WO2004071095A1 - Vorrichtung und verfahren zur bilderzeugung - Google Patents

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WO2004071095A1
WO2004071095A1 PCT/DE2003/003711 DE0303711W WO2004071095A1 WO 2004071095 A1 WO2004071095 A1 WO 2004071095A1 DE 0303711 W DE0303711 W DE 0303711W WO 2004071095 A1 WO2004071095 A1 WO 2004071095A1
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WO
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infrared
image
line
camera
frame
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PCT/DE2003/003711
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Seger
Uwe Apel
Jens Schick
Bjoern Abel
Michael Burg
Joerg Heerlein
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Hella Kg Hueck & Co.
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Priority to JP2004567721A priority patent/JP4204557B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B60Q1/02—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments
    • B60Q1/04—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights
    • B60Q1/14—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights having dimming means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation

Definitions

  • Passive night vision systems consist of a thermal imaging camera.
  • active night vision systems consist of an infrared-illuminating lighting unit, for example a halogen light with a filter, and one or more cameras that are sensitive to infrared radiation.
  • the lighting unit illuminates the vehicle apron in the high beam area and the cameras record the reflected infrared high beam and display the image on a monitor or a head-up display.
  • the headlights can be used for visible low beam and high beam for emitting infrared light.
  • German patent DE 42 43 200 C2 describes a device for friend-foe identification of land vehicles for military applications.
  • a thermal imager is coupled with a CO2 laser to make a hidden signature for friend-foe identification visible.
  • An observer sends out a single pulse of light and the infrared camera synchronously receives the reflected signal.
  • a disadvantage of this device is that thermal imaging cameras do not provide realistic images.
  • DE 42 43 200 C2 does not contain any references to a device or a method for the generation of realistic images that are suitable for use in motor vehicles.
  • the device described below and the method for image generation in a motor vehicle wherein images are generated line by line with at least one infrared-sensitive camera synchronized with the pulsed illumination of the surroundings of the motor vehicle, has the advantage that true-to-life images with high image quality in good and also in poor visibility conditions and / or weather conditions are generated.
  • the device and the method for image generation can contribute in a particularly advantageous manner to a reduction in the number of accidents in poor visibility conditions, in particular at night, due to the high image quality of the images generated.
  • true-to-life images with high image quality in poor visibility and / or weather conditions is achieved by not significantly interfering with the illumination of the image capture area by a radiation source that radiates at least in the near infrared spectral range due to rain or snow.
  • the lifespan of the at least one radiation source that radiates at least in the near infrared spectral range is increased by the pulsed light emission.
  • the thermal output of the radiation source is lower compared to continuous operation with the same output. This leads directly to an increase in the service life.
  • a longer service life of the radiation source and the associated longer replacement intervals advantageously contribute to a reduction in operating costs in a motor vehicle.
  • the pulsed operation of the at least one infrared radiation source with a radiation intensity of the radiation source that is the same on average enables a significantly higher radiation intensity during the light pulse.
  • the radiation intensity is defined as the power per solid angle.
  • the irradiance that is the power per surface, of the irradiated surface during the light pulse compared to the continuous unpulsed light output.
  • intensive illumination of the image capture area of the at least one infrared-sensitive camera is achieved in this way.
  • At least one infrared-sensitive CMOS camera for generating at least one image of the surroundings of the motor vehicle is particularly advantageous.
  • the blooming effect of CMOS cameras is reduced compared to other camera types. Blooming is the overexposure of the generated image through glare from strong light sources.
  • the pulsed illumination of the image capture area of the at least one infrared-sensitive camera is possible in a particularly advantageous manner by at least one infrared-radiating laser and / or at least one infrared-radiating laser diode.
  • laser diodes enable a short response to generate short light pulses with high radiation intensity during the light pulse duration.
  • infrared-radiating lasers and / or infrared-radiating laser diodes have the advantage that laser light has a low spectral bandwidth. Appropriate band filters in front of the at least one infrared-sensitive camera make it possible to filter out other spectral ranges.
  • infrared-radiating lasers and / or infrared-radiating laser diodes have the advantage that they are highly efficient.
  • the at least one radiation source that radiates at least in the near infrared spectral range generates light pulses.
  • a line-by-line synchronization the detection of image lines of the at least one infrared-sensitive camera is synchronized in time with the pulsed illumination.
  • the time synchronization is carried out for each picture line or for a sequence of at least two picture lines.
  • This synchronization of the acquisition of the image lines with the pulsed illumination time-by-line in a row advantageously achieves a secure and time-stable synchronization.
  • the time-by-frame or frame-by-frame synchronization has the advantage that the technical effort for synchronization is reduced.
  • the temporal synchronization takes place in the frame-by-frame or frame-by-frame time synchronization for at least one image.
  • This frame-by-frame or frame-by-frame or frame-by-frame synchronization is achieved by unidirectional or bidirectional synchronization signals on at least one synchronization line between the at least one infrared-sensitive camera and the at least one radiation source which radiates at least in the near infrared spectral range. It is particularly advantageous that the time synchronization can take place in the motor vehicle via at least one communication data bus, for example the CAN bus. As a result, additional synchronization lines are advantageously saved and the existing infrastructure is used for data exchange in the motor vehicle.
  • the autonomous temporal synchronization of the at least one infrared-sensitive camera with the pulsed illumination is particularly advantageous since no separate synchronization line is required between the at least one infrared-sensitive camera and the at least one radiation source that radiates at least in the near infrared spectral range. This has the advantage that the device and the method described below are not susceptible to faults because the individual components work independently of one another.
  • a variant of the device and the method described below has particular advantages in which the detection of the image lines can be shifted in time compared to the pulsed illumination. This makes it possible, for example, to have time-of-flight effects of the radiation compensate from the delivery of light pulses to detection by the camera. This contributes to images with high image quality.
  • a further variant of the device and the method described below is advantageous, in which the time synchronization is carried out as a function of at least one image quality measure.
  • the time synchronization is carried out as a function of at least one image quality measure.
  • the setting of the time shift between the acquisition of the image lines and the pulsed illumination is possible in an automated manner. This also contributes to images with high image quality, since the exposure of the images is constant in the entire image area and an image sequence.
  • the determination of at least one image quality measure enables the autonomous time synchronization of the at least one infrared-sensitive camera with the pulsed illumination, in that if the image quality measure deteriorates, the detection of the image lines can be shifted relative to the pulsed illumination to achieve a high image quality measure.
  • FIG. 1 shows an overview drawing of the first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a block diagram of the first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a time diagram for the first exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows an overview drawing of the second exemplary embodiment.
  • An infrared-sensitive camera generates line by line in picture lines Images of the surroundings of the motor vehicle.
  • the image capture area of the infrared-sensitive camera is illuminated in a pulsed manner by at least one radiation source that radiates in the infrared spectral range.
  • the acquisition of the image lines is carried out synchronized in time with the pulsed illumination.
  • the acquisition of image lines of an infrared-sensitive CMOS camera is time-synchronized with a laser diode that shines in the near infrared spectral range via a synchronization line.
  • the time synchronization of the acquisition of image lines of the infrared-sensitive CMOS camera with the pulsed illumination is carried out autonomously by the CMOS camera by evaluating at least one captured image line.
  • FIG. 1 shows an overview drawing of a device for image generation in a motor vehicle of the first exemplary embodiment, consisting of an infrared-sensitive camera 10 with a control unit / processing unit 16 and a radiation source 12 that radiates in the near infrared spectral range with a control unit 14.
  • the control unit / processing unit 16 of the infrared-sensitive camera 10 and the control unit 14 of the radiation source 12 are connected to one another via a signal line 18.
  • the radiation source 12 generates infrared radiation 20 in the near infrared spectral range for the pulsed illumination of the surroundings 24 of the motor vehicle.
  • the radiation source 12 is installed in the front area of the power tool between the headlights for the low beam / far light.
  • a laser diode that radiates in the near infrared spectral range is used as the radiation source 12 that radiates in the near infrared spectral range.
  • the radiation source 12 is controlled and monitored by the control unit 14.
  • the infrared-sensitive camera 10 generates images of the surroundings 24 of the motor vehicle from the backscattered infrared radiation 22.
  • the infrared-sensitive camera 10 is mounted behind the windshield of the motor vehicle in the area of the interior rear-view mirror.
  • the infrared-sensitive camera 10 is an infrared-sensitive CMOS camera 10.
  • the CMOS camera 10 is controlled via the control unit / processing unit 16. At the same time, the CMOS camera 10 transmits the generated images of the surroundings 24 of the motor vehicle to the control unit / processing unit 16 for further processing.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the device for image generation in a motor vehicle of the first exemplary embodiment. The additional ones compared to FIG Components and the operation of the device explained.
  • the radiation source 12 which radiates in the near infrared spectral range consists of a laser diode 28 which radiates in the near infrared spectral range, a photodetector 30 and a temperature-dependent resistor 32.
  • the laser diode 28 is activated via the signal line 38 for laser diode control as a function of the photodetector 30 and the temperature-dependent resistor 32 determined measured values controlled.
  • the photodetector 30 and the temperature-dependent resistor 32 serve as measuring elements in a feedback branch for the regulated setting of the radiation intensity and / or the temporal course of the light pulse which is emitted by the laser diode 28.
  • the radiation source 12 generates infrared radiation at least in the near infrared spectral range, preferably in the wavelength range between 850 nm and 900 nm. Subsequently, the infrared radiation generated is used via optics 26 for pulsed illumination of the image capture range of the CMOS camera 10.
  • the optics 26 serve to expand the infrared radiation generated in the vertical and horizontal directions in order to achieve the most complete possible illumination of the image capture area of the CMOS camera 10.
  • the retroreflected infrared radiation is captured by the infrared-sensitive CMOS camera 10 after filtering by a filter 27.
  • the filter 27 is a bandpass filter which is transparent to the wavelengths of the emitted infrared radiation, while attenuating wavelengths which are outside the passband.
  • the infrared-sensitive CMOS camera 10 uses the back-radiated infrared radiation to generate images of the surroundings of the ICraft vehicle and transmits the generated images via the signal line 36 to the control unit processing unit 16.
  • the infrared-sensitive CMOS camera 10 consists of individual pixels, which in the first exemplary embodiment are in a matrix comprising 640x480 pixels are arranged. To create an image, image lines are captured line by line.
  • the CMOS camera 10 temporarily stores the image signals line by line, so that light flashes emitted line by line from the radiation source 12 gradually illuminate the entire image without emitting laser energy in phases that are not sensitive to exposure.
  • the line-by-line light sensitivity of the CMOS camera 10 is also referred to as “line shutter”.
  • the control unit / processing unit 16 controls the time synchronization between the line-by-line detection of the image lines and the pulsed illumination of the image detection area of the CMOS camera 10 In the first exemplary embodiment, a unidirectional time synchronization is carried out.
  • the control unit / processing unit 16 outputs line signals to the CMOS camera via the signal line 34.
  • control unit / processing unit synchronizes 16 laser control signals transmitted via the signal line 18 to the control unit 14 of the radiation source 12.
  • one image line is driven in such a way that the image line is sensitive to optical information.
  • the optical information is converted into image signals via a sample and hold circuit.
  • the system automatically switches to the next image line or, when the last image line is reached, to the first image line of the matrix. With the following line signal, the process described above is repeated and the sampling process for this image line is carried out accordingly.
  • the image is finally composed of the image signals of each pixel of all image lines.
  • the control unit 14 uses the laser control signals that are transmitted via the signal line 18 to generate a laser control current that is used via the signal line 38 for laser diode control for direct control of the laser diode 28.
  • Any phase shifts between the pulsed illumination of the image capture area of the CMOS camera 10 and the line-wise acquisition of the image lines to be synchronized in time can be compensated for by a time shift of the pulses, i.e. the line signals and the laser control signals, to the CMOS camera 10 and the control unit 14.
  • the reason for the phase shift are temporal delays in the generation of the light pulses and propagation delays of the light pulse. This shift can be set in a type-specific manner, that is to say depending on the individual components used, or it is determined by means of an image quality measure.
  • the image quality measure is determined via an image evaluation in the control unit 16 via the brightness of the image and / or the brightness gradient in the image edges, that is to say in the direction from the first image line to the last image line.
  • the time shift depending on the determined image quality measure in the control unit / processing unit 16 is optimally set by means of a corresponding control.
  • FIG. 3 shows a time diagram for the first exemplary embodiment of the signals 40, 42, 44 on the signal lines 34, 18, 38 according to FIG. 2, and the time course of the laser pulse 46 of the infrared radiation 20 according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows the basic course of the Signals 40, 42, 44 and the laser pulse 46 again. The time t is plotted on the abscissa of FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d.
  • FIG. 3a shows the time profile of the voltage U of the line signals 40 on the signal line 34 according to FIG. 2. With a period of 100 ⁇ s, an approximately 120 ns pulse is generated as the line signal 40.
  • the line signal 40 serves as a signal for performing the sampling process and at the same time for selecting the next image line with the CMOS camera.
  • FIG. 3b shows the time profile of the voltage U of the laser control signals 42 on the signal line 18 according to FIG.
  • the laser control signal 42 serves as a signal for the control unit 14 according to FIG. 2, which generates the laser control current 44 as a function of this laser control signal 42, which is then converted into a laser pulse 46 by the infrared radiation source 12 according to FIG. 2.
  • FIG. 3c shows the time course of the current I of the laser control current 44 on the signal line 38 according to FIG. 2.
  • FIG. 3d shows the time course of the radiation flow ⁇ of the laser pulse 46.
  • the time shift ⁇ t between the start of the pulse the line signal 40 and the start of the pulse of the laser control signal 42.
  • this temporal shift .DELTA.t is set such that the pulse of the laser control signal 42 lies symmetrically in the middle of the pulse of the line signal 40. Accordingly, the time shift ⁇ t is approximately 20 ns in the first exemplary embodiment.
  • the control unit / processing unit 16 outputs image synchronization pulses via the signal lines 18 and 34.
  • Image synchronization pulses determine the start of line-by-line image recording in the first image line.
  • the infrared-sensitive CMOS camera 10 generates the line signals 40 triggered by the image synchronization pulse with the aid of its own clock generator.
  • the control unit 14 also generates the laser control signal 42 also triggered by the image synchronization signal with its own clock generator.
  • crystals are used as clock generators
  • the time synchronization is carried out frame by frame.
  • an image sequence synchronization pulse is generated, for example, after ten images and the CMOS camera 10 and the control unit 14 in the meantime themselves generate the line signals 40 and the laser control signals 42 by means of their own clock generator.
  • Another variant of the exemplary embodiments described above provides for the time synchronization to be carried out bidirectionally.
  • FIG. 4 shows an overview drawing of a device for image generation in a motor vehicle of the second exemplary embodiment, consisting of an infrared-sensitive camera 10 with a control unit / processing unit 16 and a radiation source 12 that radiates in the near infrared spectral range with a control unit 14. Only the differences in structure and the function of Figure 4 compared to Figure 1. In contrast to the first exemplary embodiment according to FIG. 1, there is no synchronization line. The temporal synchronization between the line-by-line detection of image lines and the pulsed illumination is carried out by determining an image quality measure explained above by the control unit processing unit 16. The control unit / processing unit 16 generates the start of the line signal as a function of the determined image quality measure with the aim of achieving a high image quality measure.
  • a pulse pattern of the radiation source 12 supports the search for the start of the line signal with the aid of the image quality measure.
  • a pulse pattern is understood to mean a swept frequency change of the laser pulses.
  • the search is supported by a systematic frequency shift of the line signal and / or the image synchronization pulse and / or image sequence synchronization pulse.
  • the infrared-sensitive camera and the control unit / processing unit of the camera form a unit.
  • the radiation source that radiates at least in the near infrared spectral range and the control unit of the radiation source form a unit.
  • At least one infrared-sensitive camera is generally used, which has means for capturing image lines line by line.
  • at least one further infrared-sensitive camera in particular at least one infrared-sensitive CMOS camera, is used in one variant.
  • infrared-sensitive cameras with a matrix size of, for example, 352x288 pixels (CIF format) and / or 1024x768 pixels and / or 1280x1024 pixels are used in further variants.
  • image columns instead of image lines are recorded.
  • the at least one infrared-sensitive camera used in the exemplary embodiments described has a linear exposure characteristic and / or a logarithmic exposure characteristic.
  • the pulse duration and / or the period of the light pulse are generally adapted to the timing of the at least one camera and / or the time behavior of at least one pixel of the at least one camera.
  • the timing of the camera is determined by the refresh rate (frame rate) and / or the line synchronization signal and / or the pixel clock.
  • the refresh rate (frame rate) and / or the line synchronization signal and / or the pixel clock.
  • the period of the light pulse is between 50 ⁇ s and 100 ⁇ s.
  • the time behavior of a pixel is understood to mean the output signal of the pixel on a short, rectangular light pulse.
  • the duty cycle is chosen to be as small as possible, preferably less than 0.1%.
  • the pulse duration of the light pulse is selected so that the pulse duration is at least approximately one pixel cycle.
  • the pulse duration of the light pulse is preferably chosen between 50 ns and 200 ns.
  • At least one further radiation source that radiates in the near infrared spectral range is used.
  • at least one laser radiating in the near infrared spectral range is used.
  • at least one radiation source that radiates in the near infrared spectral range can be used, which is suitable for the pulsed emission of infrared radiation at least in the near infrared range.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Eine infrarotempfindliche Kamera (10) erzeugt zeilenweise in Bildzeilen Bilder von der Umgebung des Kraftfahrzeuges. Der Bilderfassungsbereich der infrarotempfindlichen Kamera (10) wird von wenigstens einer im infraroten Spektralbereich strahlenden Strahlungsquelle (12) 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 (10) mit einer in 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 (10) mit der gepulsten Ausleuchtung autonom von der CMOS-Kamera (10) durch Auswertung wenigstens einer erfassten Bildzeile durchgeführt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bilderzeugung
Stand der Technik
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.
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 in rarotempfϊndlichen 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.
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 CO2- 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.
Vorteile der Erfindung
Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung und das Verfahren zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug, wobei mit wenigstens einer infrarotempfϊndlichen 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.
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. 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 infrarotempfmdlichen Kamera erreicht.
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.
Durch wenigstens einen infrarotstrahlenden Laser und/oder wenigstens eine infrarotstrahlende Laserdiode wird in besonders vorteilhafter Weise ist die gepulste Ausleuchtung des Bilderfassungsbereiches der wenigstens einen infrarotempfmdlichen 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 Bandfϊlter vor der wenigstens einen infrarotempfindlichen Kamera ist es dadurch möglich, andere Spektralbereiche herauszufiltem. Beispielsweise ist es bei entgegenkommenden Kraftfahrzeugen, die beispielsweise mit Abblendlicht bei Nacht fahren, dadurch möglich, dieses zur Bilderzeugung störende sichtbare Licht herauszufiltem. 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 infrarotstrahlende Laser und/oder infrarotstrahlende Laserdioden den Vorteil, dass sie einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
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.
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 einen 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.
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.
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.
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.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren und aus den abhängigen Patentansprüchen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Übersichtszeichnung des ersten Ausführungsbeispiels, Figur 2 ein Blockdiagramm des ersten Ausfuhrungsbeispiels, Figur 3 ein Zeitdiagramm für das erste Ausfuhrungsbeispiel, Figur 4 eine Übersichtszeichnung des zweiten Ausfuhrungsbeispiels.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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 Ausfuhrungsbeispiel wird die Erfassung von Bildzeilen einer infrarotempfindliche CMOS- Kamera mit einer im nahen infraroten Spektralbereich strahlenden Laserdiode über eine Synchronisationsleitung zeitlich synchronisiert. Im zweiten Ausfuhrungsbeispiel 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.
Figur 1 zeigt eine Übersichtszeichnung einer Vorrichtung zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug des ersten Ausführungsbeispiels, bestehend aus einer infrarotempfindlichen Kamera 10 mit einer Steuereinheil/Verarbeitungseinheit 16 und einer im nahen infraroten Spektralbereich strahlenden Strahlungsquelle 12 mit einer Steuereinheit 14. Die Steuereinheil/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 Kraftfalirzeuges zwischen den Scheinwerfern für das Abblendlicht/Femlicht eingebaut. Als im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle 12 wird im ersten Ausfuhrungsbeispiel 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 lnfrarotempfindliche Kamera 10 ist hinter der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges 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 Steuereinl eit/Nerarbeitungseinheit 16 angesteuert. Gleichzeitig überträgt die CMOS-Kamera 10 die erzeugten Bilder der Umgebung 24 des Kraftfahrzeuges zur weiteren Verarbeitung an die Steuereinheit/Verarbeitungseinheit 16.
Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm der Vorrichtung zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug des ersten Ausführungsbeispiels. Nachfolgend werden die gegenüber Figur 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 ICraftfahrzeuges und überträgt die erzeugten Bilder über die Signalleitung 36 zur SteuereinheitNerarbeitungseinheit 16. Die infrarotempfindliche CMOS-Kamera 10 besteht aus einzelnen Pixeln, die im ersten Ausführungsbeispiel in einer 640x480 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 Ausfuhrungsbeispiel 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 darauffolgenden 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 SteuereinheitA^erarbeirungseinheit 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.
Figur 3 zeigt jeweils ein Zeitdiagramm für das erste Ausfuhrungsbeispiel der Signale 40, 42, 44 auf den Signalleitungen 34, 18, 38 nach Figur 2, sowie den zeitlichen Verlauf des Laserimpulses 46 der Infrarotstrahlung 20 nach Figur 1. Figur 3 gibt den prinzipiellen Verlauf der Signale 40, 42, 44 und des Laserimpulses 46 wieder. Auf den Abszisse der Figuren 3a, 3b, 3c und 3d ist jeweils die Zeit t aufgetragen. Figur 3a zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung U der Zeilensignale 40 auf der Signalleitung 34 nach Figur 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. Figur 3b zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung U der Lasersteuersignale 42 auf der Signalleitung 18 nach Figur 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 Figur 2, die in Abhängigkeit dieses Lasersteuersignals 42 den Lasersteuerstrom 44 erzeugt, der dann durch die infrarotstrahlende Strahlungsquelle 12 nach Figur 2 in einen Laserimpuls 46 umgewandelt wird. Figur 3c zeigt den zeitlichen Verlauf des Stromes I des Lasersteuerstroms 44 auf der Signalleitung 38 nach Figur 2. Schließlich zeigt Figur 3d den zeitlichen Verlauf des Strahlungsflusses Φ des Laserimpulses 46. In den Figuren 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 Ausfuhrungsbeispiel 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.
In einer Variante des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels werden von der Steuereinheit/Nerarbeitungseinheit 16 nach Figur 2 über die Signalleitungen 18 und 34 Bildsynchronisationsimpulse ausgegeben. Bildsynchronisationsimpulse legen den Start der zeilenweisen Bildaufhahme 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 Ausfuhrungsbeispiele sieht vor, die zeitliche Synchronisation bidirektional durchzuführen.
Figur 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 Aufbaus und der Funktion von Figur 4 gegenüber Figur 1 beschrieben. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 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 SteuereinheiWerarbeitungseinheit 16. Die Steueremheit/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 Frequenzändemng der Laserimpulse verstanden. Alternativ oder zusätzlich wird die Suche durch eine systematische Frequenzverschiebung des Zeilensignals und/oder des Bildsynchronisationsimpulses und/oder Bildfolgensynchronisationsimpulses unterstützt.
In einer Variante der vorstehend beschriebenen Ausführangsbeispiele und Varianten bilden die infrarotempfindliche Kamera und die Steuereinheit/Nerarbeitungseinheit der Kamera eine Einheit. Alternativ oder zusätzlich bilden die wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle und die Steuereinheit der Strahlungsquelle eine Einheit.
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 640x480 Pixeln (VGA- Format) werden in weiteren Varianten infrarotempfindliche Kameras mit einer Matrixgröße von beispielsweise 352x288 Pixeln (CIF-Format) und/oder 1024x768 Pixeln und/oder 1280x1024 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.
Die Impulsdauer und/oder die Periode des Lichtimpulses sind allgemein je nach Ausfuhrungsbeispiel 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 infrarotempfmdlichen Kamera wird die Impulsdauer des Lichtimpulses vorzugsweise zwischen 50 ns bis 200 ns gewählt.
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.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer infrarotempfindlichen Kamera zur Erzeugung wenigstens eines
Bildes der Umgebung des Kraftfahrzeuges, mit wenigstens einer wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich strahlenden
Strahlungsquelle zur gepulsten Ausleuchtung des Bilderfassungsbereiches der wenigstens einen infrarotempfindlichen Kamera, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um das wenigstens eine Bild zeilenweise in Bildzeilen zu erfassen und um eine zeitliche Synchronisation der Erfassung der Bildzeilen mit der gepulsten Ausleuchtung durchzuführen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine infrarotempfindliche Kamera wenigstens eine infrarotempfindliche CMOS-Kamera ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle wenigstens ein infrarotstrahlender Laser und/oder wenigstens eine infrarotstrahlende Laserdiode ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle Mittel aufweist, um Lichtimpulse mit einer an das Zeitverhalten wenigstens eines Pixels der Kamera angepassten Impulsdauer abzugeben, insbesondere um Lichtimpulse mit einer Impulsdauer zwischen 50 ns und 200 ns abzugeben.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um die zeitliche Synchronisation bildzeilenweise und/oder bildweise und/oder bildfolgenweise durchzuführen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine infrarotempfindliche Kamera Mittel aufweist, um die zeitliche Synchronisation mit der gepulsten Ausleuchtung autonom durchzuführen.
7. Verfahren zur Bilderzeugung in einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens eine infrarotempfindliche Kamera, insbesondere wenigstens eine infrarotempfindliche CMOS-Kamera, wenigstens ein Bild der Umgebung des Kraftfahrzeuges erzeugt, wobei wenigstens eine wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle, insbesondere wenigstens ein infrarotstrahlender Laser und/oder wenigstens eine infrarotstrahlende Laserdiode, den Bilderfassungsbereich der wenigstens einen infrarotempfindlichen Kamera gepulst ausleuchtet, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bild zeilenweise in Bildzeilen erfasst wird und die Erfassung der Bildzeilen mit der gepulsten Ausleuchtung zeitlich synchronisiert ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle Lichtimpulse mit einer an das Zeitverhalten wenigstens eines Pixels der Kamera angepassten Impulsdauer abgibt, insbesondere dass die wenigstens eine wenigstens im nahen infraroten Spektralbereich strahlende Strahlungsquelle Lichtimpulse mit einer Impulsdauer zwischen 50 ns und 200 ns abgibt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Synchronisation bildzeilenweise und/oder bildweise und/oder bildfolgenweise erfolgt.
0. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine infrarotempfindliche Kamera autonom mit der gepulsten Ausleuchtung zeitlich synchronisiert.
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