DE102016122492A1

DE102016122492A1 - Erzeugung einer homogenen Lichtverteilung in Abhängigkeit von der Topografie und der gemessenen Leuchtdichte

Info

Publication number: DE102016122492A1
Application number: DE102016122492.8A
Authority: DE
Inventors: Boris Kubitza; Udo Venker; Carsten Wilks
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-24
Also published as: CN110087947A; US20190315266A1; WO2018095716A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zur Steuerung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die eine Umgebung des Fahrzeugs beleuchtet, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Beleuchtungselemente aufweist, die jeweils einen unabhängig dimm- oder schaltbaren Lichtstrom in jeweils einen Raumwinkel abstrahlen können und damit jeweils eine Fläche in der Umgebung mit einer Beleuchtungsstärke beleuchten. Die Beleuchtungsstärke wird in Abhängigkeit von der Entfernung der Fläche zum Beleuchtungselement oder der Beleuchtungsvorrichtung eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Steuerung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, bei welcher die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen einem angestrahlten Punkt und der Beleuchtungsvorrichtung eingestellt wird.
Die lichttechnischen Eigenschaften der aktuell auf dem Markt befindlichen Lichtsysteme werden in erster Linie durch optische Elemente wie Linsen, Reflektoren und die Lichtquelle selbst bestimmt. Eine Anpassung der Lichtverteilung (Abblendlicht, Fernlicht) im Fahrbetrieb ist nicht immer möglich. Der aktuelle Trend der Scheinwerfertechnologie geht immer mehr in Richtung hochauflösender Scheinwerfer, mit dem sich theoretisch beliebige Lichtverteilungen generieren lassen. Der Vorteil solcher Systeme besteht in der hohen Flexibilität der Lichterzeugung, die durch eine relativ hohe horizontale und vertikale Auflösung einzeln ansteuerbarer Pixel erreicht wird. Durch die hohe örtliche Auflösung lassen sich vorhandene Lichtfunktionen wie z.B. das „blendfreie Fernlicht“ weiter optimieren oder es werden neue Lichtfunktionen ermöglicht.
Bekannt ist die Lichtfunktion des blendfreien Fernlichts, ggf. mit vertikaler Hell-Dunkel-Grenze (vHDG). Hierbei wird die Lichtverteilung an Objekte angepasst, die nicht geblendet werden dürfen. Vorausfahrende und/oder entgegenkommende Fahrzeuge werden aus der Fernlichtverteilung ausgenommen. Hierbei wird ein durch eine vertikale Linie getrennter Bereich in seiner ganzen Höhe abgedunkelt und umfasst damit auch Stellen, die beleuchtet werden könnten, ohne eine Blendung zu bewirken. Weiterhin können solche festen Lichtverteilung in einigen Situationen zu unterschiedlich hellen Lichtbereichen führen, da die Reflexionseigenschaften der Umgebung oft unterschiedlich sind.
Erweitern lässt sich dieser Ansatz nur dann, wenn der Scheinwerfer mehrere Bereiche partiell nicht beleuchten bzw. adaptiv steuern kann. Dies ist mit den aktuellen Scheinwerferkonzepten nicht möglich.
Der Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, die Ausleuchtung für den Betrachter angenehmer und sicherer zu gestalten, indem möglichst alle Bereiche mit einer gewünschten Helligkeit ausgeleuchtet werden. Auch soll eine Anpassung der Lichtverteilung an die Umgebungstopografie ermöglicht werden, um eine homogene Ausleuchtung zu erreichen. Dabei sollen auch die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften der beleuchteten Flächen berücksichtigt werden, so dass auch eine als homogen wahrgenommene Lichtverteilung erzeugt wird.
Mit dem hier vorgeschlagenen Regelansatz soll eine adaptive Lichtverteilung so erzeugt werden, dass aus Sicht des Fahrers eine homogene Ausleuchtung der Umgebung oder Straße erreicht und gleichzeitig die auftretende Eigenblendung reduziert wird.
Der Begriff Raumwinkel beschreibt einen Anteil am gesamten Raum, wobei dieser ausgehend von einem Ursprung in winkelförmig auffächernder Weise in den Raum hinausragt. Die Schenkel eines 2D-Winkels sind hierbei Flächen, die in der Regel den Mantel eines Kegels oder einer Pyramide beschreiben. Herkömmliches Licht das in einer orientierten Richtung ausgestrahlt wird, füllt i.d.R. einen Raumwinkel und keine Linie aus, da herkömmliches Licht von einer punktförmigen Lichtquelle auch mit einer Blende nie exakt gerichtet sein würde, so wie es z.B. bei Laserlicht der Fall wäre. Zur Verdeutlichung des räumlichen Aspekts kann er auch als 3D-Raumwinkel bezeichnet werden.
Der Lichtstrom (in Lumen) bezeichnet die pro Sekunde abgestrahlte Leistung an sichtbarem Licht.
Die Lichtstärke (in Candela) bezeichnet den Lichtstrom, der in einen bestimmten Raumwinkel entfällt.
Die Beleuchtungsstärke (in Lux) bezeichnet den Lichtstrom, der auf einer bestimmten Fläche auftrifft. Mit anderen Worten, die Beleuchtungsstärke auf einer beleuchteten Fläche gibt an, welcher Lichtstrom (gemessen in Lumen, Im) auf eine Flächeneinheit (gemessen in Quadratmetern, m²) fällt. Vorliegend ist damit auch der Soll-Lichtwert gemeint, der angibt, wie viel Licht auf der bestimmten Fläche ankommen soll.
Die Leuchtdichte (in cd/m²) bezeichnet den Lichtstrom, der von einer Fläche ausgestrahlt oder rückgestrahlt/reflektiert wird. Vorliegend ist damit auch der Ist-Lichtwert gemeint, der vom Fahrzeug aus sichtbar ist, also die Helligkeit oder Intensität mit der das reflektierte Licht vom Fahrer oder einer Sensorik im Fahrzeug wahrgenommen wird.
Eine Fläche bezeichnet vorliegend die Projektionsfläche, d. h. den Teil einer Oberfläche, auf welcher der Lichtstrom auftrifft und reflektiert oder absorbiert wird. Diese Fläche wird durch das Licht beleuchtet, d.h. auf dieser entfaltet es durch Reflexion seine erhellende Wirkung. Das reflektierte Licht wird zumindest teilweise zu einem potenziellen Betrachter zurückgesendet. Der Anteil des zurückgesendeten Lichts wird durch den Reflexions- bzw. Absorptionsgrad beschrieben.
Die Lichtverteilung bezeichnet die räumliche Verteilung des Lichtes bzw. der Lichtstärke. Die Gesamtlichtverteilung bezeichnet die räumliche Verteilung der gesamten Beleuchtungsvorrichtung, während sich die Lichtverteilung auf Bereiche oder einzelne Beleuchtungselemente beziehen kann.
Die Umgebung bezeichnet den vorausliegenden Bereich, der potenziell von der Beleuchtungsvorrichtung ausleuchtbar ist, auch Szene oder Szenerie genannt. Dies ist die Richtung, in die sich ein Fahrzeug üblicherweise fortbewegt.
Eine Beleuchtungsvorrichtung hat die Fähigkeit, einen Bereich der Umgebung zu beleuchten bzw. einen oder mehrere Lichtstöme in die Richtung der Umgebung zu senden. Dies kann klassischerweise einen oder mehrere Scheinwerfer umfassen, bei einem Fahrzeug insbesondere die Frontscheinwerfer, die der Ausleuchtung der Umgebung dienen. Sinn der Beleuchtung ist üblicherweise, dass der Fahrer oder eine Kamera ein auswertbares optisches Bild oder Eindruck von der Umgebung bekommen können. Eine Beleuchtungsvorrichtung kann vorliegend auch nur einen Teil einer Beleuchtungsanlage, wie ein einzelnes Scheinwerfermodul umfassen oder gar nur eine Gruppe/Array/Segment von Beleuchtungselementen innerhalb eines Scheinwerfers oder Scheinwerfermoduls. Ein Scheinwerfermodul ist dabei meist eine bauliche Einheit und umfasst mindestens ein Beleuchtungselement.
Ein Beleuchtungselement ist eine Vorrichtung, die Licht in einem Lichtstrom abstrahlen kann und einen sogenannten Pixel bildet. Verschiedene Beleuchtungselemente oder Arrays/Module/Segmente von Beleuchtungselementen sind im Wesentlichen dabei unabhängig voneinander in der Lichtstärke steuerbar. Die Steuerbarkeit kann einfaches Ein-/Ausschalten umfassen. In einer komplexeren Version ist auch eine Einstellung der Helligkeit, bzw. des Lichtstroms in Stufen oder stufenlos (dimmbar) möglich.
Der Wirkbereich der Beleuchtungsvorrichtung wird durch die Beleuchtungselemente in viele kleine Bereiche unterteilt (Pixel). Dabei wird innerhalb des Wirkbereiches durch gezieltes Ansteuern der einzelnen Pixel eine Lichtverteilung erzeugt, die entsprechend veränderbar ist. Vorzugsweise erfolgt eine gleichmäßige Unterteilung in Zeilen und Spalten. Es ist aber gleichfalls möglich, dass die Unterbereiche eine unterschiedliche Größe und Form aufweisen und dabei unregelmäßig angeordnet sind.
Hochaufgelöst bedeutet, dass die von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugte Lichtverteilung in mehrere Bereiche unterteilt ist (z. B. Pixel oder Pixelarrays), welche sich unabhängig voneinander ansteuern lassen. Dabei kann die Anzahl der Pixel z. B. mehr als 100 oder 1000 oder 10000 oder 100000 betragen. Mit einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung lassen sich neue Lichtfunktionen realisieren oder bestehende entsprechend anpassen und optimieren.
Ein Beleuchtungselement kann eine einzige eigenständig steuerbare Lichtquelle mit einem ausgesendeten Lichtstrom umfassen. Dies ist z. B. bei LED-Modulen der Fall. Alternativ kann auch eine Vorrichtung gemeint sein, die Licht aus einer Lichtquelle, die mehrere Beleuchtungselemente speist, in einen eigenständig steuerbaren Lichtstrom wandelt ohne die Lichtquelle selber zu beeinflussen. Dies ist z. B. bei Modulen auf LCD-, DMD- oder LDP-Basis der Fall.
Eine LCD-Beleuchtungsvorrichtung weist eine oder mehrere Lichtquellen auf, in deren Strahlengang ein LC-Display bzw. eine LCD-Blende eingebracht wird. Das LCD kann eine Auflösung in Zeilen und Spalten haben und ist idealerweise hochauflösend. Folglich erhält der mit der Beleuchtungsvorrichtung ausleuchtbare Bereich die gleiche Auflösung wie das LCD. Durch das Schalten der einzelnen LCD-Pixel wird die gewünschte Lichtverteilung erzeugt.
Die Lichtquelle der LED-Beleuchtungsvorrichtung weist eine LED-Matrix bzw. LED-Pixel-Array auf, d. h. die Lichtquelle besteht aus vielen einzelnen individuell ansteuerbaren LEDs, üblicherweise angeordnet in Zeilen und Spalten. Durch unterschiedliche Helligkeiten der einzelnen LEDs, die üblicherweise in Stufen oder stufenlos dimmbar sind, kann die gewünschte Lichtverteilung eingestellt werden.
Bei einer DMD-Beleuchtungsvorrichtung (basierend auf Mikrospiegelaktorik) oder DLP-Beleuchtungsvorrichtung (Digital Light Processing) wird der Lichtstrahl durch eine Anordnung von beweglichen Mikrospiegeln in Pixel zerlegt und dann pixelweise entweder in den Projektionsweg hinein oder aus dem Projektionsweg hinaus reflektiert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die eine Umgebung des Fahrzeugs beleuchtet. Die Beleuchtungsvorrichtung weist mehrere Beleuchtungselemente auf, die jeweils einen unabhängig dimm- oder schaltbaren Lichtstrom in jeweils einen Raumwinkel abstrahlen können und damit jeweils eine Fläche in der Umgebung mit einer Beleuchtungsstärke beleuchten. Die Beleuchtungsstärke wird in Abhängigkeit von der Entfernung der Fläche zum Beleuchtungselement oder der Beleuchtungsvorrichtung eingestellt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin insbesondere gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die eine Umgebung des Fahrzeugs beleuchtet. Die Beleuchtungsvorrichtung weist mehrere Beleuchtungselemente auf, die jeweils einen unabhängig dimm- oder schaltbaren Lichtstrom in jeweils einen Raumwinkel abstrahlen können und damit jeweils eine Fläche in der Umgebung mit einer Beleuchtungsstärke beleuchten. Die Beleuchtungsstärke ist in Abhängigkeit von der Entfernung der Fläche zum Beleuchtungselement oder der Beleuchtungsvorrichtung einstellbar.
Zudem ist ein Computerprogrammprodukt zur Steuerung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug Gegenstand der Erfindung. Dabei ist vorgesehen, dass das Computerprogrammprodukt derart ausgestaltet ist, dass es ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen kann. Insbesondere kann dabei eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung zum Einsatz kommen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Mit Hilfe der Entfernung wird die Beleuchtungsstärke bestimmt. Da sich das Licht vom Beleuchtungselement in den Raumwinkel (z. B. kegel- oder pyramidenförmig) ausbreitet, ist die Ausleuchtung pro Flächeneinheit (z. B. 1 cm²) entfernungsabhängig. Möchte man z. B. eine homogene bzw. gleich helle, Ausleuchtung naher und entfernterer Flächen haben, so muss der Lichtstrom zur weiter entfernten Fläche, bei gleicher Flächengröße, natürlich größer bzw. stärker sein. Mit anderen Worten: Der gleiche Lichtstrom führt bei größerer Entfernung der Fläche (Projektionsfläche) und gleichem Raumwinkel zu einer niedrigeren Leuchtdichte, d. h. weniger Licht kommt auf einer Fläche einer bestimmten Größe an im Vergleich zu einer Fläche derselben Größe mit einer geringeren Entfernung.
Um eine bestimmte Ausleuchtung (Leuchtdichte) zu erreichen, die unabhängig von der Entfernung ist, besser gesagt für jede Entfernung gleich ist, kann die Beleuchtungsstärke entsprechend der physikalischen Gesetzmäßigkeiten quadratisch mit der Entfernung steigen. Weitere Einflüsse, wie optische Dämpfung durch z. B. Witterungseinflüsse, etc. sind hiervon ausgenommen.
Die Beleuchtungsstärke ergibt sich aus der Stärke des ausgesendeten Lichtstroms bzw. aus der Leistung (Lichtleistung) des Beleuchtungselements. Die eigentliche Steuergröße ist technisch meist eine elektrische Größe (z. B. Spannung, Aktorstrom), abhängig von der verwendeten Scheinwerfertechnologie.
Die physikalisch genaueste der verschiedenen Entfernungen bzw. Abstände ist diejenige zwischen der Fläche und dem Beleuchtungselement, denn genau in diesem liegt der Ursprung des Raumwinkels. Da die Beleuchtungselemente meist nahe beieinander liegen, kann meist auch die Entfernung der Fläche zur Beleuchtungsvorrichtung gewählt werden, da dies einer guten Näherung entspricht, insbesondere bei großen Entfernungen. Ebenso könnte statt dem Beleuchtungselement oder -vorrichtung das Fahrzeug als Bezugspunkt gewählt werden.
Üblicherweise beleuchten unterschiedliche Beleuchtungselemente unterschiedliche Raumwinkel. Dies muss jedoch nicht immer so sein, beispielsweise wenn Beleuchtungselemente nebeneinander angeordnet ihren Lichtstrom parallel aussenden, so werden sich die Kegel, die die Raumwinkel ausbilden ab einer bestimmten Entfernung überlagern. Auch kann es sein, dass unterschiedliche Scheinwerfermodule (z.B. für Abblendlicht und Fernlicht) in denselben Raumwinkel ausstrahlen. Diese Betrachtung gilt näherungsweise, da die Module üblicherweise nicht an derselben Stelle positioniert sein können und der Ursprung der Raumwinkel daher gleich wäre.
Vorteilhafterweise können so die Soll-Lichtwerte (Beleuchtungsstärke) für jeden Raumwinkel entfernungsabhängig während der Fahrt ermittelt werden.
Anstatt der Fläche und der Leuchtdichte, die ja auf zweidimensionaler Ausdehnung des Querschnitts des Lichtstrahls basieren, kann auch eine vereinfachte Modellierung angewendet werden. So ist das Verfahren ebenso für punktförmige Beleuchtung verwendbar, hierbei würden statt den Flächen Punkte und statt der Leuchtdichte eine Leuchtstärke verwendet werden, speziell für punktförmige Lichtquellen oder Reflexpunkte. Diese punktförmige Betrachtungsweise kann auch zur idealisierten Modellierung realer Beleuchtungseinheiten und Flächen verwendet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren diese Einstellung für die Mehrzahl oder für alle Beleuchtungselemente der Beleuchtungsvorrichtung durchgeführt.
Damit wird auch jeder Raumwinkel ausgeleuchtet, der dieser Mehrzahl oder allen Beleuchtungselementen zugehörig ist. Damit wird nicht nur punktuell die Einstellung vorgenommen, sondern dies erfolgt in größeren Bereichen, die sich aus mehreren dieser Flächen zusammensetzen, auf die die Raumwinkel in Projektion auftreffen.
Dadurch können auch unabhängig von der Art der vorausliegenden Umgebung oder Topografie alle von diesen Beleuchtungselementen anstrahlbaren Flächen in ihrer Beleuchtungsstärke eingestellt werden, so dass eine gewünschte Leuchtdichte entsteht.
Anders ausgedrückt: Die Berechnung der Soll-Lichtwerte (Beleuchtungsstärke) für z. B. eine homogene Lichtverteilung wird entfernungsabhängig für jeden Raumwinkel bzw. 3D-Raumwinkel ermittelt. Vorteilhafterweise ist so eine vollständige Ausleuchtung der Umgebung mit fernlichtähnlicher Lichtverteilung möglich. Weiterhin ist vorteilhafterweise so die Erzeugung einer für den Fahrer homogenen Lichtverteilung ähnlich einer Tageslichtverteilung ohne systembedingter Lichtzentren (Hot Spots) möglich.
In einer besonderen Ausführungsform weisen alle Beleuchtungselemente der Beleuchtungsvorrichtung oder eines Scheinwerfers die Fähigkeit auf, dimm- oder schaltbar zu sein und erfindungsgemäß angesteuert zu werden.
In einer besonderen Ausführungsform kann auch wenigstens eine Gruppe der Mehrzahl von Beleuchtungselementen ausgewählt werden, auf die dieses Verfahren angewendet wird. Dadurch ist es möglich einen Bereich zu selektieren, der angeleuchtet wird. Dieser kann vorteilhafterweise unterschiedliche Formen annehmen, entsprechend der Wahl der Beleuchtungselemente, die die betreffenden Raumwinkel ausstrahlen. Die Auswahl kann wiederum von anderen Parametern abhängig gemacht werden, z. B. einer Objekterkennung. Mit einer solchen können Objekte (z. B. andere Fahrzeuge, Gefahrenpunkte, Straßenverlauf) verstärkt, abgedimmt oder homogen ausgeleuchtet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren eine Topografie der Umgebung und/oder eine Topografie des Straßenverlaufs ermittelt.
Die Topografie einer Umgebung ist eine Beschreibung der Erdoberfläche und der mit ihr fest verbundenen natürlichen und künstlichen Objekte. Ggf. kann hier auch der Begriff 3D-Topografie verwendet werden, um den Höhenaspekt, das umfasst Abstände in Richtung des Erdmittelpunktes oder Lots auf die Ebene bzw. z-Achse, zu verdeutlichen.
Die Topografie des Straßenverlaufs beschreibt die Position der Punkte, aus denen die Straße besteht. Der Verlauf, Richtung, Krümmung, etc. können daraus abgeleitet werden.
Die Topografie umfasst die Position von Punkten der Oberfläche und damit implizit auch die Entfernung der Punkte untereinander. Ist nun der Ort eines Beobachters (oder hier der Beleuchtungsvorrichtung) bekannt, kann vorteilhafterweise die Entfernung des Punktes zum Beobachter ermittelt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren die Topografie und/oder Entfernung über eine geeignete Datenquelle oder Sensorik ermittelt, wobei die Umgebung an verschiedenen Messpunkten ausgelesen wird.
Dabei kann als passive Datenquelle beispielsweise eine Karte verwendet werden, in der 3D-topografische Daten hinterlegt sind. Vorteilhafterweise ist dadurch schon im Vorhinein bekannt, wie die Topografie an den zukünftigen Aufenthaltsorten des Fahrzeugs aussieht, die entsprechende Lichtverteilung kann also schon voreingestellt werden und vermeidet so eine Totzeit bis zur korrekten Einstellung, wie es bei einer Sensorik der Fall wäre.
Andererseits kann eine (aktive) Sensorik verwendet werden, die die Topografie misst. Dies kann z. B. optisch mittels einer Kamera oder Infrarotkamera geschehen oder laserbasierten Messungen (Lidar) oder Radar. Vorteilhafterweise wird hier die tatsächliche und aktuelle Umgebung berücksichtigt, die sich z. B. gegenüber einer Karte geändert haben kann.
Hierbei kann dann an bestimmten Messpunkten, z. B. gemäß eines Rasters der Karte oder Abtastung des Sensors (z. B. pixelbasiert) die Entfernung bestimmt werden. Durch die Messung an verschiedenen Messpunkten, werden diese Stellen der Umgebung ausgelesen bzw. die Umgebungsparameter an diesen Stellen bestimmt, z. B. die Entfernung. Zur Entfernungsbestimmung gibt es verschiedene im Stand der Technik bekannte Methoden, wie Helligkeitsanalyse, Merkmalsanalyse, Triangulation, etc.
Die Messewerte der Umgebungsparameter werden dann den korrekten Raumwinkeln zugeordnet. Dies kann durch eine Koordinatentransformation durchgeführt werden. Ggf. fließt auch die Entfernung der Messpunkte in diese Transformation mit ein, da die Position des Sensors und der Beleuchtungsvorrichtung meist nicht dieselbe ist. So wird beispielsweise ein Messpunkt (Pixel) in einem Kamerabild bei unterschiedlicher Entfernung auch von unterschiedlichen Raumwinkel erfasst und beleuchtet. So können auch Horizontal- und Vertikalwinkel aus den Sensordaten ermittelt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird, um die Beleuchtungsstärke eines Punktes des Straßenrasters zu ermitteln, aus den gewonnenen Horizontal- und Vertikalwinkeln die Entfernung vom Straßen- oder Umgebungspunkt zum Scheinwerfer berechnet.
In einer besonderen Ausführungsform werden die Raumwinkel der Beleuchtungselemente so eingestellt, dass mit dem Raster der Messpunkte eine Übereinstimmung herrscht. Alternativ wird das Raster der Messpunkte so eingestellt bzw. gewählt, dass sie den Raumwinkeln der Beleuchtungselemente entsprechen.
Vorteilhafterweise existiert dann eine einfache Zuordnung, die aufwändige Umrechnungen einspart.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren zwischen zwei der verschiedenen Messpunkte interpoliert.
Gegebenenfalls wird zwischen den Punkten der Messwerte interpoliert und zwar insbesondere dann, wenn das Raster der Messwerte dergestalt ist, dass die Raumwinkel nicht deckungsgleich sind bzw. nicht einfach dem Messraster zugeordnet werden können. Auch kann eine Interpolation notwendig sein, wenn die Abtastung, d.h. die Anzahl der Messpunkte, zu gering ist, insbesondere geringer als die Anzahl der Raumwinkel. Vorteilhafterweise können damit für andere Zwecke bereits vorhandene oder einfache und kostengünstige Messsysteme angepasst und damit verwendet werden.
In einer besonderen Ausführungsform ist die Interpolation eine lineare Interpolation. Diese umfasst vorteilhafterweise eine einfache Berechnungsvorschrift, für welche die Messwerte zweier Messpunkte genügen.
In einer besonderen Ausführungsform findet eine iterative bzw. wiederkehrende oder fortlaufende Messung an den verschiedenen Messpunkten statt, während sich das Fahrzeug bewegt. Dadurch wird vorteilhafterweise eine adaptive Lichtverteilung ermöglicht, die sich während der Fahrt ständig an die ermittelte Topografie anpasst. Eine homogene Ausleuchtung der Umgebung, z. B. der Straße wird realisierbar, indem die vorausliegende dreidimensionale Topografie des Straßenverlaufs bzw. die dreidimensionalen Raumkoordinaten vor dem Fahrzeug über eine geeignete Sensorik erfasst und ein entfernungsbasierter Soll-Lichtwert (Beleuchtungsstärke) berechnet wird. Die Berechnung der Soll-Lichtwerte für die homogene Lichtverteilung wird somit für jeden Raumwinkel entfernungsabhängig ermittelt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren die Beleuchtungsstärke zusätzlich in Abhängigkeit von einer Leuchtdichte eingestellt.
Für die Bestimmung der Leuchtdichte wird dieselbe Fläche zugrunde gelegt, auf die der zugehörige Raumwinkel des Beleuchtungselements trifft und mit mit dessen Beleuchtungsstärke diese Fläche beleuchtet wird.
Anhand einer Bestimmung bzw. Messung der Leuchtdichte bzw. Umgebungsintensität, wird überprüft, ob die Soll-Lichtwerte (Beleuchtungsstärke) eingehalten bzw. erreicht werden. Denn streng genommen ist die Berechnung der entfernungsbasierten, homogenen Beleuchtung ist nur für eine bestimmte Oberflächeneigenschaft anwendbar, d. h. mit gleichbleibender/konstanter Reflexionseigenschaft in allen Punkten. Da aber Objekte unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen, können die Soll-Lichtwerte (Beleuchtungsstärke) entsprechend der zurückgestrahlten Lichtintensität (Leuchtdichte) korrigiert werden. Das reflektierte Licht kann mit Hilfe eines geeigneten Sensors (z. B. Kamera) z. B. anhand einer Intensitätsmessung gemessen werden. Idealerweise kann hierfür dieselbe Kamera wie für die Ermittlung der Entfernung verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann so eine den realen Bedingungen angepasste Beleuchtung erzielt werden und die Lichtverteilung wunschgemäß aussehen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren die Leuchtdichte für wenigstens einen Bereich der Umgebung homogen eingestellt.
Dabei soll in dem Bereich eine homogene Lichtverteilung bzw. eine konstante Leuchtdichte erzielt werden.
Der Lichtstrom der Beleuchtungselemente wird dabei so eingestellt, dass eine Ausleuchtung eines jeden Pixels eines gewünschten Bereichs derart geschieht, dass das reflektierte Licht im Fahrzeug mit einer homogenen/gleichmäßigen Helligkeit wahrgenommen wird. Vorteilhafterweise hilft dies dem Fahrer bzw. der Kamera, da deren Augen oder Sensorik so nur einen geringen Dynamikumfang erfassen müssen.
In einer besonderen Ausführungsform kann sich der Bereich auch auf den gesamten ausleuchtbaren Bereich (Gesamtlichtverteilung) beziehen. Alternativ dazu können auch nur bestimmte Bereiche umfasst werden, wie z. B. eine vorausliegende Straße, während andere Teile, wie z. B. die verkehrsirrelevante Landschaft nicht mit einbezogen werden.
Gelingt die Adaption der Beleuchtungsstärke schnell genug, so kann in einer weiteren Ausführungsform auf die Messung der Entfernung der Flächen zu den Beleuchtungselementen eventuell sogar verzichtet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren die Beleuchtungsstärke reduziert, wenn die Leuchtdichte zu hoch ist.
Über eine Regelschleife werden Bereiche mit zu hoher Leuchtdichte (größer als der Sollwert) damit reduziert. Dabei wird der Ist-Lichtwert (Leuchtdichte) gemessen und mit dem Soll-Lichtwert (Beleuchtungsstärke) verglichen und ausgewertet. Vorteilhafterweise gelingt so eine einfache Bestimmung der Bereiche, die reduziert werden müssen, z. B. derjenigen, die durch Objekte wie Schilder, nasse Straße, Brücken, Tunnel. Leitplanken, etc. bewirkt wurden. Eine aufwändige Objekterkennung ist so nicht mehr zwingend notwendig.
Dies ist z. B. an Verkehrsschildern leicht zu erkennen, deren Reflexion sogar zur einer Eigenblendung des Fahrers führen kann. D. h. in Konsequenz wird die Eigenblendung abhängig von dem reflektierten Licht, also der gemessenen Leuchtdichte, im jeweiligen Raumwinkel reduziert bzw. auf den entfernungsabhängigen Soll-Lichtwert, also der Beleuchtungsstärke, geregelt. So werden z. B. an stark reflektierenden Verkehrsschildern die Soll-Lichtwerte entsprechend des reflektierten Lichtes reduziert. Dieses Verfahren ist auch auf andere stark reflektierende Oberflächen anwendbar, wie eine nasse Straße oder selbst leuchtende Objekte.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird in dem Verfahren die Beleuchtungsstärke erhöht, wenn die Leuchtdichte zu niedrig ist.
Eine Erhöhung der Licht-Sollwerte (Beleuchtungsstärke) ist ebenfalls denkbar, wenn die berechneten Sollwerte nicht erreicht werden können. Bereiche mit zu niedrigerer Leuchtdichte (zu kleiner Sollwert) werden dementsprechend verstärkt angeleuchtet.
Mit anderen Worten, wird der Soll-Lichtwert erhöht, wenn die Rückmessung der Intensität einen zu niedrigen Ist-Lichtwert anzeigt. Vorgenanntes gilt analog.
Dunkle Bereiche mit schlechten Reflexionseigenschaften können somit auch homogen beleuchtet werden. Unterschiedlicher Straßenbelag mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften (z. B. Asphalt, Beton) kann somit besser sichtbar gemacht werden und es entsteht weniger leicht der Eindruck eines dunklen Abgrunds.
Hierbei gilt zu beachten, dass in einer besonderen Ausführungsform die Beleuchtungsstärke im Normalzustand, d. h. ohne Adaption durch Rückmessung der Leuchtdichte, so gewählt sein muss, dass der Lichtstrom noch erhöht werden kann. Die Beleuchtungselemente dürfen nicht bereits dann schon ihre maximale Lichtleistung abstrahlen. Der Normalsollwert sollte so gewählt werden, dass er nicht der maximal mögliche ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1a eine erste Visualisierung eines Straßenverlaufs im Raum
1b eine erste Straßenprojektion
1c eine erste Lichtverteilung auf einer Projektionswand
2a eine zweite Visualisierung eines Straßenverlaufs im Raum
2b eine zweite Straßenprojektion
2c eine zweite Lichtverteilung auf einer Projektionswand
3a eine dritte Visualisierung eines Straßenverlaufs im Raum
3b eine dritte Lichtverteilung auf einer Projektionswand
4 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens

1a zeigt eine erste Visualisierung eines Straßenverlaufs im Raum mittels Object Map Visualisation. Dabei sind die 3 kartesischen Raumkoordinaten sichtbar, das auf Höhe 0 liegende Gittermuster einer Normalfläche mit dem Fahrzeug als Bezugspunkt. Gepunktet dargestellt ist die vorausliegende Straße mit dem Straßenverlauf, hier mit einer Rechtskurve.
1b zeigt den Straßenverlauf gemäß 1a auf einer Projektionsfläche aufgetragen (Street Projection). Die x- und y- Achse der Darstellung bezeichnen die Raumwinkel (Alpha, Beta). Die Linien der Fahrbahn beschreiben entsprechend ihrer Anordnung den Fahrbahnrand und Spurmarkierungen wie Mittel- und Seitenstrich.
1c zeigt die Projektionsfläche gemäß 1b. Dabei ist die Beleuchtungsstärke aufgetragen, die mit der Entfernung korreliert. So sind die Stellen auf der Projektionswand an denen der entferntere Bereich des Straßenverlaufs zu sehen ist, mit einer stärkeren Beleuchtungsstärke versehen. Im Endeffekt führt dies in der echten Umgebung zu einer homogenen, d. h. gleich hellen Ausleuchtung (Leuchtdichte).
Die 2a, b, c zeigen analog zu den 1a, b, c einen Straßenverlauf, hier mit einer vorausliegenden Mulde und einem nachfolgenden Anstieg.
Die 3a, b zeigen analog zu den 1a, c einen Straßenverlauf, hier mit einer vorausliegenden Anstieg.
Die 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens. Ausgehend von einem Startpunkt 41 wird eine Ermittlung der 3D-Raumwinkel und Entfernungen durchgeführt 42, gefolgt von einer Berechnung entfernungsabhängiger Soll-Lichtwerte (Beleuchtun gsstärke) 43 unter anschließender Erfassung der Umgebungs Ist-Intensität (Leuchtdichte) 44. Falls eine folgende Prüfung, ob die Ist-Intensität größer als der Soll-Lichtwert ist 45, positiv ausfällt, so wird eine Reduzierung der Licht-Sollwerte 49 durchgeführt. Falls die Prüfung 45 negativ ausfällt, wird eine weitere Prüfung, ob die Ist-Intensität kleiner als der Soll-Lichtwert ist 46, positiv ausfällt, so wird eine Erhöhung der Licht-Sollwerte 48 durchgeführt. Schlussendlich werden die neuen Sollwerte an die Scheinwerfer übergeben 47. Anschließend kann der Ablauf wieder von vorne beginnen.
Bezugszeichenliste

41: Startpunkt
42: Ermittlung der 3D-Raumwinkel und Entfernungen
43: Berechnung entfernungsabhängiger Soll-Lichtwerte
44: Erfassung der Umgebungs Ist-Intensität
45: Prüfung, ob Ist-Intensität größer als der Soll-Lichtwert ist
46: Prüfung, ob Ist-Intensität kleiner als der Soll-Lichtwert ist
47: Übergabe der Sollwerte an die Scheinwerfer
48: Erhöhung der Licht-Sollwerte
49: Reduzierung der Licht-Sollwerte

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die eine Umgebung des Fahrzeugs beleuchtet, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Beleuchtungselemente aufweist, die jeweils einen unabhängig dimm- oder schaltbaren Lichtstrom in jeweils einen Raumwinkel abstrahlen können und damit jeweils eine Fläche in der Umgebung mit einer Beleuchtungsstärke beleuchten, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Entfernung der Fläche zum Beleuchtungselement oder der Beleuchtungsvorrichtung eingestellt wird (43).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einstellung für die Mehrzahl oder für alle Beleuchtungselemente der Beleuchtungsvorrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Topografie der Umgebung und/oder eine Topografie des Straßenverlaufs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Topografie und/oder Entfernung über eine geeignete Datenquelle oder Sensorik ermittelt wird (42), wobei die Umgebung an verschiedenen Messpunkten ausgelesen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei der verschiedenen Messpunkte interpoliert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsstärke zusätzlich in Abhängigkeit von einer Leuchtdichte (44) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdichte für wenigstens einen Bereich der Umgebung homogen eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsstärke reduziert wird (49), wenn die Leuchtdichte zu hoch ist (45) und/oder dass die Beleuchtungsstärke erhöht wird (48), wenn die Leuchtdichte zu niedrig ist (46).
Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die eine Umgebung des Fahrzeugs beleuchtet, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Beleuchtungselemente aufweist, die jeweils einen unabhängig dimm- oder schaltbaren Lichtstrom in jeweils einen Raumwinkel abstrahlen können und damit jeweils eine Fläche in der Umgebung mit einer Beleuchtungsstärke beleuchten, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Entfernung der Fläche zum Beleuchtungselement oder der Beleuchtungsvorrichtung einstellbar ist (43).
Computerprogrammprodukt zur Steuerung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogrammprodukt derart ausgestaltet ist, dass es ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt, insbesondere mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9.