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Die Erfindung betrifft eine Kameravorrichtung zum Erzeugen von Kamerabildern eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs. Die Kameravorrichtung weist auch eine Lichtquelle auf, um Licht in den Fahrgastraum abzustrahlen.
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Das in den Fahrgastraum abgestrahlte aktive Licht beleuchtet die im Fahrgastraum befindlichen Objekte, die dann das Licht hin zur Kamera reflektieren. Das reflektierte aktive Licht ist abhängig von der Reflektivität und Distanz des jeweiligen in der Szene befindlichen Objekts. Befinden sich zwei Objekte in unterschiedlichem Abstand zur Kamera, kann das nähere Objekt überbelichtet sein, während das weiter entfernte Objekt zu wenig ausgeleuchtet ist. Das Problem dabei ist, dass die Stärke der Lichtquelle, also beispielsweise der als Lichtquelle genutzten Leuchtdioden (LEDs) der Beleuchtung oftmals nur gemeinsam verändert werden kann.
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Dies ist insbesondere bei Kameras der Fall, die nach dem ToE-Prinzip (ToF – Time of Flight) Abstandsdaten berechnen. Ein Beispiel für eine ToF-Kamera ist eine Kamera mit einem PMD-Sensor (PMD – Photonix Mixing Device). Der Erfasste Bereich wird von modulierten Lichtquellen ausgeleuchtet. Aus der Phasenverschiebung der Modulation wird für jedes Pixel (Bildelement) des Sensors ein Distanzwert oder Abstandswert ermittelt. Dabei kann die Beleuchtung aus einer oder mehreren LEDs bestehen, um einen möglichst großen Bereich homogen zu beleuchten. Diese LEDs müssen aber wegen der nötigen Modulation der Lichtquellen synchron angesteuert werden.
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Aus der
DE 10 2010 043 723 A1 ist hierzu eine Lichtlaufzeitkamera bekannt, die eine Beleuchtungslichtquelle und eine Strahlungsformoptik aufweist. Eine Lichtstärke der Beleuchtungslichtquelle wird dabei mittels der Strahlungsformoptik so eingestellt, dass ein Lichtstrom für alle Empfangspixel des Photosensors innerhalb tolerierter Grenzen im Wesentlichen konstant ist.
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Bei einer Beleuchtungsvorrichtung für eine ToF-Kamera, wie sie in der
DE 10 2012 203 341 A1 beschrieben ist, wird eine Intensitätsverteilung des abgestrahlten Lichts innerhalb des Beleuchtungsbereichs eingestellt, um in einem Zentralbereich des Erfassungsbereichs der Kamera mehrere Lichtkegel verschiedener Beleuchtungsmodule zu überschneiden und dort die Lichtintensität zu erhöhen.
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Aus der
DE 10 2006 045 549 A1 ist eine ToE-Beleuchtung bekannt, die eine Sichtblende aufweist, welche für den sichtbaren Frequenzbereich der elektromagnetischen Strahlung intransparent ist, während sie für die von der ToF-Beleuchtung emittierte elektromagnetische Strahlung transparent ist. Hierdurch wird vermieden, dass Personen von der ToE-Beleuchtung geblendet werden.
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Aus der
DE 10 2012 015 039 A1 ist eine Innenraumleuchte für ein Fahrzeug beschrieben, die eine variable Abstrahlcharakteristik aufweist und hierzu mittels einer Sensorvorrichtung automatisch die Anwesenheit und Position eines zu betrachtenden Objekts, beispielsweise eines Buches, erfasst und die Abstrahlcharakteristik der Leuchteinheit in Abhängigkeit von einer an dem Objekt detektierten Lichtintensität steuert.
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Aus der
DE 10 2006 041 856 A1 ist ein Verfahren zum proaktiven Steuern einer Innenbeleuchtung eines Fahrzeugs bekannt. Eine Prozessoreinheit ist dazu eingerichtet, ein Lichtmuster innerhalb des Fahrzeugs in Abhängigkeit von analysierten Informationen proaktiv zu steuern.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren für eine homogene Ausleuchtung einer Szene weisen den Nachteil auf, dass sie stets mehrere unabhängig voneinander steuerbare Lampen oder eine bewegliche Optik aufweisen müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Erzeugen von Kamerabildern eines Fahrgastraumes diesen gemäß einem vorgegebenen Belichtungskriterium homogen auszuleuchten.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
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Um die Beleuchtung der Szene dahingehend zu optimieren, dass eine Überbelichtung und/oder Unterbelichtung einzelner, im Fahrgastraum befindlicher Objekte vermieden ist, wird erfindungsgemäß eine semitransparente Matrix vor der Lichtquelle angeordnet. Die Matrixelemente unterscheiden sich in ihrer Transparenz bezüglich des Lichtes der Lichtquelle. So können einzelne Bereiche der Szene im Fahrgastraum stärker und andere Bereiche schwächer ausgeleuchtet werden, so dass die Szene bedarfsgerecht beleuchtet werden kann.
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Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß in einem Strahlengang der Lichtquelle, also demjenigen Bereich, der von dem Licht der Lichtquelle auf dem Weg hin zu Objekten im Fahrgastraum durchdrungen wird, ein optisches Filter angeordnet. Dieses optische Filter weist mindestens zwei lichtdurchlässige Filterbereiche auf. Für das Licht der Lichtquelle weisen die Filterbereiche aber zumindest zeitweise eine für das Licht unterschiedliche Transparenz auf. Da beide Filterbereiche lichtdurchlässig sind, handelt es sich hierbei nicht um Blenden, sondern um Regionen, deren Transparenz jeweils einen Wert aufweist, der größer als 0% und bis 100% betragen kann.
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Durch die erfindungsgemäße Kameravorrichtung mit der Kamera, der Lichtquelle und dem optischen Filter ergibt sich der Vorteil, dass eine einfache, herkömmliche Lichtquelle verwendet werden kann und lediglich im Strahlengang der Lichtquelle das optische Filter zusätzlich bereitgestellt sein muss. Damit ist die erfindungsgemäße Kameravorrichtung mit besonders geringem technischen Aufwand bereitstellbar.
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Die Filterbereiche mit der unterschiedlichen Transparenz können dabei jeweils einen konstanten Transparenzwert aufweisen. Mit anderen Worten kann es sich bei dem optischen Filter beispielsweise um eine Scheibe handeln, die unterschiedliche Tönungsgrade aufweist.
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Bevorzugt ist aber vorgesehen, dass die Transparenz in den Filterbereichen einstellbar ist, so dass sich die Transparenzen der Filterbereiche nur zeitweise unterscheiden. Entsprechend sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass bei der Kameravorrichtung das Filter dazu ausgestaltet ist, die Transparenz der Filterbereiche in Abhängigkeit von einem Steuersignal einzustellen. Dann kann die Transparenz in Abhängigkeit von z. B. der Position der Objekte oder der Helligkeitswerte von Bildpunkten der Kamerabilder angepasst werden.
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Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass das Filter zum Einstellen der Transparenz unabhängig voneinander ansteuerbar ausgestaltete Flüssigkristalle aufweist, von denen jeder in einem der Filterbereiche angeordnet ist. Mit anderen Worten weist jeder Filterbereich zumindest einen Flüssigkristall auf. Das optische Filter kann insbesondere eine Matrix aus Flüssigkristallen aufweisen, von denen jeder einen Filterbereich darstellt. Als Flüssigkristall kann beispielsweise LC-Glas (Liquid Crystal Glas) oder PDLC-Glas (Polymer Dispersed Liquid Crystal) vorgesehen sein. Flüssigkristalle weisen den Vorteil auf, dass sie schaltschnell sind und ihre Transparenz graduell einstellbar ist.
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Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass bei dem Filter zum Einstellen der Transparenz in den Filterbereichen jeweils ein elektrochromes Material angeordnet ist. Entsprechend ist dann eine Steuervorrichtung vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, in jedem Filterbereich eine andere elektrische Spannung bereitzustellen, um die Transparenz des elektrochromen Materials zu steuern. Elektrochromes Material weist den Vorteil auf, dass keine Polarisierung des Lichtes nötig ist, um die Menge des durchgelassenen Lichtes einstellen zu können.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Steuereinrichtung der Kameravorrichtung dazu ausgelegt ist, in den Kamerabildern einen ein vorbestimmtes Belichtungskriterium verletzenden Bildbereich zu erkennen. Jeder Bereich kann dabei mehrere Pixel des Bilds der Kamera umfassen, beispielsweise einen Bereich, der kleiner als die Gesamtbildfläche ist und z. B. zwischen 10% und 30% der Gesamtbildfläche umfasst. Das Belichtungskriterium kann beispielsweise besagen, dass ein bestimmter Prozentsatz der Pixel unterhalb einer Sättigungsgrenze belichtet sein muss. Ist dagegen eine bestimmte Mindestanzahl von Pixeln gesättigt, also überbelichtet, so ist das Belichtungskriterium verletzt. Das Belichtungskriterium kann auch besagen, dass ein bestimmter Prozentsatz der Pixel heller als schwarz (unbelichtet) sein muss. Mit anderen Worten ist das Belichtungskriterium dann verletzt, wenn eine bestimmte Mindestanzahl an Pixeln einen Intensitätswert aufweist, der unter einem vorbestimmten Mindestwert liegt. Dann ist der Bildbereich unterbelichtet. Wird nun ein Bildbereich erkannt, bei welchem das Belichtungskriterium verletzt ist, so ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, eine Transparenz des zu dem Bildbereich korrespondierenden Filterbereichs derart einzustellen, dass das Belichtungskriterium erfüllt ist. Mit anderen Worten wird also die Helligkeit desjenigen Raumbereichs, der in dem Bildbereich abgebildet ist, eingestellt, indem die Transparenz des Filterbereichs, durch welchen das Licht hindurch tritt, das in diesen Raumbereich fällt, gesteuert wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Kameravorrichtung die Kamera einen PMD-Bildsensor umfasst und die Lichtquelle zum Abstrahlen von moduliertem Licht für eine Messung nach dem ToF-Prinzip ausgelegt ist. Indem die Lichtquelle selbst technisch sehr einfach ausgestaltet sein kann, kann mit dieser Ausführungsform eine ToF-Abstandsmessung ermöglicht werden, welche eine besonders hohe Güte der ToF-Sensordaten aufweist und die dennoch kostengünstig und mit wenig technischem Aufwand bereitgestellt werden kann. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Lichtquelle für Infrarotlicht.
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Anstelle oder zusätzlich zu einer Überprüfung eines Belichtungskriteriums ist im Zusammenhang mit der Verwendung eines PMD-Bildsensors eine vorteilhafte Weiterbildung dadurch gegeben, dass die Kameravorrichtung dazu ausgestaltet ist, einen Abstand eines im Erfassungsbereich befindlichen Objekts mittels des PMD-Bildsensors zu ermitteln und die Transparenz desjenigen Filterbereichs, durch welchen das auf das Objekt treffende Licht der Lichtquelle trifft, in Abhängigkeit von dem ermittelten Abstand einzustellen. Wie bereits ausgeführt, ist die Helligkeit eines Objekts von dessen Abstand zur Lichtquelle abhängig. Da sich Lichtquelle und Kamera in der Regel nebeneinander befinden, ergibt die Abstandsmessung zum PMD-Bildsensor auch einen Hinweis auf den Abstand des Objekts zur Lichtquelle. Ist das Objekt sehr nahe an der Lichtquelle, ist es entsprechend heller als bei einem größeren Abstand, so dass mittels des optischen Filters die Helligkeit im Bereich des Objekts reduziert werden sollte. Durch Auswerten des Abstands ist dabei keine aufwendige Bildanalyse nötig.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn in dem Strahlengang eine Gitterblende angeordnet ist, welche dazu ausgelegt ist, ein jeweiliges aus den Filterbereichen quer zu einer Oberflächennormalen des Filters austretendes Streulicht zu absorbieren oder zu reflektieren. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, auch aneinander angrenzende Raumbereiche des Fahrgastraumes unterschiedlich hell auszuleuchten. Das durch den Filterbereich mit der größeren Transparenz dringende Licht kann nicht in den abzudunkelnden Raumbereich hineinstreuen.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kameravorrichtung aufweist. Mehrere Kameravorrichtungen können beispielsweise für die Beobachtung des Fahrers und des Beifahrers einerseits und des Fahrzeugfonds andererseits genutzt werden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Schließlich gehört zu der Erfindung noch ein Verfahren, durch welches Kamerabilder eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs erzeugt werden. Hierbei strahlt eine Lichtquelle Licht in einen in den Fahrgastraum ausgerichteten Erfassungsbereich einer Kamera ab. Mit anderen Worten wird durch die Lichtquelle die von der Kamera gefilmte Szene im Fahrgastraum beleuchtet. Die Kamera erzeugt die Kamerabilder von dem Erfassungsbereich, das heißt von den im Erfassungsbereich befindlichen Objekten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stellt ein in einem Strahlengang der Lichtquelle angeordnetes optisches Filter eine Strahlungsintensität in zumindest zwei lichtdurchlässigen Filterbereichen auf unterschiedliche Intensitätswerte ein. Hierzu weisen die lichtdurchlässigen Filterbereiche eine unterschiedliche Transparenz auf. Mit anderen Worten ist ihr Transparenzwert unterschiedlich.
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Bevorzugt sind erfindungsgemäß mehr als zwei lichtdurchlässige Filterbereich mit unterschiedlicher Transparent bereitgestellt, insbesondere acht oder mehr als acht Bereiche.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits in Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kameravorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund unterbleibt hier eine Beschreibung der entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In der ist von einem Kraftfahrzeug 10 ein Fahrgastraum 12 schematisch dargestellt. In dem Fahrgastraum 12 kann ein Fahrer 14 in einem (nicht dargestellten) Fahrersitz hinter einen Lenkrad 16 sitzen. Der Fahrer 14 kann beispielsweise mit einer Hand 18 eine Bediengeste ausführen, mit der er beispielsweise ein Infotainmentsystem des Kraftfahrzeugs 10 berührungslos bedienen möchte. Hierzu kann der Fahrer 14 die Hand 18 durch Anheben eines Armes 20 in einen Erfassungsbereich 22 einer Kamera 24 gehoben haben.
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Die Kamera 24 kann Bestandteil einer Kameravorrichtung 26 sein, mittels welcher der Fahrer 14 gefilmt werden kann, um eine (nicht dargestellte) Gestenerkennungseinheit mit Bilddaten für die Erkennung der Bediengeste in an sich bekannter Weise zu versorgen. Die Kameravorrichtung 26 kann auch eine Lichtquelle 28 aufweisen. Die Lichtquelle 28 kann dazu ausgelegt sein, Licht 30 in den Fahrgastraum 12, insbesondere in den Erfassungsbereich 22 abzustrahlen. Die Strahlenpfade des Lichts 30 ergeben insgesamt einen Strahlengang 32, also die Menge der möglichen Wege, die das Licht 30 von der Lichtquelle 28 aus nehmen kann.
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Bei der Kamera 24 kann es sich beispielsweise um eine ToF-Kamera handeln, die einen PMD-Bildsensor 34 aufweisen kann. Bei dem Bildsensor 34 kann es sich aber beispielsweise auch um einen Farbbild-Bildsensor oder einen Infrarotlicht-Bildsensor handeln. Die Kamera 24 erzeugt mittels des Bildsensors 34 Kamerabilder in Form von Videodaten V, die an eine Steuereinheit 36 der Kameravorrichtung 24 übertragen werden können. Der Anschaulichkeit halber sind die von der Steuereinheit 36 empfangenen Videodaten V in der Fig. noch einmal vergrößert dargestellt. In der Vergrößerung ist eine Abbildung 14' des Fahrers 14 aus der Perspektive der Kamera 24 zu sehen. Die Steuereinrichtung 36 kann beispielsweise ein Programmmodul für ein Steuergerät oder das Infotainmentsystem oder eine zentrale Recheneinrichtung des Kraftfahrzeugs 10 umfassen. Es kann sich bei der Steuereinrichtung 36 auch um eine elektronische Schaltung handeln oder diese Schaltung kann zumindest Bestandteil der Steuereinrichtung 36 sein.
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Im Kraftfahrzeug 10 ist durch die Kameravorrichtung 26 vermieden, dass die Hand 18 dadurch überbelichtet ist, dass der Fahrer 14 sie an die Lichtquelle 28 heranbewegt hat und hierdurch Licht mit einer größeren Lichtintensität auf die Hand 18 trifft als beispielsweise auf den Arm 20.
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Bei der Kameravorrichtung 26 ist hierzu ein optisches Filter 38 in dem Strahlengang 32 angeordnet. Das Filter 38 ist in der Fig. perspektivisch dargestellt. Eine Oberflächenebene des Filters 38 kann beispielsweise senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen der Lichtquelle 28 und beispielsweise einer Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs 10 ausgerichtet sein. Das optische Filter 28 kann beispielsweise eine Matrix aus Elementen 40 sein, von denen jedes Element 40 eine unabhängig von den übrigen Elementen 40 einstellbare Transparenz aufweisen kann. Die Transparenz, das heißt der Transparenzwert jedes Elements 40, kann durch die Steuereinrichtung 36 eingestellt werden. Die Elemente 40 können beispielsweise jeweils einen Flüssigkristall oder mehrere Flüssigkristalle aufweisen, deren Transparenz für das Licht 30 z. B. durch eine Steuerspannung der Steuereinrichtung 36 einstellbar sein kann.
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Die Steuereinrichtung 36 kann dazu ausgelegt sein, in den Videodaten V für einzelne Bildbereiche 40' ein vorgegebenes Belichtungskriterium zu überprüfen. Das Belichtungskriterium kann derart gewählt sein, dass es all diejenigen Belichtungszustände umfasst, die eine ausreichende oder korrekte Belichtung des Bildsensors 34 beschreiben. Ist in einem Bildbereich 40' das Belichtungskriterium verletzt, so steuert die Steuereinrichtung 36 dasjenige Element 40 des Filters 38 an, durch welches derjenige Teil des Lichtes 30 tritt, der in dem Fahrgastraum 12 auf dasjenige Objekt, beispielsweise die Hand 18, trifft, das auch in dem Bildbereich 40' abgebildet ist, bei welchem das Belichtungskriterium verletzt ist. In dem gezeigten Beispiel ist eine Abbildung 18' der Hand 18 zu hell gewesen, weshalb in dem korrespondierenden Element 40 des Filters 38 die Transparenz verringert wurde. In der Fig. ist dies durch eine entsprechende Schraffur des Elements 40 und eine entsprechende Schraffur der Hand 18 veranschaulicht. Eine Abbildung 20' des Armes 20 verletzte ebenfalls das Belichtungskriterium, weshalb auch für das entsprechende Element 40 des Filters 38 ein Transparenzwert eingestellt wurde, durch welchen in dem Bildbereich 40', der die Abbildung 20' des Armes 20 enthält, das Belichtungskriterium wieder erfüllt ist. Entsprechende Schraffuren im Element 40 des Filters 38 und des Armes 20 veranschaulichen die Zusammengehörigkeit. Auch für den restlichen Körper des Fahrers 14 wurde durch Einstellen von jeweiligen Transparenzwerten der Elemente 40 eine Beleuchtung eingestellt, die auch für die entsprechenden Bildbereiche 40' eine das Kriterium erfüllende Beleuchtungsstärke ergeben. Für den Hintergrund der Szene im Fahrgastraum 12 können die entsprechenden Elemente 40 in dem Beispiel vollständig transparent, das heißt eine Transparenz von 100%, aufweisen. Sie weisen in der Fig. deshalb keine Schraffur auf.
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Durch Ansteuern der Elemente 40 der Matrix des Filters 38 werden also die Transparenz dieser Kacheln individuell eingestellt. Dies erfolgt durch Regeln der Transparenz, so dass mehr oder weniger Licht durch die Bereiche der Matrix dringt, so dass die Bildbereiche 40' in einer vorgegebenen gewünschten Weise ausgeleuchtet sind. Durch den Einsatz dieser semitransparenten ansteuerbaren Matrix kann eine Szene also optimal ausgeleuchtet werden.
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Durch eine ansteuerbare Matrix ähnlich eines LCD (Liquid Crystal Display) oder einer anderen Technologie (beispielsweise elektrochromes Material) kann die Amplitude der resultierenden Beleuchtung durch Veränderung der Transparenz eingestellt werden. In der Fig. ist aus Sicht der Lichtquelle also ein Lichtstrahl, der auf die linkere obere Ecke des Filters 38 trifft, nach Durchritt durch das korrespondierende Element 40 stark gedämpft, das heißt er verliert durch die niedrige Transparenz an Intensität. Ein mittlerer Strahl wird weniger gedämpft, bevor er auf den Arm 20 trifft. Ein Strahl, der auf die linkere untere Ecke des Filters 38 (aus Sicht der Lichtquelle 28) trifft, wird aufgrund der hohen Transparenz des dortigen Elements 40 der Matrix fast gar nicht gedämpft.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Aktivbeleuchtung eines ToF-Systems durch eine vorgelagerte semitransparente Matrix in Bezug auf eine Vergleichmäßigung der Szenenausleuchtung optimiert werden kann.
