DE60313287T2

DE60313287T2 - Verfahren zur sichtweitebestimmung und nebeldetektion

Info

Publication number: DE60313287T2
Application number: DE60313287T
Authority: DE
Inventors: Jean Lavenant; Jean-Philippe Tarel; Didier Aubert
Original assignee: Laboratoire Central des Ponts et Chaussees; Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite INRETS
Current assignee: Laboratoire Central des Ponts et Chaussees; Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite INRETS
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2023-02-15
Also published as: EP1474652B1; FR2835911A1; WO2003069275A1; DE60313287D1; ATE360188T1; FR2835911B1; EP1474652A1; ES2286423T3; AU2003222911A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sichtweitenbestimmung, insbesondere von einem Fahrzeug aus in einer Szene, und ein Verfahren zur Bestimmung der Anwesenheit von Nebel.
Der Nebel ist eine Suspension in der Luft von sehr kleinen Teilchen, die in einem dem Boden nahen, luftartigen Milieu eine Diffusion von Licht verursachen, wenn dieses durch diese hindurchtritt, was eine Reduktion der Sichtweite des Beobachters zur Folge hat. Sobald der Feuchtigkeitsgehalt 100% erreicht, ist die Luft feucht und der Wasserdampf beginnt zu kondensieren, was die Nebelbildung zur Folge hat.
Herkömmlicherweise spricht man von Nebel, wenn der Feuchtigkeitsgehalt 100% erreicht und die horizontale Sichtweite kleiner als 1 km ist. Die Reduktion der Sichtweite hängt von der Struktur des Nebels ab, insbesondere von der Volumenkonzentration der Tröpfchen und der Verteilung ihrer Größe, die von 2 μm bis 10 μm variieren kann. So unterscheidet sich der Regen insbesondere dadurch vom Nebel, dass die miteinbegriffenen Teilchen sich durch ihre Größe, die bis zu 10⁴ μm erreichen kann, und ihre Konzentration unterscheiden.
In der Tat setzt sich der Nebel im Allgemeinen aus kleinen sphärischen Wassertröpfchen zusammen, durch die alle Wellenlänge des sichtbaren Bereichs im Wesentlichen gleich diffundieren, was dem Nebel ein graues Aussehen gibt. Der Nebel hat eine Verringerung des Kontrastes einer Form zur Folge, wodurch das visuelle System eines Beobachters, der daraus den Abstand schätzen will, gestört wird.
Die Dichte des Nebels ist normalerweise durch die herkömmliche Messung der meteorologischen Sichtweite D charakterisiert, die als der größte horizontale Abstand definiert ist, bei dem ein Beobachter ein großes schwarzes Objekt am Horizont bei Tageslicht erkennen kann. Dieser Gegenstand kann von hinten nur dann erkannt werden, wenn der Kontrast ausreichend groß ist und in jedem Fall über der Wahrnehmungsgrenze liegt. Der vom Beobachter erfasste Kontrast verringert sich mit dem Abstand und mit der Opazität der Atmosphäre.
Der Extinktionskoeffizient des Nebels k ist eine Messung der Absorptions- und Dispersionseigenschaften des Lichts. Nach den Normen der „Commission Internationale de I'Eclairage", beträgt der Schwellenwert des Kontrasts 5% (0,05). Bei einem schwarzen Gegenstand wird die meteorologische Sichtweite D, im Folgenden Sichtweite genannt, dann ausgehend von diesem Schwellenwert durch die folgende Formel definiert:
Daher ist es durch Schätzen des Extinktionskoeffizienten des Nebels k möglich, die sichtbare Weite zu bestimmen.
Die Statistiken zur Straßensicherheit zeigen, dass trotz einer wesentlichen Verbesserung der Straßeninfrastruktur die Anzahl der Unfälle auf den Straßen sich nicht ausreichend gesenkt hat, und insbesondere in Frankreich werden noch zu viele Personen auf den Straßen schwer verletzt bzw. getötet. In der Tat wird die Haltung selbst des Fahrers im Laufe von Unfallprotokollen in Frage gestellt und insbesondere das schlechte Erkennen der Straße ist ein wichtiger Grund für Unfälle. In Frankreich beispielsweise erfolgen 1,2% der jährlichen Unfälle mit Personenschaden aufgrund einer mangelnden Sicht wegen Nebel und ihr Schweregrad ist 1,8 Mal höher als bei klarem Wetter.
Der Grund für den Schweregrad dieser Unfälle hängt sehr oft mit der Tatsache zusammen, dass die praktizierten Geschwindigkeiten zu hoch sind bezüglich des Bremsabstands, bei dem angehalten werden kann, ohne ein Hindernis anzufahren. Die Tatsache, dass dem Fahrer geholfen werden kann, insbesondere unter Bedingungen von eingeschränkter Sicht, würde unter anderem bedeuten, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die angetroffene Situation anzupassen.
Unfallstudien zeigen, dass die Unfälle umso weniger schwer sind, je schneller die Reaktionszeit des Fahrers und je geringer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Da bekannt ist, dass die Reaktionszeit eines Fahrers bei etwa 1 Sekunde durchschnittlich liegt, so versteht man das Interesse, automatisierte Fahrhilfssysteme zu entwickeln, deren Reaktionszeit heutzutage schon unter 0,1 Sekunden liegt, die in Abhängigkeit der Anwesenheit von Nebel und/oder der Sichtweite reagieren.
Folglich werden die auf den Fahrer abgestimmten Fahrhilfssysteme immer weiter entwickelt und könnten in naher Zukunft ein Wahlausstattung der Fahrzeuge werden.
Solche Systeme können insbesondere auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder das Betätigen der Nebelleuchten, usw. wirken.
Solche Verfahren zur Bestimmung des Nebels und der Sichtweite sind bekannt. Jedoch arbeiten diese bekannten Bestimmungen nur statisch, ausgehend vom Vergleich zwischen einem Szenenbild, das ohne Nebel aufgenommen wurde und als Bezug dient, und einem Bild derselben Szene in Anwesenheit von Nebel.
Diese Bestimmungen erfolgen unter Verwendung einer festen Kamera, so dass dieselbe Szene verglichen werden kann und ermöglichen somit keine Angabe eines Resultats bei Bewegung, insbesondere von einem Fahrzeug aus. Diese Methoden sind somit für die Assistenz eines Fahrers nicht geeignet, bei dem sich die Szene ständig ändert und wo das Bezugsbild nicht existieren kann.
Das erste Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu liefern, das die Bestimmung der Sichtweite, insbesondere von einem Fahrzeug aus, das sich vorzugsweise fortbewegt, ermöglicht, um dem Fahrer assistieren zu können, indem beispielsweise automatisch auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingewirkt wird. Das erste Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– man nimmt wenigstens ein erstes Bild der Szene vom Fahrzeug aus, vorzugsweise in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs,
– man erfasst die Leuchtdichte in jedem Punkt des ersten Bildes,
– man wendet eine Maske auf das erste Bild an, um einen Bereich des ersten Bildes zu erhalten, und man bildet einen Mittelwert dieser Leuchtdichte entlang der Abszisse des Bereichs, um eine Kurve der vertikalen Leuchtdichte in Abhängigkeit jedes Ordinatenwertes des Bereichs zu erhalten, die wenigstens einen Wendepunkt aufweist,
– man bestimmt einen Extinktionskoeffizienten des Nebels, ausgehend von der Kurve der vertikalen Leuchtdichte, und
– man bestimmt die Sichtweite von dem Extinktionskoeffizienten aus.

Die Leuchtdichte steht in direkter Verbindung mit dem Grauniveau, das für das Bild mit Hilfe beispielsweise einer Kamera erfasst wurde, und repräsentiert den durch einen Fahrer erfassten Kontrast.
Im Falle von ausgedehnten Objekten, die eine Leuchtdichte zwischen dem Gegenstand und dem Hintergrund, von dem er sich abhebt, aufweist, kann der Extinktionskoeffizient des Nebels k durch das Koschmieder-Gesetz berechnet werden: L = L0e–kd + (1-e–kd)Lf,wobei

L₀: die Leuchtdichte eines Pixels am Boden darstellt,
L_f: die Leuchtdichte eines Pixels am darüber liegenden, konstanten Himmel darstellt,
k: den Extinktionskoeffizienten des Nebels (in m^–1) darstellt,
d: den Abstand zwischen einem beobachteten Punkt und dem Beobachter (in m) darstellt.

Eine radiometrische Kalibrierung der Kamera ermöglicht das Rückführen der Pixel mit derselben Sensibilität, d.h., dass ein uniformes Objekt mit demselben Grauniveau erfasst wird.
Jedoch zeigt das Bild, trotz dieser radiometrischen Kalibrierung, häufig Störungen, insbesondere an den Rändern des Bildes, die die Analyse von letzterem stören. Die Anwendung einer Maske auf das Bild ermöglicht die Eliminierung der vorhandenen störenden Informationen und den Erhalt eines Bildes, das dann für dasselbe Objekt ein im Wesentlichen homogenes Grauniveau aufweist. Die Geometrie der verwendeten Maske ist vorzugsweise an die erfasste Szene angepasst.
So ermöglicht die Tatsache, dass ein Mittelwert der Leuchtdichte entlang der Abszisse eines ausgewählten Bereichs, ausgehend von der Erfassung, die für jeden Punkt oder Pixel durchgeführt wird, das Vermeiden des auf dem Bild registrierten Rauschens und die Bildung einer Kurve der Leuchtdichte in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung des Bildes, wobei diese Kurve im folgenden Kurve der vertikalen Leuchtdichte genannt wird.
Das Kennen der Leuchtdichte jedes Ordinatenwertes des Bildes ermöglicht schließlich die Bestimmung, ausgehend von der Kenntnis des Extinktionskoeffizienten k des Nebels, der meteorologischen Sichtweite D direkt über die Formel: D = 3k .
Dieses Verfahren, das für Bewegungen von Fahrzeugen geeignet ist, ist insbesondere dann interessant, wenn es dynamisch verwendet wird, d.h., insbesondere von einem Fahrzeug in Bewegung, da es einem Fahrzeuglenker helfen kann, beginnend mit der Erfassung der Szene, die der Sicht entspricht, die er durch die Scheibe seines Fahrzeugs hat. Das Verfahren ermöglicht die Bestimmung der Sichtweite, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, entweder in Bewegung bei einer Geschwindigkeit V oder bei Halt, was einer Geschwindigkeit von Null entspricht (V = 0). Das Bild wird dann vorzugsweise nach vorne zum Fahrzeug hin aufgenommen oder in seiner normalen Fahrrichtung, um die Sicht bewusst zu machen, die der Fahrer durch die Scheibe des Fahrzeugs hat.
Außerdem ist dieses Verfahren dazu geeignet, die Sichtweite passiv darstellen zu können, d.h., ohne automatische Intervention am Fahrzeug, oder aktiv, indem automatisch auf ein Element des Fahrzeugs eingewirkt wird.
Passiv verwendet kann das Verfahren beispielsweise mittels einer Lichtanzeige, die beispielsweise im Fahrzeuginnenraum erscheint, dem Fahrer den Wert der Sichtweite oder die nicht zu überschreitende Geschwindigkeit anzeigen. Ein Geschwindigkeitssensor kann bei dem Vorgang die Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigen, der dann gegebenenfalls dem Fahrer angeben kann, dass diese zu hoch ist. Auf jeden Fall ist es bei passiver Verwendung Sache des Fahrers, selbst die Geschwindigkeit seines Fahrzeugs anzupassen und, falls nötig, die Nebelleuchten seines Fahrzeugs zu aktivieren.
Aktiv kann das Verfahren beispielsweise das automatische Einwirken auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder auf das Bremssystem ermöglichen, beispielsweise in Abhängigkeit des Wertes der Sichtweite und vorzugsweise gemäß Sicherheitskriterien, die vorab festgelegt wurden (Bremsabstand, usw.). Es kann auch die automatische Aktivierung der Nebelleuchten ermöglichen.
Im Falle eines Haltens des Fahrzeugs kann das Verfahren so angepasst sein, dass die vorab genannten Anzeigen oder Handlungen eine bestimmte Zeit aktiv bleiben, insbesondere wenigstens bis zum Moment des totalen Stopps des Motors bzw. einige Augenblicke später. In der Tat kann in einer Situation des momentanen Stopps (Servicestation, Straßengebühren, Verlangsamung aufgrund des hohen Verkehrsaufkommens, usw.) das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von Null erreichen, wobei die Sicherheitsanzeigen erhalten bleiben müssen, indem beispielsweise die Nebelleuchten anbleiben.
Dieses Verfahren kann auch statisch für die Beobachtung einer Szene und das Bemerken der Anwesenheit von Nebel und der Sichtweite verwendet werden. In diesem Falle kann beispielsweise wenigstens eine Kamera an einer Infrastruktur der Straße angebracht sein und ein Signal wenigstens zu einem festen Schild, das entlang der Infrastruktur angebracht ist, oder zu Fahrzeugen senden, um diesen passiv, wie erläutert, dynamisch jede Art von Informationen anzuzeigen (Geschwindigkeitslimit für die Sicherheit, räumliche Ausdehnung des Nebels, usw.) und gegebenenfalls automatisch auf das Fahrzeug einzuwirken, wie vorab erläutert, indem beispielsweise auf das Bremsen oder die Nebelleuchten eingewirkt wird.
Alle Arten von Informationsaustausch, beispielsweise mittels Radiosignalen, würden es ermöglichen, zwischen der Kamera und den Fahrzeugen oder zwischen den Fahrzeugen selbst zu intervenieren. Die Vielzahl von Messpunkten (von mehreren Kameras oder Fahrzeugen) ermöglicht die regelmäßige Anzeige der räumlichen und zeitlichen Entwicklungen des Nebels und/oder der Sichtweite zu den Anzeigetafeln oder direkt zu den Fahrzeugen.
Vorteilhafterweise zur Bestimmung des Extinktionskoeffizienten:

– liefert man den Ordinatenwert des Horizonts für das erste Bild,
– bestimmt man den Ordinatenwert von wenigstens einem Wendepunkt der Kurve der vertikalen Leuchtdichte,
– vergleicht man den Ordinatenwert des Wendepunkts mit dem Ordinatenwert des Horizonts,
– zeigt man die Anwesenheit von Nebel an, wenn der Ordinatenwert des Wendepunkts unter dem Ordinatenwert des Horizonts liegt,
– berechnet man den Extinktionskoeffizienten ausgehend von dem Ordinatenwert des Wendepunkts und dem Ordinatenwert des Horizonts, und
– bestimmt man die Sichtweite ausgehend von diesem Extinktionskoeffizienten.

Der Ordinatenwert des Horizonts kann beispielsweise von der Markierung der Lauffläche geliefert werden. Man leitet die Sichtweite D von der Bestimmung des Ordinatenwertes des Wendepunkts der Kurve der Leuchtdichte ab. In diesem Fall ist es nötig, die Hypothese zu treffen, dass der Boden ein uniformes Grauniveau aufweist, um jede Interferenz aufgrund von Unregelmäßigkeiten des Belags beispielsweise zu vermeiden.
Ohne die oben genannte Hypothese erfolgt eine zweite Bildaufnahme, vor der Sichtweitenbestimmung. Daher umfasst das Verfahren außerdem die folgenden Schritte:

– man nimmt ein zweites Bild in derselben Richtung und demselben Sinn wie das erste Bild auf,
– man erfasst die Leuchtdichte in jedem Punkt des zweiten Bilds,
– man führt eine Homographie des zweiten Bildes so durch, dass letzteres in ein Koordinatensystem des ersten Bildes zurückgeführt wird und man ein homographisches Bild erhält,
– man wendet eine Maske auf das homographische Bilde an, um einen homographischen Bereich des homographischen Bildes zu erhalten,
– man bildet einen Mittelwert der Leuchtdichten des homographischen Bereichs entlang der Abszisse des homographischen Bildes, um eine Kurve der vertikalen homographischen Leuchtdichte in Abhängigkeit jedes Ordinatenwertes des homographischen Bereichs zu erhalten,
– man zeichnet eine Kurve der vertikalen Leuchtdichte auf, die in jedem Ordinatenwert dem Unterschied der Leuchtdichten zwischen den Kurven der Leuchtdichte dieses Bereichs und des homographischen Bereichs entspricht,
– man liefert den Ordinatenwert des Horizonts für das erste Bild,
– man bestimmt den Ordinatenwert von wenigstens einem Wendepunkt der Kurve der Differenz der vertikalen Leuchtdichten,
– man vergleicht den Ordinatenwert des Wendepunktes mit dem Ordinatenwert des Horizonts,
– man zeigt die Anwesenheit von Nebel an, wenn der Ordinatenwert des Wendepunkts unter dem Ordinatenwert des Horizonts liegt,
– man berechnet den Extinktionskoeffizienten ausgehend von dem Ordinatenwert des Wendepunktes und dem Ordinatenwert des Horizonts, und
– man berechnet die Sichtweite ausgehend von dem Extinktionskoeffizienten.

Im Falle der Fortbewegung des Fahrzeugs entsprechen die beiden Bilder in etwa der gleichen Szene, aber aus zwei verschiedenen Abständen für dasselbe Objekt in dieser Szene aufgenommen. Nun, wie bereits oben erläutert, hängt der visuelle Effekt des Nebels vom Abstand ab; da die beiden Bilder nicht aus derselben Entfernung aufgenommen wurden, wird die Wirkung des Nebels verschieden sein. Die Tatsache, dass die beiden Bilder der gleichen Szene verglichen werden, ermöglicht die Berücksichtigung von Unregelmäßigkeiten, die in der Szene angetroffen werden.
In der Tat erzeugt die Bewegung des Fahrzeugs in der Szene eine homographische Transformation des Bildes der Straße. So ist es notwendig, um die Grauabstufungen zwischen den beiden Bildern vergleichen zu können, eine Homographie des zweiten Bildes zu erstellen in der Art, dass dieses in ein Koordinatensystem eingetragen wird, das mit demjenigen des ersten aufgenommenen Bildes identisch ist. So erhält man, ausgehend vom Koschmieder-Gesetz, das auf die beiden Leuchtdichten angewandt wird:
Da die beiden Abstände d₂ und d₁ durch den Abstand d', der von dem Fahrzeug durchlaufen wird mit d₂ = d₁ + d' verbunden sind, erhält man dann: L1 – 12 = (L0 – Lf)(1 – e–kd')e–kd1.
Im Falle eines Fahrzeugstopps ist der Abstand d' gleich Null und das Verfahren vergleichbar mit demjenigen einer einzigen Bildaufnahme, da L₂ = L₁, außer in der sehr seltenen unangenehmen und wichtigen Situation von Nebel zwischen zwei Bildaufnahmen.
Daher genügt es, bei der Angabe des entsprechenden Wertes d', der der Bewegung des Fahrzeugs zwischen den beiden Bildaufnahmen entspricht (in direkter Verbindung mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs), den Wendepunkt auf der Kurve der Differenz zwischen den beiden Leuchtdichten zu suchen, um den Extinktionskoeffizienten k des Nebels zu erhalten, der dann die Berechnung der Sichtweite D ermöglicht.
Eine geometrische Kalibrierung der Bildaufnahme ermöglicht außerdem vorteilhafterweise die Bestimmung der Koeffizienten nach dem Koschmieder-Gesetz, was dann die Bestimmung des Extinktionskoeffizienten des Nebels k und somit der Sichtweite erlaubt. Diese geometrische Kalibrierung kann vorab durch vorzugsweise Durchführung des Vergleichs der Koordinatenwerte von zwei bekannten Punkten auf dem ersten Punkt mit den Koordinatenwerten der beiden Punkte in der Szene erfolgen.
Vorteilhafterweise wird die Sichtweite (D) regelmäßig ausgehend von einem im Wesentlichen kontinuierlich aufgenommenen Bild berechnet.
Daher wird selbst während der Bewegung die Sichtweite im Wesentlichen kontinuierlich bestimmt, so dass jede Entwicklung des Nebels (zeitliche, räumliche, ... Entwicklung) im Wesentlichen in Realzeit berücksichtigt wird.
Kombiniert mit dem oben genannten Verfahren zur Bestimmung des Wendepunkts in einem ersten Bild, in Anwesenheit von mehreren Wendepunkten auf der Kurve der Leuchtdichte von letzterem, kann die Sichtweite auf der Kurve der Differenz zwischen den beiden Kurven der Leuchtdichte bestimmt werden, die, selbst im Allgemeinen nur einen einzigen, den beiden Kurven gemeinsamen Wendepunkt aufweist, wobei letzterer demjenigen entspricht, der die Bestimmung der Anwesenheit von Nebel ermöglicht. In der Tat kann auf einer Kurve der Leuchtdichte ein Wendepunkt durch die Anwesenheit von Nebel oder einem Hindernis auftreten, beispielsweise ein Fahrzeug der Art LKW, der in dem Bild platziert ist. Der Unterschied zwischen zwei Kurven der Leuchtdichten derselben Szene, die in zwei verschiedenen Momenten aufgenommen wurde, ermöglicht dann die Eliminierung der bekannten Wendepunkte, die im Allgemeinen denjenigen entsprechen, die aufgrund von Hindernissen vorhanden sind, und nur diejenigen, die aufgrund von Nebel auftreten, zu behalten.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform bestimmt man den Extinktionskoeffizienten des Nebels durch Minimierung des Abstands der Leuchtdichte zwischen den Kurven der vertikalen Leuchtdichte und der theoretischen Leuchtdichte, dann berechnet man die Sichtweite ausgehend von dem erhaltenen Extinktionskoeffizienten. Der Abstand wird in jedem Punkt (oder jedem Ordinatenwert) mittels der Koschmiedergleichung nach der folgenden Formel bestimmt: E = Σ (LR – LT)2 wobei L_R die auf dem Bild erfasste wirkliche Leuchtdichte repräsentiert und L_T die mit einem willkürlichen k gebildeten Leuchtdichte repräsentiert.
Durch Minimierung des Abstands E der Grauniveaus (Leuchtdichte) zwischen beobachtetem Bild und dem Bild, das mit einem willkürlichen Extinktionskoeffizienten des Nebels gebildet wird, beispielsweise durch eine klassische Methode der nicht linearen Minimierung, basierend auf dem konjugierten Gradienten, erhält man den reellen Extinktionskoeffizienten des Nebels, der dann die Berechnung der meteorologischen Sichtweite D ermöglicht. Dieses Verfahren kann allein oder in Kombination mit den oben genannten Verfahren angewendet werden, durch Herstellung von einer Affinität der Ergebnisse, insbesondere bei Anwesenheit von mehreren Wendepunkten.
Die Bestimmung der Sichtweite kann auch durch zwei Bildaufnahmen erfolgen. Als Folge daraus umfasst das Verfahren außerdem vorteilhafterweise die folgenden Schritte:

– man nimmt ein zweites Bild in derselben Richtung und demselben Sinn wie das erste Bild auf,
– man erfasst die Leuchtdichte in jedem Punkt des zweiten Bilds,
– man führt eine Homographie des zweiten Bildes so durch, dass letzteres in ein Koordinatensystem des ersten Bildes zurückgeführt wird und man ein homographisches Bild erhält,
– man wendet eine Maske auf das homographische Bild an, um einen homographischen Bereich zu erhalten,
– man bildet einen Mittelwert der homographischen Leuchtdichte entlang der Abszisse des homographischen Bildes, um eine Kurve der homographischen Leuchtdichte in Abhängigkeit jedes Ordinatenwertes des homographischen Bereichs zu erhalten,
– man zeichnet eine Kurve der Differenz zwischen den beiden Kurven der vertikalen Leuchtdichten auf, die in jedem Ordinatenwert des Bereichs dem Unterschied der Leuchtdichten zwischen den Kurven der Leuchtdichte des Bereichs und dem homographischen Bereich entspricht,
– man konstruiert eine Kurve der theoretischen Leuchtdichte,
– man bestimmt den Extinktionskoeffizienten (k) des Nebels durch Minimierung des Abstands E zwischen der Kurve der Differenzen der Leuchtdichten (L_V1, L_VH2) des ersten Bildes und dem homographischen Bild und der Kurve der theoretischen Leuchtdichte, dann berechnet man die Sichtweite ausgehend von dem erhaltenen Extinktionskoeffizienten.

Ausgehend vom System der beiden Koschmieder-Gleichungen für die beiden Leuchtdichten: L1 = L0e–kd1 + (1 – e–kd1)Lf, L2 = L0e–kd2 + (1 – e–kd2)Lf bestimmt man den Abstand E zwischen den beiden Kurven der Leuchtdichten L₁ und L₂ der jeweils beiden Bilder bezüglich einer Kurve der theoretischen Leuchtdichte, gemäß der obigen Formel, wie vorher: E = Σ(LR – LT)2 aber dieses Mal repräsentiert

L_R: die Differenz zwischen den beiden wirklichen Leuchtdichten L₁ und L₂ und
L_T: die theoretische Leuchtdichte, gebildet mit einem willkürlichen k.

Beispielsweise ermöglicht dieselbe oben erwähnte Minimierungsmethode, die auf dem konjugierten Gradienten basiert oder jede andere Minimierungsmethode, diese Minimierung zu einem erfolgreichen Ende zu führen. Nun wird die Sichtweite D gemäß der obigen Formel, mit Hilfe des zurückgehaltenen Extinktionskoeffizienten k des Nebels berechnet.
Das zweite Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu liefern, das die Bestimmung der Anwesenheit von Nebel ermöglicht.
Dieses zweite Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Verfahren die folgenden Schritt umfasst:

– man nimmt wenigstens ein erstes Bild der Szene vom Fahrzeug aus, vorzugsweise in einer Richtung im Sinne der Fortbewegung des Fahrzeugs, auf,
– man liefert den Ordinatenwert des Horizonts für das erste Bild,
– man erfasst die Leuchtdichte in jedem Punkt des ersten Bildes,
– man wendet eine Maske auf das erste Bild an, um einen Bereich des ersten Bildes zu erhalten, und man bildet einen Mittelwert dieser Leuchtdichte entlang der Abszisse des Bereichs, um eine Kurve der vertikalen Leuchtdichte in Abhängigkeit jedes Ordinatenwertes des Bereichs zu erhalten, die wenigstens einen Wendepunkt aufweist,
– man bestimmt den Ordinatenwert von wenigstens einem Wendepunkt der Kurve der vertikalen Leuchtdichte,
– man vergleicht den Ordinatenwert des Wendepunkts mit dem Ordinatenwert des Horizonts,
– man zeigt die Anwesenheit von Nebel an, wenn der Ordinatenwert des Wendepunkts unter dem Ordinatenwert des Horizonts liegt.

Dieses Verfahren ist insbesondere interessant für die Anzeige der Anwesenheit von Nebel beispielsweise mittels einer klanglichen oder leuchtenden Warnanzeige, die beispielsweise auf einem Bildschirm erscheinen würde.
Statisch benutzt am Rand der Straße beispielsweise kann dieses Verfahren zum Beispiel dazu beitragen, die Aufmerksamkeit der Fahrer zu erregen, durch eine Angabe auf einer Anzeigetafel, die die Anwesenheit von Nebel angibt. Als Bewegungsrichtung des Fahrzeugs wird in diesem Fall diejenige des normalen Verkehrs betracht.
Bei der Verwendung an Bord eines Fahrzeugs wird dieses Verfahren dynamisch und kann dann die Möglichkeit eröffnen, in jedem Augenblick den Fahrer passiv über die Anwesenheit von Nebel zu informieren, wie vorab erläutert durch Aktivierung eines Geräusch- oder Lichtsignals im Fahrzeuginnenraum oder aktiv durch automatisches Einwirken auf das Einschalten der Nebelscheinwerfer des Fahrzeugs.
Die Erfindung wird gut verstanden und ihre Vorteile verdeutlichen sich beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen, die als nicht einschränkende Beispiele gegeben sind.
Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs in einer Szene ist,
2 eine schematische Darstellung ist, die die Positionierung einer Kamera an dem Fahrzeug der 1 zeigt, und eine perspektivische Projektion eines Punkts der Szene,
3 eine schematische Ansicht der perspektivischen Projektion der Szene entlang der Pfeile III-III der 2 ist,
4 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung der meteorologischen Sichtweite D ist,
5 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung der meteorologischen Sichtweite D gemäß einer ersten Ausführungsform bei einer ersten Bildaufnahme ist,
6 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung der meteorologischen Sichtweite D gemäß der ersten Ausführungsform bei zwei aufeinander folgenden Bildaufnahmen ist,
7 eine schematische Darstellung analog zu derjenigen der 2 ist, die die Bewegung des Fahrzeugs zeigt,
8 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung der meteorologischen Sichtweite D gemäß einer zweiten Ausführungsform bei einer Bildaufnahme ist, und
9 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung der meteorologischen Sichtweite D gemäß einer zweiten Ausführungsform bei zwei aufeinander folgenden Bildaufnahmen ist.
Unabhängig vom angepeilten Verfahren in der vorliegenden Erfindung erfolgt die Bestimmung des Nebels und/oder der meteorologischen Sichtweite D, im Folgenden Sichtweite genannt, immer ausgehend von der Koschmieder-Gleichung: L = L0e–kd + (1 – e–kd)Lf
Um jedoch diese Formel anwenden zu können, durch die der Extinktionskoeffizient des Nebels k nach den verschiedenen Ausführungsformen, die nachfolgend noch erläutert werden, bestimmt werden kann, ist es nötig, die Leuchtdichte des Bodens L₀, die Leuchtdichte des Himmels L_f und den Abstand zwischen dem beobachteten Punkt und dem Beobachter d zu schätzen. Ausgehend von der Aufnahme eines Bildes der beobachteten Szene erhält man die Leuchtdichte des Bodens L₀ und die Leuchtdichte des Himmels L_f, die direkt proportional zu den auf dem erfassten Bild beobachteten Grauabstufungen sind; somit muss nur noch der Abstand zwischen dem beobachteten Punkt und dem Beobachter d bestimmt werden, um den Extinktionskoeffizienten k des Nebels zu erhalten.
Die 1 stellt ein Mittel zum dynamischen Erhalt der Sichtweite D mittels einer Kamera 10 dar, die auf einem sich vorzugsweise auf einer Straße 14 in Bewegung befindlichen Fahrzeug 12 angebracht ist.
Der Abstand d steht in Verbindung mit der Position der Kamera 10 auf dem Fahrzeug 12. Die Kamera 10, beispielsweise von der Art CCD, die die Leuchtdichte der Szene 21 in Grauabstufungen erfasst, ist vorzugsweise vorne am Fahrzeug 12 oder an der Seite von diesem angebracht, indem sie beispielsweise hinter der (nicht dargestellten) Frontscheibe des Fahrzeugs 12 montiert ist und zum Vorderteil der Szene 21 in Richtung F der normalen Fortbewegung des Fahrzeugs 12 zeigt, um ein Bild 20 aufzunehmen, das der Sicht entspricht, die ein Fahrer 18 durch die Frontscheibe hat. In 2 entspricht das Bild 20 dem durch die im Punkt C platzierte Kamera 10 aufgenommenen Bild und wird, aufgrund von Annehmlichkeiten beim Koordinatensystem und Berechnungen, künstlich zum Vorderteil der Szene 21 angeordnet.
Die Kamera kann auch auf einem (nicht dargestellten) äußeren Rückblickspiegel oder in der Nähe der Scheinwerfer 16 des Fahrzeugs 12 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Anordnung der Kamera 10 vorzugsweise vor äußeren Angriffen (Regen, Verschmutzungen, Stößen, usw.) geschützt, indem sie beispielsweise hinter einer transparenten Wand platziert wird; im gegenteiligen Fall ist ein System zur Reinigung des Kameraobjektivs notwendig.
Je nach dem normalerweise für die Sicht verwendeten perspektivischen Modell kann der Abstand d ausgehend von den Parametern der Kamera 10 (Fokalabstand, Geometrie der Pixel, usw.) und ihrer Ausrichtung auf dem Fahrzeug 12 erhalten werden.
Die 2 zeigt ein solches perspektivisches Modell, in dem die Kamera 10 in der Mitte C in einem Koordinatensystem (C, x, y, z) liegt, so wie die Achse z entlang der optischen Achse der Kamera und somit normal zur Bildebene 20 verläuft, die in einem fokalen Abstand f der Kamera 10 liegt. Im Folgenden werden das Bild und seine Ebene mit „20" bezeichnet. Das Koordinatensystem (S, X, Y, Z) ist ein mit der Szene 21 verbundenes Koordinatensystem, dessen Zentrum S, aufgrund der Einfachheit bei Berechnungen, im Hintergrund in der Szene liegt. In der Tat ist das Zentrum S an der Schnittstelle einer Straße 14 und der Achse y des mit der Kamera 10 verbundenen Koordinatensystems y platziert. Die Achse Y der Szene läuft zusammen mit der Achse y der Kamera. H stellt dann den Abstand zwischen dem Zentrum C der Kamera und dem Zentrum S der Szene 21 dar.
V_H entspricht dem Schnittpunkt der Ebene des Bildes 20 und einer zur Straße 14 parallelen Ebene, die durch das Zentrum C der Kamera 10 verläuft. In 2 entspricht V_H dem Ordinatenwert der Horizontlinie in der Bildebene 20, die durch das Zentrum C des Koordinatensystems der Kamera verläuft und θ stellt den Winkel zwischen der Linie V_H und der optischen Achse z der Kamera dar, was der Neigung der Kamera bezüglich der Horizontalen entspricht. Die optische Achse kann auch angezeigt werden, indem man den Fluchtpunkt des Bildes 20 sucht. Der Punkt O repräsentiert des Zentrum des Bildes 20.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, wird ein Punkt P der Szene 21 mit den Koordinaten (x, y, z) im Koordinatensystem der Kamera 10 dann in einen Punkt p mit den Koordinatenwerten (U, V) in das Bildkoordinatensystem 20 projiziert.
Angenommen, die Pixel sind viereckig mit einer Seitenlänge t, so erhält man:
Beispielsweise ermöglicht eine geometrische Kalibrierung der Kamera 10 vor der Anwendung des Verfahrens, hergestellt im Allgemeinen durch den Installateur der Vorrichtung, durch die das Verfahren durchgeführt werden kann, die Bestimmung des Parameters λ_V, der von der Position und Neigung der Kamera 10 abhängt und davon, daraus das Verhältnis zwischen dem Abstand d und dem Ordinatenwert V abzuleiten. Wenn man den wirklichen Abstand zwischen zwei Punkten auf dem Bild mit den Koordinatenwerten V₁ und V₂ kennt, so leitet man davon leicht den Parameter λ_V durch die folgende Formel ab:
Wenn man beispielsweise den Abstand zwischen zwei Straßenmarkierungsstreifen wählt, deren Abstand bekannt ist – beispielsweise weist auf einer Autobahn die mittige Markierung aufeinander folgende Streifen auf, deren Abstand 20 m beträgt (nicht dargestellt) – so leitet man daraus den Parameter λ_V ab und somit das Verhältnis zwischen dem Abstand d und dem Ordinatenwert V für das Folgende ab.
Daher erfasst man, ausgehend von der Aufnahme eines ersten Bildes S1, das schematisch in 4 dargestellt ist, die Grauabstufungen für jeden Pixel der Kamera 10, vorzugsweise in Bewegungsrichtung F, was der Leuchtdichte L von jedem der Pixel entspricht. Dann bildet man einen Mittelwert der Leuchtdichten L entlang jeder Linie i des Bildes 20 gemäß jeder Säule j, indem man i und j in einem Bereich 22 wählt, der durch eine Maske 24 (in 3 dargestellt) begrenzt ist, entweder von der Leuchtdichte entlang der Abszisse u, um in S2 eine Kurve der vertikalen Leuchtdichte zu erhalten, die im Allgemeinen wenigstens eine Wendepunkt I aufweist. Für jede Linie i mit Ordinatenwert V hat man die Koschmieder-Gleichung: Li = L0e–kd + (1 – e–kd)Lf.
Die Maske 24 ist vorzugsweise in im Wesentlichen rechteckiger Form, auf dem Bild 20 zentriert gewählt, so dass die (nicht dargestellten) mittigen Fahrbahnstreifen der Straße 14 erscheinen. Je nach Art der zu beobachtenden Szene 21, ist die Geometrie dieser Maske 24 leicht anpassbar, indem man die Bereiche der Variablen i und j variieren lässt.
Ausgehend von der Kurve der vertikalen Leuchtdicht L_V, leitet man daraus den Extinktionskoeffizienten k des Nebels in S3 ab, der – erinnern wir uns – der Messung der Absorptions- und Dispersionseigenschaften des Lichts entspricht und die Bestimmung in S4 der Sichtweite D ausgehend von dem Verhältnis DVM = 3k ermöglicht.
Der Erhalt der Stufe S3 zur Bestimmung des Extinktionskoeffizienten k des Nebels hängt von der anvisierten Ausführungsform ab.
Daher basiert, gemäß einer ersten Ausführungsform, der Erhalt von S3 auf einer lokalen Analyse des Bildes mit einer Bestimmung von wenigstens einem Wendepunkt auf der Kurve der Leuchtdichte.
Diese erste Ausführungsform, die ausgehend von der Aufnahme eines ersten Bildes durchgeführt wird, ist in 5 dargestellt. Ein Wendepunkt I wird auf der Kurve der vertikalen Leuchtdichte Lv durch Ableitung von letzterer bezüglich des Ordinatenwertes V des Bildes, in S31 dargestellt, bestimmt. In der Tat ist der Ordinatenwert V_I des Wendepunkts I der Ordinatenwert, der dem Maximum dieser ersten Ableitung entspricht. Im Übrigen ist mathematisch bekannt, dass in diesem Wendepunkt V_I die zweite Ableitung Null ist, was die Bestimmung von k ermöglicht, dann D, da man im Wendepunkt hat:
wo V_H den Ordinatenwert der Horizontlinie darstellt, und λ_V den Kalibrierungsparameter darstellt.
In Anwesenheit mehrerer Wendepunkte I, wird der Wendepunkt I, der der Horizontlinie V_H am nächsten ist, festgehalten, um den Vergleich von Ordinatenwerten durchzuführen. Im Allgemeinen sind die anderen Wendepunkte für den Nebel nicht repräsentativ, aber für Hindernisse in der Szene, wie beispielsweise ein sich vor dem Fahrzeug 12 befindlicher LKW.
Wenn das Verfahren auf die Bestimmung der Anwesenheit eines Nebels beschränkt ist und nicht auf den Wert der Sichtweite, handelt es sich allein darum, die Stufen S1, S2 und S31 durchzuführen und die Anwesenheit des Nebels B durch jede Art von Warnsystem (Geräuschabgabe oder Lichthinweis, usw.) anzugeben. Die Anwesenheit von Nebel B wird angezeigt, wenn der Wendepunkt I unterhalb der Horizontlinie zum Unteren des Bereichs 22 hin liegt. Im Falle des in 3 gezeigten Koordinatensystems, dessen Achse V zum Unteren des Bildes hin ausgerichtet ist, kommt man wieder dahin, die Anwesenheit von Nebel anzuzeigen, wenn der Unterschied der Ordinatenwerte der beiden Punkte V_I und V_H positiv ist und umgekehrt. In der Tat, im Falle eines in die entgegengesetzte Richtung ausgerichteten Koordinatensystem, d.h., dessen Achse V zum Oberen des Bildes hin deutet, wird der Nebel angezeigt, wenn der Unterschied der Ordinatenwerte der beiden Punkte V_I und V_H negativ ist.
Wie in 6 gezeigt, kann dasselbe Verfahren, das nachfolgend noch detaillierter erläutert wird, auf zwei Bildaufnahmen angewandt werden, die aufeinander folgend, vorzugsweise während der Fortbewegung des Fahrzeugs in Richtung F aufgenommen wurden.
Dieses Verfahren kann außerdem mit dem vorab erwähnten Verfahren mit einer einzigen Bildaufnahme kombiniert werden, in dem Falle, in dem die Kurve der Leuchtdichte mehrere Wendepunkte I aufweisen würde. In der Tat, wie vorher erläutert, selbst in Anwesenheit von mehreren Wendepunkten zeigt die Kurve für die Differenz der Leuchtdichten zwischen zwei Bildern im Allgemeinen nicht mehr als einen einzigen Wendepunkt, der dann dem gesuchten Punkt entspricht und es ermöglicht, die Anwesenheit von Nebel und die Sichtweite D zu bestimmen.
Das Aufnehmen eines zweiten Bildes 20', wie in S'1 in 7 gezeigt, das in einem Abstand d₂, der vom Abstand d₂ des ersten Bildes 20 einen vom Fahrzeug durchlaufenen Abstand d' entfernt ist, vorzugsweise durch Fortbewegung in Richtung F der Bildaufnahme, ermöglicht den Erhalt eines zweiten Bildes der Szene 21 in S'2.
Um jedoch die beiden Bilder vergleichen zu können, ist es nötig, dass diese im selben Koordinatensystem sind. Daher wird eine homographische Transformation H auf das zweite Bild 20' gemäß dem folgenden Gleichungssystem angewendet, um diese in das Koordinatensystem des ersten Bildes zu bringen:
Im Falle der Erfassung von zwei Bildern 20 und 20' wird dieselbe Maske 24 auf das zweite Bild 20', das der homographischen Transformation unterzogen wurde, angewendet.
Die Erfassung des zweiten Bildes 20' ermöglicht dann den Erhalt in S'2, nach homographischer Transformation, einer zweiten Kurve der vertikalen Leuchtdichte L_VH2. Die Schritte S'1 und S'2 sind analog zu den Schritten S1 und S2 für die Aufnahme des ersten Bildes mit dem Abstand d₁.
Ein Geschwindigkeitsfühler beispielsweise (nicht dargestellt) ermöglicht die Lieferung des vom Fahrzeug 12 durchlaufenen Abstands d'.
Man bildet dann in jedem Ordinatenwert V die Differenz zwischen den beiden Kurven L_VH2 und L_V1, so dass man eine Kurve L_V1-L_VH2 erhält, die im Allgemeinen nur einen einzigen Wendepunkt I' aufweist. Nach dem Koschmieder-Gesetz erhält man dann:
Man sucht das Maximum der ersten Ableitung der letzteren Kurve L_V1-L_VH2 bezüglich dem Ordinatenwert V, um in einem Schritt S32 den Ordinatenwert V_I, des Wendepunkt I' zu erhalten, der es ermöglicht, wie im Falle einer einzigen Bildaufnahme, k zu bestimmen, dann D.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform basiert der Erhalt des Schrittes S3 auf einer globalen Analyse des Bildes mit einer Minimierung des Abstands zwischen den Bildern oder eher den Kurven. Dieses Verfahren kann auch mit der ersten Ausführungsform mit einer einzigen Bildaufnahme kombiniert werden, insbesondere wenn die Kurve der Leuchtdichte mehrere Wendepunkte aufweist, so dass die Bestimmung der Sichtweite D verfeinert wird.
Es handelt sich bei der zweiten Ausführungsform mit einem Bild darum, den Abstand zwischen einem wirklich beobachteten und erfassten Bild und einem ausgehend von einem theoretischen gebildeten Modell, das schematisch in 8 dargestellt ist, in einem Schritt S33 zu minimieren.
Wie bei der ersten Ausführungsform, erfasst man in S1 die Leuchtdichte eines Bildes 20 (1) der Szene 21, für die in S2 entlang jeder Linie des Bildes der Mittelwert gebildet wird, um eine Kurve der vertikalen Leuchtdichte Lv zu erhalten, die die reelle mittlere Leuchtdichte darstellt. Man bildet im Übrigen in S''2 eine Kurve der theoretischen vertikalen Leuchtdichte Lvt, die dann in jedem Ordinatenwert U mit der Kurve der reellen mittleren Leuchtdichte Lv verglichen wird. Der Abstand E wird dann erhalten, indem man die Differenz zwischen diesen beiden Kurven Lv und Lvt bildet: E = Σ(Lv – Lvt)2
Diese nicht lineare Minimierung wird durch eine bekannte Minimierungsmethode durchgeführt, die auf dem konjugierten Gradienten basiert und somit nicht erläutert wird.
Sobald der Abstand E minimal ist, leitet man daraus die Werte der Leuchtdichten L₀ und L_f und den Extinktionskoeffizienten k des Nebels ab, der die Bestimmung der Sichtweite D ermöglicht.
Diese zweite Ausführungsform kann auch, wie die erste, auf die Aufnahme eines zweiten Bildes 20' (7) ausgeweitet werden, wie in 9 dargestellt. In diesem Fall wird die theoretische Kurve Lvt mit der Kurve der Differenz der vertikalen Leuchtdichten zwischen den Leuchtdichten L_V1 und L_VH2 verglichen, die jeweils zwischen einem ersten 20 und einem zweiten Bild 20', das vorab durch Homographie in das Koordinatensystem des ersten Bildes 20 eingetragen wurde, gemäß demselben Prinzip wie demjenigen, das für die erste Ausführungsform beschrieben wurde, erhalten wurden. Der Abstand zwischen den Kurven wird minimiert, ausgehend von der folgenden Formel: E = Σ ((LV1 – LV2) – Lvt)2
Die Kurven der Leuchtdichten weisen im Allgemeinen von einem Bild zum anderen dieselbe Art von Verhalten auf und einen zusammenlaufenden Teil, der sich bei der Differenz aufhebt. Daraus folgt, dass der Vergleich zwischen den Kurven der theoretischen Leuchtdichten Lvt und der Differenz L_V1 – L_V2 nur in den Bereichen erfolgt, die dasselbe Verhalten aufweisen, so dass der Abstand zwischen den beiden minimiert werden kann. Hierzu muss man diese Differenz in einem geeigneten Bereich von Ordinatenwerten j durchführen.
Man führt dann in derselben Stufe S34 eine Minimierung des Abstands E zwischen der Kurve der theoretischen Leuchtdichte Lvt und der Kurve der Differenz L_V1 – L_VH2 auf dieselbe Art durch, die vorab für die Minimierung bei einer einzigen Bildaufnahme erläutert wurde, ausgehend von dem folgenden Verhältnis: E = Σ(LV1 – LVH2) – Lvt)2.
Daraus leitet man dann L₀, L_f und k, dann D ab.
Diese verschiedenen Verfahren, die getrennt oder untereinander kombiniert verwendet werden, können dann die Warnung des Fahrers 18 des Fahrzeugs 12 ermöglichen, sei es passiv, beispielsweise mittels einer Anzeige oder durch Abgabe eines Geräuschsignals, oder aktiv durch direkte Einwirkung auf die Steuerungselemente des Fahrzeugs 12, beispielsweise um die Nebelleuchten zu betätigen. Sie können auch die Regulierung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 proportional zur Sichtweite ermöglichen, indem sie automatisch auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs einwirken oder durch Betätigung des Bremssystems.
Außerdem, je nach Ausführungsform, ermöglichen diese Verfahren die im Wesentlichen fortlaufend durch sukzessives Wiederholen der Stufen von Bildaufnahme S1 und Informationsverarbeitung S2 bis S4 durchgeführt werden, die Bestimmung von Nebel und der Sichtweite in reeller Zeit und die automatische Anpassung der Werte in Abhängigkeit der beobachteten Szene 21. Insbesondere wird jede Entwicklung der Sicht von Nebel, aufgrund der Fortbewegung des Fahrzeugs 12 oder aufgrund der eigenen Entwicklung des Nebels berücksichtigt und im Wesentlichen in reeller Zeit berechnet.

Claims

Verfahren zur Sichtweitenbestimmung, insbesondere von einem Fahrzeug (21) aus in einer Szene (21), dadurch gekennzeichnet, dass: – man wenigstens ein erstes Bild (20) der Szene (21) vom Fahrzeug aus, vorzugsweise in der Bewegungsrichtung (F) des Fahrzeugs (12), aufnimmt, – man die Leuchtdichte (L; L₁) in jedem Punkt des ersten Bildes (20) erfasst, – man eine Maske (24) auf das erste Bild (20) anwendet, um einen Bereich (22) des ersten Bildes (20) zu erhalten und man einen Mittelwert dieser Leuchtdichte (L; L₁) entlang der Abszisse des Bereichs (22) bildet, um eine Kurve der vertikalen Leuchtdichte (L_V; L_V1) in Abhängigkeit jedes Ordinatenwertes (V) des Bereichs zu erhalten, und die wenigstens einen Wendepunkt (I) aufweist, – man einen Extinktionskoeffizienten (k) des Nebels, ausgehend von der Kurve der vertikalen Leuchtdichte (L_V; L_V1) bestimmt, und – man die Sichtweite (D) von dem Extinktionskoeffizienten (k) aus bestimmt.
Verfahren zur Sichtweitenbestimmung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Extinktionskoeffizienten (k) des Nebels, – man den Ordinatenwert des Horizonts (V_H) für das erste Bild (20) liefert, – man den Ordinatenwert (V_I) von wenigstens einem Wendepunkt (I) der Kurve der vertikalen Leuchtdichte (L_V; L_V1) bestimmt, – man den Ordinatenwert (V_I) des Wendepunkts (I) mit dem Ordinatenwert des Horizonts (V_H) vergleicht, – man die Anwesenheit von Nebel (B) anzeigt, wenn der Ordinatenwert des Wendepunkts unter dem Ordinatenwert des Horizonts liegt, – man den Extinktionskoeffizienten (k) ausgehend von dem Ordinatenwert des Wendepunkts (V_I) und dem Ordinatenwert des Horizonts (V_H) berechnet, und – man die Sichtweite ausgehend von diesem Extinktionskoeffizienten (k) bestimmt.
Verfahren zur Sichtweitenbestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man ein zweites Bild (20') in derselben Richtung (F) und demselben Sinn wie das erste Bild (20) aufnimmt, – man die Leuchtdichte (L₂) in jedem Punkt des zweiten Bilds (20') erfasst, – man eine Homographie (H) des zweiten Bildes (20') so durchführt, dass letzteres in ein Koordinatensystem (C, x, y, z) des ersten Bildes (20) zurückgeführt wird und man ein homographisches Bild erhält, – man eine Maske (24) auf das homographische Bild anwendet, um einen homographischen Bereich des homographischen Bildes zu erhalten, – man einen Mittelwert der Leuchtdichten des homographischen Bereichs entlang der Abszisse (U) des homographischen Bildes bildet, um eine Kurve der vertikalen homographischen Leuchtdichte (L_VH2) in Abhängigkeit jedes Ordinatenwertes (V) des homographischen Bereichs zu erhalten, – man eine Kurve der Differenz der vertikalen Leuchtdichten (L_V1 – L_VH2) aufzeichnet, die in jedem Ordinatenwert (V) dem Unterschied der Leuchtdichten zwischen den Kurven der Leuchtdichte des ersten Bildes (L_V1) und des homographischen Bildes (L_VH2) entspricht, – man den Ordinatenwert (V_H) für das erste Bild (20) liefert, – man den Ordinatenwert (V_I') von wenigstens einem Wendepunkt (I') der Kurve der Differenz der vertikalen Leuchtdichten (L_V1 – L_VH2) bestimmt, – man den Ordinatenwert (V_I') des Wendepunktes (I') mit dem Ordinatenwert des Horizonts (V_H) vergleicht, – man die Anwesenheit von Nebel (B) anzeigt, wenn der Ordinatenwert (V_I') des Wendepunkts (I') unter dem Ordinatenwert des Horizonts (V_H) liegt, – man den Extinktionskoeffizienten (k) ausgehend von dem Ordinatenwert des Wendepunktes (V_I') und dem Ordinatenwert des Horizonts (V_H) berechnet, und – man die Sichtweite (D) ausgehend von dem Extinktionskoeffizienten (k) berechnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man außerdem eine geometrische Kalibrierung (λ_V) der Bilderfassung durchführt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Kalibrierung (λ_V) durch Vergleich der Koordinaten von zwei auf dem ersten Bild (20) bekannten Punkten mit den Koordinaten der beiden Punkte in der Szene (21) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sichtweite (D) regelmäßig von wenigstens einem im Wesentlichen kontinuierlich aufgenommenen Bild (L1; L2) berechnet wird.
Verfahren zur Sichtweitenbestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Kurve der theoretischen vertikalen Leuchtdichte (L_Vt) konstruiert, und dass man den Extinktionskoeffizienten (k) des Nebels durch Minimierung des Abstand der Leuchtdichte (E) in jedem Ordinatenwert (V) zwischen den Kurven der vertikalen Leuchtdichte (L_V) und der theoretischen Leuchtdichte (Lvt) bestimmt, dann die Sichtweite (D) ausgehend von dem erhaltenen Extinktionskoeffizienten (k) berechnet.
Verfahren zur Sichtweitenbestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – man ein zweites Bild (20') in derselben Richtung (F) und demselben Sinn wie das erste Bild (20) aufnimmt, – man die Leuchtdichte (L₂) in jedem Punkt des zweiten Bilds (20') erfasst, – man eine Homographie (H) des zweiten Bildes (20') so durchführt, dass letzteres in ein Koordinatensystem (C, x, y, z) des ersten Bildes (20) zurückgeführt wird und man ein homographisches Bild erhält, – man eine Maske (24) auf das homographische Bild anwendet, um einen homographischen Bereich zu erhalten, – man einen Mittelwert der Leuchtdichte entlang der Abszisse (U) des homographischen Bildes bildet, um eine Kurve der homographischen Leuchtdichte (L_VH2) in Abhängigkeit jedes Ordinatenwertes (V) des homographischen Bereichs zu erhalten, – man eine Kurve der Differenz zwischen den beiden Kurven der vertikalen Leuchtdichten (L_V1 – L_VH2) aufzeichnet, die in jedem Ordinatenwert des Bereichs dem Unterschied der Leuchtdichten zwischen den Kurven der Leuchtdichte des Bereichs (L_V1) und dem homographischen Bereich (L_VH2) entspricht, – man eine Kurve der theoretischen Leuchtdichte (Lvt) konstruiert, – man den Extinktionskoeffizienten (k) des Nebels durch Minimierung des Abstands (E) zwischen der Kurve der Differenzen der Leuchtdichten (L_V1 – L_VH2) des ersten Bildes (20) und dem homographischen Bild und der Kurve der theoretischen Leuchtdichte (Lvt) bestimmt, dann die Sichtweite (D) ausgehend von dem erhaltenen Extinktionskoeffizienten (k) berechnet.
Verfahren zur Bestimmung der Anwesenheit von Nebel, insbesondere von einem Fahrzeug (12) aus in einer Szene (21), dadurch gekennzeichnet, dass: – man wenigstens ein erstes Bild (20) der Szene (21) vom Fahrzeug aus, vorzugsweise in einer Richtung (F) entlang der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs (12), aufnimmt, – man den Ordinatenwert des Horizonts (V_H) für das erste Bild (20) liefert, – man eine Maske (24) auf das erste Bild (20) anwendet, um einen Bereich (22) des ersten Bildes (20) zu erhalten, – man die Leuchtdichte (L) in jedem Punkt des ersten Bildes (20) erfasst, man einen Mittelwert dieser Leuchtdichte entlang der Abszisse (U) des Bereichs (22) bildet, um eine Kurve der vertikalen Leuchtdichte (L_V) in Abhängigkeit jedes Ordinatenwertes (V) des Bereichs (22) zu erhalten, und die wenigstens einen Wendepunkt (I) aufweist, – man den Ordinatenwert (V_I) von wenigstens einem Wendepunkt (I) der Kurve der vertikalen Leuchtdichte (L_V) bestimmt, – man den Ordinatenwert (V_I) des Wendepunkts mit dem Ordinatenwert des Horizonts (V_H) vergleicht, – man die Anwesenheit von Nebel (B) anzeigt, wenn der Ordinatenwert des Wendepunkts (V_I) unter dem Ordinatenwert des Horizonts (V_H) liegt.