如，在足够短的接通和切断时长的情况下人眼仅仅觉察到平均的照明强度。在此应注意，将时钟频率安排得足够高，例如10kHz，使得人眼即使在快速运动的情况下也不能觉察到亮度波动。

在高的开关频率的情况下，单个脉冲的能量相对于进行发光的发光二极管的热容量也是小的。因此，部件或发光二极管的短时的峰值温度在高的开关频率的情况下近似保留在以下温度，该温度对应于PWM信号的平均功率。

在一种适宜的实施方式中可以规定，曝光周期和照明周期分别重复地或直接依次重复地运行。

有利地可以规定，照明装置构造为机动车大灯。

在这种情况下优选地规定，机动车大灯的光输出的频率高于60Hz，以便减小或避免对于人眼来说闪烁的印象。

在一种适宜的实施方式中可以规定，机动车中的照明装置、处理单元和图像拍摄系统优选地安装在机动车大灯中，该机动车大灯安装在机动车中。

在这种情况下，机动车包括：照明装置，其可以采取至少一个第一和第二分别具有不同光通量的状态、例如接通状态和切断状态；图像拍摄系统，其具有至少一个光敏传感器，该光敏传感器被设立用于创建周围环境的图像拍摄；和处理单元，其被设立用于创建由图像拍摄系统所创建的图像拍摄的合成图像，其中为此，至少一个图像传感器在可预先给定的曝光周期内被曝光，其中在曝光周期内创建至少一个第一和第二各具有可规定的曝光时间的图像拍摄，其中照明装置在可预先给定的照明周期内被置于其第一状态并且然后被置于其第二状态，其中照明装置的照明周期长于或短于图像拍摄系统的曝光周期，使得第一和第二图像拍摄具有不同的对比度范围，其中处理单元将至少一个第一和第二图像拍摄叠加成至少一个合成图像，其中所述至少一个合成图像具有相对于所述至少一个第一和第二图像拍摄更大的对比度范围。

在这种情况下能够适宜的是，至少一个，优选两个机动车大灯用作照明装置。

应注意，根据本发明的方法的上面不同的实施方式同样适用于根据本发明的机动车或机动车大灯。

能够适宜的是，曝光周期和照明周期能够根据机动车的行驶速度来进行调整。

例如，在较高的行驶速度的情况下缩短照明周期和/或曝光周期的长度，在较低的行驶速度的情况下提高照明周期和/或曝光周期的长度。

附图说明

下面根据示例性的附图更详细地阐述本发明。在此：

图1示出用于创建周围环境的高对比度图像的示例性方法，

图2示出照明装置的示例性照明周期，所述照明周期依次运行，其中照明周期由等长的第一和第二状态组成，其中在照明周期内运行具有等长的第一和第二曝光时间的曝光周期，

图3示出照明装置的示例性照明周期，所述照明周期依次运行，其中照明周期由不等长的第一和第二状态组成，其中在照明周期期间运行具有等长的第一和第二曝光时间的曝光周期，

图4示出照明装置的示例性照明周期，所述照明周期依次运行，其中照明周期由等长的第一和第二状态组成，其中在照明周期期间运行具有不等长的第一和第二曝光时间的曝光周期，

图5示出照明装置的示例性照明周期，所述照明周期依次运行，其中照明周期由等长的第一和第二状态组成，其中在照明周期期间运行具有可以不等长的第一和第二曝光时间的曝光周期，

图6示出照明装置的示例性照明周期，所述照明周期依次运行，其中照明周期由等长的第一和第二状态组成，其中在照明周期期间运行具有可以不等长的第一和第二曝光时间的曝光周期，并且其中曝光周期可以是等长的，以及

图7示出照明装置的示例性照明周期，所述照明周期依次运行，其中照明周期由等长的第一和第二状态组成，其中在照明周期期间运行具有可以不等长并且同时运行的第一和第二曝光时间的曝光周期。

具体实施方式

图1示出用于创建周围环境的高对比度图像的示例性方法。在此，提供具有至少一个第一和第二分别具有不同光通量的状态、例如接通状态和切断状态的照明装置500，处理单元700和具有至少一个光敏图像传感器110的图像拍摄系统100。

照明装置500包括至少一个发光二极管，其借助脉宽调制可调光。

为了借助图像拍摄系统100创建周围环境的图像拍摄300、400，在可预先给定的曝光周期200内曝光至少一个图像传感器110，其中在曝光周期200内创建至少一个第一和第二各具有可规定的曝光时间的图像拍摄300、400。

在曝光周期200期间，照明装置500在可预先给定的照明周期600、610内被置于第一状态并且然后被置于第二状态，其中照明装置500的照明周期600、610可以长于或短于图像拍摄系统100的曝光周期200，使得第一和第二图像拍摄300、400具有不同的对比度范围。

随后，借助处理单元700由第一和第二图像拍摄300、400创建合成图像800，其中对此叠加至少一个第一和第二图像拍摄300、400。

由此，合成图像800具有相较于至少一个第一和第二图像拍摄300、400更大的对比度范围。

图2示出照明装置500的示例性的可预先给定的照明周期600，其中照明装置在照明周期600内被置于第一状态并且然后被置于第二状态，根据时间t绘制所述照明周期600，并且其中第一和第二状态在图2中所示出的示例中是等长的。

此外示出图像传感器110的用于创建第一和第二图像拍摄300、400的第一和第二曝光时间310、410，所述曝光时间310、410在所示出的示例中是等长的。在该示例中依次或直接依次运行的第一和第二曝光时间310、410构成一个曝光周期200。

如可见那样，图像传感器在用于创建第一图像拍摄的第一曝光时间内分别以不同的光量曝光。这同样适用于在曝光周期200内用于创建第二图像拍摄的第二曝光时间。

由此，在依次或直接依次运行的曝光周期200内，创建分别具有不同对比度范围的第一和第二图像拍摄。

图3示出照明装置500的另外的示例性的可预先给定的照明周期600，其中照明装置在照明周期600内被置于第一状态并且然后被置于第二状态，根据时间t绘制所述照明周期600，并且其中第一和第二状态在图3中所示出的示例中是不等长的。

构成一个曝光周期200的所示出的第一和第二曝光时间310、410如在图2中的前述示例中那样是等长的。

图4示出照明装置500的另外的示例性的可预先给定的照明周期600，其中照明装置在照明周期600内被置于第一状态并且然后被置于第二状态，根据时间t绘制所述照明周期600，并且其中第一和第二状态在图4中所示出的示例中是等长的，如在图2中的示例中那样。

构成一个曝光周期200的所示出的第一和第二曝光时间310、410具有不同的持续时间。

图5示出照明装置500的另外的示例性的可预先给定的照明周期600，其中照明装置在照明周期600内被置于第一状态并且然后被置于第二状态，根据时间t绘制所述照明周期600，并且其中第一和第二状态在图5中所示出的示例中是等长的，如在图2中的示例中那样。

相对于前面的示例，用于创建第一和第二图像拍摄的第一和第二曝光时间310、410在每个依次运行的曝光周期200内变化，其中曝光周期200尽管变化的曝光时间310、410仍具有相同的持续时间。

图6示出照明装置500的另外的示例性的可预先给定的照明周期600，其中照明装置在照明周期600内被置于第一状态并且然后被置于第二状态，根据时间t绘制所述照明周期600，并且其中第一和第二状态在图6中所示出的示例中是等长的，如在图2中的示例中那样。

与图5中的示例类似，曝光周期200的第一和第二曝光时间310、410变化，其中相对于图4中的示例，曝光时间200关于其时长也变化。

应注意，关于曝光时间、曝光周期和照明周期的组合的所示出的示例不是封闭的并且同样还可以彼此组合。

所示出的示例以及所示出的示例的组合例如可以关于机动车的行驶速度进行调整，在该机动车中安装有所提供的照明装置、处理单元和图像拍摄系统，这些优选地安装在机动车大灯中。

例如，在较高的行驶速度的情况下缩短照明周期和/或曝光周期，在较低的行驶速度的情况下提高照明周期和/或曝光周期。

可以规定，图像拍摄系统100具有另外的图像传感器120，其中在曝光周期200内，第一图像传感器110创建第一图像拍摄300并且另外的图像传感器120创建第二图像拍摄400。

对此，图7示出照明装置500的示例性的可预先给定的照明周期600，其中照明装置在照明周期600内被置于第一状态并且然后被置于第二状态，根据时间t绘制所述照明周期600，并且其中第一和第二状态在图7中所示出的示例中是等长的，如在图2中的示例中那样。

此外，曝光周期200由第一和第二曝光时间310、410构成，其中同时以不同的曝光时间310、410创建第一和第二图像拍摄300、400。

在此，术语“同时”尤其是指相应曝光时间310、410的共同起始点，其中曝光周期200的时长与最长的曝光时间（在图7中所示示例中为第二曝光时间410）的时长相等。

附图标记列表

图像拍摄系统 100

图像传感器 110

曝光周期 200

第一图像拍摄 300

曝光时间 310、410

第二图像拍摄 400

照明装置 500

照明周期 600、610

处理单元 700

合成图像 800

Claims

1.用于提高周围环境图像的对比度范围的方法，所述方法包括以下步骤：

a）提供照明装置（500）、处理单元（700）和图像拍摄系统（100），其中所述照明装置能采取分别具有不同光通量的至少一个第一和第二状态，所述图像拍摄系统具有至少一个光敏图像传感器（110），

b）借助所述图像拍摄系统（100）创建周围环境的图像拍摄（300、400），其中所述至少一个图像传感器（110）以可预先给定的曝光周期（200）曝光，其中在曝光周期（200）内创建至少一个第一和第二各具有可规定的曝光时间（310、410）的图像拍摄（300、400），其中所述照明装置（500）在可预先给定的照明周期（600、610）内被置于其第一状态并且然后被置于其第二状态，其中所述照明周期由第一和第二状态的时长组成，其中所述照明装置（500）的照明周期（600、610）长于或短于所述图像拍摄系统（100）的曝光周期（200），使得第一和第二图像拍摄（300、400）具有不同的对比度范围，

c）借助所述处理单元（700）创建至少一个合成图像（800），其中将曝光周期的所述至少一个第一和第二图像拍摄（300、400）叠加，其中所述至少一个合成图像（800）具有相对于所述至少一个第一和第二图像拍摄（300、400）更大的对比度范围，其特征在于，

所述照明装置（500）包括能借助脉宽调制进行调光的至少一个发光二极管，

所述照明装置（500）被构造为机动车大灯，

借助于脉宽调制的光输出的频率高于60Hz，

所述照明装置（500）、所述处理单元（700）和所述图像拍摄系统（100）安装在机动车中，

所述曝光周期（200）和所述照明周期（600、610）能够根据机动车的行驶速度进行调整，其中在较高的行驶速度的情况下缩短所述曝光周期（200）和所述照明周期（600、610）的长度，以及在较低的行驶速度的情况下提高所述曝光周期和所述照明周期的长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二状态分别是接通状态和切断状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，曝光周期（200）中的用于创建所述至少一个第一和第二图像拍摄（300、400）的曝光时间（310、410）是等长的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，曝光周期（200）中的用于创建所述至少一个第一和第二图像拍摄（300、400）的曝光时间（320、420）是不等长的。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述图像拍摄系统（100）具有另外的图像传感器（120），其中在曝光周期（200）中，第一图像传感器（110）创建第一图像拍摄（300）并且所述另外的图像传感器（120）创建第一图像拍摄（400）。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在共同的起始点的意义上同时以不同的曝光时间（310、410）创建所述至少一个第一和第二图像拍摄（300、400）。

7.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述曝光周期（200）和所述照明周期（600、610）分别重复地运行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述曝光周期（200）和所述照明周期（600、610）分别直接依次重复地运行。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述照明装置（500）、所述处理单元（700）和所述图像拍摄系统（100）安装在机动车大灯中，所述机动车大灯安装在机动车中。

10.一种机动车，其包括照明装置（500）、处理单元（700）和图像拍摄系统（100），其中所述照明装置具有分别具有不同光通量的至少一个第一和第二状态，所述图像拍摄系统具有至少一个光敏图像传感器（110），所述机动车被设立用于实施根据权利要求1至9之一所述的方法。

11.一种机动车大灯，其包括照明装置（500）、处理单元（700）和图像拍摄系统（100），其中所述照明装置具有分别具有不同光通量的至少一个第一和第二状态，所述图像拍摄系统具有至少一个光敏图像传感器（110），所述机动车大灯被设立用于实施根据权利要求1至9之一所述的方法。