DE10062783A1 - Infrarot-Sichtsystem - Google Patents

Abstract

Das Infrarot-Sichtsystem weist mindestens eine IR-Lichtquelle (1) und mindestens ein IR-Sichtgerät (2) zur Darstellung eines von der IR-Lichtquelle (1) ausleuchtbaren Reliefs auf, wobei zusätzlich ein IR-Detektor (3) zur Erkennung eines IR-Fremdpulses (F) vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Infrarot-("IR"-)Sichtsystem sowie ein Verfahren zur Minderung störender Blendeffekte, verur­ sacht durch andere IR-Sichtsysteme im Blickfeld des eigenen IR-Sichtsystems, unter Verwendung eines Infrarot-Detektors.

Es sind passive IR-Nachtsichtgeräte bekannt, welche das auch bei Dunkelheit vorhandene Infrarotlicht zur Darstellung eines Umgebungsbildes ("Reliefs") verwenden. Sie arbeiten typi­ scherweise in einem Wellenlängenbereich von ca. 12 µm. Deren Nachteile sind u. a. eine geringe Ortsauflösung und, bedingt durch die geringe Strahlungsintensität der Gegenstände des Reliefs, die Verwendung eines vergleichsweise teuren Detek­ torsystems.

Ebenfalls bekannt sind aktive Infrarot-Nachtsichtgeräte, bei denen das Sichtfeld mit einer eigenen IR-Lichtquelle, typi­ sche Wellenlänge ca. 800 nm, ausgeleuchtet wird. Die Verwen­ dung eines aktiven Systems anstatt eines passiven Systems er­ möglicht eine höhere Ortsauflösung, eine mögliche Nutzung ei­ nes vergleichsweise preiswerten Detektorsystems, und das De­ tektorsystem, typischerweise eine herkömmliche Videokamera, kann günstigerweise auch hinter Glas, beispielsweise einer Windschutzscheibe, eingesetzt werden.

Aus einer Presseveröffentlichung aus dem Internet (www.daimlerchrysler.de/news/top/t00405e.htm vom 13. April 2000) der DaimlerChrysler AG ist ein aktives IR-Nachtsicht­ system bekannt, bei dem zwei an einer Fahrzeugfront ange­ brachte Laserscheinwerfer eine Straße mit einem für das menschliche Auge unsichtbaren Infrarot-Lichtbündel ausleuch­ ten. Eine Videokamera nimmt das reflektierte Bild der Stra­ ßenszene auf und erzeugt daraus eine Schwarz-Weiß-Abbildung. Diese wird auf einem Bildschirm direkt im Blickfeld des Fahrers dargestellt und in einem sogenannten Head-up-Display auf die Frontscheibe projiziert. Gleichzeitig schwächt ein vor dem IR-Sichtgerät angebrachtes optisches System das sichtbare Scheinwerferlicht der entgegenkommenden Fahrzeuge für das IR- Sichtsystem, während das reflektierte Nutzsignal des eigenen IR-Sichtsystems mit Wellenlängen im IR nahezu vollständig passieren kann. Eine weitere Reduzierung der Blendung des IR- Sichtsystems durch Scheinwerferlicht ermöglicht dieses System dadurch, dass es gepulstes Laserlicht aussendet und durch ei­ ne darauf abgestimmte Steuerung des Kameraverschlusses zwar den vollen Anteil des reflektierten eigenen IR-Lichtpulses ("IR-Eigenpuls") aufnimmt, das Scheinwerfer-Blendlicht des Gegenverkehrs dagegen erheblich reduziert.

Ein Problem tritt beispielsweise dann auf, wenn sich zwei Fahrzeuge entgegenkommen, welche beide mit einem aktiven IR- Sichtsystem ausgerüstet sind. Dann kann es vorkommen, dass die IR-Lichtquelle des fremden Fahrzeugs vom eigenen IR- Sichtgerät detektiert wird. Das Ergebnis ist eine Blendwir­ kung für das IR-System, gegebenenfalls sogar eine Übersteue­ rung des IR-Sichtgerätes, welche über das Anzeigesystem, z. B. den Bildschirm, das Head-up-Display oder direkt auf der Wind­ schutzscheibe, dem Fahrer im sichtbaren Bereich als störend helles Signal übermittelt wird. Dieses Problem kann bei­ spielsweise auftauchen, wenn die Pulsfrequenz f der IR-Pulse der beiden Fahrzeuge die gleiche ist, und beide zur gleichen Zeit senden. Allerdings ist eine solche Situation vergleichs­ weise unwahrscheinlich.

Wahrscheinlicher ist es, dass die Eigen-Pulsfrequenz f_E der IR-Eigenpulse unterschiedlich ist zur Fremd-Pulsfrequenz f_F der IR-Fremdpulse. In diesem Fall würden die IR-Fremdpulse zwar nicht dauernd, aber regelmäßig wiederkehrend zu einer Störung des IR-Sichtsystems, z. B. in Form einer Blendung o­ der einer Übersteuerung des IR-Sichtgerätes führen. Kommt ei­ nem ein Fahrzeug entgegen, dessen IR-Nachtsichtsystem seine IR-Fremdpulse mit nur leicht unterschiedlicher Pulsfrequenz aussendet, sind somit periodische Schwankungen in der Helligkeit der IR-Scheinwerfer des entgegenkommenden Fahrzeugs zu erwarten, was einen sehr unangenehmen Eindruck beim Nutzer erzeugt.

Zur Unterdrückung störender Effekte durch das IR-Laserlicht entgegenkommender Systeme strahlen bereits bekannte Verfahren das IR-Laserlicht mit einer stets gleichen, z. B. vertikalen, Polarisationsrichtung ab, das wiederum von einem vor der Auf­ nahmeeinheit angebrachten Analysator mit einer um 90° dazu gedrehten, z. B. horizontalen, Polarisationsrichtung weitge­ hend absorbiert wird.

Nachteil dieser Anordnung ist die damit einhergehende erheb­ liche Minderung der Intensität auch des an der Straßenszene reflektierten, und damit unpolarisierten Nutzsignals. Weiter ist nachteilig, dass die beschriebene Anordnung nur störende Effekte von nach dieser Anordnung arbeitenden IR-Sichtsys­ temen unterdrücken kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Infrarot- Sichtsystem mit gleichzeitiger Verminderung der Blendwirkung des eigenen IR-Sichtsystems, verursacht durch andere IR- Sichtsysteme, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Infrarot-Sichtsystem gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Blendungsminderung gemäß Patentanspruch 6 gelöst.

Dazu wird ein IR-Sichtsystem mit mindestens einer IR-Licht­ quelle und mindestens einem IR-Sichtgerät verwendet, bei dem zusätzlich mindestens ein IR-Detektor zur Erkennung eines IR- Fremdpulses vorhanden ist. Außer dem vom Sichtgerät empfang­ enen IR-Bild des ausgeleuchteten Reliefs wird also zusätzlich eine Information über gegebenenfalls vorhandene fremde IR- Lichtquellen, z. B. IR-Laser eines entgegenkommenden IR- Sichtsystems, empfangen.

Durch die Verwendung des zusätzlichen IR-Detektors ergibt sich der Vorteil, dass eine durch ihn identifizierte IR- Lichtquelle entweder ausgeblendet werden kann oder die Strahlcharakteristik, z. B. die Fremd-Pulsfrequenz f_F bzw. die Intensität, erfasst und zur Steuerung der IR-Eigenpulse verwendet werden kann. Durch Ausnutzung der Dunkelphaserge­ pulster fremder IR-Strahler zur Aktivierung des eigenen IR- Sichtsystems ist so eine Verminderung oder vollständige Ver­ hinderung einer Blendwirkung im Infrarotbereich möglich. Be­ finden sich im Blickfeld des eigenen IR-Sichtsystems mehrere fremde IR-Lichtquellen, die die Wirksamkeit des eigenen Sys­ tems beeinträchtigen, so kann es ausreichen, nur die hellste fremde IR-Lichtquelle (bzw. den hellsten in das eigenen IR- Sichtgerät reflektierten IR-Fremdpuls) zur Steuerung des ei­ genen Systems zu verwenden. Auf die Verwendung von intensi­ tätsmindernden Polarisationsfiltern kann zudem verzichtet werden.

Vorzugsweise wird die Fremd-Pulsfrequenz f_F der IR-Fremdpulse festgestellt, und die Eigen-Pulsfrequenz f_E der IR-Eigenpulse daran angeglichen. Zusätzlich werden die IR-Eigenpulse zeit­ versetzt zum IR-Fremdpuls dergestalt ausgesandt, dass sie in einer Dunkelphase des fremden IR-Systems liegen. Es ist auch möglich, außer der Pulsfrequenz andere Kenngrößen der IR- Fremdpulse zu erfassen, wie z. B. Dauer und Höhe/Intensität, um diese Information zur weiteren Verminderung der Blendwir­ kung auszuwerten, z. B. wenn die Dunkelphasen des fremden IR- Systems kurz sind und das eigene IR-Sichtsystem IR-Pulse bei einer steuerbaren Intensität abschneiden kann. Wenn sich meh­ rere IR-Lichtquellen im Blickfeld befinden, ist es vorteil­ haft, eine Auswahl der fremden Lichtquellen, anhand der die Regelung des eigenen IR-Sichtsystems erfolgen soll, zu tref­ fen.

Es ist vorteilhaft, wenn das IR-Sichtsystem zusätzlich eine Steuereinheit, typischerweise auf der Basis einer Mikro­ prozessoreinheit, zur Steuerung der vom IR-Strahler ausgesandten Eigenpulse, z. B. bezüglich Pulsbeginn, -dauer und/oder -stärke, aufweist. Diese Steuereinheit ist mit dem IR-Detektor verbunden, so dass dessen Signale zur Anpassung der IR-Eigenpulse verwendet werden können. Mittels der Steu­ ereinheit kann beispielsweise die Blendwirkung auch bei meh­ reren entgegenkommenden Fahrzeugen z. B. durch die Regelung anhand der Strahlcharakteristik der hellsten IR-Lichtquelle sicher reduziert werden. Auch lässt sich mittels der Steuer­ einheit die Eigen-Pulsfrequenz f_E einer Änderung der Fremd- Pulsfrequenz f_F nachführen.

Es ist zweckmäßig, wenn der Algorithmus zur Regelung der Ei­ gen-Pulsfrequenz f_E so gestaltet ist, dass zwei sich begeg­ nende IR-Sichtsysteme ihre jeweilige Pulsfrequenz f_E und f_F nicht in derselben Art und Weise verändern. Diese Möglichkeit würde regelmäßig eintreten, wenn sich zwei mit Systemen der­ selben Bauart und insbesondere mit identischem Regelalgorith­ mus ausgestattete Fahrzeuge begegnen. Die Systeme in beiden Fahrzeugen würden das jeweils entgegenkommende IR-Signal de­ tektieren und daraufhin die eigene IR-Pulsfrequenz auf iden­ tische Art und Weise ändern. Der zeitliche Abstand bzw. die zeitliche Abfolge der Signale der beiden IR-Lichtquellen und somit auch das Ausmaß der gegenseitigen Störungen würden sich dann nicht wesentlich ändern.

Dies wird z. B. vermieden, wenn das Ergebnis der ersten Schleife des Regelalgorithmus nicht, wie gerade beschrieben, ein um ein exakt berechnetes Δt verschobenes Signal ist, sondern ein um (n.Δt') verschobenes Signal ist. Hierbei ist n eine Zufallszahl und Δt' ein Zeitintervall. Falls diese Zu­ fallszahl n vom individuellen Gerät abhängig ist, ist sie also auch insbesondere bei entgegenkommenden Fahrzeugen mit größter Sicherheit unterschiedlich. Somit ändert sich der zeitliche Abstand der beiden Signale und damit auch das Aus­ maß der gegenseitigen Störung. Ist zufällig die erste verwen­ dete Zufallszahl bei den beiden entgegenkommenden Systemen gleich, so ist aber mit größter. Sicherheit die zweite Zufallszahl der beiden Systeme unterschiedlich. Dabei ist es unerheblich, ob eine geräte-individuelle Tabelle von Zufalls­ zahlen bereits bei der Herstellung fest einprogrammiert wird oder ob die Zufallszahlen während des Betriebes erzeugt wer­ den.

Es ist zur Herstellung einer kompakten Bauweise vorteilhaft, wenn der IR-Detektor und das IR-Sichtgerät eine Einheit bil­ den. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der IR- Detektor und das IR-Sichtgerät innerhalb eines Gehäuses un­ tergebracht sind. Es ist aber auch möglich, dass das IR- Sichtgerät und der IR-Detektor gleiche IR-empfindliche Sen­ sorschichten verwenden, z. B. einen Halbleiterdetektor. Die Verwendung der gleichen IR-sensiblen Schicht hätte den Vor­ teil, dass der IR-Detektor nicht nur das Vorhandensein von IR-Fremdpulsen feststellen, sondern diese auch lokalisieren kann. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, durch Ausblenden der entsprechenden Gebiete des Reliefs auch die Blendwirkung einer IR-Dauerlichtquelle zu reduzieren.

Es wird bevorzugt, wenn die IR-Lichtquelle ein IR-Laser ist.

Es wird zur Herstellung eines kostengünstigen IR-Systems be­ vorzugt, wenn das IR-Sichtgerät eine IR-empfindliche Video­ kamera beinhaltet. Dabei muss die Videokamera nicht aus­ schließlich im Infrarotbereich empfindlich sein, sondern kann beispielsweise auch den sichtbaren Bereich überdecken. Eine Ausblendung des sichtbaren Bereichs, z. B. durch Filter, kann zweckmäßig sein.

Mit dem oben beschriebenen IR-Sichtsystem kann ein Blend­ effekt auch bei hohem Verkehrsaufkommen mit hoher Effizienz unterdrückt werden. Begegnen sich beispielsweise mehrere Fahrzeuge, bzw. im Extremfall zwei komplett mit diesem oder einem anderen ebenfalls mit zeitlich moduliertem IR-Licht ar­ beitenden IR-Sichtsystem ausgerüstete längere Fahrzeugkolon­ nen, so pendeln sich die Pulsfrequenzen f_i (i = 1, . . . n) der Fahrzeuge so ein, dass die Pulsfrequenzen f₁ und f₂ der ein­ zelnen Fahrzeugkolonnen synchron schwingen.

Der Einsatz dieses Systems ist nicht auf den Kfz-Einsatz be­ schränkt, sondern z. B. auch im Schiffsverkehr denkbar. So bietet das System eine wertvolle Ergänzung bisheriger Naviga­ tionshilfsmittel, wie z. B. Radar, insbesondere bei entgegen­ kommenden Schiffen auf Kanälen und in engen Fahrwassern. Aber auch bei störend heller Umgebungsbeleuchtung im sichtbaren Bereich, die zuweilen die zur Navigation vorhandenen Licht­ signale überstrahlen und somit deren Erkennung erschwert, kann das im IR-Sichtsystem dem Rudergänger wertvolle Informa­ tionen über den vor ihm liegenden Fahrweg liefern. Weiter ist ein Einsatz auch im Bahn- und Luftverkehr sowie in stationä­ ren Anwendungen vorstellbar.

In dem folgenden Ausführungsbeispiel wird das IR-System sche­ matisch näher dargestellt.

Fig. 1 zeigt dazu skizzenhaft eine IR-Lichtquelle 1, welche IR-Eigenpulse P, deren Ausbreitungsrichtung hier durch Pfeile angedeutet ist, aussendet. Die am Relief, hier durch Objekte O,O' symbolisiert, reflektierten IR-Eigenpulse P gelangen in ein IR-Sichtgerät 2, welches das IR-Bild an ein Display 5, z. B. ein Head-up-Display, weitergibt. Durch das Head-up- Display 5 kann der Fahrer das IR-Bild der Umgebung im sicht­ baren Bereich wahrnehmen.

Die IR-Lichtquelle 1 liegt in Form eines IR-Lasers mit einer Wellenlänge des Infrarotlichts von ca. 800 nm vor. Das IR- Sichtgerät 2 ist eine infrarot-sensible Videokamera. Zusätz­ lich ist ein IR-Detektor 3 vorhanden, durch den ein IR-Fremd­ puls F, der von einem fremden Kraftfahrzeug O' ausgesandt wird, detektiert wird. Die Information des IR-Detektors 3 ü­ ber die fremde Strahlungsquelle, z. B. Pulsfrequenz f_F, Dauer oder Intensität der IR-Fremdpulse F, wird an eine Steuerein­ heit 4 weitergeleitet, beispielsweise eine Pulsfrequenz f_F, eine Dauer oder eine Stärke der IR-Fremdpulse F. Die Ausbrei­ tungsrichtung der IR-Fremdpulse F ist hier schematisch durch Pfeile dargestellt.

Mittels der Steuereinheit 4 wird die Eigen-Pulsfrequenz f_E der Fremd-Pulsfrequenz f_F angeglichen und mit einem Zeit­ offset Δt dergestalt versehen, dass das eigene IR-Sichtsystem S in der Dunkelphase des Fremdsystems aktiv ist.

Die Steuereinheit 4 kann so eingerichtet bzw. programmiert sein, dass auch die Dauer der IR-Eigenpulse P in Abhängigkeit von der Strahlcharakteristik eines Fremdstrahlers eingestellt wird. Beispielsweise kann bei Abwesenheit eines IR- Fremdstrahlers die gesamte Zeit das Relief ausgeleuchtet wer­ den. Weiter kann bei einem oder mehreren für das eigene IR- Sichtgerät sichtbaren Fremdstrahlern die Strahlzeit des eige­ nen IR-Systems S so eingestellt werden, dass eine maximale Beleuchtungszeit verbleibt. Hierbei kann beispielsweise eine Regelung in Abhängigkeit von der Strahlcharakteristik des hellsten IR-Strahlers, eingeschlossen die Verwendung eines von Zufallszahlen bestimmten Regelungsalgorithmus, zweckmäßig sein.

Claims (10)

1. Infrarot-Sichtsystem (S) aufweisend
mindestens eine IR-Lichtquelle (1),
mindestens ein IR-Sichtgerät (2) zur Darstellung eines von der IR-Lichtquelle (1) ausleuchtbaren Reliefs,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein IR-Detektor (3) zur Erkennung eines IR- Fremdpulses (F) vorhanden ist.

2. Infrarot-Sichtsystem (S) gemäß Anspruch 1, bei dem zusätzlich eine Steuereinheit (4) zur Steuerung der von der IR-Lichtquelle (1) ausgesandten IR-Eigenpulse (P) vorhanden ist, welche mit dem IR-Detektor (3) verbunden ist.

3. Infrarot-Sichtsystem (S) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der IR-Detektor (3) und das IR-Sichtgerät (2) eine Einheit bilden.

4. Infrarot-Sichtsystem (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die IR-Lichtquelle (1) ein IR-Laser ist.

5. Infrarot-Sichtsystem (S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das IR-Sichtgerät (2) eine IR-empfindliche Videokamera beinhaltet.

6. Verfahren zur Verminderung der Blendung des IR-Sichtgeräts (2) eines Infrarot-Sichtsystems (S), bei dem von der IR- Lichtquelle (1) IR-Eigenpulse (P) abgestrahlt werden, die nach einer Reflexion am Relief vom IR-Sichtgerät empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn vom IR-Detektor (3) IR-Fremdpulse empfangen wer­ den, mindestens deren eine Fremd-Pulsfrequenz (fE) genutzt wird, um mit der Steuereinheit (4) den IR-Eigenpuls (P) so zu steuern, dass dieser in eine Dunkelphase der IR-Fremdpulse fällt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem eine Eigen-Pulsfrequenz (f_E) der IR-Eigenpulse (P) der Fremd- Pulsfrequenz angepasst wird, und die IR-Eigenpulse (P) zeit­ versetzt zu den IR-Fremdpulsen (F) ausgesandt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Strahlencharakteristik der hellsten empfangenen IR- Fremdpulse (F) zur Regelung des eigenen IR-Sichtsystems (S) genutzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Strahlencharakteristik des am schnellsten heller werden­ den IR-Fremdpulses (F) zur Regelung des eigenen IR- Sichtsystems (S) genutzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, bei dem der Regelungsalgorithmus auf der Verwendung von Zufallszahlen beruht.