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Title:
PREVENTION OF HALOS AROUND INTENSE LIGHT SOURCES FOR OPTICAL SYSTEMS, PARTICULARLY FOR NIGHT VISION SYSTEMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/119405
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the problem of the formation of halos (glare) around intense light sources, particularly for night vision assistants in motor vehicles. To solve this problem, the invention proposes a special intensity reducer, e.g., a filter (9), which causes a strong drop in the point spread function of the objective.

Inventors:
MOISEL JOERG (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/000626
Publication Date:
October 09, 2008
Filing Date:
January 28, 2008
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER AG (DE)
MOISEL JOERG (DE)
International Classes:
B60R1/00; G02B23/12; H04N5/238; H04N5/33
Domestic Patent References:
WO1998025180A11998-06-11
Foreign References:
US20050247862A12005-11-10
US5662706A1997-09-02
US5260727A1993-11-09
US20020027600A12002-03-07
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Claims:

Patentansprüche

1. Kameraobjektiv, insbesondere für ein Nachtsichtsystem in einem Kraftfahrzeug mit einer Kamera, das als Funktion der lateralen Koordinate (x) , bezogen auf eine Richtung senkrecht zur optische Achse des Objektivs, eine beugungsbegrenzte Punktspreizfunktion (point spread funktion, PSF ), (1) hat dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv einen in dem Abbildungsstrahlengang angeordneten optischen Intensitätsabschwächer umfasst, der die in dem Strahlengang des Objektivs abgebildete Lichtintensität (I) in lateraler Richtung gemäß einer vorgegebenen Pupillenfunktion abschwächt, so dass die sich dadurch ergebende Punktspreizfunktion (PSF) mit zunehmender lateraler Koordinate (x) ab einem bestimmten Wert x' kleiner ist als die beugungsbegrenzte polychromatische Punktspreizfunktion (1) des Objektivs ohne den Intensitätsabschwächer.

2. Kameraobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass x'dem n-fachen der Pixelgröße einer Bildaufnahmeeinheit der Kamera entspricht und n ≤ 20, insbesondere n ≤ 5 ist.

3. Kameraobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pupillenfunktion bzw. ihre Fouriertransformierte eine der folgenden Funktionen oder eine Kombination der folgenden Funktionen ist: Rechteck-, Dreieck- bzw. Bartlett-, Blackman-, Connes-, Cosinus-, Hamming-, Hanning-, Kaiser-, Nuttall-, Welch-, Potenz-, Logarithmus- oder Exponential-Funktion, vorzugsweise eine Gauß-Funktion (8) .

4. Kameraobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Intensitätsabschwächer als Filter (9) oder Blende ausgebildet ist.

5. Kameraobjektiv nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (9) ein separater Filter ist, der vor, hinter oder in das Objektiv gesetzt ist.

6. Kameraobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende eine separate Blende ist, die vor, hinter oder in das Objektiv gesetzt ist.

7. Kameraobjektiv nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (9) oder die Blende als Beschichtung, insbesondere als Bedampfung einer Linse des Objektivs ausgebildet ist.

8. Kameraobjektiv nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (9) oder die Blende einen ringförmigen Verlauf der Lichtabschwächung aufweist.

9. Kameraobjektiv nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtabschwächung des Filters (9) oder der Blende einen Verlauf hat, bei dem die Lichtabschwächung von der optischen Achse zu größeren lateralen Koordinaten (x) hin zunimmt.

10. Kameraobjektiv nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtabschwächung des Filters (9) oder der Blende einen graduellen Verlauf hat, bei dem die Lichtabschwächung von der optischen Achse zu größeren lateralen Koordinaten (x) hin zunimmt.

11. Kameraobjektiv nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (9) oder die Blende einen zentralen Bereich (10) aufweist, in dem das Licht nicht abgeschwächt wird.

12. Kamera, mit einem Objektiv und mit einem Bildaufnehmer zum Aufnehmen des von dem Objektiv abgebildeten Bildes, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.

13. Kamera nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Pupillenfunktion bzw. ihrer Fouriertransformierten für diejenigen lateralen Koordinaten (x) , die der Ausdehnung eines typischen Pixels des Bildaufnehmers entsprechen, größer sind als die Werte der Punktspreizfunktion (1) für diese lateralen Koordinaten (x) .

14. Kamera nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine HDR-Kamera mit einem hohen Lichtintensitäts-Dynamikbereich und/oder einem hohen auflösbaren Kontrastverhältnis ist.

15. Kamera nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer ein HDR- Bildaufnehmer ist, der einen hohen Lichtintensitäts- Dynamikbereich aufweist und/oder zum Aufnehmen eines Bildes mit einem hohen Kontrastverhältnis ausgebildet ist .

16. Kamera nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtintensitäts- Dynamikbereich der Kamera und/oder des Bildaufnehmers mehr als 60 dB, bevorzugt mehr als 75 dB und besonders bevorzugt mehr als 90 dB beträgt.

17. Kamera nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Kamera und/oder dem Bildaufnehmer auflösbare Kontrastverhältnis mehr als

20.000:1, bevorzugt mehr als 50.000:1 und bevorzugt mehr als 80.000:1 beträgt.

18. Kamera nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer und/oder die Bildverstärkung eine nichtlineare Empfindlichkeit, bevorzugt eine logarithmische Empfindlichkeit aufweist.

19. Kamera nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer ein CMOS- Sensor ist.

20. Kamera nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine infrarotempfindliche Kamera eines Nachtsichtsystems ist.

21. Kamera nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachtsichtsystem eine Beleuchtung, vorzugsweise eine Infrarotlicht-Beleuchtung, zum Beleuchten der aufzunehmenden Szene umfasst.

22. Kamera nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kamera eines Nachtsichtsystems in einem Kraftfahrzeug ist.

Description:

Vermeidung von Halos um intensive Lichtquellen bei optischen Systemen, insbesondere bei Nachtsichtsystemen

Die Erfindung betrifft das Problem der Beseitigung von Halos (Blenderscheinungen) um intensive Lichtquellen, wie sie beispielsweise bei Nachtsichtassistenten in Kraftfahrzeugen (z.B. das System "NightView" von DaimlerChrysler) durch

Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge in dem von einer

Kamera aufgenommenen Bild es von einem Kamerasystem auftreten können.

Ein HaIo ist allgemein ein ungewollter Effekt, der auch als "Heiligenschein" bezeichnet wird sich um sehr helle Bildobjekte herum bildet und eine Blendung bewirken kann. Dieses Problem von Halos bzw. Blenderscheinungen tritt allgemein in abbildenden Systemen auf, bei denen ein Bild mit einer Kamera aufgenommen wird, die ein Objektiv und einen Bildaufnehmer umfasst.

Das Problem der Halobildung tritt insbesondere bei Bildern auf, die mit Nachtsichtsystemen aufgenommen werden, beispielsweise mit einem Nachtsichtgerät, das auf dem Prinzip der Restlichtverstärkung basiert, mit oder ohne Beleuchtung der aufgenommenen Szene. Die Erfindung wird im folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit für das bevorzugte

Anwendungsbeispiel eines Nachtsichtsystems eines Kraftfahrzeugs erläutert.

In einem solchen auch als Nachtsichtassistenten bezeichneten Nachtsichtsystem wird eine Szene mit einer Kamera aufgenommen und das Bild für den Fahrer auf einem Monitor dargestellt. In der Regel sind solche Bilder in schwarz-weiß gehalten. Das Nachtsichtsystem weißt eine größere Empfindlichkeit als das menschliche Auge auf, so dass der Fahrer mittels des Nachtsichtsystems Dinge, z.B. Personen, Hindernisse oder Gefahrenquellen erkennen kann, die er anderweitig schlechter, nicht oder erst viel später erkennen würde.

Auf den von dem Monitor dargestellten Bildern werden jedoch nicht nur die dunklen, für das Auge allein nicht sichtbaren Objekte abgebildet, sondern auch helle Objekte wie intensive Lichtquellen. Bei solchen intensiven Lichtquellen, bei denen es sich insbesondere um Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge handeln kann, sind auf dem Monitor kreisförmige Halos um die Lichtquellen zu erkennen. Bei diesen Halos handelt es sich nicht nur um einen bloßen Schönheitsfehler des Systems, sondern sie vergrößern die abgebildeten Objekte scheinbar und tragen somit zu überstrahlungen und zur Verminderung der Auflösung bei, sind also auch eine die Sicherheit und Brauchbarkeit des Nachtsichtsystems begrenzende Erscheinung.

Obwohl ein hoher Entwicklungsaufwand für die Kameras und insbesondere für die Kameraobjektive betrieben wird, war es bisher nach dem Stand der Technik nicht möglich, diese Halos zu vermeiden oder mit geringem Aufwand zu beseitigen. Man ist bisher davon ausgegangen, dass die Ursache für diese Halos in verbleibenden Unzulänglichkeiten in der Objektivfertigung

(z.B. Oberflächenrauhigkeiten) liegt, die nicht oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand beseitigt werden können.

Aus dem Dokument DE 10 2004 028 616 Al ist ein Kameraobjektiv mit einer wellenlängenabhängigen Blendenzahl bekannt, wobei die wellenlängenabhängige Blendenzahl durch den radialen und spektralen Verlauf der Transmissivität wenigstens eines Filters in der Blende eingestellt wird.

Das Dokument DE 10 2004 030 661 Al offenbart einen optischen Tiefpassfilter, der eine Mehrzahl lichtleitender optischer Fasern aufweist.

Aus dem Dokument DE 699 01 677 T2 ist ein optisches Anti- Aliasing-Filter zur Verwendung in optischen Systemen bekannt, das eine Tiefpass-Filterung für Raumfrequenzen realisiert.

Das Dokument DE 100 17 185 Al beschreibt ein Kamera mit einer nicht linearen Abhängigkeit eines von ihr erzeugbaren elektrischen Ausgangssignals von einer von der Kamera empfangbaren Beleuchtungsstärke, um die Helligkeitsdynamik und/oder den Kontrast des aufgenommenen Bildes anzupassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Halos, insbesondere in Nachtsichtsystemen, zu verringern oder zu vermeiden, und zwar mit einem in der praktischen Anwendung geringen technischen Aufwand, ohne dass aufwändige oder langwierige digitale Bildverarbeitungsverfahren erforderlich sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kameraobjektiv mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben

sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.

Eine erfindungsgemäßes Kameraobjektiv, insbesondere für ein Nachtsichtsystem mit einer Kamera vorzugsweise mit einer infrarotempfindlichen CMOS-Kamera in einem Kraftfahrzeug, das als Funktion der lateralen Koordinate, bezogen auf eine Richtung senkrecht zur optische Achse des Objektivs, eine beugungsbegrenzte Punktspreizfunktion (point spread function, Airy-Funktion) aufweist, zeigt also die Besonderheit, dass das Objektiv einen in dem Abbildungsstrahlengang angeordneten optischen Intensitätsabschwächer umfasst, der die in dem Strahlengang des Objektivs abgebildete Lichtintensität in lateraler Richtung gemäß einer vorgegebenen Pupillenfunktion abschwächt, deren Fouriertransformierte mit zunehmender lateraler Koordinate (x) derart abfällt, dass sie ab einem bestimmten Wert x' kleiner ist als die beugungsbegrenzte polychromatische Punktspreizfunktion des Objektivs ohne den Intensitätsabschwächer. Dabei entspricht die polychromatische Punktspreizfunktion des Objektivs der Einhüllenden der monochromen Punktspreizfunktionen beziehungsweise sie entspricht den verschmierten unterschiedlichen monochromen Punktspreizfunktionen. Eine beispielhafte Möglichkeit ist dadurch gegeben, dass die Fouriertransformierte der vorgegebenen Pupillenfunktion mit zunehmender lateraler Koordinate (x) schneller abfällt als die beugungsbegrenzte polychromatische Punktspreizfunktion des Objektivs ohne den Intensitätsabschwächer.

Hierdurch gelingt es, auf technisch wenig aufwändige Weise die optischen Eigenschaften des Objektives so zu verändern, dass der Einfluss von Anteilen der Punktspreizfunktionen mit einem lateralen Wert größer als x'merklich beschränkt ist und dadurch die schädlichen Halos zumindest merklich

eingeschränkt sind. Dabei ist x 'vorzugsweise so gewählt, dass x ' dem n-fachen der Pixelgröße und damit der lateralen Ausdehnung eines Pixels der Bildaufnahmeeinheit der Kamera entspricht, wobei n ≤ 20 und insbesondere n ≤ 5 gewählt ist. Wird n um so kleiner gewählt werden die Halos um so stärke verhindert. Bei einer Wahl von n zwischen 10 und 20 ist bereits eine deutliche Reduktion der Blendung aufgrund unerwünschter Halos erzielbar, wogegen bei einem Wert n unter 5 eine sehr vorteilhafte besonders ausgeprägte Verbesserung der Reduktion erreichbar ist.

Im Rahmen der Erfindung wurde gefunden, dass die Halos nicht, wie bisher angenommen wurde, auf Fertigungsfehler oder Fertigungsgrenzen der Objektive zurückzuführen sind, sondern eine prinzipielle Folge des Aufnehmens von Bildern mit einem hohen Kontrastumfang bzw. mit hohem Dynamikbereich (HDR- Bilder) sind, beispielsweise unter der Verwendung von CMOS- Bildaufnehmern, also auf physikalisch bedingte Grenzen zurückgehen. Kern der Erfindung ist die Verwendung eines speziellen Intensitätsabschwächers, z.B. einer speziellen Blende oder eines Filters, zum Erzeugen einer stark abfallenden Punktspreizfunktion. Die Funktionsweise der Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren erläutert.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine erhebliche Bildverbesserung ohne aufwändige digitale Bildverarbeitung erzielt wird, schafft also eine kostengünstige und schnelle Vermeidung oder Verringerung von Halos .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Punktspreizfunktion eines beugungsbegrenzten Punktbildes in linearer Skalierung.

Fig. 2 die Prinzipdarstellung einer monochromen

Punktspreizfunktion eines beugungsbegrenzten Punktbildes von Fig. 1 in logarithmischer Skalierung.

Fig. 3 die Prinzipdarstellung der Punktspreizfunktion eines beugungsbegrenzten Punktbildes in linearer Skalierung von Fig. 1 und eine Gauß-Funktion.

Fig. 4 die Prinzipdarstellung einer polychromen

Punktspreizfunktion sowie einer monochromen Punktspreizfunktion eines beugungsbegrenzten Punktbildes von Fig. 2 in logarithmischer Skalierung und die Gauß-Funktion von Fig. 3.

Fig. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Intensitätsabschwächers .

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Intensitätsabschwächers .

Kern der Erfindung ist die Verwendung eines speziellen Intensitätsabschwächers, z.B. einer speziellen Blende oder eines Filters, zum Erzeugen einer stark abfallenden Punktspreizfunktion. Die Funktionsweise der Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren wie folgt erläutert.

Es ist bekannt, dass das Auflösungsvermögen optischer Instrumente und Geräte, wie beispielsweise Objektive, durch das beugungsbegrenzte Punktbild gegeben ist. In der Praxis ist die so genannte Punktspreizfunktion (point-spread- function, PSF) gegenüber dem beugungsbegrenzten Fall zusätzlich durch Aberrationen verbreitert. Sie kann aber

zunächst als physikalische Grenze für nähere Betrachtungen des Halo-Problems verwendet werden.

Die Punktspreizfunktion 1 beschreibt in der Optik und Bildverarbeitung die Wirkung von bandbegrenzenden Einflussfaktoren wie Beugungserscheinungen an Blenden, Abbildungsfehler und den Einfluss der Sensorfläche bzw. Apertur. Sie gibt an, wie ein idealisiertes punktförmiges Objekt durch ein optisches System abgebildet würde. Bei Mikroskopen begrenzt die Breite der Punktspreizfunktion die erreichbare Auflösung.

Die Punktspreizfunktion 1 beschreibt also die Antwort eines abbildenden Systems auf eine Punktlichtquelle oder ein punktförmiges Objekt. Ein anderer gebräuchlicher Ausdruck für die Punktspreizfunktion ist System-Impulsantwort-Funktion. Die Punktspreizfunktion kann in vielen Zusammenhängen als ausgedehnter Klecks angesehen werden, der ein nicht aufgelöstes Objekt darstellt. Funktional ausgedrückt ist die Punktspreizfunktion die Modulationstransfer-Funktion im Raumbereich. Sie ist ein nützliches Konzept in Gebieten der Fourier-Optik, Bilderzeugung in der Astronomie, Elektronenmikroskopie und anderen Bildererzeugungstechniken wie 3D-Mikroskopie (beispielsweise in der konvokalen Laserscan-Mikroskopie) und der Fluoreszens-Mikroskopie . Das Ausmaß der Ausdehnung oder Verschmierung des Punktobjekts in dem Bild ist ein Maß für die Qualität des abbildenden Systems. Bei inkohärenten abbildenden Systemen ist der Bilderzeugungsprozess linear und wird durch eine lineare Systemtheorie beschrieben.

Als Ergebnis der linearen Eigenschaft kann das Bild eines Objektes durch Zerlegen des Objekts in Teile berechnet werden, wobei jeder Teil abgebildet wird und die Ergebnisse

aufsummiert werden. Wenn das Objekt in diskrete Punktobjekte unterschiedlicher Intensität aufgeteilt wird, wird das Bild als Summe der Punktspreizfunktionen aller Punkte berechnet. Da die Punktspreizfunktion typischerweise vollständig durch das abbildende System gegeben ist, kann das Gesamtbild durch die bekannten optischen Eigenschaften des Systems beschrieben werden. Dieser Prozess wird üblicherweise durch eine Faltungsfunktion beschrieben. Bei der Bildverarbeitung, beispielsweise in der Mikroskopie und Astronomie, ist die Kenntnis der Pulsspreizfunktion des abbildenden Systems sehr wichtig, um das Original-Bild durch Entfaltung wieder zu gewinnen.

Die Airy-Funktion 1 beschreibt das Aussehen eines Sterns, also einer Punktlichtquelle, beim Betrachten mit einem Teleskop für eine einzige Wellenlänge (monochromatisches Licht) . Das ideale Punktbild wird aufgrund der beschränkten Apertur und der Wellennatur des Lichts zu einer Reihe konzentrischer Wellen, die den HaIo bilden.

Es ist bekannt, dass die beugungsbegrenzte Punktspreizfunktion 1 für ein Objektiv mit kreisförmiger Blende den Verlauf y(r) = (2 x Jl (r) /r) x (2 x Jl(r)/r) hat, wobei Jl (r) die Besselfunktion erster Ordnung bezeichnet. Dieser Verlauf wird auch als Airy-Funktion 1 bezeichnet und ist in Fig. 1 für eine einzige Wellenlänge wiedergegeben. In Fig. 1 ist die (normierte) Intensität I als Funktion der lateralen Koordinate x dargestellt. Die Funktion hat bei x = 0 ein Hauptmaximum 2, an das sich mit zunehmender laterale Koordinate x Nebenmaxima anschließen. In der linearen Darstellung in Fig. 1 ist nur das erste Nebenmaximum 3 und andeutungsweise das zweite Nebenmaximum 4 zu erkennen. Diese klassische Funktion wird in Optik-Lehrbüchern wiedergegeben wie in Fig. 1, was auch völlig angemessen ist

für die bis vor wenigen Jahren verwendeten Aufzeichnungsmedien und Bildaufnehmer mit einigermaßen linearer Charakteristik.

Für den Fall eines CMOS-Bildaufnehmers oder einer CMOS-Kamera ist aber eine logarithmische Darstellung der Punktspreizfunktion 1 angebrachter. Diese ist in Fig. 2 wiedergegeben. Hier erkennt man, dass die Airy-Funktion 1 für eine einzige Wellenlänge wesentlich breiter erscheint. Man erkennt die Nebenmaxima 3, 4, 5, 6, 7 usw. deutlicher. In der Praxis bedeutet dies, dass das Punktbild einer sehr intensiven Quelle auch noch sehr entfernt von ihrem eigentlichen Ort, d.h. bei großen lateralen Koordinaten x, vom Bildaufnehmer bzw. von einem Pixel eines Bildaufnehmers erkannt wird, weil die in diesen Nebenmaxima 3, 4, 5, 6, 7 usw. enthaltene Intensität I mit in dem Bild dargestellt wird. Bei einem Dynamikumfang in der Größenordnung von 100 dB kann somit die Bildgröße eines Punktobjektes, abhängig vom öffnungsverhältnis der Kamera und der Pixelgröße, leicht 50- 100 Pixel betragen. Das Punktbild wird also am äußeren Rand durch die Nebenmaxima 3, 4, 5, 6, 7 usw., die auch in dem HDR-BiId erscheinen, überstrahlt, es bildet sich der HaIo. Aberrationen verbreitern das Punktbild noch weiter.

Daraus folgt, dass die Haloerscheinungen auch mit einem perfekt korrigierten und gefertigten Objektiv nicht zu beseitigen sind, da sie auf Mechanismen der Bildaufnahme des Bildes mit hohen Kontrastwerten, d.h. der CMOS-Bildaufnähme beruhen, durch welche die in den Nebenmaxima 3, 4, 5, 6, 7 usw. enthaltene, bei Bilddarstellung mit linearer Charakteristik nicht störenden Intensitäten I mit in dem Bild dargestellt werden.

Die beispielhaft dargestellten Maxima und Minima treten dabei nur bei Verwendung einer einzigen Wellenlänge (monochromatisches Licht) auf. Bei nicht-monochromatischen Aufnahmen werden sie verschmiert bzw. bilden gemeinsam die einhüllende der einzelnen verschiedenen verwendeten Wellenlängen, welche als polychrome Punktspreizfunktion bezeichnet wird.

Ein möglicher Ausweg wäre die oben angesprochene nachgeschaltete digitale Bildverarbeitung, die aber einen beträchtlichen Aufwand an Rechenleistung und damit Steuergerätekosten und auch Bildverarbeitungszeit benötigen würde.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert im Wesentlichen darauf, dass sich die beugungsbegrenzte, inkohärente Punktspreizfunktion aus der Fouriertransformation der Pupillenfunktion (der Blende) berechnen lässt. Weiterhin ist aus der Astronomie bekannt, dass eine ringförmige Pupillenfunktion, wie sie z.B. für Spiegelteleskope vorliegt, den zentralen Bereich der Airy-Funktion verschmälert. In der wissenschaftlichen Literatur wird dies als Apodization bezeichnet. Leider fällt die Punktspreizfunktion eines Spiegelteleskops dafür noch flacher.

Im Rahmen der Erfindung musste also eine Pupillenfunktion gefunden werden, deren Fouriertransformierte im Vergleich zur Airy-Funktion 1 deutlich schneller abfällt, zumindest für hohe laterale Koordinaten x, die einfach zu realisieren ist und die nur zu geringen Lichtverlusten führt. Der zentrale Bereich darf dabei durchaus etwas breiter sein als die beugungsbegrenzte Punktspreizfunktion 1; solange er nicht breiter ist als ein typisches Pixel fällt dies nicht auf.

Eine solche Pupillenfunktion ist z.B. die Gauß-Funktion 8 mit dem Verlauf e ~aχ2 . Sie hat die angenehme Eigenschaft, dass ihre Fouriertransformierte wiederum eine Gauß-Funktion 8 ist. Diese fällt insgesamt wesentlich steiler ab als die Airy- Funktion 1 und ist ab einem bestimmten lateralen Wert χ v kleiner als die polychrome Punktspreizfunktion aus den unterschiedlichen monochromen Punktspreizfunktionen, wie in den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist. Dies führt allerdings zu einer an sich unerwünschten Verbreiterung des zentralen Bereichs. Die exakten Parameter sind dabei von untergeordneter Bedeutung, wichtig ist dass die in der Praxis gewählte Funktion prinzipiell stärker abfällt als die polychrome Punktspreizfunktion oder/und damit ab einem lateralen Wert x' die sich aus der vorgegebenen Pupillenfunktion ergebende Punktspreizfunktion (PSF) kleiner insbesondere deutlich kleiner ist als die polychrome Punktspreizfunktion ohne Intensitätsabschwächer.

Aus der Fig. 4 wird deutlich, dass es nicht erforderlich ist, dass die Pupillenfunktion bzw. ihre Fouriertransformierte für alle lateralen Koordinaten größer als ein vorgegebener lateraler Wert x' kleiner oder wesentlich kleiner als die polychrome Punktspreizfunktion 10 aus einer Mehrzahl von monochromen Punktspreizfunktionen 1 ist. Eine Haloverringerung wird erzielt, sobald typischerweise eine oder mehrere der Nebenmaxima 3, 4, 5, 6, 7 usw. der monochromen Punktspreizfunktionen 1 unterdrückt werden und damit die Werte der Pupillenfunktion also für die entsprechenden lateralen Koordinaten x kleiner oder wesentlich kleiner als die polychrome Punktspreizfunktion 10 ist.

Wie oben erläutert wurde, kann es unschädlich sein, wenn der zentrale Bereich der Pupillenfunktion bzw. ihrer

Fouriertransformierten etwas breiter als die beugungsbegrenzte polychrome Punktspreizfunktion 10 ist.

Eine bevorzugte Pupillenfunktion bzw. ihre Fouriertransformierte ist die Gauß-Funktion 8. Andere vorteilhafte Ausbildungen können darin bestehen, dass die Pupillenfunktion bzw. ihre Fouriertransformierte eine der folgenden Funktionen oder eine Kombination der folgenden Funktionen ist: Rechteck-, Dreieck- bzw. Bartlett-, Blackman- , Connes-, Cosinus-, Hamming-, Hanning-, Kaiser-, Nuttall-, Welch-, Potenz-, Logarithmus- oder Exponential-Funktion, vorzugsweise eine Gauß-Funktion. Die genannten Funktionen sind aus der Literatur zur Anwendung der Apodization in der digitalen Signalverarbeitung bekannt,

Ein erfindungsgemäßer Intensitätsabschwächer kann beispielsweise als Blende oder als Filter 9 ausgebildet sein. Dabei kann der Filter 9, ebenso wie die Blende, ein separater Filter sein, der vor, hinter oder in das Objektiv gesetzt ist, er kann aber auch als Beschichtung, insbesondere als Bedampfung einer Linse des Objektivs ausgebildet sein.

Eine Gauß-förmige oder andere Pupillenfunktion ist z.B. durch die entsprechende Bedampfung einer Objektivlinse zu realisieren. Würde dies korrekt ausgeführt, wie z.B. in Fig. 5 dargestellt, wo die Lichtabschwächung des Filters 9 einen Verlauf hat, bei dem die Lichtabschwächung von der optischen Achse zu größeren lateralen Koordinaten x hin zunimmt, so ist mit 50% Lichtverlust zu rechnen. In der Praxis reicht es aus, nur am Randbereich einen ringförmigen Filter mit graduellem Verlauf aufzubringen, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, wo der Filter 9 einen ausgedehnten zentralen Bereich 10 aufweist, in dem das Licht nicht abgeschwächt wird. Der dort gezeigte Filter 9 weist einen ringförmigen Verlauf der

Lichtabschwächung auf. Die Breite dieses Ringes 11 ergibt sich aus einer Abwägung der verbleibenden Lichtstärke des Objektivs und der Größe, auf welche die Halos begrenzt sein sollen sowie der tolerierbaren Breite des Hauptmaximums 2. Allgemein hat ein erfindungsgemäßer Filter einen mehr oder weniger ausgedehnten zentralen Bereich 10, in dem die Transmissivität hoch ist, und zu den peripheren Bereichen hin, d.h. zu größeren lateralen Koordinaten, eine geringere Transmissivität .

Ein erfindungsgemäßes Objektiv kann vorteilhafterweise mit einer Kamera, mit einem Objektiv und mit einem Bildaufnehmer zum Aufnehmen des von dem Objektiv abgebildeten Bildes, verwendet werden. Bevorzugt ist die Kamera eine als CMOS- Kamera ausgebildete HDR-Kamera mit einem hohen Lichtintensitäts-Dynamikbereich und/oder einem hohen auflösbaren Kontrastverhältnis. Der Bildaufnehmer kann vorteilhafterweise ein CMOS-Bildaufnehmer sein, der einen hohen Lichtintensitäts-Dynamikbereich aufweist und/oder zum Aufnehmen eines Bildes mit einem hohen Kontrastverhältnis ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Lichtintensitäts- Dynamikbereich der Kamera und/oder des Bildaufnehmers mehr als 60 dB, bevorzugt mehr als 75 dB und besonders bevorzugt mehr als 90 dB betragen. In anderen Anwendungsfällen kann vorteilhafterweise das von der Kamera und/oder dem Bildaufnehmer auflösbare Kontrastverhältnis mehr als 20.000:1, bevorzugt mehr als 50.000:1 und bevorzugt mehr als 80.000:1 betragen.

Der verwendete Bildaufnehmer kann prinzipiell ein beliebige, auch eine lineare Empfindlichkeit aufweisen. Bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen der Bildaufnehmer und/oder die Bildverstärkung eine nichtlineare Empfindlichkeit, bevorzugt

eine logarithmische Empfindlichkeit aufweist. Ein besonders bevorzugter Bildaufnehmer ist ein CMOS-Sensor.

Ein bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung sind Nachtsichtsysteme, insbesondere infrarotempfindliche Nachtsichtsysteme in Kraftfahrzeugen. Dabei kann das Nachtsichtsystem mit oder ohne Beleuchtung, beispielsweise einer Infrarotlicht-Beleuchtung, zum Beleuchten der aufzunehmenden Szene ausgestattet sein.

Bezugszeichenliste

1 Punktspreizfunktion bzw. Airy-Funktion

2 Hauptmaximum

3 Erstes Nebenmaximum

4 Zweites Nebenmaximum

5 Dritte Nebenmaximum

6 Viertes Nebenmaximum

7 Fünftes Nebenmaximum

8 Gauß-Funktion

9 Filter

10 Zentraler Bereich

11 Ring

I Intensität x laterale Koordinate