DE602004005012T2

DE602004005012T2 - Detektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE602004005012T2
Application number: DE602004005012T
Authority: DE
Inventors: Nereo c/o C.R.F. S 10043 Pallaro; Piermario c/o C.R.F. S 10043 Repetto; Filippo c/o C.R.F. Società Consortil 10043 Visintainer; Marco c/o C.R.F. S 10043 Darin; Luca c/o C.R.F. S 10043 Liotti; Emilio c/o C.R.F. S 10043 Mosca
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2024-07-24
Also published as: EP1603095A3; DE602004005012D1; ATE331999T1; CN1818613B; EP1521226A1; ITTO20030770A1; CN1603792A; EP1521226B1; ATE355578T1; JP4485477B2; JP2006139808A; CN1603792B; ES2281884T3; JP2005117639A; US7817183B2; ES2268549T3; DE602004001375T2; DE602004001375D1; JP4234655B2; EP1603095B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Detektionsvorrichtung des in Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Typs.
Eine Detektionsvorrichtung dieses Typs, die auf einem Fahrzeug installiert ist, ist aus der DE-A-199 09 986 bekannt.
Die Hauptzielsetzung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Detektionsvorrichtung auf der Grundlage eines multifunktionalen Sichtsensors vorzuschlagen, die einfach, kompakt, billig und höchst zuverlässig ist.
Zur Erreichung dieses Ziels ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detektionsvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen vorzusehen.
Weitere vorteilhafte Merkmale bezüglich bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß sind die oben genannten Funktionen in eine CCD- oder CMOS-Matrix durch Unterteilung ihres sensitiven Bereichs integriert.
Die Sichtdetektion wird durch die Kombination aktiver Verfahren (indirekte, lokale und präzise Messung) mit passiven Verfahren (direkte, ausgedehnte und selbstprüfende Messung) viel "stärker".
Eine Sichtdetektion mit dem aktiven Verfahren basiert auf einer indirekten Messung: Was detektiert wird, ist die Rückstreuungsstrahlung, die mit der Nebeldichte im betreffenden Volumen korreliert. Dabei handelt es sich um ein einfaches, präzises und ausgiebig getestetes Verfahren. Es ist jedoch auch durch einige Nachteile gekennzeichnet, d.h. es handelt sich um eine lokale (Auswertung der Nebeldichte in der Nähe des Sensors) und eine indirekte Messung (Korrelation zwischen der Nebeldichte und der Sicht über halbempirische Formeln).
Umgekehrt basiert eine Sichtdetektion mit einem passiven Verfahren auf einer direkten Messung der Sicht über einen ausgedehnten Bereich (Nebelbewertung im Raum oder der Szenerie vor dem Sensor durch Messen der Lichtintensität und/oder des Kontrasts) und ermöglicht auch die Detektion des Vorhandenseins einer Nebelbank (oder einer beliebigen anderen Partikelsuspension, welche die Sicht einschränkt, wie zum Beispiel Rauch) von einem bestimmten Abstand an (bis zu 50-100 Meter) vom Sensor entfernt.
Mit einem geeigneten Datenfusionsalgorithmus auf der Grundlage des Vergleichs zwischen mit beiden Verfahren gesammelten Signalen und gegebenenfalls der Verwendung von Umgebungsbeleuchtungs-, Feuchtigkeits- und Temperaturdaten ist es möglich die Vorteile beider Verfahren zu nutzen und eine präzise und selbstgeprüfte Auswertung der Sicht zu erhalten, die auch die Detektionsbedingungen (Tag/Nacht) berücksichtigt und die gegebenenfalls die Nebelbildung und/oder das sich Heben des Nebels vorhersagen kann.
Derjenige Teil des sensitiven Bereichs der Matrix, der der passiven Nebeldetektion gewidmet ist, führt auch Funktionen der Verkehrsüberwachung und -kontrolle durch.
Die Vorrichtung integriert auch einen Temperatur- und Relativfeuchtigkeitssensor, von dem die Tautemperatur erhalten werden kann, wobei diese Parameter im Fall der Verwendung eines mathematischen Modells zur Vorhersage der möglichen Nebelbildung nützlich sein können.
Die Beleuchtungsdetektion zusammen mit der Sichtbewertung wird unbedingt notwendig zum Modulieren der Intensität und/oder zum Einstellen der Häufigkeit von Warnlichtern auf dem betreffenden Streckenabschnitt, um so diese Lichter für Fahrzeuge gut sichtbar zu machen, wobei jedoch gleichzeitig das gefährliche Phänomen der Blendung von Autofahrern vermieden wird.
Die von dieser Art der Vorgehensweise gebotenen Vorteile sind daher die folgenden:

1. Integration mehrerer Funktionen, die im Anwendungskontext nötig sind;
2. Vorhersage möglicher Nebelbildung, Vorhandensein von Nebelbänken und die selbstgeprüfte Sichtdetektion;
3. Ein kompaktes und einfaches System, Kostenverringerung

Beschreibung der Zeichnungen
Es folgt nun eine Beschreibung der Erfindung im Einzelnen anhand der beiliegenden Zeichnungen, die lediglich als nicht einschränkendes Beispiel angegeben sind. Es zeigt:
1 eine Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung als ein auf Autobahnen vorhandenes Portal, wobei der Multifunktionssensor in einem versiegelten Kasten mit Vordach integriert ist, um so die Auswirkungen atmosphärischer Bedingungen auf das optische Fenster zu verringern;
2 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Matrixsensors, der einige der oben erörterten Funktionen implementiert;
3 ein Prinzipdiagramm der aktiven Nebeldetektion;
4 mögliche Ausführungsvarianten des optischen Empfangssystems zur Nebeldetektion, die nicht Teil der Erfindung sind;
5 eine perspektivische Darstellung der die erfindungsgemäße Sensormatrix aufweisenden Anordnung, die nicht Teil der Erfindung ist, mit dem zugeordneten Schutzfenster;
6 eine schematische perspektivische Darstellung der verschiedenen Elemente, die eine Ausführungsform bilden, die nicht Teil der Erfindung ist;
7 eine schematische perspektivische Darstellung der verschiedenen Elemente, die eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden, basierend auf mikrooptischen Systemen, deren Komponenten ein sensitiver Kamerabereich, eine Feldgrenze, eine Mikrolinsenmatrix, eine optische Isolation, eine Mikrolinsenmatrix sind; und
8 eine vergrößerte perspektivische Explosionsdarstellung eines Details von 7.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Ein integriertes Sichtsystem für Straßenanwendungen ist in 1 gezeigt und ist durch die folgenden Funktionen oder einen Teil davon gekennzeichnet:
Detektion der Sicht (in Metern) in Abhängigkeit von dem Vorhandensein von Dunst oder Nebel;
Detektion von Nebelbänken;
Detektion des Umgebungslichtpegels (in Lux);
Detektion der Innen- und Außentemperatur; und
Detektion der äußeren relativen Feuchtigkeit;
Verkehrsüberwachung;
Verkehrskontrolle;
Selbsteinstellung aufgrund eines teilweise verdreckten optischen Fensters, Sensortemperaturvariation und Leistungsverringerung von Sendern;
Selbstreinigendes optisches Fenster oder Fensterreinigung;
Drahtlose Datenübertragung mit Brückenverbindung zwischen identischen oder Sensoren mit niedrigerer Funktion;
Selbstdiagnose.
Die Systemarchitektur besteht aus:
CCD- oder CMOS-Sichtsensor (standardmäßig oder dediziert mit Vorverarbeitung auf Pixelniveau);
Temperatursensor;
Sensor für relative Luftfeuchtigkeit;
Sender zur Sichtdetektion mit passivem Verfahren;
optisches Empfangssystem (zur Strahlungssammlung und zur Bündelung auf unterschiedliche Matrixbereiche) und optisches Sendesystem (zum Formen eines Sendebündels);
mechanisches System zum Ausrichten optischer Systeme und zum Trennen von Bereichen, die unterschiedlichen Funktionen gewidmet sind;
elektronisches System zum Beschaffen und Verarbeiten von Bildern, zur Sendersteuerung, zur Beschaffung von Temperatur- und Feuchtigkeitssignalen, drahtlosen Übertragung, Selbstdiagnose.
Das System kann zum Beispiel an Portalen installiert werden, die an Autobahnen vorhanden sind, um so den entsprechenden Streckenabschnitt zu überwachen.
1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt ein Beispiel für eine Ausführungsform der äußeren Schale 2 der Vorrichtung, die eine Vorderfläche mit einem Bereich 1 aufweist, in dem das tatsächliche Detektionssystem (das im Folgenden im Einzelnen beschrieben wird) angeordnet und von einem optischen Fenster 3 geschützt ist.
Wie aus 2 hervorgeht, ist der sensitive Bereich der Matrix 4 des neuartigen System gemäß der vorliegenden Erfindung in Unterbereiche aufgeteilt, die den folgenden Funktionen gewidmet sind:

1. Verkehrsüberwachung und -steuerung, Sicht (passives Verfahren), Nebelbänke;
2. Sicht (aktives Verfahren);
3. Umgebungsbeleuchtung.

Außerdem können die folgenden weiteren Funktionen vorgesehen werden:

4. Verschmutzung auf optischem Fenster (aktives oder passives Verfahren);
5. Betrieb/Überwachung der optischen Leistung der Sender.

Nebel verringert den visuellen Wirkungsgrad, da er den Umgebungskontrast und daher den sichtbaren Raum manchmal bis auf wenige Meter verkürzt. Der visuelle Wirkungsgrad wird aufgrund der weniger ausgeprägten Tiefensicht schlechter, die zum Prüfen und Bewerten der Position von Objekten im Raum absolut notwendig ist.
Die Sichtfunktion wird durch die Kombination von zwei Unterbereichen durchgeführt: Im ersten wird die Rückstreuungsstrahlung, die durch das Vorhandensein von Nebel erzeugt wird, der mit dem Sichtniveau korreliert, mit einem aktiven Verfahren (d.h. über einen Sender, zum Beispiel eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode) gemessen; im zweiten Unterbereich, der mit dem Unterbereich zusammenfällt, der der Verkehrsüberwachung und -kontrolle gewidmet ist, wird die Straßen- oder Autobahnszenerie mit einem passiven Verfahren beschafft, und mittels Algorithmen unterschiedlichen Typs und unterschiedlicher Komplexität (z.B. Kontrastanalyse; Auswertung von Parametern, wie zum Beispiel Beschattung, Verhältnis zum Horizont, Überlagerung, Paralaxe usw.) wird das Vorhandensein von Nebelbänken erfasst, wodurch eine Auswertung einer nicht lokalen Sicht erhalten wird.
3 zeigt schematisch das Prinzip der Nebeldetektion mit dem aktiven Verfahren. In dieser Figur beziehen sich die Bezugszeichen 5 und 6 auf einen Sender bzw. einen Empfänger.
In einer möglichen Anordnung ergibt der der Verkehrsüberwachung gewidmete Bereich über die Anzahl von Fahrzeugen die in einigen Teilen des Straßennetzes unterwegs sind, hinaus dank präziser Bildverarbeitungsanalysen auch noch die Art des Verkehrsflusses (Personenfahrzeuge anstelle von Lastkraftfahrzeugen; durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit der Fahrzeuge im Fall von Staus). In der Zwischenzeit werden Parameter gemessen, die für die Verkehrskontrolle nützlich sind, wie zum Beispiel: Geschwindigkeit (sowohl für PKW als auch LKW), Sicherheitsabstand, Belegung der Standspur, Staus, Unfälle.
Die Funktion der Umgebungsbeleuchtung wird durch einen spezifischen Unterbereich der Matrix oder durch einen Unterbereich, der in dem der Verkehrsüberwachung gewidmeten Bereich enthalten ist, durchgeführt.
Die Funktion der Einstellung auf eine Verschmutzung des optischen Fensters kann sowohl mit einem aktiven Verfahren, d.h. mit einem Sender, als auch mit einem passiven Verfahren, d.h. ohne einen Sender, durchgeführt werden und als sensitiven Bereich einen Unterbereich der CMOS-Matrix oder ein separates Empfangsmodul nutzen.
In einer möglichen Anordnung ist das System mit einem elektrooptischen Sende-Empfangs-Modul ausgerüstet, das von der visuellen Matrix getrennt (wenn auch in dem Sensor integriert) ist, um so auf eine aktive Weise die Funktion der Einstellung auf eine Verschmutzung des optischen Fensters durchzuführen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die Funktion der Einstellung auf eine Verschmutzung des optischen Fensters in einer aktiven Weise (d.h. über einen Sender), wobei der Empfänger jedoch die visuelle Matrix ist, mit einem dieser Funktion gewidmeten Unterbereich, oder einem Unterbereich, der in einem Bereich untergebracht ist, der einer der oben genannten Funktionen gewidmet ist, durchgeführt.
Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die Funktion der Einstellung auf eine Verschmutzung des optischen Fensters mit einem passiven Verfahren (zum Beispiel durch Bildanalyse) in einem Matrixunterbereich durchgeführt, der dieser Funktion gewidmet ist, oder aber in einem Unterbereich, der in einem anderen untergebracht ist, der einer der oben genannten Funktionen gewidmet ist (zum Beispiel dem Unterbereich, der der Szenerieüberwachung gewidmet ist).
Das Überwachen der ausgesendeten optischen Leistung wird durch einen Unterbereich durchgeführt, der dieser Funktion gewidmet ist, oder mittels eines lichtempfindlichen Detektors, der von der Matrix getrennt ist, oder mittels einer elektronischen Schaltung, die den Steuerstrom und die Umgebungstemperatur überwacht.
In einer möglichen Anordnung ist das System ferner mit einem Sensor zum Messen der Kameratemperatur (zum Beispiel einem Thermoelement oder PCB-Temperatursensor) ausgerüstet, um so die Matrixantwort zu kompensieren, wenn die Temperatur in denjenigen Funktionen variiert, die als Ausgang einen absoluten Wert brauchen.
In einer möglichen Anordnung ist das System ferner mit einem Sensor zum Messen der Außentemperatur (zum Beispiel einem Thermoelement) und der äußeren relativen Luftfeuchtigkeit ausgerüstet, um so die Tautemperatur zu erhalten; diese Parameter ermöglichen eine Vorhersage der Nebelbildung.
Das eine Integrierung der Verkehrsüberwachungs-, Beleuchtungs- und Nebelfunktion auf derselben CMOS-Matrix ermöglichende optische System kann gemäß zweier unterschiedlicher Anordnungen verwirklicht werden:
1. Anordnung mit standardmäßigen optischen Elementen (6)
Diese Anordnung ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 6 beinhaltet die Szenerieüberwachungsfunktion ein Objektiv 30 (zum Beispiel ein Mikrovideoobjektiv mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Länge von ungefähr 20 mm) mit einer entsprechenden Brennweite (zum Beispiel f = 6 mm) und mit einer bezüglich der Straßenebene geneigten optischen Achse, um so einen Streckenabschnitt ins Bild zu bekommen, und das bezüglich der Matrixmitte verschoben senkrecht zur Matrixebene angeordnet ist.
Die Matrix 4 mit ihrem Schutzglas 16, das einen undurchsichtigen Bereich 17 und Öffnungen 18 aufweist, ist hinter dem Objektiv angeordnet (siehe auch 5).
Für das passive Verfahren zur Nebelfunktion wird dasselbe Objektiv wie für die Szenerieüberwachung verwendet.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal besteht das optische Bildgebungssystem zum Durchführen der Szenerieüberwachung und der passiven Nebeldetektion aus einem dedizierten System, das auf mikrooptischen Komponenten basiert.
Für eine Nebelfunktion gemäß dem aktiven Verfahren wird eine Lichtleiterfaser 9 aus Glas oder Kunststoff (siehe auch 4) verwendet, deren eines Ende der Matrix 4 nahe ist, die mit einer Kugellinse 15 oder einer Gradientenindexlinse 15 oder auch keiner Linse (wie bei 11) ausgerüstet ist, und deren vorderes Ende mit einer Gradientenindexlinse 13 oder mit einer mikrooptischen Komponente oder ebenfalls mit keiner Linse (wie bei 10) ausgerüstet ist. Das vordere Ende der Lichtleiterfaser 9 ist einem Hochpass-(durchlässig für Wellenlängen über 800 nm)/Interferenz-Filter 8, der auch abwesend sein könnte, sowie einer Sammellinse 7 zugeordnet, bei der es sich um eine Sammellinse ohne einen Filter oder eine Sammellinse mit einem Hochpassfiltermaterial mit einer Interferenzbeschichtung handeln kann.
Lichtleiterfasern sind eine billige und kompakte Lösung zum Modifizieren der Richtung des Sichtfelds bezüglich der Richtung senkrecht zur Matrix. Da nämlich bei dem Rückstreuungsverfahren das Vorhandensein von Hindernissen die Korrektheit der Sichtmessung beeinträchtigen kann, sollte das Sichtfeld des Empfängers vorzugsweise in der Richtung des Horizonts oder um wenige Grad nach oben ausgerichtet sein.
Die Sammellinse 7 soll die eintreffende Strahlung innerhalb eines Sichtfelds von 7-8° auf die Lichtleiterfaser bündeln. Vorzugsweise sollte auf der Sammellinse eine reflexionsmindernde Schicht angebracht werden.
Das Hochpass/Interferenz-Filter 8 soll die Störung aufgrund von Umweltlicht mindern, indem lediglich Strahlungskomponenten in einem Band gefiltert werden, das auf die Wellenlänge des Senders (800-900 nm) eingestellt ist.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal kann die Sammellinse 7 als ein optisches Bandpassfilter agieren, das aus einem Hochpassfiltermaterial hergestellt wird, auf das eine geeignete Interferenzbeschichtung abgelegt wird, so dass das spektral durchlässige Fenster auf die Wellenlänge des Senders eingestellt ist.
Die Verwendung von Mikrolinsen oder Gradienteninterferenzlinsen vor oder nach der Lichtleiterfaser kann die Faserkopplungseffizienz bzw. die Bündelung auf die CMOS-Matrix verbessern. Im letzteren Fall ergibt sich nicht nur eine Verstärkung der Intensität, sondern wird auch der Strahlungspunkt auf der Matrix verkleinert.
Eine weitere Lösung zum Filtern des Signals des Senders (der in 6 mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet ist) besteht darin, als Sender eine Leuchtdiode, die auf eine bestimmte Frequenz moduliert wird, sowie ein elektronisches Bandpassfilterungssystem mit der Frequenz des Senders zu verwenden. Diese Lösung ist entweder eine Alternative oder eine Ergänzung zur Verwendung des optischen Filters.
Eine weitere Lösung zum Filtern des Signals des Senders 31 besteht in der Verwendung des Umgebungsbeleuchtungssignals zum Berechnen der Hintergrundintensität und zum Abziehen der Letzteren vom Signal des Nebeldetektors. Diese Lösung versteht sich als Alternative zu den schon beschriebenen Filterungssystemen.
Für die Beleuchtungsfunktion wird eine aus Kunststoff oder Glas hergestellte Lichtleiterfaser 32 wie im Fall der Nebelfunktion mit dem passiven Verfahren zum Sammeln von Licht verwendet. Es sollte jedoch keine Sammellinse verwendet werden, da das detektierte Signal eine ausreichende Intensität hat.
Die Beleuchtungsfunktion kann auch durch Berechnen der durchschnittlichen auf den der Verkehrsüberwachung oder der passiven Nebeldetektion gewidmeten Bereich einfallenden durchschnittlichen Intensität ausgeführt werden. In diesem Fall kann dieselbe optische Komponente wie bei diesen Funktionen verwendet werden.
Für die Verschmutzungsfunktion mit dem aktiven Verfahren wird ein optisches System wie dasjenige für die Nebelfunktion mit dem aktiven Verfahren verwendet. In diesem Fall überlagern sich jedoch die Sichtfelder des Senders und des Empfängers in einem kleineren Volumen, das einen Teil des optischen Fensters einschließt. Das auf diese Funktion bezogene optische System kann daher eine oder mehrere Komponente unter denjenigen nutzen, die für die Nebelfunktion mit dem aktiven Verfahren aufgelistet wurden. Wenn die Strahlung elektronisch gefiltert wird, sollte vorzugsweise eine Modulationsfrequenz verwendet werden, die sich von derjenigen unterscheidet, die für die Nebelfunktion verwendet wurde.
Für die Verschmutzungsfunktion mit dem passiven Verfahren wird dasselbe Objektiv wie für die Szenerieüberwachung verwendet.
In 6 beziehen sich die Bezugszeichen 30a, 7a, 31a, 32a jeweils auf die Sichtfelder des Objektivs 30, der Linse 7, des Senders 31 bzw. der Lichtleiterfaser 32.
2. Anordnung mit mikrooptischen Komponenten (7, 8)
Diese Anordnung ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. In dem Fall der in 7, 8 dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei den optischen Sammelkomponenten für die vorhergehenden Funktionen um Systeme, die Mikrolinsen enthalten, bzw. um Mikrolinsen-Prismen-Mikrolinsen.
Das System besteht aus Matrizes von Mikrolinsen, die vor der CMOS-Matrix angeordnet sind. Eine oder mehrere Mikrolinsen können auf jeder Matrix vorhanden sein. In dem dargestellten Fall (siehe 8) ist eine Matrix 21 von mikrooptischen Komponenten in der Nähe des Sensors 4 und eine Matrix 20 von mikrooptischen Komponenten gegen die Außenseite der Vorrichtung hin angeordnet vorgesehen.
Für jede Funktion besteht das optische System aus einer oder mehreren Mikrolinsen, die auf unterschiedlichen Matrizes angeordnet sind.
Das Problem der Richtung der optischen Achse kann auf zwei Weisen gelöst werden:

1. Mit der Verwendung von Mikrospiegeln oder Mikroprismen (des Keiltyps oder Totalreflexion);
2. Mit einer Axialverschiebung oder mit einem Kippen der Mikrolinse.

Der gesamte optische Pfad kann auch Matrizes aus Mikrofiltern oder einfach optische Fenster, die teilweise mit einer Interferenzbeschichtung beschichtet sind, umfassen.
Zum Isolieren und Einstellen der Membran des optischen Systems für die jeweilige Funktion können eines oder mehrere perforierte Substrate eines absorbierenden Materials verwendet werden. Je nach ihrer Position im optischen Pfad (vor oder nach den Mikrolinsenmatrizes) können diese Substrate als Öffnungsverschluss, als Streulichtschild oder als ein Feldverschluss agieren. Im letzteren Fall ist es vorzuziehen, nicht ein eigenständiges Substrat zu verwenden, sondern eine absorbierende Beschichtung, die auf dem optischen Schutzfenster der CMOS-Matrix abgelegt wird. In dem gezeigten Fall (siehe 8) ist ein optisches Isolationselement 22 mit einem Öffnungsverschluss vorgesehen, der zwischen den beiden mikrooptischen Matrizes angeordnet ist, sowie ein Element 23, das dem Sensor 4 nahe ist und als ein Feldverschluss fungiert.
In dem der jeweiligen Funktion zugeordneten optischen Pfad lenkt das Prisma die optische Achse ab (in dem Fall, in dem die aktive Nebelfunktion und die Beleuchtungsfunktion nach oben auszurichten sind), während die Mikrolinse (oder die Mikrolinsen) das durchgelassene optische Signal bündelt bzw. bündeln.
Immer noch gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch der Sensor mit einem Schutzfenster 16, das aus Glas oder einem transparenten Kunststoffmaterial gefertigt ist, das auch als eine Stütze für Lichtleiterfasern (für die Anordnung mit standardmäßigen optischen Elementen) agiert, und gegebenenfalls mit einem Prisma versehen; diese optischen Komponenten werden in Löcher eingesetzt, die in dem Fenster angebracht werden.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal fällt das Schutzfenster mit dem Substrat zusammen, auf dem die Mikrolinsenmatrix, die dem lichtempfindlichen Bereich nahe ist, abgelegt wird.
Unter Bezugnahme auf 7 zeigt diese zwei Leuchtdioden 31, die als Sender agieren, denen eine Strahlformungslinse 33 zugeordnet ist. Die Bezugszeichen 31a, L, F, T symbolisieren jeweils die Strahlungslappen der Leuchtdioden 31, das Sichtfeld für die Beleuchtungsfunktion, das Sichtfeld für die Nebelfunktion mit dem aktiven Verfahren bzw. das Sichtfeld für die Verkehrsüberwachung und -kontrolle.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Isolationssystem zwischen den Bereichen der CMOS-Matrix, die den verschiedenen Funktionen gewidmet ist, angeordnet, wobei dieses System aus einer Teilbeschichtung der Oberfläche des Matrixschutzfensters auf der zur Matrix hin zeigenden Seite besteht, wobei eine Schicht aus absorbierendem oder reflektierendem Material, zum Beispiel durch Serigraphie oder thermische Verdampfung, vorgesehen ist. Für den Fall, dass Prismen verwendet werden, sollten auch die Prismenflächen teilweise mit einer Schicht aus absorbierendem oder reflektierendem Material, zum Beispiel durch Serigraphie oder thermische Verdampfung, beschichtet werden.
Bei der Anordnung mit Mikrolinsen kann das optische Schutzfenster eine Mikrolinsenmatrix sein, wobei keine Beschränkung hinsichtlich des Ablegens der absorbierenden Beschichtung besteht.
Bei dem Sichtsensor handelt es sich um einen CCD- oder CMOS-Sensor mit einer unterschiedlichen Größe je nach der Anzahl der durchgeführten Funktionen und dem Sichtfeld, die für die Verkehrsüberwachung -kontrolle konzipiert sind.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal hat der CMOS-Sensor eine logarithmische Antwort, so dass in Abhängigkeit von der Pixellichtintensität eine fast lineare Entwicklung der Sicht (in Metern) und daher eine höhere Auflösung für Sichtverhältnisse über hundert Meter, besteht.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal kann der Farb-CMOS-Sensor die Stärke des Sichtbewertungsalgorithmus verbessern; RGB-Pegel im Fall von Nebel werden gesättigt, wodurch das Bild weniger brillant wird und nach weiß tendiert.
Die Bildbeschaffung kann sich (im Fall von CCD) über die gesamte Matrix erstrecken oder (im Fall von CMOS) auf Matrixunterbereiche beschränkt werden.
Die zweite Option ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Parameter und Beschaffungsgeschwindigkeiten für jeden Unterbereich.
Bei der aktiven Nebelfunktion liegt über das optische Signalfilter hinaus ein weiteres Filterungssystem vor, das auf der Signalbeschaffung zusammen mit dem Sender (zum Beispiel wird in einem Fenstermodus das von dem dedizierten Unterbereich stammende Signal mit einer Bildrate beschafft, die mindestens doppelt so groß ist wie die Frequenz der Strahlungsquelle) und auf der Verwendung geeigneter digitaler Filter basiert.
Die Vorrichtung ist ferner mit einem integrierten elektronischen Modul für die Signalbeschaffung und -verarbeitung sowie mit einem drahtlosen Daten-Sende-Empfangs-Modul zur Kommunikation mit anderen identischen Sensoren oder Sensoren, die eine niedrigere Funktion haben, ausgerüstet.
Für die Funktionen der Sichtmessung mit dem aktiven und passiven Verfahren kann das elektronische Modul die Signale vergleichen, die beiden Typen der Messung entsprechen, und zusätzlich gegebenenfalls das Umgebungslichtsignal, um so – über geeignete Algorithmen – als ein Ausgangssignal ein präzises und sich selbst prüfendes Sichtsignal auszugeben.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal verwendet das Elektronikmodul auch Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssignale zum Auswerten der Sicht in einem Datenfusionsalgorithmus, der hinsichtlich des vorhergehenden verbessert ist und gegebenenfalls die Nebelbildung und das sich Heben des Nebels vorhersagt.
Hinsichtlich einer Anwendung auf dem Gebiet der Telekommunikation kann Folgendes möglich sein:

1) Die Verwendung eines jeden Sensors als eine Brücke für die Datenübertragung von einem Sensor zum anderen: jeder Sensor empfängt Daten vom vorhergehenden Sensor und sendet sie zum folgenden weiter und umgekehrt. Diese Übertragung geht bis zu einer Basisstation hin, welche die empfangene Information zum Verarbeiten von Warnnachrichten, für Umleitungen, zum Rufen der Polizei usw. verwendet.
2) Die Verwendung aller oder eines Teils der Sensoren zum Senden von Befehlsinformation an ankommende Fahrzeuge.

Die Basisstation kann gleichzeitig über GSM/GPRS/UMTS an eine zentrale Datenbank zum Heraufladen von Daten über einen bestimmten Streckenabschnitt und auch zum Herunterladen von Informationen, die an die Fahrzeuge unterwegs zu übertragen sind, angebunden sein.

Claims

Detektionsvorrichtung, die an einem Kontroll-Fahrzeug oder an Portalen, die an Autobahnen vorhanden sind, anzubringen ist, um so einen relevanten Straßenabschnitt zu überwachen, wobei die Detektionsvorrichtung folgendes aufweist: – Sensormittel, die eine CCD- oder CMOS-Matrix (4) mit einem sensitiven Bereich und eine Vielzahl von optischen Systemen (16, 20, 21, 22, 23) mit unterschiedlichen Richtungen und/oder Sichtfeldern und/oder optischen Trennungsmodi von Unterbereichen aufweisen, wobei – der sensitive Bereich der CCD- oder CMOS-Matrix (4) in eine Vielzahl von getrennten Unterbereichen durch die optischen Systeme (16, 20, 21, 22, 23) unterteilt ist, wobei die getrennten Unterbereiche zum Durchführen verschiedener spezifischer Funktionen ausgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die spezifischen Funktionen eine Verkehrsüberwachung und wenigstens eine Funktion "Nebeldetektion oder Beleuchtungsdetektion" enthalten, und – die Detektionsvorrichtung ferner optische Sammelkomponenten (20, 22) aufweist, die für die verschiedenen spezifischen Funktionen vorgesehen sind, – die optischen Sammelkomponenten (20, 21, 22) für die spezifischen Funktionen aus wenigsten zwei Matrizes von Mikrolinsen (20, 21) bestehen, wobei die Matrizes mit überlappenden Mikrolinsen angeordnet sind, wobei eine oder mehrere Mikrolinsen auf jeder Matrix von Mikrolinsen (20, 21) vorhanden sein können, und – für jede spezifische Funktion das optische System eine oder mehrere Mikrolinsen aufweist, die an den verschiedenen Matrizes von Mikrolinsen (20, 21) angeordnet sind.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Sammelmittel auch Mikrofilter aufweisen oder optische Fenster, die teilweise mit einer Interferenzbeschichtung bedeckt sind.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Sammelmittel auch ein oder mehrere perforierte Substrate (22, 23) eines absorbierenden Materials aufweisen.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-Matrix (4) ein transparentes Schutzfenster (16) hat.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel ferner ein drahtloses Daten-Übertragungs-Empfangs-Modul aufweisen.