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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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Es sind passive und aktive Nachtsichtsysteme
bekannt. Passive Nachtsichtsysteme bestehen aus einer Wärmebildkamera.
Nachteil der passiven Nachtsichtsysteme ist, dass es mit einer Wärmebildkamera
schwierig ist, wirklichkeitsgetreue Bilder zu erzeugen. Dagegen
bestehen aktive Nachtsichtsysteieaus 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 Lichtpuls 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 Bilder 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 auch erreicht, weil die 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, da sich
die Strahlungsquelle während
den Impulspausen regenerieren kann. 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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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. Weiterhin
ist es möglich,
CMOS-Kameras mit linearer oder logarithmischer Kennlinie der Belichtungsempfindlichkeit
einzusetzen. Die logarithmische Kennlinie ermöglicht die Erzeugung von Bildern
mit hoher Bildqualität
auch bei großem
Dynamikumfang der Helligkeit innerhalb des Bilderfassungsbereiches.
Ein großer
Dynamikumfang der Helligkeit tritt in einem Kraftfahrzeug beispielsweise dann
auf, wenn das Kraftfahrzeug von einer sonnenbeleuchteten Straße in einen
Tunnel einfährt.
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In vielen Ländern legen gesetzliche Vorschriften
die zulässigen
Eigenschaften von Strahlungsquellen in Kraftfahrzeugen fest. Beispielsweise wird
die maximale durchschnittliche Strahlungsstärke bzw. die Lichtstärke von
Strahlungsquellen in Kraftfahrzeugen definiert. Unter der Strahlungsstärke versteht
man den Strahlungsfluss pro Raumwinkel mit der Einheit Watt/sterad.
Dagegen ist die Lichtstärke eine
physiologische Größe, die
den Lichtstrom pro Raumwinkel festlegt. Die Einheit der Lichtstärke ist das
Candela. In besonders vorteilhafter Weise führen die nachfolgend beschriebene
Vorrichtung und das Verfahren durch die gepulste Ausleuchtung von
Teilbereichen des Bilderfassungsbereiches der Kamera zu einer Erhöhung der
Strahlungsstärke
innerhalb des Teilbereiches unter Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen
durchschnittlichen Strahlungsstärken
der Strahlungsquelle. Dies führt
insgesamt zu einer intensiveren Ausleuchtung des Bilderfassungsbereiches
der infrarotempfindlichen Kamera. Diese Maßnahme kann zu einer Erhöhung der
Bildqualität des
erzeugten Bildes beitragen. Umgekehrt ist es möglich, die elektrische Leistungsaufnahme
der Strahlungsquelle bei gleich bleibender Leistung pro beobachteter
Fläche
zu erniedrigen. Dies trägt
in vorteilhafter Weise zu einer Energieeinsparung im Kraftfahrzeug
bei.
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Durch wenigstens ein wenigstens im
nahen infraroten Strahlungsbereich strahlendes Laserdioden-Array
und/oder wenigstens ein im nahen infraroten Spektralbereich strahlendes
Laser-Array ist in besonders vorteilhafter Weise die gepulste Ausleuchtung
von Teilbereichen des Bilderfassungsbereiches der wenigstens einen
infrarotempfindlichen Kamera in einfacher Art und Weise möglich. Beispielsweise ermöglichen
Laserdioden durch ein kurzes Ansprechverhalten die Erzeugung von
kurzen Lichtpulsen bei gleichzeitig hoher Strahlungsstärke während der
Lichtpulsdauer. Weiterhin haben infrarotstrahlende Laserdioden und/oder
infrarotstrahlende Laser den Vorteil, dass 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 Abblendlicht herauszufiltern. Damit trägt der Einsatz von wenigstens
einem Laser-Array und/oder wenigstens einem Laserdioden-Array zur
Erzeugung von Bildern mit hoher Bildqualität bei. Daneben haben infrarotstrahlende
Laser und/oder infrarotstrahlende Laserdioden den Vorteil, dass
sie einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Durch die gepulste Ausleuchtung
von Teilbereichen des Bilderbereiches der infrarotempfindlichen
Kamera wird der Duty Cycle der Laserdioden und/oder der Laser verringert.
Unter dem Duty Cycle versteht man die Zeit der Lichtabgabe in bezug
auf die Gesamtbetriebszeit eines Beleuchtungsmittels.
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Vorteilhaft ist die Erfassung von
Bildzeilen und/oder Bildspalten der infrarotempfindlichen Kamera
als Teilbildbereiche. Durch eine Verkleinerung der erfassten Teilbildbereiche
auf die Größe von einzelnen
Bildzeilen und/oder Bildspalten ist es möglich, die gepulst ausgeleuchteten
zugehörigen
Teilbereiche entsprechend zu verkleinern. Dadurch wird in vorteilhafter
Weise die oben erläuterte
Vergrößerung der
Strahlungsstärke
unter Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften möglich. Dieser Vorteil wird
zum einen dadurch erreicht, dass jeweils nur einzelne Teilbereiche
ausgeleuchtet werden, während
die restlichen Teilbereiche nicht ausgeleuchtet sind. Weiterhin benötigen moderne
Kameras für
den Samplevorgang einer Bildzeile und/oder Bildspalte nur einige
Nanosekunden. Durch diese kurze gepulste und räumlich eingeschränkte Ausleuchtung
ist es möglich,
die Strahlungsstärke,
also den Strahlungsfluss pro Raumwinkel, weiter zu erhöhen. Beide
Effekte tragen zu einer wesentlichen Erhöhung der Strahlungsstärke des
ausgeleuchteten Teilbereiches bei der Erfassung des Teilbildbereiches
als Bildzeile und/oder Bildspalte bei. Dies trägt wiederum zu einer Verbesserung
der Bildqualität
des erzeugten Bildes insgesamt bei.
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Vorteilhaft ist, wenn bei der Erfassung
der Teilbildbereiche im wesentlichen der entsprechende Teilbereich
des Bilderfassungsbereiches der wenigstens einen infrarotempfindlichen
Kamera gepulst ausgeleuchtet wird. Hierdurch wird eine unnötige Ausleuchtung
nicht erfasster Bereiche des Bilderfassungsbereiches vermieden.
Daraus ergeben sich zwei wichtige Vorteile. Zum einen trägt dies
zur Energieeinsparung im Kraftfahrzeug bei, da nicht erfasste Bereiche
nicht ausgeleuchtet sind. Anderseits ist es möglich die Strahlungsstärke eines
Teilbereiches bei gleicher durchschnittlicher Strahlungsstärke zu erhöhen.
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Vorteilhaft ist eine Variante der
Vorrichtung und des Verfahrens bei der wenigstens ein Teilbereich
des Bilderfassungsbereiches der wenigstens einen infrarotempfindlichen
Kamera wenigstens zwei Teilbildbereiche umfasst. Die Zusammenfassung
von Teilbildbereichen zu einem ausgeleuchteten Teilbereich trägt zu einem
einfachen und kostengünstigen Aufbau
der Strahlungsquelle bei.
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Besondere Vorteile weist eine Variante
der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung und des Verfahrens auf,
bei der die Erfassung der Teilbildbereiche 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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Besonders vorteilhaft ist eine infrarotempfindliche
Kamera, insbesondere eine infrarotempfindliche CMOS-Kamera, mit
Mitteln zur Durchführung
aller oder zumindest der wesentlichen Schritte des beschriebenen
Verfahrens zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug. Die Vorteile
einer solchen infrarotempfindlichen Kamera sind die beschriebenen Vorteile
des Verfahrens und der Vorrichtung zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug.
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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 bevorzugten Ausführungsbeispiels,
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2 ein
Blockdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels,
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3 ein
Zeitdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen Nachfolgend
werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bilderzeugung in einem
Kraftfahrzeug beschrieben. Eine infrarotempfindliche Kamera erzeugt Bilder
von der Umgebung des Kraftfahrzeuges. Zur gepulsten Ausleuchtung
von Teilbereichen des Bilderfassungsbereiches der Kamera wird eine
im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle
verwendet. Die Kamera erzeugt die Bilder durch Erfassung von Teilbildbereichen.
Zur Erfassung der Teilbildbereiche wird eine zeitliche Synchronisation
mit der gepulsten Ausleuchtung des wenigstens den Teilbildbereich
umfassenden Teilbereichs durchgeführt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die Erfassung von Teilbildbereichen einer infrarotempfindliche CMOS-Kamera
mit einem im nahen infraroten Spektralbereich strahlenden Laserdiode-Array
zeitlich synchronisiert.
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1 zeigt
eine Übersichtszeichnung
der Vorrichtung zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug des bevorzugten
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
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein Laserdioden-Array verwendet, das Infrarotstrahlung 20 im
nahen infraroten Spektralbereich emittiert. 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 Kraftfahrzeuges
im Bereich des Innenrückspiegels
angebracht. Im bevorzugten 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.
Die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 der CMOS-Kamera 10 und
die Steuereinheit 14 der Strahlungsquelle 12 enthalten zur
Durchführung
von Programmen zur Steuerung und/oder Verarbeitung jeweils wenigstens
einen Mikroprozessor.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm der Vorrichtung zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug
des bevorzugten 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 Laserdioden-Matrix mit fünf Zeilen mit jeweils vier
Laserdioden 28. Die Laserdioden 28 der Strahlungsquelle 12 erzeugen
Infrarotstrahlung wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich,
vorzugsweise im Wellenlängenbereich
zwischen 850 nm und 900 nm. Vier Laserdioden 28 einer Zeile
werden von der Steuereinheit 14 zeilenweise gemeinsam gepulst
angesteuert. Anschließend
wird die zeilenweise erzeugte Infrarotstrahlung über eine Optik 26 zur
gepulsten Ausleuchtung eines Teilbereiches 32, 34, 36, 38, 40 des
Bilderfassungsbereiches der CMOS-Kamera 10 verwendet. In 2 sind der erste ausgeleuchtete Teilbereich 32,
der zweite ausgeleuchtete Teilbereich 34, der dritte ausgeleuchtete
Teilbereich 36, der vierte ausgeleuchtet Teilbereich 38 und
der fünfte
ausgeleuchtete Teilbereich 40 des Bilderfassungsbereiches
eingezeichnet. Der erste Teilbereich 32 wird von der ersten
Zeile der Strahlungsquelle 12 ausgeleuchtet, während die
weiteren Teilbereiche 34, 36, 38, 40 von
den Zeilen 2 bis 5 der Strahlungsquelle 12 ausgeleuchtet
werden. Durch die Optik 26 wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel
erreicht, dass eine teilweise Überlappung
der Teilbereiche 32, 34, 36, 38, 40,
insbesondere zur vollständigen
Ausleuchtung der Teilbereiche, vorliegt, so dass der gesamte Bilderfassungsbereich
der infrarotempfindlichen Kamera durch die Teilbereiche 32, 34, 36, 38, 40 abgedeckt ist.
Die Optik 26 dient weiterhin zur Erzeugung eines homogen
ausgeleuchteten Teilbereichs 32, 34, 36, 38, 40 aus
den jeweils vier punktförmigen
Laserdioden 28 als Lichtquellen. Die Zeilen der Strahlungsquelle 12 werden
nacheinander so von der Steuereinheit 14 angesteuert, dass
die Teilbereiche 32, 34, 36, 38, 40 sequentiell
gepulst ausgeleuchtet werden. Ein Teilbereich 32, 34, 36, 38, 40 ist
dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein etwa rechteckförmiger
Bereich der Umgebung des Kraftfalrzeuges in Fahrtrichtung. Die Umgebung
des Kraftfahrzeuges ist dabei beispielsweise die in 2 eingezeichnete Fahrbahn 30.
Die rückgestrahlte
Infrarotstrahlung wird von der infrarotempfindlichen CMOS-Kamera 10 erfasst.
Die infrarotempfindliche CMOS-Kamera 10 erzeugt aus der
rückgestrahlten
Infrarotstrahlung Bilder der Umgebung des Kraftfahrzeuges und überträgt die erzeugten
Bilder zur Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16. Dabei
ist die CMOS-Kamera 10 so ausgerichtet, dass sie die Umgebung
des Kraftfahrzeuges in Fahrtrichtung umfasst, beispielsweise die in 2 eingezeichnete Fahrbahn 30.
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 Teilbildbereiche 42, 44, 46, 48, 50 erfasst.
In 2 sind die entsprechenden
Teilbildbereiche 42, 44, 46, 48, 50 eingezeichnet.
Der erste Teilbildbereich 42 umfasst den ersten Teilbereich 32,
während
die weiteren Teilbereiche 44, 46, 48, 50 die
entsprechenden Teilbereiche 34, 36, 38, 40 umfassen.
Dabei sind die Teilbildbereiche 42, 44, 46, 48, 50 so
dimensioniert, dass Grenzen der zugehörigen Teilbereiche 32, 34, 36, 38, 40 nicht überschritten
werden. Damit ist die vollständige
Ausleuchtung der Teilbildbereiche 42, 44, 46, 48, 50 gewährleistet.
Durch die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 wird die
nachfolgend erläuterte zeitliche
Synchronisation zwischen der Erfassung eines Teilbildbereiches 42, 44, 46, 48, 50 durch
die CMOS-Kamera 10 und der gepulsten Ausleuchtung der dem
Teilbildbereich 42, 44, 46, 48, 50 entsprechenden
Teilbereiches 32, 34, 36, 38, 40 gesteuert. Im
ersten Schritt steuert die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 über die
Signalleitung 18 die Steuereinheit 14 so an, dass
die Laserdioden 28 der erste Zeile der Strahlungsquelle 12 angesteuert
werden. Dadurch wird der Teilbereich 32 mit naher Infrarotstrahlung
ausgeleuchtet. Im zweiten Schritt steuert die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 die
infrarotempfindliche CMOS-Kamera 10 so, dass während der
Ausleuchtung des Teilbereiches 32 die Bildzeilen der CMOS-Kamera 10,
die innerhalb des entsprechenden Teilbildbereiches 42 liegen,
durch eine Sample&Hold
Schaltung sequentiell Bildzeile für Bildzeile eingelesen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel
sind dies die Bildzeilen 1 bis 96. Im dritten Schritt
steuert die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 über die
Signalleitung 18 die Steuereinheit 14 so an, dass
die Laserdioden 28 der erste Zeile der Strahlungsquelle 12 abgeschaltet
werden. Anschließend
werden die Schritte 1 bis 3 für
die Zeilen 2, 3, 4 und 5 der
Strahlungsquelle 12 und den Bildzeilen 97 bis 192, 193 bis 288, 289 bis 384 und 385 bis 480 der infrarotempfindlichen
CMOS-Kamera 10 entsprechend wiederholt. Das erzeugte Bild
setzt sich schließlich
aus den erfassten Bildzeilen 1 bis 480 der Teilbildbereiche
zusammen. Zur Erzeugung von weiteren Bildern wird der vorstehend
beschriebene Vorgang wiederholt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden pro Sekunde 25 Bilder erzeugt. Die vier Laserdioden 28 jeder
Zeile werden entsprechend mit einer Periodendauer von 40 ms und
einer Impulsdauer von 8 ms betrieben. Die Ansteuerung der Steuereinheit 14 durch
die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16 erfolgt durch
unidirektionale oder bidirektionale Übertragung von analogen und/oder
digitalen Signalen. In einer alternativen Variante ist die Signalleitung 18 ein
Kommunikationsbus in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise ein CAN-Bus.
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3 zeigt
jeweils ein Zeitdiagramm für
das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Bestrahlungsstärke
der gepulst beleuchteten Teilbereiche 32, 34, 36, 38, 40 der
Umgebung des Kraftfahrzeuges. 3 gibt
den prinzipiellen Verlauf der Bestrahlungsstärke der gepulst beleuchteten
Teilbereiche 32, 34, 36, 38, 40 wieder.
Auf den Abszisse der 3a, 3b, 3c, 3d und 3e ist jeweils die Zeit t
aufgetragen. Die Bestrahlungsstärke
ist als Strahlungsleistung pro Fläche definiert. 3a zeigt den zeitlichen Verlauf der Bestrahlungsstärke des
gepulst beleuchteten Teilbereiches 32 entsprechend dem
Blockdiagramm nach 2.
Der Teilbereich 32 wird mit einer Periode von 40 ms etwa
8 ms ausgeleuchtet. Die 3b, 3c, 3d, 3e zeigen
entsprechend den zeitlichen Verlauf der Bestrahlungsstärke der
weiteren Teilbereiche 34, 36, 38, 40 nach 2. Die gepulste Ausleuchtung
dieser Teilbereiche 34, 36, 38, 40 erfolgt
ebenfalls mit einer Periode von 40 ms und einer Beleuchtungsdauer
von 8 ms. Wie aus 3 ersichtlich
ist, erfolgt die gepulste Ausleuchtung sequentiell beginnend bei
dem Teilbereich 32 über
die Teilbereiche 34, 36, 38 bis zum Teilbereich 40.
Nach der gepulsten Beleuchtung des Teilbereiches 40 beginnt
die gepulste Ausleuchtung wieder beim Teilbereich 32.
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In einer ersten Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels
werden die Bildzeilen der CMOS-Kamera 10 nicht sequentiell
Bildzeile für
Bildzeile, sondern er werden alle Bildzeilen eines Teilbildbereiches
parallel eingelesen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel bedeutet dies,
dass beispielsweise im ersten Schritt die Bildzeilen 1 bis 96 in
einem parallelen Schritt gleichzeitig durch einen Samplevorgang
eingelesen werden.
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In einer alternativen Variante wird
durch das im bevorzugten Ausführungsbeispiel
verwendete Laserdioden-Array die Teilbereiche 32, 34, 36, 38, 40 nach 2 ebenfalls gepulst ausgeleuchtet.
In dieser Variante wird jedoch bei jedem Samplevorgang einer Bildzeile
der entsprechende Teilbereich 32, 34, 36, 38, 40 jeweils
gepulst ausgeleuchtet. Dies führt dazu,
dass beispielsweise zur Erfassung des Teilbildbereiches 42 der
Teilbereich 32 insgesamt mit 96 aufeinanderfolgenden
Lichtimpulsen ausgeleuchtet wird. Bei jedem Lichtimpuls zur Ausleuchtung
des Teilbereiches 32 werden sequentiell die Bildzeilen 1 bis 96 in
einem Samplevorgang eingelesen. Dabei ist die gepulste Ausleuchtung
des Teilbereiches 32 mit dem Samplevorgang aller 96 Bildzeilen
des ersten Teilbildbereiches 42 und entsprechend für alle weiteren
Teilbereiche 34, 36, 38, 40 zeitlich
synchronisiert. Die Erfassung eines Teilbildbereiches 42, 44, 46, 48, 50 entsprechend 2 dauert etwa 8 ms bei einer Periodendauer
von 40 ms. Innerhalb der 8 ms dauernder Erfassung des Teilbildbereiches 42, 44, 46, 48, 50 werden
einzelne Lichtimpulse mit einer Lichtimpulsdauer von etwa 120 ns
bei einer Periodendauer der Lichtimpulse von etwa 83 μs erzeugt. Diese
Lichtimpulse sind zeitlich mit dem Samplevorgang einer entsprechenden
Bildzeile synchronisiert.
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In einer weiteren Variante wird ein
verändertes
Laserdioden-Array als im bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet. Das
in dieser Variante eingesetzte Laserdioden-Array besteht aus 480
Zeilen mit jeweils etwa 100 Laserdioden pro Zeile. Die verwendeten
Laserdioden sind miniaturisiert. Es besteht Identität zwischen
der Anzahl der Zeilen des Laserdioden-Arrays und der Anzahl der
Bildzeilen des eingesetzten CMOS-Bildsensors. Die eingesetzte Optik
ist so beschaffen, dass pro Zeile ein vertikaler Ausleuchtungsbereich
von 1° etwa
erzielt wird. In horizontaler Richtung ist der Ausleuchtungsbereich
ausgedehnt, so dass insgesamt eine linienartige Ausleuchtung der Umgebung
des Kraftfahrzeuges erfolgt. Entsprechend der Anzahl der Zeilen
des Laserdioden-Arrays werden 480 Teilbereiche zur gepulsten Ausleuchtung erzeugt.
Bei einer gepulsten Ausleuchtung eines Teilbereiches durch eine
Zeile des Laserdioden-Arrays wird hierzu der diesem Teilbereich
entsprechende Teilbildbereich aufgenommen. In dieser Variante ist ein
Teilbildbereich eine Bildzeile des CMOS-Bildsensor. Jeder Teilbereich
wird mit einer Lichtimpulsdauer von etwa 80 ns und einer Periodendauer
von 40 ms ausgeleuchtet. Es liegt also ein Tastverhältnis von Impulsdauer
zu Impulsperiode von 0,000 002 vor. Der Samplevorgang für eine Bildzeile
dauert etwa 120 ns. Dabei ist der Lichtimpuls zeitlich mit dem Samplevorgang
der Bildzeile so zeitlich synchronisiert, dass der 80 ns dauernde
Lichtimpuls etwa in der Mitte des 120 ns dauernden Samplevorganges der
Bildzeile erzeugt wird. Die Ansteuerung der Zeilen des Laserdioden-Arrays
erfolgt so, dass der erzeugte Beleuchtungssweep synchron zum Scansweep
des CMOS-Bildsensors erfolgt.
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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 Erfassung
von Teilbildbereichen, insbesondere 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 verwendeten
Matrixgröße der Kamera
von 640×480
Pixeln werden in weiteren Varianten infrarotempfindliche Kameras
mit einer Matrixgröße von beispielsweise 1024×768 Pixeln
und/oder 1280×1024
Pixeln verwendet.
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Alternativ werden in weiteren Varianten
der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele anstatt von
Bildzeilen Bildspalten erfasst. Demnach sind die Teilbildbereiche
und die Teilbereiche anstatt in horizontaler Richtung entsprechend
in vertikaler Richtung räumlich ausgedehnt.
Entsprechendes gilt für
das eingesetzt Laserdioden-Array, das in diesen Varianten spaltenweise
zur gepulsten Ausleuchtung angesteuert wird. Allgemein sind weitere
Variante zur Aufteilung und Anzahl von Teilbereichen und Teilbildbereichen
möglich.
Voraussetzung ist lediglich, dass die Aufteilung und die Anzahl
der Teilbereichen und Teilbildbereichen so gewählt wird, dass jedem Teilbildbereich
wenigstens ein Teilbereich zuordenbar ist, wobei dieser wenigstens
eine Teilbereich wenigstens den Teilbildbereich umfasst. Weiterhin
ist notwendig, dass eine zeitliche Synchronisation zwischen der
Erfassung eines Teilbildbereiches mit der gepulsten Ausleuchtung
des wenigstens den Teilbildbereich umfassenden Teilbereiches durchführbar ist. Neben
der zeitlichen Synchronisation wird damit eine Art räumliche
Synchronisation zwischen der gepulsten Ausleuchtung wenigstens eines
Teilbereiches und des wenigstens einen entsprechenden Teilbildbereiches
ermöglicht.
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In einer Variante der vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele
und Varianten bilden die wenigstens eine infrarotempfindliche Kamera
und die wenigstens eine Steuereinheit/Verarbeitungseinheit der Kamera
eine Einheit. Alternativ oder zusätzlich sind die wenigstens
eine wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle und
die wenigstens eine Steuereinheit der Strahlungsquelle eine Einheit.
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Einer Variante der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung und des Verfahrens verwendet neben dem im nahen infraroten
Spektralbereich strahlenden Laserdioden-Array wenigstens eine weitere im
nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle. Alternativ
oder zusätzlich
wird wenigstens ein im nahen infraroten Spektralbereich strahlendes
Laser-Array eingesetzt. Allgemein ist wenigstens eine im nahen infraroten
Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle verwendbar, die zur
gepulsten Ausleuchtung von Teilbereichen und zur zeitlichen Synchronisation
der Ausleuchtung mit der Erfassung von Teilbildbereichen einer Kamera
geeignet ist.
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Die zeitliche Synchronisation der
Erfassung eines Teilbildbereiches mit der gepulsten Ausleuchtung
des wenigstens den Teilbildbereich umfassenden Teilbereiches erfolgt
in verschiedenen Varianten der beschriebenen Ausführungsbeispiele
bildzeilenweise und/oder teilbildbereichsweise und/oder teilbereichsweise
und/oder bildweise und/oder bildfolgenweise. Bei einer bildzeilenweisen
zeitlichen Synchronisation werden für jede Bildzeile Synchronisationssignale
erzeugt. Dagegen werden bei der teilbildbereichsweisen zeitlichen
Synchronisation für
jeden Teilbildbereich entsprechende Synchronisationssignale erzeugt.
Eine analoge Vorgehensweise ergibt sich für die teilbereichsweise zeitliche
Synchronisation. In einer weiteren Variante erfolgt die zeitliche Synchronisation
bildweise. Diese Art der Synchronisation erfolgt durch Bildsynchronisationsimpulse.
In einer weiteren Variante wird die zeitliche Synchronisation bildfolgenweise
durchgeführt.
Dies bedeutet, dass ein Bildfolgensynchronisationsimpuls beispielsweise
nach zehn Bildern erzeugt wird. Zur zeitlichen Synchronisation der
gepulsten Ausleuchtung wenigstens eines Teilbereiches und/oder der
Erfassung wenigstens eines Teilbildbereiches ist der Einsatz von Taktgeber
in der Steuereinheit der Strahlungsquelle und/oder in der Steuereinheit/Verarbeitungseinheit der
Kamera möglich.
Als Taktgeber werden beispielsweise Quarze verwendet.
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Eventuelle Phasenverschiebungen zwischen der
gepulsten Ausleuchtung von Teilbereichen des Bilderfassungsbereiches
der Kamera und der zeitlich zu synchronisierenden Erfassung der
Bildzeilen werden durch eine einstellbare zeitliche Verschiebung zueinander
ausgeglichen. 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 der infrarotempfindlichen
Kamera 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 optimal
eingestellt.