WO2012019700A2 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen von lichtquellen - Google Patents

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WO2012019700A2 PCT/EP2011/003711 EP2011003711W WO2012019700A2 WO 2012019700 A2 WO2012019700 A2 WO 2012019700A2 EP 2011003711 W EP2011003711 W EP 2011003711W WO 2012019700 A2 WO2012019700 A2 WO 2012019700A2
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light source
image area
gray values
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sensor
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Jona Siecke
Ingo Hoffmann
Andreas Debski
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Hella Kgaa Hueck & Co.
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50—Context or environment of the image
    • G06V20/56—Context or environment of the image exterior to a vehicle by using sensors mounted on the vehicle
    • G06V20/58—Recognition of moving objects or obstacles, e.g. vehicles or pedestrians; Recognition of traffic objects, e.g. traffic signs, traffic lights or roads
    • G06V20/584—Recognition of moving objects or obstacles, e.g. vehicles or pedestrians; Recognition of traffic objects, e.g. traffic signs, traffic lights or roads of vehicle lights or traffic lights
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/10—Image acquisition
    • G06V10/12—Details of acquisition arrangements; Constructional details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/71—Circuitry for evaluating the brightness variation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting light sources according to the preambles of the independent claims.
  • DE 10 2008 025 457 A1 describes a large number of different methods from vehicle technology for detecting, classifying and tracking vehicle lights. These can be combined with driver assistance systems, for example for controlling a lighting system or a braking system of a vehicle as a function of a detected traffic situation.
  • a given image area having correspondingly defined and predetermined features is eventually classified as a light source.
  • Pulsing light sources such as LED headlamps on vehicles, which are operated in a pulsed operation, can not be displayed in this way with the sensor of the camera as a clear, sharply outlined image, but only as differently shaped, non-contiguous pattern mapped that change and pulsate over time. This is especially the case when a pulse rate (repetition rate) is about as large or larger than the readout rate of the sensor. Repetition rates between about 50 Hz and 1000 Hz are particularly problematic. Such light sources often produce only very unstable image areas in the individual images captured by the camera, which are difficult to recognize, track and classify.
  • driver assistance systems are often based on detecting other vehicles by detecting their headlights, taillights, brake lights. A safe functioning of such driver assistance systems thus requires a reliable detection of LED headlamps of vehicles.
  • the object of the present invention to propose a method and a device which have the disadvantages of the prior art overcomes.
  • the method and the device should make it possible to detect, track and classify also pulsating light source, such as LED spotlights operated in a pulse mode, with a high reliability and a high hit rate.
  • a vehicle is to be proposed with a driver assistance system which can also detect, track and classify pulsating light sources, such as LED headlamps operated in pulsed operation, with high reliability and a high hit rate.
  • Embodiments emerge with the subclaims. Furthermore, the object is also achieved by a vehicle according to claim 10. Accordingly, it is provided in the method according to the invention that a sequence of individual images is detected with a camera and gray values of pixels of the individual images are measured with a light-sensitive sensor of the camera. These gray values are transmitted to an evaluation unit in which at least one
  • Part of the pixels of each frame are summarized on the basis of their gray values to coherent image areas uniform gray values. Subsequently, the image areas in the evaluation unit are examined for predetermined features, wherein a given image area is classified as a light source when showing these features.
  • the sensor it is necessary for the sensor to have at least one reset value, which is assigned to a pixel as a gray value, if a jump in brightness necessitates a reset of the sensor for this pixel.
  • CMOS sensors have one or more such reset values. Given a sufficiently large jump in brightness in at least one pixel, such a sensor performs a reset in this pixel and adapts its sensitivity in this pixel to the new brightness in this pixel.
  • the pixel in question is assigned a resetting value (reset level) fixed for the sensor.
  • the invention also provides that the examination for the predetermined features also includes a check of the image areas for whether the pixels of these image areas have gray values in a defined environment of the reset value of the sensor. The given image area is finally classified as a pulsating light source or as part of a pulsating light source if this test is positive.
  • the method according to the invention makes use of the fact that a pulsed light source detected by the camera and emitting a sufficiently strong pulsating light output triggers resets in the sensor area of the camera in the image areas assigned to the light sources. For each of these resets, the
  • this image area has recurring uniform gray values. This is achieved by the invention
  • An image area whose pixels have gray values in a defined environment of the reset value of the sensor is a strong indication that the brightness of this pixel has changed greatly within a very short time with a high degree of synchrony. This is characteristic of a light source whose brightness has changed very much during this time. This is in particular an indication of an LED, since LED light sources are characterized by a particularly short response.
  • Such features can then also be carried out at the level of the overall areas. This has the advantage of greater stability of these features and thus leads to a higher reliability of the process.
  • an image area is used in the following, it is always possible to understand such an overall area composed of adjacent image areas.
  • further features are described on which the image areas can be examined. By adding these features as further necessary conditions for classifying an image area as a pulsating light source or as part of a pulsating light source, the reliability and the hit rate of the method can be further increased.
  • the given image area is classified as a pulsating light source or as part of a pulsating light source if, in addition, a relative proportion of pixels of the given image area whose gray values correspond exactly to the reset value of the image area
  • the given image area as a pulsating light source or as
  • Part of a pulsating light source is classified, in addition, if a variance of the gray values of the pixels of the given image area falls below a predetermined threshold.
  • a ratio formed by dividing a variance of the gray values of the pixels of the given image area by a variance of the gray values of all pixels of the given individual image is a predetermined one
  • the given image area is classified as a pulsating light source or as part of a pulsating light source, if, in addition, in individual images following the given individual image in the sequence, the given image Rich is recognized.
  • recognition and tracking can be facilitated if several closely spaced image areas, near to reset values, can be grouped into overall areas as described above.
  • image areas relate exclusively to image areas that can be recognized (identified) and tracked over several successive individual frames (frames) of the (image) sequence.
  • the given image area is classified as a pulsating light source or as part of a pulsating light source if, in addition, an average value of the gray values of the pixels of the given image area changes more than a predefined threshold value in the individual images following the individual image. This is an indication of a brightness jump in this image area and thus characteristic of a pulsating light source.
  • the given image area as a pulsating light source or as
  • Part of a pulsating light source is classified, if also in the following individual images, the gray values of the pixels of the given image area with a periodicity recurring in the defined environment of the reset value of the sensor, the periodicity above a
  • Threshold is. It turns out, in fact, that it is typical for LED headlamps in particular that time-recurring brightness gradients occur in the assigned image areas. These temporal patterns depend on the non-trivial way of the Pulse frequency and the pulse duration of the LED (s) of the headlight, the read-out frequency and the exposure time of the sensor, as well as a phase shift between the reading and the activation of the LED (s) of the headlight (or in general the pulsating light source).
  • a particularly simple and with relatively little effort and memory requirement feasible determination of such a periodicity can be achieved by calculating the Hamming distance between a first vector and a second vector, wherein in an nth entry of the first vector is given whether the gray values of the given image area in a single frame that precedes the given frame in the sequence of frames at the nth position (ie between this frame and the given frame are exactly n-1 further frames) within the defined frame Are located outside of the defined range of the reset value of the sensor.
  • the second vector is formed from the first vector by a bitwise shift of the first vector by p bits.
  • Hamming distance becomes minimum is determined as the period of the image area.
  • the periodicity of the image area is calculated from the Hamming distance associated with this period, and generally a small Hamming distance means a large periodicity.
  • the device comprises for detecting light sources, a camera for capturing a sequence of individual images.
  • This camera has a light-sensitive sensor for measuring gray values of pixels of the individual images, and an evaluation unit which is set up to combine at least part of the pixels of the individual images based on their gray values to coherent image regions of uniform gray values, then the image regions to predetermined features and to classify a given image area as a light source or as part of a light source when displaying those features.
  • the senor has at least one reset value and is adapted to assign the reset value to a pixel as a gray value, if a reset of the sensor is necessary for this pixel due to a jump in brightness, wherein the examination of the predetermined features also a check of the image areas whether the pixels of these image regions have gray values in a defined environment of the reset value of the sensor, and wherein the evaluation unit is further configured to classify the given image region as a pulsating light source or as part of a pulsating light source in the case of a positive output thereof Exam.
  • a pulsed light source detected by the camera which emits a sufficiently strong pulsating light output, triggers resets in the sensor areas of the camera in the image areas assigned to the light sources.
  • Image area whose pixels have grayscale values in a Finished environment of the reset value of the sensor is characteristic of a light source whose brightness has changed very much changed in this time. This is in particular an indication of an LED, since LED light sources are characterized by a particularly short response.
  • pulsating light sources can be detected particularly reliably with the device according to the invention.
  • a vehicle is proposed with a driver assistance system that includes a device of a type proposed here, which is in particular adapted to detect headlights and / or taillights of other vehicles, in particular pulsating light sources such as LED headlights and / or LED taillights, the Camera of the device is preferably oriented towards a front of the vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a Vehicle 1 proposed with a driver assistance system, that includes a device of the type proposed here, which is adapted for performing a method of the type proposed here E to detect, track and classify pulsating
  • Light sources such as LED headlights in particular.
  • This device comprises two cameras 2, which are aligned in the direction of a front side of the vehicle, for detecting a sequence of individual images of preceding or oncoming vehicles 4. These cameras each have a photosensitive sensor 5 for measuring gray values of pixels of the individual images. Furthermore, the device comprises an evaluation unit 6, which is connected to the two cameras 5 and is configured to combine at least a portion of the pixels of the individual images of the two cameras 5 based on their gray values to coherent image areas uniform gray values, the image areas then to predetermined
  • the senor has at least one reset value and is adapted to assign the reset value to a pixel as a gray value, if a reset of the sensor is necessary for this pixel due to a jump in brightness, wherein the examination of the predetermined features also a check of the image areas whether the pixels of these image regions have gray values in a defined environment of the reset value of the sensor, and wherein the evaluation unit is further configured to represent the given image region as a pulsating light source or as part of a pulsating light source in case of a positive outcome of this test.
  • the sensors 5 are each CMOS sensors and each have a gray value depth of 12 bits, the reset value corresponding to a gray value of 345 in each case.
  • the defined environment of the reset value is between gray values of 334 and 369. In general, it is advantageous to define the environment of the reset value with a width of about 10% of the reset value or less, the reset value being approximately in the middle of this environment.
  • the device is configured to detect headlights and / or taillights of other vehicles, in particular pulsating light sources such as LED headlights and LED taillights 7. For this purpose, the cameras 5 are aligned in the direction of the front side 3 of the vehicle 1.
  • Light source 7 is classified classified.
  • the image areas to be inspected as well as the total areas formed from the image areas to be inspected are checked for all subsequent features, and an image area or total area thus inspected is classified as a pulsating light source or as part of a pulsating light source if it exhibits all of the features mentioned herein.
  • im- Mer only spoken of to be checked image areas This also means the entire areas formed from the image areas to be checked each time (see above).
  • One of these features to be tested is that a re ⁇ latative proportion of pixels of the given (to be checked) image area whose gray values correspond exactly to the reset value of the sensor exceeds a predetermined threshold, that a variance of the gray values of the pixels of the given image area a predetermined threshold falls short of a ratio, which is formed by dividing a variance of the gray values of the pixels of the given image area by a variance of the gray values of all pixels of the given frame, falls below a predetermined threshold.
  • Further features which are checked by the apparatus are whether the given image area is recognized in individual images which subsequently follow the given individual image and whether in the individual images following the individual image an average value of the gray values of the image areas of the given image area increases by more changes as a predetermined threshold.
  • a further feature to be tested is whether, in the following individual images, the gray values of the pixels of the image region to be tested with a periodicity lie in the defined environment of the reset value of the sensor, the periodicity having to be above a threshold value.
  • the periodicity is determined by calculating the Hamming distance between a first vector and a second vector, wherein in an nth th Entry of the first vector is specified, whether the gray values of the given image area in a single image, which precedes the given frame in the sequence of frames n-th place (between this frame and the given frame is exactly n in the sequence -1 more frames), are within the defined environment of the return value of the sensor or outside the defined environment of the reset value of the sensor.
  • the second vector is formed from the first vector by a bitwise shift of the first vector by p bits.
  • the calculation of the Hamming distance is carried out repeatedly for different values of p, where finally the value of p at which the Hamming distance becomes minimal is determined as the period of the image area. Finally, the periodicity of the image area is calculated from the Hamming distance associated with this period, and generally a small Hamming distance means a large periodicity.

Abstract

Verfahren zum Erkennen von Lichtquellen (7), in dem mit einer Kamera (2) eine Folge von Einzelbildern erfasst wird und mit einem lichtempfindlichen Sensor (5) der Kamera (2) Grauwerte von Bildpunkten der Einzelbilder gemessen werden, wobei ferner in einer Auswerteeinheit (6) zumindest ein Teil der Bildpunkte eines jeden Einzelbildes anhand ihrer Grauwerte zu zusammenhängenden Bildbereichen einheitlicher Grauwerte zusammengefasst und die Bildbereiche auf vorbestimmte Merkmale hin untersucht werden, wobei ein gegebener Bildbereich als eine Lichtquelle klassifiziert wird, wenn er diese Merkmale zeigt, wobei der Sensor (5) mindestens einen Rückstellwert hat, der einem Bildpunkt als Grauwert zugeordnet wird, wenn ein Helligkeitssprung einen Reset des Sensors für diesen Bildpunkt notwendig macht, wobei die Untersuchung auf die vorbestimmten Merkmale auch eine Prüfung der Bildbereiche darauf umfasst, ob die Bildpunkte dieser Bildbereiche Grauwerte in einer definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors aufweisen, und wobei der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, wenn diese Prüfung positiv ausfällt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von
Lichtquellen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Lichtquellen gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Verfahren und Vorrichtungen zum Erkennen von Lichtquellen sind aus vielen verschiedenen Bereichen der Technik bekannt. Beispielsweise werden in der Druckschrift DE 10 2008 025 457 AI eine Vielzahl verschiedener Verfahren aus der Fahrzeugtechnik zum Erkennen, Klassifizieren und Tracken von Fahrzeuglichtern beschrieben. Diese können mit Fahrerassistenzsystemen kombiniert werden, beispielsweise zur Steuerung eines Beleuchtungssystem oder eines Bremssystems eines Fahrzeugs in Abhängigkeit einer erkannten Verkehrssituation .
Es ist bekannt, dass zum Erkennen von Lichtquellen, insbesondere von Lichtquellen an Fahrzeugen, mit einer Kamera eine Folge von Einzelbildern erfasst wird und mit einem lichtempfindlichen Sensor der Kamera Grauwerte von Bildpunkten der Einzelbilder gemessen werden. Dabei wird üblicherweise in einer Auswerteeinheit zumindest ein Teil der Bildpunkte eines jeden Einzelbildes anhand ihrer Grauwerte zu zusammenhängenden Bildbereichen einheitlicher Grauwerte zusam- mengefasst. Anschließend werden diese Bildbereiche auf vorbestimmte Merkmale hin untersucht, wie beispielsweise eine absolute oder relative Helligkeit, die Form oder die Lage eines jeden solchen Bildbereichs innerhalb des Einzelbildes. Es kann auch vorgesehen sein, wie DE 10 2008 025 457 AI beschrieben wird, einen derartigen Bildbereich über mehrere aufeinander folgende Einzelbilder hinweg zu verfolgen (zu tracken) und beispielsweise eine zeitliche Änderung der Grauwerte dieses Bildbereichs oder eine Bewegung des Bildbereichs als vorbestimmte Merkmale zu überprüfen.
Ein gegebener Bildbereich, welcher entsprechend definierte und vorgegebene Merkmale aufweist, wird schließlich als eine Lichtquelle klassifiziert.
Es stellt sich jedoch als ausgesprochen schwierig heraus, pulsierende Lichtquellen mit einem solchen Verfahren zu erkennen, zu tracken und zu klassifizieren. Pulsierende Lichtquellen, wie beispielsweise LED-Scheinwerfer an Fahrzeugen, welche in einem Pulsbetrieb betrieben werden, lassen sich auf diese Weise mit dem Sensor der Kamera nicht als ein klares, scharf umrissenes Bild darstellen, sondern nur als unterschiedlich geformte, nicht zusammenhängende Mus- ter abbilden, die sich über die Zeit verändern und pulsieren. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Pulsfrequenz (Wiederholungsrate) etwa so groß oder größer als die Ausleserate des Sensors ist. Besonders problematisch sind Wiederholungsraten zwischen etwa 50 Hz bis 1000 Hz. Durch derartige Licht- quellen entstehen häufig nur sehr instabile Bildbereiche in den von der Kamera erfassten Einzelbildern, welche nur schwer zu erkennen, zu verfolgen und zu klassifizieren sind.
Dies ist insbesondere deswegen problematisch, weil moderne Fahrzeuge in zunehmendem Maße mit LED- Scheinwerfern ausgestattet werden (Frontscheinwerfer, Rückleuchten, Bremslichter, Blinker) . Häufig ist vorgesehen, dass die Wiederholungsraten der LEDs dieser Scheinwerfer verändert werden, etwa um einen Scheinwerfer zu dimmen, zur Reduzierung des Energieverbrauchs, oder zum Wechseln zwischen verschiedenen Betriebsmodi eines derartigen Scheinwerfers (Brems - lichtmodus und Abblendmodus eines LED-Rücklichts) . Es kann auch vorgesehen sein, dass zu diesem Zweck anstelle der Wiederholungsrate oder zusätzlich zur Wiederholungsrate (Impulsrate) ein Tastgrad
(Dutycycle) der LED oder der LEDs eines Scheinwerfers verändert wird, indem auch eine Impulsdauer der LED oder der LEDs angepasst wird.
Viele kamerabasierte Fahrerassistenzsysteme beruhen aber oft auch auf einer Erkennung anderer Fahrzeuge durch das Erkennen derer Scheinwerfer, Rückleuchten, Bremslichter. Ein sicheres Funktionieren solcher Fahrerassistenzsysteme setzt also ein zuverlässiges Erkennen von LED- Scheinwerfern von Fahrzeugen voraus.
Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfin- dung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche die Nachteile des Stands der Technik überwindet. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen es also ermöglichen, auch pulsierende Lichtquelle, wie etwa in einem Pulsbetrieb betriebene LED- Scheinwerfer, mit einer großen Zuverlässigkeit und einer hohen Trefferquote zu erkennen, zu verfolgen und zu klassifizieren. Außerdem soll ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem vorgeschlagen werden, welches auch pulsierende Lichtquelle, wie etwa in einem Pulsbetrieb betriebene LED-Scheinwerfer, mit ei- ner großen Zuverlässigkeit und einer hohen Trefferquote erkennen, verfolgen und klassifizieren kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren sowie durch ein System gemäß den unabhängi- gen Ansprüchen. Weiterentwicklungen und spezielle
Ausführungsformen ergeben sich mit den Unteransprüchen. Ferner wird die Aufgabe auch durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Demnach ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass mit einer Kamera eine Folge von Einzelbildern erfasst wird und mit einem lichtempfindlichen Sensor der Kamera Grauwerte von Bildpunkten der Einzelbilder gemessen werden. Diese Grauwerte werden an eine Auswerteeinheit übertragen, in der zumindest ein
Teil der Bildpunkte eines jeden Einzelbildes anhand ihrer Grauwerte zu zusammenhängenden Bildbereichen einheitlicher Grauwerte zusammengefasst werden. Anschließend werden die Bildbereiche in der Auswerte - einheit auf vorbestimmte Merkmale hin untersucht, wobei ein gegebener Bildbereich als eine Lichtquelle klassifiziert wird, wenn er diese Merkmale zeigt. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es notwendig, dass der Sensor mindestens einen Rückstellwert hat, der einem Bildpunkt als Grauwert zugeordnet wird, wenn ein Helligkeitssprung einen Reset des Sensors für diesen Bildpunkt notwendig macht.
Beispielsweise weisen die meisten CMOS-Sensoren einen oder mehrere solcher Rückstellwerte (Reset-Level) auf. Bei einem hinreichend großen Helligkeitssprung in mindestens einem Bildpunkt (Pixel) führt ein solcher Sensor einen Reset in diesem Bildpunkt durch und passt seine Empfindlichkeit in diesem Bildpunkt an die neue Helligkeit in diesem Bildpunkt (Pixel) an.
Bei diesem Reset wird dem betreffenden Pixel ein für den Sensor fest vorgegebener Rückstellwert (Reset- Level) zugeordnet. Das erfindungsgemäße sieht ferner vor, dass die Untersuchung auf die vorbestimmten Merkmale auch eine Prüfung der Bildbereiche darauf umfasst, ob die Bildpunkte dieser Bildbereiche Grauwerte in einer definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors auf- weisen. Der gegebene Bildbereich wird schließlich dann als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert, wenn diese Prüfung positiv ausfällt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also ausgenutzt, dass eine mit der Kamera erfasste pulsierende Lichtquelle, welche eine hinreichend stark pulsierende Lichtleistung abstrahlt, in dem Sensor der Kamera Resets in den der Lichtquellen zugeordneten Bildbe- reichen auslöst. Bei jedem dieser Resets ordnet der
Sensor den Bildpunkten dieses Bereichs also den gleichen Rückstellwert oder zumindest einen Grauwert in der Nähe dieses Rückstellwertes zu. Auf diese Weise weist dieser Bildbereich wiederkehrend einheitliche Grauwerte auf. Dies wird durch das erfindungsgemäße
Verfahren als ein Merkmal zur Bestätigung einer Lichtquellenhypothese ausgenutzt.
Ein Bildbereich, dessen Bildpunkte Grauwerte in einer definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors aufweisen ist ein starkes Indiz dafür, dass sich die Helligkeit dieser Bildpunkt innerhalb sehr kurzer Zeit mit einer hohen Synchronitat stark geändert hat . Dies ist charakteristisch für eine Lichtquelle, deren Helligkeit sich in dieser Zeit sehr stark geändert hat. Dies stellt insbesondere einen Hinweis auf eine LED dar, da sich LED-Lichtquellen durch ein besonders kurzes Ansprechverhalten auszeichnen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass nah beieinanderliegende derartige Bildbereiche zu einem Gesamtbereich zusammengefasst werden, welcher als einer einzelnen Lichtquelle zugeordnet klassifiziert wird. Solche Gesamtbereiche haben den großen Vorteil, dass sie besonders stabil bezüglich ihrer Form und ihrer Position innerhalb der Einzelbilder sind, und sich daher besonders zuverlässig über mehrere Einzelbilder hinweg wiedererkennen und tracken lassen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn weitere Merkmale der zugehörigen Bildbereiche in aufeinander folgenden Einzelbildern überprüft werden sollen, wie weiter unten beschrieben wird.
Solche Merkmale können dann jeweils auch auf der Ebene der Gesamtbereiche durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil einer größeren Stabilität dieser Merkmale und führt somit zu einer höheren Zuverlässigkeit des Verfahrens. In diesem Sinn kann, wenn im Folgenden von einem Bildbereich gesprochen wird, immer auch ein derartiger aus benachbarten Bildbereichen zusammengesetzter Gesamtbereich verstanden werden. Im Folgenden werden weitere Merkmale beschrieben, auf welche hin die Bildbereiche hin untersucht werden können. Durch Hinzunahme dieser Merkmale als weitere notwendige Bedingungen für eine Klassifikation eines Bildbereichs als eine pulsierende Lichtquelle oder als ein Teil einer pulsierenden Lichtquelle kann die Zuverlässigkeit und die Trefferquote des Verfahrens weiter erhöht werden. In einer Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der gegebene Bildbereich als pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem ein relativer Anteil von Bildpunkten des gegebenen Bildbe- reichs, deren Grauwerte genau dem Rückstellwert des
Sensors entsprechen, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet .
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als
Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem eine Varianz der Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Alternativ oder zu- sätzlich kann untersucht werden, ob ein Verhältnis, das durch Teilen einer Varianz der Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs durch eine Varianz der Grauwerte aller Bildpunkte des gegebenen Einzelbildes gebildet wird, einen vorgegebenen
Schwellwert unterschreitet.
Außerdem ist es möglich, dass der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem in Einzelbildern, die in der Folge dem gegebenen Einzelbild nachfolgen, der gegebene Bildbe- reich wiedererkannt wird. Ein solches Wiedererkennen und Tracking kann dadurch erleichtert werden, wenn mehrere nah beieinanderliegende Bildbereiche, mit in der Nähe von Rückstellwerten, wie oben beschrieben zu Gesamtbereichen zusammengefasst werden können.
Die folgenden Merkmale von Bildbereichen beziehen sich jeweils ausschließlich auf Bildbereiche, die über mehrere aufeinander folgende Einzelbilder (Fra- mes) der (Bild-) Folge wiedererkannt (identifiziert) und getrackt werden können.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem in den dem Einzelbild folgenden Einzelbildern ein Mittelwert der Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs sich um mehr als ein vorgegebener Schwellwert ändert . Dies ist als ein Indiz für einen Helligkeitssprung in diesem Bildbereich und somit charakteristisch für eine pulsierende Lichtquelle .
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als
Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem in den folgenden Einzelbildern die Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs mit einer Periodizität wiederkehrend in der definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors liegen, wobei die Periodizität oberhalb eines
Schwellwerts liegt. Es zeigt sich nämlich, dass es insbesondere für LED-Scheinwerfer typisch ist, dass zeitlich wiederkehrende Helligkeitsverläufe in den zugeordneten Bildbereichen auftreten. Diese zeitlichen Muster hängen auf nicht-triviale Weise von der Impulsfrequenz und der Impulsdauer der LED ( s) des Scheinwerfers, der Auslesefrequenz und der Belichtungsdauer des Sensors, sowie von einer Phasenverschiebung zwischen dem Auslesen und dem Aktivieren der LED(s) des Scheinwerfers (bzw. allgemein der pulsierenden Lichtquelle) .
Eine besonders einfache und mit relativ geringem Aufwand und Speicherbedarf durchführbare Bestimmung ei- ner solchen der Periodizität lässt sich erzielen über die Berechnung des Hamming-Abstands zwischen einem ersten Vektor und einem zweiten Vektor, wobei in einem n-ten Eintrag des ersten Vektors angegeben wird, ob die Grauwerte des gegebenen Bildbereichs in einem Einzelbild, das dem gegebenen Einzelbild in der Folge der Einzelbilder an n-ter Stelle vorausgeht (zwischen diesem Einzelbild und dem gegebenen Einzelbild befinden sich in der Folge also genau n-1 weitere Einzelbilder) , innerhalb der definierten Umgebung des Rück- Stellwerts des Sensors liegen oder außerhalb der definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors liegen. Der zweite Vektor wird aus dem ersten Vektor durch eine bitweise Verschiebung des ersten Vektors um p Bits gebildet.
Die Berechnung des Hamming-Abstands wird für verschiedene Werte von p wiederholt durchgeführt, wobei schließlich derjenige Wert von p, bei dem der
Hamming-Abstand minimal wird, als Periode des Bildbe- reichs bestimmt wird. Schließlich wird aus dem zu dieser Periode gehörigen Hamming-Abstand die Periodizität des Bildbereichs berechnet wird, wobei allgemein ein kleiner Hamming-Abstand eine große Periodizität bedeutet.
Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erkennen von Lichtquellen eine Kamera zum Erfassen einer Folge von Einzelbildern. Diese Kamera weist einen lichtempfindlichen Sensor auf zum Messen von Grauwerten von Bildpunkten der Einzelbilder, und ei- ner Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Bildpunkte der Einzelbilder anhand ihrer Grauwerte zu zusammenhängenden Bildbereichen einheitlicher Grauwerte zusammenzufassen, die Bildbereiche anschließend auf vorbestimmte Merkmale hin zu untersuchen und einen gegebenen Bildbereich als eine Lichtquelle oder als einen Teil einer Lichtquelle zu klassifizieren, wenn er diese Merkmale zeigt . Außerdem ist vorgesehen, dass der Sensor mindestens einen Rückstellwert hat und dazu eingerichtet ist, den Rückstellwert einem Bildpunkt als Grauwert zuzuordnen, wenn aufgrund eines Helligkeitssprung ein Reset des Sensors für diesen Bildpunkt notwendig ist, wobei die Untersuchung auf die vorbestimmten Merkmale auch eine Prüfung der Bildbereiche darauf umfasst, ob die Bildpunkte dieser Bildbereiche Grauwerte in einer definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors aufweisen, und wobei die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, den gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als ein Teil einer pulsierenden Lichtquelle zu klassifizieren im Fall eines positiven Ausgangs dieser Prüfung. Wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch bei dieser Vorrichtung ausgenutzt, dass eine mit der Kamera erfasste pulsierende Lichtquelle, welche eine hinreichend stark pulsierende Lichtleistung abstrahlt, in dem Sensor der Kamera Resets in den der Lichtquellen zugeordneten Bildbereichen auslöst. Ein
Bildbereich, dessen Bildpunkte Grauwerte in einer de- finierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors aufweisen, ist charakteristisch für eine Lichtquelle deren Helligkeit sich in dieser Zeit sehr stark geän dert hat. Dies stellt insbesondere einen Hinweis auf eine LED dar, da sich LED-Lichtquellen durch ein besonders kurzes Ansprechverhalten auszeichnen.
Somit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung pulsierende Lichtquellen besonders zuverlässig erkennen .
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Vorrichtung ergeben sich dadurch, dass die Auswerteeinheit der Vor richtung zur Durchführung eines Verfahrens hier vorgeschlagener Art eingerichtet ist. Je nach Ausführungsform dieses Verfahrens ergeben sich die bereits oben beschriebenen Vorteile, insbesondere eine noch weiter gesteigerte Zuverlässigkeit in der Erkennung pulsierender Lichtquellen, insbesondere von LED- Scheinwerfern in einem Pulsbetrieb.
Schließlich wird ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem vorgeschlagen, dass eine Vorrichtung hier vorgeschlagener Art umfasst, die insbesondere dazu eingerichtet ist, Scheinwerfer und/oder Rücklichter anderer Fahrzeuge zu erkennen, insbesondere pulsierende Lichtquellen wie etwa LED-Scheinwerfer und/ode LED-Rücklichter, wobei die Kamera der Vorrichtung vorzugsweise in Richtung einer Vorderseite des Fahrzeugs ausgerichtet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines speziel len Ausführungsbeispiels näher erläutert, dass in Fi gur 1 schematisch dargestellt ist.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 mit einem Fahrerassistenzsystem vorgeschlagen, dass eine Vorrichtung hier vorgeschlagener Art umfasst, die eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens hier vorgeschlagener Art zum E er- kennen, Tracken und Klassifizieren pulsierender
Lichtquellen, wie insbesondere LED-Scheinwerfern.
Diese Vorrichtung umfasst zwei Kameras 2, die in Richtung einer Vorderseite des Fahrzeugs ausgerichtet sind, zum Erfassen einer Folge von Einzelbildern von vorausfahrenden oder entgegenkommenden Fahrzeugen 4. Diese Kameras weisen jeweils einen lichtempfindlichen Sensor 5 auf zum Messen von Grauwerten von Bildpunkten der Einzelbilder. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinheit 6, die mit den beiden Kameras 5 verbunden und dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Bildpunkte der Einzelbilder der beiden Kameras 5 anhand ihrer Grauwerte zu zusammenhängenden Bildbereichen einheitlicher Grauwerte zusammenzufas- sen, die Bildbereiche anschließend auf vorbestimmte
Merkmale hin zu untersuchen und einen gegebenen Bildbereich als eine Lichtquelle 7 oder als einen Teil einer Lichtquelle 7 zu klassifizieren, wenn sie diese Merkmale zeigt.
Außerdem ist vorgesehen, dass der Sensor mindestens einen Rückstellwert hat und dazu eingerichtet ist, den Rückstellwert einem Bildpunkt als Grauwert zuzuordnen, wenn aufgrund eines Helligkeitssprung ein Reset des Sensors für diesen Bildpunkt notwendig ist, wobei die Untersuchung auf die vorbestimmten Merkmale auch eine Prüfung der Bildbereiche darauf umfasst, ob die Bildpunkte dieser Bildbereiche Grauwerte in einer definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors aufweisen, und wobei die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, den gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als ein Teil einer pulsierenden Lichtquelle zu klassifizieren im Fall eines positiven Ausgangs dieser Prüfung. Die Sensoren 5 sind jeweils CMOS-Sensoren und haben jeweils eine Grauwerttiefe von 12 Bit, wobei der Rückstellwert jeweils einem Grauwert von 345 entspricht. Die definierte Umgebung des Rückstellwertes liegt zwischen Grauwerten von 334 und 369. Allgemein ist es vorteilhaft die Umgebung des Rückstellwertes mit einer Breite von etwa 10% des Rückstellwertes oder darunter zu definieren, wobei der Rückstellwert etwa mittig in dieser Umgebung liegt . Dabei ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, Scheinwerfer und/oder Rücklichter anderer Fahrzeuge zu erkennen, insbesondere pulsierende Lichtquellen wie LED-Scheinwerfer und LED-Rücklichter 7. Zu diesem Zweck sind die Kameras 5 in Richtung der Vorderseite 3 des Fahrzeugs 1 ausgerichtet.
Mit der Auswerteeinheit werden außerdem nah beieinanderliegende Bildbereiche zu einem Gesamtbereich zu- sammengefasst , welcher dann als einer einzelnen
Lichtquelle 7 zugeordnet klassifiziert wird.
Ferner werden mit der Vorrichtung zur weiteren Steigerung der Zuverlässigkeit des Erkennens, Tracken und Klassifizierens von Lichtquellen die zu prüfenden Bildbereiche wie auch die aus den zu prüfenden Bildbereichen gebildeten Gesamtbereiche auf alle folgende Merkmale hin überprüft, und ein auf dies Weise über- prüfter Bildbereich oder Gesamtbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als ein Teil einer pulsie- renden Lichtquelle klassifiziert, falls er alle der hier genannten Merkmale zeigt. Im Folgenden wird im- mer nur von zu überprüfenden Bildbereichen gesprochen. Gemeint sind jedesmal auch aus zu prüfenden Bildbereichen gebildete Gesamtbereiche (siehe oben) .
Zu diesen zu prüfenden Merkmalen gehört, dass ein re¬ lativer Anteil von Bildpunkten des gegebenen (zu überprüfenden) Bildbereichs, deren Grauwerte genau dem Rückstellwert des Sensors entsprechen, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, dass eine Varianz der Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, dass ferner ein Verhältnis, das durch Teilen einer Varianz der Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs durch eine Varianz der Grauwerte aller Bildpunkte des gegebenen Einzelbildes gebildet wird, einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet .
Weitere Merkmale, die durch die Vorrichtung geprüft werden, sind, ob in Einzelbildern, die in der Folge dem gegebenen Einzelbild nachfolgen, der gegebene Bildbereich wiedererkannt wird und ob in den dem Einzelbild folgenden Einzelbildern ein Mittelwert der Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs sich um mehr als ein vorgegebener Schwellwert ändert.
Ein weiteres zu prüfendes Merkmal ist, ob in den folgenden Einzelbildern die Grauwerte der Bildpunkte des zu prüfenden Bildbereichs mit einer Periodizität wie- derkehrend in der definierten Umgebung des Rückstell - werts des Sensors liegen, wobei die Periodizität oberhalb eines Schwellwerts liegen muss.
Dabei wird die Periodizität über die Berechnung des Hamming-Abstands zwischen einem ersten Vektor und einem zweiten Vektor bestimmt, wobei in einem n-ten Eintrag des ersten Vektors angegeben wird, ob die Grauwerte des gegebenen Bildbereichs in einem Einzel bild, das dem gegebenen Einzelbild in der Folge der Einzelbilder an n-ter Stelle vorausgeht (zwischen diesem Einzelbild und dem gegebenen Einzelbild befin den sich in der Folge also genau n-1 weitere Einzelbilder) , innerhalb der definierten Umgebung des Rück stellwerts des Sensors liegen oder außerhalb der definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors liegen. Der zweite Vektor wird aus dem ersten Vektor durch eine bitweise Verschiebung des ersten Vektors um p Bits gebildet.
Dabei wird die Berechnung des Hamming-Abstands für verschiedene Werte von p wiederholt durchgeführt, wo bei schließlich derjenige Wert von p, bei dem der Hamming-Abstand minimal wird, als Periode des Bildbe reichs bestimmt wird. Schließlich wird aus dem zu dieser Periode gehörigen Hamming-Abstand die Periodi zität des Bildbereichs berechnet wird, wobei allgemein ein kleiner Hamming-Abstand eine große Periodizität bedeutet.

Claims

Patentansprüche :
Verfahren zum Erkennen von Lichtquellen (7) , in dem mit einer Kamera (2) eine Folge von Einzelbildern erfasst wird und mit einem lichtempfindlichen Sensor (5) der Kamera (2) Grauwerte von Bildpunkten der Einzelbilder gemessen werden, wobei ferner in einer Auswerteeinheit (6) zumindest ein Teil der Bildpunkte eines jeden Einzelbildes anhand ihrer Grauwerte zu zusammenhängenden Bildbereichen einheitlicher Grauwerte zusam- mengefasst und die Bildbereiche auf vorbestimmte Merkmale hin untersucht werden, wobei ein gegebener Bildbereich als eine Lichtquelle klassifiziert wird, wenn er diese Merkmale zeigt, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor (5) mindestens einen Rückstell - wert hat, der einem Bildpunkt als Grauwert zugeordnet wird, wenn ein Helligkeitssprung einen Reset des Sensors für diesen Bildpunkt notwendig macht, wobei die Untersuchung auf die vorbestimmten Merkmale auch eine Prüfung der Bildbereiche darauf umfasst, ob die Bildpunkte dieser Bildbereiche Grauwerte in einer definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors aufweisen, und wobei der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, wenn diese Prüfung positiv ausfällt.
Verfahren aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebene Bildbereich als pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem ein relativer Anteil von Bildpunkten des ge- gebenen Bildbereichs, deren Grauwerte genau dem Rückstellwert des Sensors entsprechen, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem eine Varianz der Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs einen Schwellwert unterschreitet.
Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem ein Verhältnis, das durch Teilen einer Varianz der Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs durch eine Varianz der Grauwerte aller Bildpunkte des gegebenen Einzelbildes gebildet wird, einen Schwellwert unterschreitet.
Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem in Einzelbildern, die in der Folge dem gegebenen Einzelbild nachfolgen, der gegebene Bildbereich wiedererkannt wird .
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem in den dem Einzelbild folgenden Einzel- bildern ein Mittelwert der Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs sich um mehr als ein vorgegebener Schwellwert ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle oder als Teil einer pulsierenden Lichtquelle klassifiziert wird, falls außerdem in den folgenden Einzelbildern die Grauwerte der Bildpunkte des gegebenen Bildbereichs mit einer Periodizität wiederkehrend in der definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors liegen, wobei die Periodizität oberhalb eines Schwellwerts liegt.
Verfahren aus Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodizität mittels des Hamming- Abstands zwischen einem ersten Vektor und einem zweiten Vektor bestimmt wird, wobei in einem n- ten Eintrag des ersten Vektors angegeben wird, ob die Grauwerte des gegebenen Bildbereichs in einem Einzelbild, das dem gegebenen Einzelbild in der Folge der Einzelbilder an n-ter Stelle vorausgeht, innerhalb der definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors liegen oder außerhalb der definierten Umgebung des Rückstell - werts des Sensors liegen, und der zweite Vektor aus dem ersten Vektor durch eine bitweise Verschiebung des ersten Vektors um p Bits gebildet wird, wobei die Berechnung des Hamming-Abstands für verschiedene Werte von p wiederholt wird und derjenige Wert von p, bei dem der Hamming- Abstand minimal wird, als Periode des Bildbereichs bestimmt wird und aus dem zu dieser Periode gehörigen Hamming-Abstand die Periodizität des Bildbereichs berechnet wird. Vorrichtung zum Erkennen von Lichtquellen (7) , umfassend eine Kamera (2) zum Erfassen einer Folge von Einzelbildern, wobei die Kamera (2) einen lichtempfindlichen Sensor (5) aufweist zum Messen von Grauwerten von Bildpunkten der Einzelbilder, und einer Auswerteeinheit (6) , die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Bildpunkte der Einzelbilder anhand ihrer Grauwerte zu zusammenhängenden Bildbereichen einheitlicher Grauwerte zusammenzufassen, die Bildbereiche anschließend auf vorbestimmte Merkmale hin zu untersuchen und einen gegebenen Bildbereich als eine Lichtquelle (7) oder als einen Teil einer Lichtquelle (7) zu klassifizieren, wenn er diese Merkmale zeigt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor (5) mindestens einen Rückstellwert hat und dazu eingerichtet ist, den Rückstellwert einem Bildpunkt als Grauwert zuzuordnen, wenn aufgrund eines Helligkeitssprung ein Reset des Sensors für diesen Bildpunkt notwendig ist, wobei die Untersuchung auf die vorbestimmten Merkmale auch eine Prüfung der Bildbereiche darauf umfasst, ob die Bildpunkte dieser Bildbereiche Grauwerte in einer definierten Umgebung des Rückstellwerts des Sensors (5) aufweisen, und wobei die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, den gegebene Bildbereich als eine pulsierende Lichtquelle (7) oder als ein Teil einer pulsierenden Lichtquelle (7) zu klassifizieren im Fall eines positiven Ausgangs dieser Prüfung .
Fahrzeug (1) mit einem Fahrerassistenzsystem, dass eine Vorrichtung nach Anspruch 9 umfasst, die dazu eingerichtet ist, Scheinwerfer (7) und/oder Rücklichter (7) anderer Fahrzeuge (4) zu erkennen, insbesondere pulsierende Lichtquellen wie etwa LED-Scheinwerfer und/oder LED- Rücklichter, wobei die Kamera
(2) der Vorrich- tung vorzugsweise in Richtung einer Vorderseite
(3) des Fahrzeugs (1) ausgerichtet ist.
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