Algorithmen und Hardware-Architekturen zur LED-Flickerunterdrückung in videobasierten Fahrerassistenzsystemen

Im Vergleich zu mechanischen Spiegeln an Fahrzeugen und Lastkraftwagen, bieten neuartige Kamera-Monitor-Systeme mehrere Vorteile. Die Auflösung des Fahrzeugumfeldes mit einer anwendungsoptimierten Optik kann den toten Winkel minimieren und die Videodaten aus der Erfassung mit einem digital Kamerasensor in weiteren Fahrerassistenzsystemen verwendet werden. Durch die kleinere Bauform des Kameramoduls außerhalb des Fahrzeuges kann zusätzlich der Windwiderstand und folglich der Energieverbrauch des Fahrzeugs während der Fahrt reduziert werden. Die diskrete Abtastung des Bildsensors führt jedoch zu Alias-Effekten bei der Aufnahme modulierter Lichtquellen, was bei der Wiedergabe auf dem Monitor (anstelle des mechanischen Spiegels) in Form von Flickern den Fahrer stören und ablenken kann. Für die Zulassung neuartiger Kamera-Monitor-Systeme ist daher die artefaktfreie Reproduktion der Umwelt notwendig, was eine Unterdrückung von Flickerartefakten notwendig macht ohne andere Bildartefakte zu erzeugen. Zusätzlich ist die schritthaltende Verarbeitung der Videodaten mit geringer Latenz und ausreichendem Durchsatz bei geringem Energieverbrauch erfordert. In dieser Arbeit wird eine technische Lösung zur Unterdrückung von Flickerartefakten für die Anwendung in Kamera-Monitor-Systemen vorgestellt. Im ersten Schritt wurde die menschliche Wahrnehmung von Flickerartefakten im Kontext der neuartigen Anwendung mittels psychophysischer Studien erforscht. Aus den quantitativen Messungen wurden im Anschluss algorithmische Anforderungen an die Flickerunterdrückung und geeignete Metriken zur Beurteilung der Qualität der Flickerunterdrückung abgeleitet. Ein in dieser Arbeit entwickelter, neuartiger Algorithmus maskiert zunächst von Flickern betroffene Pixel (Flickererkennung), bevor diese selektiv gefiltert werden (Flickerunterdrückung). Das Verfahren basiert auf einer zeitlich bewegungskompensierten Filterung mehrerer aufeinander folgender Einzelbilder. Für die Bewegungskompensation kommt ein prädiktiver Blockmatching Algorithmus zum Einsatz, welcher hinsichtlich der Flickerresistenz optimiert wurde. Die Realisierung der entwickelten Algorithmen in einem Fahrzeug mit Anforderungen an Echtzeit-Verarbeitung und geringen Energiebedarf erfordert spezialisierte Hardware-Architekturen. Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass eine Implementierung auf einem Digitalsignalprozessor und einem Field Programmable Gate Array (FPGA) jene Anforderungen erfüllen können.