DE102013021958B4 - Verfahren zum Testen und Wiedergeben von dynamischen Lichtverteilungen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1), wobei die Lichteinheit (1) in ihrer Lichtverteilungscharakteristik veränderlich ist, mit folgenden Schritten:
– Erzeugen wenigstens einer Lichtverteilung (2, 3, 4) mittels der Lichteinheit (1) während eines Referenzbetriebs,
– Erfassen wenigstens einer Referenz-Leuchtdichte der wenigstens einen Lichtverteilung (2, 3, 4) während des Referenzbetriebs mittels einer Kamera mit einer Referenzaufnahmezeit,
– Abspeichern der wenigstens einen Referenz-Leuchtdichte in einer Bibliothek,
– Simulieren wenigstens eines Einflussparameters (6) während eines Testbetriebs, wobei die wenigstens eine Lichtverteilung (2, 3, 4) der Lichteinheit (1) in Abhängigkeit des wenigstens einen Einflussparameters (6) erzeugt wird und eine Test-Leuchtdichte aufweist,
– Erfassen der wenigstens einen Test-Leuchtdichte der Lichtverteilung (2, 3, 4) während des Testbetriebs mittels einer weiteren Kamera mit einer Testaufnahmezeit,
– Zuordnen der wenigstens einen Test-Leuchtdichte zu der jeweiligen Referenz-Leuchtdichte und
– Wiedergeben der wenigstens einen Referenz-Leuchtdichte in Abhängigkeit der wenigstens einen erfassten Test-Leuchtdichte.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen und Darstellen von dynamischen Lichtverteilungen mit hoher photometrischer Genauigkeit bzw. Auflösung, vorzugsweise von Lichtverteilungen eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs, als Reaktion auf die Lichtverteilung beeinflussende Einflussparameter entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1.
• Stand der Technik
• Aus der Patentschrift DE 38 26 813 C2 ist ein Verfahren zur Wiedergabe einer Szene für die Scheinwerfer-Entwicklung bekannt. Dabei wird zunächst eine reale Szene mit einem Analyse-Scheinwerfer stationär oder bewegt mit einer Kamera aufgenommen. Bei der Wiedergabe der Szene wird die Helligkeit ortsabhängig korrigiert. Der Korrekturfaktor wird aus dem Verhältnis der Lichtstärke des zu prüfenden Scheinwerfers und des Analysescheinwerfers ermittelt. Das Verfahren ermöglicht zwar die Darstellung einer Lichtverteilung in einer realen Szene, kann aber keine dynamische Lichtverteilung der Scheinwerfer als Reaktion auf Einflussparameter testen.
• Die Offenlegungsschrift DE 198 60 676 A1 offenbart eine Visualisierungseinrichtung für die von wenigstens einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs bewirkte Beleuchtung vor einem Fahrzeug. Dazu wird ebenfalls eine Szene im Vorfeld des fahrenden Fahrzeugs aufgezeichnet. Anschließend werden zu testende Lichtverteilungen anhand von vorgegebenen Modellen vereinfacht simuliert und bei der Wiedergabe der aufgezeichneten Szene in dieser dargestellt. Die Visualisierungseinrichtung ermöglicht ebenfalls die Darstellung unterschiedlicher Lichtverteilungen in einer realen Szene, kann aber ebenfalls keine dynamische Lichtverteilung der Scheinwerfer als Reaktion auf Einflussparameter testen. Darüber hinaus kann durch die vereinfachte Simulation der zu testenden Lichtverteilungen keine reale Darstellung der Lichtverteilungen erreicht werden.
• Die DE 10 2010 006 190 A1 beschreibt ein Verfahren zum Justieren zumindest einer Lichteinheit eines Fahrzeugs, bei dem mittels einer Lichtquelle zumindest eine spezifische Lichtverteilung erzeugt wird. Das Bild der Lichtverteilung wird von einer Bilderfassungseinheit des Fahrzeugs erfasst. Es wird eine horizontale und/oder vertikale Position eines vorgegebenen Teils der Lichtverteilung ermittelt und mit einer Sollposition verglichen. Bei einer Abweichung erfolgen eine Hinweismeldung und/oder eine Justierung der Lichteinheit. Dabei ist es weder möglich, die Lichtverteilungen dynamisch zu testen noch diese darzustellen.
• Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 013 336 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufnahme von mittels eines Videoprojektors projizierbaren Vorlagenbildern anhand einer Kamera. Dem Videoprojektor sind Vorlagenbilder zuführbar. Die Bildausgabeeinheit des Videoprojektors ist auf eine Bildebene der Kamera ausgerichtet, um die Vorlagenbilder direkt auf die Bildebene zu projizieren. Damit ist es möglich, den Betrieb von Fahrerassistenzvorrichtungen und/oder Sicherheitsvorrichtungen eines Fahrzeugs zu simulieren.
• Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 024 961 A1 beschreibt ein Verfahren zur Aufnahme des Leuchtdichtefeldes von Fahrzeugscheinwerfern, bei welchem eine über dem durch den Fahrzeugscheinwerfer ausgeleuchteten Straßenbereich angeordnete Leuchtdichtemesskamera aus einer Sicht von oben das durch die Oberfläche der Straße zur Kamera reflektierte Licht erfasst und entsprechend der Bildpunktrasterung des digitalen Bildsensors der Kamera ein aufgelöstes, entsprechend der Leuchtdichte differenziertes Rasterbild ermittelt, aus dem unter Kenntnis der geometrischen Abmessungen des Kamerastandortes und der optischen Eigenschaften von Objektiv und Bildsensor ein von der Straße zur Kamera reflektiertes Beleuchtungsstärkefeld ermittelt wird. Der Fahrzeugscheinwerfer und die Kamera bewegen sich relativ zueinander entlang der Abstrahlungsachse des Fahrzeugscheinwerfers. Die dabei erfassten Einzelbilder werden zu einem Gesamtbild des Leuchtdichtefelds des Fahrzeugscheinwerfers zusammengesetzt. Diese Offenlegungsschrift beschreibt eine effiziente Möglichkeit zur Erfassung der Leuchtdichte von Lichtverteilungen von Lichteinheiten. Deren Offenbarungsgehalt wird hiermit explizit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung einbezogen.
• Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 046 517 A1 betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren und Justieren zumindest einer Lichteinheit eines Fahrzeugs, bei dem mittels der Lichteinheit eine spezifische Lichtverteilung erzeugt und mittels zumindest einer Bilderfassungseinheit des Fahrzeugs in zumindest einem Bild erfasst wird, wobei anhand einer Auswertung des Bilds zumindest eine horizontale und/oder vertikale Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung ermittelt und mit Sollwerten verglichen wird und wobei bei einer Abweichung der ermittelten Hell-Dunkel-Grenze von den Sollwerten die Lichteinheit automatisch justiert wird.
• Die Offenlegungsschrift DE 41 22 531 A1 offenbart eine Einrichtung zur Regelung der Leuchtweite von Scheinwerfern von Kraftfahrzeugen mit den Scheinwerfern zugeordneten Verstelleinrichtungen und mit einem Sensor, der den Beladungszustand des Kraftfahrzeugs erfasst und in Abhängigkeit davon erzeugte Signale einer Auswerteeinrichtung zuführt, die die Verstelleinrichtung zur Konstanthaltung der Leuchtweite der Scheinwerfer ansteuert. Der Sensor ist ein optoelektronischer Sensor, der eine Ausleuchtungssituation in Form des von der Fahrbahn oder von vor dem Kraftfahrzeug liegenden Hindernissen reflektierten Lichts im von den Scheinwerfern ausgeleuchteten Bereich erfasst. Die Auswerteeinheit vergleicht die Ist-Ausleuchtungssituation mit der Soll-Ausleuchtungssituation. In Abhängigkeit des Vergleichs wird die Verstelleinrichtung angesteuert, bis die Ausleuchtung durch die Scheinwerfer annähernd der Soll-Ausleuchtung entspricht.
• Aufgabe der Erfindung
• Vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, dynamische Lichtverteilungen als Reaktion auf Einflussparameter zu testen und die resultierende dynamische Lichtverteilung photometrische hochaufgelöst darzustellen.
• Vorteile der Erfindung
• Die Umsetzung des vorliegenden Erfindungsgegenstandes ermöglicht es, dynamische Lichtverteilungen einer Lichteinheit zu testen und anschließend das Testergebnis hochaufgelöst darzustellen. Dadurch kann die tatsächliche Reaktion der Lichteinheit auf Einflussparameter anhand deren realer Wirkung im Umfeld überprüft werden. Die photometrische Auflösung bezieht sich dabei auf die Größenordnung des Dynamikumfangs der Lichtverteilung. Der in der digitalen Fotographie übliche Begriff der Auflösung, der die Punktdichte einzelner wahrnehmbarer Elemente, sogenannter Pixel, angibt, wird erweitert um die Skalierung des Dynamikumfangs der Leuchtdichte. Der Dynamikumfang umfasst sämtliche angezeigten bzw. dargestellten Leuchtdichten von einer unteren natürlichen Grenze, beispielsweise die untere skotopische Sehschwelle des menschlichen Auges oder einer willkürlich festgelegten praktikablen Grenze von bspw. 0,001cd/m², bis zur maximalen angezeigten bzw. dargestellten Leuchtdichte, die im Falle von dynamischen Lichtverteilungen bei mehreren 10cd/m² liegen können. Der Dynamikumfang setzt sich aus mehreren Dynamikbereichen zusammen, die jeweils Teilmengen des Dynamikumfangs bilden und anhand der gewünschten darzustellenden photometrischen Auflösung, der zu untersuchenden Bereiche der Lichtverteilung und/oder technischer Erfassungsbedingungen abgegrenzt werden.
• Erreicht wird die Lösung der Aufgabe durch ein Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen einer Lichteinheit gemäß dem Patentanspruch 1. Eine Lichteinheit kann jedwede Lichtquelle sein, die eine veränderliche Lichtverteilungscharakteristik aufweist. Eine veränderliche Lichtverteilungscharakteristik bedeutet, dass die Lichteinheit den Strahlengang der von ihr ausgesendeten Lichtstrahlen gezielt verändern bzw. variieren kann. Jede dabei mögliche Variation erzeugt eine eigene Lichtverteilung als Summe aller abgelenkten, nicht abgelenkten und gerichteten Lichtstrahlen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Lichteinheit um einen Fahrzeugscheinwerfer, welcher aufgrund von Einflussparametern seine Lichtverteilung dynamisch verändert. Dynamisch bedeutet, dass die Lichtverteilung in Echtzeit in Abhängigkeit von bzw. als Reaktion auf diese Einflussparameter variiert werden kann. Derartige Scheinwerfer sind inklusive deren Ansteuerung bekannt und werden in Fahrzeugen unter anderem als Adaptive Front-Lighting System (AFS), Lichtassistent, aktives Licht oder Leuchtweitenregulierung bezeichnet. Einflussparameter stellen sämtliche geplante Zustände in und um die Lichteinheit dar, auf die gezielt automatisiert oder manuell durch Veränderung der Lichtverteilung reagiert werden kann. Die Einflussparameter werden durch Sensoren ermittelt, die Fahrzeug- und Umfeldbedingungen erfassen. Fahrzeugbedingungen können Fahrparameter, wie Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs, umfassen. Fahrzeugbedingungen können auch Fahrzeugparameter, wie Lenkwinkel, Nickwinkel, Schalterstellungen und so weiter, umfassen. Die Fahrzeugbedingungen werden durch entsprechende Sensoren, wie Beschleunigungssensoren oder Raddrehzahlsensoren, erfasst. Umfeldbedingungen können erfasste Objekte im Umfeld des Fahrzeugs, wie vorausfahrende Fahrzeuge, entgegenkommende Fahrzeuge, weitere Verkehrsteilnehmer, wie Fahrradfahrer oder Fußgänger, aber auch Verkehrsschilder, Fahrbahnmarkierungen und -begrenzungen, auf dem Fahrweg vorhandene Tiere, die Art der befahrenen Fahrbahn, wie Landstraße oder Autobahn, oder Straßenverläufe sein. Diese Umfeldbedingungen werden durch Umfeldsensoren, wie RADAR-, Ultraschall- oder LIDAR-Sensoren, optische Erfassungsmittel, wie Kameras in sichtbaren und nicht sichtbaren Lichtspektren, oder durch Positionserfassungsmittel, wie GPS-Sensoren, in Verbindung mit einer digitalen Karte erfasst.
• Werden Fahrzeug- oder Umfeldbedingungen als Einflussparameter auf die Lichtverteilung der Lichteinheit erkannt, wird die Lichtverteilung entsprechend dieser Einflussparameter verändert. Erkennt die Kamera beispielsweise ein entgegenkommendes Fahrzeug, wird die Lichtverteilung derart verändert, dass das entgegenkommende Fahrzeug nicht geblendet wird. Dabei wird der Bereich, in dem sich das entgegenkommende Fahrzeug befindet, in der Lichtverteilung der Lichteinheit ausgespart. Derartige Systeme sind mit der Vielzahl an Einflussparametern und Funktionsweisen bekannt. Problematisch ist bisher, dass die meisten schnellen dynamischen Wechsel der Lichtverteilungen bei Tests nicht hinreichend genau, also photometrisch hochaufgelöst dargestellt werden können, um den tatsächlichen Verlauf der Lichtverteilungen mit allen ihren Wirkungen, z. B. Blendwirkung, darstellen und überprüfen zu können.
• Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt zur Lösung dieses Problems im ersten Schritt während eines Referenzbetriebs wenigstens eine Lichtverteilung mittels der in ihrer Lichtverteilungscharakteristik veränderlichen Lichteinheit. Erzeugen bedeutet, dass die Lichteinheit in Verbindung mit einer geeigneten Ansteuerung derart zum Ausstrahlen von Licht angeregt wird, dass die ausgestrahlten Lichtstrahlen gezielt in ihrem Strahlengang beeinflusst werden. Sämtliche Lichtverteilungen, die von der Lichteinheit erzeugt werden, sind innerhalb eines Parameterraums der Lichtverteilungscharakteristik identifizierbar. Unabhängig davon ob die veränderliche Lichtverteilung mittels einer analogen oder digitalen Maskierungssteuerung, einer analogen oder digitalen Walzensteuerung oder eines analog oder digital verstellbaren Spiegelfeldes erzeugt wird, ist für jeden Einflussparameter ein funktionaler Zusammenhang zur Ansteuerung der mechanischen, optischen oder elektrischen Mittel hinterlegt, welche die Lichtverteilung bzw. den gezielten Strahlengang physisch erzeugen und verändern. Somit können allen möglichen Lichtverteilungen durch Einflussparameter und/oder funktionale Zusammenhänge beschrieben werden. Die Gesamtheit der Einflussparameter und/oder der funktionalen Zusammenhänge ergeben den Parameterraum. Durch Auswahl eines Parameters oder einer Parameterkombination aus dem Parameterraum wird eine zugehörige Lichtverteilung erzeugt. Vorzugsweise werden mehrere mögliche und besonders bevorzugt werden alle möglichen erzeugbaren oder alle für das Testen notwendigen Lichtverteilungen erzeugt.
• Im nächsten Schritt wird die wenigstens eine Lichtverteilung von einer Kamera erfasst, die die Leuchtdichte bzw. das Leuchtdichtefeld, im Folgenden als Referenz-Leuchtdichte bezeichnet, der Lichtverteilung erfasst. Dies kann direkt oder indirekt über sogenannte Nah- oder Fernfeldgoniometer erfolgen. Dies kann auch indirekt über eine Leuchtdichtemesskamera oder eine andere optische Aufnahmevorrichtung, die die vorhandene Leuchtdichte entsprechend des aufgenommenen bzw. erfassten Bildes erstellt bzw. ausgibt, erfolgen, wobei die optische Aufnahmevorrichtung das von der Lichteinheit ausgesendete und an einer Oberfläche reflektierte Licht erfasst. Die Oberfläche kann eine horizontale oder senkrechte Ebene sein. Vorzugsweise handelt sich um eine horizontale Ebene. Das Erfassen der Referenz-Leuchtdichte erfolgt besonders bevorzugt entsprechend dem Verfahren in der explizit in den Offenbarungsgehalt vorliegender Erfindung einbezogenen Offenlegungsschrift DE 10 2009 024 961 A1 . Es wird ein photometrisch hochaufgelöstes Leuchtdichtefeld mit einer Referenzaufnahmezeit erfasst. Die Referenzaufnahmezeit umfasst im Wesentlichen die Belichtungszeit für eine oder mehrere Aufnahmen der Referenz-Leuchtdichte. Die photometrisch hochaufgelöste Erfassung unterschiedlicher Dynamikbereiche kann unterschiedliche Belichtungszeiten erfordern, weshalb eine Lichtverteilung durch mehrere Einzelaufnahmen mit jeweils unterschiedlichen Belichtungseinstellungen der Kamera, im Wesentlichen unterschiedlichen Belichtungszeiten, erfasst werden kann. Im Falle einer Erfassung der Lichtverteilung mittels mehrerer Einzelaufnahmen umfasst die Referenzaufnahmezeit zusätzlich die Zeit zwischen den einzelnen Belichtungen. Die für eine hochaufgelöste Aufnahme erforderliche Referenzaufnahmezeit kann, für Lichtverteilungen welche Ereignisgesteuert in der Realität nur kurzzeitig auftreten, höher sein als die tatsächliche Ausstrahlzeit der Lichtverteilung in der Realität. Die tatsächliche Ausstrahlzeit der Lichtverteilung in der Realität ist die Zeit, die eine Lichtverteilung unter realen Einflussparametern ausgestrahlt wird, bevor aufgrund veränderter Einflussparameter eine weitere Lichtverteilung erzeugt und ausgestrahlt wird. Dies kann auch als Echtzeit bezeichnet werden. In Fällen, in denen keine oder konstante Einflussparameter vorliegen, kann die erforderliche Referenzaufnahmezeit auch kleiner sein als die tatsächliche Ausstrahlzeit. Diese Fälle sind im Allgemeinen beim Testen von dynamischen Lichtverteilungen unkritisch und/oder nicht interessant. Die tatsächliche Ausstrahlungszeit der Lichtverteilung wird für in Echtzeit nur kurz auftretende Lichtverteilungen zum Zweck einer hochaufgelöste Aufnahme im Referenzbetrieb wenigstens auf das Maß der erforderlichen Referenzaufnahmezeit verzögert bzw. ausgedehnt. Somit kann ein hochaufgelöstes Referenzbild auch für kurzzeitig auftretende Lichtverteilungen erzeugt werden. Wie bereits erwähnt, ist es das Ziel, die Lichtverteilung mit hoher photometrischer Auflösung über einen großen, möglichst vollen Dynamikumfang zu erfassen. Die Aufnahmezeit steht dabei in direktem Zusammenhang mit dem erfassbaren Dynamikbereich und hängt im Wesentlichen von den Eigenschaften der Kamera ab. Eine Kamera mit hohem Lichtaufnahmevermögen, z. B. durch lichtstarke Objektivgestaltung oder empfindliche Sensoren, kann einen definierten Dynamik- bzw. Helligkeitsbereich mit einer geringeren Belichtungszeit hochaufgelöster erfassen als eine Kamera mit relativ niedrigerem Lichtaufnahmevermögen. Die Belichtungszeiten von mehreren Aufnahmen sind vorteilhafterweise variabel, wodurch unterschiedliche Dynamikbereiche der Lichtverteilung entsprechend ihrer Leuchtdichte erfasst werden. So werden Dynamikbereiche mit relativ geringer Leuchtdichte länger belichtet, als Dynamikbereiche mit relativ höherer Leuchtdichte. Die Referenz-Leuchtdichte kann dabei aus mehreren Aufnahmen zusammengesetzt werden, entweder kameraintern durch geeignete Ausleseverfahren des Sensors oder nachträglich durch die Verwendung geeigneter Bearbeitungsprogramme. Alternativ oder zusätzlich können auch einzelnen Dynamikbereichen fest zugeordnete Belichtungszeiten zugeordnet sein. Beispielhafte Zuordnungen sind:
• – 5s (Aufnahmezeit) für 0,001 bis 0,1cd/m² (Leuchtdichte)
• – 1s für 0,1cd/m² bis 1 cd/m²
• – 0,1s für 1cd/m² bis 10cd/m²
• – 0,05s für 10cd/mm² bis 30cd/m².
• Diese Zuordnung ist immer abhängig von der verwendeten Kamera und weiteren Belichtungseinstellungen wie Blendenweite und Lichtempfindlichkeit. Die oben genannten beispielhaften Zuordnungen verdeutlichen diesen Zusammenhang. Eine Kamera mit hohem Lichtaufnahmevermögen, z. B. durch lichtstarke Objektivgestaltung oder empfindliche Sensoren, könnte den Dynamikbereich von 0,001 bis 0,1cd/m² beispielsweise mit einer Belichtungszeit von unter 5s hochaufgelöst erfassen. Die Referenzaufnahmezeit ist in einer bevorzugten Ausführungsform größer als 1000ms, besonders bevorzugt größer als 2000ms und ganz besonders bevorzugt größer als 5000ms. Damit sind die Belichtungszeiten an die zu erfassenden Leuchtdichten und die erforderliche Genauigkeit anpassbar. Die Ausstrahlungszeit im Referenzbetrieb ist entsprechend ebenfalls größer als 1000ms. Somit erfolgt die Erfassung der Referenz-Leuchtdichte in Abhängigkeit des Dynamikumfangs der Lichtverteilung, wobei die Erfassung über die Referenzaufnahmezeit gesteuert wird.
• Die Referenz-Leuchtdichte der Lichtverteilung wird quasi statisch erfasst. Quasi statisch deshalb, weil die Veränderung der Lichtverteilung im Parameterraum analog erfolgen kann, z. B. mittels mechanischer Verstellmittel, und diese Veränderung nicht nur eingefroren (statisch) sondern auch verlangsamt (quasi statisch) werden kann. Dadurch werden analoge Veränderungen der Lichtverteilungen erfassbar. Bei digitalen Veränderungen der Lichtverteilung im Parameterraum durch digital wirkende Verstellmittel erfolgt eine statische Erfassung, wobei die jeweilige Lichtverteilung nur eingefroren und die Veränderung der Lichtverteilung nicht verlangsamt werden muss. Es wird also wenigstens eine, bevorzugt viele und besonders bevorzugt alle möglichen oder alle für das Testen notwendigen Lichtverteilungen innerhalb des Parameterraums erfasst. Vorteilhafterweise wird dadurch der volle Dynamikumfang der Leuchtdichte der wenigstens einen Lichtverteilung erfasst. Dadurch, dass die Bereiche mit hohen und niedrigen Leuchtdichten mit hoher photometrischer Genauigkeit bzw. Auflösung erfasst werden, wird der volle Dynamikumfang erfasst und es können Hochkontrastbilder dargestellt werden.
• Anschließend wird die erfasste Referenz-Leuchtdichte in einer Bibliothek abgespeichert. Die Abspeicherung erfolgt bevorzugt digital in einer Datenbank. Die Referenz-Leuchtdichten können mit den jeweiligen Parametern bzw. Parameterkombinationen assoziiert abgespeichert werden. Vorteilhafterweise sind dadurch weitere Test- und Auswertealternativen, z. B. die Analyse einzelner Referenz-Leuchtdichten im Parameterraum, möglich.
• Im folgenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein Einflussparameter im Testbetrieb simuliert. Dabei verändert sich die Lichtverteilung in Abhängigkeit dieses Einflussparameters bzw. als Reaktion auf diesen Einflussparameter. Diese wenigstens eine Lichtverteilung weist wenigstens eine Leuchtdichte bzw. wenigstens ein Leuchtdichtefeld, im Folgenden als Test-Leuchtdichte bezeichnet, auf. Die Simulation kann auf unterschiedliche bekannte Arten ermöglicht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, einer für die Ansteuerung der Lichteinheit zuständigen Steuereinheit Signale vorzugeben, die Fahrzeug- und Umfeldbedingungen, wie sie in der Realität von den Fahrzeug- und Umfeldsensoren ausgegeben werden, repräsentieren. Vorteilhafterweise wird dadurch das Testen einer Lichteinheit in einem frühzeitigen Entwicklungsstadium möglich, weil lediglich die Lichteinheit und die Steuereinheit für den Test notwendig sind. Es versteht sich, dass das Anlegen dieser Signale und damit das Testen ebenfalls in jedem weiteren Entwicklungs- und Fertigungszustand des Fahrzeugs möglich sind. Dieses Vorgehen wird allgemein als Hardware-in-the-Loop (HIL) Verfahren bezeichnet. Weiterhin kann das Simulieren durch künstliches Darstellen eines virtuellen Umfeldes erfolgen. Dabei werden den Fahrzeug- und Umfeldsensoren Fahrzeug- und Umfeldbedingungen vorgetäuscht, auf deren Basis die Fahrzeug- und Umfeldsensoren Signale an die Steuereinheit abgeben, welche wiederrum die Fahrzeug- und Umfeldbedingungen repräsentieren. Das Vortäuschen erfolgt beispielsweise optisch durch die Anordnung eines Projektors derart, dass beliebige, insbesondere auch computergenerierte Bilder und Videos direkt auf die Bildebene eines optischen Sensors, wie einer hinter der Windschutzscheibe angeordneten Fahrzeugkamera, projiziert werden können (vergleiche DE 10 2010 013 336 A1 ).
• Vorteilhafterweise kann dadurch die Wirkungskette Sensor-Lichtverteilung getestet werden. Die Simulation der Einflussparameter weist den großen Vorteil auf, dass wiederholbare Testfälle generiert und ausgeführt werden können. Dadurch werden Tests derselben Lichteinheit genauso wie Tests unterschiedlicher Lichteinheiten vergleichbar. Es versteht sich, dass die Darstellung nicht auf das sichtbare Spektrum des Lichtes beschränkt ist. Es können auch nichtsichtbare Spektren des Lichtes dargestellt werden oder andere elektromagnetische Strahlungen, wie z. B. RADAR, verwendet werden, um ein Fahrzeugumfeld zu simulieren. Schließlich ist es auch möglich, das gesamte Fahrzeug in einer Probefahrt zu testen. Dies wird bereits angewendet und bietet nicht oder nur eingeschränkt den Vorteil der Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit. Zum Beispiel können bei einer realen Autofahrt Umfeldbedingungen und besondere Situationen nicht wiederholt und vergleichbar getestet werden. Vorzugsweise werden mehrere Einflussparameter parallel oder sequenziell simuliert. Es kann ein entgegenkommendes Fahrzeug simuliert werden (sequenziell), wobei durch die örtliche Veränderung des entgegenkommenden Fahrzeuges relativ zu der zu testenden Lichteinheit ein Großteil der relevanten Parameter aus dem Parameterraum für den Fall des Gegenverkehrs getestet werden kann. Entsprechend dieser Vorgehensweise können Fußgänger, Tiere und Verkehrsschilder simuliert werden, die von der Lichteinheit angeleuchtet oder nicht angeleuchtet, also z. B. ausgespart werden sollen. Weiterhin vorteilhaft wird dabei die Lichtverteilung dynamisch in Echtzeit getestet.
• Dazu wird im nächsten Schritt die wenigstens eine Test-Leuchtdichte der Lichtverteilung im Testbetrieb mittels einer weiteren Kamera, vorzugsweise einer weiteren Leuchtdichtekamera, mit einer Testaufnahmezeit erfasst. Die Kamera kann dieselbe Kamera wie die zur Erfassung der Referenz-Leuchtdichte oder eine tatsächlich weitere Kamera sein. Insbesondere kann die weitere Kamera eine weniger gut auflösende Kamera sein, wodurch die Aufnahme der Test-Leuchtdichten kostengünstiger als die Aufnahme der Referenz-Leuchtdichten sein kann. Die Erfassung kann auf dieselbe Art wie die Erfassung der Referenz-Leuchtdichte oder eine andere Art vorgenommen werden. Die Testaufnahmezeit der Test-Leuchtdichte ist dabei geringer als oder höchsten genauso groß wie die tatsächliche Ausstrahlungszeit der Lichtverteilung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Testaufnahmezeit kleiner als 50ms. Besonders bevorzugt ist die Testaufnahmezeit kleiner als 10ms, wodurch eine höhere zeitliche Auflösung erreicht wird. Vorteilhafterweise wird dadurch sichergestellt, dass jede sich verändernde Lichtverteilung innerhalb deren tatsächlicher Ausstrahlungszeit aufgenommen wird und keine Doppelbelichtung mehrerer Lichtverteilungen stattfindet. Die kurze Aufnahmezeit erlaubt nicht die Aufnahme des vollen Dynamikumfang der Test-Leuchtdichte mittels der Kamera. Bevorzugt werden wenigstens die Dynamikbereiche erfasst, die ausreichend hohe Leuchtdichten zur Generierung eines eindeutig auswertbaren Signal-Rausch-Verhältnisses aufweisen. In vorteilhafterweise wird dabei die dynamische Änderung der Lichtverteilung der Lichteinheit in Echtzeit, also innerhalb der tatsächlichen Ausstrahlungszeit, aufgenommen.
• Anschließend wird die wenigstens eine aufgenommene Test-Leuchtdichte je einer Referenz-Leuchtdichte der vorher aufgenommenen Referenzaufnahmen zugeordnet. Dies erfolgt mithilfe von photogrammetrischer Auswerteverfahren, z. B. computergestützten Matching-Verfahren über Passpunkte. Um den Rechenaufwand des Computers zu minimieren, kann die Referenz-Leuchtdichte beim Abspeichern in der Bibliothek auf notwendige bzw. zur eindeutigen Zuordnung ausreichende Stützstellen oder Passpunkte, wie Eck- oder Extremwerte, untersucht werden. Diese Stützstellen können ebenfalls in der Bibliothek abgespeichert und mit der jeweiligen Referenz-Leuchtdichte assoziiert werden. Die Zuordnung der wenigstens einen Test-Leuchtdichte zu einer Referenz-Leuchtdichte erfolgt dann über die Zuordnung der Test-Leuchtdichte zu den Stützstellen und anschließende Assoziierung der Stützstellen mit einer Referenz-Leuchtdichte. Als Stützstellen können beispielsweise markante Ausprägungen der Lichtverteilung, wie der örtlich aufgelöste Verlauf einer Hell-Dunkel-Grenze, verwendet werden.
• Schließlich wird die wenigstens eine Referenz-Leuchtdichte in Abhängigkeit der wenigstens einen erfassten Test-Leuchtdichte wiedergegeben. Dies kann in Echtzeit parallel zur Simulation oder im Anschluss an den Test erfolgen. Dabei können zusätzlich die simulierten Einflussparameter in Form von Fahrzeug- und Umfeldbedingungen dargestellt werden. Wiedergeben heißt, die den Test-Leuchtdichten zugeordneten Referenz-Leuchtdichten im zeitlichen Ablauf der Test-Leuchtdichten optisch oder als Datensatz zur Verfügung bzw. zur Beurteilung zu stellen. Das Wiedergeben kann in Form von bewegten Bildern, wie Videos, oder als Datensatz, welcher die resultierenden also tatsächlichen Leuchtdichten enthält, erfolgen. Vorteilhafterweise können im letzten Fall weitere Analysen, wie die Berechnung von Vorwärtsreflexionen und damit einhergehende Blendungen anderer Verkehrsteilnehmer, die als Umfeldbedingung die veränderte Lichtverteilung hervorgerufen haben, mit den ermittelten Daten vorgenommen werden.
• Wie bereits beschrieben, unterteilt sich das erfindungsgemäße Verfahren in einen Referenzbetrieb und einen Testbetrieb. Der Referenzbetrieb dient dem vorzugsweise einmaligen Erfassen von Referenz-Leuchtdichten der möglichen Lichtverteilungen in hoher photometrischer Auflösung. Der Testbetrieb greift auf diese erfassten Referenz-Leuchtdichten zurück und kann aufgrund der Durchführung in Echtzeit, also innerhalb der tatsächlichen Ausstrahlungszeit der Lichtverteilungen, mehrmals wiederholt werden. Dabei werden verschiedene Testfälle generiert, welche die unterschiedlichsten Einflussparameter und Einflussparameterkombinationen umfassen. Dies sichert die Wiederholbarkeit und die Vergleichbarkeit der Testergebnisse. Es können dynamische Lichtverteilungen auf ihre korrekte Funktion untersucht und bei Bedarf kalibriert werden. Es kann eine weiterführende Analyse der Leuchtdichten und Lichtverteilungen erfolgen und sekundäre Effekte, wie Blendungen durch Vorwärtsreflexionen, identifiziert und entsprechend eliminiert werden. Dies alles kann im Lichtlabor stattfinden und es sind keine Testfahrten, vor allem keine Nachtfahrten mehr nötig.
• Ausführungsbeispiel
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
• Hierbei zeigen:
• 1 zwei Lichtverteilungen zur Erfassung einer Test- oder Referenz-Leuchtdichte und
• 2 drei gemeinsam mit einer Umfeldbedingung dargestellte Lichtverteilungen.
• In 1a ist eine Lichteinheit 1 gezeigt, die eine Lichtverteilung 2 mit einer optischen Achse A auf einer Oberfläche 5 erzeugt. Die Lichtverteilung 2 kann ein Landstraßenlicht sein, das von der Lichteinheit 1 auf Basis von Steuersignalen einer nicht gezeigten Steuereinheit erzeugt wird. Die zur Erzeugung der Lichtverteilung 2 relevanten Parameter sind beispielsweise das Erkennen einer Landstraße ohne Kurve, ohne Gegenverkehr, ohne Wildwechsel und ohne Verkehrszeichen. Die Lichtverteilung 2 wird solange von der Lichteinheit 1 erzeugt, bis eine nicht dargestellte Leuchtdichtemesskamera die Lichtverteilung 2 mit hoher photometrischer Auflösung als Referenz-Leuchtdichte erfasst hat. Bei einer realen Autofahrt wäre die Anzeigezeit der Lichtverteilung 2 unter Umständen kürzer als die Erfassungszeit der Referenz-Leuchtdichte, weil z. B. Bodenwellen den Nickwinkel des Fahrzeugs verändern würden und somit die Leuchtweitenregulierung eingreifen würde. 1b zeigt eine weitere Lichtverteilung 3, die aufgrund anderer Parameter als in 1a erzeugt wird. Beispielweise könnte ein oben beschriebener Nickwinkel des Fahrzeugs und damit der Lichteinheit 1 verändert worden sein oder es wird ein entgegenkommendes Fahrzeug angenommen. In beiden Fällen wird sich die Leuchtweite verändern, hier verkürzen, um Blendungen auszuschließen. Die weitere Lichtverteilung 3 kann sich beim Beispiel des entgegenkommenden Fahrzeugs auch Gabeln, wobei das entgegenkommende Fahrzeug vom Lichtkegel der Lichteinheit 1 ausgeblendet werden würde. Es sind jede Menge weiterer Lichtverteilungen 3 denkbar und vom Fachmann unmittelbar und eindeutig auf Basis des vorliegenden Beispiels erkennbar. Aufgrund der Übersichtlichkeit der Figuren und der Beschreibung wird im Folgenden von einem entgegenkommenden Fahrzeug ausgegangen. Dementsprechend wird die weitere Lichtverteilung 3 in 1b erzeugt und ebenfalls solange beibehalten, wie die Erfassung der weiteren Referenz-Leuchtdichte durch die Leuchtdichtemesskamera dauert. Auf die Art werden sämtliche für zukünftige Testfälle notwendigen Lichtverteilungen 2, 3 erzeugt und mit hoher photometrischer Auflösung erfasst. Die erfassten Referenz-Leuchtdichten werden in einer nicht dargestellten Datenbank abgespeichert.
• Anschließend werden die Lichtverteilungen 2, 3 dynamisch getestet. Dazu werden der nicht dargestellten Steuereinheit Signale von Sensoren vorgegeben. Diese können als ein veränderter Nickwinkel oder ein erkanntes entgegenkommendes Fahrzeug erfolgen. Dies geschieht in Echtzeit, das heißt, das entgegenkommende Fahrzeug nähert sich mit einer für eine Landstraße typischen Relativgeschwindigkeit von beispielsweise 200km/h. Die Lichteinheit 1 erzeugt basierend auf dem Einflussparameter „entgegenkommendes Fahrzeug“ eine gegabelte oder verkürzte weitere Lichtverteilung 3. Die Veränderung der Lichtverteilung 2 zur weiteren Lichtverteilung 3 erfolgt sehr schnell. Daher können die Test-Leuchtdichten von der Leuchtdichtemesskamera nicht mit voller photometrischer Auflösung erfasst werden. Es werden also lediglich die Bereiche der Lichtverteilungen 2, 3 erfasst, die ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen. Dies sind vor allem die hellen Bereiche, besonders an der Hell-Dunkel-Grenze. Diese Bereiche werden als Stützstellen ausgewählt und mit den Referenz-Leuchtdichten, vorzugsweise mit den bereits nach diesen Stützstellen analysierten Referenz-Leuchtdichten abgeglichen. Die Einflussparameter, die Anzeigezeit sowie die Anzeigereihenfolge der jeweiligen Lichtverteilungen 2, 3 werden gesondert abgespeichert.
• In 2 ist die anschließende Darstellung der jeweiligen Referenz-Leuchtdichten der Lichtverteilungen 2, 3 sowie der Einflussparameter, hier ein entgegenkommendes Fahrzeug 6, dargestellt. In 2a und 2b sind die Veränderungen der Lichtverteilungen 2, 3 als korrekte Reaktion auf ein entgegenkommendes Fahrzeug 6 zu sehen. 2c zeigt eine nicht korrekte Lichtverteilung 4, bei der es zur Blendung des entgegenkommenden Fahrzeugs 6 kommt. Durch die Nutzung der Referenz-Leuchtdichten anstatt der in Echtzeit erfassten Test-Leuchtdichten kann das reale Verhalten der Lichteinheit 1 überprüft und entsprechend nachgestellt oder kalibriert werden. Auch ist es möglich, weitere Umfeldbedingungen, z. B. eine nasse Straße, durch Darstellen der hervorgerufenen Lichtverteilungen 2, 3 nachträglich zu bestimmten. Vorteilhafterweise findet dazu das Testen der dynamischen Lichtverteilung auf einer Oberfläche 5 mit definierten und bekannten optischen Eigenschaften statt.
• Bezugszeichenliste

1

Lichteinheit

2

Lichtverteilung

3

weitere Lichtverteilung

4

nicht korrekte Lichtverteilung

5

Testoberfläche

6

entgegenkommendes Fahrzeug

A

optische Achse Lichteinheit

Claims (9)

1. Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1), wobei die Lichteinheit (1) in ihrer Lichtverteilungscharakteristik veränderlich ist, mit folgenden Schritten: – Erzeugen wenigstens einer Lichtverteilung (2, 3, 4) mittels der Lichteinheit (1) während eines Referenzbetriebs, – Erfassen wenigstens einer Referenz-Leuchtdichte der wenigstens einen Lichtverteilung (2, 3, 4) während des Referenzbetriebs mittels einer Kamera mit einer Referenzaufnahmezeit, – Abspeichern der wenigstens einen Referenz-Leuchtdichte in einer Bibliothek, – Simulieren wenigstens eines Einflussparameters (6) während eines Testbetriebs, wobei die wenigstens eine Lichtverteilung (2, 3, 4) der Lichteinheit (1) in Abhängigkeit des wenigstens einen Einflussparameters (6) erzeugt wird und eine Test-Leuchtdichte aufweist, – Erfassen der wenigstens einen Test-Leuchtdichte der Lichtverteilung (2, 3, 4) während des Testbetriebs mittels einer weiteren Kamera mit einer Testaufnahmezeit, – Zuordnen der wenigstens einen Test-Leuchtdichte zu der jeweiligen Referenz-Leuchtdichte und – Wiedergeben der wenigstens einen Referenz-Leuchtdichte in Abhängigkeit der wenigstens einen erfassten Test-Leuchtdichte.
2. Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1) nach Anspruch 1, wobei die Testaufnahmezeit kleiner oder gleich der Referenzaufnahmezeit ist.
3. Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Testaufnahmezeit für alle Test-Leuchtdichten konstant ist.
4. Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassung der Referenz-Leuchtdichte mittels der Kamera durch mehrere Einzelbilder mit unterschiedlichen Belichtungszeiten erfolgt.
5. Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassung der Test-Leuchtdichte mittels der weiteren Kamera durch ein Einzelbild mit konstanter Belichtungszeit erfolgt.
6. Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Referenzaufnahmezeit größer als 1000ms ist.
7. Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Testaufnahmezeit kleiner als 50ms ist.
8. Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zuordnen der wenigstens einen Test-Leuchtdichte zu der wenigstens einen Referenz-Leuchtdichte mittels photogrammetrischer Auswerteverfahren anhand einzelner in der Referenz- und in der Test-Leuchtdichte erkannter Bildmerkmale erfolgt.
9. Verfahren zum Testen und Darstellen dynamischer Lichtverteilungen (2, 3, 4) einer Lichteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Simulieren des wenigstens einen Einflussparameters während des Testbetriebs durch Darstellen von Fahrzeug- und/oder Umfeldbedingungen und/oder durch Vorgabe von Fahrzeug- und/oder Umfeldbedingungen repräsentierenden Signalen und Weiterleiten der Fahrzeug- und/oder Umfeldbedingungen repräsentierenden Signale an eine Steuereinheit der Lichteinheit (1) erfolgt.

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