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Fahrerassistenz

Bildaufnehmer mit hohem Dynamikbereich für Nachtsichtsysteme

31. Januar 2011, 16:22 Uhr | Von Dr. Dirk Hertel

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Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Empfindlicher als eine Farbkamera

Die NightBrite-Version des WDR-Bildsensors enthält ein modifiziertes Farbfilter-Array (Colour Filter Array; CFA), in dem ein filterloses P‘-Pixel das zweite G’-Pixel der Bayer-Matrix ersetzt. Das P’-Pixel hat eine Doppelfunktion. Erstens erfasst es Luminanzinformationen aus dem panchromatischen Empfindlichkeitsbereich, der den visuellen und NIR-Bereich umfasst, und ist deshalb mehr als dreimal empfindlicher als ein Farb-Pixel. Zweitens dient das P’-Pixel als Referenz zum Abschätzen des NIR-Anteils in den R’G’B’-Pixelsignalen. Unerwünschte NIR-Anteile lassen sich damit aus dem Farbsignal herausrechnen. Dieses virtuelle NIR-Filter bewährt sich selbst bei hohem NIR-Anteil, zum Beispiel bei Glühlampenlicht mit einer Farbtemperatur von 3200 K, bei dem nur 20 % des Signals auf den sichtbaren Bereich entfallen. Da herkömmliche Filtermaterialien verwendet werden, liegen die Produktionskosten auf dem Niveau konventioneller Farbbildsensoren.

Die Echtfarb-Bildfusion kombiniert danach das P’-Bildsignal mit dem gefilterten Farbsignal, wodurch das aus dem visuellen und NIR-Bereich gewonnene helle Graustufenbild durch die Farben heller Objekte ergänzt wird. Selbst wenn die NightBrite-Technik im Verbund mit einem NIR-Sperrfilter angewendet wird (z.B. wenn besonders hohe Farbtreue erforderlich ist), ist sie um 25 % empfindlicher als konventionelle Farbkameras.

Bild 5 zeigt, dass die panchromatischen P’-Pixel auch bei einer Bildfrequenz von 30 fps ein hinreichend helles Graustufenbild liefern. Das vergleichsweise dunkle Farbbild (Bild 5, mitte) gibt dagegen hauptsächlich die nicht zusammenhängenden Farben der Ampeln und Rücklichter auf nahezu schwarzem Hintergrund wieder. Da die spektrale Energie im sichtbaren Bereich verglichen mit dem Empfindlichkeitsbereich des Bildsensors klein ist, ist die Helligkeit der gefilterten Farben deutlich schwächer als die Luminanz der P’-Pixel. Die WDR-Kompression mit dem adaptiven AutoBrite-Algorithmus sowie die virtuelle NIR-Filterung sorgen dafür, dass die Farben in den Lichtern erhalten bleiben. Das zusammengeführte Bild (Bild 5, unten) liefert eine natürliche Darstellung mit allen verkehrsrelevanten Farbinformationen.

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Wie effektiv die NightBrite-Technik im Vergleich zu einer linearen CMOS-Farbkamera ist, ist in Bild 6 klar zu sehen. Die höhere spektrale Empfindlichkeit sorgt dafür, dass das mit NightBrite-Technik aufgenommene Bild (oben) einen deutlich helleren Hintergrund aufweist. Die WDR-Kompression und die virtuelle NIR-Filterung ermöglichen zusammen die Wiedergabe der roten Bremslichter, während diese beim linearen Bildaufnehmer infolge der Sättigung so verweißlicht sind, dass sie von Scheinwerfern nicht zu unterscheiden sind (Bild 6, rechts).