DE102014212975B4

DE102014212975B4 - Kalibrierung eines kamerabasierten Regensensors eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102014212975B4
Application number: DE102014212975.3A
Authority: DE
Inventors: Mina Ashrafi; Christopher Kosubek; Dieter Krökel; Urban Meis; Markus Zenzinger; Adrian Botusescu
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: DE102014212975A1

Abstract

Kalibrierungsverfahren zur Kalibrierung eines kamerabasierten Regensensors eines Fahrzeuges, das Verfahren aufweisend die Schritte Aussenden eines Lichtsignals von einer Lichtquelle innerhalb des Fahrzeuges auf eine Scheibe des Fahrzeuges (S1), Detektieren eines reflektierten Lichtsignals Ii des ausgesendeten Lichtsignals mittels einer Kamera (S2), wobei das reflektierte Lichtsignal Ii an einer einem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Grenzfläche der Scheibe reflektiert wird, Berechnen eines Intensitätsreferenzwertes Iref basierend auf dem detektierten Lichtsignals Ii (S3), wobei der Intensitätsreferenzwert Iref die Intensität für bei dunklen und trockenen Bedingungen detektiertes Licht angibt, und Verwenden des berechneten Intensitätsreferenzwertes Iref zur Regendetektion durch den Regensensor (S4).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft die Regensensorik in Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung eines kamerabasierten Regensensors eines Fahrzeuges, die Verwendung eines an einer Fahrzeugscheibeninnenfläche reflektierten Lichtsignals bei der Kalibrierung eines kamerabasierten Regensensors und einen kamerabasierten Regensensor.
Technischer Hintergrund
Im Stand der Technik sind Systeme der Regensensorik bekannt, welche durch Aussendung von Lichtsignalen von einer Lichtquelle innerhalb des Fahrzeuges reflektierte Intensitäten durch eine Kamera detektieren. Beim Vorhandensein von Regentropfen auf der Außenfläche der Windschutzscheibe des Fahrzeuges verändert sich die detektierte Intensität, so dass durch das System auf Regen geschlossen werden kann. Dabei wird im Stand der Technik mittels der folgenden Relation bestimmt, ob Regenbedingungen vorliegen: (I_G – B)/I_ref < a (Relation 1) wobei B eine Hintergrundintensität ist und wobei a ein vordefinierter Grenzwert, vorzugsweise 1, ist. Weiterhin ist der Intensitätsreferenzwert I_ref die Referenzintensität für das detektierte Licht bei dunklen und trockenen Bedingungen. Dabei wird I_ref mit der Kamera als Messmittel an der Stelle gemessen, an der die Außenreflektion an der Scheibe stattfindet.
Um diesen Intensitätsreferenzwert I_ref zu bestimmen, wird im Stand der Technik ein spezielles Kalibrierungssetup gewählt, bei dem ein schwarzes Tuch auf der Windschutzscheibe platziert wird, so dass die Hintergrundintensität B = 0 ist. Diese Bestimmung der Referenzintensität wird auch bei einer vollständig trockenen Scheibe durchgeführt.
Jedoch kann selbst bei gleichen Regenbedingungen die detektierte Lichtintensität über die Zeit schwanken, da beispielsweise durch Temperaturabhängigkeiten oder Degradierungen des Systems Änderungen in der Lichtintensität hervorgerufen werden. Beispielsweise kann die ausgesendete Lichtintensität der Lichtquelle Schwankungen unterliegen. Ebenso können sich die optischen Transmissionseigenschaften optischer Elemente innerhalb des Systems mit der Zeit verändern. Insbesondere kann sich die optische Transmission der Windschutzscheibe mit der Zeit verändern. Das Gleiche gilt beispielsweise für verwendete optische Linsen.
Ebenso kann es im bildverarbeitenden Teil des Regensensors zu Veränderungen kommen. Beispielsweise kann ein Verstärker oder ein Analog-Digital-Wandler aufgrund von Alterungsprozessen oder Temperaturabhängigkeiten andere Lichtintensitäten ausgeben. Insgesamt kann es dadurch zu einer Falschdetektion von Regen kommen, weshalb der Fahrer durch unbeabsichtigtes Anschalten des Scheibenwischers nachteilig beeinflusst werden kann.
EP 1506108 B1 zeigt eine Vorrichtung zur Detektion der Benetzung und/oder Verschmutzung einer Scheibenoberfläche insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer Kamera mit einem Sensor, der eine Vielzahl von in Array-Form angeordneten einem Belichtungszyklus entsprechend belichtbaren, lichtempfindlichen Pixel aufweist, und mit einer Fokussieroptik für einen auf nahezu unendlich eingestellten Fokus der Kamera und einer Lichtquelle zur Beleuchtung eines von der Kamera erfassbaren Erfassungsbereichs der Scheibenoberfläche. Die Lichtquelle ist in einem vorgebbaren EIN/AUS-Zyklus ein- und ausschaltbar. Der EIN/AUS-Zyklus ist mit dem Belichtungszyklus des Sensors der Kamera synchronisiert. Eine Benetzung/Verschmutzung der Scheibenoberfläche ist durch Vergleich der Bildinformation des Sensors der Kamera bei aus- und bei eingeschalteter Lichtquelle detektierbar.
DE 10 2009 000 005 A1 zeigt eine Kameraanordnung zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung durch eine Fahrzeugscheibe. Durch eine Sensorfläche eines Bildsensors ist eine von der Fahrzeugumgebung erzeugte erste optische Strahlung erfassbar. Eine Strahlungsquelle ist zum Ausgeben einer zweiten optischen Strahlung vorgesehen. Zumindest ein Teil der ausgegebenen zweiten optischen Strahlung ist durch die Sensorfläche des Bildsensors erfassbar. Der durch die Sensorfläche erfasste Teil der zweiten optischen Strahlung ist abhängig von einem Scheibenzustand der Fahrzeugscheibe. Mittels zumindest eines Teilbereiches der Sensorfläche sind gemeinsam sowohl die erste optische Strahlung als auch die zweite optische Strahlung erfassbar sind. Weiterhin ist ein Verfahren zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung vorgesehen, bei dem der Scheibenzustand aus der erfassten ersten und zweiten optischen Strahlung bestimmt wird.
US 2005/206511 A1 zeigt eine Regenerkennungsvorrichtung mit einer Kamera. Ein Prozessor zur Auswertung von Bildern der Kamera umfasst Randerkennungsmittel, die in dem mindestens einem erfassten Bild sichtbare Ränder zu erkennen vermögen, und Differenzbildungsmittel, die die Differenz der Anzahl der Ränder zu berechnen vermögen, die in unterschiedlichen Bildern sichtbar sind.
DE 69817197 T2 beschreibt ein System zum Erfassen von Feuchtigkeit auf einer Oberfläche umfassend: einen Bildfeldsensor; ein optisches System, das so arbeitet, dass es Lichtstrahlen von wenigstens einem Teil der Oberfläche auf den Bildfeldsensor fokussiert; und einen Prozessor, der in Verbindung mit dem Bildfeldsensor steht, wobei der Prozessor so arbeitet, dass er die Ränder von Feuchtigkeit erfasst, so dass ein Signal auf Basis der erfassten Ränder erzeugt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Es kann als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, eine verbesserte Regendetektion, insbesondere eine verbesserte Kalibrierung des Regensensors im Fahrzeug, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines kamerabasierten Regensensors eines Fahrzeuges angegeben. Das Verfahren weist das Aussenden eines Lichtsignals von einer Lichtquelle innerhalb des Fahrzeuges auf eine Scheibe des Fahrzeuges auf. In einem weiteren Schritt wird ein reflektiertes Lichtsignal I_i des ausgesendeten Lichtsignals bzw. dessen Intensität mittels einer Kamera detektiert. Dabei ist das reflektierte Lichtsignal I_i an einer einem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Grenzfläche der Scheibe reflektiert. Weiterhin wird basierend auf dem detektierten Signal I_i/ der Intensität I_i ein Intensitätsreferenzwert I_ref berechnet. Dabei wird im Kontext der vorliegenden Erfindung unter dem Intensitätsreferenzwert I_ref diejenige Referenzintensität verstanden, welche das detektierte Licht bei trockenen und dunklen Bedingungen beschreibt. Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird der berechnete Intensitätsreferenzwert I_ref zur zukünftigen Regendetektion durch den Regensensor verwendet.
Mit anderen Worten wird damit ein Verfahren zur Kalibrierung des Regensensors bereitgestellt, welches eine Aktualisierung des Intensitätsreferenzwertes I_ref auch in Situationen erlaubt, in welchen die Scheibe des Fahrzeuges von außen mit Regentropfen oder anderen Verschmutzungen benetzt sein kann. Durch die Verwendung der inneren Reflexion zur Bestimmung des Intensitätsreferenzwertes I_ref wird ein Einfluss von etwaigen Verunreinigungen auf der äußeren Oberfläche der Scheibe ausgeschlossen. Basierend auf der detektierten Intensität der inneren Reflexion kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens der Referenzwert I_ref berechnet werden, auch wenn an der äußeren Grenzfläche Regen oder Schmutz vorhanden ist. Damit wird die Kalibrierung unabhängig von dem Verschmutzungszustand auf der äußeren Grenzfläche der Scheibe gemacht.
Dabei kann der Intensitätsreferenzwert I_ref durch eine mathematische Formel und/oder beispielsweise mittels der berechneten Intensität I_dry berechnet werden. Beispielsweise kann ausgehend von der berechneten Intensität I_dry eine Subtraktion um ein Hintergrundsignal B_a an dem Detektionsort der äußeren Reflexion erfolgen. Es kann also beispielsweise die Formel I_ref = I_dry – B_a verwendet werden. Details hierzu werden ebenso im Rahmen expliziter und beispielhafter Ausführungsformen weiter erläutert werden.
Zur illustrativen Veranschaulichung des reflektierten Lichtsignals I_i, der berechneten Intensität I_dry und des ausgesendeten Lichtsignals wird hier bereits auf die 2 und deren Erläuterung verwiesen. Dort werden die entsprechenden Lichtsignale ausführlich dargestellt und auch die Positionen auf der Kamera 200 für die äußere Reflexion und der innere Reflexion werden dort erläutert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ausschließlich das reflektierte Lichtsignal I_i zur Berechnung des Intensitätsreferenzwertes I_ref verwendet. Eine Intensität einer äußeren Reflexion wird nicht verwendet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Kalibrierungsverfahren der vorliegenden Erfindung in einem Betriebsmodus des Regensensors während der Fahrt des Fahrzeuges durchgeführt.
Im Stand der Technik muss ein Intensitätsreferenzwert zur Kalibrierung des Regensensors in trockenen und in dunklen Bedingungen bestimmt werden. Dazu wird üblicherweise im Stand der Technik ein schwarzer Stoff auf die Windschutzscheibe gelegt und es wird dafür gesorgt, dass die äußere Grenzfläche der Windschutzscheibe vollständig trocken und sauber ist. Derartige Maßnahmen sind mittels des Kalibrierungsverfahrens der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, da das Detektieren des reflektierten Lichtsignals I_i, das Berechnen der Intensität I_dry und das Berechnen des Intensitätsreferenzwertes I_ref vollständig während der Fahrt und ohne Verdunklung und ohne vollständige Reinigung der äußeren Grenzfläche der Scheibe durchgeführt werden kann. Damit wird es durch die vorliegende Erfindung ermöglicht, auch während der Fahrt und auch während nassen Bedingungen den Intensitätsreferenzwert zur Kalibrierung des Regensensors zu aktualisieren und eine aktuelle Kalibrierung durchzuführen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt der Schritt des Berechnens des Intensitätsreferenzwertes I_ref basierend auf dem detektierten Lichtsignal I_i mittels der folgenden Gleichung 1: I_ref = I_dry – B_a = (I_i – B_i)·k (Gleichung 1)
Dabei ist k ein einmalig bestimmter und gespeicherter Wert und B_i ist ein Hintergrundsignal an einer Position, an welche das ausgesendete Lichtsignal von einer inneren Grenzfläche der Scheibe, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, reflektiert wird.
Der Wert k kann einmalig bestimmt und dann immer verwendet werden, zum Beispiel nach der Fertigstellung des Fahrzeuges beim Autohersteller. Daher geht nur die Intensität/das Lichtsignal I_i, welches unabhängig vom Feuchtigkeitszustand der Scheibe ist, sowie die Hintergrundintensität B_i an der Stelle der inneren Reflektion in die Berechnung ein. Die Hintergrundintensität B_i kann über andere Verfahren bestimmt werden, zum Beispiel mit einer Messung bei ausgeschaltetem Licht. Alternativ könnte k nach der Formel k = 2T + k_f sowie der Formel oder Gleichung 2 berechnet werden, wenn alle Faktoren T, R2, R1 mit ausreichender Genauigkeit bekannt sind: k_f = R₂/R₁(1 – R₂)(1 – R₁) (Gleichung 2).
Dabei ist R₁ eine Reflektivität der äußeren Grenzfläche und R₂ ist eine Reflektivität der inneren Grenzfläche.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren den Schritt Abspeichern des in einem ersten Durchlauf des Verfahrens berechneten Intensitätsreferenzwertes I_ref-1 auf und das Verfahren wird in einem zweiten Durchlauf während der Fahrt des Fahrzeuges wiederholt. Der im zweiten Durchlauf des Verfahrens berechnete Intensitätsreferenzwert I_ref-2 wird zur zukünftigen Verwendung bei der Regendetektion durch den Regensensor abgespeichert und zukünftig bis zur erneuten Berechnung eines weiteren Intensitätsreferenzwerts verwendet.
Mit diesem Ausführungsbeispiel wird deutlich, dass auch während der Fahrt eine Aktualisierung des Intensitätsreferenzwertes, der zur Kalibrierung des Regensensors verwendet wird, ermöglicht wird. Daher kann der Benutzer des Fahrzeuges ohne eine Kalibrierung bei abgedunkelten Lichtbedingungen und ohne gesäuberte Scheibe Systemveränderungen, die sich auf die detektierte Lichtintensität des Regensensors auswirken, vermeiden.
Dabei kann der Intensitätsreferenzwert innerhalb eines Speichers des Regensensors abgelegt werden. Ebenso kann in einem solchen Speicher vordefiniert sein, in welchem Intervall oder mit welcher Frequenz das Kalibrierungsverfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden soll. Insgesamt kann mit dem Kalibrierungsverfahren der vorliegenden Erfindung eine falsche Regendetektion verhindert werden, da äußere Einflussfaktoren wie Temperaturschwankungen, die wiederum Komponenten des Regendetektionssystems beeinflussen können, durch die Neubestimmung von I_ref während der Fahrt mitberücksichtigt werden. Durch die stete Verwendung eines jeweils aktuellen Intensitätsreferenzwertes bei der Bestimmung, ob Regen vorliegt oder nicht, ist die Regendetektion grundsätzlich genauer als der Stand der Technik.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Intensität I_dry mittels der folgenden Gleichung berechnet: I_dry = (I_i – B_i)·(2T·k_f) + B_a (Gleichung 3) unter Verwendung folgender Gleichung: k_f = R₂/R₁(1 – R₂)(1 – R₁) (Gleichung 2) wobei T die Transmission der Scheibe ist, wobei B_i ein Hintergrundsignal an einer Position ist, an welche das ausgesendete Lichtsignal von einer inneren Grenzfläche der Scheibe, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, reflektiert wird, wobei B_a ein Hintergrundsignal an einer Position ist, an welche das ausgesendete Lichtsignal von einer äußeren Grenzfläche der Scheibe, die dem Fahrzeuginnenraum abgewandt ist, reflektiert wird, wobei R₁ eine Reflektivität der äußeren Grenzfläche ist, und wobei R₂ eine Reflektivität der inneren Grenzfläche ist. Dabei wird angenommen, dass die Reduktion der Intensität, die durch Regen auf der äußeren Scheibe verursacht wird, konstant ist und nicht von Alterungseffekten oder Degradationseffekten abhängt.
Wie der 2 entnommen werden kann, ist die Intensität I_dry dasjenige Lichtsignal, was an der äußeren Grenzfläche der Scheibe reflektiert wird, wenn trockene Bedingungen vorliegen. Mit der Relation I_ref = I_dry – B_a kann anschließend der neue Intensitätsreferenzwert I_ref bestimmt werden, so dass dieser bei der Regendetektion mittels beispielsweise der hierin angegebenen Relation bestimmt werden kann. Diese Berechnung kann beispielsweise in einer Recheneinheit des Regensensors erfolgen. Dabei stellt T die Transmission von Licht durch das Scheibenmaterial dar und der Faktor k_f setzt sich in angegebener Weise durch die Reflektivitäten an der inneren und der äußeren Grenzfläche der Scheibe zusammen. Die Parameter R₁ und R₂ hängen nur von der Wellenlänge, dem Auftreffwinkel und dem Brechungsindex von Luft und dem Scheibenmaterial gemäß der Fresnelschen Formel ab. Weiterhin ist mit B_a das Hintergrundsignal an der Position der äußeren Reflexion auf der Kamera, bzw. auf dem Fotodetektor der Kamera, gemeint. Diese Position ist in 2 mit 207 bezeichnet. Hingegen ist die Position der inneren Reflexion auf dem Fotodetektor bzw. der Kamera in 2 mit 208 bezeichnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren den Schritt des Bestimmens einer Gesamtlichtintensität I_G, die auf dem Regensensor auftrifft, auf und weist ebenso das Verwenden der Gesamtlichtintensität durch den Regensensor zur Regendetektion auf. Insbesondere kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Regendetektion die folgende Relation verwendet werden: (I_G – B)/I_ref < a (Relation 1) wobei B eine Hintergrundintensität ist, und wobei a ein vordefinierter Grenzwert, vorzugsweise 1, ist.
Dabei ist jedoch der hier verwendete Intensitätsreferenzwert I_ref nicht wie im Stand der Technik bei trockenen und dunklen Bedingungen bestimmt worden, sondern wurde basierend auf der detektierten inneren Reflexion berechnet unter Verwendung der Intensität I_i.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur geometrischen Kalibrierung eines Fotodetektors eines Regensensors eines Fahrzeuges angegeben. Dieses Verfahre kann unabhängig von den zuvor und im Folgenden genannten Verfahren, aber auch in Kombination damit, durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des zeitlichen Anpassens eines auszuwertenden Pixelbereichs des Fotodetektors des Regensensors aufweist.
Dabei kann der auszuwertende Pixelbereich als Region von Interesse (Region of Interest, ROI) verstanden werden, welche typischerweise im Stand der Technik ein fest vorgegebener Bereich eines Kamerachips des Rebensensors ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jedoch vorgeschlagen, eine dynamische Anpassung des auszuwertenden Pixelbereichs durchzuführen, da damit geometrische Veränderungen im Regendetektionssystem ausgeglichen werden können.
Damit wird eine geometrische Kalibrierung des Regensensors bereitgestellt, welche auf räumliche Veränderungen im Detektionssystem reagiert. Da die geometrische Form der äußeren Reflexion bekannt ist und im Idealfall auch unverändert ist, wird hier vorgeschlagen, nach dieser Form, beispielswiese mit Methoden der Bildverarbeitung oder Bildanalyse, zu suchen und den auszuwertenden Pixelbereich entsprechend anzupassen. Damit wird eine dynamische Anpassung der Region of Interest (ROI) zur geometrischen Kalibrierung des Regensensors angegeben. Es könnte jedoch auch der Fall sein, dass die Form durch Wasserpartikel oder Schmutz auf der Scheibe verändert ist. In diesem Fall ist es möglich, die verschmutzte Gegend zu markieren und mit einem Unsicherheitsfaktor zu versehen und die Kalibrierung zu einem anderen Zeitpunkt durchzuführen.
Wie beispielsweise der 4 entnommen werden kann, kann es im Laufe der Zeit durch Verkippungen beispielsweise der Lichtquelle und/oder durch Verkippungen des Fotodetektors bzw. der Kamera zu einer Verschiebung der Position des zu detektierenden Lichtsignals auf dem Detektor/Kamerachip kommen. In solchen Situationen kann der auszuwertende Pixelbereich des Fotodetektors auf eine solche räumliche Verschiebung des Lichtsignals angepasst werden, so dass tatsächlich diejenigen Pixel zur Regendetektion ausgewertet und verwendet werden, auf welche das Lichtsignal der Lichtquelle tatsächlich trifft. Verschiedene Maßnahmen können verwendet werden, um festzustellen, wo der auszuwertende Pixelbereich liegt, so dass dieser anschließend angepasst werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Detektieren einer vorgegebenen Außenform in einem Bild des Fotodetektors ein weiterer Verfahrensschritt. Weiterhin erfolgt das Anpassen des auszuwertenden Pixelbereichs derart, dass diejenigen Pixel des Fotodetektors zur zukünftigen Auswertung ausgewählt werden, auf welchen die vorgegebene Außenform detektiert wurde.
Es können damit Verfahren der Bildverarbeitung oder Bilddetektion verwendet werden, in welchen die Suche nach bestimmten Außenformen, zum Beispiel nach Rechtecken, erfolgt. Hierzu können verschiedenste Algorithmen der Bildverarbeitung verwendet werden. Dem Fachmann sind solche Bildverarbeitungsverfahren unter dem Begriff „Outline Detection” bekannt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird in dem Verfahren energetischer Schwerpunkt eines Bildes von dem Fotodetektor berechnet und das Anpassen des auszuwertenden Pixelbereichs erfolgt derart, dass diejenigen Pixel des Fotodetektors zur zukünftigen Auswertung ausgewählt werden, welche ausgehend vom ermittelten Schwerpunkt innerhalb der bekannten oder erwarteten Größe des Detektionsbereiches auf dem Detektor liegen.
Damit erfolgt also eine Auswahl der Pixel für die Regendetektion, nachdem man den energetischen Schwerpunkt bestimmt hat. Dies kann zum Beispiel durch die Recheneinheit erfolgen.
Der energetische Schwerpunkt wird ähnlich zur Bestimmung eines Massenschwerpunktes bestimmt. E sei m_i die gemessene Intensität des Pixels i, r_i (als vektorielle oder nicht vektorielle Größe) sein Ort. Der energetische Schwerpunkt r_s (als vektorielle oder nicht vektorielle Größe) ergibt sich aus
mit M = Gesamtsumme der Intensitäten aller Pixel. Auch diese Berechnung kann durch die Recheneinheit erfolgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verwendung eines an einer einem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Grenzfläche einer Fahrzeugscheibe reflektierten Lichtsignals I_i bei der Berechnung eines Intensitätsreferenzwertes I_ref zur Kalibrierung eines kamerabasierten Regensensors des Fahrzeuges angegeben.
Dabei kann ausschließlich die innere Reflexion dazu verwendet werden und die äußere Reflexion wird nur berechnet, aber nicht gemessen. Dies wird insbesondere im Kontext des Beispiels der 2 deutlich gemacht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein kamerabasierter Regensensor zur Detektion von Regen auf einer Scheibe eines Fahrzeuges angegeben, wobei der Regensensor ausgeführt ist, das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
In einem weiter spezifizierten Ausführungsbeispiel weist der Regensensor eine Kamera und eine Recheneinheit auf. Die Kamera ist dazu ausgeführt, ein reflektiertes Lichtsignal I_i zu detektieren. Dabei stammt das Lichtsignal I_i von einer im Fahrzeug befindlichen Lichtquelle und wurde an einer einem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Grenzfläche der Scheibe reflektiert. Weiterhin ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, einen Intensitätsreferenzwert I_ref basierend auf dem gemessenen Wert I_i zu berechnen. Weiterhin ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, den berechneten Intensitätsreferenzwert I_ref zur zukünftigen Regendetektion zu verwenden.
Insbesondere kann die Recheneinheit dazu ausgeführt sein, für die Berechnungen die hierin angegebenen Formeln und Relationen zu verwenden. Bei der Regendetektion kann die Recheneinheit dazu ausgeführt sein, die Relation 1 zu verwenden.
Dabei kann die Kamera beispielsweise ein CCD-Chip oder ein beliebiger anderer Fotosensor sein, welcher die Lichtintensitäten detektiert und verarbeitet. Die Recheneinheit kann als Prozessor oder als Central Processing Unit (CPU) ausgeführt sein, die entsprechende Signale von der Kamera oder dem Fotosensor erhält. Dabei kann eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikation innerhalb des kamerabasierten Regensensors zum Einsatz kommen. Weiterhin können die beiden Komponenten Kamera und Recheneinheit in einer baulichen Einheit untergebracht sein, jedoch kann die Recheneinheit auch extern von der Kamera im Fahrzeug angeordnet sein. Beispielsweise ist es möglich, dass die Recheneinheit physisch außerhalb des Fahrzeuges gelagert ist und lediglich die Kamerasignale aus dem Fahrzeug empfängt und entsprechende Kontrollsignale zur Ansteuerung des Scheibenwischers an das Fahrzeug zurücksendet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Programmelement angegeben, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor anleitet, die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens durchzuführen.
Es ist darüber hinaus zu verstehen, dass Merkmale des Verfahrens, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben, auch als Merkmale des Regensensors gesehen werden können, und umgekehrt.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass möglicherweise Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausgestaltungen eines Verfahrens zur Kalibrierung des Regensensors selbst beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die beschriebenen Schritte des Verfahrens und die Merkmale des Regensensors in geeigneter Weise kombiniert bzw. ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen und gegebenenfalls auch Synergieeffekten zu gelangen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt den Vorgang bei der Regendetektion, wie er gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung genutzt werden kann.
2 zeigt die innere und äußere Reflexion an einer Scheibe eines Fahrzeuges und deren unterschiedliche Position auf einer Kamera eines Regensensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 ist eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Kalibrierungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt den Effekt einer geometrischen Veränderung im Regendetektionssystem, was gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung adressiert wird.
5 zeigt ein Fahrzeug mit einem Regensensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die 1 zeigt die grundsätzliche Funktionsweise der Regendetektion mittels eines Regensensors, wie es gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgen kann. Im linken Teil der 1 ist die Situation dargestellt, in der keine Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe vorhanden ist. Auf der rechten Seite der 1 ist jedoch ein Regentropfen 108 vorhanden, welcher die Intensität der äußeren Reflexion 110 abschwächt. 1 zeigt, dass ein kamerabasierter Regensensor eine Lichtquelle 102 aufweist, welche Licht auf die Scheibe 100 aussendet. Ein Teil des ausgesendeten Lichtes transmittiert durch die Scheibe hindurch und verlässt somit das Fahrzeug. Dieser Teil ist mit Bezugszeichen 103 dargestellt. Weiterhin kann der 1 entnommen werden, dass ein Teil 104 des reflektierten Lichts an der inneren Grenzfläche 106 der Scheibe 100 reflektiert wird, i. e. die innere Reflexion. Dieser Teil 104 trifft an einer anderen Stelle auf der Kamera 101 auf als derjenige Teil 105, welcher an der äußeren Grenzfläche 107 der Scheibe 100 reflektiert wird, i. e. die äußere Reflexion. Im Falle von Regentropfen auf der äußeren Grenzfläche der Scheibe, gezeigt mit Bezugszeichen 108 im rechten Teil der 1, erniedrigt sich die an der äußeren Grenzfläche reflektierte Intensität 110 aufgrund der erfolgten Brechungsindexänderung. Der Brechungsindex verändert sich durch den Tropfen näher zu Glas und nur ein geringerer Teil des Lichtes wird in die Kamera reflektiert, da ein größerer Teil nach außerhalb der Windschutzscheibe geleitet wird. Es kann daher Regen detektiert werden, wenn ein gewisses Maß an Lichtintensität in einem Bereich der Kamera um ein Mindestmaß reduziert wird. Dabei kann zur Unterscheidung, ob nasse oder trockene Verhältnisse vorliegen, für jedes Pixel die Relation (I_G – B)/I_ref < a verwendet werden. Eine solche Regendetektion kann als Teil der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
In 2 ist ein kamerabasierter Regensensor 210 mit einer Kamera 200 und einer Recheneinheit 209 gezeigt. Dabei wird in 2 verdeutlicht, dass das Licht, welches von der Lichtquelle 204 ausgesendet wird, sowohl an der inneren Grenzfläche 203 als auch an der äußeren Grenzfläche 202 der Scheibe 201 reflektiert wird. Die unterschiedlichen Auftreffpositionen dieser Lichtstrahlen auf dem Fotosensor/der Kamera sind mit den Bezugszeichen 207 und 208 beschrieben. Dabei ist der Lichtteil 206 als äußere Reflexion bezeichnet und kann durch die Intensität I_dry bezeichnet werden. Die innere Reflexion ist mit Bezugszeichen 205 gezeigt und ist gleichbedeutend mit der Intensität I_i. Dieser Teil 205, also die Intensität I_i, wird gemäß der vorliegenden Erfindung mittels der Kamera detektiert und die Intensität des Strahls 206, I_dry, wird berechnet durch beispielsweise die Recheneinheit 209. Basierend auf dieser berechneten Lichtintensität I_dry wird durch Subtraktion eines bekannten Hintergrundsignals, das am Ort 207 vorliegt, der Referenzwert I_ref bestimmt. Auch dies kann durch die Recheneinheit 209 erfolgen. Anschließend kann der neu bestimmte Intensitätsreferenzwert I_ref durch die Recheneinheit 200 verwendet werden, um die Regendetektion durchzuführen. Insbesondere kann dieser neu bestimmte und aktuelle Intensitätsreferenzwert in der Relation 1 verwendet werden, welche die Recheneinheit berechnen kann, um zu bestimmen, ob nasse oder trockene Verhältnisse vorliegen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 3 ein Flussdiagramm eines Kalibrierungsverfahrens für einen Regensensor angegeben. Im Schritt S1 wird ein Lichtsignal von einer Lichtquelle innerhalb des Fahrzeuges auf die Scheibe des Fahrzeuges, insbesondere die Windschutzscheibe des Fahrzeuges, ausgesendet. Durch eine Kamera wird das reflektierte Lichtsignal I_i in Schritt S2 detektiert, welches an der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Grenzfläche der Scheibe reflektiert wird. In der 2 entspricht dieser Intensitätsteil der Intensität des Lichtstrahles 205. Dabei wird also in diesem Ausführungsbeispiel nur die innere Intensität detektiert und für die Berechnung verwendet. Weiterhin kann basierend auf dem detektierten Lichtsignal I_i beziehungsweise dem Intensitätswert I_i der Intensitätsreferenzwert I_ref berechnet werden. Dieser Berechnungsschritt kann beispielsweise in der Recheneinheit des Regensensors erfolgen, wobei die Recheneinheit innerhalb des Fahrzeuges oder auch außerhalb des Fahrzeuges angeordnet sein kann. Dieser Berechnungsschritt ist im Verfahren der 3 mit S3 bezeichnet. Zum Beispiel kann dazu die Gleichung 1 verwendet werden. Weiterhin wird der neu berechnete Intensitätsreferenzwert I_ref zur Regendetektion durch den Regensensor, beispielsweise durch die Recheneinheit, im Schritt S4 verwendet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Kalibrierungsverfahren nur während der Nacht durchgeführt, also bei Bedingungen, wo kein bzw. nahezu kein Umgebungslicht vorhanden ist. Zur Detektion solcher Nachtsituationen kann ein zweiter unabhängiger Helligkeitssensor verwendet werden, der ebenfalls Teil des Regensensors sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Kamerachip selbst, also der Fotosensor des Regensensors selbst, die zuvor beschriebene Nachtsituation detektieren. Beispielsweise kann solch eine Nachtsituation detektiert werden, wenn ein durchschnittlicher Intensitätswert unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt. Sollte keine Nachtsituation für einen längeren Zeitraum erkannt werden, kann die Hintergrundstrahlung immer noch durch bekannte Verfahren aus dem Stand der Technik bestimmt werden. Das Hintergrundsignal, unabhängig davon, wie es bestimmt wurde, kann dann gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um von dem inneren Reflexionssignal subtrahiert zu werden, um den Intensitätsreferenzwert zu erhalten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine geometrische Kalibrierung des Regensensors angegeben, welche illustrativ in der 4 dargestellt ist. Mit anderen Worten ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur geometrischen Kalibrierung eines Fotodetektors eines Regensensors eines Fahrzeuges angegeben. Dieses Verfahre kann unabhängig von den zuvor und im Folgenden genannten Verfahren, aber auch in Kombination damit, durchgeführt werden. Diese Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des zeitlichen Anpassens eines auszuwertenden Pixelbereichs des Fotodetektors des Regensensors aufweist.
Die 4 beschreibt eine Situation, in welcher eine geometrische Veränderung des auf die Kamera treffenden Lichtfeldes durch mechanische Veränderungen im System hervorgerufen wird. Im oberen Teil der 4 ist gezeigt, wie das Licht der Lichtquelle 401 an der Scheibe 402 reflektiert wird und auf die Kamera 400 fällt. Dabei stellt 403 denjenigen Bereich dar, der auf dem Kamerachip 404 in dieser Situation ausgeleuchtet wird. Für den Fall, dass die Lichtquelle 401 beispielsweise durch Temperatureinflüsse verzogen ist, stellt der untere Teil der 4 andere Beleuchtungsbedingungen dar. Das Licht der Lichtquelle 401 wird an der Scheibe 402 reflektiert und trifft auf die Kamera 400, jedoch an einer anderen räumlichen Position. Auf dem Kamerachip 404 ist die geänderte geometrische Position des Lichtsignals 405 gezeigt. Durch eine dynamische Anpassung des auszuwertenden Pixelbereichs (ROI) des Fotodetektors des Regensensors kann diese Bewegung des Lichtsignals ausgeglichen werden.
Insbesondere kann nach bestimmten Außenformen auf dem Detektor gesucht werden, beispielsweise mittels entsprechender Algorithmen der Bildverarbeitung. Anschließend können diejenigen Pixel, die zur Regendetektion verwendet und aktiviert werden, entsprechend ausgewählt werden. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein energetischer Schwerpunkt mittels der gemessenen Intensitäten aller oder einer Vielzahl der Pixel des Kamerachips 404 berechnet. Anschließend wird der auszuwertende Pixelbereich entsprechend angepasst. Dabei wird im Kontext der vorliegenden Erfindung der Begriff Fotosensor gleichbedeutend mit dem Begriff Kamerachip verwendet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 5 ein Fahrzeug 500 mit einem Regensensor 501 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei weist der Regensensor 501 eine Recheneinheit 502 auf, die ausgeführt ist, die Berechnungsschritte gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Dabei erhält die Recheneinheit 502 entsprechende Signale über das detektierte innere Reflexionssignal von der Kamera 503. Die Lichtquelle 504 kann ebenso als Teil des Regensensors angesehen werden, wobei die Lichtquelle ebenfalls innerhalb des Fahrzeuges 500 angeordnet ist.

Claims

Kalibrierungsverfahren zur Kalibrierung eines kamerabasierten Regensensors eines Fahrzeuges, das Verfahren aufweisend die Schritte Aussenden eines Lichtsignals von einer Lichtquelle innerhalb des Fahrzeuges auf eine Scheibe des Fahrzeuges (S1), Detektieren eines reflektierten Lichtsignals I_i des ausgesendeten Lichtsignals mittels einer Kamera (S2), wobei das reflektierte Lichtsignal I_i an einer einem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Grenzfläche der Scheibe reflektiert wird, Berechnen eines Intensitätsreferenzwertes I_ref basierend auf dem detektierten Lichtsignals I_i (S3), wobei der Intensitätsreferenzwert I_ref die Intensität für bei dunklen und trockenen Bedingungen detektiertes Licht angibt, und Verwenden des berechneten Intensitätsreferenzwertes I_ref zur Regendetektion durch den Regensensor (S4).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren in einem Betriebsmodus des Regensensors während der Fahrt durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Berechnen (S3) des Intensitätsreferenzwertes I_ref basierend auf dem detektierten Lichtsignal I_i mittels der folgenden Gleichung erfolgt: I_ref = I_dry – B_a = (I_i – B_i)·k (Gleichung 1) wobei k ein einmalig bestimmter und gespeicherter Wert ist, wobei B_i ein Hintergrundsignal an einer Position ist, an welche das ausgesendete Lichtsignal von einer inneren Grenzfläche der Scheibe, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, reflektiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Verfahren weiterhin aufweisend den Schritt: Berechnen einer Intensität I_dry einer Reflektion des ausgesendeten Lichtsignals an einer einem Fahrzeuginnenraum abgewandten äußeren Grenzfläche der Scheibe auf Basis des an der inneren Grenzfläche der Scheibe reflektierten Lichtsignals I_i, wobei die Intensität I_dry mittels der folgenden Gleichung 3 berechnet wird: I_dry = (I_i – B_i)·(2T·k_f) + B_a (Gleichung 3) unter Verwendung folgender Gleichung 2: k_f = R₂/R₁(1 – R₂)(1 – R₁) (Gleichung 2) wobei T eine Transmission der Scheibe ist, wobei B_i ein Hintergrundsignal an einer Position ist, an welche das ausgesendete Lichtsignal von einer inneren Grenzfläche der Scheibe, die dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, reflektiert wird, wobei B_a ein Hintergrundsignal an einer Position ist, an welche das ausgesendete Lichtsignal von einer äußeren Grenzfläche der Scheibe, die dem Fahrzeuginnenraum abgewandt ist, reflektiert wird, wobei R₁ eine Reflektivität der äußeren Grenzfläche ist, und wobei R₂ eine Reflektivität der inneren Grenzfläche ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Verfahren weiterhin aufweisend die Schritte Bestimmen einer Gesamtlichtintensität I_G, die auf dem Regensensor auftrifft, und Verwenden der Gesamtlichtintensität I_G durch den Regensensor zur Regendetektion.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei zur Regendetektion die folgende Relation verwendet wird: (I_G – B)/I_ref < a (Relation 1) wobei B eine Hintergrundintensität ist, und wobei a ein vordefinierter Grenzwert, vorzugsweise 1, ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Verfahren weiterhin aufweisend die Schritte zeitliches Anpassen eines auszuwertenden Pixelbereichs eines Photodetektors des Regensensors.
Verfahren nach Anspruch 7, das Verfahren weiterhin aufweisend die Schritte Detektieren einer vorgegebenen Außenform in einem Bild des Photodetektors; und wobei das Anpassen derart erfolgt, dass diejenigen Pixel des Photodetektors zur zukünftigen Auswertung ausgewählt werden, auf welchen die vorgegebene Außenform detektiert wurde.
Verfahren nach Anspruch 8, das Verfahren weiterhin aufweisend die Schritte Berechnen eines energetischen Schwerpunktes eines Bildes von dem Photodetektor, und wobei das Anpassen derart erfolgt, dass diejenigen Pixel des Photodetektors zur zukünftigen Auswertung ausgewählt werden, die ausgehend vom berechneten Schwerpunkt innerhalb einer erwarteten Größe des Detektionsbereiches liegen.
Verwendung eines an einer einem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Grenzfläche einer Fahrzeugscheibe reflektierten Lichtsignals I_i bei der Berechnung eines Intensitätsreferenzwertes I_ref zur Kalibrierung eines kamerabasierten Regensensors des Fahrzeuges, wobei der Intensitätsreferenzwert I_ref die Intensität für bei dunklen und trockenen Bedingungen detektiertes Licht angibt.
Kamerabasierter Regensensor zur Detektion von Regen auf einer Scheibe eines Fahrzeuges, der Regensensor aufweisend eine Kamera, eine Recheneinheit, wobei die Kamera dazu ausgeführt ist, ein reflektiertes Lichtsignals I_i zu detektieren, wobei das Lichtsignals I_i von einer im Fahrzeug befindlichen Lichtquelle stammt und an einer einem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Grenzfläche der Scheibe reflektiert wurde, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, einen Intensitätsreferenzwert I_ref basierend auf dem detektierten Lichtsignal I_i zu berechnen, wobei der Intensitätsreferenzwert I_ref die Intensität für bei dunklen und trockenen Bedingungen detektiertes Licht angibt und wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, den berechneten Intensitätsreferenzwert I_ref zur Regendetektion zu verwenden.