DE69802511T2

DE69802511T2 - Steuerungssystem um fahrzeugscheinwerfer automatisch zu dimmen

Info

Publication number: DE69802511T2
Application number: DE69802511T
Authority: DE
Inventors: H Bechtel; K Roberts; S Stam
Original assignee: GENTEX CORP; Gentex Corp Zeeland
Current assignee: GENTEX CORP; Gentex Corp Zeeland
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JP3568210B2; CA2284496A1; EP1129902A2; US6255639B1; ATE256576T1; EP0971829B1; ATE208719T1; ES2167879T3; KR20010005899A; US5837994A; US20060091813A1; CA2284496C; EP1129902B1; EP0971829A1; KR100493581B1; DE69802511D1; US6919548B2; US20050242740A1; EP1129902A3; DE69820682D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum automatischen Abblenden von Fahrzeugfernlichtscheinwerfern, und insbesondere auf ein System, welches ein verbessertes optisches System und ein Bildverarbeitungssystem umfasst, wobei das optische System dazu angepasst ist, sowohl die horizontale als auch die vertikale Position von Lichtstrahlen innerhalb eines vorbestimmten Sichtfeldes zu unterscheiden 2 und die Lichtstrahlen auf einer Pixelsensor-Matrix räumlich zu trennen, um verbesserte Unterscheidung von Fahrzeugscheinwerfern und Fahrzeugrücklichtern relativ zu anderen Umgebungslichtquellen vorzusehen. Das Bildverarbeitungssystem stellt ferner eine Unterscheidung von Umgebungslichtquellen bereit, um automatisch Fahrzeugfernlichtscheinwerfer in Abhängigkeit von der Winkelposition eines anderen Fahrzeugs relativ zu dem Kontrollfahrzeug abzublenden.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Durch das United States Department of Transportation (DOT) dargelegte Vorschriften regulieren die Lichternissionen von Fahrzeugfernlichtscheinwerfern. Verschiedene Staatsvorschriften werden verwendet, um die durch Fahrer anderer Fahrzeuge erfahrene Menge an grellem Licht zu regeln, ganz gleich, ob das Fahrzeug in der gleichen Richtung wie das gesteuerte Fahrzeug oder in einer entgegengesetzten Richtung fährt.
Emissionen bekannter Fahrzeugfernlichtscheinwerfer in Übereinstimmung mit den DOT Vorschriften sehen eine Intensität von 40.000 cd bei 0 Grad, 10.000 cd bei 3 Grad, 3250 cd bei 6 Grad, 1500 cd bei 9 Grad und 750 cd bei 12 Grad vor. Ein Beispiel eines solchen Emissionsmusters ist in Fig. 1 dargestellt. Um eine auf andere Fahrzeuge einfallende Beleuchtungsstärke von 0,5 Fuß-Kerzen (fc) zu vermeiden, sollten die Fahrzeugfernlichtscheinwerfer abgeblendet werden innerhalb von 230 Fuß zu einem anderen Fahrzeug bei 0 Grad, innerhalb von 115 Fuß zu einem anderen Fahrzeug bei einer horizontalen Position von 3 Grad relativ zu dem Nullpunkt, und innerhalb von 65 Fuß, falls die Position des anderen Fahrzeugs 6 Grad relativ zu dem gesteuerten Fahrzeug ist.
Verschiedene bekannte Scheinwerferabblendsteuer/regelsysteme sind im Stand der Technik bekannt. Um zu verhindern, dass Fahrer anderer Fahrzeuge übermäßigen grellen Lichtpegeln ausgesetzt sind, müssen derartige automatische Scheinwerferabblendsysteme sowohl die Scheinwerfer als auch die Rücklichter anderer Fahrzeuge wahrnehmen. Während viele bekannte Systeme zum Erfassen von Scheinwerfern von entgegenkommenden Fahrzeugen hinreichend fähig sind, ist es bei solchen Systemen bekannt, dass sie unzureichend die Rücklichter von Fahrzeugen wahrnehmen, die vor dem Kontrollfahrzeug fahren. An sich sind solche Systeme nicht fähig, die Fernlichtscheinwerfer rechtzeitig automatisch abzublenden, um zu verhindern, dass Fahrer der in derselben Richtung wie das gesteuerte Fahrzeug fahrenden Fahrzeuge übermäßigen grellen Lichtpegeln ausgesetzt werden.
Die US-Patent Nr. 5,537,003, welche demselben Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung zugewiesen ist, offenbart ein automatisches Scheinwerferabblendsystem, welches ein optisches System zur Wahrnehmung von Rücklichtern als auch Scheinwerfern umfasst. Das '003-Patent offenbart eine einzelne Fotodiode mit einer mechanischen Scan-Anordnung zum Scannen eines vorbestimmten Sichtfeldes. Obwohl das System eine relativ geeignete Wahrnehmung von Scheinwerfern als auch Rücklichtern bereitstellt, ist das optische Subsystem eher kompliziert und teuer herzustellen.
WO 86/05147 beschreibt eine Vorrichtung zur automatischen und selektiven Lichtsteuerung/regelung von Scheinwerfern von Fahrzeugen, welche mit einem lichtempfindlichen Detektor ausgestattet ist, die die Verteilung/Intensität von Licht in dem Bereich vor dem Fahrzeug erfasst, und welche das Lichtverteilungsmuster der Scheinwerfer des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit der Verteilung/Intensität des erfassten Lichts steuert/regelt. Jedoch löst die WO 86105147 nicht die Probleme der Erfassung von Rücklichtern von Fahrzeugen, von unbeweglichen Lichtquellen und reflektiertem Licht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unterschiedliche Probleme im Stand der Technik zu lösen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugscheinwerferabblendsystem bereitzustellen, welches die Notwendigkeit für mechanische optische Scan-Systeme beseitigt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Scheinwerferabblendsystem bereitzustellen, welches angepasst ist, die Fernlichtscheinwerfer bei unterschiedlichen Abständen in Abhängigkeit von der horizontalen Winkelposition eines anderen Fahrzeugs relativ zu dem gesteuerten Fahrzeug abzublenden.
Kurz gesagt, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Fahrzeugscheinwerferabblendsystem. Das System umfasst ein optisches System und ein Bildverarbeitungssystem. Das optische System ist konfiguriert, um zwischen Scheinwerfern und Rücklichtern zu unterscheiden und die Lichtstrahlen von den Scheinwerfern und Rücklichtern auf unterschiedliche Abschnitte einer Pixelsensor Matrix zu fokussieren. Sowohl das optische System als auch das Bildverarbeitungssystem sieht eine relativ gesteigerte Unterscheidung von Scheinwerfern und Rücklichtern anderer Fahrzeuge vor und ermöglicht auch, die Fernlichtscheinwerfer des Kontrollfahrzeugs in Abhängigkeit vom Abstand als auch der horizontalen Winkelposition von anderen Fahrzeugen relativ zu dem gesteuerten Fahrzeug zu steuern/regeln.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Steuer/Regelsystem zum automatischen Steuern/Regeln des Zustandes der Scheinwerfer eines gesteuerten Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Steuer/Regelsystem umfasst:
ein optisches System zur Abbildung externer Lichtquellen innerhalb eines vorbestimmten Sichtfeldes; und
ein Bildverarbeitungssystem zum Verarbeiten von Bildern des optischen Systems und zur Bereitstellung eines Steuer/Regelsignals, das den Zustand der Scheinwerfer steuert/regelt,
dadurch gekennzeichnet, dass das optische System konfiguriert ist, um selektiv ein oder mehrere vorbestimmte Spektralbänder innerhalb des Sichtfeldes zu übertragen und dass das Abbildungssystem ein Steuer/Regelsignal vorsieht, das den Zustand der Scheinwerfer in Abhängigkeit von der relativen Ausgabe von Pixeln, welche das gleiche Lichtspektralband abbilden, steuert/regelt.
Die Erfindung stellt außerdem ein Steuer/Regelsystem zur automatischen Steuerung/Regelung des Zustands der Scheinwerfer eines gesteuerten Fahrzeugs bereit, wobei die Helligkeit von mindestens einem Scheinwerfer veränderbar ist, wobei das System umfasst:
ein optisches System zur Abbildung externer Lichtquellen innerhalb eines vorbestimmten Sichtfeldes; und
ein Bildverarbeitungssystem zur Verarbeitung von Bildern des optischen Systems und zur Bereitstellung eines Steuer/Regelsignals zur Steuerung/Regelung der Helligkeit des mindestens einen Scheinwerfers,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem konfiguriert ist, um zwischen externen Lichtquellen und Reflexionen von dem mindestens einen Scheinwerfer von unterschiedlichen externen Objekten durch Vergleichen der relativen Helligkeit abgebildeter Objekte zwischen zwei aufeinander folgenden Bildern, wobei die Helligkeit des mindestens einen Scheinwerfers zwischen jedem Bild verändert wird, zu unterscheiden.
Überdies stellt die Erfindung ein Steuer/Regelsystem zur automatischen Steuerung/Regelung des Zustandes der Scheinwerfer eines gesteuerten Fahrzeugs bereit, wobei das Steuer/Regelsystem umfasst:
ein optisches System zur Abbildung externer Lichtquellen innerhalb eines vorbestimmten Sichtfeldes; und
ein Bildverarbeitungssystem zur Verarbeitung von Bildern von dem optischen System und zur Bereitstellung eines Steuer/Regelsignals zur Steuerung/Regelung der Scheinwerfer,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bildverarbeitungssystem Mittel umfasst zur Erfassung von Störlichtquellen durch Erfassung der AC-Intensitätsmodulation der Störlichtquellen, wobei die Intensitätsmodulation von einer alternierenden Stromquelle herrührt, von welcher die Störlichtquellen gespeist werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgenden Beschreibungen und beigefügten Zeichnungen bereitwillig verstanden werden, wobei:
Fig. 1 ist eine Draufsicht, welche das Scheinwerferemissionsmuster eines konventionellen Fernlichtscheinwerfers darstellt.
Fig. 2 ist eine Seiten-Querschnittsansicht des optischen Systems, welches einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, wobei die Ansicht Lichtstrahlen darstellt, die über einen vertikalen Winkel innerhalb dem gewünschten Sichtfeld einfallen.
Fig. 3 stellt ähnlich zu Fig. 2 die Lichtstrahlen dar, die bei einem vertikalen Elevationswinkel jenseits des gewünschten Sichtfeldes einfallen.
Fig. 4 ist eine Drauf-Querschnittsansicht des in Fig. 1 dargestellten optischen Systems, welche die Lichtstrahlen bei einem horizontalen Winkel innerhalb des gewünschten Sichtfeldes darstellt.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm des automatischen Scheinwerferabblendsystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist ein gesamtes Flussdiagramm der Bildverarbeitung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Erfassung von Rücklichtern von Fahrzeugen innerhalb des gewünschten Sichtfeldes veranschaulicht.
Fig. 8 ist ein Flussdiagramm zur Erfassung von Scheinwerfern von anderen Fahrzeugen innerhalb des gewünschten Sichtfeldes.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das automatische Scheinwerferabblendsystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfasst ein optisches System, wie es in den Fig. 2-4 dargestellt ist und ein Bildverarbeitungssystem, wie es in den Fig. 5-8 dargestellt ist. Um zu ermöglichen, dass die Fernlichtscheinwerfer für die längste angemessene Zeit an bleiben, ohne den Fahrer von einem anderen Fahrzeug übermäßigem grellem Licht auszusetzen, steuert/regelt das automatische Scheinwerferabblendsystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Fahrzeug-Fernlichtscheinwerfer in Abhängigkeit von dem Abstand als auch von der horizontalen Winkelposition des anderen Fahrzeugs relativ zu dem gesteuerten Fahrzeug. Wie detaillierter weiter unten diskutiert wird, ist das optische System angepasst, um zwischen Scheinwerfern und Rücklichtern anderer Fahrzeuge zu unterscheiden. Die Lichtstrahlen von den Scheinwerfern und den Rücklichtern anderer Fahrzeuge werden räumlich auf einer Pixelsensor-Matrix getrennt, um gesteigerte Unterscheidung von Scheinwerfern und Rücklichtern relativ zu anderen Umgebungslichtquellen, wie z. B. Straßenschildern und Reflexionen von Schnee und dgl., bereitzustellen. Das optische System ermöglicht sowohl die Bestimmung der horizontalen als auch der vertikalen Position von einfallenden Lichtquellen innerhalb des Sichtfeldes des optischen Systems. Das Bildverarbeitungssystem verarbeitet die Pixel, um automatische Steuerung/Regelung der Scheinwerfer in Abhängigkeit vom Abstand und von der horizontalen Winkelposition eines anderen Fahrzeugs relativ zu dem Kontroll-Fahrzeug bereitzustellen. An sich ist das System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angepasst, optimale Steuerung/Regelung der Fahrzeug-Fernlichtscheinwerfer dadurch bereitzustellen, dass erlaubt wird, dass die Fernlichtscheinwerfer so lange wie möglich an bleiben, während verhindert wird, dass der Fahrer des anderen Fahrzeugs einer übertriebenen Menge an grellem Licht ausgesetzt ist.

OPTISCHES SYSTEM

Bezug nehmend auf die Fig. 2-4 umfasst das optische System ein Paar von Linsen 103 und 104, einen Linsenhalter 105 und einen Bildmatrixsensor 106. Wie am besten in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, sind die Linsen 103 und 104 vertikal in einem Abstand voneinander angeordnet, um zuzulassen, dass das gleiche Sichtfeld auf unterschiedliche Abschnitte der Matrix abgebildet wird. Die Linsen 103, 104 bilden im Allgemeinen die gleichen Sichtfelder ab, da der Abstand zwischen den Linsen 103, 104 relativ klein in Bezug auf die Lichtquellen innerhalb des Sichtfeldes der Vorrichtung ist.
Die Linse 103 kann mit einem roten Filterfarbstoff ausgebildet sein, um Licht mit Wellenlänger größer als 600 nm durchzulassen und rote Lichtstrahlen 101 von Rücklichtern auf eine Hälfte des Bildmatrixsensors 106 zu fokussieren. Der rote Filterfarbstoff veranlasst, dass die Linse 103 alle Lichtstrahlen am blauen Ende des sichtbaren Spektrums absorbiert und Lichtstrahlen am roten Ende des Spektrums durchlässt. Als solches würde die von nicht-roten Lichtquellen, z. B. Scheinwerfern durchgelassene Lichtmenge stark reduziert, während Lichtstrahlen von Rücklichtern durch die Linse 103 voll und ganz durchgelassen werden. Als solches wird die relative Helligkeit der Lichtstrahlen von Rücklichtern, die auf dem Bildmatrixsensor 106 abgebildet werden, stark erhöht.
Die Linse 104 kann mit einem cyanblauen Filterfarbstoff zum Durchlassen von Licht mit Wellenlängen von weniger als 600 nm ausgebildet sein. Die Linse 104 wird verwendet, um die Lichtstrahlen auf die andere Hälfte des Bildmatrixsensors 106 zu fokussieren. Der cyanblauen Filterfarbstoff weist einen komplementären Effekt zu dem oben beschriebenen roten Filter auf. Insbesondere lässt der rote Filterfarbstoff Licht von dem blauen Ende des sichtbaren Spektrums durch, während er Licht von dem roten Ende des Spektrums absorbiert. Als solches wird das meiste Licht von Quellen, wie zum Beispiel Scheinwerfern, durch die Linse 104 durchgelassen, während nahezu das gesamte Licht, das von Rücklichtern ausgeht, blockiert wird.
Sowohl Scheinwerfer als auch Rücklichter strahlen eine bedeutende Menge an infrarotem Licht aus. Durch die Verwendung von Linsen mit einem Filterfarbstoff oder separaten Filtern, welche Licht bei Wellenlängen größer als ungefähr 750 nm hemmen, wird das durch die Scheinwerfer und Rücklichter augestrahlte Licht im Wesentlichen durch die Linsen 103 und 104 blockiert. Durch Beseitigung von infrarotem Licht wird das Verhältnis zwischen einer Intensität zwischen roten Lichtern, die durch die roten Filter abgebildet werden, und rotem Licht, das durch den cyanblauen Filter abgebildet wird, im Wesentlichen erhöht.
Die Verwendung von roten und cyanblauen Farbstoffen für die Linsen 103 und 104 ist lediglich beispielhaft. Die Filtermerkmale der Linsen 103 und 104 werden gewählt, um die Sensititivät der Vorrichtung auf spezifische Lichtquellen zu optimieren. Zum Beispiel, falls die Scheinwerfer oder Rücklichter in neuen Fahrzeugen mit alternativen Lichtquellen mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung ersetzt werden, zum Beispiel mit Hoch-Intensitäts-Entladungs-Scheinwerfern und LED-Rücklichtern, werden unterschiedliche Filtermerkmale benötigt. In Abhängigkeit von der spektralen Merkmale der Scheinwerfer und Rücklichter können transparente Linsen 103 und 104 mit unterschiedlichen Farbfiltern verwendet werden.
Die Linsen 103 und 104 können als sphärische Linsen aus Acryl gebildet sein. Als Alternative können die Linsen 103 und 104 als asphärische Linsen gebildet sein, um Farbdispersion und sphärische Aberration, welche bei sphärischen Linsen vorhanden ist, zu minimieren. Komplexe Linsen, die sowohl aus sphärischen als auch aus asphärischen Linsen gebildet sind, werden ebenfalls in Betracht gezogen.
Eine einzelne Linse kann auch anstelle der separaten Linsen 103 und 104 verwendet werden. Der Gebrauch einer einzelnen Linse kann verwendet werden, um das Sichtfeld auf einen vollen oder teilweisen Farbbildmatrixsensor abzubilden, welcher Pigmentierung auf den einzelnen Pixeln in der Matrix aufweist.
Wie am besten in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist der horizontale Abstand zwischen den zwei Linsen 103 und 104 und dem Bildmatrixsensor 106 leicht unterschiedlich. Ein Versetzen der zwei Linsen 103 und 104 kompensiert die Farbdispersion, die als Folge der Tatsache erzeugt wird, dass der Brechungsindex von Materialien mit der Wellenlänge von Licht, das durch sie durchgelassen wird, variiert. Da die zwei Linsen 103 und 104 unterschiedliche Abschnitte des sichtbaren Spektrums durchlassen, ist der Abstand zwischen den Linsen 103 und 104 und dem Bildmatrixsensor 106 optimiert, um die Dispersion für das durch jede der Linsen 103 und 104 durchgelassene Lichtband zu minimieren.
Wie oben erwähnt, werden die durch die Linse 103 durchgelassenen Lichtstrahlen 101 auf eine Hälfte des Bildmatrixsensors 106 abgebildet, während die durch die Linse 104 durchgelassenen Lichtstrahlen 102 auf die andere Hälfte des Bildmatrixsensors 106 abgebildet werden. Um eine solche räumliche Trennung der durch die Linsen 103 und 104 durchgelassenen Lichtstrahlen bereitzustellen, ist der Linsenhalter 105 mit Ausschnitten 107 vorgesehen und vorzugsweise mit einem Licht absorbierenden Material gebildet oder bedeckt. Diese Ausschnitte 107 verhindern, dass Lichtstrahlen, die jenseits des gewünschten maximalen vertikalen Winkels durch die rote Linse 103 durchgelassen werden, in dem Abschnitt des Bildmatrixsensors 106 abgebildet werden, der für die Lichtstrahlen 102 reserviert ist. Umgekehrt verhindern die Ausschnitte 107 außerdem, dass Lichtstrahlen, die durch die Linse 104 durchgelassen werden, auf dem Abschnitt des Bildmatrixsensors 106 abgebildet werden, der für die Lichtstrahlen 101 reserviert ist.
Das Sichtfeld des optischen Systems ist durch die Konfiguration der Linsen 103 und 104 und die Ausschnitte 107 relativ zu dem Bildmatrixsensor 106 festgelegt. Zum Beispiel kann ein exemplarisches Sichtfeld von 10 Grad in der vertikalen Richtung und von 20 Grad in der horizontalen Richtung durch die unten dargelegte Konfiguration geschaffen werden. Insbesondere werden für ein derartiges Sichtfeld die Linsen 103 und 104 mit einem Durchmesser von 1,5 mm gewählt, wobei ein kleiner Abschnitt abgeschnitten ist, um zuzulassen, dass die Linsen 103, 104 so positioniert werden, dass deren Zentren um 1,0 mm getrennt sind. Die Linse 103 ist 4,15 mm von dem Bildmatrixsensor 106 positioniert, während die Linse 104 4,05 mm entfernt positioniert ist. Sowohl der Vorder- als auch der Rückseitenradius der Linsen 103 und 104 ist 4,3 mm mit einer Dicke von 0,2 mm.
Wie am besten in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, sind kreisförmige Ausschnitte 108 in dem Linsenhalter 105 ausgebildet. Ein Paar von im Allgemeinen rechtwinkligen Öffnungen 110 sind in einer Rückwand 112 ausgebildet. Die rückseitigen Öffnungen 110 sind 1,6 mm in der horizontalen Richtung und 0,8 mm in der vertikalen Richtung. Wie am besten in Fig. 4 gezeigt ist, spitzen sich die Ausschnitte 107 von der rückseitigen Öffnung 110 zu dem Durchmesser der vorderen Ausschnitte 108 zu, um das oben diskutierte Sichtfeld vorzusehen.
Die oben beschriebene Konfiguration ist daher fähig, Licht außerhalb des gewünschten horizontalen und vertikalen Sichtfelds zu dämpfen. Insbesondere zeigt Fig. 3, wie das System Lichtstrahlen dämpft, die bei Winkeln jenseits des vertikalen Sichtfelds einfallen. Fig. 4 stellt Lichtstrahlen dar, die auf dem Bildmatrixsensor 106 innerhalb des horizontalen Sichtfeldes abgebildet werden.
Der Bildmatrixsensor 106 kann eine CMOS-Aktivpixel-Bildsensormatrix sein, wie z. B. in der US-Patent Nr. 5,471,515 offenbart ist, hiermit durch Referenz aufgenommen und verfügbar von Photobit LLC von La Crasenta, California. CMOS-Aktivpixel-Bildsensoren liefern relativ hohe Empfindlichkeiten und niedrigen Energieverbrauch als auch die Möglichkeit, andere CMOS-Elektronik auf dem gleichen Chip zu integrieren. Der Bildmatrixsensor 106 kann eine 50 · 50 40 m-Pixelmatrix sein. Die Anzahl von Pixeln in dem Bildmatrixsensor 106 wird derart gewählt, dass nicht alle Pixel innerhalb des Bereichs fallen, auf den die Linsen 103 und 104 projizieren. Die zusätzlichen Pixel erlauben eine einfache Korrektur mechanischer Versetzung durch Versetzen der erwarteten Bildlage.
Der Bildmatrixsensor 106 liefert räumliche Information bezüglich Lichtquellen innerhalb des Sichtfeldes. Die Anzahl von in der Matrix vorhandenen Pixeln wird gewählt, um ausreichende räumliche Einzelheiten zu erhalten, obwohl die Größe der Matrix nicht limitiert ist und gewählt werden kann und sogar durch physikalische und ökonomische Beschränkungen festgelegt sein kann. Der Bildmatrixsensor 106 muss empfindlich sein, um Rücklichter bei einigen Hundert Fuß genau zu erfassen. Eine solche Empfindlichkeit kann erzielt werden durch Verlängerung der Zeitmenge, während der die Fotostellen in der Matrix während einer Bildperiode Licht ausgesetzt sind. Eine Bildperiode wird gewählt, um zu ermöglichen, dass die Matrix innerhalb einer genügend kurzen Zeit ein Bild einfängt und an das Bildverarbeitungssystem überträgt, um dem Bildverarbeitungssystem zu ermöglichen, ein anderes Fahrzeug, das in das Sichtfeld eintritt, zu erfassen. Eine kurze Zeitspanne beschränkt auch die Menge an Bewegung innerhalb eines Bildes während der Integrationsperiode und liefert dadurch ein relativ genaueres unmittelbares Bild.
Die Verwendung einer Pixelmatrix liefert auch andere Vorteile. Zum Beispiel, wie oben erwähnt, kann die Lichtintegrationszeit zum Einfangen eines Bildes verändert werden. Ein solches Merkmal erlaubt dem System, bei sich verändernden Graden von Dunkelheit optimale Ergebnisse bereitzustellen. Ein anderer wichtiger Aspekt eines Bildmatrixsensors ist die Fähigkeit, Teilmengen der Pixel innerhalb der Matrix oder ein einzelnes Pixels zu verwenden. Als solches können, wenn die Fenstergröße verringert wird, Ausleseraten erhöht werden. Ein solches Merkmal erlaubt es dem System, Umgebungslichtquellen, wie z. B. Straßenlampen, zu unterscheiden. Insbesondere erlaubt ein solches Merkmal dem System, eine Lichtquelle innerhalb des Bildes zu lokalisieren und einige Abtastungen der Lichtquellen bei einer Rate einzufangen, die ein Vielfaches größer als 60 Hz ist. Falls insbesondere die Abtastungen 120 Hz-Intensitätsmodulation aufweisen, ist die Lichtquelle wahrscheinlich eine Straßenlampe oder eine andere Lichtquelle, die von einer 60 Hz-AC-Energieversorgung gespeist wird. Falls die Lichtquelle nicht moduliert wird, ist die Lichtquelle wahrscheinlich durch die DC-Energieversorgung des Fahrzeugs gespeist.
Ein anderer möglicher Vorteil des Bildmatrixsensors ist, dass er erlaubt, das Sichtfeld unmittelbar vor dem Fahrzeug bei einer höheren Pixelauflösung abzubilden. Dadurch kann das System so konfiguriert sein, dass die effektive Pixelauflösung abnimmt, wenn der Winkel des Fahrzeugs relativ zu dem Kontrollfahrzeug zunimmt, wodurch die Menge an Verarbeitungszeit in diesen Bereichen reduziert wird. Eine derartige Konfiguration reduziert die Empfindlichkeit der Vorrichtung bezüglich Lichtquellen von reflektierenden, unbeweglichen Objekten auf der Straßenseite.
Ein Bildmatrixsensor könnte hergestellt werden, in welchem der Pixelabstand in Abhängigkeit des Gebiets des Sichtfeldes, das das Pixel abbildet, variiert wird. Zum Beispiel können Pixel, die den Raum abbilden, der horizontalen Winkeln innerhalb 3 Grad des Zentrums des Fahrzeugs entspricht, mit einem 10 um-Pixelabstand vorgesehen sein. Pixel, die horizontale Winkel zwischen 3 und 6 Grad abbilden, können mit einem 20 um-Pixelabstand vorgesehen sein, während jene, die Winkel größer als 60 Grad abbilden, mit einem 40 um-Abstand vorgesehen sein können. Während eine derartige Konfiguration den Abtastbereich nicht vergrößert, nimmt die Fähigkeit, Details aufzulösen, zu; ein wichtiger Aspekt beim In-Betracht-Ziehen dieser relativen Größe einer Rücklampe bei relativ großen Abständen. Zum Beispiel begrenzt ein Rücklicht mit 4 Inch Durchmesser bei einem Abstand von 200 Fuß einen Winkel von weniger als 0,11 Grad. Falls ein 50 · 50-Bildmatrixsensor verwendet wird, um ein Sichtfeld von 20 Grad abzubilden, würde die Rücklampe näherungsweise 8% des durch das Pixel abgebildeten totalen Bereichs begrenzen.
Eine Rücklampe ist relativ heller als seine umliegenden Umgebungen, jedoch wird das durch das Rücklicht beigetragene rote Licht durch das Umgebungslicht bei einem solchen Abstand verdünnt. Ein derartiger Faktor ist kritisch, wenn die Menge des roten Lichts in einem gegebenen Bereich mit der Menge von nicht-rotem Licht in dem gleichen Bereich verglichen wird. Wenn der verglichene Bereich an Raum in Bezug auf die Lichtquelle groß ist, wird der Prozentsatz an rotem Licht verringert. Zum Vergleich, falls 10 um-Pixel in dem Zentrum der Matrix 106 anstelle von 40 um-Pixeln verwendet werden, würde die Rücklampe 0,04% der absoluten Bereiche eingrenzen, eine 16-fache Verbesserung.

BILDVERARBEITUNGSSYSTEM

Die Bildverarbeitung wird in den Fig. 5-8 dargestellt. Das Bildverarbeitungssystem umfasst den Bildmatrixsensor 106, einen Mikroprozessor 204, zum Beispiel einen Motorola vom Typ HC08, eine Scheinwerfer Steuer/Regeleinheit 205 und ein Paar Scheinwerfer 206. So wie oben erwähnt, kann ein Aktivpixel-Matrixsensor als Bildmatrixsensor 106 verwendet werden. So ein Aktivpixel-Matrixsensor umfasst eine Bildmatrix 201 und einen Analog/Digitalkonverter (ADC) 202. Ein Steuerzeit- und Steuer/Regelkreis wird zur Steuerung/Regelung der Bildmatrix 201 als auch des ADC 202 verwendet, um die Integrationszeit, die Auslesesteuerzeit, die Pixelauswahl, die Verstärkungsfaktor-Fehlanpassung und andere Variablen zu steuern/regeln. Der Mikroprozessor 204 wird verwendet, um die durch den Bildmatrixsensor 201 gesammelten Daten zu analysieren. Der Mikroprozessor 204 steht mit der Scheinwerfer-Steuer/Regeleinheit in Verbindung, eine konventionelle Einheit, die z. B. als Relais ausgeführt ist, welche, der Reihe nach, die Scheinwerfer 206 steuert/regelt. Die Scheinwerfer-Steuer/Regeleinheit 205 wiederum ändert die den Scheinwerfern 206 zugeführte Spannung, um das Fernlicht oder die helle Lampe ein- oder auszuschalten.
Das Flussdiagramm für die Scheinwerfer-Steuerung/Regelung ist in Fig. 6 dargestellt. Das System läuft in einem fortlaufenden Zyklus mit gelegentlichen Unterbrechungen für Absolutlichtmessungen, Regulierungen von ADC-Parametern oder andere Funktionen.
Am Anfang jedes Zyklus werden zwei Bilder durch die Linsen 103 und 104 erfasst. Im Schritt 302 werden die Bilder von den Linsen 103 und 104 analysiert, um Rücklichter zu erfassen. Ein weiteres Bild wird in Schritt 303 durch die Linse 104 erfasst. Das durch die Linse 104 erfasste Bild wird mit einem genügend niedrigen Verstärkungsfaktor erfasst, um entgegenkommende Scheinwerfer zu erfassen, während Reflexionen mit niedrigerem Lichtpegel und Störlichtquellen aussortiert werden. Nachdem die Bilder analysiert sind, prüft das System im Schritt 305 nach Vorhandensein sehr hellen Lichts in dem Bild, welches das plötzliche Auftauchen von Fahrzeug-Scheinwerfern oder -Rücklichtern innerhalb des Sichtfeldes anzeigt, was der Fall ist, wenn ein Auto vor dem gesteuerten Fahrzeug wendet. Wenn helle Lichter erfasst werden, blendet die Vorrichtung die Scheinwerfer 206 unmittelbar ab und umgeht die Zeitüberprüfung, wie unten diskutiert wird. Der Zyklus wird dann wiederholt. Falls keine hellen Lichter vorhanden wären, schreitet das System zu Schritt 307, um zu bestimmen, ob irgendwelche Scheinwerfer oder Rücklichter in dem Bild vorhanden sind.
Um das Vorhandensein oder das Fehlen des Vorhandenseins von Scheinwerfern oder Rücklichtern in einem Bild zu bestätigen, werden ein Aufblend-Zähler und ein Abblend-Zähler verwendet. Diese Zähler liefern einen Nachweis einer besonderen Lichtquelle, ganz gleich, ob von einem Rücklicht oder einem Scheinwerfer, aus aufeinander folgenden Bildern, vor dem Signalisieren der Scheinwerfer-Steuer/Regeleinheit 205, um die Scheinwerfer 206 abzublenden oder aufzublenden, außer, wie oben beschrieben, wenn ein helles Licht erfasst wird. Durch das Vorsehen einer Überprüfung werden Anomalien innerhalb der Vorrichtung oder in dem Bild keinen Anlass für falschen Betrieb der Scheinwerfer 206 geben.
Der Abblend-Zähler wird jedes Mal erhöht, wenn ein Bild mit einem Scheinwerfer oder einem Rücklicht erfasst wird, bis die Anzahl der benötigten aufeinander folgenden Bilder, um eine Maßnahme zu treffen, erreicht ist. Der Abblend-Zähler wird jedes Mal, wenn ein leeres Bild verarbeitet wird, auf 0 gesetzt. Der Aufblend-Zähler wird bei jedem leeren Bild erhöht und bei jedem Bild auf 0 gesetzt, das einen Scheinwerfer oder ein Rücklicht enthält. Die tatsächliche Anzahl von aufeinander folgenden Bildern, die benötigt werden, um abzublenden oder aufzublenden, wird durch die gesamte Geschwindigkeit der Vorrichtung bestimmt. Je mehr Bilder zur Überprüfung verwendet werden, um so weniger wird das System durch Rauschen und Anomalien beeinflussbar sein. Jedoch muss die Vorrichtung, um effektiv zu sein, fähig sein, schnell zu reagieren, so dass die Anzahl von Überprüfungsbildern relativ niedrig gehalten wird. Immer wenn ein Scheinwerfer oder ein Rücklicht in Schritt 307 erfasst wird, wird in Schritt 308 der Aufblend-Zähler auf 0 gesetzt. In Schritt 309 prüft das System, ob die Scheinwerfer-206-Fernlichter an sind. Wenn die Fernlichter aus sind, wird keine weitere Maßnahme benötigt, und der Zyklus wird, wie durch Schritt 317 angezeigt ist, wiederholt. Falls die Fernlichter an sind, wird der Abblend-Zähler in Schritt 310 erhöht. Nachdem der Abblend-Zähler in Schritt 310 erhöht ist, prüft das System in Schritt 311, ob der Abblend-Zähler die Zahl von aufeinander folgenden Bildern erreicht hat, die benötigt werden, um die Scheinwerfer 206 abzublenden. Falls dem so ist, schreitet das System zu Schritt 306 und blendet die Scheinwerfer 206 ab und setzt sowohl den Abblend-Zähler als auch den Aufblend-Zähler zurück und wiederholt den Zyklus. Ansonsten wiederholt das System den Zyklus und schreitet zu Schritt 317.
Falls in Schritt 307 keine Scheinwerfer oder Rücklichter in dem Bild vorhanden sind, wird der Abblend-Zähler in Schritt 312 auf 0 gesetzt. Nachfolgend bestimmt das System in Schritt 313, ob die Fernlichter 206 an sind. Falls die Fernlichter an sind, beendet das System, wiederholt den Zyklus in Schritt 317. Falls in Schritt 313 die Fernlichter nicht an sind, wird der Aufblend-Zähler erhöht. Nachdem der Aufblend-Zähler erhöht ist, prüft das System in Schritt 315, ob der Aufblend-Zähler die Anzahl von aufeinander folgenden leeren Bildern erreicht hat, die nötig sind, um die Fernlichter 206 zu aktivieren. Falls dem so ist, werden die Fernlichter in Schritt 316 angeschaltet, und der Zyklus wird wiederholt. Falls der Aufblend-Zähler geringer als die benötigte Anzahl zum Aktivieren der hellen Fernlichter 206 ist, wiederholt das System den Zyklus in Schritt 317.
Das Flussdiagramm zur Rücklichtverarbeitung ist in Fig. 7 dargestellt. Wie unten mehr im Detail diskutiert werden wird, umfasst das wesentliche Verfahren zur Identifizierung eines Objekts, wie z. B. eines Rücklichts, ein Vergleichen des Graustufenwerts eines Pixels durch die Linse 103 mit einem Graustufenwert des Pixels, das den gleichen, durch die Linse 104 abgebildeten Raum darstellt. Falls der Wert des durch die Linse 103 abgebildeten Pixels signifikant höher ist als der Wert des durch die Linse 104 abgebildeten Pixels, wird bestimmt, dass die Lichtquelle rot ist. Zusätzlich zur Bestimmung, ob die Lichtquelle rot ist, prüft das System außerdem die Helligkeit des roten Lichts vor Entscheidung, dass das Licht ein Rücklicht ist, durch Bestimmung, ob der Graustufenwert des Pixels größer ist als ein Schwellenwert. Wie im Stand der Technik bekannt ist, variiert die Helligkeit einer Lichtquelle mit dem Quadrat des Abstandes der Lichtquelle von dem Beobachter. Als solches kann eine näherungsweise Bestimmung des Abstands eines führenden Fahrzeugs durchgeführt werden, um die geeignete Zeit zu bestimmen, die Scheinwerfer abzublenden.
Der Schwellenwert kann auf eine Vielfalt von Wegen berechnet werden. Zum Beispiel kann er eine vorbestimmte feste Zahl oder eine Zahl sein, die eine Funktion des aktuellen Bildsensors und der ADC-Einstellungen ist. Der Schwellenwert kann auch bestimmt weren durch Berechnung einer Schwelle als ein Faktor der durchschnittlichen Pixelintensität des gesamten Bildes, was dabei helfen würde, Veränderungen, die durch Änderung von Umgebungslichtquellen verursacht werden, zu beseitigen. Zusätzlich kann der Pixelwert mit dem Durchschnitt der Pixel in dem unmittelbaren Bereich des betrachteten Pixels verglichen werden. Diese Lokaler Durchschnitt-Methode verhindert, dass relativ große, gemäßigt helle Stellen in dem Bild als Fahrzeuglichtquellen gesehen werden. Insbesondere begrenzen entfernte Rücklichter weniger als ein Pixel und weisen folglich nur gemäßigte Helligkeit auf Große Stellen in dem Bild mit gemäßigter Helligkeit werden hauptsächlich durch Reflexionen von großen Objekten verursacht. Nahe Rücklichter, welche viele Pixel begrenzen, werden ein gesättigtes Zentrum aufweisen, welches heller sein wird, als die umgebenden Pixel, was genauso das gleiche Verfahren zulässt, sie zu erfassen.
Die Schwelle kann auch durch räumliches Variieren der Schwelle unter Verwendung einer Tabelle oder einer Berechnung bestimmt werden. Jedoch sollte die Schwelle so bestimmt werden, dass Abblenden für die schwächsten, durch die DOT-Standards erlaubten Rücklichter passend geschieht. Entfernte Fahrzeuge werden dem intensivsten Teil des Fernlichts des gesteuerten Fahrzeugs ausgesetzt, wodurch Abblenden nur direkt vor dem gesteuerten Fahrzeug nötig ist, wie in Fig. 1 angezeigt ist. Folglich kann eine relativ niedrige Schwelle für Lichtquellen, die direkt vor dem Kontrollfahrzeug abgebildet werden, gewählt werden, während eine höhere Schwelle für Lichtquellen gewählt werden kann, die nicht direkt vor dem Kontrollfahrzeug abgebildet werden. Zum Beispiel, wie in Verbindung mit Fig. 1 diskutiert wird, sollte die Schwelle für Pixel, die das Sichtfeld von 3 Grad rechts und links des Zentrums abbilden, einem auf dem Bildmatrixsensor 106 einfallenden Lichtpegel entsprechen, der 4 mal so hell wie die Schwelle für rotes Licht direkt vor dem Fahrzeug ist, und 12 mal so hell für Fahrzeuge bei 6 Grad. Eine solche räumlich sich ändernde Schwelle hilft, durch rote Reflektoren verursachte falsche Rücklichterfassung zu beseitigen, indem das System weniger empfindlich bezüglich Bereiche auf den Seiten des Kontrollfahrzeugs gemacht wird.
Eine ähnliche Herangehensweise kann zum Variieren der Schwelle für Pixel in Abbildungsbereichen von Raum und Winkel oberhalb und unterhalb des Zentrums verwendet werden. Jedoch kann eine konservativere Herangehensweise verwendet werden, wenn die Rücklicht-Empfindlichkeit bezüglich des vertikalen Winkels bestimmt wird, da Fahrzeuge dazu tendieren, sich häufiger aufgrund von Hügeln und Erhebungen in der Straße in vertikaler Richtung zu bewegen. Daher kann durch Angabe von relativ engen vertikalen Schwellen veranlasst werden, dass die hellen Scheinwerfer 206 an- und abgeschaltet werden, wenn sich das Fahrzeug einige Grad auf- und abbewegt.
Ein Hysteresis-Multiplikator kann auf die Schwelte angewendet werden, um Oszillationen der Scheinwerfer 206 zu verhindern, wenn die Lichtquelle einen Graustufenwert bei oder nahe der Schwelle aufweist. Falls die hellen Scheinwerfer 206 abgeschaltet sind, wird dadurch die Schwelle für alle Pixel niedriger sein, um zu verhindern, dass die hellen Scheinwerfer wieder einschalten, sogar falls die mattesten Rücklichter in dem Bild vorliegen. Falls jedoch die hellen Scheinwerfer 206 angeschaltet sind, sollte die Schwelle höher sein, so dass nur Rücklichter genügender Helligkeit erfasst werden, um anzuzeigen, dass das Auto innerhalb des Abblend-Bereichs ist, um zu veranlassen, die Scheinwerfer 206 abzublenden.
Eines der größten Probleme, mit denen sich die Erfassung von Rücklichtern befasst, ist das rote Störlicht, das von Rückstrahlern reflektiert wird, die gewöhnlicherweise als Markierungen auf der Straßenseite und auf Briefkästen zu finden sind. Die oben erwähnte Variable-Schwelle-Methode hilft, etwas dieses Rauschen zu beseitigen. Wenn jedoch ein Fahrzeug sich bei den richtigen Winkeln einem Reflektor nähert, ist es relativ unmöglich, einen roten Reflektor von einem Rücklicht zu unterscheiden. Glücklicherweise können solche Reflexionen durch Untersuchung aufeinander folgender Bilder und Untersuchung der zeitlichen Bewegungen dieser Objekte gefiltert werden. Durch Speichern der Lage der Rücklichter und Bilder über eine Zeit oder durch Erfassung kleiner Bereiche, die interessieren, wo das Rücklicht sich befindet, mehrmals aufeinanderfolgend, kann die Vorrichtung nach rückwärtiger Bewegung suchen und bestimmen, ob die Lichtquelle ein Reflektor ist. Zusätzlich ist die Geschwindigkeit, bei der; das Kontrollfahrzeug ein feststehendes Objekt überholt, sehr viel größer als die relative Rate, bei der ein Fahrzeug ein anderes bewegendes Fahrzeug überholen würde. Dadurch würde die Helligkeitszunahmerate des Objekts typischerweise für einen feststehenden Reflektor viel größer sein als für ein anderes Fahrzeug. Diese Helligkeitsänderungsrate in Verbindung mit der rückwärtigen horizontalen Bewegung kann als Signaturen verwendet werden, um die Anzahl von erfassten falschen Rücklichtern zu reduzieren.
Eine rechnerisch einfachere Methode des Analysierens einer räumlichen Bewegung einer Lichtquelle ist einfacherweise, einige aufeinander folgende Bereiche des lokalen, interessierenden Bereichs zu nehmen, wo sich die Lichtquelle befindet. Eine Bewegung in der vertikalen Richtung und in der horizontalen Richtung ist für Rücklichter eines vorausfahrenden Fahrzeugs relativ langsam. Einfaches Abtasten eines Pixels ein paar aufeinander folgende Male, um zu sehen, ob das Rücklicht in allen Abtastungen vorhanden ist, kann hinreichend Objekte beseitigen, welche sich innerhalb des Bildes schnell bewegen.
Das Flussdiagramm zur Rücklichtverarbeitung ist in Fig. 7 dargestellt. Anfangs ermittelt das System in Schritt 318, ob das Pixel innerhalb des Rücklichtfensters ist. Insbesondere werden, wie oben erwähnt, rote Lichter auf einer Hälfte des Bildmatrixsensors 106 abgebildet. Falls das Pixel nicht innerhalb der geeigneten Hälfte des Bildmatrixsensors 106 ist, schreitet das System folglich zu Schritt 319 und bewegt sich zu einem anderen Pixel. Wie oben erwähnt, gibt es zwei Kriterien zum Ermitteln, ob das Bild ein Rücklicht ist. Das erste Kriterium bezieht sich auf den Vergleich des Graustufenwerts des Pixelbildes durch die Linse 103 mit einem entsprechenden Graustufenwert für den gleichen Raumbereich, der durch die Linse 104 abgebildet ist. Falls der Graustufenwert des durch die Linse 103 abgebildeten Pixels signifikant größer ist als der Graustufenwert des durch die Linse 104 abgebildeten entsprechenden Pixels, ist eines der Kriterien zur Erfassung eines Rücklichtes erfüllt. Folglich wird, falls das interessierende Pixel sich, wie in Schritt 318 ermittelt, innerhalb des Lampenfensters befindet, der Graustufenwert des durch die Linse 103 abgebildeten Pixels mit dem Graustufenwert eines durch die Linsen 104 abgebildeten entsprechenden Pixels verglichen, und zwar in Schritt 320. Falls der Graustufenwert des durch die Linse 103 abgebildeten Pixels nicht n% größer ist als das durch die Linse 104 abgebildete entsprechende Pixel, schreitet das System zu Schritt 319 und untersucht ein weiteres Pixel. Ansonsten schreitet das System zu Schritt 321 und berechnet die Schwelle für das besondere Pixel aufgrund des Raumbereichs, das es abbildet. Zum Beispiel können, wie oben diskutiert, die Pixelschwellen aufgrund ihrer räumlichen Beziehung innerhalb des Bildmatrixsensors variiert werden.
Wie oben diskutiert, bezieht sich das andere Kriterium zur Rücklichterfassung auf die relative Helligkeit des Pixels relativ zu den Nachbarpixeln. Daher berechnet in Schritt 322 das System den durchschnittlichen Graustufenwert von benachbarten Pixeln. Falls in Schritt 323 bestimmt wird, dass der Pixelgraustufenwert für das durch die Linse 103 abgebildete Pixel n% größer ist als der durchschnittliche Graustufenwert der benachbarten Pixel, schreitet das System zu Schritt 324 und fügt das Pixel der Rücklichtliste für zukünftige Referenzbilder hinzu. Andernfalls schreitet das System zu Schritt 319 und bewegt sich zum nächste Pixel. In den Schritten 325 und 326 bestimmt das System, wie oben diskutiert, ob das erfasste rote Licht ein Rücklicht oder ein Reflektor ist. Falls bestimmt wird, dass das Licht ein Reflektor ist, schreitet das System zu Schritt 327 und bewegt sich zu dem nächsten Pixel. Andernfalls werden in Schritt 328 die Scheinwerfer abgeblendet.
Das Flussdiagramm zur Scheinwerferverarbeitung ist in Fig. 8 dargestellt. Scheinwerfererfassung ist ähnlich zur Rücklichterfassung. Der Hauptunterschied ist, dass nur die Linse 104 verwendet wird. Wie oben erwähnt, ist die Pixelintegrationszeit kürzer, und die ADC-Parameter sind derart, dass das Bild nur sehr helle Objekte zeigt, wie z. B. Scheinwerfer. Die meisten Reflexionen, welche Lichtquellen niedrigerer Intensität aufweisen, fallen gut unter die Nullpunktschwelle des ADC. An sich werden Pixel mit der lokalen Durchschnittsintensität der benachbarten Pixel verglichen. Räumliche Variationen in den Schwellen können so festgelegt werden, dass die dem Sichtfeldzentrum entsprechenden Pixel empfindlicher sind, Pixel zur Linken des Bildes (linksseitige Fahrumgebung) höhere Schwellen aufweisen. Diese Schwellen sollten jedoch nicht mit dem gleichen Grad wie die Schwellen für die Rücklichter aufgrund der relativ breiten Varianz der bei Scheinwerfern beobachteten Emissionsmuster räumlich variieren. Aufgrund des relativ höheren Potentials an grellerem Licht für den Fahrer des entgegenkommenden Fahrzeugs können die Scheinwerfer zusätzlich relativ schneller gesteuert/geregelt und abgeblendet werden, als in dem Fall, wenn ein Rücklicht von einem in der gleichen Richtung fahrenden Fahrzeug erfasst wird. Ähnlich zu dem Rücklichtverarbeitungskreis kann eine Hysterese hinzugefügt werden, um ein Oszillieren der Scheinwerfer zu verhindern.
Ein zusätzlicher Belang bei Scheinwerfererfassung ergibt sich aus der schnellen Abstandsabnahme zwischen entgegenkommenden Fahrzeugen, welche besonders kritisch wird, wenn ein entgegenkommendes Fahrzeugplötzlich in das Sichtfeld des gesteuerten Fahrzeugs eindringt, z. B. wenn es um eine Ecke biegt oder in einer ähnlichen Situation. Aus diesem Grund wird ein zusätzliches Flag verwendet, um zu veranlassen, dass das Fahrzeug unmittelbar die hellen Scheinwerfer abblendet und jede Überprüfung umgeht, falls die Lichtquelle oberhalb einer bestimmten absoluten Hoch-Pegel-Helligkeitsschwelle ist.
Die Scheinwerfererfassung wesentlich komplizierende Störlichtquellen kommen von hochliegenden Lichtern, wie z. B. Straßenlaternen und elektrisch beleuchteten Straßenschildern. Ein Verfahren zur Beseitigung solcher Störlichtquellen ist, deren Bewegung zu analysieren. Insbesondere werden sich alle hochliegenden Straßenlampen in dem Bild aufwärts bewegen, wenn das gesteuerte Fahrzeug sich bewegt. Eine Analyse dieser Bewegung liefert ein effizientes Verfahren zur Erfassung einiger Straßenlampen. Unglücklicherweise erscheinen entfernt liegende Straßenlampen nahezu in den gleichen Elevationswinkeln wie entfernte Scheinwerfer, und die Rate des vertikalen Anstiegs in dem Bild wird nicht groß, bevor die Straßenlampe näher ist. Jedoch ist, wie oben diskutiert, die Straßenbeleuchtung AC-gesteuert/geregelt und dadurch 120 Hz-Intensitätsmodulation ausgesetzt. Durch DC-Quellen gespeiste Scheinwerfer zeigen diese Charakteristik nicht. Daher ist der Bildmatrixsensor 106 fähig, eine kleine Anzahl von Pixeln zu verwenden, um diese für mehrere schnelle aufeinander folgende Ablesungen in einem Fenster zu nehmen. Falls das Fenster klein genug ist, kann das Fenster einige Hundert Bilder pro Sekunde lesen. Sobald die Lichtquelle in dem Bild identifiziert ist, werden einige Bilder bei einer Rate von 240 Hz oder höher ausgelesen. Diese Ablesungen werden dann analysiert, um die Intensitätsmodulation zu erfassen. Falls eine Modulation vorliegt, ist der Ursprung der Lichtquelle eine AC-Quelle und kann ignoriert werden. Alternativ kann eine Fotodiode in Verbindung mit einem Tiefpassfilter verwendet werden, um das Verhältnis von Licht in dem Bild, das AC-moduliert war, zu dem unmodulierten Licht zu bestimmen. Falls ein signifikanter Teil der Lichtquelle AC-moduliert wird, wird angenommen, dass die in dem Bild vorliegende Lichtquelle von AC-Licht stammt. Andernfalls wird angenommen, dass die Lichtquelle von einer DC-Quelle stammt.
Das Flussdiagramm für Scheinwerferverarbeitung wird in Fig. 8 dargestellt. Anfangs bestimmt das System in Schritt 329, ob das Pixel in dem Scheinwerferfenster ist (d. h. jener Abschnitt des Bildmatrixsensors 106, der für durch die Linse 104 abgebildete Lichtstrahlen ist). Falls nicht, schreitet das System zu Schritt 330 und untersucht das nächste Pixel. Andernfalls untersucht das System das Pixel in Schritt 331, um zu bestimmen, ob das Pixel bei 120 Hz moduliert wird, wie oben diskutiert. Falls dem so ist, wird angenommen, dass die Lichtquelle eine Straßenlampe ist, und folglich schreitet das System im Schritt 330 zu dem nächsten Pixel. Falls das Pixel nicht einer 120 Hz-Intensitätsmodulation ausgesetzt ist, berechnet das System dann die Durchschnittsgraustufe benachbarter Pixel in Schritt 332. In Schritt 333 bestimmt das System die Schwelle für das bestimmte Pixel aufgrund des Raumbereichs, den es abbildet. Das System vergleicht als Nächstes den Graustufenwert des Pixels mit einer absoluten Hochpegelschwelle in Schritt 334, zum Beispiel um zu bestimmen, ob ein entgegenkommendes Auto plötzlich in das Sichtfeld des gesteuerten Fahrzeugs kommt. Falls dem so ist, schreitet das System zu Schritt 335 und setzt ein Flag, um unmittelbares Abblenden zu veranlassen. Andernfalls schreitet das System zu Schritt 336 und bestimmt, ob der Graustufenwert des Pixels n% größer ist als der Durchschnitt benachbarter Pixel. Falls dem nicht so ist, kehrt das System zu Schritt 330 zurück und untersucht das nächste Pixel. Andernfalls schreitet das System zu Schritt 337 und fügt das Pixel zu der Scheinwerferliste für zukünftige Bilder zur Referenz hinzu.
Wie oben diskutiert, untersucht das System Lichtquellen, wie in Schritten 338 und 339 oben diskutiert, um zu bestimmen, ob die Lichtquelle eine Straßenlampe ist. Falls das System bestimmt, dass die Lichtquelle keine Straßenlampe ist, schreitet das System zu Schritt 340 und setzt ein Flag, um die Scheinwerferlampen 206 zum Abblenden zu weranlassen. Falls das System bestimmt, dass die Lichtquelle eine Straßenlampe ist, schreitet das System zu Schritt 341 und bewegt sich zu dem nächste Pixel. Traditionelle Fahrzeuglampensysteme haben bei den Fernlichtern die Option, diese entweder ein- oder auszuschalten. Die vorliegende Erfindung ist bereitwillig anpassbar zur Verwendung mit einem Scheinwerfersystem, wo die Fernlichter aufgrund des Abstandes anderer Fahrzeuge in dem Sichtfeld zu einer Veränderung der Helligkeit aktiviert werden können. In einer solchen Ausführung kann die Helligkeit der Scheinwerfer durch unterschiedliche Techniken verändert werden, umfassend Modulation des Tastverhältnisses des Scheinwerfers, um den gesamten Helligkeitspegel zu reduzieren oder zu erhöhen.
Scheinwerfer mit variabler Intensität ergeben außerdem eine bessere Rauschfilterung. Insbesondere immer dann, wenn eine Lichtquelle erfasst wird, welche veranlasst, dass die Helligkeit der gesteuerten/geregelten Scheinwerfer des Fahrzeugs vermindert wird, können andere Bilder erfasst werden, um zu bestimmen, ob die Intensität dieser anderen Lichtquellen mit einem ähnlichen Betrag abnimmt. Falls dem so ist, würde das System fähig sein, zu bestimmen, dass die Lichtquelle eine Reflexion von den Scheinwerfern des Fahrzeugs ist. Eine derartige Information kann als Rückkopplung verwendet werden, um relativ effiziente Mittel zur Beseitigung von durch Reflexionen der Scheinwerfer des gesteuerten Fahrzeugs verursachten Störlichts bereitzustellen. In einer solchen Ausführung würde die oben diskutierte Helligkeitsschwelle nicht verwendet werden. Insbesondere wird die Helligkeit des hellsten Scheinwerfers und des hellsten Rücklichts in den Bildern verwendet, um die Helligkeit der Scheinwerfer des gesteuerten Fahrzeugs zu bestimmen. Je heller die Scheinwerfer oder ein Rücklicht in den Bildern, um so abgedimmter die gesteuerten/geregelten Scheinwerfer.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der oben stehenden Lehre möglich. Dadurch soll es verstanden werden, dass die Erfindung innerhalb des Rahmens der nachfolgenden Ansprüche anders ausgeführt werden kann, als ausdrücklich oben beschrieben ist.

Claims

1. Steuer/Regelsystem zur automatischen Steuerung/Regelung des Zustandes von Scheinwerfern eines gesteuerten Fahrzeugs, wobei das Steuer/Regelsystem umfasst:

ein optisches System (103-110) zur Abbildung externer Lichtquellen innerhalb eines vorbestimmten Sichtfeldes; und

ein Bildverarbeitungssystem (201-205) zur Verarbeitung von Bildern des optischen Systems und zur Bereitstellung eines Steuer/Regelsignals, das den Zustand der Scheinwerfer (206) steuert/regelt,

dadurch gekennzeichnet, dass das optische System konfiguriert ist, um selektiv ein oder mehrere vorbestimmte Spektralbänder innerhalb des Sichtfeldes zu übertragen und dass das Abbildungssystem ein Steuer/Regelsignal vorsieht, das den Zustand der Scheinwerfer in Abhängigkeit von der relativen Ausgabe von Pixeln steuert/regelt, welche das gleiche Lichtspektralband abbilden.

2. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, wobei die Helligkeit des Scheinwerferfernlichts veränderlich ist, wobei das Bildverarbeitungssystem ferner konfiguriert ist, um zwischen externen Lichtquellen und Reflexionen der Scheinwerfer des gesteuerten Fahrzeugs von unterschiedlichen externen Objekten durch Vergleichen der relativen Helligkeit abgebildeter Objekte zwischen zwei aufeinander folgenden Bildern, wobei die Helligkeit der Fernlichtscheinwerfer zwischen jedem Bild verändert wird, zu unterscheiden.

3. Steuer/Regelsystem zum automatischen Steuern/Regeln des Zustandes der Scheinwerfer eines gesteuerten Fahrzeugs, wobei die Helligkeit mindestens eines Scheinwerfers veränderlich ist, wobei das System umfasst:

ein Bildverarbeitungssystem (201-255) zur Verarbeitung von Bildern des optischen Systems und zum Bereitstellen eines Steuer/Regelsignals zur Steuerung/Regelung der Heiligkeit des mindestens einen Scheinwerfers (206),

dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem konfiguriert ist, um zwischen externen Lichtquellen und Reflexionen des mindestens einen Scheinwerfers von unterschiedlichen externen Objekten durch Vergleichen der relativen Helligkeit abgebildeter Objekte zwischen zwei aufeinander folgenden Bildern, wobei die Helligkeit des mindestens einen Scheinwerfers zwischen jedem Bild verändert wird, zu unterscheiden.

4. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 3, wobei das Bildverarbeitungssystem Mittel zur Erfassung von Störlichtquellen durch Erfassung der AC-Intensitätsmodulation der Störlichtquellen umfasst, die von einer Wechselstromquelle herrühren, aus welcher die Störlichtquellen gespeist werden.

5. Steuer/Regelsystem zur automatischen Steuerung/Regelung des Zustandes der Scheinwerfer eines gesteuerten Fahrzeugs, wobei das Steuer/Regelsystem umfasst:

ein Bildverarbeitungssystem (201-205) zur Verarbeitung von Bildern des optischen Systems und zur Bereitstellung eines Steuer/Regelsignals zur Steuerung/Regelung der Scheinwerfer,

dadurch gekennzeichnet, dass das Bildverarbeitungssystem Mittel zur Erfassung von Störlichtquellen durch Erfassung der AC-Intensitätsmodulation der Störlichtquellen umfasst, wobei die Intensitätsmodulation von einer Wechselstromquelle herrührt, von welcher die Störlichtquellen gespeist werden.

6. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das optische System relativ zu dem gesteuerten Fahrzeug fixiert ist.

7. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das optische System einen Bildmatrixsensor umfasst, der eine Vielzahl von Pixeln enthält.

8. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 7, wobei der Pixel-Bildmatrixsensor ein CMOS Aktivpixel-Bildmatrixsensor ist.

9. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 7, wobei das optische System ferner konfiguriert ist, um auf dem Bildmatrixsensor räumlich Lichtquellen zu unterscheiden, die unterschiedliche spektrale Zusammensetzungen aufweisen.

10. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das optische System zwei oder mehr Linsen und einen Bildmatrixsensor, der eine Matrix von Pixeln aufweist, umfasst.

11. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 10, wobei die zwei oder mehr Linsen und der Matrixsensor konfiguriert sind, um das vorbestimmte Sichtfeld auf unterschiedliche Abschnitte des Bildmatrixsensors abzubilden.

12. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 11, wobei das optische System konfiguriert ist, um zu verhindern, dass durch eine der Linsen durchgehendes Licht auf dem Abschnitt des Bildmatrixsensors ankommt, der für Licht bestimmt ist, das durch eine andere der zwei oder mehr Linsen abgebildet wird.

13. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 11, fernes umfassend Mittel zum Filtern des Lichts durch die zwei oder mehr Linsen derart, dass eine der zwei oder mehr Linsen Licht unterhalb einer ersten vorbestimmten Wellenlänge filtert und eine weitere der zwei oder mehr Linsen Licht oberhalb einer zweiten vorbestimmten Wellenlänge filtert.

14. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 13, wobei die erste und die zweite vorbestimmte Wellenlänge die gleiche sind.

15. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 13, wobei eine der zwei oder mehr Linsen Licht überträgt, das eine Wellenlänge von mehr als 600 nm aufweist, welche einen roten Filter zur Abbildung von Rücklichtern auf einen Abschnitt des Bildmatrixsensors definiert.

16. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 15, wobei Rücklichter erfasst werden durch Vergleichen der relativen Ausgabe eines durch den roten Filter abgebildeten Pixels mit der durchschnittlichen Pixelausgabe einer ausgewählten Gruppe vorn benachbarten, durch den roten Filter abgebildeten Pixel, wobei das Verarbeitungssystem ein Rücklicht erfasst, wenn die Pixelausgabe um einen vorbestimmten Prozentsatz höher ist, als die durchschnittliche Pixelausgabe der ausgewählten Gruppe von Pixeln.

17. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 15, wobei eine andere von zwei oder mehr Linsen Licht überträgt, das eine Wellenlänge von weniger als 600 nm aufweist, welche einen cyanblauen Filter zur Abbildung von Scheinwerfern auf einen anderen Abschnitt des Bildmatrixsensors definiert.

18. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 17, wobei Scheinwerfer durch Vergleichen der relativen Ausgabe eines durch den cyanblauen Filter abgebildeten Pixels mit der durchschnittlichen Ausgabe einer ausgewählten Gruppe von Pixeln erfasst wird, wobei das Verarbeitungssystem einen Scheinwerfer erfasst, wenn die Pixelausgabe um einen vorbestimmten Prozentsatz höher ist als die durchschnittliche Pixelausgabe der ausgewählten Gruppe von Pixeln.

19. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das Bildverarbeitungssystem Mittel zur Verarbeitung von Bildern des optischen Systems auf einer Bild-nach-Bild-Basis umfasst.

20. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 19, wobei das Bildverarbeitungssystem Mittel zur Erfassung externer Scheinwerfer in jedem Bild umfasst.

21. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 19, wobei das Bildverarbeitungssystem Mittel zur Erfassung von Rücklichtern in jedem Bild umfasst.

22. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 21, wobei das Bildverarbeitungssystem einen Abblend-Zähler umfasst, welcher immer dann erhöht wird, wenn ein Bild verarbeitet wird, welches mindestens ein Rücklicht oder einen Scheinwerfer enthält.

23. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 22, wobei der Abblend-Zähler immer dann zurückgesetzt wird, wenn ein Bild, das keine Scheinwerfer oder keine Rücklichter enthält, verarbeitet wird.

24. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 23, wobei das Steuer/Regelsignal in Abhängigkeit des Werts des Abblend-Zählers erzeugt wird.

25. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 21, wobei das Bildverarbeitungssystem einen Aufblend-Zähler umfasst, welcher jedes Mal erhöht wird, wenn ein leeres Bild, das keinen Scheinwerfer oder kein Rücklicht enthält, verarbeitet wird.

26. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 25, wobei der Aufblend-Zähler zurückgesetzt wird, wenn ein Scheinwerfer oder ein Rücklicht in einem Bild erfasst wird.

27. Steuer/Regelsystem nach einem der Ansprüche 19-26, wobei das Bildverarbeitungssystem aufeinander folgende Bilder vergleicht, um vertikale Bewegung der Lichtquellen relativ zu dem gesteuerten Fahrzeug zu erfassen.

28. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 27, wobei die Lichtquellen hochliegende Straßenlampen sind.

29. Steuer/Regelsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei das Bildverarbeitungssystem aufeinander folgende Bilder vergleicht, um horizontale Bewegung der Lichtquellen relativ zu dem gesteuerten Fahrzeug zu erfassen.

30. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 29, wobei die Lichtquellen reflektiertes Licht von relativ zu dem gesteuerten Fahrzeug feststehenden Reflektoren sind.

31. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das optische System Mittel zum Filtern infraroten Lichts von den externen Lichtquellen umfasst.

32. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das optische System Mittel zum Dämpfen von Licht außerhalb des vorbestimmten Sichtfeldes umfasst.

33. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das Bildverarbeitungssystem Mittel zur Berechnung der durchschnittlichen Ausgabe einer ausgewählten Gruppe von benachbarten Pixeln in dem Bildmatrixsensor umfasst.

34. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das Steuer/Regelsignal verwendet wird, um Fernlichtscheinwerfer komplett ein- oder komplett auszuschalten.

35. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das Steuer/Regelsignal verwendet wird, um den Helligkeitspegel von Fernlichtscheinwerfern zwischen komplett ein und komplett aus kontinuierlich zu variieren:

36. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 35, wobei das Steuer/Regelsignal verwendet wird, um das Tastverhältnis der Scheinwerfer zu variieren.

37. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, wobei das optische System konfiguriert ist, um selektiv ein oder mehrere vorbestimmte Lichtspektralbänder zu übertragen, wobei jedes vorbestimmte Spektralband auf unterschiedliche vorbestimmte Pixelblöcke innerhalb des Bildsensors abgebildet wird, und wobei das Bildverarbeitungssystem konfiguriert ist, um das Steuer/Regelsignal in Abhängigkeit von der Ausgabe eines oder mehrerer Pixel innerhalb jedes der vorbestimmten Blöcke relativ zu der Ausgabe anderer Pixel innerhalb des gleichen Blocks bereitzustellen.