DE10126683A1

DE10126683A1 - Nachtsichteinrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE10126683A1
Application number: DE10126683A
Authority: DE
Inventors: Bjoern Abel; Michael Burg; Martin Muehlenberg; Lambertus Stallein
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2003-02-27
Also published as: EP1262369A2; ATE360555T1; EP1262369A3; EP1262369B1; DE50210013D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nachtsichteinrichtung für Fahrzeuge mit einem am Fahrzeug angeordneten und für infrarote Strahlung empfindlichen Detektor, in dem die an einem Fahruzeugumfeld empfangene infrarote Strahlung in eine zur Beleuchtungsstärke in Beziehung stehendes elektrisches Signal umgewandelt wird, mit einer Steuereinheit zur Aufbereitung des elektrischen Signals und mit einer der Steuereinheit nachgeordneten Anzeigeeinheit zur Darstellung eines Infrarotbildes des Fahrzeugumfeldes, wobei der Detektor als ein CMOS-Bildsensor ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nachtsichteinrichtung für Fahrzeuge mit einem am Fahrzeug angeordneten und für infrarote Strahlung empfindlichen Detektor, in dem die an einem Fahrzeugumfeld empfangene infrarote Strahlung in eine zur Bestrahlungsstärke in Beziehung stehendes elektrisches Signal umgewandelt wird, mit einer Steuereinheit zur Aufbereitung des elektrischen Signals und mit einer der Steuereinheit nachgeordneten Anzeigeeinheit zur Darstellung eines Infrarotbildes des Fahrzeugumfeldes.

Aus der EP 1 026 034 A2 ist eine Nachtsichteinrichtung für Fahrzeuge bekannt, die einen am Fahrzeug angebrachten, für infrarote Strahlung empfindlichen Detektor aufweist. Der Detektor kann als Infrarot-Fotodiode ausgebildet sein, die die aus dem Fahrzeugumfeld empfangene infrarote Strahlung in ein elektrisches Signal umwandelt. Das elektrische Signal wird einer Steuereinheit zugeführt, die das elektrische Signal derart aufbereitet, dass es in einer nachgeordneten und in einem Sichtbereich des Fahrzeugführers angeordneten Anzeigeeinheit zur Darstellung eines Bildes des Fahrzeugumfeldes dient. Hierdurch kann eine Ausleuchtung eines über den Sichtbereich eines Abblendlichtes und/oder eines Fernlichtes hinausgehenden Sichtbereiches erfolgen.

Für eine Nachtsichteinrichtung ist ein CCD-Kamerasystem (Charge Coupled Devices/ladungsgekoppeltes Bauelement-Kamerasystem) geeignet. In einem solchen CCD-Kamerasystem wird die auf einen Detektor auffallende Strahlung in eine zur Beleuchtungsstärke proportionale Ladungsmenge umgewandelt. Das Auslesen der angesammelten Ladungspakete erfolgt längs einer Kette von MOS-Kondensatoren zu einer Auslesestufe. Die Auslesestufe wandelt dann die Ladungspakete in ein Spannungssignal um, das zur Beleuchtungsstärke bzw. zur Ladungsmenge des Ladungspaketes proportional ist. Bei solchen CCD- Kameras kann es infolge von Sonneneinstrahlung oder durch Fahrlicht entgegenkommender Fahrzeuge zu einer Übersteuerung des Bildaufnehmers kommen. In diesem Fall blüht bei der Wiedergabe in der Anzeigeeinheit der aufgenommene Lichtfleck nach allen Seiten auf, was als "blooming" bezeichnet wird, oder über eine gesamte Spalte auf, was als "smearing" bezeichnet wird. Eine Auswertung der Bildinformationen für den Fahrzeugführer ist dann nicht mehr gegeben. Zur Abhilfe dieser unerwünschten Übersteuerungen ist es bekannt, eine Anpassung der Blende bzw. der Belichtungszeit an die aktuellen Lichtverhältnisse herbeizuführen. Aufgrund der Trägheit dieses Systems können jedoch stets kurzzeitige Übersteuerungen auftreten. Darüber hinaus erfolgt durch eine Anpassung der Blende bzw. der Belichtungszeit an die stärkste, von der Kamera wahrgenommenen Strahlungsquelle eine unzureichende Detektion von Objekten mit niedriger Strahlungsdichte.

Es ist auch bekannt, eine Überblendung der Kamera durch einen Infrarot- Bandpassfilter zum Absorbieren des Strahlungsanteils im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes vor der Kamera zu verhindern. Die oben beschriebenen Nachtsichteinrichtungen für Fahrzeuge haben jeweils den Nachteil, dass zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen, um Überblendungen des aufgenommenen Bildes zu vermeiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Nachtsichteinrichtung für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich sind, um das Auftreten von Überblendungen zu verhindern und der Nutzer zu jedem Zeitpunkt den vollen Bildinhalt zur Verfügung gestellt bekommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor als ein CMOS-Bildsensor ausgebildet ist.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Nachtsichteinrichtung besteht darin, dass die Verwendung von CMOS-Bildsensoren eine Bildverarbeitung in einem großen Dynamikbereich ohne zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise Belichtungs- und Blendenregelung, zur Vermeidung von Übersteuerungen verarbeitet werden kann. Es sind vorteilhaft keine beweglichen Blenden oder eine Blendenregelung erforderlich.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Detektor durch hochdynamische CMOS-Bildsensoren gebildet, die eine Umwandlung der infraroten Strahlung in einen besonders großen Dynamikbereich ermöglicht. Dies wirkt sich positiv bei Blendung durch Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge bei Dunkelheit aus. Es wird eine gute Auswertung des Bildes gewährleistet. Der Dynamikbereich umfasst etwa 6 Zehnerpotenzen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit eine Signalanpassungseinheit auf, die aus einem digitalen Signalprozessor oder programmierbaren Logikanordnungen (PLDs) besteht. Bei Verwendung von mehrmalig programmierbaren Logikanordnungen wie FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) wird eine hohe Komplexität erzielt, die eine umfangreichere Weiterverarbeitung ermöglicht.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keine weitere Signalverarbeitung notwendig ist. Es ist lediglich eine Generierung eines Videosignals erforderlich, das in der oder für die Anzeigeeinheit angepasst wird.

In Abhängigkeit von der Form der Bildsensor-Umwandlungskennlinie erfolgt in der Signalanpassungseinheit eine Exponenzierung, Signalspreizung und/oder Datenkompression.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Nachtsichteinrichtung und
Fig. 2 eine Bildsensor-Umwandlungskennlinie.
Eine Nachtsichteinrichtung 1 für Fahrzeuge F besteht im Wesentlichen aus einem Infrarot-Scheinwerfer 8, einer infrarotempfindlichen Kamera 2, einer Steuereinheit 3 sowie einer Anzeigeeinheit 4. Die Infrarot-Kamera 2 ist mit ihrer Optik 2' in Fahrtrichtung orientiert und im Bereich einer Fahrzeugaußenhaut, beispielsweise am Dach des Kraftfahrzeuges F, angeordnet.
Der Infrarot-Scheinwerfer 8 ist als Infrarotstrahler ausgebildet, der im Bereich des Daches oder eines Scheinwerfers angeordnet sein kann. Der Infrarotstrahler sendet eine Infrarotstrahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 780 nm und 1200 nm aus. Der Infrarotstrahler kann als auf einem Träger angeordnete Anzahl von Laserdioden oder Leuchtdioden ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß weist die Infrarot-Kamera 2 zur Detektion von Infrarotbildern im Bereich eines vor dem Fahrzeug F liegenden Fahrzeugumfeldes 5 einen oder mehrere CMOS-Bildsensoren 6 auf (Complementary Metal Oxide Semiconductor-Bildsensor). Sie ermöglichen die Aufnahme eines großen Strahlungsintensitätsbereiches, wie aus der Fig. 2 durch Darstellung einer lungsintensitätsbereiches, wie aus der Fig. 2 durch Darstellung einer logarithmischen Umwandlungskennlinie ersichtlich ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Umwandlungskennlinie a des CMOS-Bildsensors 6 überstreicht einen Strahlungsintensitätsbereich von A, der im Vergleich zu einem Strahlungsintensitätsbereich C, der von einem CCD-basierten Bildsensor gemäß linearer Umwandlungskennlinie b überstrichen wird, mehr um das doppelte größer ist. Hierdurch ergibt sich ein wesentlich größerer Aussteuerbereich, der das Umwandeln und Auswerten von hohen Strahlungsintensitäten ermöglicht. Vorzugsweise ist der Bildsensor 6 durch hochdynamische CMOS- Bausteine gebildet, die einen besonders hohen Dynamikbereich aufweisen.
Der CMOS-Bildsensor 6 kann eine logarithmische Kennlinie a gemäß Fig. 2 aufweisen. Alternativ kann die Umwandlungskennlinie auch linear verlaufen, wobei das maximale elektrische Ausgangssignal E stets im Bereich der Strahlungsintensität A erreicht wird.
Die CMOS-Bildsensoren 6 sind auf einem im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung angeordneten, nicht dargestellten Träger in einer Mehrzahl und matrixartig angeordnet. Die Steuereinheit 3 zur Weiterverarbeitung der vom Bildsensor 6 gelieferten elektrischen Signale kann in der Kamera 2 integriert sein. Alternativ kann die Steuereinheit 3 auch im Steuergerät des Kraftfahrzeuges F integriert sein. Zu diesem Zweck sind zwischen der Kamera 2 und der Steuereinheit 3 elektrische Zuführungen angeordnet. Die Steuereinheit 3 weist eine Signalanpassungseinheit 7 auf, in der eine Anpassung der elektrischen Signale an die Anzeigeeinheit 4 erfolgt. Ferner kann eine Signalverarbeitung erfolgen, wie beispielsweise eine Exponentzierung, eine Signalspreizung oder eine Datenkompression der vorliegenden elektrischen Signale. Zur vereinfachten Bildverarbeitung weist die Signalanpassungseinheit 7 einen Signalprozessor oder programmierbare Logikanordnungen (PLDs) wie beispielsweise FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) auf.
Die so aufbereiteten Signale werden dann der Anzeigeeinheit 4 zur Verfügung gestellt, die das von der Kamera 2 aufgenommene Bild in einer Schwarz-Weiß- Abbildung auf ein Display in der Instrumententafel umsetzt. Alternativ kann das Bild auch auf ein im Bereich der Windschutzscheibe angeordnetes Head-Up- Display projiziert werden.
Die Nachtsichteinrichtung 1 ist vorzugsweise im Scheinwerferbereich des Fahrzeugs F angeordnet. Der Scheinwerfer kann den Infrarot-Scheinwerfer 8 aufweisen, der die Infrarotstrahlung in einem Bereich bis 200 m vor dem Fahrzeug F aussendet. Alternativ kann die Infrarotstrahlung auch aus dem eigentlichen Scheinwerfer generiert werden, wobei die Infrarotstrahlung mittels geeigneter Filter, siehe beispielsweise DE 39 32 216 C2, erzeugt wird. Der Infrarot- Scheinwerfer 8 ist vorzugsweise als Laserscheinwerfer mit einem Infrarotstrahlung aussendenden Laser ausgebildet.

Claims

1. Nachtsichteinrichtung für Fahrzeuge mit einem am Fahrzeug angeordneten und für infrarote Strahlung empfindlichen Detektor, in dem die an einem Fahrzeugumfeld empfangene infrarote Strahlung in eine zur Bestrahlungsstärke in Beziehung stehendes elektrisches Signal umgewandelt wird, mit einer Steuereinheit zur Aufbereitung des elektrischen Signals und mit einer der Steuereinheit nachgeordneten Anzeigeeinheit zur Darstellung eines Infrarotbildes des Fahrzeugumfeldes, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor als ein CMOS-Bildsensor (6) ausgebildet ist.

2. Nachtsichteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der CMOS-Bildsensor (6) hochdynamisch ausgebildet ist.

3. Nachtsichteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der CMOS-Bildsensor (6) nach einer logarithmischen oder linearen Beleuchtungsstärke-Umwandlungskennlinie arbeitet.

4. Nachtsichteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) eine Signalanpassungseinheit (7) umfasst, in der eine Dynamikanpassung an die Anzeigeeinheit (4) erfolgt.

5. Nachtsichteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanpassungseinheit (7) einen digitalen Signalprozessor oder einen programmierbaren Logikbaustein (PLD, FPGA) umfasst.

6. Nachtsichteinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanpassungseinheit (7) in einer dem CMOS-Bildsensor (6) enthaltenden Infrarot-Kamera (2) integriert ist.

7. Nachtsichteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (F) einen Infrarot-Scheinwerfer (8) aufweist, der zumindest Strahlung im infraroten Spektralbereich in einem für Fernlicht ähnlichen Sichtbereich aussendet.

8. Nachtsichteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarot-Scheinwerfer (8) als Laserscheinwerfer ausgebildet ist.

9. Nachtsichteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten CMOS- Bildsensoren (6) vorgesehen sind, die in Fahrtrichtung des Fahrzeuges (F) ausgerichtet sind.

10. Nachtsichteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die CMOS-Bildsensoren (6) in einem Dachbereich des Fahrzeuges (F) angeordnet sind.