Sicherheit ist eines der wichtigsten Anliegen im Automobilbereich, vor allem wenn weltweit immer strengere Vorschriften erlassen werden, um die Zahl der Verkehrstoten zu verringern. Laut dem European Transport Safety Council starben innerhalb der Europäischen Union allein im Jahr 2013 über 26.000 Menschen bei Verkehrsunfällen. Die Automobilhersteller bauen daher immer ausgefeiltere Fahrerassistenzsysteme (ADAS) in ihre Autos, um die Sicherheit im Straßenverkehr durch autonome und halbautonome Steuerung zu erhöhen. Über verschiedene Sensoren werden wichtige Daten gesammelt, die mögliche Gefahren schnell und genau erfassen und das ADAS dazu veranlassen, entsprechend auf die Situation zu reagieren. So entscheidet das System zum Beispiel, ob eine Notbremsung oder ein Ausweichmanöver erfolgen soll.

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Melexis

Die neuen Vorgaben im NCAP-Ranking (New Car Assessment Program) in Europa beziehen sich derzeit rein auf eine höhere ADAS-Leistungsfähigkeit. Dies soll sich ab 2017 ändern. Die Organisation wird weitere Vorgaben erlassen, wie zum Beispiel eine Ausweitung der Funktionen bei schlechten Witterungsbedingungen und die Erkennung von Fußgängern/Radfahrern bei Nacht. Diese zusätzlichen Funktionalitäten hängen natürlich von weiteren Verbesserungen der Sensorik ab, genauso wie von verbesserten Datenverarbeitungsalgorithmen und mehr Rechenleistung.

LED-Leuchten und ihre Auswirkung auf den Bildsensorbetrieb

Die meisten von uns kennen die Bewegungsartefakte, die in Spielfilmen auftreten – zum Beispiel, wenn sich Räder oder Flugzeugpropeller scheinbar in die entgegengesetzte Richtung drehen. Der Grund dafür ist die Interferenz zwischen der Kamera-Verschlusszeit und der Drehzahl des rotierenden Objekts. Bei HDR-Kameras (High Dynamic Range) können diese Artefakte die Effektivität des Fahrzeug-ADAS beeinträchtigen und potenziell eine Gefahr für Leib und Leben darstellen. Die Ursache dafür ist die Tatsache, dass die meisten der heutzutage üblichen ADAS-Kameras mehrere lineare Bilder zu einem zusammengesetzten Bild kombinieren. Da jedes dieser einzelnen Bilder nacheinander aufgenommen wurde, ist die Lage des beweglichen Objekts (oder der Zustand sich ändernder Objekte) geringfügig anders als beim vorhergehenden Bild. Werden also mehrere lineare Bilder zu einem einzigen HDR-Bild kombiniert, stellt dies nicht die wahre Darstellung dessen dar, was gerade passiert.

Info-Kasten

Untersuchungen des NCAP haben ergeben, dass eine autonome Notbremsung bei niedriger Geschwindigkeit (bis zu 30 oder 50 km/h) einen erheblichen Einfluss auf das Fahrverhalten haben kann und Auffahrunfälle um bis zu 38% verringert. Durch Multi-Kniepunkt-HDR-Bildgebung mit einer einzigen Aufnahme können moderne Bildsensoren die Bewegungs- und Flicker-Artefakte verhindern, die zuvor Bildverarbeitungssysteme im Automotive-Bereich beeinträchtigt haben. In Zukunft basieren damit autonome Bremsmanöver in Gefahrensituationen auf wesentlich genaueren Daten als bisher.

HDR-Kameras und LED-Licht

Gepulste LED-Leuchten erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, da die Vorteile der Halbleiter-Lichttechnik (hohe Zuverlässigkeit und geringer Stromverbrauch) immer wichtiger werden. Auf unseren Straßen finden sich mittlerweile LED-Straßenlaternen, Stopp-/Go-Leuchten sowie aktive Verkehrszeichen. In unseren Fahrzeugen finden sich LED-basierte Brems- und Rückleuchten, Tagfahrlicht und andere. Es gibt keinen universellen Standard, der die LED-Pulsfrequenz oder das Tastverhältnis definiert, also gibt es eine Vielzahl verschiedener LED-Pulslösungen, die für Automotive-Kamerasysteme ausgelegt sind. Die Synchronisierung zum LED-Licht ist nicht möglich, da in jedem Fahrzeug-Szenario verschiedene Lichtquellen vorhanden sind. Ein Verkehrszeichen kann beispielsweise mit mehreren LED-Segmenten ausgestattet sein, die jeweils mit ihrer eigenen individuellen Frequenz arbeiten. Als Folge kann ein Bild, das über einen kurzen Zeitraum aufgenommen wurde, durch das ausgestrahlte Licht nicht verarbeitet werden, was entscheidend für die Reaktion eines ADAS wäre. Andererseits könnte auch nur ein Teil des ausgestrahlten Signals erfasst werden, was zu Verwirrungen bei der entsprechenden Reaktion führen kann.

Sensorleistung erhöhen

Eine alternative HDR-Methode wird nicht durch Bewegungsartefakte oder gepulste LED-Flicker-Artefakte beeinträchtigt. Damit verbessert sich die Bildsensorleistung, was die ADAS-Effektivität erhöht. Anstatt mehrere Bilder zu verwenden, können die neuen Bildsensoren ein HDR-Bild aus einem einzigen Bild erstellen, indem eine fortschrittliche Kniepunkt- Bildgebung erfolgt. Dabei bleibt die Verschlusszeit für alle Lichtpegel gleich. Der kürzlich vorgestellte Bildsensor MLX75421 Blackbird von Melexis bietet diese Funktion. Er wird im optischen Format 1/3 Zoll ausgeliefert und bietet eine Auflösung von 1344 x 1008 Pixel. Seine vier stabilisierten Kniepunkt-HDR-Antwortkurven sorgen für eine HDR-Dynamik von bis zu 125 dB für jedes aufgenommene Bild.

Die ADAS-Leistungsfähigkeit wird sich weiter verbessern und fortschrittlichere Kameralösungen werden auf den Markt kommen. Damit ergibt sich eine bessere HDR-Charakteristik aufgrund glatterer Antwortkurven und höherer Rechenleistung. Auch die Bewegungs-Artefakte und Probleme bei gepulsten LED-Leuchten lassen sich damit adressieren, was derzeit noch zu technischen Herausforderungen in der Automotive-Bildgebung führt.