DE10051505C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von 3D-Entfernungsbildern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von 3D-Entfernungsbildern

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von 3D-Entfernungsbildern.
Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Beispiel in Form von Sensorsystemen bekannt, mit denen Entfernungsbilder auf der Grundlage einer punktweisen Ermittlung von Entfernungen gewonnen werden, die entweder auf dem Laufzeitprinzip oder mittels Phasenmodulation eines Laserstrahls zum Beispiel mit Scannern berechnet werden. Nachteilig hierbei ist jedoch die Notwendigkeit der Verwendung von mechanisch bewegten Teilen zur Ablenkung des Laserstrahls und die sequentielle Ermittlung der einzelnen Bildpunkte eines Bildes. Letzteres führt in bewegten Szenarien dazu, dass das Entfernungsbild eine Überlagerung aller auftretenden räumlichen Konfigurationen des Zeitintervalls repräsentiert, das für die bildpunktweise Aufnahme des Entfernungsbildes benötigt wird.
Weiterhin sind Verfahren unter Verwendung von bildpunktauflösenden Detektoren wie zum Beispiel CCDs beschrieben worden.
Aus der DE 44 47 117 C1 ist ein farbcodiertes 3D- Bilderkennungsverfahren bekannt, bei dem die dreidimensionale Lage der Objektpunkte aus den Farbverteilungen der Objektpunkte von zwei Bildern errechnet wird, die durch Aufnahme des Objektes mit durch Lichtintensitätsmodulatoren erzeugten Lichtpulsen gewonnen werden, wobei einer der Lichtintensitätsmodulatoren bei einem Bild auf Durchlaß geschaltet ist und der andere Lichtintensitätsmodulator bei dem anderen Bild mit einer geeigneten Zeitverzögerung angesteuert wird. Auf diese Weise werden modulierte Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge auf das Objekt ausgesendet und ein einem Bilddetektor vorgeschalteter Lichtschalter oder Lichtintensitätsmodulator so betätigt, dass der dadurch jeweils erfasste momentane Modulationswert eines reflektierten Lichtstrahls eine Funktion der unterschiedlichen räumlichen Lage des beleuchteten Objektpunktes ist. Alternativ zu dem Pulsbetrieb ist auch ein kontinuierlicher periodischer Betrieb mit geeignet gewählten Phasenverschiebungen der Lichtintensitätsmodulatoren möglich.
Aus der WO 99/34235 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei dem/der das Objekt zum Beispiel mit Laserdioden kurzzeit-belichtet wird. Zur Aufnahme des Bildes dient ein Bildsensor mit hoher Lichtempfindlichkeit, der pixelauflösend und wahlfrei auslesbar ist sowie eine für jedes Pixel einstellbare Integrationszeit aufweist. Durch Auswertung der zurückgestreuten Lichtimpulse in zwei Integrationsfenstern mit unterschiedlichen Integrationszeiten sowie durch Mittelung über mehrere Lichtimpulse lassen sich dreidimensionale Abstandsbilder erzeugen.
Der Nachteil dieser Verfahren beziehungsweise Vorrichtungen besteht darin, dass die Pixelwerte, die für die Berechnung der jeweiligen Entfernungsbildpunkte benötigt werden, entweder vom Echo unterschiedlicher Lichtpulse in zeitlicher Abfolge abgeleitet oder in unterschiedlichen lichtempfindlichen Zellen gewonnen werden.
Falls die Messwerte zur Berechnung der Entfernungsbildpunkte (innerhalb der Entfernungsbilder) sequentiell und somit zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen werden, kann sich die räumliche Konfiguration der zu messenden Szenerie inzwischen verändert haben.
Durch den zeitlichen Versatz zwischen den Belichtungsvorgängen entsteht bei bewegter Szenerie oder bewegtem Sensor bei allen Entfernungsbildpunkten, die von der Bewegung betroffen sind, bedingt durch fehlerhafte Normierung, ein Berechnungsfehler.
Außerdem führt der höhere Bedarf an Lichtpulsen zu einer unnötig hohen ausgestrahlten Lichtleistung, so dass sich eher Probleme mit der Augensicherheit ergeben können.
Sofern die Gewinnung der Messwerte zur Berechnung der Entfernungspixel in unterschiedlichen lichtempfindlichen Zellen eines bildpunktauflösenden Sensors erfolgt, kann auch bei unbewegter Szenerie eine fehlerhafte Normierung die Folge sein.
Ferner ist aus der DE 43 05 011 C2 bekannt, Rückstreuimpulse in mindestens zwei aufeinander folgenden Zeit-Teilintervallen integrierend zu registrieren und aus den integrierten Signalen der Teilintervalle Entfernungen zu berechnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von 3D- Entfernungsbildern zu schaffen, die in besonders kurzen Zeitintervallen sowie mit einer wesentlich geringeren Lichtleistung aufgenommen werden können.
Weiterhin soll mit der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von 3D-Entfernungsbildern geschaffen werden, mit dem/der alle Messwerte, die zur Erzeugung von Entfernungsbildpunkten benötigt werden, durch die Streuung eines einzelnen Laserpulses in besonders kurzen Zeitintervallen gewonnen werden können.
Schließlich soll mit der Erfindung auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von 3D- Entfernungsbildern geschaffen werden, bei dem/der alle Messwerte für einen Entfernungsbildpunkt in der gleichen lichtempfindlichen Zelle gewonnen werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Erzeugung von 3D-Entfernungsbilder aus folgenden Schritten:
  • - Aussenden eines Lichtpulses in Richtung auf ein abzubildendes Objekt einer Szenerie;
  • - Abbilden eines Objektes auf einen lichtempfindlichen und ortsauflösenden Sensor, dessen Zellen der Belichtung entsprechende Ladungen erzeugen, und Registrierung der von den verschiedenen Objektpunkten zurückgestreuten Lichtpulse innerhalb eines Zeitintervalls (M), das so bemessen und gegenüber dem Lichtpuls-Sendebeginn zeitlich so verschoben ist, daß die Rückstreupulse für jeden Bildpunkt in Abhängigkeit von ihrer Laufzeit ganz oder teilweise erfaßt werden;
  • - Speichern der während eines ersten Teilintervalls (M1) des Zeitintervalls (M) erzeugten Ladungen in einem dem betreffenden Bildpunkt zugeordneten ersten Leitungsspeicher sowie der während eines zweiten, an das erste Teilintervall (M1) anschließenden Teilintervalls (M2) des Zeitintervalls (M) erzeugten Ladungen in einem dem selben Bildpunkt zugeordneten Ladungsspeicher; und
  • - Berechnen eines 3D-Entfernungsbildes aus den für jeden Bildpunkt in dem ersten und zweiten Ladungsspeicher gespeicherten Ladungen.
Die Aufgabe wird ferner mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit folgender Merkmalskombination gelöst,
  • - einer Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtpulses in Richtung auf ein abzubildendes Objekt einer Szenerie;
  • - Mitteln zum Abbilden des Objekts auf einen lichtempfindlichen und ortsauflösenden Sensor, dessen Zellen der Belichtung entsprechende Ladungen erzeugen, und Mittel zur Registrierung der von den verschiedenen Objektpunkten zurückgestreuten Lichtpulse innerhalb eines Zeitintervalls (M), das so bemessen und gegenüber dem Lichtpuls-Sendebeginn zeitlich so verschoben ist, daß die Rückstreupulse für jeden Bildpunkt in Abhängigkeit von ihrer Laufzeit ganz oder teilweise erfaßt werden;
  • - mindestens ersten und zweiten Ladungsspeichern, die jeweils den Zellen des Sensors zugeordnet sind zum Speichern von durch die betreffende Zelle während eines ersten Teilintervalls (M) des Zeitintervalls (M) sowie während eines zweiten, an das erste Teilintervall (M1) anschließenden Teilintervalls (M2) des Zeitintervalls (M) erzeugten Ladungen; und
  • - Mittel zum Berechnen eines 3D-Entfernungsbildes aus den für jeden Bildpunkt in den zugeordneten Ladungsspeichern gespeicherten Ladungen.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zu Grunde, dass unter Einsatz eines bildpunktauflösenden optoelektronischen Sensors, dessen einzelne Bildpunkte mit mehreren Ladungsspeichern versehen sind, eine extrem schnelle Vorrichtung zur Gewinnung von Entfernungsbildern bei gleichzeitig vollständiger Nutzung der Energie der ausgesendeten Lichtpulse geschaffen werden kann, wobei alle Messwerte zur Bestimmung des Entfernungsbildes mit einem Lichtpuls gewonnen werden können.
Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die ausgestrahlte Lichtenergie im Interesse einer Augensicherheit durch deren optimale Nutzung auf ein Minimum reduziert werden kann. Außerdem sind keine mechanisch bewegten Teilen erforderlich.
Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass, sofern es erforderlich ist, die Aufnahmevorgänge in kurzen Zeitabständen wiederholt werden können, so dass Mehrfachbelichtungen und Ladungsintegrationen während der Aufnahme eines Bildes möglich sind. Auch bei Mehrfachbelichtungen können keine Berechnungsfehler durch zeitliche Abfolgen entstehen, da die akkumulierten Teilsignale relativ zueinander fehlerfrei sind.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zum Inhalt.
Danach wird insbesondere gemäß Anspruch 3 zur Korrektur des Einflusses von Störlicht auf die gewonnenen Messsignale jeder lichtempfindlichen Zelle jeweils ein dritter Ladungsspeicher zugeordnet, so dass ein Umweltbild erzeugt werden kann, das diese Störlichtanteile beinhaltet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines prinzipiellen Aufbaus zur erfindungsgemäßen Erzeugung von 3D-Bildern;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Speicherarchitektur eines Sensors;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Erzeugung verschiedener Teilbilder;
Fig. 4 ein Zeittaktdiagramm;
Fig. 5 verschiedene Diagramme zur Berechnung einer normierten Größe Q als Maß für die Entfernung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Erzeugung verschiedener Teilbilder; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer zweiten Speicherarchitektur eines Sensors.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau, mit dem erfindungsgemäß Entfernungsbilder (3D-Bilder) gewonnen werden. Von einer Lichtquelle 1 werden Lichtpulse 2 auf ein Objekt 3 (oder eine Szenerie) ausgesendet, die dort reflektiert werden. In Abhängigkeit von den Streu- und Reflektionseigenschaften des Objektes 3 gelangt der Lichtpuls 2 mit entsprechend verminderter Idensität als gestreuter Lichtpuls 4 zurück zu einer Aufnahmekamera 5 und fällt dort durch eine Linse 6 auf einen optoelektronischen, bildpunktauflösenden (pixelauflösenden) Sensor 7. Die durch den Sensor erfassten Intensitätswerte werden mit einer Signalauswerteeinrichtung 8 in nachfolgend noch beschriebener Weise ausgewertet, und es wird daraus ein Entfernungsbild (3D-Bild) berechnet. Die Lichtquelle 1 ist vorzugsweise ein konstruktiver Bestandteil der Kamera 5.
Fig. 2 zeigt die prinzipielle Architektur und Organisation des pixelauflösenden optoelektronischen Sensors 7. Der Sensor umfasst für jeden Bildpunkt eine lichtempfindliche Zelle Zij, der ein erster, ein zweiter und ein dritter Ladungsspeicher Sijk (k = 1, 2, 3) zugeordnet sind. Die lichtempfindlichen Zellen sind in Zeilen (Index i) und Spalten (Index j) entsprechend der Geometrie des zu erzeugenden 3D-Bildes angeordnet bzw. organisiert.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur 3D- Bilderzeugung soll nun an Hand der Fig. 3 und 4 beschrieben werden.
Das Entfernungsbild (3D-Bild) wird aus zwei Teilbildern berechnet, wobei gegebenenfalls zusätzlich ein Umweltbild ermittelt und bei der Berechnung des Entfernungsbildes berücksichtigt wird.
Durch das Aussenden eines Lichtpulses 2 mit der Länge L zum Zeitpunkt t0 gemäß Fig. 4b durch die vorzugsweise an der Kamera 5 montierte Lichtquelle 1 in Richtung auf das Objekt 3 werden beide Teilbilder erzeugt. Der Lichtpuls wird gemäß Fig. 3a an verschiedenen Objektpunkten 10, 11, 12 des Objektes, die unterschiedliche Entfernungen z innerhalb eines Bereiches zwischen einer minimalen Entfernung zmin und einer maximalen Entfernung zmax von der Lichtquelle 1 aufweisen, reflektiert. Um diese unterschiedlichen Entfernungen zu erfassen, werden die zurückgestreuten Lichtpulse 4 innerhalb eines ersten Zeitintervalls M < L (Fig. 4d) detektiert, d. h. die Kamera 5 wird synchron mit der Emission der Lichtpulse 2 zu einem Zeitpunkt t1 für das erste Zeitintervall M aktiviert. Die Länge und die zeitliche Lage des ersten Intervalls M ist in vorteilhafter Weise so gewählt, dass die an den betreffenden Objektpunkten 10, 11, 12 gestreuten Lichtpulse in Abhängigkeit von ihrer Laufzeit, d. h. von der Entfernung der Objektpunkte von der Lichtquelle, innerhalb des ersten Zeitintervalls M ganz erfasst werden.
Fig. 3b zeigt das Zeitintervall M sowie zwei Teilintervalle M1 und M2 und schematisch die zeitliche Lage der rückgestreuten Lichtpulse. Das vom Objektpunkt 10 rückgestreute Licht wird im ersten Teilintervall M1 vollständig erfasst. Das rückgestreute Licht des Objektpunktes 11 fällt teilweise in das erste Teilintervall M1 und teilweise in das zweite Teilintervall M2, während das von dem Objektpunkt 12 rückgestreute Licht in dem ersten Teilintervall M1 nicht mehr erfasst wird, sondern vollständig in das zweite Teilintervall M2 fällt. Die während der Detektion entstehenden Ladungen werden in Ladungsspeichern Sijk des Detektors aufgefangen, wobei die in dem ersten Teilintervall M1 erzeugten Ladungen in Sij1 (Fig. 4e) und die in dem zweiten Teilintervall M2 erzeugten Ladungen in Sij2 (Fig. 4f) gespeichert werden. Dies bedeutet, dass der rückgestreute Lichtimpuls durch die Teilintervalle von M entsprechend seiner Laufzeit in unterschiedlichem Maße beschnitten wird und somit die Laufzeit des Lichtechos die in den Ladungsspeichern Sij1, Sij2 aufgefangene Ladung beeinflusst. Der Detektionsvorgang kann für alle lichtempfindlichen Zellen Zij des Detektors gleichzeitig vorgenommen werden, wobei bei ausreichender Intensität nur ein einziger abgestrahlter Lichtimpuls zur Gewinnung aller erforderlichen Daten für die Berechnung des Entfernungsbildes benötigt wird.
Da nicht nur die Laufzeit des rückgestreuten Lichtes, sondern auch die im allgemeinen unterschiedlichen Streueigenschaften von Objektoberflächen die in den Teilintervallen registrierten Ladungen beeinflussen, ist eine Normierung der detektierten Echointensitäten erforderlich. Zur Normierung kann dabei die als Ladung detektierte Licht-Echointensität innerhalb eines Teilintervalls Mi oder des Gesamtintervalls M des betreffenden Detektorbildpunktes genutzt werden. Normiert man zum Beispiel die in dem Ladungsspeicher Sij1 aufgefangenen Ladungen qij1 mit den Ladungen qij2 in dem Ladungsspeicher Sij2, so läßt sich für den Bildpunkt ij eine Größe gewinnen, die ein Maß für die Laufzeit des Lichtpulses darstellt und damit die Entfernung des korrespondierenden Objektpunktes zum Detektor repräsentiert.
Darüber hinaus kann man durch Zusammenfassen aller während der Teilintervalle M1 und M2 detektierten Ladungen für jeden Bildpunkt eine Größe gewinnen, die für alle Objekte in dem Messintervall unabhängig von der Laufzeit des Lichtimpulses ist und damit als Grauwertbildpunkt dienen kann.
Wenn das darzustellende Objekt einem intensiven Störlicht wie zum Beispiel Sonnenlicht ausgesetzt ist, ist es weiterhin vorteilhaft oder in Abhängigkeit von den Intensitätsverhältnissen zwischen Lichtpuls und Störlicht erforderlich, ein Umweltbild zu erzeugen, das diese Störlichtanteile (Fig. 4a) beinhaltet und zur Korrektur der Teilbilder herangezogen wird. Zu diesem Zweck wird während eines zweiten Zeitintervalls K gemäß Fig. 4c zu jedem Bildpunkt das Umweltlicht detektiert, das heißt es werden die während des zweiten Zeitintervalls K in jeder lichtempfindlichen Zelle Zij erzeugten Ladungen in dem der betreffenden Zelle zugeordneten dritten Ladungsspeicher Sij3 gespeichert.
Das Zeitintervall K für die Gewinnung des Umweltlichtbildes wird vorteilhaft so gewählt, dass Streulichtanteile des Lichtpulses von Objekten außerhalb der betrachteten Szenerie keinen oder nur einen vernachlässigbar geringen Einfluß haben und möglichst zeitnah zum Intervall M liegen, um eine möglichst exakte Repräsentation der zu dieser Zeit geltenden Umweltlichtbedingungen zu gewährleisten. Vorzugsweise wird das Zeitintervall K unmittelbar vor die Emission des Lichtpulses gelegt (Fig. 4c).
Bei ausreichender Intensität des Lichtpulses wird mit einem Lichtpuls in einem Zeitintervall von zum Beispiel 50 ns die gesamte Informationsmenge für ein Entfernungsbild gewonnen. Dies bedeutet, dass das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise eine entsprechende Vorrichtung auch zur Aufnahme von sehr schnellen Vorgänge geeignet ist.
Zur Verbesserung des Signal-/Rauschverhältnisses besteht bei geeigneter Architektur des optoelektronischen Sensors die Möglichkeit, diesen Vorgang mehrfach zu wiederholen und die durch mehrere Lichtpulse erzeugten Ladungen in den Ladungsspeichern der lichtempfindlichen Zellen zu akkumulieren. Beispielsweise ist es möglich, bei der Benutzung von Laserdioden mit einem Schaltverhältnis (duty cycle) von 1% als Lichtquelle, einer Pulslänge von 10 ns und einer Bildfrequenz von 100 Hz, die Ladungen von 10000 Lichtimpulsen zu akkumulieren. Der exakte Wert hängt dabei von der Auslesezeit des optoelektronischen Sensors ab.
Aus den jeweiligen ersten bis dritten Ladungsspeichern jeder lichtempfindlichen Zelle wird dann jeder Bildpunkt des Entfernungsbildes berechnet.
Fig. 5 zeigt zwei mögliche Arten der Berechnung einer Größe Q aus den Inhalten qijk der Ladungsspeicher Sijk, die monoton von der Entfernung des jeweilige Objektpunktes abhängig ist. In Fig. 5a und 5b sind die in den Teilintervallen M1 und M2 registrierten Ladungen und die in den Ladungsspeichern Sij1, Sij2 aufgefangenen Ladungen qij1, qij2 in Abhängigkeit von der Entfernung des Objektpunktes dargestellt. Fig. 5c zeigt die Ladung qij3, die während des Intervalls K im Ladungsspeicher Sij3 aufgefangen wird. In dem Intervall K trifft kein Echo des eingestrahlten Lichtimpulses ein, sondern es wird nur Umgebungslicht registriert.
Als Beispiel für die Kompensation des Umgebungslichtes, die Normierung auf die Streueigenschaften des Objektes und die eingestrahlte Lichtintensität zur Gewinnung der Größe Q können folgende Gleichungen I und II dienen:
QI = {qij1 - qij3(t2 - t1)/(t5 - t4)}/{qij2 - qij3(t3 - t2)/(t5 - t4)} [Gl. I] und
QII = {qij2 - qij3(t3 - t2)/(t5 - t4)}/{qij1 + qij2 - qij3(t3 - t1)/(t5 - t4)} [Gl. II]
In den Fig. 5d und 5e sind die Verläufe der Funktionen QI(z) und QII(z) schematisch dargestellt. Andere Arten der Normierung durch Vertauschen der Rollen von qij1 und qij2 oder durch Bildung von 1/QI bzw. 1/QII führen ebenfalls auf monotone Funktionen, die zur Entfernungsbestimmung verwendet werden können.
Um aus der normierten Größe Q auf die Entfernung z zu schließen, ist die Umkehrfunktion von Q(z) anzuwenden, was zum Beispiel über eine Nachschlage- Tabellenoperation erfolgen kann. Das von der Entfernung unabhängige Graubild kann aus der Summe der Ladungen qij1 und qij2 für jeden Bildpunkt berechnet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Messintervall in mehr als zwei Teilintervalle zerlegt und damit korrespondierend jede lichtempfindliche Zelle des Sensors mit einer entsprechenden Anzahl von Speichern versehen.
Bei einer vorteilhaften Wahl der Länge der Teilintervalle und einer gegebenen Größe der Ladungsspeicher läßt sich dadurch zum Beispiel die Dynamik des Verfahrens erhöhen. Fig. 3c zeigt dazu schematisch den Abfall der rückgestreuten Idensität mit zunehmender Entfernung der Objektpunkte 10, 11, 12 sowie eine beispielhafte Aufteilung des Messintervalls in drei Teilintervalle M1', M1" und M2. Die Ermittlung der Entfernungsbilder kann dann beispielsweise völlig analog zu dem in Gleichung (1) oder Gleichung (2) aufgezeigten Verfahren erfolgen, wenn qij1 = qij1' + qij1" gesetzt wird und qij1' und qij1" die in den Intervallen M1' und M1" akkumulierten Ladungen repräsentieren.
Ein anderes Verfahren bei der Bestimmung von Entfernungsbildern wird insbesondere dann interessant, wenn das Intervall M in eine größere Anzahl von Teilintervallen zerlegt wird. Ein Objekt 11 (Fig. 6a), das durch einen Lichtpuls 2 beleuchtet wird, erzeugt den rückgestreuten Lichtpuls 4, der während des Intervalls M von jeder lichtempfindlichen Zelle Zij detektiert wird und in den n Teilintervallen M1-Mn (Fig. 6b) je nach Ankunftszeit am Detektor entweder Ladungen oder keine Ladungen erzeugt. Die während jedes Teilintervalls gewonnenen Ladungen werden in die zugehörigen Ladungsspeicher Sijk der lichtempfindlichen Zelle Zij transferiert. Fig. 7 zeigt schematisch die Architektur des entsprechenden Sensors.
Für die Ermittlung eines Entfernungsbildpunktes wird geprüft, ob die Speicherinhalte einen Schwellwert überschreiten und somit ein Signal vorliegt. Sofern dies der Fall ist, wird allen solchen Speichern der Wert 1 und allen anderen Speichern der Wert 0 zugeordnet. Aus der bekannten Dauer der Teilintervalle und dem Phasenbezug zur Emission des Lichtpulses läßt sich dann die Entfernung für jeden Bildpunkt bestimmen, indem der erste Speicher eines jeden Bildpunktes bestimmt wird, dessen Inhalt den Schwellwert überschreitet (Fig. 7). Der Schwellwert kann beispielsweise für alle Bildpunkte auf einen konstanten Wert festgelegt oder für jeden Bildpunkt dynamisch an die Szenerie angepaßt werden.
Für konstante Dauer der Teilintervalle M1-Mn ergibt sich die Entfernung für jeden Entfernungsbildpunkt Eij zu:
z(Eij) = z0 + zk'
wobei z(Eij) die Entfernung im Bildpunkt Eij, k' den Index des ersten Speichers der korrespondierenden lichtempfindlichen Zelle, deren Signal oberhalb des Schwellwertes liegt und z die zur Dauer der Teilintervalle gehörende Entfernungsänderung darstellt.
Zusammengefasst ergeben sich mit dieser Ausführungsform der Erfindung folgende Vorteile:
Das mit den Lichtpulsen erzeugte Licht wird vollständig genutzt. Weiterhin werden die drei oben genannten Bildtypen jeweils am gleichen Ort, das heißt an jeweils gleichen Bildpunkten des optoelektronischen Sensors gewonnen, so dass die Bildpunkte des Entfernungsbildes aus Ladungen berechnet werden, die identische Objektpunkte repräsentieren bzw. abbilden und keine Parallaxenfehler auftreten. Da sich die drei genannten Bildtypen im wesentlichen gleichzeitig, das heißt aus einem einzigen eingestrahlten Lichtimpuls gewinnen lassen, beziehen sich die jeweiligen Ladungen auch auf identische räumliche Konfigurationen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erzeugung von 3D-Bildern, mit folgenden Schritten:
  • - Aussenden eines Lichtpulses (L) in Richtung auf ein abzubildendes Objekt (3) einer Szenerie;
  • - Registrierung eines rückgestreuten Lichtpulses innerhalb eines Zeitintervalls (M), das so bemessen und zeitlich gegenüber dem Aussenden des Lichtpulses verschoben ist, dass die von dem Objekt der Szenerie zurückgestreuten Lichtpulse für jeden Bildpunkt in Abhängigkeit von ihrer Laufzeit ganz oder teilweise erfasst werden;
  • - Speichern der während eines ersten Teilintervalls (M1) des Zeitintervalls (M) erzeugten Ladungen in einem dem betreffenden Bildpunkt zugeordneten ersten Leitungsspeicher (S1), sowie der während eines zweiten Teilintervalls (M2) des Zeitintervalls (M) erzeugten Ladungen in einem dem betreffenden Bildpunkt zugeordneten zweiten Ladungsspeicher (S2); und
  • - Berechnen eines 3D-Bildes (Entfernungsbild) aus den für jeden Bildpunkt in dem ersten und zweiten Ladungsspeicher gespeicherten Ladungsdichten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die während des ersten und zweiten Teilintervalls erzeugten Ladungen im wesentlichen gleichzeitig gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Aufnehmen eines Umweltbildes durch Erfassen von von dem Objekt innerhalb eines zweiten Zeitintervalls (K) vor dem Aussenden des Lichtpulses (L) ausgehenden Lichtes für jeden Bildpunkt und Speichern einer dadurch erzeugten Ladungsdichte in einem dem betreffenden Bildpunkt (ij) zugeordneten dritten Ladungsspeicher (Sij3), zur Kompensation von Störlicht bei der Berechnung des 3D-Bildes.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
einen optoelektronischen Sensor, der eine Mehrzahl von lichtempfindlichen Zellen (Zij) aufweist, die jeweils einem Bildpunkt des zu erzeugenden 3D- Bildes zugeordnet sind, wobei den Zellen jeweils mindestens ein erster und ein zweiter Ladungsspeicher (Sij1; Sij2) zum Speichern von durch die betreffende lichtempfindliche Zelle erzeugten Ladungen zugeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass jeder lichtempfindlichen Zelle (Zij) ein dritter Ladungsspeicher (Sij3) zum Erfassen von durch ein Umweltbild erzeugten Ladungen zugeordnet ist.
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