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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform bezieht sich allgemein auf eine Detektion eines nassen Straßenbelags unter Verwendung von reflektierenden Flächen.
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Niederschlag auf einer Fahrbahn verursacht für ein Fahrzeug mehrere verschiedene Probleme. Beispielsweise reduziert Wasser auf einer Straße den Reibungskoeffizienten zwischen den Reifen des Fahrzeugs und der Oberfläche der Straße, was zu Fahrzeugstabilitätsproblemen führt. Typischerweise erfasst ein System oder Subsystem des Fahrzeugs Niederschlag auf der Straße unter Verwendung einer Erfassungsoperation, die erfolgt, wenn der Niederschlag den Fahrzeugbetrieb bereits negativ beeinflusst, wie beispielsweise Detektieren eines Radschlupfs. Unter solchen Umständen beeinträchtigt der Niederschlag bereits das Fahrzeug (z. B. Radschlupf), und daher wird an dieser Stelle jede Reaktion rückwirkend. Ein voraushandelnder Ansatz wäre, den Zustand einer nassen Oberfläche stattdessen vorzeitig zu kennen, um Systeme zu aktivieren, die den Steuerverlust aufgrund von nassen Oberflächen verhindern können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Vorteil einer Ausführungsform ist die Detektion von Wasser auf einer Straße unter Verwendung einer sichtbasierten Bildgebungseinrichtung. Die hierin beschriebene Technik erfordert keine Anregungen von dem Fahrzeug oder Fahrer zum Initiieren einer Ermittlung bezüglich dessen, ob Wasser oder Niederschlag vorhanden ist. Vielmehr wird ein reales Objekt in dem erfassten Bild detektiert und wird ein virtuelles Objekt an einer Bodenoberfläche in dem erfassten Bild detektiert. Es wird ein Merkmalspunkt an dem realen Objekt und dem virtuellen Objekt identifiziert. Der an dem realen Objekt und dem virtuellen Objekt identifizierte Merkmalspunkt werden verglichen, um zu ermitteln, ob das reale Objekt mit dem virtuellen Objekt übereinstimmt. Ferner kann entweder das reale Objekt oder das virtuelle Objekt umgekehrt werden, so dass ein direkterer Vergleich an dem realen Objekt und dem virtuellen Objekt durchgeführt werden könnte, die nun mit einer gleichen Position und Ausrichtung angeordnet sind.
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Eine Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines nassen Straßenbelags für ein Fahrzeug, das auf einer Straße fährt, in Betracht. Es wird ein Bild außerhalb des Fahrzeugs durch eine Bilderfassungseinrichtung erfasst. In dem erfassten Bild wird ein reales Objekt detektiert. An dem realen Objekt in dem erfassten Bild wird ein Merkmalspunkt identifiziert. Es wird ein dem realen Objekt zugehöriges potentielles virtuelles Objekt an einer Bodenoberfläche der Straße in dem erfassten Bild identifiziert. Es wird ein Merkmalspunkt an dem virtuellen Objekt in dem erfassten Bild identifiziert. Der an dem realen Objekt detektierte Merkmalspunkt wird mit dem an dem virtuellen Objekt detektierten Merkmalspunkt verglichen. In Ansprechen darauf, dass der an dem realen Objekt detektierte Merkmalspunkt mit dem an dem virtuellen Objekt detektierten Merkmalspunkt übereinstimmt, wird ermittelt, dass die Bodenoberfläche eine reflektierende Fläche mit Spiegeleffekt umfasst. In Ansprechen auf die Ermittlung, dass die Bodenoberfläche eine reflektierende Fläche mit Spiegeleffekt umfasst, wird ein eine nasse Fahrbahn angebendes Signal erzeugt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1a ist eine perspektivische Ansicht einer durch eine Kamera erfassten Szene einer nassen Oberfläche mit stillstehendem Wasser.
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1b ist eine beispielhafte Darstellung einer Lichtreflexion an stillstehendem Wasser.
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2a ist eine perspektivische Ansicht einer durch eine Kamera erfassten Szene einer trockenen Oberfläche.
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2b ist eine beispielhafte Darstellung einer Lichtreflexion und Streuung an einer trockenen Oberfläche.
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3 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Detektion eines nassen Straßenbelags.
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4 ist eine beispielhafte bildliche Darstellung eines virtuellen Objekts auf einem nassen Straßenbelag, das durch eine am Fahrzeug angebrachte Kamera erfasst wird.
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5 ist eine beispielhafte Darstellung eines Abgleichs von Merkmalspunkten zwischen einem Bild eines realen Objekts und einem Bild eines virtuellen Objekts.
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6 ist eine beispielhafte Darstellung eines Abgleichs von Merkmalspunkten unter Verwendung eines umgekehrten Objekts.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In 1 ist ein Fahrzeug gezeigt, das entlang einer Straße 12 für Fahrzeuge fährt. An der Straße 12 für Fahrzeuge befindet sich Niederschlag 14, der oftmals durch die Fahrzeugreifen verteilt wird, wenn sich die Fahrzeugreifen über der nassen Straße 12 für Fahrzeuge drehen. Es ist oftmals vorteilhaft, vorab zu wissen, wann das Fahrzeug entlang einer nassen Straße 12 für Fahrzeuge fährt, so dass Probleme, die sich aus dem Niederschlag ergeben, wie beispielsweise ein Traktionsverlust oder eine Beschädigung des Motors, die daraus resultiert, dass Wasser von außen in Lufteinlassventile eintritt, beseitigt oder zumindest vermindert werden können.
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Der Niederschlag 14 an der Straße 12 für Fahrzeuge kann zu einer Reduzierung der Traktion beim Fahren auf dem nassen Straßenbelag führen. Der sich auf der Straße 12 für Fahrzeuge befindende Niederschlag 14 verringert den Reibungskoeffizienten zwischen den Fahrzeugreifen und der Straße 12 für Fahrzeuge. Folglich wird die Traktion zwischen den Fahrzeugreifen und der Straße 12 für Fahrzeuge verringert. Der Traktionsverlust kann durch Warnen des Fahrers, um die Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine zu verringern, die den Umgebungsbedingungen entspricht; Auslösen eines automatischen Betätigens der Fahrzeugbremse unter Verwendung einer sehr geringen Bremskraft, um den Niederschlag, der sich an den Bremsflächen der Bremskomponenten gebildet hat, zu minimieren; Deaktivieren oder Beschränken der Aktivierung einer Tempomatfunktionalität, während Niederschlag detektiert wird; oder Benachrichtigen des Fahrers, um einen größeren Bremsabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug aufrechtzuerhalten, vermindert werden.
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Wie es in 1a gezeigt ist, befindet sich Wasser auf der Straße, und Objekte, wie beispielsweise ein Baum 16 und ein Laternenmast 18, sind an der reflektierenden Fläche zu sehen, die durch den Niederschlag 14 in Form von stillstehendem Wasser auf der Straße 12 für Fahrzeuge erzeugt wird. Das stillstehende Wasser auf der Straße 14 für Fahrzeuge fungiert als Oberfläche vom Spiegeltyp, die eine Reflexion projiziert. Eine Lichtreflexion an dem Straßenbelag, im Speziellen an einer glatten Oberfläche, wenn das Wasser stillsteht, weist einen Einfalllichtwinkel auf, der im Wesentlichen gleich dem Winkel des reflektierten Lichts ist, wie es in 1b gezeigt ist. Daher erfasst eine Kamera, die ein Bild über die reflektierende Fläche des stillstehenden Wassers erfasst, Lichtstrahlen, die einen Einfalllichtwinkel aufweisen, der gleich einem Winkel des reflektierten Lichts ist.
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2a zeigt ein Fahrzeug, das auf einer trockenen Straße gefahren wird, wobei kein Niederschlag auf der Fahrstraße vorhanden ist. Wie gezeigt existiert kein Niederschlag auf der Straße 12 für Fahrzeuge. Es können Schatten 19 durch Objekte, wie beispielsweise den Baum 18, geworfen werden; Schatten erzeugen jedoch keine reflektierende Spiegeloberfläche. Wie es in 2b gezeigt ist, werden die reflektierten Lichtstrahlen zerstreut, sobald die einfallenden Lichtstrahlen an der nicht spiegelnden Oberfläche abprallen. Folglich werden die reflektierten Lichtstrahlen gestreut und sind die Reflexionswinkel nicht gleich den Einfallswinkeln, wie es in 1b gezeigt ist.
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3 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems 20 zur Detektion eines nassen Straßenbelags. Eine fahrzeugbasierte Bilderfassungseinrichtung 22 ist an dem Fahrzeug angebracht, um Bilder vor dem Fahrzeug zu erfassen. Die Bildeinrichqtung 22 kann eine Kamera zum Erfassen von Bildern der Straße umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Funktion der Bilderfassungseinrichtung 22 ist, ein Bild, das Objekte oberhalb der Straße umfasst, und zusätzlich die Straße selbst, um das Vorhandensein von Wasser auf der Fahrstraße zu detektieren, zu erfassen. Die durch die fahrzeugbasierte Bilderfassungseinrichtung 22 erfassten Bilder werden analysiert, um Wasser darin zu detektieren.
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Ein Prozessor 24 verarbeitet die durch die Bilderfassungseinrichtung 22 erfassten Bilder. Der Prozessor 24 analysiert Reflexionseigenschaften der Fahrstraße zum Ermitteln, ob Wasser auf dem Straßenbelag vorhanden ist.
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Der Prozessor 24 kann mit einem oder mehreren Controllern 26 gekoppelt sein, um eine Steueraktion zu initiieren oder auszulösen, wenn herausgefunden wird, dass sich Niederschlag auf dem Straßenbelag befindet. Es können eine oder mehrere Gegenmaßnahmen ausgelöst werden, um den Effekt zu vermindern, den der Niederschlag auf den Betrieb des Fahrzeugs haben kann.
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Der Controller 26 kann Teil des Fahrzeugsubsystems sein oder kann verwendet werden, um einem Fahrzeugsubsystem zu ermöglichen, den Effekten des Wassers entgegenzuwirken. Beispielsweise kann in Ansprechen auf eine Ermittlung, dass die Straße nass ist, der Controller 26 ein elektrisches oder elektrohydraulisches Bremssystem 30 freigeben, wobei in dem Fall, dass ein Traktionsverlust stattfindet, eine Bremsstrategie bereitgestellt wird. Zusätzlich zu einem Vorbereiten einer Bremsstrategie kann das Bremssystem autonom eine geringe Bremskraft aufbringen, ohne dass dies der Fahrer bemerkt, um den Niederschlag von den Fahrzeugbremsen zu entfernen, sobald sich das Fahrzeug in den Niederschlag begibt. Ein Entfernen des Niederschlags, der sich an den Rädern und Bremsen gebildet hat, hält einen erwarteten Reibungskoeffizienten zwischen den Fahrzeugbremsaktoren und der Bremsfläche der Räder aufrecht, wenn ein Bremsen durch den Fahrer manuell betätigt wird.
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Der Controller 26 kann ein Traktionssteuersystem 32 steuern, das Leistung individuell an jedes jeweilige Rad verteilt, um den Radschlupf eines jeweiligen Rads zu reduzieren, wenn Niederschlag auf dem Straßenbelag detektiert wird.
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Der Controller 26 kann ein Tempomatsystem 34 steuern, was einen Tempomaten deaktivieren oder die Aktivierung des Tempomaten beschränken kann, wenn Niederschlag auf dem Straßenbelag detektiert wird.
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Der Controller 26 kann ein Fahrerinformationssystem 36 steuern, um dem Fahrer des Fahrzeugs Warnungen bezüglich Niederschlags bereitzustellen, der auf der Straße für Fahrzeuge detektiert wird. Solch eine Warnung, die durch den Controller 26 ausgelöst wird, kann den Fahrer hinsichtlich des sich nähernden Niederschlags auf dem Straßenbelag alarmieren und kann dem Fahrer empfehlen, die Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine Geschwindigkeit zu verringern, die den aktuellen Umgebungsbedingungen entspricht, oder der Controller 26 kann eine Warnung auslösen, um einen sicheren Fahrabstand zu dem Fahrzeug vor dem gefahrenen Fahrzeug aufrechtzuerhalten. Es sei angemerkt, dass der Controller 26 wie hierin beschrieben einen oder mehrere Controller umfassen kann, die eine einzelne Funktion steuern, oder eine Kombination von Funktionen steuern kann.
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Der Controller 26 kann ferner das Auslösen des automatischen Öffnens und Schließens von Luftleitblechen 38 steuern, um eine Aufnahme von Wasser in einen Motor des Fahrzeugs zu verhindern. Unter solchen Bedingungen löst der Controller 26 automatisch das Schließen der Luftleitbleche 38 aus, wenn detektiert wird, dass Niederschlag auf dem Straßenbelag vor dem Fahrzeug vorhanden ist, und kann er die Luftleitbleche wieder öffnen, wenn ermittelt wird, dass kein Niederschlag mehr auf dem Straßenbelag vorhanden ist.
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Der Controller 26 kann ferner das Auslösen einer Drahtloskommunikationseinrichtung 39 steuern, um den Zustand eines nassen Bodenbelags anderen Fahrzeugen unter Verwendung eines Fahrzeug-Fahrzeug- oder Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikationssystems autonom mitzuteilen.
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Der Vorteil der hierin beschriebenen Techniken ist, dass keine Anregungen von dem Fahrzeug oder Fahrer erforderlich sind, um eine Ermittlung bezüglich dessen, ob Wasser oder Niederschlag vorhanden ist, zu initiieren. Das heißt, frühere Techniken erfordern eine beträchtliche Anregung durch das Fahrzeug, entweder durch ein Bremsmanöver, erhöhte Beschleunigung oder ein Lenkmanöver, für eine Detektion von Wasser an einer Oberfläche. Auf der Grundlage der Reaktion (z. B. Radschlupf, Gier) ermittelt solch eine Technik, ob das Fahrzeug aktuell auf Wasser oder Niederschlag fährt. Im Gegensatz dazu stellen die hierin beschriebenen Techniken eine vorausschauende oder vorgreifende Analyse bereit, um dem Fahrer oder Fahrzeug Zeit zu lassen, um Vorkehrungen zu treffen, bevor das Fahrzeug den Ort des Wassers oder Niederschlags erreicht.
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4 zeigt eine bildliche Darstellung bezüglich dessen, wie Reflexionseigenschaften verwendet werden können, um zu ermitteln, ob das Wasser an der Oberfläche der befahrenen Straße vorhanden ist, wobei eine Technik eines gespiegelten Bilds verwendet wird. Wie es in 4 gezeigt ist, erfasst die Bilderfassungseinrichtung 22 zu Zeitpunkt t1 die Fahrstraße 12. Auf dem Straßenbelag ist stillstehendes Wasser 39 vorhanden, und eine Reflexion eines realen Objekts 40 wird durch die Bilderfassungseinrichtung 22 in dem Bild erfasst. Das stillstehende Wasser 39 auf der Straße fungiert als Oberfläche vom Spiegeltyp mit Reflexionseigenschaften. Eine Lichtreflexion an dem Straßenbelag für eine Oberfläche eines stillstehenden Wassers weist einen Einfalllichtwinkel auf, der im Wesentlichen gleich dem Winkel des reflektierten Lichts ist. Ferner ist die Größe des realen Objekts 40 in dem Bild im Wesentlichen gleich der Größe eines virtuellen Objekts 42 in den Reflexionen. Ähnlich ist die Distanz zu dem realen Objekt 40 im Wesentlichen gleich der Distanz zu dem virtuellen Objekt 42 in der Reflexion. Da die Bilderfassungseinrichtung 22 ein Bild im Wesentlichen über eine Spiegelfläche erfasst, ist das virtuelle Objekt 42 beim Betrachten des Bilds in Bezug auf das reale Objekt 40 umgekehrt. Wie in 4 gezeigt wird das Objekt als virtuelles Bild unterhalb des Bodens mit im Wesentlichen den gleichen Abmessungen wie das reale Objekt oberhalb des Bodens angezeigt, außer, dass das Objekt umgedreht ist.
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Um zu ermitteln, ob Wasser an der Fahrstraße vorhanden ist, werden reale Objekte mit virtuellen Objekten verglichen. In Bezug auf 5 wird das reale Objekt 40 in dem Bild von dem virtuellen Objekt 42 in dem Bild unterschieden. Dies wird durch Abtasten des Bilds initiiert, um zwei identische Objekte in dem Bild zu finden, die im Wesentlichen vertikal zueinander sind. Das heißt, das virtuelle Objekt 42 sollte im Wesentlichen vertikal von dem realen Objekt 40 verschoben sein. Ein Identifizieren einer vertikalen Verschiebung des virtuellen Objekts unterscheidet andere reale Objekte, die identisch sind, in dem realen Bild. Wenn beispielsweise ein Scheinwerfer eines Fahrzeugs als detektiertes Objekt verwendet werden würde, und wenn keine Kriterien einer vertikalen Verschiebung eingesetzt werden würden, könnte der andere Scheinwerfer des realen Objekts als übereinstimmendes Merkmal gesehen werden. Folglich muss ein Grad von vertikaler Verschiebung zwischen dem realen Objekt 40 und dem virtuellen Objekt 42 vorhanden sein, um eine nasse Oberfläche zu ermitteln, wenn zwei identische Objekte detektiert werden.
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In 5 werden extrahierte Merkmale von dem realen Objekt 40 mit extrahierten Merkmalen von einem jeweiligen virtuellen Objekt 41 verglichen. Wenn ein Korrelationsmerkmal zwischen dem realen Bild und dem virtuellen Bild übereinstimmt, wird ermittelt, dass das virtuelle Objekt 41 eine Reflexion des realen Objekts 40 ist und dass Wasser vorhanden ist. Ferner kann die hierin beschriebene Technik eine vorbestimmte Anzahl an extrahierten Merkmalen verwenden, die übereinstimmen müssen, um zu ermitteln, dass Wasser vorhanden ist. Wie es in 5 dargestellt ist, werden mehrere Merkmalspunkte 60 an dem realen Objekt 40 in dem erfassten Bild identifiziert. Es werden mehrere Merkmalspunkte 62 an dem virtuellen Objekt 42 in dem erfassten Bild identifiziert. Die an dem realen Objekt und dem virtuellen Objekt identifizierten Merkmalspunkte werden verglichen. Wenn die jeweiligen Merkmalspunkte des realen Objekts und des virtuellen Objekts übereinstimmen, wird ermittelt, dass es eine reflektierende Fläche gibt und dass Wasser auf der Straße vorhanden ist. Die Ermittlung bezüglich dessen, ob die Merkmalspunkte übereinstimmen, kann Techniken umfassen, die eine skaleninvariante Merkmalstransformation (SIFT von Scale-Invariant Feature Transform) und beschleunigte robuste Merkmale (SURF von Speeded Up Robust Features) umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Der Schwellenwert der Anzahl von übereinstimmenden Punkten zum Ermitteln der Objekt-/Bildübereinstimmung könnte eine sich verändernde Zahl sein, die auf der Information über die Gesamtanzahl an Paaren übereinstimmender Punkte und die Gesamtanzahl an Paaren detektierter Merkmalspunkte beruht.
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6 zeigt eine alternative Ausführungsform zum Ermitteln von Wasser auf dem Straßenbelag. Im Gegensatz zu dem Ermitteln, ob eine vertikale Verschiebung zwischen extrahierten Merkmalen des virtuellen Objekts 41 und den extrahierten Merkmalen des realen Objekts 40 vorhanden ist, wird das identifizierte reale Objekt 40 des erfassten Bilds umgedreht (d. h. umgekehrt), um das reale Objekt in der gleichen Ausrichtung auszurichten wie das virtuelle Objekt 41. Sobald das reale Objekt 40 umgedreht wird, ist die Analyse einer vertikalen Verschiebung nicht erforderlich. Vielmehr wird nur ein direkter Vergleich, der an den extrahierten Merkmalen beider Objekte durchgeführt wird, verwendet, welcher umfasst, dass ermittelt wird, ob die extrahierten Merkmale identisch sind und an im Wesentlichen einem gleichen Ort zwischen dem virtuellen Bild und dem umgedrehten realen Bild angeordnet sind. Die Merkmalspunkte 60 des realen Objekts 40 und die Merkmalspunkte 62 des virtuellen Objekts 42 werden extrahiert. Es wird ein Vergleich zwischen den extrahierten Merkmalspunkten des umgedrehten realen Objekts 40 und des virtuellen Objekts 42 durchgeführt. Wenn der Vergleich der Merkmalspunkte des umgedrehten realen Objekts und des virtuellen Objekts übereinstimmt, wird ermittelt, dass das virtuelle Objekt über eine reflektierende Oberfläche erfasst wurde und dass Wasser oder Niederschlag an der Oberfläche der Straße vorhanden ist. Alternativ kann das virtuelle Objekt für einen direkten Vergleich mit der wahren Ausrichtung des realen Objekts umgedreht werden.
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In Abhängigkeit von der Größe der Wasser-/nassen Oberfläche und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann der Spiegelreflexionseffekt von der spiegelähnlichen Wasser-/nassen Oberfläche in mehreren fortlaufenden Video-Frames vorhanden sein. Das zuvor erwähnte Verfahren wird auf jeden Frame angewandt, und für jeden Frame wird ein jeweiliges Detektionsergebnis ausgegeben. Eine alternative Entscheidungsstrategie könnte auf den mehreren Detektionsergebnissen, die von temporären mehreren Video-Frames erhalten werden, basieren. Beispielsweise kann ein Glättungs-/Mittelwertbildungsverfahren oder ein Abstimmungsverfahren das Detektionsvertrauen erhöhen und Fehler oder Rauschen der Detektion verringern.
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In Ansprechen auf die Ermittlung, dass Wasser oder Niederschlag an der Oberfläche der Straße vorhanden ist, kommuniziert der Prozessor mit jeweiligen Subsystemen, um den Effekt, den das Wasser auf das Fahrzeug haben könnte, zu vermindern, wie es zuvor erläutert wurde. Diese Vergleichstechnik unter Verwendung eines umgedrehten realen Objekts oder eines umgedrehten virtuellen Objekts kann durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug entlang der Fahrstraße fährt. Das Abtasten, mit dem die Bilder erhalten werden, kann periodisch oder zufällig erfolgen.
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Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, werden Fachleute, die diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe, einen Filterprozess und Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, erkennen.
