CN117104120A - 用于使机动车的前照灯与摄像机同步的装置和方法 - Google Patents

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CN117104120A CN202310560409.8A CN202310560409A CN117104120A CN 117104120 A CN117104120 A CN 117104120A CN 202310560409 A CN202310560409 A CN 202310560409A CN 117104120 A CN117104120 A CN 117104120A
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Abstract

本发明涉及一种用于使机动车的前照灯与摄像机同步的装置，包括：前照灯，其具有用于有针对性地产生光分布的像素的成像元件并且设置用于对各个成像元件单独地经由脉宽调制来进行驱控，以便通过脉宽调制的接通阶段与关断阶段的比例来预先给定由成像元件产生的光通量；摄像机，其具有带有多个在时间上依次可读取的传感器元件的图像传感器，以便从由前照灯在机动车的前方照亮的不同空间角度区域中检测图像信息；以及用于驱控前照灯和摄像机的控制单元，其设置用于根据由成像元件产生的光通量的大小来调节在成像元件的驱控的接通阶段与对摄像机的至少一个传感器元件的读取之间的时间重叠，由成像元件产生的光入射到所述传感器元件上。

Description

用于使机动车的前照灯与摄像机同步的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于使机动车的前照灯与摄像机同步的装置以及一种根据权利要求11的前序部分所述的用于使机动车的前照灯与摄像机同步的方法。
背景技术
用于检测机动车的周围环境的摄像机***是充分已知的。这些摄像机***中的一些摄像机***部分地在黑暗中检测车辆周围环境存在困难。原则上在利用脉宽调制控制的前照灯和摄像机***中可能出现非期望的效应、如干扰效应或滚动快门效应。此外，在现有技术中，前照灯的光一般不完全被摄像机利用，因为脉宽调制的关断阶段(Aus-Phasen)也进入。
开头类型的装置和方法由DE102016007591A1已知。其中描述的装置包括矩阵LED前照灯，其中发光二极管通过脉宽调制来驱控。在此同步地驱控发光二极管和摄像机，使得当发光二极管产生高的光通量时，摄像机特别是被曝光。
在这种方法和这种装置中已证明不利的是，在由前照灯产生的具有非常亮的和非常暗的区域的光分布中、例如在具有明暗界限的近光分布中，由摄像机检测的图像具有非常大的动态范围。这可能导致曝光不足的区域和饱和的区域，在所述曝光不足的区域和饱和的区域中丢失信息。
发明内容
本发明所基于的问题是，给出一种开头所述类型的装置和给出一种开头所述类型的方法，其中，由摄像机检测的图像的动态范围减小。此外，应给出一种具有这样的装置的机动车。
根据本发明，这通过具有权利要求1的特征部分的特征的开头所述类型的装置、通过具有权利要求11的特征部分的特征的开头所述类型的方法以及通过具有权利要求15的特征的机动车来实现。从属权利要求涉及本发明的优选设计方案。
根据权利要求1规定，摄像机的图像传感器具有多个以矩阵或阵列的形式布置的传感器元件，以便从不同的空间角度区域检测图像信息，摄像机设置用于在时间上依次读取各个传感器元件或传感器元件组，并且控制单元设置用于，根据由成像元件产生的光通量的大小来调节在成像元件的驱控的接通阶段(An-Phasen)与对摄像机的至少一个传感器元件的读取之间的时间重叠，由该成像元件产生的光入射到所述至少一个传感器元件上。通过对各个成像元件的驱控与对各个传感器元件的驱控的这样有针对性的阶段匹配，可以降低由摄像机检测的图像的动态范围。因此，摄像机较不强烈地感知例如明暗界限的效应。此外，所述装置可以减少或防止干扰效应或滚动快门效应，并且同时针对摄像机提高车辆照明的照亮效率。
前照灯和摄像机可以是用于产生无炫目的远光的***(ADB)的一部分。在此，各个成像元件(所述各个成像元件的光发射到不同的空间角度区域中)的脉宽调制的阶段可根据由成像元件产生的光通量的大小而随着角度变化。通过使阶段的这种变化与摄像机的读取同步，产生所追求的由摄像机检测的图像的动态范围的减小。
可以规定，所述控制单元设置用于，根据由成像元件产生的光通量的大小来调节在成像元件的驱控的接通阶段与对摄像机的传感器元件的读取之间的时间重叠，使得由摄像机检测到的光分布与由人类观察者在机动车前方能感知的光分布不同，由所述成像元件产生的光入射到所述传感器元件上。因此，对于摄像机可见的光分布可以与对于人眼所感知的光分布脱开。因此，所述装置可以与由前照灯产生的光分布无关地调节由摄像机检测的图像的动态范围。
存在如下可行方案：所述前照灯设置用于，通过脉宽调制来驱控第一成像元件，以便产生从第一成像元件出发的第一光通量，并且通过脉宽调制来驱控第二成像元件，以便产生从第二成像元件出发的第二光通量，所述第二光通量大于第一光通量。在此，控制单元可以设置用于这样驱控前照灯和摄像机，使得在第一成像元件的驱控的接通阶段与对摄像机的至少一个第一传感器元件(由第一成像元件产生的光入射到所述第一传感器元件上)的读取之间的时间重叠和在第二成像元件的驱控的接通阶段与对摄像机的至少一个第二传感器元件(由第二成像元件产生的光入射到所述第二传感器元件上)的读取之间的时间重叠相比最高大50％、特别是最高大20％、优选大致相同。这些措施能够使得有针对性地降低由摄像机检测的图像的部分的光强，从而能够防止过度曝光或饱和。此外，这些措施能够使得有针对性地提高由摄像机检测的图像的其他部分的光强，从而也能够防止曝光不足。
可以规定，所述前照灯设置用于产生具有明暗界限的近光分布，由第一成像元件产生的光发射到设置在明暗界限之上的空间角度区域中，并且由第二成像元件产生的光发射到设置在明暗界限之下的空间角度区域中。以这种方式有针对性地在具有明暗界限的近光分布中降低由摄像机检测的图像的动态范围。
存在如下可行方案：各成像元件中的一个成像元件的光发射到其中的空间角度区域的尺寸和/或形状不同于图像传感器的一个传感器元件从其中检测图像信息的空间角度区域的尺寸和/或形状。
备选地可以规定，各成像元件中的一个成像元件的光发射到其中的空间角度区域的尺寸和/或形状相应于图像传感器的一个传感器元件从其中检测图像信息的空间角度区域的尺寸和/或形状。
可以规定，所述摄像机设置用于逐行地或逐列地读取各个传感器元件。在逐行或逐列地读取传感器元件时，也可以合适地调节在成像元件的驱控的接通阶段与对传感器元件的读取之间的时间重叠。
存在如下可行方案：在至少一个有源面上的成像元件构成为发光二极管或激光二极管，特别是，所述成像构件是固态LED阵列。在此，固态LED阵列例如也可以构造为SSL|HD模块。
备选地可以规定，所述成像构件构成为数字微镜装置或LCoS或LC显示器，或者所述成像构件包括数字微镜装置或LCoS或LC显示器。在这种情况下，照明装置附加地包括至少一个光源，以便照亮数字微镜装置或LCoS或LC显示器的成像元件。
根据权利要求11规定，摄像机的图像传感器具有多个以矩阵或阵列的形式布置的传感器元件，各所述传感器元件从不同的空间角度区域中检测图像信息，摄像机在时间上依次读取各个传感器元件或传感器元件组，并且根据由成像元件产生的光通量的大小来调节在成像元件的驱控的接通阶段与对摄像机的至少一个传感器元件的读取之间的时间重叠，由该成像元件产生的光入射到所述至少一个传感器元件上。特别是在此可以利用根据本发明的装置来实施所述方法。
在所述方法中也可以规定，通过脉宽调制驱控第一成像元件，使得所述第一成像元件产生第一光通量，并且通过脉宽调制驱控第二成像元件，使得所述第二成像元件产生第二光通量，所述第二光通量大于第一光通量。在此，可以这样驱控前照灯和摄像机，使得在第一成像元件的驱控的接通阶段与对摄像机的至少一个第一传感器元件(由第一成像元件产生的光入射到所述第一传感器元件上)的读取之间的时间重叠和在第二成像元件的驱控的接通阶段与对摄像机的至少一个第二传感器元件(由第二成像元件产生的光入射到所述第二传感器元件上)的读取之间的时间重叠相比最高大50％、特别是最高大20％、优选大致相同。
根据权利要求15，所述机动车包括根据本发明的装置。
附图说明
下面借助附图更详细地阐述本发明。图中：
图1示出具有根据本发明的装置的机动车的一部分的示意性侧视图；
图2示出根据本发明的装置的摄像机的检测区域和前照灯的照明区域的示意图；
图3示出图表，在所述图表中关于时间示意性地绘出针对摄像机和针对前照灯的驱控信号的振幅。
具体实施方式
在附图中，相同的和功能相同的部件设有相同的附图标记。
在图1中示出的机动车1包括两个前照灯2和一个摄像机3，所述摄像机例如布置在车顶的前端部上或机动车1的挡风玻璃的上部区域中。此外，所述装置包括未示出的控制单元以用于驱控前照灯2和摄像机3。
前照灯2特别是可以是具有未示出的固态LED阵列的高分辨率的前照灯，所述固态LED阵列用作成像构件。固态LED阵列包括多个矩阵状布置的发光二极管(LED)，所述发光二极管用作成像元件以用于有针对性地产生光分布的像素。在此，每个待产生的像素与一个空间角度区域相应，各发光二极管中的一个发光二极管的与相应的像素对应的光发射到所述空间角度区域中。各发光二极管能够单独地经由脉宽调制来驱控，以便通过脉宽调制的接通阶段和关断阶段的比例来预先给定由相应的发光二极管产生的光通量。
完全存在如下可行方案：在前照灯中代替固态LED阵列而设置数字微镜装置(DMD)或LCoS或LC显示器作为成像构件。在此，则前照灯附加地包括至少一个光源，以便照亮数字微镜装置或LCoS或LC显示器的成像元件。
摄像机3包括未示出的图像传感器，所述图像传感器具有多个以矩阵或阵列的形式布置的传感器元件，以便从被前照灯2在机动车1前方照亮的不同的空间角度区域中检测图像信息。摄像机设置用于在时间上依次读取各个传感器元件或传感器元件组。在此，传感器元件例如可以逐行地或逐列地被读取。传感器元件的读取可以通过脉宽调制的信号来进行，从而在脉宽调制的接通阶段中读取相应的传感器元件，并且在脉宽调制的关断阶段中不读取相应的传感器元件。
图1和图2示意性地示出在机动车1前方的区域4，摄像机的检测区域和前照灯的照明区域在所述区域中重叠。特别是，摄像机3的各个像素以限定的方式与前照灯2的发光二极管像素重叠。在此，前照灯2的照明区域用实线划分为各个空间角度区域，相应的发光二极管的光发射到所述空间角度区域中。此外，摄像机3的检测区域用虚线划分为各个空间角度区域，图像传感器的相应的传感器元件从所述空间角度区域中检测图像信息。
由前照灯2产生的光分布例如可以是具有明暗界限的近光分布。在这种情况下，例如由前照灯在位于明暗界限之上的空间角度区域RS1和RS2中产生的光强明显小于在位于明暗界限之下的空间角度区域RS3中的光强。
可以看出，在已进行的划分中，前照灯2的照明区域的空间角度区域具有与摄像机3的检测区域的空间角度区域不同的形状和不同的尺寸。因此，发射到空间角度区域RS1中的光例如被划分为多个空间角度区域RK1、RK2、RK5、RK6，图像传感器的相应的传感器元件从各所述空间角度区域检测图像信息。发射到空间角度区域RS2中的光也被划分为多个空间角度区域RK3、RK4、RK7、RK8，图像传感器的相应的传感器元件从各所述空间角度区域检测图像信息。发射到空间角度区域RS3中的光也被划分为多个空间角度区域RK9、RK10、RK11、RK12，图像传感器的相应的传感器元件从各所述空间角度区域采集图像信息。
图3示出了对各个发光二极管和各个传感器元件的驱控的时间变化曲线。在此，相对于时间绘出相应的脉宽调制信号的振幅，其中，特别是驱控信号的接通阶段在图3中可见。摄像机像素的读取时间段与前照灯像素的驱控时间段通过阶段的合适的移位而彼此重叠。
在此，控制时间段或者说接通阶段AS1、AS2和AS3用于驱控如下发光二极管，所述发光二极管的光发射到空间角度区域RS1、RS2和RS3中。此外，读取时间段或者说接通阶段AK1、AK2、AK3、AK4和AK10用于读取如下传感器元件，所述传感器元件从空间角度区域RK1、RK2、RK3、RK4和RK10中检测图像信息。
可以看出，与脉宽调制的接通阶段AS1和AS2相应的控制时间段(所述控制时间段使得光辐射到位于明暗界限之上的空间角度区域RS1和RS2中)明显短于与脉宽调制的接通阶段AS3相应的控制时间段(所述控制时间段使得光辐射到位于明暗界限之下的空间角度区域RS3中)。这使得在短的接通阶段AS1和AS2中从相应的发光二极管发出的光通量明显小于在较长的接通阶段AS3中的光通量。与之相应地，位于明暗界限之下的空间角度区域RS3中的光强明显大于在空间角度区域RS1和RS2中的光强。这在近光分布中完全是期望的。
从在空间角度RS1、RS2和RS3中的这些光强出发，控制单元这样控制前照灯2和摄像机3，使得在相应的发光二极管的接通阶段AS1和AS2与相应的传感器元件的接通阶段AK1、AK2、AK3和AK4之间的时间重叠U1、U2分别和在相应的发光二极管的接通阶段AS3与相应的传感器元件的接通阶段AK10之间的时间重叠U3大致一样大。因为接通阶段AS3持续时间明显长于接通阶段AS1和AS2，所以接通阶段AS3相对于接通阶段AK10在时间上偏移，以使得重叠U1、U2、U3相等(参见图3)。
通过一方面在相应的发光二极管的接通阶段AS1和AS2与相应的传感器元件的接通阶段AK1、AK2、AK3和AK4之间以及另一方面在相应的发光二极管的接通阶段AS3与相应的传感器元件的接通阶段AK10之间的大致一样大的时间重叠U1、U2、U3，摄像机检测到空间角度区域RS1、RS2和RS3的相对均匀的亮度，与此相对，人眼在空间角度区域RS3中看到明显更强的亮度。
附图标记列表
1 机动车
2 前照灯
3 摄像机
4 在机动车前方的区域
RS1-RS3 发光二极管将光发射到其中的空间角度区域
RK1-RK12 传感器元件从其中检测图像信息的空间角度区域
AS1-AS3 用于驱控发光二极管的接通阶段
AK1-AK4、AK9 用于读取传感器元件的接通阶段
U1-U3 在用于驱控发光二极管的接通阶段与用于读取传感器元件的接通阶段之间的时间重叠

Claims (15)

1.用于使机动车(1)的前照灯(2)与摄像机(3)同步的装置，所述装置包括：
-前照灯(2)，所述前照灯具有带有有源面的成像构件，在所述有源面上设置有以矩阵或阵列的形式的成像元件以用于有针对性地产生光分布的像素，每个待产生的像素与一个空间角度区域(RS1-RS3)相应，成像元件的与相应的像素对应的光发射到所述空间角度区域中，前照灯设置用于对各个成像元件单独地经由脉宽调制来进行驱控，以便通过脉宽调制的接通阶段(AS1-AS3)与关断阶段的比例来预先给定由成像元件产生的光通量，
-摄像机(3)，所述摄像机具有图像传感器，以便从被前照灯(2)在机动车(1)前方照亮的空间角度区域(RK1-RK12)中检测图像信息，
-用于驱控前照灯(2)和摄像机(3)的控制单元，
其特征在于，摄像机(3)的图像传感器具有多个以矩阵或阵列的形式布置的传感器元件，以便从不同的空间角度区域(RK1-RK12)中检测图像信息，摄像机(3)设置用于在时间上依次读取各个传感器元件或传感器元件组，并且控制单元设置用于，根据由成像元件产生的光通量的大小来调节在成像元件的驱控的接通阶段(AS1-AS3)与对摄像机(3)的至少一个传感器元件的读取之间的时间重叠(U1-U3)，由该成像元件产生的光入射到所述至少一个传感器元件上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元设置用于，根据由成像元件产生的光通量的大小来调节在成像元件的驱控的接通阶段(AS1-AS3)与对摄像机(3)的传感器元件的读取之间的时间重叠(U1-U3)，使得由摄像机(3)检测到的光分布与由人类观察者在机动车(1)前方能感知的光分布不同，由所述成像元件产生的光入射到所述传感器元件上。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述前照灯设置用于：通过脉宽调制来驱控第一成像元件，以便产生从第一成像元件出发的第一光通量，并且通过脉宽调制来驱控第二成像元件，以便产生从第二成像元件出发的第二光通量，所述第二光通量大于第一光通量。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制单元设置用于驱控前照灯(2)和摄像机(3)，使得在第一成像元件的驱控的接通阶段(AS1、AS2)与对摄像机(3)的至少一个第一传感器元件的读取之间的时间重叠(U1、U2)和在第二成像元件的驱控的接通阶段(AS3)与对摄像机(3)的至少一个第二传感器元件的读取之间的时间重叠(U3)相比最高大50％、特别是最高大20％、优选大致相同，由所述第一成像元件产生的光入射到所述第一传感器元件上，由所述第二成像元件产生的光入射到所述第二传感器元件上。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述前照灯(2)设置用于产生具有明暗界限的近光分布，由第一成像元件产生的光发射到设置在明暗界限之上的空间角度区域(RS1、RS2)中，并且由第二成像元件产生的光发射到设置在明暗界限之下的空间角度区域(RS3)中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，各成像元件中的一个成像元件的光发射到其中的空间角度区域(RS1-RS3)的尺寸和/或形状不同于图像传感器的一个传感器元件从其中检测图像信息的空间角度区域(RK1-RK12)的尺寸和/或形状。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，各成像元件中的一个成像元件的光发射到其中的空间角度区域(RS1-RS3)的尺寸和/或形状相应于图像传感器的一个传感器元件从其中检测图像信息的空间角度区域(RK1-RK12)的尺寸和/或形状。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述摄像机(3)设置用于逐行地或逐列地读取各个传感器元件。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，在至少一个有源面上的成像元件构成为发光二极管或激光二极管，特别是，所述成像构件是固态LED阵列。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述成像构件构成为数字微镜装置或LCoS或LC显示器，或者所述成像构件包括数字微镜装置或LCoS或LC显示器。
11.用于使机动车(1)的前照灯(2)与摄像机(3)同步的方法，其中，所述前照灯(2)具有带有有源面的成像构件，在所述有源面上设置有以矩阵或阵列的形式的成像元件以用于有针对性地产生光分布的像素，每个待产生的像素与一个空间角度区域(RS1-RS3)相应，成像元件的与相应的像素对应的光发射到所述空间角度区域中，其中，前照灯(2)对各个成像元件单独地经由脉宽调制来进行驱控，以便通过脉宽调制的接通阶段(AS1-AS3)与关断阶段的比例来预先给定由成像元件产生的光通量，并且摄像机(3)具有图像传感器，以便从被前照灯(2)在机动车(1)前方照亮的空间角度区域(RK1-RK12)中检测图像信息，其特征在于，摄像机(3)的图像传感器具有多个以矩阵或阵列的形式布置的传感器元件，各所述传感器元件从不同的空间角度区域(RK1-RK12)中检测图像信息，摄像机(3)在时间上依次读取各个传感器元件或传感器元件组，并且根据由成像元件产生的光通量的大小来调节在成像元件的驱控的接通阶段(AS1-AS3)与对摄像机(3)的至少一个传感器元件的读取之间的时间重叠(U1-U3)，由该成像元件产生的光入射到所述至少一个传感器元件上。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法利用根据权利要求1至10中任一项所述的装置来实施。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过脉宽调制驱控第一成像元件，使得所述第一成像元件产生第一光通量，并且通过脉宽调制驱控第二成像元件，使得所述第二成像元件产生第二光通量，所述第二光通量大于第一光通量。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，驱控前照灯(2)和摄像机(3)，使得在第一成像元件的驱控的接通阶段(AS1、AS2)与对摄像机(3)的至少一个第一传感器元件的读取之间的时间重叠(U1、U2)与在第二成像元件的驱控的接通阶段(AS3)与对摄像机(3)的至少一个第二传感器元件的读取之间的时间重叠(U3)相比最高大50％、特别是最高大20％、优选大致相同，由所述第一成像元件产生的光入射到所述第一传感器元件上，由所述第二成像元件产生的光入射到所述第二传感器元件上。
15.机动车，所述机动车包括根据权利要求1至10中任一项所述的装置。
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