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Bei Nachtfahrten mit einem Kraftfahrzeug stellt
die reduzierte Sichtweite infolge der begrenzten Reichweite des
Abblendlichtes erhöhte
Anforderungen an den Fahrer. Durch Einführung von neuen Gasentladungsscheinwerfern
mit höherer
Lichtabstrahlung wurde in jüngster
Zeit gegenüber
herkömmlichen
Scheinwerfern eine bessere Ausleuchtung der Fahrbahn erreicht. Jedoch
ist die Sichtweite auch durch den Einsatz dieser neuen Scheinwerfer beschränkt und
es ist deshalb zur Verbesserung der Sicht geplant, Nachtsichtsysteme
in Kraftfahrzeugen einzusetzen.
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Bei Nachtsichtsystemen wird zwischen
passiven und aktiven Nachtsichtsystemen unterschieden. Passive Nachtsichtsysteme
bestehen aus einer Wärmebildkamera.
Nachteil der passiven Nachtsichtsysteme ist, dass es schwierig ist,
wirklichkeitsgetreue Bilder zu erzeugen. Dagegen bestehen aktive Nachtsichtsysteme
aus einer infrarotstrahlenden Beleuchtungseinheit, beispielsweise
einem Halogenlicht mit Filter, und einer oder mehreren infrarotempfindlichen
Kameras. Die Beleuchtungseinheit bestrahlt das Fahrzeugvorfeld im
Fernlichtbereich und die Kameras nehmen das zurückgestrahlte Infrarot-Fernlicht
auf und geben das Bild auf einem Monitor oder einem Head-up-Display
wieder. Dabei können
die Scheinwerfer für
das sichtbare Abblendlicht und Fernlicht für die Abgabe von Infrarotlicht
eingesetzt werden. Die Kraftfahrzeugindustrie plant jedoch zunehmend,
anteilig infrarot-strahlende Halogen-Scheinwerfer durch infrarotfreie Xenon-Scheinwerfer
zu ersetzen. Hierdurch wird ein Einsatz von zusätzlichen infrarotstrahlenden
Strahlungsquellen notwendig. Als zusätzliche infrarotstrahlende
Strahlungsquellen ist beispielsweise der Einsatz von infrarotstrahlenden
Lasern möglich.
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In der deutschen Patentschrift
DE 42 43 200 C2 ist
eine Vorrichtung zur Freund-Feind-Kennung von Landfahrzeugen für militärische Anwendungen beschrieben.
Zur Sichtbarmachung einer verdeckten Signatur zur Freund-Feind-Kennung
wird eine Wärmebildkamera
mit einem CO
2-Laser gekoppelt. Ein Beobachter schickt
einen einzelnen Lichtimpuls ab und die Infrarot-Kamera empfängt synchronisiert das reflektierte
Signal. Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass Wärmebildkameras
keine wirklichkeitsgetreuen Abbildungen liefern. Hinweise auf eine
Vorrichtung oder ein Verfahren zur Bilderzeugung von wirklichkeitsgetreuen
Bildern, die für
den Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet sind, fehlen in der
DE 42 43 200 C2 .
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Vorteile der
Erfindung
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Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung und
das Verfahren zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug, wobei mit
wenigstens einer infrarotempfindlichen Kamera bildzeilenweise Bilder
synchronisiert mit der gepulsten Ausleuchtung der Umgebung des Kraftfahrzeuges
erzeugt werden, hat den Vorteil, dass wirklichkeitsgetreue Bilder
mit hoher Bildqualität bei
guten und auch bei schlechten Sichtverhältnissen und/oder Wetterverhältnissen
erzeugt werden. Die Vorrichtung und das Verfahren zur Bilderzeugung können in
besonders vorteilhafter Weise durch die hohe Bildqualität der erzeugten
Bilder zu einer Verminderung der Unfallzahlen bei schlechten Sichtverhältnissen,
insbesondere bei Nacht, beitragen. Die Erzeugung von wirklichkeitsgetreuen
Bildern mit hoher Bildqualität
bei schlechten Sichtverhältnissen und/oder
Wetterverhältnissen
wird dadurch erreicht, dass eine Ausleuchtung des Bilderfassungsbereiches
mit einer wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich strahlenden
Strahlungsquelle durch Regen oder Schnee nicht signifikant gestört wird.
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Vorteilhaft ist, dass die Lebensdauer
der wenigstens einen wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich
strahlenden Strahlungsquelle durch die gepulste Lichtabgabe erhöht wird.
Beim Pulsbetrieb tritt bei gleicher Leistung eine geringere thermische Belastung
der Strahlungsquelle im Vergleich zum Dauerbetrieb auf. Dies führt direkt
zu einer Erhöhung der
Lebensdauer. Eine längere
Lebensdauer der Strahlungsquelle und damit verbunden längere Austauschintervalle
tragen bei einem Kraftfahrzeug in vorteilhafter Weise zur Senkung
der Betriebskosten bei.
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Gleichzeitig ermöglicht der Pulsbetrieb der wenigstens
einen infrarotstrahlenden Strahlungsquelle bei durchschnittlich
gleicher Strahlungsstärke der
Strahlungsquelle eine wesentlich höher Strahlungsstärke während des
Lichtimpulses. Dabei ist die Strahlungsstärke als Leistung pro Raumwinkel
festgelegt. Hiermit verbunden wird die Bestrahlungsstärke, also
die Leistung pro Fläche,
der bestrahlen Fläche
während
des Lichtimpulses gegenüber
der kontinuierlichen ungepulsten Lichtabgabe erhöht. In besonders vorteilhafter
Weise wird hierdurch eine intensive Ausleuchtung des Bilderfassungsbereiches
der wenigstens einen infrarotempfindlichen Kamera erreicht.
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Besonders vorteilhaft ist wenigstens
eine infrarotempfindliche CMOS-Kamera zur Erzeugung wenigstens eines
Bildes der Umgebung des Kraftfahrzeuges. Gegenüber andern Kameratypen ist
bei CMOS-Kameras der Blooming-Effekt reduziert. Unter Blooming versteht
man dabei die Überstrahlung des
erzeugten Bildes durch Blendung mit starken Lichtquellen.
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Durch wenigstens einen infrarotstrahlenden Laser
und/oder wenigstens eine infarotstrahlende Laserdiode wird in besonders
vorteilhafter Weise ist die gepulste Ausleuchtung des Bilderfassungsbereiches
der wenigstens einen infrarotempfindlichen Kamera in einfache Art
und Weise möglich.
Beispielsweise ermöglichen
Laserdioden durch ein kurzes Ansprechverhalten die Erzeugung von
kurzen Lichtimpulsen bei gleichzeitig hoher Strahlungsstärke während der
Lichtimpulsdauer. Weiterhin haben infrarotstrahlende Laser und/oder
infrarotstrahlende Laserdioden den Vorteil, das Laserlicht eine
geringe spektrale Bandbreite aufweist. Durch entsprechende Bandfilter
vor der wenigstens einen infrarotempfindlichen Kamera ist es dadurch
möglich,
andere Spektralbereiche herauszufiltern. Beispielsweise ist es bei entgegenkommenden
Kraftfahrzeugen, die beispielsweise mit Abblendlicht bei Nacht fahren,
dadurch möglich,
dieses zur Bilderzeugung störende
sichtbare Licht herauszufiltern. In vorteilhafter Weise trägt der Einsatz
von wenigstens einem infrarotstrahlendem Laser und/oder wenigstens
einer infrarotstrahlenden Laserdiode zur Erzeugung von Bildern mit
hoher Bildqualität
bei. Daneben haben infarotstrahlende Laser und/oder infrarotstrahlende
Laserdioden den Vorteil, dass sie einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
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Die wenigstens eine wenigstens im
nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle erzeugt
Lichtimpulse. Vorteilhaft sind Impulsdauern der Lichtimpulse von
kleiner 100 ns, insbesondere zwischen 10 und 80 ns. Diese kurzen
Impulsdauern tragen zur Erhöhung
der Bildqualität
des erzeugten Bildes bei. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, die
Lichtimpulse mit einem Tastverhältnis
von kleiner als 0,1% zu erzeugen. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, eine
hohe Bestrahlungsstärke
während des
Lichtimpulses zu erzeugen und dadurch eine gute Bildqualität der Bilder
zu erreichen.
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Bei einer bildzeilenweisen Synchronisation wird
die Erfassung von Bildzeilen der wenigstens einen infrarotempfindlichen
Kamera mit der gepulsten Ausleuchtung zeitlich synchronisiert. Dabei
wird die zeitliche Synchronisation für jede Bildzeile oder für eine Sequenz
von wenigstens zwei Bildzeilen durchgeführt. Durch diese bildzeilenweise
zeitliche Synchronisation der Erfassung der Bildzeilen mit der gepulsten
Ausleuchtung wird in vorteilhafter Weise eine sichere und zeitlich
stabile Synchronisation erreicht. Dagegen hat die bildweise oder
bildfolgenweise zeitliche Synchronisation den Vorteil, dass der
technische Aufwand zur Synchronisation reduziert ist. Die zeitliche
Synchronisation erfolgt bei der bildweisen oder bildfolgenweisen
zeitlichen Synchronisation für wenigstens
ein Bild. Diese bildzeilenweise oder bildweise oder bildfolgenweise
Synchronisation wird durch unidirektionale oder bidirektionale Synchronisationssignale
auf wenigstens einer Synchronisationsleitung zwischen der wenigstens
einer infrarotempfindlichen Kamera und der wenigstens einen wenigstens
im nahen infraroten Spektralbereich strahlenden Strahlungsquelle
erreicht. Besonders vorteilhaft ist, dass die zeitliche Synchronisation über wenigstens
einen Kommunikationsdatenbus, beispielsweise den CAN-Bus, im Kraftfahrzeug
erfolgen kann. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise zusätzliche Synchronisationsleitungen
eingespart und die bestehende Infrastruktur zum Datenaustausch im
Kraftfahrzeug genutzt.
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Besonders vorteilhaft ist die autonome
zeitliche Synchronisation der wenigstens einen infrarotempfindlichen
Kamera mit der gepulsten Ausleuchtung, da keine separate Synchronisationsleitung
zwischen der wenigstens einen infrarotempfindlichen Kamera und der
wenigstens einen wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich
strahlenden Strahlungsquelle benötigt
wird. Dies hat den Vorteil, dass die nachfolgend beschriebene Vorrichtung
und das Verfahren hierdurch störunanfällig sind,
weil die Einzelkomponenten unabhängig
voneinander arbeiten.
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Besondere Vorteile weist eine Variante
der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung und des Verfahrens auf,
bei der die Erfassung der Bildzeilen gegenüber der gepulsten Ausleuchtung
zeitlich verschiebbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Laufzeiteffekte
der Strahlung von der Lichtimpulsabgabe bis zur Detektion durch
die Kamera auszugleichen. Dies trägt zu Bilder mit hoher Bildqualität bei.
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Vorteilhaft ist eine weitere Variante
der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung und des Verfahrens, bei
der die zeitliche Synchronisation in Abhängigkeit wenigstens eines Bildqualitätsmaßes durchgeführt wird.
Durch die Berechnung wenigstens eines Bildqualitätsmaßes ist zum einen die Einstellung der
zeitlichen Verschiebung zwischen der Erfassung der Bildzeilen und
der gepulsten Ausleuchtung automatisiert möglich. Dies trägt ebenfalls
zu Bildern mit hoher Bildqualität
bei, da die Belichtung der Bilder im gesamten Bildbereich und einer
Bildfolge konstant ist. Daneben ermöglicht die Bestimmung wenigstens eines
Bildqualitätsmaßes die
autonome zeitliche Synchronisation der wenigstens einen infrarotempfindlichen
Kamera mit der gepulsten Ausleuchtung, indem bei Verschlechterung
des Bildqualitätsmaßes eine
Verschiebung der Erfassung der Bildzeilen gegenüber der gepulsten Ausleuchtung
zur Erreichung eines hohen Bildqualitätsmaßes durchgeführt werden
kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die Figuren und aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Übersichtszeichnung
des ersten Ausführungsbeispiels,
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2 ein
Blockdiagramm des ersten Ausführungsbeispiels,
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3 ein
Zeitdiagramm für
das erste Ausführungsbeispiel,
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4 eine Übersichtszeichnung
des zweiten Ausführungsbeispiels.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend werden eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug beschrieben.
Eine infrarotempfindliche Kamera erzeugt zeilenweise in Bildzeilen Bilder
von der Umgebung des Kraftfahrzeuges. Der Bilderfassungsbereich
der infrarotempfindlichen Kamera wird von wenigstens einer im infraroten
Spektralbereich strahlenden Strahlungsquelle gepulst ausgeleuchtet.
Die Erfassung der Bildzeilen wird zeitlich synchronisiert mit der
gepulsten Ausleuchtung durchgeführt.
In einem ersten Ausführungsbeispiel
wird die Erfassung von Bildzeilen einer infrarotempfindliche CMOS-Kamera mit einer
im nahen infraroten Spektralbereich strahlenden Laserdiode über eine
Synchronisationsleitung zeitlich synchronisiert. Im zweiten Ausführungsbeispiel
wird die zeitliche Synchronisation der Erfassung von Bildzeilen
der infrarotempfindlichen CMOS-Kamera
mit der gepulsten Ausleuchtung autonom von der CMOS-Kamera durch
Auswertung wenigstens einer erfassten Bildzeile durchgeführt.
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1 zeigt
eine Übersichtszeichnung
einer Vorrichtung zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug des ersten
Ausführungsbeispiels,
bestehend aus einer infrarotempfindlichen Kamera 10 mit
einer Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 und einer im nahen
infraroten Spektralbereich strahlenden Strahlungsquelle 12 mit
einer Steuereinheit 14. Die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 der
infrarotempfindlichen Kamera 10 und die Steuereinheit 14 der Strahlungsquelle 12 sind über eine
Signalleitung 18 miteinander verbunden. Die Strahlungsquelle 12 erzeugt
Infrarotstrahlung 20 im nahen infraroten Spektralbereich
zur gepulsten Ausleuchtung der Umgebung 24 des Kraftfahrzeuges.
Dabei ist die Strahlungsquelle 12 im Frontbereich des Kraftfahrzeuges zwischen
den Scheinwerfern für
das Abblendlicht/Fernlicht eingebaut. Als im nahen infraroten Spektralbereich
strahlende Strahlungsquelle 12 wird im ersten Ausführungsbeispiel
eine im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Laserdiode verwendet.
Die Strahlungsquelle 12 wird durch die Steuereinheit 14 gesteuert
und überwacht.
Aus der rückgestreuten
Infrarotstrahlung 22 erzeugt die infrarotempfindliche Kamera 10 Bilder
von der Umgebung 24 des Kraftfahrzeuges. Die Infrarotempfindliche
Kamera 10 ist hinter der Windschutzscheibe des Kraffahrzeuges
im Bereich des Innenrückspiegels
angebracht. Im ersten Ausführungsbeispiel
ist die infrarotempfindliche Kamera 10 eine infrarotempfindliche CMOS-Kamera 10.
Die CMOS-Kamera 10 wird über die
Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 angesteuert. Gleichzeitig überträgt die CMOS-Kamera 10 die erzeugten
Bilder der Umgebung 24 des Kraftfahrzeuges zur weiteren
Verarbeitung an die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm der Vorrichtung zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug
des ersten Ausführungsbeispiels.
Nachfolgend werden die gegenüber 1 zusätzlichen Komponenten und die
Funktionsweise der Vorrichtung erläutert. Die im nahen infraroten
Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle 12 besteht
aus einer im nahen infraroten Spektralbereich strahlenden Laserdiode 28,
einem Photodetektor 30 und einem temperaturabhängigen Widerstand 32.
Die Laserdiode 28 wird über
die Signalleitung 38 zur Laserdiodenansteuerung in Abhängigkeit
der von dem Photodetektor 30 und dem temperaturabhängigen Widerstand 32 ermittelten
Messwerten angesteuert. Der Photodetektor 30 und der temperaturabhängige Widerstand 32 dienen
als Messglieder in einem Rückkoppelzweig
zur geregelten Einstellung der Strahlungsstärke und/oder des zeitlichen
Verlaufs des Lichtimpulses, der von der Laserdiode 28 abgegeben
wird. Die Strahlungsquelle 12 erzeugt Infrarotstrahlung
wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich, vorzugsweise im
Wellenlängenbereich
zwischen 850 nm und 900 nm. Anschließend wird die erzeugte Infrarotstrahlung über eine
Optik 26 zur gepulsten Ausleuchtung des Bilderfassungsbereiches
der CMOS-Kamera 10 verwendet. Die Optik 26 dient
zur Aufweitung der erzeugten Infrarotstrahlung in vertikaler und
horizontaler Richtung, um eine möglichst
vollständige
Ausleuchtung des Bilderfassungsbereiches der CMOS-Kamera 10 zu
erreichen. Die rückgestrahlte
Infrarotstrahlung wird nach Filterung durch ein Filter 27 von
der infrarotempfindlichen CMOS-Kamera 10 erfasst. Das Filter 27 ist
ein Bandfilter, das für
die Wellenlängen
der ausgesendeten Infrarotstrahlung durchlässig ist, während es Wellenlängen dämpft, die
außerhalb
des Durchlassbandes liegen. Die infrarotempfindliche CMOS-Kamera 10 erzeugt
aus der rückgestrahlten Infrarotstrahlung
Bilder der Umgebung des Kraftfahrzeuges und überträgt die erzeugten Bilder über die Signalleitung 36 zur
Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16. Die infrarotempfindliche
CMOS-Kamera 10 besteht aus einzelnen Pixeln, die im ersten
Ausführungsbeispiel
in einer 640 × 480
Pixeln umfassenden Matrix angeordnet sind. Zur Erzeugung eines Bildes werden
zeilenweise Bildzeilen erfasst. Dabei speichert die CMOS-Kamera 10 die
Bildsignale zeilenweise zwischen, so dass zeilenweise von der Strahlungsquelle 12 ausgesendete
Lichtblitze nach und nach das gesamte Bild ausleuchten, ohne in
belichtungsunempfindlichen Phasen Laserenergie auszustrahlen. Die
zeilenweise Lichtempfindlichkeit der CMOS-Kamera 10 wird
auch als „Zeilenshutter" bezeichnet. Über die
Signalleitung 18 und die Signalleitung 34 steuert
die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 die zeitliche
Synchronisation zwischen der zeilenweisen Erfassung der Bildzeilen
und der gepulsten Ausleuchtung des Bilderfassungsbereiches der CMOS-Kamera 10.
Im ersten Ausführungsbeispiel
wird eine unidirektionale zeitliche Synchronisation durchgeführt. Die
Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 gibt über die
Signalleitung 34 Zeilensignale an die CMOS-Kamera aus.
Synchronisiert hierzu werden von der Steuereinheit/Verarbeitungseinheit
16 Lasersteuersignale über die
Signalleitung 18 an die Steuereinheit 14 der Strahlungsquelle 12 übertragen.
Bei jedem Zeilensignal, das über
die Signalleitung 34 die CMOS-Kamera erreicht, wird jeweils
eine Bildzeile so angesteuert, dass die Bildzeile empfindlich ist
für optische
Informationen. Die optischen Informationen werden über eine
Sample&Hold-Schaltung
in Bildsignale umgewandelt. Nach Abschluss des Samplevorganges wird
automatisch zur nächsten
Bildzeile oder bei Erreichen der letzten Bildzeile zur ersten Bildzeile
der Matrix geschaltet. Beim darauf folgenden Zeilensignal wird der
vorstehend beschriebenen Vorgang wiederholt und der Samplevorgang
für diese
Bildzeile entsprechend durchgeführt. Das
Bild wird schließlich
aus den Bildsignalen jedes Pixels aller Bildzeilen zusammengesetzt.
Die Steuereinheit 14 erzeugt aus den Lasersteuersignalen,
die über
die Signalleitung 18 übertragen
werden, einen Lasersteuerstrom, der über die Signalleitung 38 zur Laserdiodenansteuerung
zur direkten Ansteuerung der Laserdiode 28 verwendet wird.
Eventuelle Phasenverschiebungen zwischen der gepulsten Ausleuchtung
des Bilderfassungsbereiches der CMOS-Kamera 10 und der
zeitlich zu synchronisierenden zeilenweisen Erfassung der Bildzeilen
können
durch eine zeitliche Verschiebung der Impulse, also der Zeilensignale
und der Lasersteuersignale, an die CMOS-Kamera 10 und die Steuereinheit 14 ausgeglichen
werden. Als Ursache der Phasenverschiebung sind zeitliche Verzögerungen
in der Erzeugung der Lichtimpulse und Laufzeitverzögerungen des
Lichtimpulses zu nennen. Diese Verschiebung kann typspezifisch,
also in Abhängigkeit
der eingesetzten Einzelkomponenten, fest eingestellt werden oder
sie wird über
ein Bildqualitätsmaß ermittelt.
Das Bildqualitätsmaß wird über eine
Bildauswertung in der Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 über die Helligkeit
des Bildes und/oder den Helligkeitsgradienten in den Bildrändern ermittelt,
also in Richtung von der ersten Bildzeile zur letzten Bildzeile. Über eine
entsprechende Regelung wird die zeitliche Verschiebung in Abhängigkeit
des ermittelten Bildqualitätsmaßes in der
Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 optimal eingestellt.
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3 zeigt
jeweils ein Zeitdiagramm für
das erste Ausführungsbeispiel
der Signale 40, 42, 44 auf den Signalleitungen 34, 18, 38 nach 2, sowie den zeitlichen
Verlauf des Laserimpulses 46 der Infrarotstrahlung 20 nach 1. 3 gibt den prinzipiellen Verlauf der
Signale 40, 42, 44 und des Laserimpulses 46 wieder.
Auf den Abszisse der 3a, 3b, 3c und 3d ist
jeweils die Zeit t aufgetragen. 3a zeigt
den zeitlichen Verlauf der Spannung U der Zeilensignale 40 auf
der Signalleitung 34 nach 2.
Mit einer Periode von 100 μs
wird ein etwa 120 ns dauernder Impuls als Zeilensignal 40 erzeugt. Das
Zeilensignal 40 dient als Signal zur Durchführung des
Samplevorganges und gleichzeitig zur Auswahl der nächsten Bildzeile bei
der CMOS-Kamera. 3b zeigt
den zeitlichen Verlauf der Spannung U der Lasersteuersignale 42 auf
der Signalleitung 18 nach 2.
Mit einer Periode von 100 μs
wird ein etwa 80 ns dauernder Impuls als Lasersteuersignal 42 erzeugt.
Das Lasersteuersignal 42 dient als Signal für die Steuereinheit 14 nach 2, die in Abhängigkeit
dieses Lasersteuersignals 42 den Lasersteuerstrom 44 erzeugt,
der dann durch die infrarotstrahlende Strahlungsquelle 12 nach 2 in einen Laserimpuls 46 umgewandelt
wird. 3c zeigt den zeitlichen
Verlauf des Stromes I des Lasersteuerstroms 44 auf der
Signalleitung 38 nach 2.
Schließlich zeigt 3d den zeitlichen Verlauf
des Strahlungsflusses Φ des
Laserimpulses 46. In den 3a und 3b ist die zeitliche Verschiebung Δt zwischen
dem Start des Impulses des Zeilensignals 40 und dem Start
des Impulses des Lasersteuersignals 42 eingezeichnet. Im
ersten Ausführungsbeispiel
ist diese zeitliche Verschiebung Δt
so eingestellt, dass der Impuls des Lasersteuersignals 42 symmetrisch
in der Mitte des Impulses des Zeilensignals 40 liegt. Die zeitliche
Verschiebung Δt
beträgt
dementsprechend im ersten Ausführungsbeispiel
etwa 20 ns.
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In einer Variante des vorstehend
beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels
werden von der Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 nach 2 über die Signalleitungen 18 und 34 Bildsynchronisationsimpulse
ausgegeben. Bildsynchronisationsimpulse legen den Start der zeilenweisen
Bildaufnahme in der ersten Bildzeile fest. Die infrarotempfindliche CMOS-Kamera 10 erzeugt
die Zeilensignale 40 getriggert durch den Bildsynchronisationsimpuls
mit Hilfe eines eigenen Taktgebers selbst. Analog hierzu erzeugt
die Steuereinheit 14 das Lasersteuersignal 42 ebenfalls
getriggert durch das Bildsynchronisationssignal mit Hilfe eines
eigenen Taktgebers selbst. Als Taktgeber werden in dieser Variante
Quarze verwendet. In einer weiteren Variante wird die zeitliche
Synchronisation bildfolgenweise durchgeführt. Dies bedeutet, dass ein
Bildfolgensynchronisationsimpuls beispielsweise nach zehn Bildern
erzeugt wird und die CMOS-Kamera 10 und die Steuereinheit 14 die Zeilensignale 40 und
die Lasersteuersignale 42 zwischenzeitlich selbst durch
einen eigenen Taktgeber erzeugen. Eine andere Variante der vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele
sieht vor, die zeitliche Synchronisation bidirektional durchzuführen.
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4 zeigt
eine Übersichtszeichnung
einer Vorrichtung zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug des zweiten
Ausführungsbeispiels,
bestehend aus einer infrarotempfindlichen Kamera 10 mit
einer Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 und einer im nahen
infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle 12 mit
einer Steuereinheit 14. Nachfolgend werden nur die Unterschiede
des Ausbaus und der Funktion von 4 gegenüber 1 beschrieben.
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Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel
nach 1 ist keine Synchronisationsleitung vorhanden.
Die zeitliche Synchronisation zwischen der zeilenweisen Erfassung
von Bildzeilen und der gepulsten Ausleuchtung erfolgt durch Ermittlung
eines vorstehend erläuterten
Bildqualitätsmaßes durch die
Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16. Die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 erzeugt
in Abhängigkeit
des ermittelten Bildqualitätsmaßes den
Start des Zeilensignals mit dem Ziel ein hohes Bildqualitätsmaß zu erreichen.
Dabei unterstützt
ein Pulsmuster der Strahlungsquelle 12 die Suche nach dem
Start des Zeilensignals mit Hilfe des Bildqualitätsmaßes. Unter einem Pulsmuster
wird hierbei eine gewobbelte Frequenzänderung der Laserimpulse verstanden. Alternativ
oder zusätzlich
wird die Suche durch eine systematische Frequenzverschiebung des
Zeilensignals und/oder des Bildsynchronisationsimpulses und/oder
Bildfolgensynchronisationsimpulses unterstützt.
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In einer Variante der vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele
und Varianten bilden die infrarotempfindliche Kamera und die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit
der Kamera eine Einheit. Alternativ oder zusätzlich bilden die wenigstens
im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle
und die Steuereinheit der Strahlungsquelle eine Einheit.
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In einer weiteren Variante der vorstehend
beschriebenen Vorrichtung und des Verfahrens wird allgemein wenigstens
eine infrarotempfindliche Kamera verwendet, die Mittel zur zeilenweisen
Erfassung von Bildzeilen aufweist. Neben einer infrarotempfindlichen
Kamera wird in einer Variante wenigstens eine weitere infrarotempfindliche
Kamera, insbesondere wenigstens eine infrarotempfindlichen CMOS-Kamera
verwendet. Neben der in den vorstehenden Ausführungsbeispielen verwendete
Matrixgröße der Kamera
von 640 × 480
Pixeln (VGA-Format)
werden in weiteren Varianten infrarotempfindliche Kameras mit einer
Matrixgröße von beispielsweise
352 × 288
Pixeln (CIF-Format) und/oder 1024 × 768 Pixeln und/oder 1280 × 1024 Pixeln
verwendet. In einer weiteren Variante der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung und des Verfahrens werden Bildspalten statt Bildzeilen
erfasst. Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendete
wenigstens eine infrarotempfindliche Kamera weist eine lineare Belichtungskennlinie
und/oder eine logarithmische Belichtungskennlinie auf.
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Die Impulsdauer und/oder die Periode
des Lichtimpulses sind allgemein je nach Ausführungsbeispiel an das Timing
der wenigstens einen Kamera und/oder das Zeitverhalten wenigstens
eines Pixels der wenigstens einen Kamera angepasst. Das Timing der
Kamera wird durch die Bildwiederholfrequenz (Frame-Rate) und/oder
das Zeilensynchronisationssignal und/oder den Pixel-Clock bestimmt.
Bei einer Bildwiederholfrequenz von beispielsweise wenigstens 25
Bildern pro Sekunde liegt je nach Matrixgröße der infrarotempfindlichen
Kamera ein Pixel-Clock zwischen 4 MHz bis 20 MHz vor. Die Periode
des Lichtimpulses beträgt
je nach Matrixgröße der infrarotempfindlichen
Kamera entsprechend dem Zeilensynchronisationssignal zwischen 50 μs bis 100 μs. Unter
dem Zeitverhalten eines Pixels versteht man das Ausgangssignals
des Pixels auf einen kurzen, rechteckförmigen Lichtimpuls. Um die
gepulste im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle
mit einer möglichst
hohen Peak-Strahlungsleistung zu betreiben, wird das Tastverhältnis (Duty
Cycle) möglichst
klein gewählt,
vorzugsweise kleiner 0,1%. Bedingt durch das Einschwingverhalten
des Pixels wird die Impulsdauer des Lichtimpulses so gewählt, dass
die Impulsdauer wenigstens in etwa einen Pixel-Takt beträgt. Je nach Matrixgröße der infrarotempfindlichen
Kamera wird die Impulsdauer des Lichtimpulses vorzugsweise zwischen
50 ns bis 200 ns gewählt.
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In einer Variante der vorstehend
beschriebenen Vorrichtung und des Verfahrens wird neben der einen
im nahen infraroten Spektralbereich strahlenden Strahlungsquelle
wenigstens eine weitere im nahen infraroten Spektralbereich strahlende
Strahlungsquelle verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird wenigstens einer
im nahen infraroten Spektralbereich strahlender Laser eingesetzt.
Allgemein ist wenigstens eine im nahen infraroten Spektralbereich strahlende
Strahlungsquelle verwendbar, die zur gepulsten Abgabe von Infrarotstrahlung
wenigstens im nahen Infrarotbereich geeignet ist.