CN1277120A - 一种光学式汽车雨刷自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种光学式汽车雨刷自动控制系统。尤指一种可依不同程度的雨量或挡风玻璃的清洁程度,自动启动雨刷和适时喷出清洁水,以提供良好的驾驶视野的汽车雨刷控制系统。主要是在车上近挡风玻璃适当位置设有一摄像器,以供取得车前的影像,并经由预先设计的运算公式,提供驱动雨刷或喷水系统以维护挡风玻璃的透明度与清洁度。

Description

一种光学式汽车雨刷自动控制系统

一种光学式汽车雨刷自动控制系统。尤指一种可依不同程度的雨量或挡风玻璃的清洁程度，自动的开启雨刷和适时喷出清洁水，以提供良好驾驶视野的汽车雨刷控制系统。

汽车雨刷乃车上的标准配备，而雨刷提供下雨或挡风玻璃有污秽时刷洗用，汽车就下雨而言，应因下雨量的大小调节雨刷快慢间歇，当雨量成不规则变化时驾驶者需要时常调整雨刷的速度，尤其是在雨量很小(毛毛雨)或阵雨时，其可供选择的雨刷速度仍不如人意(一般雨刷快慢的速度大约只有三到四段)，尤其是在邻车或前车快速驶过路面积水处瞬间所溅起的污水打在汽车挡风玻璃时，往往还在来不及反应的情况下眼前的视野早已一只模糊，待反应过来欲调快雨刷速度清除污水时，车子已不知往前开出多少距离？虽是短短的几秒中，驾驶人却好像蒙著眼睛开车一般，其危险性已能料想得到。

本发明的主要目的，在于提供一种光学式汽车雨刷自动控制系统，使雨刷可依挡风玻璃视野清晰程度及雨量大小的不同，而自动开启并调整雨刷，且可适时提供喷水增强清洗效果，以提供一种人性且自动化的驾驶环境。

本发明的上述目的是由下述技术方案实现的：一种光学式汽车雨刷自动控制系统，主要是由一摄像器、一信号处理单元及一控制单元，配合汽车雨刷系统及喷水系统所组成，其特征在于：

利用摄像器取得需求影像，并藉其由该影像的显现状况，经由运算公式以取得一可供判断挡风玻璃污秽程度的数值，而供研判驱动相关配合设备动作。

本发明的优点在于：能自动判断挡风玻璃的清洁度，可依挡风玻璃视野清晰程度及雨量大小的不同，适时启动喷水或雨刷系统，刷洗挡风玻璃上的污垢，以避免驾驶者不断开关雨刷。

以下兹就本发明的组成器件及其具体实施例配合附图详细说明如下：

附图说明：

图1是本发明的系统方框图。

图2是本发明的具体实施例示意图一。

图3是本发明的具体实施例示意图二。

图4是本发明作动流程图一。

图5是本发明作动流程图二。

图1所示，是本发明系统方框图，主要是由一摄像器(1)、一信号处理单元(2)及一控制单元(3)，配合汽车雨刷系统(4)及喷水系统(5)所组成，其中：

一摄像器(1)，是泛指一般摄像镜头(11)与影像感测器(12)的组合；

一信统处理器(2)，是供相关的信号处理及针算等；

一控制单元(3)，是受信号处理器(2)的控制而驱动并调整雨刷系统(4)及喷水系统(5)；

籍由上述单元的组合，请参阅图1、2，将摄像器(1)设于车上近挡风玻璃(F)的适当位置，并于雨刷系统(4)上设有一控制单元(3)，而该摄像器(1)则令其焦距(BT)调整于汽车挡风玻璃(F)上，由于挡风玻璃(F)为透明体，在镜头(11)后面的影像感测器(12)[是为CCD或CMOS...等]，所捕捉的影像绝大部份是来自挡风破璃(F)对面的景物影像(C)，而这些景物影像(C)因距离的关系，其成像(DT)无法聚焦而在感测器(12)上形成模糊的投影，其影像强度的分布非常平滑，从空间领域而言，其相邻的两像素间所感应的灰度值(gray value)[或称像彩]，这里我们只讨论黑白灰度值，即{V|V＝|X_ij-X_ij-1|，i＝1、2...N，j＝1、2...M}很小；

[X：灰度值，ij：分别为坐标，V：两相邻的灰度值差]，或者也可说是其空间领域灰度值的动差(Moments)

μ_k＝E[X-E(X)]^k[E：期望值，k为参数，是为整数]，亦相对于聚焦影像而言会很小，(以下我们所列举的是K＝2，为二阶动差，亦称为变异数(Variance)；而若以空间频域而言，亦可说其空间频域的成分较集中于低频部分，而高频部份很少。

由此可知(请参阅图3、4)，常有雨点(F1)落在挡风玻璃(F)上，其对边影像(C)的光线透过雨点(F1)时，受到不同角度的折射而投射在感测器(12)上(因雨点是透明弧状的)，某些影像成份含有聚焦的效果而感测器(12)上灰度值的变异数(Variance)便会相对增加而雨滴越密聚焦的成份越多，其变异数(Variance)就越大。我们将其流程并代入运算公式如下：

[流程]

1、摘取像素值(即取X_ij的灰度值)

2、计算灰度平均值 X

3、计算取变异数值D $D=E{[X-E\left(X\right)]}^2=\frac{1}{\mathrm{NM}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{(X_{\mathrm{ij}}-\stackrel{-}{X})}^2$

D为变异数值(Variance)

X_ij为在座标ij的像素(pixel)的灰度值

ij为感测器上的一像素座标

4、判断变异数值D是否大于临界值B

现在我们就可以变异数值D作为挡风玻璃(F)污秽程度及透明度判断的参数，并另内定一临界值(Threshold)B，或让驾驶者依自己喜好而调整临界值B，当变异数值D(Variance)大于临界值B时，即表示雨点密度过高，从驾驶者的角度来看，就表示挡风玻璃太过模糊了，控制单元(3)便驱动雨刷系统(4)执行刷雨的动作，而变异数值D其值增加的速度亦反应雨刷的刷雨速度[即变异数值D其值增速越大其雨刷刷雨的速度越快，反之亦同]，而变异数值D小于或等于临界值B时，便令雨刷停止动作。

在上述例子中我们只考虑乾净透明的雨滴若是再考虑判别附著在玻璃上的雨水其污浊情形，则污浊的水滴单靠雨刷刷雨的动作，并无法把挡风玻璃(F)清除乾净，必须依据喷水系统(5)合力作动。所以我们假设摄像器(1)是装于车内，而车内的亮度是低于车外(事实上也是如此)，当雨滴(F1)为乾净透明时，虽然因雨滴(F1)的增加而增加其变异数值D，但其平均灰度值 X是不变的，因为总投射在感测器(12)上的光能不变，但若为污浊的水滴，会由于其遮光性而使投射进来的光能量减少，虽然水滴有反射效果，但实际上车内的亮度较暗，故反射值增加量远小于折射值的减少量，如果我们将摄像器(1)取得的景像划分成若干区块，对每一区块个别求其灰度变异数D及灰度平均值 X，当某些区块变异数值D大于临界值B，而其平均灰度值 X亦同时下降了a值，比较其他变异数值D无明显增加的区块，其平均灰度值 X亦无明显下降时，便可判定落在挡风玻璃上的为污水，此时控制单元(3)便启动喷水系统(5)及雨刷系统(4)，并可藉由上述的判断动作监督刷洗成果，以决定是否完成刷洗动作(亦可避免因天暗而误判的产生)。

现在我们将其公式说明如下(参阅图5)。 ${\stackrel{-}{X}}_{K1}=\frac{1}{\mathrm{NM}}\underset{i=k}{\overset{k+N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{k+M}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{\mathrm{ij}}$ K，l表示：区块座标 $D_{k1}=\frac{1}{\mathrm{NM}}\underset{i=k}{\overset{k+N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{k+M}{\mathrm{\Σ}}}(X_{\mathrm{ij}}-{\stackrel{-}{X}}_{k1})$

根据上述公式算出灰度变异数值D的值

1、当变异数值D大于临界值B时

(1)当 X_k1＜ Y_k1-a的条件成立时( Y_k1表示记忆体内前时间的 X_k1，a表示临界值)，挡风玻璃(F)污浊程度以达需利用雨刷系统(4)配合喷水系统(5)作动，于是控制单元(3)驱动雨刷系统(4)、喷水系统(5)作动；

(2)当所有 X_k1＜ Y_k1-a的条件都不成立时，即所有 X_k1≥ Y_k1-a表示挡风玻璃上的水滴并无污浊现象，此时控制单元(3)只需驱动雨刷系统(4)作动。

2、当D＞B的条件不成立时，即D≤B、所有 Y_k1＜ X_k1-a此时因挡风玻璃的视野良好，雨刷系统、喷水系统不须作动。

综上所述，本发明可利用简单的公式判断其挡风玻璃的清洁度，并适时的启动喷水或雨刷系统，以刷洗挡风玻璃上的污垢，且可因雨量的大小而自动调整雨刷的速度，以避免驾驶者必需不断的开关雨刷。

Claims (5)

1、一种光学式汽车雨刷自动控制系统，主要是由一摄像器、一信号处理单元及一控制单元，配合汽车雨刷系统及喷水系统所组成，其特征在于：

利用摄像器取得需求影像，并藉其由该影像的显现状况，经由运算公式以取得一可供判断挡风玻璃污秽程度的数值，而供研判驱动相关配合设备动作。

2、如权利要求1所说的一种光学式汽车雨刷自动控制系统，其特征在于：该摄像器装设于汽车近挡风玻璃的适当处。

3、如权利要求1所说的一种光学式汽车雨刷自动控制系统，其特征在于：经由该运算公式所计算的变异数值D大于临界值B时启动雨刷系统。

4、如权利要求1所说的一种光学式汽车雨刷自动控制系统，其特征在于：变异值D大于临界值B且 X_k1＜ Y_k1-a时雨刷及喷水系统同时启动。

5、如权利要求1所说的一种光学式汽车雨刷自动控制系统，其特征在于：该摄像器取得的影像可划分为若干区块，以求取平均灰度值 X_k1。

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