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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kennung eines Objekts, bei
dem zumindest eine Lichtquelle des Objekts gepulst aufleuchtet und
das von der Lichtquelle emittierte Licht durch eine Detektoreinheit
erfassbar ist, wobei abhängig
von dem Erfassen des Lichts das Objekt erkannt werden kann. Des Weiteren
betrifft die Erfindung ein System zur Erkennung eines Objekts.
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Im
Straßenverkehr
sind Verkehrszeichen bekannt, welche durch Lichtquellen ihre anzuzeigende Funktion
bzw. ihre Signalisierung zeigen. Beispielsweise können in
diesem Zusammenhang Leuchtdioden eingesetzt werden, welche periodisch
gepulst aufleuchten. Derartige Verkehrszeichen werden als Wechselverkehrszeichen
bezeichnet. Die Helligkeit dieser Verkehrszeichen muss dabei an
die Umgebung angepasst werden, damit die Wechselverkehrszeichen
bei hellem Tageslicht sichtbar sind und bei Nacht nicht blenden.
Diese Helligkeitsanpassung wird üblicherweise
durch eine Pulsweitenmodulation der Ansteuerung der Leuchtelemente
realisiert. Die Frequenz der Pulsweitenmodulation liegt dabei hoch genug,
damit das menschliche Auge kein Flackern wahrnimmt. Typische Werte
sind hierbei bei 100 Hz. Wird das Wechselverkehrszeichen nun von
einer Videokamera aufgenommen, deren Belichtungszeit sehr kurz ist
und beispielsweise 50 μs
beträgt,
kann es vorkommen, dass die Belichtungszeit ganz oder teilweise
in eine Ausphase der Pulsweitenmodulation fällt. Dadurch ist im durch die
Videokamera aufgenommenen Bild kein Verkehrszeichen enthalten und es
kann folglich auch nicht erkannt werden. Besonders kritisch sind
in diesem Zusammenhang Wechselverkehrszeichen, deren Lichtquellen
bzw. Leuchtelemente in Segmente unterteilt sind und dadurch oft nur
Teile des Zeichens im Bild enthalten sind.
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Bisherige
Techniken zur Erkennung von Wechselverkehrszeichen beruhen auf der
Hoffnung, dass bei der Aufnahme mehrerer Bilder hintereinander das
Verkehrszeichen in einem der Bilder sichtbar ist. Bei langsamer
Fahrzeuggeschwindigkeit führt dieses
Vorgehen noch zu einem ausreichenden und akzeptablen Verhältnis zwischen
einem Bildaufzeichnen und einem Nichtbildaufzeichnen, da von einem Wechselverkehrszeichen
genügend
Bilder aufgenommen werden können
und so mit hoher Wahrscheinlichkeit in einem der Bilder das Wechselverkehrszeichen
bzw. deren zu signalisierende Funktion im Bild enthalten ist.
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Bei
hohen Geschwindigkeiten eines Fahrzeugs sinkt jedoch die Erkennungsrate,
da die Anzahl der Bilder nicht mehr ausreichend ist und damit das
Wechselverkehrszeichen mit keiner ausreichenden Wahrscheinlichkeit
in einem Bild enthalten ist. Bei den mit Segmenten unterteilten
Wechselverkehrszeichen ist der Ansatz mehrere Bilder zu überlagern,
um so ein Bild zu erhalten, indem das vollständige Wechselverkehrszeichen
enthalten ist. Probleme bereitet dabei jedoch der Umstand, dass
der geänderte
Blickwinkel kompensiert werden muss, welcher durch die zwischen
den Bildern zurückgelegte
Wegstrecke verursacht wird. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin,
dass man auch hier genügend Bilder
benötigt,
um mit ausreichender Wahrscheinlichkeit ein Gesamtbild erhalten
zu können.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System
zu schaffen, bei welchem bzw. mit welchem die Erkennung von zumindest
mittels einer gepulst aufleuchtenden Lichtquelle ausgebildeten Objekt
zuverlässiger
und genauer erfolgen kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale nach Anspruch
1 aufweist, und ein System, welches die Merkmale nach Anspruch 11 auflöst, gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Erkennung eines Objekts wird eine Lichtquelle des Objekts zumindest
zeitweise gepulst aufleuchtend betrieben. Das von der Lichtquelle
emit tierte Licht kann durch eine Detektoreinheit erfasst werden,
wobei abhängig
von einem Erfassen des Lichts das Objekt erkannt werden kann. Zur
Erfassung des Lichts der Lichtquelle wird eine mehrfache Belichtung
zur Erzeugung eines Bildes durch die Detektoreinheit durchgeführt. Die
gesamte Zeit eines Belichtungsvorgangs mit mehreren Belichtungen
wird größer der Zeitdauer
einer Ausphase der Lichtquelle während einer
gesamten Periodendauer des gepulsten emittierten Lichtsignals der
Lichtquelle eingestellt. Durch diese Vorgehensweise kann erreicht
werden, dass stets zumindest eine der mehrfachen Belichtungen während einer
Anphase der Lichtquelle durchgeführt wird,
so dass stets ein von der Lichtquelle emittiertes Licht durch die
Detektoreinheit während
eines Belichtungsvorgangs zur Erzeugung eines Bildes erfasst werden
kann. Die sichere und zuverlässige
Erkennung eines Objekts, bei welchen die Objektdarstellung durch
zumindest eine gepulst aufleuchtende Lichtquelle erfolgt, kann dadurch
gewährleistet
werden.
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Es
kann in diesem Zusammenhang eine dynamische Anpassung dieser Zeitdauer
des gesamten Belichtungsvorgangs an die Zeitdauer einer Ausphase
der Lichtquelle erfolgen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft,
wenn das Puls-Pausenverhältnis der
Periodendauer eines Lichtsignals verändert wird und somit sich die
Zeitdauer der Ausphase ändern kann.
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Besonders
bevorzugt erweist es sich, wenn als gesamte Zeitdauer eines Belichtungsvorgangs mit
mehreren Belichtungen zur Erzeugung eines Bildes mindestens die
Zeitdauer der Periodendauer des Lichtsignals und somit die Zeitdauer
der Periodendauer einer gesamten Anphase und einer gesamten Ausphase
der Lichtquelle eingestellt wird. Es kann somit stets eine Erfassung
des von der Lichtquelle emittierten Lichts während eines Belichtungsvorgangs
erreicht werden, wobei dies dann unabhängig von einem eingestellten
oder einem veränderten Puls-Pausenverhältnis bei
der Periodendauer des emittierten Lichtsignals erreicht wird. Vorzugsweise wird
somit die gesamte Zeitdauer eines Belichtungsvorgangs zumindest
so groß eingestellt,
dass sie zumindest der Zeitdauer der maximalen Perio dendauer, wie
sie bei derartig gepulst aufleuchtenden Lichtquellen zur Darstellung
eines Objekts auftreten können,
eingestellt.
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Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass als gesamte Zeitdauer eines Belichtungsvorgangs mit
mehreren Belichtungen zur Erzeugung eines Bildes ein ganzzahliges
Vielfaches der Periodendauer des gepulst emittierten Lichts der
Lichtquelle eingestellt wird.
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Vorzugsweise
wird die Zeitdauer eines Belichtungsvorgangs abhängig von dem Puls-Pausenverhältnis des
gepulsten emittierten Lichtsignals der Lichtquelle eingestellt.
Eine dynamische Anpassung kann hierdurch ermöglicht werden.
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Vorzugsweise
wird die Zeitdauer einer Belichtung abhängig von zumindest einem lichttechnischen
Parameter eingestellt. Abhängig
von diesem lichttechnischen Parameter kann somit die Zeitdauer einer
Belichtung variabel verändert
werden, so dass sich durch die Veränderung durch die mehrfache
Belichtung zur Erzeugung eines Bildes eine entsprechende Kontrastdarstellung
erreichen lässt
und somit eine gewünschte
Bilddarstellung erzielt werden kann.
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Vorzugsweise
wird die Zeitdauer einer Belichtung abhängig von einer durch die Detektoreinheit erfassten
Verteilung von Helligkeitswerten der erfassten Lichtsignale eingestellt.
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass beispielsweise Helligkeitswerte
von 0 bis 255 vorgegeben sind und als Basis für eine Zeitdauer einer Belichtung
der mehrfachen Belichtungen eine Referenzeinstellung dahingehend
durchgeführt
wird, dass die Basis-Zeitdauer dann beibehalten wird, wenn beispielsweise
mindestens 80% der Pixel in einem Werteintervall größer 10 und
kleiner 245 der Helligkeitswerte liegen. Wird dieser Prozentanteil
der Pixelanzahl unter- oder überschritten,
kann die Zeitdauer einer Belichtung vergrößert bzw. verkleinert werden,
um so das gewünschte Kontrastverhältnis ge währleisten
zu können
und keine Unter- oder eine Überbelichtung
zu erzeugen.
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Dadurch
kann eine variable Belichtungszeiteinstellung ermöglicht werden.
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Insbesondere
wird somit die Zeitdauer einer Belichtung abhängig von einer durch die Detektoreinheit
erfassten Verteilung von Helligkeitswerten der erfassten Lichtsignale
eingestellt. Insbesondere kann abhängig von vorhergehenden Belichtungen
und erfassten Helligkeitswerten eine derartige Zeitdauereinstellung
für eine
Belichtung erfolgen.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass für
alle Belichtungen eines Belichtungsvorgangs jeweils die gleiche
Zeitdauer eingestellt wird.
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Vorzugsweise
wird bei einer Veränderung der
Zeitdauer und der Belichtungen eines Belichtungsvorgangs die gesamte
Zeitdauer des Belichtungsvorgangs unverändert beibehalten. Es wird
somit eine Pulsweitenmodulation dahingehend durchgeführt, dass
die Periodendauer gleich bleibt und lediglich das Puls-Pausenverhältnis der
Belichtungen verändert
wird.
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Vorzugsweise
wird die Summe der Zeitdauern der mehreren Belichtungen eines Belichtungsvorgangs
zur Erzeugung eines Bildes gleich der Zeitdauer eingestellt, welche
zur Erzeugung eines Bildes mit hohem Kontrastverhältnis mit
einer einzigen Belichtung eingestellt werden würde. Dadurch kann eine Fehlbelichtung
verhindert werden.
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Vorzugsweise
wird als Objekt eine im Verkehr eingesetzte optische Signaleinrichtung
erkannt. Insbesondere ist das Objekt als Wechselverkehrszeichen
ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Objekt
als Leuchte an einem Fahrzeug, beispielsweise als Rücklicht
oder als Bremsleuchte, ausgebildet ist. Darüber hinaus kann das Objekt
jedoch auch als Verkehrsampel ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass als Lichtquelle des Objekts eine Leuchtdiode
gepulst betrieben wird. Unter einem gepulsten Betrieb wird verstanden,
dass die Lichtquelle periodisch ein- und ausgeschaltet wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist somit die Möglichkeit
gegeben, einen gesamten Belichtungszeitraum eines Bildes solange
auszudehnen, dass garantiert zumindest eine der Mehrfachbelichtungen
während
einer Anphase der Lichtquelle durchgeführt wird. Beispielsweise kann
bei einer Frequenz von 100 Hz der Pulsweitenmodulation eines Wechselverkehrszeichens
dann mit einem Belichtungszeitraum von mindestens 10 ms, welcher
Zeitraum mindestens einer Periodendauer einer gesamten Anphase und
einer gesamten Ausphase der gepulst betriebenen Lichtquelle entspricht,
eine sichere Bildaufnahme erzeugt werden. Durch die multiple Belichtung
kann stets auch eine Belichtung während einer Anphase der Lichtquelle
durchgeführt
werden und somit zuverlässig
und sicher das Objekt erkannt werden.
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Eine
Realisierung der multiplen Belichtung erfolgt vorzugsweise im Pixeldesign
eines Bildwandlers der Detektoreinheit. Das Signal für das so
genannte „Response
control” dieser
Detektoreinheit hat vorzugsweise die Form der multiplen Belichtung.
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Die
Erkennungsrate insbesondere bei Wechselverkehrszeichen insbesondere
auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann dadurch signifikant gesteigert
werden.
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Darüber hinaus
kann, wie bereits erwähnt, auch
eine Erweiterung auf andere Objekte, die mit Pulsweitenmodulierten
Lichtquellen betrieben werden, erfolgen. Gerade dann, wenn auch
Bremsleuchten von Fahrzeugen mit derartig pulsbetriebenen Lichtquellen,
insbesondere Leuchtdioden, betrieben werden, kann in diesem Fall
besonders interessant sein, zu erkennen, wann die Bremse erstmalig
betätigt
wird. Mit dem vorgeschla genen Verfahren kann somit auch ein flackerndes
Signal der Bremslichterkennung effektiv vermieden werden, da die
Bremslichter auch immer im Bild erkennbar sind, wenn diese aufleuchten.
Auch das Erkennen von blinkenden Bremslichtern bei einer relativ
starken Bremsbetätigung
wird dadurch vereinfacht. Darüber
hinaus kann auch bei der Erkennung von Verkehrsampeln, die mit gepulst
betriebenen Leuchtdioden betrieben werden, eine zuverlässige Erkennung
erreicht werden.
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Ein
erfindungsgemäßes System
zur Erkennung eines Objekts weist zumindest ein Objekt auf, welches
zumindest eine Lichtquelle aufweist, die gepulst aufleuchtet. Darüber hinaus
umfasst das System eine Detektoreinheit, durch welche das von der Lichtquelle
emittierte Licht erfassbar ist, wobei abhängig von dem Erfassen des Lichts
das Objekt erkennbar ist. Zur Erfassung des Lichts der Lichtquelle wird
eine mehrfache Belichtung zur Erzeugung eines Bildes durch die Detektoreinheit
durchgeführt
und die gesamte Zeitdauer eines Belichtungsvorgangs mit mehreren
Belichtungen wird größer der
Zeitdauer einer Ausphase der Lichtquelle während einer Periodendauer des
gepulst emittierten Lichts der Lichtquelle eingestellt.
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Das
System gewährleistet
eine zuverlässigere
und genauere Erkennung eines Objekts, das durch zumindest eine gepulst
aufleuchtende Lichtquelle dargestellt wird. Vorzugsweise ist als
gesamte Zeitdauer eines Belichtungsvorgangs mit mehreren Belichtungen
mindestens die Zeitdauer der Periodendauer einer gesamten Anphase
und einer gesamten Ausphase der Lichtquelle eingestellt.
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Als
Objekt ist vorzugsweise eine im Verkehr eingesetzte optische Signaleinrichtung,
insbesondere ein Wechselverkehrszeichen oder eine Leuchte an einem
Fahrzeug oder eine Verkehrsampel, erkennbar. Dies sind lediglich
beispielhaft genannte optische Signaleinrichtungen, welche im Verkehr
vorhanden oder verwendet werden und die Aufzählung und Nennung ist nicht
abschließend
zu verstehen. Prinzipiell kann somit jedes Ob jekt vorgesehen sein,
welches durch gepulst betriebene Lichtquellen angezeigt wird.
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Vorzugsweise
wird als Lichtquelle des Objekts eine Leuchtdiode gepulst betrieben.
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Insbesondere
ist das System als ein Fahrerassistenzsystem ausgebildet, welches
abhängig von
dem erkannten Objekt zum Warnen eines Fahrzeugführers und/oder zum automatischen
Eingriff in das Fahrverhalten des Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung eine Verkehrssituation;
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2 ein
Diagramm, bei dem das Aufleuchten einer Lichtquelle eines Objekts
in Abhängigkeit von
der Zeit dargestellt ist.
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3 ein
Diagramm, bei dem das Durchführen
einer Belichtung durch eine Detektoreinheit abhängig von der Zeit gemäß dem Stand
der Technik dargestellt ist; und
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4 ein
Diagramm, bei dem die Belichtung einer Detektoreinheit in Abhängigkeit
von der Zeit gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt ist.
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In
den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Fahrbahn 1 gezeigt,
welche eine Fahrspur 2 in eine erste Richtung und eine Fahrspur 3 in
eine zur ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung aufweist.
Darüber
hinaus ist in 1 ein Verkehrszeichen 4 gezeigt,
welches als Wechselverkehrszeichen ausgebildet ist. Dazu umfasst
das Verkehrszeichen 4 eine Mehrzahl von Lichtquellen, welche
als Leuchtdioden 5 ausgebildet sind, und welche periodisch
gepulst betrieben werden. Dies bedeutet, dass die Leuchtdioden 5 gleichzeitig oder
zur Darstellung unterschiedlicher Hinweiselemente zumindest zeitweise
gepulst betrieben werden und dadurch somit periodisch eine Anphase
und eine Ausphase aufweisen.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass die Leuchtdioden 5 mit einer Frequenz
der Pulsweitenmodulation von 100 Hz betrieben werden.
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Auf
der Fahrspur 3 befindet sich ein Fahrzeug 6, welches
sich gemäß der Pfeildarstellung
in Richtung des Verkehrszeichens 4 bewegt. Das Fahrzeug 6 umfasst
ein Fahrerassistenzsystem 7, welches zur Umgebungsdetektion
ausgebildet ist und dazu zumindest eine als Kamera ausgebildete
Detektoreinheit 8 aufweist. Das Fahrerassistenzsystem 7 ist
zur Warnung eines Fahrzeugsführers
und/oder zum automatischen Eingriff in das Fahrverhalten des Fahrzeugs 6 ausgebildet,
wobei dies abhängig
von den durch die Detektoreinheit 8 detektierten Umgebungsinformationen
erfolgt.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist die Detektoreinheit 8 zum Erfassen und Erkennen des
Wechselverkehrszeichens 4 ausgebildet. Das Fahrerassistenzsystem 7 umfasst
darüber
hinaus eine Auswerteeinheit 9, welche zum Auswerten der
durch die Detektoreinheit 8 erfassten Informationen ausgebildet
ist.
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In
den nachfolgenden 2 bis 4 sind Diagramme
gezeigt, bei denen die Funktionsweise der Detektoreinheit 8 und
somit auch des Fahrerassistenzsystems 7 näher erläutert wird.
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Dazu
zeigt das Diagramm in 2 den gepulsten Betrieb der
Leuchtdioden 5, wobei in diesem Zusammenhang eine Periodendauer
der gepulst betriebenen Leuchtdioden 5 durch die Zeitdauer
t1 charakterisiert ist. Diese umfasst somit eine gesam te Anphase
der Leuchtdioden und eine gesamte Ausphase der Leuchtdioden 5.
Eine Anphase, während
der die Leuchtdioden 5 aufleuchten, ist durch den Zeitraum
t2 in 2 und 4 dargestellt, wobei in die Ausphase,
während
der eine Leuchtdiode 5 ausgeschaltet ist, durch die Zeitdauer
t3 in diesem Diagrammen dargestellt ist.
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Des
Weiteren ist in 4 eine Zeitdauer t4 gezeigt,
welche die gesamte Zeitdauer eines Belichtungsvorgangs der Detektoreinheit 8 zur
Erzeugung eines einzigen Bildes darstellt. Die Zeitdauer t4 ist
im Ausführungsbeispiel
größer der
Zeitdauer t1 der Periodendauer der Lichtsignale der Leuchtdioden 5.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass die Zeitdauern t2 und t3 der Anphase und der
Ausphase der Leuchtdioden 5 in etwa gleich sind, so dass
das Puls-Pausenverhältnis 50 zu
50 beträgt. Selbstverständlich kann
vorgesehen sein, dass dieses Puls-Pausenverhältnis verändert wird und sogar tageszeitabhängig verändert werden
muss, um eine entsprechende Darstellung des Zeichens erreichen zu
können.
Wesentlich ist, dass gemäß der Darstellung
im Ausführungsbeispiel
die Zeitdauer t4 stets so groß ist,
dass sie größer als
die Zeitdauer t3 der Ausphase der Leuchtdioden 5 ist. Dadurch
kann stets gewährleistet
werden, dass zumindest eine Belichtung des Belichtungsvorgangs während einer
Zeitdauer t2 einer Ansphase der Leuchtdioden 5 durchgeführt wird.
Indem die Zeitdauer t4 so groß gewählt wird, dass
sie zumindest so groß wie
die Zeitdauer t1 der Periodendauer des Lichtsignals ist, kann dadurch auch
bei sich veränderndem
Puls-Pausenverhältnis des
Lichtsignals der Leuchtdioden 5 stets eine Detektion des
Lichts erfolgen. Dies deswegen, da stets zumindest eine der mehrfachen
Belichtungen 10 bis 16 (4) durch
die Detektoreinheit 8 während
einer Anphase der Leuchtdioden 5 erfolgt.
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In 4 ist
gezeigt, dass während
eines Belichtungsvorgangs zur Erzeugung eines einzigen Bildes durch
die Detektoreinheit 8 beispielhaft sieben Belichtungen 10, 11, 12, 13, 14, 15 und 16 durchgeführt werden.
Die Belichtungen 10 bis 16 weisen da bei allesamt
die gleiche Zeitdauer t5 auf, wobei die Zeitdauern t6 der Pausen
zwischen zwei Belichtungen 10 bis 16 größer sind
als die Zeitdauern t5.
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Sowohl
die Anzahl der mehrfachen Belichtungen 10 bis 16 eines
Belichtungsvorgangs als auch die Zeitdauern t5 und t6 sind lediglich
beispielhaft. Auch hier kann die Anzahl der Belichtungen 10 bis 16 kleiner
oder größer sein
und die Puls-Pausenverhältnisse
und somit die Verhältnisse
zwischen den Zeitdauern t5 und t6 können ebenfalls variiert werden. Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass die Zeitdauern t5 abhängig von einer durch die Detektoreinheit 8 erfassten
Verteilung von Helligkeitswerten der erfassten Lichtsignale eingestellt
wird. Insbesondere werden die Zeitdauern so eingestellt, dass stets
ein Bild mit einem gewünschten
Kontrastverhältnis
erzielt werden kann und somit weder eine Unterbelichtung noch eine Überbelichtung
auftritt.
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Auch
die Zeitdauer t7 zwischen zwei Belichtungsvorgängen ist hier lediglich beispielhaft
und kann auch anderweitig ausgestaltet sein. So kann diese Zeitdauer
t7 auch größer oder
kleiner sein als sie in 4 dargestellt ist.
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Im
Vergleich zum gemäß 2 und 4 erläuterten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in 3 ein Belichtungsvorgang, wie
er im Stand der Technik durchgeführt
wird, gezeigt. Dort wird zur Erzeugung eines Bildes lediglich eine
Belichtung durch die Detektoreinheit durchgeführt, welche die Zeitdauer t8
aufweist. Wie aus 3 erkannt werden kann, kann
es dann vorkommen, dass eine Belichtung in einer Ausphase der Leuchtdioden 5 erfolgt,
wie dies durch die Belichtung 17 dargestellt ist. Bei dieser
Bilderzeugung wird somit kein Verkehrszeichen erkannt, da kein Lichtsignal
detektiert werden kann. Fälschlicherweise
wird dann vom Fahrerassistenzsystem vermutet, dass kein Verkehrszeichen 4 vorhanden
oder dies nicht angezeigt wird. Dies kann zur Folge haben, dass
das Fahrerassistenzsystem nicht richtig reagiert und dadurch kritische
Verkehrssituationen hervorgerufen werden.
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In
den Diagrammen gemäß 2 bis 4 sind
durch die Ziffern I und II jeweils die Signalpegel beim Aus- und
beim Einzustand der Leuchtdiode 5 bzw. einer Belichtung 10 bis 16 durch
die Detektoreinheit 8 symbolisiert.