DE19640022C1

DE19640022C1 - Verfahren zum Betreiben einer Bildaufnahmeeinrichtung

Info

Publication number: DE19640022C1
Application number: DE19640022A
Authority: DE
Inventors: Nicolaj Federowit Kosctscawzev; Wladimir Pawlowits Ponomarenko; Igor Issakowitsc Taubkin; Michail Aleksejewit Triscenkow; Wladimir Timofejewits Chrjapov; Juergen Waldmann
Original assignee: EUROSPACE TECH ENTWICKLUNGEN G; STAATLICHES WISSENSCHAFTLICHES
Current assignee: MIRA-GMBH GERAETE FUER DIE MEDIZINISCHE INFRAROTAN
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2016-09-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bildaufnahmeeinrichtung gemäß Oberbegriff des Patentan spruches 1.

Bildaufnahmeeinrichtungen bzw. Bildsignalformer, welche im sichtbaren sowie im nahen Infrarot-(NIR)-Bereich arbeiten, können beispielsweise in Transportmitteln zum Schutz der Augen des Fahrzeugführers beim Fahren unter Blendeinwirkungen infolge von Lichteinfall aufgrund entgegenkommender Trans portmittel bei Nacht oder Sonnenblendwirkungen am Tag einge setzt werden.

Zur Verhinderung der Blendung des Fahrzeugführers sind Systeme bekannt, bei denen eine Selektion der Strahlung sowohl eigener Scheinwerfer als auch von entgegenkommenden Fahrzeugen gewährleistet ist.

Aus der SU-Patentschrift 1 392 304 wird zur Strahlungsselek tion auf das Polarisationsprinzip zurückgegriffen. Die Strahlung der Scheinwerfer wird gemäß dortiger Lösung unter einem Winkel von 45° zur Vertikalen polarisiert, wobei unter demselben Winkel ein Analysator vor den Augen des Fahrzeug führers installiert ist. Hiermit wird das Licht der eigenen Scheinwerfer durchgelassen, wobei das Licht von Scheinwerfern entgegenkommender Fahrzeuge zurückgehalten wird. Darüber hinaus ist eine zeitliche Selektion bekannt, bei der die Lichtquellen in den Scheinwerfern impulsartig betrieben werden und vor den Augen des Fahrzeugführer Blenden ange ordnet sind, die nur im kurzen Zeitintervall der Impuls strahlung der eigenen Scheinwerfer sich synchron öffnen.

Die vorstehend genannten Systeme erfordern jedoch hohe Installations- und Wartungskosten, wobei, um praktische Effekte damit zu erzielen, alle Transportmittel damit auszurüsten wären. Darüber hinaus schützen die beschriebenen Lösungen vor weiteren Blendquellen, wie beispielsweise Sonne oder andere Reflexionen, nicht.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine Bildaufnahmeeinrichtung in Form einer Telekamera zum Schutz der Augen eines Fahr zeugführers vor Blendwirkung einzusetzen. Eine solche Bild aufnahmeeinrichtung auf CCD-Basis enthält ein Objektiv, eine in dessen Fokussierebene angeordnete CCD-Photoempfänger- Matrix mit einer Antiblooming-Vorrichtung und eine steuerbare Blende, die zwischen Objektiv und CCD-Matrix angeordnet ist. Das Ausgangssignal der CCD-Matrix gelangt über einen Aus gangsverstärker auf eine Videokontrolleinrichtung, z. B. einen Monitor. Am Bus der CCD-Matrix ist eine spezielle Matrix steuereinrichtung angeschlossen, die der Bereitstellung des erforderlichen Taktregimes zum Auslesen der in der CCD- Struktur gesammelten Ladungen in Abhängigkeit von einfal lenden Lichtquanten dient. Zur Gewährleistung der Funktions fähigkeit bzw. Adaption der Bildaufnahmeeinrichtung an verschiedenen Tages- und Nachtzeiten bei unterschiedlicher Beleuchtung ist eine Schaltungseinrichtung zur Bildung eines Dunkelsignals vorhanden. Das erhaltene Dunkelsignal dient dem Ableiten von Signalen zum Betreiben des Matrixsteuerblockes sowie dem Erhalt eines Steuersignals zum Aktivieren der Aperturblende.

Bei einer derartigen bereits vorgeschlagenen Bildaufnahme einrichtung in Form einer Kamera kann durch das Anti bloomingsystem eine Blendwirkung des Fahrers verhindert werden, da eine Begrenzung der gespeicherten und ausgelesenen Ladungsmengen erfolgt und ein Verschwimmen der Ladungen über einzelne Zellen der CCD-Matrix verhindert wird. Hierdurch kann auf dem Monitor der Videokontrolleinrichtung der betreffende Raum, der durch das Objektiv bzw. die CCD-Matrix erfaßt wird, störungsfrei beobachtet werden. Auch ist eine Reaktion auf sich ändernde Beleuchtungsstärken möglich. Die Einstellung der Betriebsweise der CCD-Matrix aufgrund Beleuchtungsstärkenveränderung erfolgt jedoch unter Nutzung des Dunkelsignals. Bei der vorgeschlagenen Bildaufnahmeein richtung wird diese daher bei sehr dunklem Straßenrand versuchen, auf diesem dunklen Bildabschnitt das Signal des Wegteiles, der heller als der Rand ist, sowie das Schein werfersignal zu begrenzen und ihn wie einen homogenen hellen Punkt wahrnehmen.

Aus der JP 7-250 278 A2 ist eine Filmabtasteinrichtung bekannt, welche in Abhängigkeit von den Vorlagehelligkeits werten eine CCD-Empfängermatrix in Empfindlichkeitsrichtung regelt. Weiterhin ist dort eine regelbare Aperturblende vorgesehen. Über einen Mittelwertbildner werden auf der Basis der digitalisierten Ausgangssignale, die die Farbwerte repräsentieren, entsprechende Steuergrößen für eine elektro nische und mechanische Blende bereitgestellt.

Aus der DE 40 00 853 A1 ist der Vergleich von Amplituden der Bildhelligkeitssignale mit vorgegebenen Schwellwerten bekannt, wobei es dort darum geht, eine Spitzenlichtaus tastung vorzunehmen, damit bei einer automatischen Blenden steuerung, z. B. für Videokameras, helle Bildpartien nicht zu kontrastarmer und zu dunkler Darstellung des Bildrestes führen. So soll durch die beschriebene elektronische Schaltungsanordnung erreicht werden, daß Bildteile mit großer Helligkeit nicht zur Blendensteuerung beitragen, wobei, wenn gewünscht, über einen Schalter dieser Zustand aufgehoben werden kann. Ähnliche Lösungen sind in den JP 2-181 583 A2 und JP 8-191 413 A2 offenbart.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Bildaufnahmeeinrichtung anzugeben, daß bei einer Wiedergabe des Videosignals über einen Monitor Blenderscheinungen, z. B. durch Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge, vermieden werden, ohne daß wesentliche Bildinhalte bei der Bildaufnahme und Darstellung verloren gehen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren zum Betreiben einer Bildaufnahmeeinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteran sprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiter bildungen umfassen.

Der verfahrensseitige Grundgedanke der Erfindung besteht darin, bei einer Bildaufnahmeeinrichtung mit CCD-Matrix zur Vermeidung einer Blendwirkung bei visueller Betrachtung des Videosignals über einen Monitor oder dergleichen zunächst eine laufende Ermittlung eines Videosignals-Mittelwertes oder einer diesem Wert proportionalen Größe vorzunehmen, daran anschließend den erhaltenen Mittelwert mit vorgebbaren, min destens zwei Schwellwerten zu vergleichen, um ausgehend von den Vergleichsergebnissen beim Überschreiten eines oberen Schwellwertes zunächst eine elektronische Blendenregelung und anschließend oder gleichzeitig, jedoch sekundär eine Regelung der Aperturblende in Richtung Schließen vorzunehmen.

Durch diese Maßnahme reduziert sich der laufend errechnete Mittelwert und erreicht einen vorgebbaren Gleichgewichts zustand. Beim Erreichen oder Unterschreiten eines unteren Schwellwertes wird wiederum primär die elektronische Blen denregelung sowie sekundär die Regelung der Aperturblende in Öffnungsrichtung durchgeführt, bis erneut der Gleichge wichtszustand erreicht ist. Erfahrungsgemäß kann in Abhän gigkeit von Umgebungs- und Einsatzbedingungen der Bildauf nahmeeinrichtung ein Umschalten der Schwellwerte und/oder des Gleichgewichtsbereichs bzw. des Wertes für den Gleichge wichtszustand erfolgen.

Eine für die Durchführung des Verfahrens vorgesehene Bildauf nahmeeinrichtung für den sichtbaren und/oder NIR-Bereich mit CCD-Matrix weist eine dem Ausgangsverstärker nachgeordnete Niveauformierungsschaltung zur Bewertung des Weiß-Pegels des Videoausgangssignals auf, wobei diese Niveauformierungsschal tung einen Mittelwertbildner und einen umschaltbaren, mindestens zweischwelligen Komparator umfaßt. In Abhängigkeit vom jeweiligen Mittelwert δ bezogen auf die Komparator schwellen wird mittels eines vorgesehenen Impulsformers das Antiblooming- und/oder Aperturblenden-Steuersignal am Ausgang bereitgestellt, wobei weiterhin der Ausgang des Impulsformers mit dem Eingang einer Matrixsteuereinrichtung zur Vorgabe von schwellwertabhängigen Auslese- und Speicherzeiten der CCD- Matrix in Verbindung steht, um hierdurch eine quasi elektronische Blende zu realisieren.

In einer Ausführungsform ist am Ausgangsverstärker ein Videorecorder vorzugsweise mit Endlosaufzeichnung angeschlossen, so daß die gesamte Einrichtung auch als Fahrtenschreiber oder sogenannte "Blackbox" zur Auswertung eines Unfalls oder dergleichen eingesetzt werden kann.

Zum Umschalten der Schwellwerte steht der Videokomparator mit einer Schalteinrichtung in Verbindung, die beispielsweise in Abhängigkeit vom Aktivieren bordeigener Scheinwerfer eines Fahrzeuges betätigbar ist.

Zusätzlich kann gemäß einer Ausführungsform der Ausgangsverstärker Signale einer Nachtsichteinrichtung erhalten, die gemeinsam auf eine Videokontrolleinrichtung gelangen und die zur Bereitstellung der vorerwähnten Steuersignale dienen.

Gemäß einer ergänzenden Ausführungsform kann das Ausgangs signal der Bildaufnahmeeinrichtung über eine Telemetrie einrichtung zu einer externen Station übertragen werden, wobei über einen Telemetrieempfänger, der Bestandteil der Telemetrieeinrichtung ist, Steuersignale von außen vorgeb- und einbringbar sind.

Die verwendete Bildaufnahmeeinrichtung besteht aus einem Objektiv mit einer im Strahlengang hinter dem Objektiv angeordneten Aperturblende und einer Aperturblendensteuerung, einer in der Fokalebene des Objektives befindlichen CCD- Matrix mit Antibloomingsystem sowie einem Ausgangsverstärker zur Verstärkung und Verarbeitung des Videosignals und einer Videokontrolleinrichtung, z. B. einem Monitor. Zusätzlich enthält die Einrichtung zum Betreiben der CCD-Matrix eine entsprechende Matrixsteuerung, welche einen Taktgenerator, einen Impulsformer und einen Pegelwandler umfaßt.

Die Niveauformierungsschaltung ist zwischen dem Ausgangs verstärker und der Matrixsteuereinrichtung angeordnet und dient der Niveauformierung eines Videosignal-Mittelwertes δ zur Analyse des laufenden Bildes bezüglich eines Nominal wertes für weißes Licht. Weiterhin ist eine Einrichtung zum Umschalten des mittleren Stützniveaus bzw. des Gleich gewichtswertes sowie zur Vorgabe von Schwellwerten eines Komparators vorgesehen, welcher Bestandteil der Niveaufor mierungsschaltung ist. Ausgangsseitig steht die Niveaufor mierungsschaltung mit der Aperturblendensteuerung und der Matrixsteuereinrichtung in Verbindung.

Wie erwähnt, kann über eine Telemetrieeinrichtung eine Verbindung z. B. zu einem Dispatcher durchgeführt werden, wobei die Telemetrieeinrichtung sowohl einen Sender als auch einen Empfänger und einen programmierbaren Speicherblock umfaßt. Der Eingang des programmierbaren Speicherblocks ist mit dem Ausgang des Ausgangsverstärkers verbunden.

Die Vorgabeparameter der Bildaufnahmeeinrichtung werden so gewählt, daß beim Betreiben tagsüber auf die natürliche Beleuchtungsstärke z. B. einer Straße und nachts auf den von eigenen Leuchtmitteln, z. B. Autoscheinwerfern beleuchteten Bereich abgestellt wird. Beim Einfall heller lokaler Licht quellen in das Kamerasichtfeld wird nur eine kurzzeitige Reduzierung der Empfindlichkeit vorgenommen, wobei sich selbsttätig, d. h. adaptiv der Gleichgewichtszustand wieder einstellt. Durch den programmierbaren Speicherblock kann extern die Fahrtroute eines Fahrzeuges kontrolliert werden, das mit der erfindungsgemäßen Bildaufnahmeeinrichtung versehen ist, indem zu bestimmten Zeitpunkten vorhandene Bildinformationen ausgelesen und abgerufen werden.

Das Abspeichern und Abrufen von Bildsignalen im programmier baren Speicherblock kann extern aber auch zyklisch in vor gebbarer Reihenfolge realisiert werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Bildaufnahmeeinrichtung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Bildaufnahmeeinrichtung mit Endlosvideorecorder;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Bildaufnahmeeinrichtung mit Telemetrieeinrichtung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Bildaufnahmeeinrichtung mit zusätzlichem Nachtsichtgerät;

Fig. 5a bis c Darstellungen von Nachtparametern für die Bildaufnahmeeinrichtung; und

Fig. 6a bis c entsprechende Tagparameter.

Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Bildaufnahmeeinrichtung weist ein Objektiv 1 und eine Aperturblende 2 mit zugehöriger Einrichtung zur Blendensteuerung 3 auf. In der Fokalebene bzw. Brennebene des Objektives 1 liegt die CCD-Matrix 4 mit Antibloomingsystem 5. An die Steuerleitungen der Matrix 4 ist die Matrixsteuereinrichtung 6 angeschlossen. Die Matrix steuereinrichtung 6 enthält einen Taktgenerator 7, einen Impulsformer 8 und einen Pegelwandler 9.

Am Ausgang der CCD-Matrix 4 ist ein Ausgangsverstärker 10 angeschlossen, an dem das Videosignal abgreifbar ist. Der Ausgangsverstärker 10 führt zum Eingang einer Videokontroll einrichtung 11, z. B. einem Monitor. Gleichzeitig steht der Ausgangsverstärker 10, wie in Fig. 1 gezeigt, mit einer Niveauformierungsschaltung 12 in Verbindung, welche einen Summierer 13, einen mindestens zweischwelligen Komparator 14 und einen Impulsformer 15 umfaßt. Ausgangsseitig führt die Niveauformierungsschaltung 12 auf den Eingang der Matrix steuereinrichtung 6 sowie auf die Blendensteuerung 3. Der zweischwellige Komparator 14 besitzt einstellbare Schwellen bereiche bzw. Schwellwerte, die das Niveau des Videoaus gangssignal-Mittelwertes δ enthalten.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein erster Bereich δ= 0,1 bis 0,2 und ein zweiter Bereich δ = 0,6 bis 0,8 vorgesehen. Für die Einstellung des ersten Bereiches, bei eingeschalteten Scheinwerfern, oder des zweiten Bereiches, bei ausgeschalteten Scheinwerfern, dient ein Umschalter 16 zum Auswählen bzw. Umschalten des mittleren Stützniveaus. Der Umschalter 16 führt auf den Steuereingang der Niveauformie rungsschaltung 12. Bei einer Ausführungsform kann der Umschalter 16 durch ein Steuerteil realisiert werden, welcher mit dem Scheinwerferschalter in Verbindung steht.

Für die Speicherung der Videosignale innerhalb eines vorgeb baren Zeitintervalls besitzt die Bildaufnahmeeinrichtung zusätzlich einen Endlos-Videorecorder 17, der am Ausgang des Ausgangsverstärkers 10 angeschlossen ist (siehe Fig. 2).

Zur Verbindung der Bildaufnahmeeinrichtung z. B. zu einem Dispatcher wird diese gemäß Fig. 3 mit einem programmierbaren Speicherblock 18, einer Sendereinrichtung 19 sowie einer Empfängereinrichtung 20 versehen. Die vorstehend beschrie benen Baugruppen bilden eine Telemetrieeinrichtung, mit deren Hilfe sowohl Daten gesendet als auch empfangen werden können.

Zur Untersuchung völlig unbeleuchteter oder unzureichend beleuchteter Objekte enthält die Bildaufnahmeeinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zusätzlich eine Nacht sichteinrichtung 21, deren Ausgang mit dem Eingang des Ausgangsverstärkers 10 in Verbindung steht.

Die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung ist wie folgt.

Die über das Objektiv 1 einfallende Strahlung wird auf der photoempfindlichen CCD-Matrix 4 fokussiert und erzeugt hier ein Bild. Die mittleren statistischen Intensitätsverteilungen bezogen auf die CCD-Elemente bei der Bildaufteilung sind in Fig. 5a für die Nacht und Fig. 6a für einen klaren Tag auf gezeigt. Die gezeigten Verteilungen entsprechen folgenden Parametern:

- eingeschaltete Scheinwerfer eines entgegenkommenden Fahr zeuges (Fig. 5a) bzw. Sonnenlicht (Fig. 6a) im Kamera sichtfeld;
- mittlere Witterungsverhältnisse bei mittlerer geogra phischer Breitenlage;
- Öffnungsverhältnis des Objektivs O = 1 : 1,2 und
- Durchlässigkeitskoeffizient des Objektives τ = 0,8.

Variationen von O und τ führen zur proportionalen Veränderung der Beleuchtungsstärke aller Bildpunkte. Die Arbeitsweise der Einrichtung selbst wird jedoch nicht verändert. Approxima tionen dieser Verteilungen zur Berechnung des Signalmittel wertes für eine Aufnahme bzw. ein Bild sind in den Fig. 5b und 6b illustriert. In jeder dieser angegebenen Verteilungen können drei Spitzenwerte hervorgehoben werden:

- vom Nutzobjekt (Straße),
- von nicht informativen Objekten (Straßenrand, Himmel) und
- von stark blendenden Quellen (Scheinwerfer, Sonne).

In jedem CCD-Pixel der Matrix werden Ladungen generiert, die proportional zur Strahlungsintensität und zur Speicherzeit sind, die durch die Matrixsteuereinrichtung 6 einstellbar ist. Die Ladungen einer stark blendenden Quelle füllen die Kapazität einer Pixelzelle. Überschüssige Ladungen fließen im Antibloomingsystem 5 ab. Dies führt zu einer Begrenzung der Signalladung, die in der jeweiligen Speicherzelle verbleibt. Hierdurch wird das elektrische Ausgangssignal der photo empfindlichen CCD-Matrix so beeinflußt, das die Signale von Blendquellen abgesenkt werden (Fig. 5c, Fig. 6c).

Diese werden durch einen gewissen Maximalwert der Spannung begrenzt, der von der Speicherkapazität bei gegebener Tiefe der Potentialsenke und entsprechendem Potential der Anti bloomingelektrode abhängt. Der angegebene maximale Spannungswert bestimmt das nominale Niveau (den nominalen Wert) des "Weißen" im Videosignal.

Das Ausgangssignal (Videosignal) der photoempfindlichen CCD- Matrix 4 wird im Antibloomingsystem 5 begrenzt, im Ausgangs verstärker 10 verstärkt und dann auf die Videokontrollein richtung 11 gegeben. Hier erfolgt die eigentliche Bilddar stellung.

Gleichzeitig gelangt das vom Antibloomingsystem 5 begrenzte Videosignal zur Niveauformierungsschaltung 12 zur Formierung des Videosignal-Mittelwerts. Der dort vorhandene Summierer 13 addiert die Signale U_i von allen N-Pixeln der CCD-Matrix 4.

Hierdurch wird ein Mittelwert U oder eine ihm proportionale Größe erzeugt:

In diesem Ausdruck ist die statistische Verteilung der Signale U_i mit i=1, 2,. . ., N berücksichtigt.

Entsprechend den Fig. 5c und 6c entstehen die Signalwerte U₁, U₂, U₃ = U_max. Dies sind Mittelwerte, welche häufiger im Videosignal und in den drei entsprechenden Spitzen der Helligkeitsverteilung erscheinen. Q₁, Q₂ und Q₃ definieren die Wahrscheinlichkeitswerte ihres Auftretens.

Setzt man die normierten Werte

in die Gleichung (I) ein, ergibt sich

δ = p₁n₁ + p₂n₂ + p₃ (III)

Der Mittelwert δ gelangt auf den Komparator 14, der zwei Schwellwerte besitzt. Übersteigt der Mittelwert δ den oberen Komparatorschwellwert δ_B, ist also

δ < δ_B (IV)

so erzeugt der Komparator 14 beispielsweise ein logisches Signal "PLUS EINS".

Der nachgeschaltete Impulsformer 15 erzeugt Steuersignale, die zur Steuereinrichtung der Aperturblende 3 gelangen und die über die Matrixsteuereinrichtung 6 die Belichtung definieren. Hierbei wirkt die Matrixsteuereinrichtung 6 als elektronische Blende, welche die Belichtungszeit durch Vorgabe der Speicherzeiten reguliert. Die Aperturblende regelt die Belichtungszeit durch Reduzierung der auf die Matrix einfallenden Bestrahlungsstärke bzw. Lichtmenge.

Die Ansprechzeitkonstante der Matrixsteuereinrichtung ist wesentlich geringer als die Zeitkonstante der Steuereinrich tung für die mechanische Aperturblende 3, welche im Sekun denbereich liegt. Dies führt gemäß Gleichung (III) auch zur Verkleinerung des Mittelwertes δ.

Der beschriebene Prozeß der automatischen Belichtungsregelung wird so lange fortgesetzt, bis die Bedingung

δ ≦ δ_B (V)

erfüllt ist.

Danach geht das System in den stationären Zustand über und der Komparator 14 bzw. der Impulsformer erzeugt das logische Signal "NULL".

Wenn sich die äußeren Bedingungen ändern, beispielsweise eine erhöhte Bildhelligkeit vorliegt und erneut δ < δ_B ist, wiederholt sich der oben beschriebene Vorgang.

Die automatische Regelung arbeitet dann so lange, wie die Belichtung nicht zum vorherigen Gleichgewichtszustand zurückkehrt, d. h. also die entsprechende Bedingung nicht erfüllt ist.

Bei Verringerung der Helligkeit verläuft der Prozeß in entgegengesetzte Richtung. Sobald der Mittelwert kleiner als der untere Schwellwert δ_H des Komparators 14 wird, also

δ < δ_H (VI)

gilt, erzeugt er das logische Signal "MINUS EINS".

Der Impulsformer 15 bildet dann ein Steuersignal, das zu nächst die elektronische Blende und anschließend die Aper turblende öffnet. Vorzugsweise besitzt der Komparator 14 zwei Schwellbereiche von δ_H bis δ_B. Für den ersten Bereich δ₁ gilt

0,1 ≦ δ_1H ≦ δ₁ ≦ δ_1B ≦ 0,15 (VII).

Für den zweiten Bereich δ₂ gilt

0,6 ≦ δ_2H ≦ δ₂ ≦ δ_2b ≦ 0,8 (VIII).

Beim Einschalten des Scheinwerfersignals, z. B. durch einen entsprechenden Scheinwerferschalter, kann dieses Signal auf den Umschalter 16 zum Umschalten des mittleren Stützniveaus geführt werden. Dieser Umschalter leitet das erhaltene Signal weiter zur Niveauformierungsschaltung 12, d. h. zum Komparator 14. Hier wird der erste Bereich mit den Schwellwerten gemäß Gleichung (VII) eingestellt.

Beim Ausschalten erfolgt ein Umschalten des Komparators 14 auf den zweiten Schwellwertebereich gemäß Gleichung (VIII).

Bei der in der Fig. 2 gezeigten modifizierten Einrichtung zeichnet ein Videorecorder 17 im Endlosbetrieb das Video signal auf. Bei Havarie, z. B. plötzlichem Fahrzeugstop oder Unfall, wird die Aufzeichnung angehalten. Der Videorecorder wirkt in diesem Fall als Speicher im Sinne einer sogenannten "Blackbox".

Bei der Bildaufnahmeeinrichtung gemäß Fig. 3 besteht zur Erhöhung der Sicherheit eine Kommunikationsverbindung bei spielsweise zu einem externen Dispatcher. Dabei wird das vorliegende Videosignal von einem programmierbaren Speicher block 18 z. B. mittels eines HF-Senders 19 übertragen. Mittels eines Empfängers 20 können vom Dispatcher gesendete Signale eine Speicherung einzelner Bilder im programmierbaren Speicherblock 8 veranlassen und Steuerkommandos übertragen werden.

Bei der Bildaufnahmeeinrichtung in Fig. 4 ist ein Nacht sichtgerät 21 vorgesehen, das ein Wärmebildaufnahmesignal der Umgebung bereitstellt, um dieses auf dem Videokontrollgerät 11 anzuzeigen.

Bei den in den Fig. 5 und 6 aufgeführten statistischen Ver teilungen sind die gewählten Schwellwertebereiche von 0,1 bis 0,2 bzw. 0,6 bis 0,8 optimal. Diese Werte garantieren eine Regelung mit schnellem Erreichen eines Gleichgewichtszu standes. Das Bild des Hauptobjektes, z. B. einer Straße, wird nicht überzeichnet, wenn die Objekthelligkeit u_gop für die Beobachtung ausreichend groß ist, d. h. 17 bis 60% des Nenn wertes für Weiß beträgt. Dies folgt aus der Gleichung (III).

Bei Nachtbeleuchtungsbedingungen entspricht gemäß Fig. 5c die zweite Spitze der Verteilung p(E) dem Hauptobjekt, z. B. einer Straße.

Setzt man für u₂ = u_gop in Gleichung (III) ein, so wird

Hierbei wurde berücksichtigt, daß die elektrischen Signale der Straßen- und Randaufnahmen proportional zu den Beleuch tungsstärken sind (u₁ : u₂=E₁ : E₂).

Setzt man für p₁, p₂, E₁, E₂ aus Fig. 5a Zahlen- und aus Gleichung (VII) Schwellenbereichswerte ein, so ergibt sich

Im Unterschied zu Nachtbedingungen ergibt sich unter Tages bedingungen entsprechend der Verteilung p(E) die erste Spitze in den Straßenverhältnissen, weil gemäß Gleichung (III) jetzt u₁ = u_gop ist. Durch weitere Umstellungen analog Obigem ergibt sich:

Setzt man für p₁, p₂, E₁, E₂ aus Fig. 6a und für δ₂ aus (VIII) die entsprechenden Werte ein, so ergibt sich die Gleichung

Die Berechnungen nach den Gleichungen (XI) und (XIV) wurden für p₃ = 0,05 und für p₃ = 0 durchgeführt. Der Wert p₃ = 0 berücksichtigt die Situation, wenn blendende Quellen, Sonne oder Scheinwerfer, nicht in das Sichtfeld der beschriebenen Einrichtung fallen.

Aus den Gleichungen (XI) und (XIV) kann zahlenmäßig einge schätzt werden, wie sich die Helligkeit des Straßenbildes u_gop unter Einwirkung einer blendenden Quelle bezüglich des Kamerasichtfeldes auswirkt.

Unter nächtlichen Sichtverhältnissen ist:

Daraus folgt, daß die Gegenscheinwerfer die Straßenhelligkeit auf die praktisch ausreichende Grenze von 33 bis 50% senken. Unter Tageslichtverhältnissen führt das Sonnenlicht zu einer Helligkeitsmodulation von weniger als 6 bis 7%, denn es gilt:

Aus den durchgeführten Berechnungen für u_gop folgt, daß der Algorithmus der automatischen Regelung stabil arbeitet. Die Beleuchtungsstärke des beobachteten Objekts, z. B. einer Straße, der Straßenränder oder des Himmels verändert sich in einigen Größenordnungen. In der Videokontrolleinrichtung wird sie jedoch auf einen verhältnismäßig engen Bereich von im wesentlichen 17 bis 60% begrenzt. Durch die Schwellbereichs umschaltung von δ₁ bis δ₂ gelingt es, auch der qualitativen Veränderung der Verteilung von P(E) zu folgen, wenn beim Übergang von Nacht- auf Tagesbedingungen die Straßenbeleuch tungsstärke E nicht schon der zweiten, sondern der ersten Spitze p(E) entspricht.

Die vorgeschlagene Bildaufnahmeeinrichtung folgt den propor tionalen Veränderungen der Beleuchtungsstärke des Mediums. So ist gemäß Fig. 6 die Verteilung p(E) für klares Wetter ange geben. Bei trübem Wetter ist für Tagesverhältnisse die folgende Parameterverteilung typisch:

Straße: E₁=15lx; p₁=0,6 Straßenrand, Himmel: E₂= 30. . .140lx; p₂=0,4 (XVII).

Damit erhält man entsprechend Gleichung (X) mit p₃ = 0, also nicht vorhandener direkter Soneneinstrahlung

Aus der Gegenüberstellung der Gleichungen (XIV) und (XVIII) ist sichtbar, daß bei Verringerung der Straßenbeleuchtungs stärke von 150 auf 15lx die Straßenbildhelligkeit in der Videokontrolleinrichtung 11 nur um 5 bis 20%, also von 0,2. . .0,6 bis 0,16. . .0,56 fällt.

Bei besonderen Lichtverhältnissen, die zu einer qualitiven Veränderung von p(E) führen, welche sich von denen gemäß Fig. 5 und 6 unterscheiden, kann im Umschalter ein Hand steuerteil für den Mittelwert der Schwellwerte δ_H, δ_B vorgesehen sein. Diese Handsteuerung kann auch die Helligkeit des Straßenbildes für die Videokontrolleinrichtung 11 beein flussen. Beim Erreichen der für die Verteilung p(E) typischen Straßenlichtverhältnisse regelt die Anordnung die Straßen helligkeit für die Videokontrolleinrichtung 11 automatisch im Bereich des eingestellten Niveaus.

Vorzugsweise wird bei der Bildaufnahmeeinrichtung mit Fern sehstandardfrequenz für 25 Hz für ein Halbbild gearbeitet.

Bei beispielsweise einer Fahrgeschwindigkeit von 120 km/h wird während Aufbau eines Videobildes lediglich eine Strecke von 67 cm zurückgelegt.

Die Erfindung kann sowohl für Schwarzweiß- als auch für Farbaufnahmen eingesetzt werden, wobei die Bildelementanzahl üblicher Fernsehnorm entspricht.

Mittels der Videokontrolleinrichtung 11 können sehr helle Objekte negativ dargestellt werden, wodurch z. B. entgegen kommende Scheinwerfer oder die Sonne als schwarze Punktob jekte erscheinen. Für die Niveauformierungsschaltung 12 zur Formierung des nominalen Weißniveau-Mittelwertes kann auf standardisierte Schaltkreise zurückgegriffen werden. Für den Summierer 13 kann ein Operationsverstärker der Serie KR 140UD17 eingesetzt werden. Als Komparator 14 ist der inte grierte Schaltkreis KR554SA3, als Impulsformer 15 ein IC der Serie 174 und als programmierbarer Speicherblock 18 ein IC der Serie 565 einsetzbar.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Bildaufnahme einrichtung auch bezogen auf die Bewegungsrichtung des Fahr zeuges nach hinten zeigen, um z. B. ein üblichen Rückblick spiegel zu ersetzen. Die Videokontrolleinrichtung ist zweckmäßigerweise im Bereich der Fahrzeugbedienelemente zu installieren.

Bei Verwendung einer Videokamera ist eine Akkommodation und Adaption des menschlichen Auges beim Übergang vom Straßen- auf das Monitorbild nicht erforderlich. Wenn nämlich der Abbildungsmaßstab gleich Eins ist, also das Verhältnis von wahrgenommener Straßenbild- zur Monitorbildgröße Eins entspricht, muß die Scharfeinstellung der Augenlinse bezüglich Gegenstandsentfernung nicht korrigiert werden. Man kann diese Bedingung auch durch eine zusätzliche Linse vor der Videokontrolleinrichtung realisieren. Dabei ergibt sich die erforderliche Linsenvergrößerung G wie folgt:

G = [d_MAT : f_OBI] _* [l_AUG : d_DIA] (XIX)

mit den Parametern
d_MAT - Diagonale der CCD-Matrix der Kamera
f_OBI - Brennweite des Objektives
l_AUG - Augenentfernung des Bildschirmbetrachters
d_DIA - Bildschirmdiagonale.

Wenn in der Gleichung (XIX) G = 1 wird, ist keine Linse erforderlich.

Zur Verhinderung einer besonderen Anpassung des Auges an die Lichtverhältnisse (Adaption) kann die Bildschirmhelligkeit der Videokontrolleinrichtung automatisch oder per Hand auf die mittlere Helligkeit der Umgebung eingestellt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Bildaufnahmeein richtung so auszubilden, daß die Bilddarstellung in einem Fahrerhelm in Form einer Maske erfolgt oder anstelle einer Armbanduhr möglich ist. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß die Bildaufnahmeeinrichtung zur Unversehrtheit von Fahrer, Kraftfahrzeug und Fracht beiträgt, wenn diese zur Bildaufnahme von Personen genutzt wird, die sich am parkenden Fahrzeug befinden oder sich diesem nähern. So kann ein Warn signal beim Einparken abgegeben werden oder für den Fall, wenn sich Personen in einen bestimmten Bereich eines vorgeb baren Sichtfensters hineinbewegen.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, mittels der Bildauf nahmeeinrichtung das Fahrzeug auf einer neuen, dem Fahrer unbekannten Route zu führen, indem eine vorbereitete Video kassette, z. B. das Straßenbild bestimmter Abschnitte, Kreu zungen und Abbiegungen wiedergibt. Hierbei können lokale Fahrtrouten auch als Resultat einer mathematischen Bildbe arbeitung aufzeichnet sein.

Mit der Bildaufnahmeeinrichtung kann nachts auch ohne ein geschaltete Scheinwerfer oder bei Rauch oder Nebel der Fahrweg betrachtet werden, wobei Bilder, die in verschiedenen Spektralbereichen erhalten wurden, zur Erhöhung des Informa tionsgehaltes überblendbar sind.

Selbstverständlich kann die Bildaufnahmeeinrichtung neben ihrem Einsatz in Kraftfahrzeugen auch in Lokomotiven, Flug zeugen oder dergleichen Verwendung finden. Die vorhandene Videokontrolleinrichtung kann in Ruhepausen zum Betrachten üblicher Fernsehprogramme oder Videoaufzeichnungen dienen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Bildaufnahmeeinrichtung für den sichtbaren und NIR-Bereich mit CCD-Matrix, umfassend eine im Strahlengang angeordnete steuerbare Aperturblende, ein der CCD-Matrix zugeordnetes Antibloomingsystem mit Ausgangsverstärker, eine Anordnung zum Bewerten des CCD- Signals zum Ableiten eines Antiblooming- und Aperturblenden- Steuersignals sowie eine Matrixsteuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Vermeidung einer Blendwirkung bei visueller Betrach tung des Videosignals über einen Monitor oder dergleichen eine laufende Ermittlung eines Videosignal-Weiß-Pegel-Mittelwertes oder einer diesem Wert proportionalen Größe erfolgt, der erhaltene Mittelwert mit vorgebbaren, mindestens zwei Schwellwerten verglichen wird, wobei bei Überschreiten eines oberen Schwellwertes primär eine elektronische Blendenregelung mittels der Matrixsteuerung und sekundär einer Aperturblende in Schließrichtung vorgenommen wird, wodurch sich der erhaltene Mittelwert bis zu einem vorgegebenen Gleichge wichtszustand reduziert, und
daß bei Erreichen oder Unterschreiten eines unteren Schwell wertes primär die elektronische Blendenregelung sowie sekundär die Regelung der Aperturblende in Öffnungsrichtung bis zur Herstellung des Gleichgewichtszustands vorgenommen wird, wobei in Abhängigkeit von Umgebungs- und Einsatzbedingungen der Bildaufnahmeeinrichtung ein Umschalten des Schwellwerte- und Gleichgewichtsbereichs erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte auf der Basis von künstlichen Lichtquellen vorgegeben oder umgeschaltet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug verwendet wird, wobei die Schwellwerte von einem vom eigenen Fahrzeug und dessen Lichtquellen ausgeleuchteten Fahrbahn bereich abgeleitet werden.