用在基于摄像机的驾驶员辅助系统中的机动车大灯线性偏振光辐射的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于机动车的驾驶员辅助系统。本发明还涉及具有这种驾驶员辅助系统的机动车。此外，本发明涉及一种根据权利要求15的前序部分的用于运行用于机动车的驾驶员辅助系统的方法。

背景技术：

在现代的机动车——尤其是具有内燃机和/或电机的机动车——中，基于计算机的辅助系统对环境的识别越来越重要。作为创建真实环境的三维虚拟模型的基础，对不同类型的传感器数据进行评估。除了gps传感器、红外传感器和超声传感器之外，传感器数据的还包括由摄像单元产生的图像数据，摄像单元通常作为2d摄像机存在，并且在可见波长范围内扫描。在此，特别是在行进方向上取向的摄像机系统受益于机动车的现有大灯系统的改进的照明。大灯的可见光谱在清晰视野中增加了摄像机的拍摄精度，然而，空气中的粒子使发出的光被反射并因此使图像恶化，因此在有雾和类似的可见性条件差的情况下降低了拍摄的质量。

根据当前状态，摄像机视场的照明主要由机动车的大灯执行。在此，要特别注意在有雾时尽量减少汽车驾驶员的眩光。因为远光的高光强度在雾中引起反射，所以现代机动车提供额外的雾灯，其功能被优化以照亮道路而不会使驾驶员眩目。为此，车道的不必通过安置摄像机系统来评估的区域被照亮。在此，该驾驶员辅助系统遇到与人类驾驶员同样面临的相同的问题，即，在雾中明显的可见性恶化。

程序控制的计算单元，例如微控制器或微处理器，根据传感器的输入数据计算机动车的环境。在湿车道上、在反射性的建筑物和表面(诸如其他车辆的后窗)上的反射增加了在摄像机的输入数据中的噪声。由于反射的叠加，对于借助于计算机程序实现的计算机算法，难以识别先前可明确识别的对象。这种噪声使图像信号失真并引入不确定因素。中间到远处(30米到500米)的雾气和水蒸气使物体的轮廓模糊。这使得驾驶员辅助系统难以执行任务。尤其随着距离的增加，信噪比恶化。

在此背景下，由文献de102012018121a1已知一种用于获取机动车辆的环境图像的图像拍摄装置，其具有立体摄像机单元，该立体摄像机单元包括用于获取环境图像的第一光学机构和与第一光学机构相距一定距离布置的第二光学机构，该第二光学机构用于拍摄环境图像，其中，为光学机构中的一个分配有用于至少部分地吸收光的至少一个偏振滤光器元件，该偏振滤光器元件可在至少一个使用位置和至少一个非使用位置之间移动，在该使用位置中，偏振滤光器元件至少部分地布置在至少一个光学机构的探测区域中，在非使用位置中，偏振滤光器元件布置在至少一个光学机构的探测范围之外。

此外，由de102014205204b3已知一种基于摄像机的驾驶员辅助系统，其包括具有第一图像传感器和第二图像传感器的立体摄像机，以用于产生车辆环境的图像数据，在其中图像数据由图像评估单元评估，并且在第二图像传感器之前布置有水平偏振光可透射的偏振滤光器，其中，图像评估单元构造成比较由第一图像传感器和第二图像传感器同时产生的帧图像数据的强度，并且根据强度的关系显示出由立体摄像机拍摄的车道的表面状态。

de102013207148a1从更广泛的领域提出了一种飞行时间摄像机系统，其包括设计用于接收优选的偏振光的飞行时间摄像机以及设计用于发射偏振光的发光装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提出一种基于摄像机的驾驶员辅助系统、具有这种驾驶员辅助系统的机动车以及相应的方法，通过该方法可提高摄像单元的精度。

该目的通过具有权利要求1的特征的驾驶员辅助系统、具有权利要求13的特征的机动车以及具有权利要求15的特征的方法来实现。本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

本发明提出了一种用于机动车的驾驶员辅助系统，其中，驾驶员辅助系统包括：机动车大灯，其设计成照亮机动车的环境；和摄像单元，其设计成基本上仅对具有可预定的第一偏振方向的光进行分析处理，以产生与机动车环境相关的图像数据。

根据本发明，由此改进驾驶员辅助系统：机动车大灯设计成，在由机动车大灯提供可预定的光功率的、按规定的运行期间，根据可预定的脉冲模式提供和/或以可预定的份额的光功率提供具有第二偏振方向的线性偏振光来照亮环境。光功率尤其理解成：机动车大灯提供的光通量。在涉及到立体角时，光强度也可用作参考量。如果希望不考虑光敏度曲线v(λ)(也称为相对光谱灵敏度)，则可代替地以发射光的辐射功率作为参考量。因为通过使用偏振滤光器，经过滤的光、即偏振光的光谱成分不被改变，所以在此不需要在光通量与辐射功率之间进行区分。

脉冲模式可具有周期性的走向，尤其具有可预定的接通时段和可预定的关断时段。在此，在相应的接通时段期间提供线性偏振光，其中，在剩余时间、即相应的关断时段期间，可预定的光功率的至少一部分通过非偏振光来提供。接通时段与接通时段和关断时段之和间比例被称为占空比(英文：dutycycle)。占空比优选地大于0％并且尤其小于100％。通过线性偏振光提供的可预定的份额的光功率优选地大于0％。与可预定的光功率的份额的下限无关地，可预定的光功率的份额小于等于100％。替代地可规定，可预定的光功率的份额小于100％。

机动车大灯优选地为主要沿行驶方向辐射光的符合规定的照明机构，其尤其在可见的波长范围内辐射光。辐射出光的光谱成分尤其为白光。替代地，机动车大灯可设计成主要在黄色光谱范围内进行辐射。

本发明基于的发现是，当大气中有雾或水蒸气时，在精细分布的水滴处发生反射，这倾向于引起反射光的偏振面相对于发射光的转动。该效应可特别有利地被以下述方式加以利用：根据本发明由机动车大灯辐射出线性偏振光并且由摄像单元对反射光进行分析处理，该摄像单元同样配备有前置的线性偏振滤光器。由此可降低图像信号中的噪声，因此改善信噪比。由于使摄像单元(摄像机)的图像拍摄中的噪声降低，使交付给机动车的环境数据的误差率最小化。尤其在自动驾驶的机动车方面，这提供了明显的安全性增益。改善的环境成像避免了评估算法对环境的误解，该评估算法在驾驶员辅助系统的计算机单元中进行处理。此前，错误的图案识别可能导致例如由眩光、镜反射和/或混浊引起的误解。借助于本发明，在大气中有雾和水蒸气的情况下，改善了由驾驶员辅助系统获得的车辆视野。

根据本发明的方案的另一优点是，可继续使用机动车的现有的零部件。对于改装，仅需将偏振滤光器安装到现有部件、即机动车大灯和摄像单元(摄像机)之前的光路中。因此，除照亮车道环境以使作为机动车驾驶员的人能识别出车道环境之外，机动车大灯具有另一功能。通过提供根据本发明的构造的附加信息，其以具有预定偏振方向的线性偏振光的形式来提供，提高了摄像单元的精度。通过降低噪声，使由摄像单元产生的信号更精确。基于该更精确的图像数据，图像处理算法可进行更可靠的环境建模。

根据驾驶员辅助系统的一有利的改进方案，第二偏振方向与第一偏振方向相同。由此实现的有利的效果是，例如由金属表面(例如路牌或前面的或迎面驶来的机动车)反射的光到达摄像单元，该反射的光具有的偏振方向和通过机动车大灯发出的光相同。不同于此，在存在于大气中的水滴处，偏振方向倾向于转动，使得在水滴处反射的并且回到摄像单元的光仅还以减少的成分涉入图像数据的产生，即，具有通过该偏振方向相对于第一偏振方向和第二偏振方向转动的角度的余弦给定的因子。在该偏振方向转动90度时，甚至可完全抑制干扰信号。

根据驾驶员辅助系统的优选的实施方式，摄像单元的分辨率至少是：至少具有640×480像素的vga分辨率。此外，按以下顺序越来越优选的是具有至少768×576像素(pal-d)的分辨率；具有至少800×600像素(svga)的分辨率；具有至少1280×720(hd720高清“准高清”)的分辨率；具有至少1920×1080(hd1080高清“全高清”)的分辨率。因此，通过摄像单元的高分辨率，可有利地以图像数据中足够的成像结构产生中到远距离的对象，从而能够对图像数据进行可靠和有意义的评估。

根据驾驶员辅助系统的另一有利的实施方式，摄像单元设计成探测颜色，尤其区分用在交通灯设备中的按照规定的信号颜色。属于此的颜色尤其包括红色、绿色和/或黄色和/或绿色(其用作交通管理的交通灯设备中的所谓的交通灯颜色)和/或蓝色。通过摄像单元设计成可至少明确地识别这些颜色中的至少一种，尤其红色，驾驶员辅助系统可在自动行驶运行中遵从由交通信号灯设备发出的指示和/或在由驾驶员控制的运行中向驾驶员指出灯光信号，并且必要时在驾驶员忽视灯光指示时引入相应的措施。

根据驾驶员辅助系统的另一有利的实施方式，摄像单元构造为单目摄像机，尤其构造为唯一的摄像机，以探测可通过机动车大灯照亮的环境。由此可将根据本发明的驾驶员辅助系统的成本保持得很低。

根据另一有利的实施方式，机动车大灯包括第一光源，其设计成仅仅产生非偏振光。除了线性偏振光之外，可利用由第一光源辐射出的光进行发射，从而由此此补偿由偏振滤光器引起的光功率损失。替代地或附加地，第一光源可配备有偏振滤光器，其布置成使得由第一光源产生的光的以规定的辐射方向离开机动车大灯的部分必须通过偏振滤光器。在此，偏振滤光器可实现光的可变的偏振。因此可规定，由机动车大灯辐射出的所有光、即非偏振光以及偏振光由唯一的光源、即第一光源产生。

根据一有利的改进方案，机动车大灯包括偏振装置，其设计成使由第一光源产生的光根据偏振控制信号线性偏振。为此，例如可设置静态不动的偏振滤光器，其可借助于一个或多个机械元件引入到光源的光路中。在此例如可涉及具有镜结构的压电元件。因此，通过电操控压电元件可改变光的光路。基于这种布置，可借助于唯一的光源以及固定不动安装的无源偏振滤光器实现机动车大灯的动态控制，其中，可选地具有线性偏振光或非偏振光。

根据另一有利的实施方式，机动车大灯包括第二光源，其设计成仅仅产生线性偏振光。在此，或者是光由于其生成的物理类型而本身就偏振，或者是第二光源持久地与静态偏振滤光器耦合。在这种实施方式中，可特别简单地实施本发明。

根据另一有利的实施方式，机动车大灯设计成，在机动车大灯按规定运行期间持续地、尤其以恒定的光功率照亮环境。

根据另一有利的实施方式，机动车大灯设计成在机动车大灯按规定运行期间节拍式地在第一运行模式和第二运行模式之间交替，其中，第一运行模式仅仅辐射出非偏振光，并且第二运行模式可预定的光功率的至少一部分以偏振光的形式辐射出。有利地，机动车大灯设计成，在这两种运行模式之间这样交替运行时，总体上使光功率保持恒定，使得偏振光与非偏振光的总和在两种运行模式(第一运行模式和第二运行模式)中的任一种中都以相同的可预定的光功率、尤其以相同的光通量照亮环境。因此，对于人类观察者，特别是对于机动车的驾驶员而言，在第一运行模式和第二运行模式之间的差异是不可感知的。

根据一有利的改进方案，驾驶员辅助系统包括评估单元，其设计成比较由摄像单元在第一运行模式中产生的图像数据与由摄像单元在第二运行模式中产生的图像数据。尤其在此可规定，对在相应产生的图像数据之间的差异进行分析处理，从而由此确定在两种照明情况之间的差异，其中，相应的线性偏振光在总的可预定的光功率中具有不同的份额。因此，图像的评估不仅受益于在引起降噪的偏振光的情况下的拍摄，而且可以由于与在非偏振地照明时的图像进行比较而通过对测得的差异的评估来提高拍摄精度。

在此，差异评估可逐像素地完成和/或基于图像内容的偏移的校正来完成，这尤其由于机动车本身的运动而可能是需要的。在这种情况下，在具有不同的运行模式的时刻获取的两种图像数据可基于特征性的图像标志而彼此匹配，并且基于不必与原始像素一致的新的光栅来彼此比较。

根据另一有利的实施方式，驾驶员辅助系统包括显示装置，其设计成接收由摄像单元产生的图像数据，并且根据图像数据显示环境图像。尤其设置成为机动车的驾驶员显示出环境图像。通过借助于屏幕将图像数据提供给机动车的驾驶员，在大气中有雾和水蒸气的情况下也可以将机动车的改善的视野传递给驾驶员，并且因此为驾驶员展现附加的辅助。

优选地，机动车可包括根据本发明的驾驶员辅助系统，因此得到根据本发明的机动车。机动车可具有作为动力设备的内燃机和/或电机。机动车尤其可设计成提供自动速度调节和/或车道引导调节(自动巡航)。

根据机动车的有利的改进方案，第一偏振方向和/或第二偏振方向正交于机动车所处的车道表面或所行驶的车道表面。由此可尤其将主要具有水平的偏振方向的在湿的车道表面上的反射从评估中排除掉。

本发明还涉及用于运行机动车的驾驶员辅助系统的方法，包括：借助于机动车大灯照亮机动车的环境，基本上仅对具有可预定的第一偏振方向的光进行分析处理，以产生与机动车的环境相关的图像数据。根据本发明，方法由此改进，即，在由机动车大灯提供可预定的光功率的、按规定的运行期间，根据可预定的脉冲模式提供和/或以可预定份额的光功率提供具有第二偏振方向的线性偏振光来照亮环境。

针对根据本发明的驾驶员辅助系统说明的优点和优选的实施方式同样适用于根据本发明的机动车，只要可应用便是如此，反之亦然。同样，针对根据本发明的装置说明的优点和特征以及实施方式同样适用于相应的方法，反之亦然。因此，可为装置特征设置相应的方法特征，反之亦然。

上文在说明书中提到的特征和特征组合以及下文在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以相应给出的组合应用，而且可以其他组合应用或单独应用，都不脱离本发明的范围。因此，在附图中未明确示出或阐述、然而通过来自阐述的实施方案的单独的特征组合得到或可产生的实施方案同样可认为是被本发明公开了。

附图说明

借助实施例的下文的说明在考虑了附图的情况下得到其他的优点和特征。在附图中，相同的附图标记表示相同的特征和功能。其中：

图1以简化的示意图示出了根据本发明的机动车的一优选的实施例；

图2以简化的示意图示出了根据本发明的驾驶员辅助系统的优选的第一实施方式；

图3以简化的示意图示出了用于与根据图2中的图示的驾驶员辅助系统一起使用的操控方案；

图4以简化的示意图示出了根据本发明的驾驶员辅助系统的优选的第二实施方式；

图5以简化的示意图示出了根据本发明的驾驶员辅助系统的优选的第三实施方式；并且

图6以简化的示意图示出了根据本发明的驾驶员辅助系统的优选的第四实施方式。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的优选的实施例的机动车1，该机动车可尤其为乘用车(pkw)。非限制性地，本发明可以相同的方式同样用于载重车、客车、商用车和其他的机动车。在机动车1前方的是由驾驶员辅助系统2监测的环境3，其通过驾驶员辅助系统2的机动车大灯4照亮。驾驶员辅助系统2还包括摄像单元5，其根据机动车1的环境3产生图像数据。摄像单元5可尤其为单目摄像机，其优选地布置在机动车1的内后视镜附近。在摄像单元5后端是评估单元6，其对产生的图像数据进行分析处理并且为驾驶员辅助系统2的进一步的处理做好准备。可选地，驾驶员辅助系统2可包括显示装置7，其尤其通过屏幕形成，该屏幕将环境3的图像提供给机动车1的驾驶员10。

图2示出了驾驶员辅助系统2的优选的第一实施例。在此，摄像单元5配备有偏振滤光器5a。摄像单元5对准环境3，在该环境中示出了车道表面13。机动车大灯4包括第一光源8，其设计成辐射出非偏振光11。机动车大灯4还包括第二光源9，其设计成辐射出线性偏振光12。为此目的，第二光源9配备有偏振滤光器9a。驾驶员辅助系统2还包括控制设备14，其设计成操控第一光源8和第二光源9。在此，根据第一脉冲模式15以及第二脉冲模式16操控第一光源8和第二光源9。在此，第一脉冲模式15与第一光源8的运行相关联，第二脉冲模式16与第二光源9的运行相关联。两个光源(即第一光源8和第二光源9)以及摄像单元5的操控通过控制设备14经由同步连接部19同步。

在图3中示出了控制设备14的示例性的操控策略。在此，第一脉冲模式15以及第二脉冲模式16示出为在横坐标上绘出的时间t的函数。在纵坐标处绘出了脉冲宽度调制关系pwm，其在图示中呈现两种状态，即，0％和100％。在第一运行模式17中，第一脉冲模式15具有100％的值，并且第二脉冲模式16具有0％的值。在第二运行模式18中，这些值刚好交换，即，第一脉冲模式15具有0％的值，并且第二脉冲模式16具有100％的值。换句话说，根据该图示，第一光源8和第二光源9相应轮流地以全功率运行并交替地完全切断。周期性地重复这一过程，使得得到周期性的变化过程。由此出现的时段(在其中第一光源8无偏振地照亮环境3，尤其车道表面13)给驾驶员10产生均质的光图像的印象。而在偏振的第二光源9被激活的时段的时长被如此选择，即，其对于驾驶员10来说不再能被感知到。设有偏振滤光器5a的摄像单元5的拍摄与偏振的第二光源9同步。在激活第二光源9时，可使第一光源8，尤其机动车大灯4的其余所有光源停用。这相应于根据图3的操控方案。然而，这种停用并不是必须的，而是也可以规定，在第二运行模式中为在第二运行模式18中的第一脉冲模式15预定一不为零(0％)的值。

根据驾驶员辅助系统2的优选的第二实施方式，如图4所示，机动车大灯4仅包括第一光源8，其设计成辐射出非偏振光11以及偏振光12。已经由图1和图2已知的附图标记相应地适用，并且在下文中不再单独阐述。在此，第一光源8不必构造为唯一的照明器件，而是第一光源8代表性地表示由可能的多个单独的照明器件组成的功能单元。例如在此涉及的可能是一个或多个发光二极管(led)或一个或多个激光二极管。

由第一光源8辐射出的光借助于其光路中的机械元件20发生改变。机械元件20例如可通过具有镜结构的压电元件形成。同样可设置将多个这种机械元件引入光路中。借助于电操控，机械元件20改变光的光路。因此在第一运行模式中辐射出非偏振光11，而在第二运行模式中如此操控机械元件20，使得光转向到镜元件22上，光的光路又从该镜元件转向到机动车大灯4的辐射方向上。由第一光源8产生的光在其根据经转向的光路的路径中穿过偏振滤光器21，其示例性地布置在镜元件22附近。偏振滤光器21以及镜元件22的所示的这种布置仅仅用于阐述第二实施方式所基于的原理，而不应理解为对本发明造成限制。

与机动车1的摄像单元5同步地限定仅有偏振光12出现在车道表面13的时间段，并且该时间段单独地由摄像单元5拍摄和评估。以这种方式实现了，具有限定的光偏振方向的即时拍摄。

在图5中示出了根据本发明的驾驶员辅助系统2的优选的第三实施例。在此，机动车大灯4包括第一光源8以及第二光源9，其中，第一光源8辐射出非偏振光11，而第二光源9通过偏振滤光器9a辐射出线性偏振光12。如已经在第一实施例中示出的那样，在此除了可为机动车大灯4的主光源的第一光源8之外，在机动车大灯4内设置有呈第二光源9的形式的其他光源。通过第二光源9提供的光功率与整个驾驶员辅助系统2相匹配，使得摄像单元5不会被非偏振光11过度曝光/感光过度。在摄像单元5之前定位有偏振滤光器5a。在该结构中，第一光源8、例如机动车大灯4远光灯补偿由于在第二光源9处的偏振滤光器9a引起的光功率损失。因此，根据第三实施方式，非偏振光11和线性偏振光12以可预定的组成方式静态地照射到环境3中。

替代地可规定，相应于在第一实施方式中提出的原理，组合地操控第一光源8和第二光源9，在其中不仅交替地在第一运行模式17和第二运行模式18之间切换，而且不是仅仅地以0％或100％来在非偏振光11和偏振光12之间进行分配，而是能够实现在线性偏振光12和非偏振光11之间的可自由预定的混合比例。由此，射入到环境3中的总的光功率尤其可根据驾驶员10的亮度敏感性来相应地操控，使得驾驶员不可察觉在第一运行模式17和第二运行模式18之间的差别。以这种方式可避免干扰性的频闪效应，其是已知的并尤其在机动车中由于机动车自身的运动引起。在周期性地进行照明切换时，在偏振光12和非偏振光11之间的激活时长的比例不是确定成1：1，而是可进行调整。图像的评估不仅从在偏振光12的情况下的拍摄获利，其使噪声降低，而且与在用非偏振光11照亮时的图像相比较可通过提取测量到的差异提高拍摄的精度。

在图6中示出了根据本发明的驾驶员辅助系统2的优选的第四实施例。在此，机动车大灯4的两个光源相应于之前的图示实施为第二光源9，它们相应具有前置的偏振滤光器9a。由此从机动车大灯4仅仅辐射出线性偏振光12。线性偏振光照亮具有车道表面13的环境3并且可由设有合适的偏振滤光器5a的摄像单元5呈现/解析。因此，第四实施方式可看作之前示出的前三个实施例的特例(特殊情况)。第一光源8——例如远光光源——在此被第二光源9代替，使得机动车大灯4不再辐射出非偏振光11。

显然，作为单独示出的两个第二光源9不必以两个分开的零件存在，而是机动车大灯4也可以具有唯一的光源9(参见图4的图示，其具有机械元件20的调节部，该调节部使偏振滤光器21持久地处在光路中)。因此，机动车大灯4可包括任意数量的照明器件，其辐射出具有可预定的偏振方向的线性偏振光12。

在上文示出的实施例中的任何一个实施例中，在摄像单元5的光路中的偏振滤光器5a可以不动地实施，也可以可电气操控地实施。在后者的情况下，射入的光在其到达摄像单元5之前被仅暂时地导引通过不动的偏振滤光器。

实施例仅仅用于阐述本发明，并且对于本发明来说不是限制性的。因此，偏振光的产生方式以及光功率的与时间相关和/或与幅度相关的组成可尤其根据非偏振光11和偏振光12而任意设计，都不背离本发明的构思。尤其针对确定的实施例公开的特征(其明显不必局限到相应的实施例，例如第一光源8和/或第二光源9基于led的具体的设计)可与其他实施例组合。

因此，上文示出了如何能借助于偏振的照亮实现改善的环境识别。