WO2006067005A1 - Vorrichtung und verfahren zur beeinflussung des auf einen bildsensor auftreffenden lichts - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur beeinflussung des auf einen bildsensor auftreffenden lichts Download PDF

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WO2006067005A1
WO2006067005A1 PCT/EP2005/056067 EP2005056067W WO2006067005A1 WO 2006067005 A1 WO2006067005 A1 WO 2006067005A1 EP 2005056067 W EP2005056067 W EP 2005056067W WO 2006067005 A1 WO2006067005 A1 WO 2006067005A1
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WO
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image sensor
image
camera
cells
lens
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/056067
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Giordani
Eladio Lopez
Dominique Marchal
Vincent Thominet
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2006067005A1 publication Critical patent/WO2006067005A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J3/00—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles
    • B60J3/04—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles adjustable in transparency
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/005—Diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/75—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing optical camera components

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for influencing the light incident on an image sensor, in particular in conjunction with a camera system for motor vehicles.
  • the cameras used in the above applications typically include a lens and an image sensor and, as stated above, must be able to produce an image more adequate for the application To deliver quality under all conditions essential for the application. In particular, this also applies to glare or serious disturbances in the image, for example by direct view of the camera in the sun, glare from oncoming vehicles or reflections of vehicle lights on wet roads, etc. Characteristic of these situations is that the entire image or a
  • Cover exposure range to avoid saturation of the pixels of the image sensor and to prevent interference of adjacent pixels.
  • FIG. 1 shows a basic flow diagram for controlling a variable light transmission element in conjunction with a camera system.
  • FIG. 2 to 6 different embodiments for the installation of a variable light transmission element are shown.
  • Figures 7 to 10 show various embodiments regarding the design of the element's controllable cell allocation and sensor areas (e.g., pixels) of the element
  • Translucency depending on an applied control signal are also known in the form of arrays consisting of several individually controllable cells.
  • LCD elements electrochromic elements (ECD) or suspended particles (SPD), which are defined when voltage is applied, are used.
  • ECD electrochromic elements
  • SPD suspended particles
  • variable light transmissive cells which constitute a set of individual variable light transmissive cells, at one or more selected locations suitable for achieving the camera's anti-glare protection, are placed in the optical Path introduced in front of the image sensor.
  • the position and the size of the cells or the cell arrays is determined in such a way that the entire image area or the image area required for the corresponding application is covered.
  • the element with variable light transmission is designed such that each pixel of the image sensor is associated with one or more cells of the controllable element with variable light transmission.
  • a cell is associated with multiple pixels, with multiple cells needed for the entire relevant image.
  • the translucency of the elements is dynamically adjusted, i. reduced if necessary to have no or only a few pixels of the image sensor that are in or near saturation.
  • the light transmittance may be continuous or only incrementally between a maximum and a minimum
  • Permeability level can be varied. For elements that can only assume two states, intermediate states, i. Conditions with a light transmission between the two extreme values realized by an arrangement of smaller cells is used. The number of cells in one or the other state results in the intermediate values for the
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a block diagram with a flow chart, on which the basic procedure is illustrated.
  • FIG. 1 shows the sensor 10 of a camera system as well as the optical light incidence path 12.
  • an element 14 is provided which consists of at least one cell with controllable light transmission. This element 14 is inserted in the optical path 12 between the scene taken by the sensor and the sensor itself.
  • the sensor is in the preferred embodiment part of a camera system for use in motor vehicles.
  • the automatic control of the element 14 is carried out by a
  • Control system 16 This consists essentially of the modules Image Capture 18, Image Analysis 20 and Control 22.
  • the process performed in the control system 16 is as follows.
  • the image acquisition module 18 supplies image data of the sensor to the image analysis module 20 at a selected data rate, or in a predetermined image clock cycle. The maximum rate or the maximum clock depends on the used
  • the image analysis module 20 includes an algorithm that computes a desired light transmittance of the corresponding controllable cell (s) for the acquired image transmitted by the acquisition module 18 or for subregions of the image associated with a corresponding cell or cells of the element 14 , This is preferably done by having a
  • Gray value distribution of the image or of partial areas of the image is determined. Thereupon, the center of gravity (or mean value) of this gray value distribution is determined and compared with a predetermined desired value. The deviation of the gray scale centroid from the desired value is then e.g. by means of a table in which the deviation is assigned to a value, into a control value for
  • Actuation of the corresponding cell (s) of the element 14 implemented.
  • the desired value of the gray value distribution can also be dependent on the time of day and / or the global light conditions. It must also be considered that a certain amount of time elapses in the element 14 to achieve the desired light transmission values. This time constant, which depends mainly on the technology used for the element 14, is to be considered in the design of the control circuit shown in FIG. For color images, proceed according to the procedure described above.
  • control value determined from the described manner in the case of an element 14 consisting of several controllable cells, together with a value for the cells to be controlled (for example coordinate values), is fed to the control module 22. This converts the supplied value into corresponding drive signals for the affected cell (s).
  • the element 14 consists of one or several, individually controllable cells with variable light transmission. Depending on the design, these cells are arranged, for example, in a rectangular array, ie in a matrix with identical or different rectangular cells, or in a type of honeycomb array, ie a matrix of identical hexagonal cells. The arrangement of the cells takes place in such a way that the selected areas of the image or the image sensor are covered, in particular an assignment of cells to one or more pixels of the image sensor. Another division of the cell array of the element 14 is also possible.
  • Figures 2 to 6 show various configurations of an image acquisition system in a motor vehicle using a camera and an element of controllable light transmission consisting of one or more cells.
  • Element 14 is not part of the camera arrangement, and a second, in which the element 14 is part of the camera arrangement itself.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment. Shown is a windshield 24. Behind this windshield 24, a camera 26 is arranged, which essentially comprises a diaphragm 28, a lens 30 and an image sensor 32. Light 34 falls through the windshield 24 onto the camera aperture 28 and is imaged on the image sensor 32 in the camera via an objective 30.
  • the image sensor 32 such as a CMOS image sensor, has a plurality of pixels that are excited by the incident light to produce image information. The image acquired in this way is then further processed as shown in FIG.
  • a controllable element 36 is provided, which consists of one or more controllable cells. These cells are individually controlled and change their light transmission when activated.
  • the light transmitting element 36 is disposed inside the camera 26 in a plane immediately in front of the image sensor mounted at a focal point of the lens 30.
  • the variable light transmittance element is configured such that the light incident on each pixel of the image sensor can be affected by the corresponding upstream cell of the controllable light transmittance element. In the event that the cell boundaries of the element do not correspond exactly to the boundaries of the pixels, the light striking a pixel is affected by several associated cells.
  • FIGS. 8 to 10 show exemplary embodiments for the assignment of the cells of FIG.
  • FIG. 8 shows a configuration in which the dimensions of the cells 36a of the variable light transmittance element (VLT cells) are identical to those of FIGS Sensor pixels 32a are. This results in a 1: 1 assignment of the cells to the pixels, which allows to control the incident light individually for each pixel.
  • VLT cells variable light transmittance element
  • FIG. 9 shows an embodiment in which the VLT cell dimensions are larger than those of the sensor pixels.
  • I n assignment of the cells 36a (gray, white) to the pixels 32a. This controls the incident light for a cluster of neighboring pixels.
  • each VLT cell 36a (gray, white, dashed) allows controlling the incident light for a particular area of the sensor corresponding to a variable cluster of adjacent pixels 32a.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment for the arrangement of the element with controllable light transmission.
  • this element is still part of the camera assembly and is installed in the beam path.
  • Figure 3 shows the incident light 34, which falls over the windshield 24 of the vehicle on the aperture 28 of the camera 26. There, the light is focused on the objective 30 and imaged on the image sensor 32 via an additional lens 38.
  • VLT element 36 is arranged in the focal plane of the objective 30 and the lens 38.
  • the additional lens 38 serves to construct an intermediate image of the image sensor plane in the focal plane of the camera lens.
  • the arrangement of the VLT element 36 in this place has the advantage over the arrangement in Figure 2 of a higher expediency, in particular of a favorable construction. In this case, the same functionality as described in the embodiment of Figure 2 is achieved.
  • VLT element 36 is arranged in the region of the aperture of the camera 26, preferably applied to the diaphragm (outside or inside). This makes it possible to modify the Lihttransmission locally in each point of the aperture. This affects the amount of light that reaches each sensor pixel. In this embodiment, by means of a single VLT cell covering the entire aperture and thus achieving control of the global exposure of the sensor.
  • VLT cells are used to achieve variable aperture transmittance (so-called apodization, ie, enhancement of the resolving power of an optical layer through an absorbing layer in the entrance aperture). This allows a corresponding spatial filter effect to achieve, for example, improvements in image contrast.
  • Element 36 is not in the image, i. Sensor level or an optical conjugate plane is arranged.
  • FIG. 5 Another embodiment for mounting the VLT element is shown in FIG. 5.
  • the VLT element 36 is mounted on the inside of the windshield 24 of the vehicle, e.g. glued.
  • the other elements correspond to the elements which have already been described with reference to FIG.
  • the camera is arranged, for example, behind the rearview mirror on the windshield.
  • the camera is behind another pane of the vehicle, e.g. Rear window, side window, etc.
  • FIG. 6 shows a further embodiment in which the VLT element 36 in the windshield 24 of the motor vehicle (or in another disc of
  • FIG. 7 clarifies this. It shows an incident light beam 45 which is attenuated by a selected VLT cell 47 of the VLT element 36 which is mounted on the windshield 24. This light beam is imaged on the sensor 32 via the lens 30 of the camera. The associated pixel 49 detects less light according to the attenuation, but neighboring pixels are affected by the overlap of
  • the camera within a headlight or a tail light, for example, behind the outer lens, installed.
  • the VLT element is integrated on the inside of the lens or in the lens itself. This configuration is analogous to that discussed above with reference to FIGS. 5 and 6.
  • VLT element As possible technologies for the VLT element will depend on the design and
  • ECD electrochromic elements
  • SPD Suspended Partical Devices

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Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beeinflussung des auf einen Bildsensor (10) auftreffenden Lichts, insbesondere einem Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, bei welchem eine Kamera und ein steuerbares Element (14) vorgesehen sind, welches aus wenigstens einer Zelle mit steuerbarer variabler Lichttransmission besteht. Dieses Element (14) wird derart gesteuert, dass über-bzw. zu hoch belichtete Bildbereiche abgeschwächt werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Beeinflussung des auf einen Bildsensor auftreffenden
Lichts
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beeinflussung des auf einen Bildsensor auftreffenden Lichts, insbesondere in Verbindung mit einem Kamerasystem für Kraftfahrzeuge.
In vielen Anwendungen werden Kamerasysteme eingesetzt, welche Bilder einer Umgebung aufnehmen. Aus den aufgenommenen Bildern werden dann beispielsweise mittels Bildanalyse Reaktionen abgeleitet oder aber die aufgenommenen Bildsequenzen abgespeichert. Besondere Anwendungsgebiete sind dabei im Bereich der Kraftfahrzeuge Fahrerassistenzsysteme oder außerhalb der Kraftfahrzeuganwendung Videoüberwachungssysteme. Ein wichtiger Aspekt bei derartigen Systemen ist, dass die von der Kamera aufgenommenen Bilder unter verschiedenen Bedingungen wie
Tageslicht, in der Nacht oder Dämmerung oder unter speziellen Wetterbedingungen eine für die Anwendung ausreichende Qualität aufweisen müssen, insbesondere auswertbar sein müssen. Von besonderer Bedeutung sind dabei Maßnahmen, welche die Kamera vor Blendung, Überbelichtung, etc. schützen. Dies gilt vor allem in Verbindung mit Fahrerassistenzsystemen für Kraftfahrzeuge, bei denen durch Sonneneinstrahlung und/oder Reflexionen häufiger Blendungen auftreten können.
Die Kameras, die in den oben genannten Anwendungsgebieten eingesetzt werden, umfassen in der Regel ein Objektiv und einen Bildsensor und müssen nach dem oben Gesagten in die Lage versetzt sein, ein Bild mit für die Anwendung ausreichender Qualität unter allen für die Anwendung wesentlichen Bedingungen zu liefern. Insbesondere gilt dies auch bei Blendungen oder bei ernsthaften Störungen im Bild, beispielsweise durch direkten Blick der Kamera in die Sonne, Blendungen durch entgegenkommende Fahrzeuge oder durch Reflexionen von Fahrzeuglichtern auf nasser Fahrbahn, etc. Charakteristisch für diese Situationen ist, dass das gesamte Bild oder ein
Teil davon überbelichtet ist, während im Falle von überbelichteten Teilbereichen des Bildes andere Teile des Bildes dunkel sind. Um Bilder zu erreichen, die auch in den oben genannten Situationen auswertbar sind, muss eine auswertbare Information sowohl bei geringen als auch bei hellen Belichtungsverhältnissen bereitgestellt werden. Daraus ergibt sich für das Kamerasystem die Anforderung, einen hohen dynamischen
Belichtungsbereich abzudecken, Sättigungen der Pixel des Bildsensors zu vermeiden und eine Störung benachbarter Pixel zu verhindern.
Aus der WO 99/62732 Al ist bekannt, durch abdunkelbare Bereiche auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs Blendungen des Fahrers zu unterdrücken.
Vorteile der Erfindung
Durch das Anbringen wenigstens eines Elements mit steuerbarer Lichttransmission im Erfassungsbereich des Bildsensors wird in vorteilhafter Weise eine dynamische
Verringerung der Beleuchtung bzw. Belichtung des Sensors immer dann bereit gestellt, wenn diese Verringerung notwendig ist.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass dies auch bei Teilbildern erfolgen kann, so dass eine Verringerung der Beleuchtungs- bzw. Belichtungsstärke nur in dem tatsächlich betroffenen Bereich des Bildes erfolgt.
Durch die Verwendung von elektrisch steuerbaren Elementen mit variabler Lichtdurchlässigkeit ergeben sich günstige Einbaubedingungen, so dass kein zusätzlicher Platz erforderlich ist. Ferner lassen sich durch die an sich bekannten Elemente eine
Massenproduktion mit vertretbaren Kosten realisieren.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen. Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsformen näher erläutert. Figur 1 zeigt ein prinzipielles Ablaufdiagramm zur Steuerung eines Elements mit variabler Lichtdurchlässigkeit in Verbindung mit einem Kamerasystem. In den Figuren 2 bis 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele für den Einbau eines Elements mit variabler Lichtdurchlässigkeit dargestellt.
Die Figuren 7 bis 10 zeigen verschiedene Ausführungen hinsichtlich der Ausgestaltung der Zuordnung steuerbarer Zellen des Elements und Sensorbereichen (z.B. Pixels) des
Bildsensors.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Um optimal die Empfindlichkeit des in der Kamera verbauten Bildsensors auszunutzen, ist es notwendig, einen Weg zu finden, mit dessen Hilfe das einfallende Licht von überbelichteten Bereichen einer aufgenommenen Szene dynamisch, d.h. kontinuierlich oder diskret veränderbar, begrenzt werden kann. Grundgedanke ist, diese Anforderung dadurch zu erfüllen, dass Elemente mit steuerbarer Lichtdurchlässigkeit in den optischen Pfad der Kamera eingebracht werden. Derartige steuerbare Elemente mit variabler
Lichtdurchlässigkeit abhängig von einem anliegenden Steuersignal sind auch in Form von Arrays bekannt, die aus mehreren individuell Steuerbaren Zellen bestehen. Beispielsweise werden hierzu LCD-Elemente, elektrochrome Elemente (ECD) oder Elemente mit Schwebstoffen (SPD, Suspended Partical Device), die sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung definiert ausrichten, verwendet.
Um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen wird ein oder mehrere derartiger Elemente, die einen Satz von einzelnen steuerbaren Zellen mit variabler Lichttransmission darstellen, an einer oder mehreren ausgewählten Positionen, die für das Erzielen des Blendschutzes bzw. Überbelichtungsschutzes der Kamera geeignet sind, in den optischen Pfad vor dem Bildsensor eingebracht. Die Position und die Größe der Zellen bzw. der Zellen- Arrays wird dabei derart festgelegt, dass der gesamte Bildbereich oder der für die entsprechende Anwendung benötigte Bildbereich abgedeckt ist. Die Position des Elements (im Folgenden auch VLT-Element (VLT = variable light transmission) genannt) ist dabei im optischen Pfad zwischen Bildsensor der beobachteten - A -
Szene. In einer bevorzugten Ausführung wird dabei das Element mit variabler Lichttransmission derart ausgestaltet, dass jeder Pixel des Bildsensors einer oder auch mehreren Zellen des steuerbaren Elements mit variabler Lichtdurchlässigkeit zugeordnet ist. In einer anderen vorteilhaften Ausführung wird eine Zelle mehreren Pixel zugeordnet, wobei mehrere Zellen für das gesamte relevante Bild benötigt werden. Während des
Betriebs des Kamerasystems wird die Lichtdurchlässigkeit der Elemente dynamisch angepasst, d.h. wenn erforderlich reduziert, um keine oder nur wenige Pixel des Bildsensors zu haben, die sich in oder nahe der Sättigung befinden. In Abhängigkeit der für die Elemente verwendete Technologie kann die Lichtdurchlässigkeit kontinuierlich oder nur stufenweise zwischen einem maximalen und einem minimalen
Durchlässigkeitsniveau variiert werden. Bei Elementen, die lediglich zwei Zustände einnehmen können, werden Zwischenzustände, d.h. Zustände mit einer Lichtdurchlässigkeit zwischen den beiden Extremwerten dadurch realisiert, dass eine Anordnung von kleineren Zellen verwendet wird. Die Anzahl der in dem einen oder dem anderen Zustand sich befindenden Zellen ergibt dabei die Zwischenwerte für die
Lichtdurchlässigkeitswerte des Zellenclusters.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild mit Ablaufdiagramm, an welchem die grundsätzliche Vorgehensweise dargestellt ist. Figur 1 zeigt den Sensor 10 eines Kamerasystems sowie den optischen Lichteinfallspfad 12. Ferner ist ein Element 14 vorgesehen, welches aus wenigstens einer Zelle mit steuerbarer Lichtdurchlässigkeit besteht. Dieses Element 14 ist im optischen Pfad 12 zwischen der vom Sensor aufgenommenen Szene und dem Sensor selbst eingefügt. Der Sensor ist dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel Bestandteil eines Kamerasystems für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Die automatische Steuerung des Elements 14 erfolgt durch ein
Steuersystem 16. Dieses besteht im wesentlichen aus den Modulen Bilderfassung 18, Bildanalyse 20 und Steuerung 22. Das in dem Steuersystem 16 durchgeführte Verfahren ist wie folgt. Das Bilderfassungsmodul 18 liefert Bilddaten des Sensors zum Bildanalysemodul 20 mit einer ausgewählten Datenrate, bzw. in einem vorgegeben Bilstakt. Die maximale Rate bzw. der maximale Takt hängt dabei an von der verwendeten
Sensortechnologie, beispielsweise ob der Sensor ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor ist, und der möglicherweise notwendigen Integrationszeit bis zum Abschluss der Bildaufnahme ab. Das Bildanalysemodul 20 umfasst einen Algorithmus, der für das erfasste und vom Erfassungsmodul 18 übermittelte Bild oder für Teilbereiche des Bildes, wobei der entsprechende Bildbereich einer entsprechenden Zelle oder entsprechenden Zellen des Elements 14 zugeordnet ist, eine gewünschte Lichtdurchlässigkeit der entsprechenden steuerbaren Zelle(n) errechnet. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass eine
Grauwertverteilung des Bildes bzw. von Teilbereichen des Bildes ermittelt wird. Darauf hin wird der Schwerpunkt (oder Mittelwert) dieser Grauwertverteilung ermittelt und mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen. Die Abweichung des Grauwerteschwerpunktes von dem gewünschten Wert wird dann z.B. mittels einer Tabelle, in der die Abweichung einem Wert zugeordnet ist, in einen Steuerwert zur
Ansteuerung der entsprechenden Zelle(n) des Elements 14 umgesetzt. Der gewünschte Wert der Grauwertverteilung kann dabei auch abhängig sein von der Tageszeit und/oder den globalen Lichtverhältnissen. Ferner muss berücksichtigt werden, dass zum Erreichen der gewünschten Lichtdurchlässigkeitswerte im Element 14 eine gewissen Zeitdauer verstreicht. Diese Zeitkonstante, die hauptsächlich von der verwendeten Technologie für das Element 14 abhängig ist, ist bei der Auslegung des in Figur 1 dargestellten Regelkreises zu berücksichtigen. Bei Farbbildern wird entsprechend der oben dargestellten Vorgehensweise verfahren.
Der aus die beschriebene Weise ermittelte Steuerwert, bei einem aus mehreren steuerbaren Zellen bestehenden Element 14 zusammen mit einem Wert für die zu steuernden Zellen (z.B. Koordinatenwerte), wird dem Steuerungsmodul 22 zugeführt. Dieses setzt die zugeführten Wert in entsprechende Ansteuersignale für die betroffene(n) Zelle(n) um.
Je nach Ausführung besteht das Element 14 aus einer oder verschiedenen, individuell steuerbaren Zellen mit veränderlicher Lichttransmission. Diese Zellen werden je nach Ausführung beispielsweise in einem rechteckigen Array angeordnet, d.h. in einer Matrix mit identischen oder verschiedenen rechteckigen Zellen, oder in einer Art Wabenarray, d.h. einer Matrix von identischen hexagonalen Zellen. Die Anordnung der Zellen erfolgt dabei derart, dass die ausgewählten Bereiche des Bildes bzw. des Bildsensors abgedeckt sind, insbesondere erfolgt eine Zuordnung von Zellen zu einem oder mehreren Pixeln des Bildsensors. Eine andere Aufteilung des Zellenarrays des Elements 14 ist ebenso möglich. Die Figuren 2 bis 6 zeigen verschiedene Konfigurationen eines Bilderfassungssystems in einem Kraftfahrzeug unter Verwendung einer Kamera sowie eines aus einer oder mehreren Zellen bestehenden Elements mit steuerbarer Lichtdurchlässigkeit.
Dabei werden zwei Hauptkonfigurationen unterschieden, nämlich eine erste, bei der das
Element 14 nicht Bestandteil der Kameraanordnung ist, und eine zweite, in der das Element 14 Bestandteil der Kameraanordnung selbst ist.
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist eine Windschutzscheibe 24. Hinter dieser Windschutzscheibe 24 ist eine Kamera 26 angeordnet, die im Wesentlichen eine Blende 28, ein Objektiv 30 sowie einen Bildsensor 32 umfasst. Licht 34 fällt durch die Windschutzscheibe 24 auf die Kamerablende 28 und wird in der Kamera über ein Objektiv 30 auf den Bildsensor 32 abgebildet. Der Bildsensor 32, beispielsweise ein CMOS-Bildsensor, weist eine Vielzahl von Pixeln auf, die durch das auftreffende Licht angeregt werden zur Erzeugung von Bildinformationen. Das auf diese Weise erfasste Bild wird dann wie in Figur 1 dargestellt, weiterverarbeitet. Ferner ist in Figur 2 unmittelbar vor dem Bildsensor, in einem Ausführungsbeispiel auf den Bildsensor aufgebracht, ein steuerbares Element 36 vorgesehen, welches aus einer oder mehreren steuerbaren Zellen besteht. Diese Zellen werden individuell angesteuert und verändern bei Ansteuerung ihre Lichtdurchlässigkeit. In dieser gezeigten Ausführung ist das seine Lichtdurchlässigkeit verändernde Element 36 innerhalb der Kamera 26 angeordnet und zwar in einer Ebene unmittelbar vor dem Bildsensor, der in einem Brennpunkt des Objektivs 30 angebracht ist. In dieser Konfiguration wird in einer Ausführung das Element mit variabler Lichtdurchlässigkeit derart ausgestaltet, dass das auf jeden Pixel des Bildsensors auftreffendes Licht durch die korrespondierende vorgeschaltete Zelle des Elements mit steuerbarer Lichtdurchlässigkeit beeinflusst werden kann. Für den Fall, dass die Zellgrenzen des Elements nicht exakt mit den Grenzen der Pixel korrespondieren, wird das auf einen Pixel auftreffende Licht durch mehrere zugeordnete Zellen beeinflusst.
Die Figuren 8 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele für der Zuordnung der Zellen des
Elements mit steuerbarer Lichtdurchlässigkeit und den Pixeln des Bildsensors.
Figur 8 zeigt eine Ausgestaltung, in welcher die Dimensionen der Zellen 36a des Elements 36 mit variabler Lichtdurchlässigkeit (VLT-Zellen) identisch zu denen der Sensorspixel 32a sind. Es ergibt sich somit eine 1:1 Zuordnung der Zellen zu den Pixeln, welche erlaubt, das einfallende Licht individuell für jeden Pixel zu steuern.
Figur 9 zeigt eine Ausführung, in der die VLT-Zelldimensionen größer sind als die der Sensorpixel. In diesem Fall besteht eine l:n Zuordnung der Zellen 36a (grau, weiß) zu den Pixeln 32a. Damit wird das einfallende Licht für ein Cluster von benachbarten Pixeln gesteuert.
Eine weitere Ausführung zeigt Figur 10. In dieser Ausführung sind die Zellen des VLT- Elements 36 so angeordnet, dass eine spezifische Aufteilung der Belichtungsfelder erreicht wird. In diesem Falle erlaubt jede VLT-Zelle 36a (grau, weiß, gestrichelt), das einfallende Licht für einen bestimmten Bereich des Sensors zu steuern, der einen veränderlichen Cluster von benachbarten Pixeln 32a entspricht.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Anordnung des Elements mit steuerbarer Lichtdurchlässigkeit. In der Ausführung nach Figur 3 ist dieses Element weiterhin Bestandteil der Kameraanordnung und ist in deren Strahlengang eingebaut. Figur 3 zeigt das einfallende Licht 34, welches über die Windschutzscheibe 24 des Fahrzeugs auf die Blende 28 der Kamera 26 fällt. Dort wird das Licht über das Objektiv 30 fokussiert und über eine zusätzliche Linse 38 auf den Bildsensor 32 abgebildet. Das
VLT-Element 36 ist dabei in der Fokusebene des Objektivs 30 und der Linse 38 angeordnet. Die zusätzliche Linse 38 dient zum Aufbau eines Zwischenbildes der Bildsensorebene in der Fokusebene des Kameraobjektivs. Die Anordnung des VLT- Elements 36 an diesem Platz hat gegenüber der Anordnung in Figur 2 den Vorteil einer höheren Zweckdienlichkeit, insbesondere einer günstigen Konstruktion. Dabei wird die gleiche Funktionalität wie im Ausführungsbeispiel der Figur 2 beschrieben erreicht.
Eine weitere Anordnung des VLT-Elements zeigt das Ausführungsbeispiel der Figur 4. Auch hier fällt Licht 34 über die Windschutzscheibe des Fahrzeugs 24 auf die Blende 28 einer Kamera 26. Die Kamera besteht wie bereits anhand Figur 2 dargestellt im wesentlichen aus Objektiv 30 und Sensorelement 32. In dieser Konfiguration wird das VLT-Element 36 im Bereich der Blende der Kamera 26 angeordnet, vorzugsweise auf die Blende (außen oder innen) aufgebracht. Dadurch wird es möglich, die Lihttransmission lokal in jedem Punkt der Blende zu modifizieren. Dies beeinflusst die Lichtmenge, die jeden Sensorpixel erreicht. In dieser Ausführung kann mittels einer einzigen VLT-Zelle die gesamte Blende bedeckt werden und so eine Steuerung der globalen Belichtung des Sensors erreicht werden. In einer anderen Ausführung werden mehrere VLT-Zellen eingesetzt, um eine variable Durchlässigkeit der Blende zu erreichen (sogenannte Apodisation, d.h. die Verbesserung des Auflösungsvermögens einer optischen Schicht durch eine absorbierende Schicht in der Eintrittsblende). Dies erlaubt einen entsprechenden räumlichen Filtereffekt, um beispielsweise Verbesserungen im Bildkontrast zu erreichen.
Im Allgemeinen muss bei der Anordnung des VLT-Elements 36 im Lichtpfad beachtet werden, dass die räumliche Filterung des erhaltenen Bildes auftritt, sobald das VLT-
Element 36 nicht in der Bild-, d.h. Sensorebene oder einer optisch konjugierenden Ebene angeordnet ist.
Eine weitere Ausführung zur Anordnung des VLT-Elements zeigt Figur 5. In diesem Fall ist das VLT-Element 36 auf der Innenseite der Windschutzscheibe 24 des Fahrzeugs angebracht, z.B. geklebt. Die anderen Elemente entsprechen den Elementen, die bereits anhand von Figur 2 beschrieben wurden. In dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kamera beispielsweise hinter dem Rückspiegel an der Windschutzscheibe angeordnet. In anderen Ausführung befindet sich die Kamera hinter einer anderen Scheibe des Fahrzeugs, z.B. Rückscheibe, Seitenscheibe, etc. Auch in diesem Fall kann es vorteilhaft sein, das VLT-Element 36 wie in Figur 5 gezeigt an der inneren Oberfläche des Fensters anzubringen.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem das VLT-Element 36 in der Windschutzscheibe 24 des Kraftfahrzeugs (oder in eine andere Scheibe des
Kraftfahrzeugs) integriert ist.
In diesen Konfigurationen wird zwar erreicht, dass das auf den zugeordneten Sensorpixel einfallende Licht durch eine Veränderung der Durchlässigkeit der ausgewählten VLT- Zelle beeinflusst wird. Es ist jedoch zu beachten, dass wegen der Überlappung der
Lichtstrahlen, die auf benachbarte Pixel einfallen, eine Abschwächung der Belichtung für einen Pixel bzw. Bereich von Pixeln teilweise auch die Nachbarspixel bzw. die Nachbarbereiche beeinträchtigt. Auf diese Weise entsteht eine Beeinflussungszone der VLT-Zelle 36 im Sensor. Figur 7 verdeutlicht dies. Sie zeigt einen einfallenden Lichtstrahl 45, der durch eine ausgewählte VLT-Zelle 47 des VLT-Elements 36, welches an der Windschutzscheibe 24 angeordnet ist, abgeschwächt wird. Dieser Lichtstrahl wird über das Objektiv 30 der Kamera auf den Sensor 32 abgebildet. Der zugeordnete Pixel 49 erfasst entsprechend der Abschwächung weniger Licht, Nachbarpixels werden jedoch durch die Überlappung von
Lichtstrahlen ebenfalls beeinträchtigt. Es entsteht so eine Beeinflussungszone 50 auf dem Sensor, deren Belichtung durch die Steuerung einer VLT-Zelle abgeschwächt ist.
In einer weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Ausführung ist die Kamera innerhalb eines Scheinwerfers oder einer Rückleuchte, beispielsweise hinter der äußeren Linse, eingebaut. In diesem Fall wird das VLT-Element auf der Innenseite der Linse oder in die Linse selbst integriert. Diese Konfiguration ist analog zu der vorstehend diskutierten anhand der Figuren 5 und 6.
Als mögliche Technologien für das VLT-Element werden je nach Ausführung und
Anwendungsgebiet LCD-Elemente, elektrochrome Elemente (ECD) oder Elemente mit Schwebstoffen, sogenannte Suspended Partical Devices (SPD) eingesetzt. Kriterien für die Auswahl sind der Bereich, innerhalb dessen die Lichttransmission verändert werden kann, die Auflösung und die Abmessungen des VLT-Arrays und die dynamischen Eigenschaften des Elements, beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Beeinflussung des auf einen Bildsensor auftreffenden Lichts, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug, mit einem Bildsensor (32) und mit einem Element (36) mit steuerbarer Lichttransmission, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (36) derart angeordnet ist, dass das auf den Bildsensor (32) auftreffende
Licht zumindest teilweise abschwächbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (36) aus mehreren Zellen besteht, welche individuell steuerbar sind, und welche einem oder mehreren Bildsensorpixel zugeordnet sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (36) unmittelbar vor dem Bildsensor (32) angebracht ist bzw. auf diesen aufgebracht ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (32) Teil einer Kamera (26) ist und das Element (36) im Strahlengang der Kamera nach dem Objektiv und vor dem Sensor in einer Fokusebene des Objektivs angebracht ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Linse (38) vorgesehen ist, welche ein Zwischenbild auf den Bildsensor (32) abbildet und in deren Ebene das Element (36) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (36) im Bereich der Außenblende der Kamera angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (26) hinter einer Scheibe oder eine Linse, insbesondere der
Windschutzscheibe oder einem Fahrzeugscheinwerfer, angeordnet ist, wobei das Element (36) an der Innenseite der Scheibe oder Linse angebracht ist oder in die Scheibe oder Linse integriert ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen des Elements (36) derart gestaltet sind, dass eine 1:1 Zuordnung der Zellen und der Bildsensorpixel erfolgt, oder dass eine l:n Zuordnung erfolgt oder dass die Zellen wählbaren Bereichen des Bildsensors (32) zugeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bildanalysemodul (20) vorgesehen ist, welches auf der Basis des vom Bildsensor (32) erfassten Bildes Steuersignale für das steuerbare Element (14) mit variabler Lichttransmission erzeugt, derart, dass eine Überbelichtung bzw. zu große Belichtung vermieden wird.
10. Verfahren zur Beeinflussung des auf einen Bildsensor auftreffenden Lichts, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei ein Bildsensor (32) ein Bild einer vor ihm liegenden Szene aufnimmt und wobei ein Element (14, 36), welches aus wenigstens einer Zelle mit einer steuerbaren, variablen Lichttransmission besteht, gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Analyse des von dem
Bildsensors (32) aufgenommenen Bildes festgestellt wird, ob wenigstens ein Bildbereich zu hoch bzw. überbelichtet ist und wobei ein Steuersignal für das steuerbare Element (14, 36) erzeugt wird, wenn ein solcher Bereich erkannt wurde, derart, dass die Belichtung wenigstens dieses Bereichs reduziert wird.
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