DE4143703B4

DE4143703B4 - Visibility improving equipment esp. in motor vehicle - contains optical illumination system operating during successive intervals and receiver system acquiring images of illuminated region during and between illumination intervals for

Info

Publication number: DE4143703B4
Application number: DE4143703A
Authority: DE
Inventors: Edgar Dipl.-Phys. Weidel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2011-09-10

Abstract

An optical system illuminates a spatial angular region during recurring illumination intervals. An optical receiver system acquires an image of the illuminated region. The receiver system acquires images during and between the illumination intervals. The images acquired during at least one illumination interval and one intervening interval are combined either in the optical receiver system or in an image processing device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung der Sicht in Fahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an arrangement for improving the visibility in Vehicles, according to the generic term of claim 1

Bei der nachveröffentlichten Patentanmeldung P 41 07 850 wird mittels einer Beleuchtungsoptik ein Raumwinkelbereich, der vorzugsweise in einer Ebene aufgeweitet und senkrecht dazu eng gebündelt ist, ausgeleuchtet. Eine Empfangsoptik nimmt das von in dem Raumwinkelbereich beleuchteten Objekten zurückgestreute Licht auf und erzeugt ein Bild des Beobachtungsraums. Neben diesem auf Grund der Beleuchtung durch die Beleuchtungsoptik rückgestreuten Licht als Nutzsignal tritt auch noch Störlicht auf, welches die Erkennung des wesentlichen Bildinhalts erschweren kann. Als Störlicht treten bei Anwendung der Anordnung in einem Straßenfahrzeug vor allem das Scheinwerferlicht von fremden Fahrzeugen oder das Laserlicht gleichartiger Anordnungen in fremden Fahrzeugen sowie Reflexionen solcher Störlichtquellen in Erscheinung.at the post-published Patent application P 41 07 850 is by means of a lighting optical system a solid angle range, which preferably widens in a plane and tightly bundled vertically is lit up. A receiving optics takes that of in the solid angle area backscattered illuminated objects Light up and create a picture of the observation room. Beside this backscattered due to illumination by the illumination optics Light as useful signal also occurs stray light, which is the detection of the main picture content. As stray light occur Application of the arrangement in a road vehicle especially the headlight from foreign vehicles or the laser light of similar arrangements in foreign vehicles as well as reflections of such stray light sources in appearance.

Die europäischen Offenlegungsschrift EP 0 353 200 A2 zeigt eine in einem Kraftfahrzeug angebrachte Anordnung zur Verbesserung der Sicht, bei welcher eine Beleuchtungsoptik einen Raumwinkelbereich in wiederkehrenden Beleuchtungsintervallen ausleuchtet und einen Empfangsoptik ein Bild des ausgeleuchteten Raumwinkels aufnimmt.The European disclosure EP 0 353 200 A2 shows an arrangement mounted in a motor vehicle for improving the view, in which an illumination optical system illuminates a solid angle range in recurrent illumination intervals and a receiving optical system takes an image of the illuminated solid angle.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 344 404 A1 ist ein Steuerung der Türstellung einer automatischen Tür bekannt, bei welcher anwesende Personen mit Infrarotlicht streifenweise angestrahlt werden und die von den angestrahlten Personen stammenden Infrarotlicht-Reflexe von einer Infrarotkamera aufgenommen werden. Dabei werden zur besseren Erkennung relevanter Bildsignale im Turnus Bilder mit und ohne Infrarotlicht aufgenommen.From the European patent application EP 0 344 404 A1 a control of the door position of an automatic door is known, in which present persons are irradiated in strips with infrared light and originating from the illuminated persons infrared reflections are recorded by an infrared camera. In the process, images with and without infrared light are recorded in turn to better detect relevant image signals.

Das US-Patent US 4 954 962 A zeigt einen mobilen Roboter, bei welchem dessen voraus liegende Fahrstrecke mittels einer gepulsten Beleuchtung ausgeleuchtet und mit einer Kamera erfasst wird. Hierbei werden zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses in zwei aufeinander folgenden Zeitabschnitten zu einem Beleuchtungszeitpunkt und einem Zeitpunkt ohne Beleuchtung zwei Kamerabilder aufgenommen und pixelweise voneinander subtrahiert.The U.S. Patent US 4,954,962A shows a mobile robot, in which its driving route ahead is illuminated by means of a pulsed illumination and detected by a camera. In this case, to improve the signal-to-noise ratio in two successive time periods at an illumination time and a time without illumination, two camera images are taken and subtracted pixel by pixel from each other.

Auch das US-Patent US 4 521 861 A zeigt eine Anordnung zur Verbesserung der Sicht, welche zur Verbesserung des Kontrastverhältnisses von Ziel und Hintergrund nach dem Prinzip der Subtraktion von Bildern mit und ohne Bestrahlung der Szene arbeitet.That too US Pat. No. 4,521,861 A shows an arrangement for improving the view, which works to improve the contrast ratio of the target and the background on the principle of subtraction of images with and without irradiation of the scene.

Aus den in den US-Patentschriften US 4 700 229 A und US 4 876 734 A beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zur Aufbereitung von Bilddaten kann entnommen werden, dass eine Mittelung und Subtraktion von Bilddaten zu einer verbesserten Rauschunterdrückung führen kann.From the into the US Pat. Nos. 4,700,229 A and US 4,876,734 A It can be seen from the described methods and apparatus for processing image data that an averaging and subtraction of image data can lead to an improved noise suppression.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art anzugeben, bei welcher der Störlichteinfluss reduziert ist.task The present invention is therefore an arrangement of the preamble specify the type mentioned in claim 1, in which the Störlichteinfluss is reduced.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The Invention is described in claim 1. The subclaims contain advantageous embodiments and modifications of the invention.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, dass die in Frage kommenden Störlichtquellen im Regelfall nur langsam zeitveränderlich sind und durch hinreichend kurz gewählte Intervallfolgezeiten als statisch betrachtet werden können.The Invention exploits the knowledge that the candidate in question interfering light usually only slowly changing over time are and by sufficiently short interval intervals selected as can be considered statically.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildung noch weiter erläutert.The Invention is still with reference to the figure further explained.

Als Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung sei dabei eine Halbleiterlaseranordnung angenommen, die gepulst betrieben werden kann. Die Auswertung der Empfangssignale in der Empfangsoptik erfolgt in Intervallen, wobei die Empfangsoptik vorzugsweise in der Art eines elektronischen Verschlusses eines Lichtverstärkers mit gepulster elektrischer Spannung UE oder als CCD-Detektorarray mit geschalteten Detektorelementen oder Detektorgates.When Light source of the illumination device is a semiconductor laser arrangement suppose that can be operated pulsed. The evaluation of the Receive signals in the receiving optics takes place at intervals, wherein the receiving optics preferably in the manner of an electronic shutter a light amplifier with pulsed electrical voltage UE or as a CCD detector array with switched detector elements or detector gates.

Die Laseranordnung emittiert während Sendeintervallen IS1, IS3, ISy ..., die zu den Zeitpunkten t1, t3, t5, ... beginnen und jeweils eine Intervalldauer von TI umfassen, infrarotes Licht der Leistung P_o, das über optische Elemente der Beleuchtungsoptik als Lichtbündel in einen bestimmten Raumwinkelbereich abgestrahlt wird. Das von Gegenständen in dem ausgeleuchteten Raumwinkel zur Empfangsoptik rückgestreute Licht wird dort während der Empfangsintervalle IE1, IE3, IE5, ..., die zeitgleich zu den Sendeintervallen liegen, aufgenommen und er zeugt Momentanbilder B1, B3, B5, ..., welche zusätzlich zu dem Nutzsignal auch noch Störsignale enthalten. In den Zeitabschnitten von t1 + TI bis t3, von t3 + TI bis t5 usw., in denen die Laseranordnung kein Licht emittiert, sind weitere Empfangs-Zwischenintervalle IE2, IE4, ... eingefügt, in denen von der Empfangsoptik weitere Momentanbilder B2, B4, ... aufgenommen werden, die nur Störsignale enthalten. Unter der Voraussetzung quasistatischen Verhaltens der Störlichtquellen sind die Störsignale der Momentanbilder B2, B4, ... aus den Zwischeninterballen IE2, IE4, ... gleich oder bei unterschiedlicher Intervalllänge zumindest proportional an Störsignalanteilen in den zeitlich benachbarten Momentanbildern B1, B3, B5, ... aus den Intervallen IE1, IE3, IE5, ..., so dass in diesen z. B. durch einfache ggf. gewichtete bildpunktweise Subtraktion B1–B2, B3–B4, ..., störsignalbefreite Bilder des ausgeleuchteten Beobachtungsraums gewonnen werden können.The laser array emits infrared light of the power P _o during transmission intervals IS1, IS3, ISy ..., which start at the times t1, t3, t5,... And each comprise an interval duration of TI, via optical elements of the illumination optics Light beam is emitted in a certain solid angle range. The light backscattered from objects in the illuminated solid angle to the receiving optics is recorded there during the reception intervals IE1, IE3, IE5,..., Which coincide with the transmission intervals, and generates instant images B1, B3, B5, also contain interference signals to the useful signal. In the time periods from t1 + TI to t3, from t3 + TI to t5, etc., in which the laser arrangement emits no light, further receive intermediate intervals IE2, IE4,... Are inserted, in which additional instant images B2, B4, ... are recorded, which contain only interference signals. On the assumption of quasi-static behavior of the interfering light sources, the interfering signals of the instantaneous images B2, B4,... From the intermediateintervals IE2, IE4,... Are equal or at different proportions at least proportional to interfering signal components in the temporally adjacent instantaneous component B1, B3, B5, ... from the intervals IE1, IE3, IE5, ..., so that in these z. B. by simple optionally weighted pixel-by-pixel subtraction B1-B2, B3-B4, ..., noise-freed images of the illuminated observation room can be obtained.

Die Sendeintervalle IS1, IS3, IS5, ... und die Empfangsintervalle IE1, IE3, IE5, ... sind im Regelfall synchron und die Intervalllänge liegt beispielsweise in der Größenordnung von 10 μs. Die Empfangsintervalle IE1, IE3, IE5, ... und die Empfangs-Zwischenintervalle IE2, IE4, ... sind vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, gleich lang. Bei Verwendung eines CCD-Detektorarrays in der Empfangsoptik sind Dauer TI und Abstand der Intervalle IE1, IE2, ... vorteilhafterweise auf die optimalen Parameter des CCD-Arrays wie Integrationszeit und Bildwiederholzeit abgestimmt. Bei geschwenktem Lichtbündel sind vorteilhafterweise Schwenkschrittfolgezeit bzw. Schwenkgeschwindigkeit und Intervallfolgezeit so aufeinander abgestimmt, dass in jeder Schwenkschrittstellung bzw. während einer für das Überstreichen eines Auflösungswinkelinkrements der Empfangsoptik benötigten Zeit jeweils mindestens ein Laserimpuls emittiert wird, so dass jede Bildzeile ein laserbeleuchtetes Teilbild aufnimmt.The Transmission intervals IS1, IS3, IS5,... And the reception intervals IE1, IE3, IE5, ... are usually synchronous and the interval length is for example, in the order of magnitude of 10 μs. The reception intervals IE1, IE3, IE5, ... and the reception intermediate intervals IE2, IE4, ... are preferably, but not necessarily, the same long. When using a CCD detector array in the receiving optics are duration TI and interval of the intervals IE1, IE2, ... advantageously on the optimal parameters of the CCD array such as integration time and image refresh time. When the light beam is turned Advantageously, slewing step time or swing speed and interval time so matched to each other Pivoting step position or during one for the painting over a resolution angle increment needed the receiving optics Each time at least one laser pulse is emitted, so that each image line receives a laser-illuminated partial image.

Bei der Erfindung werden die Mittelwerte der Bildsignale aus zwei aufeinander folgenden Zwischenintervallen von den Bilddaten aus einem Beleuchtungsintervall subtrahiert.at According to the invention, the mean values of the image signals of two become one upon another following intervals of the image data from a lighting interval subtracted.

Claims

Arrangement for improving the visibility in vehicles, in which an illumination optical system illuminates a solid angle range and a receiving optical system captures an image of the illuminated solid angle range, the illumination optical system illuminating the solid angle only in recurrent illumination intervals, while the recording optics both during the illumination intervals, as well as in intermediate intermediate intervals Taking pictures, characterized in that the mean values of the image signals from two successive intermediate intervals are subtracted from the image data from an illumination interval.

Arrangement according to claim 1, characterized that the illumination optics a pulsed semiconductor laser array contains.

Arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized that the illumination intervals and the intermediate intervals are temporal are the same length.

Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized the receiving optics include a CCD detector array.