TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Bilderkennungssystem und insbesondere ein Bilderkennungssystem zum
Erfassen von Flüssigkeitstropfen, wie Regenwassertropfen,
die auf einem transparenten Element, wie einer
Windschutzscheibe, abgeschieden sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Es sind bereits Wassertropfensensoren zur automatischen
Betätigung eines Scheibenwischers bei der Erfassung von
auf der Oberfläche einer Windschutzscheibe eines Fahrzeuges
abgeschiedenen Regentropfen (Wassertropfen) bekannt. Sie
umfassen solche, die eine Schaltplatte verwenden, welche
die Erfassung einer Wassertropfenabscheidung durch eine
Änderung des elektrischen Widerstands der Schaltplatte
ermöglicht, und solche, die ein Bild der Glasoberfläche
von innerhalb des Fahrzeugs aufnehmen und erkennen, um
die Anwesenheit von Wassertropfen auf derselben zu erfassen.
-
Diejenigen, die auf der Erfassung einer Änderung des
elektrischen Widerstands zur Erfassung von Wassertropfen
beruhen, weisen den Nachteil auf, daß ein Teil eines
elektrischen Schaltkreises nach außen freiliegt, so daß
die Verunreinigung des freiliegenden Teils und das
Erfordernis einer regelmäßigen Wartung ein Problem schaffen.
Deshalb haben Wassertropfenerfassungssysteme, die auf
Bilderkennung beruhen, eine größere Aufmerksamkeit auf
sich gezogen.
-
Wenn jedoch ein Versuch unternommen wird, das Bild der
Oberfläche von transparentem Glas aufzunehmen, ist das
Bild der Außenseitenansicht unvermeidbar in dem
Oberflächenbild eingeschlossen, und die Trennung des
Wassertropfenbilds von dem Gesamtbild schafft ein Problem.
Um nur das Bild der auf der Glasoberfläche
abgeschiedenen Wassertropfen zu erkennen, ist es notwendig, den
Tiefenschärfenbereich der Kamera zu erhöhen, aber dies
erfordert wiederum, daß die Entfernung zwischen der Kamera
und dem Glas verringert wird. Jedoch verringert sich bei
gegebenem Winkelbereich der Kamera der Sichtbereich
der Kamera fortschreitend, wenn die Kamera näher an
das Glas gebracht wird. Dies verhindert eine
hochempfindliche und hochpräzise Erfassung von Wassertropfen. Auf
der Glasoberfläche ist häufig Staub und Vogelkot
abgeschieden, und sie kann Kratzer aufweisen. Die
Anwesenheit dieser Oberflächenverschmutzung kann auch eine
genaue Erfassung von Wassertropfen verhindern, da diese
Verschmutzung leicht mit Wassertropfen verwechselt werden.
Es ist deshalb erwünscht, eine hochempfindliche und
hochpräzise Erfassung von Wassertropfen mit einer
Bilderkennung mit breitem Sichtbereich zu erzielen.
-
Die JP 63038058, die den nächsten Stand der Technik
bildet, offenbart einen Bildsensor, der an der
Innenfläche der Windschutzscheibe angeordnet ist zur
Erfassung eines Regentropfens, der im Wischerbereich auf
der Außenfläche der Windschutzscheibe anhaftet. Der
Sensor erzeugt eine Reihe von Bilderfassungssignalen
als Antwort auf das empfangene Bild. Die Werte in jeder
Folge von Bilderfassungssignalen, die von dem Bildsensor
zu jeder vorgegebenen Zeit erzeugt werden, werden durch
eine mittelbildende Einrichtung für jede Folge gemittelt
und als gemittelte Daten in Sequenz festgesetzt. Ein
Ausgabesignal, das für die Betätigung der Scheibenwischer
erforderlich ist, wird aus der ein Ausgangssignal
erzeugenden Einrichtung erzeugt, so daß anhaftende Regentropfen
durch die Wirkung des Scheibenwischers nur weggewischt
werden, wenn die gemittelten Daten voneinander
verschiedenen sind.
-
Die JP 051236530 offenbart ein Instrument zum Messen
und Verarbeiten einer Flüssigkeits-Sprühfläche.
Flüssigkeit wird aus einer Naßabscheiderdüse auf eine transparente
Sichtplatte gesprüht, deren Vorderoberfläche von der
Rückseite aus gesehen werden kann. Bilder der
Flüssigkeit auf der Platte werden mit einer CCD-Kamera von
der Rückseite her aufgenommen. Ein Bildprozessor erzeugt
ein ruhiges Bild auf der Basis des Bildsignals der Kamera.
-
Die GB 2 208 434 A offenbart eine Vorrichtung zur
Erfassung von Wassertropfen auf einem Fahrzeugfenster. Die
Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle, die Lichtstrahlen
auf ein Fenster emittiert und auf welcher ein optisches
Beugungselement angeordnet ist. Das optische
Beugungselement leitet die Lichtstrahlen durch das Fenster zu
einem Photodetektor, der ein Signal erzeugt, das der
Intensität des auf ihn einfallenden Lichts entspricht.
-
Die DE 197 00 665, veröffentlicht am 24. Juli 1997,
offenbart ebenfalls eine Vorrichtung zum Erfassen von
Material auf einer Windschutzscheibe. Die Vorrichtung
umfaßt eine Lichtquelle, die Licht durch eine
transparente Wand zu einem Detektor überträgt.
Bildverarbeitungsmittel verarbeiten das Bild, das von dem
Detektor empfangen wird, um die Dichte der Regentropfen auf
der Scheibe zu bestimmen.
-
Alle Vorrichtungen, die von dem obigen Stand der Technik
offenbart sind, können nicht genau ein Bild eines
Flüssigkeitstropfens, der auf der Oberfläche des transparenten
Elements abgeschieden ist, aus Bildern von festen Elementen
und äußeren Objekten herausfiltern.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Im Hinblick auf die Probleme des Standes der Technik
ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein
Bilderkennungsystem bereitzustellen, das für die
Erfassung von Flüssigkeitstropfen, die auf einem transparenten
Element abgeschieden sind, auf sowohl genaue als auch
empfindliche Weise verwendet werden kann.
-
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,
ein Bilderkennungsystem bereitzustellen, das genau
Flüssigkeitstropfen, die auf einem transparenten Element
abgeschieden sind, von festen Abscheidungen auf dem
transparenten Element unterscheiden kann.
-
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,
ein Bilderkennungssystem bereitzustellen, das genau
ein Bild von Flüssigkeitstropfen, die auf einer Fläche
eines transparenten Elements abgeschieden sind, aus
Bildern von äußeren Objekten herausfiltert.
-
Ein viertes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,
ein Bilderfassungssystem bereitzustellen, das zur
genauen Erfassung von Regentropfen auf einer
Windschutzscheibe verwendet werden kann.
-
Gemäß der Erfindung wird ein Bilderkennungssystem zum
Erfassen von Flüssigkeitstropfen, die auf einer Oberfläche
eines transparenten Elements abgeschieden sind, bereitgestellt,
umfassend:
-
eine Kamera zum Aufnehmen eines Bildes; und
-
Mittel zur Bestimmung der Anwesenheit von
Flüssigkeitstropfen aus dem von der Kamera aufgenommenen Bild,
-
dadurch gekennzeichnet, daß
-
das System weiter einen durchscheinenden Schirm umfaßt,
der über dem transparenten Element oder einem Teil
desselben angeordnet ist; und
-
die Kamera dem Aufnehmen eines Bilds, das auf dem Schirm
gebildet wird, von einer Rückseitenoberfläche des
transparenten Elements dient.
-
Aufgrund der Verwendung des durchscheinenden Schirms
werden nur Objekte unmittelbar in der Nähe des Schirms,
wie auf dem transparenten Element abgeschiedene
Flüssigkeitstropfen, von der Kamera aufgenommen, während von dem
transparenten Element entfernte Objekte nicht
berücksichtigt werden. Auch können feste Schmutzflecken, die auf
dem transparenten Element abgeschieden sind, von
Flüssigkeitstropfen unterschieden werden, indem man den
Unterschied der optischen Eigenschaften dieser zwei
unterschiedlichen Objekte verwendet.
-
Der Schirm kann aus einem durchscheinenden Folienelement
bestehen, das über der Innen- und Außenfläche des
transparenten Elements angeordnet ist. Das Folienelement kann
auch zwischen zwei Schichten des transparenten Elements
angeordnet werden. Das durchscheinende Folienelement
kann aus einem mattierten Folienelement, einem
milchigweißen Folienelement oder einem halbtransparenten Element
bestehen, solange es den Nachweis von Objekten in
unmittelbarer Nähe des Schirms ermöglicht, während es das Licht
von Objekten, die entfernt von dem transparenten Element
vorliegen, zerstreut. Es ist auch möglich, ein ähnliches
Ergebnis zu erzielen, indem man direkt eine Oberfläche des
transparenten Elements beispielsweise durch physikalische
oder chemische Mittel mattiert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung besteht das transparente Element aus einer
Windschutz-Glasscheibe, welche das Innere eines
Fahrzeugs von der Außenseite abtrennt, so daß
Regenwassertropfen, die auf der Glasscheibe abgeschieden sind,
erfaßt werden können. Die Kamera kann hinter einem
Rückspiegel angeordnet sein, wobei der Schirm auf einer
Innenfläche der Windschutz-Glasscheibe gegenüber der
Kamera angeordnet ist. Alternativ kann der Schirm an
einer unteren Kante auf einer Innenfläche der Windschutz-
Glasscheibe angeordnet sein, wobei die Kamera auf einem
Teil des Armaturenbretts gegenüber dem Schirm montiert
ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
-
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Fahrzeuges
ist, welche den Gesamtaufbau eines Erfassungssystems für
Regenwassertropfen für Fahrzeuge auf der Grundlage des
Bilderkennungsssystems der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
Fig. 2 eine Vorderansicht eines wesentlichen Teils
des Fahrzeugs von Fig. 1 ist;
-
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des
Verfahrens zur Erfassung von Wassertropfen ist;
-
Fig. 4 ein Diagramm ist, welches die Änderungen der
Wellenform des Signals zeigt, wenn es durch
verschiedene Prozesse hindurchgeht;
-
Fig. 5 (a) die Datenkurve eines Bilds ist, das von
der CCD-Kamera des erfindungsgemäßen Erfassungssystems
für Regenwassertropfen für Fahrzeuge aufgenommen wird;
-
Fig. 5 (b) die Datenkurve eines Bildes ist, das durch
die CCD-Kamera eines herkömmlichen Erfassungssystems für
Wassertropfen für Fahrzeuge aufgenommen wurde; und
-
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1 ist, welche
eine weitere Ausführungsform des Erfassungssystems für
Regenwassertropfen für Fahrzeuge auf der Grundlage des
Bilderkennungssystems der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Erfassungssystems
für Wassertropfen für ein Fahrzeug, in welchem ein
Bilderfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut
ist. Eine CCD-Kamera 2 zur Aufnahme von Bildern ist auf
der Rückseite eines Rückspiegels 1 vorgesehen, welcher
innerhalb eines Fahrgastraumes eines Fahrzeuges vorgesehen
ist. Ein Schirm 4 ist auf einem oberen Mittelteil einer
Windschutzscheibe 3 so angeordnet, daß er innerhalb der
Fläche liegt, die von einem Wischerblatt gewischt wird,
und der CCD-Kamera 2 gegenüberliegt und nicht die Sicht
der Fahrzeuginsassen behindert (Fig. 2). Der Schirm 4,
der beispielsweise aus einer durchscheinenden Folien, wie
einer milchigweißen Folie, einem Transparentpapier, einem
mattierten Glas, besteht, ist auf der Innenfläche der
Windschutzscheibe 3 angeordnet, um das Licht zu zerstreuen,
das aus einiger Entfernung von dem Schirm 4 projiziert
wird, aber relativ klar Objekte in der Nähe des Schirms
durchscheinen läßt. Wie es wohlbekannt ist, läßt eine
solche durchscheinende Folie klar alle Objekte in
unmittelbarer Nähe der Folie durchscheinen, aber zerstört
praktisch den Anblick von Objekten, die von der Folie
entfernt sind.
-
Eine Haube 5 ist über dem Raum zwischen der CCD-Kamera
2 und der Windschutzscheibe 3 (dem Schirm 4)
angeordnet, um Licht von den Seiten, von oben oder unten
auszuschließen und nur Licht vom Schirm 4 zu der Kamera
2 zu lenken. Die CCD-Kamera 2 ist an eine
Bildverarbeitungseinheit 6 angeschlossen, welche wiederum an
ein Wischerantriebs-Steuerungssystem angeschlossen ist,
welches in den Zeichnungen nicht gezeigt ist.
-
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 im folgenden
die Betriebsweise dieser Ausführungsform beschrieben.
Fig. 4 zeigt die Wellenform eines tatsächlich
aufgenommenen Bildes. Normalerweise nimmt die CCD-Kamera
2 nacheinander ein Bild in regelmäßigen Intervallen oder
synchron mit den Wischerbewegungen des Wischerblattes auf
(Schritt 1). Es wird angenommen, daß ein Wassertropfen R
und eine Verschmutzung D auf der Oberfläche der
Windschutzscheibe 3 abgeschieden sind, und daß Merkmale, die dem
Wassertropfen R und der Verschmutzung D entsprechen, in
der aufgenommenen Wellenform erscheinen. Der erste Teil
von jedem Zyklus der Wellenform wird aus dem inneren
Betrieb der CCD-Kamera 2 erzeugt, und die Wellenform des
tatsächlich aufgenommenen Signals wird in dem Bereich
gefunden, der durch den Buchstaben S angezeigt
gekennzeichnet ist.
-
Das aufgenommene Signal wird geglättet (Schritt 2),
um feines Rauschen daraus zu entfernen. Das Signal wird
dann differenziert (Schritt 3), um die Komponenten der
Änderungsrate des Signals zu berechnen. Das erhaltene
Signal wird mit einem Schwellenverfahren in binäre Daten
umgewandelt (Schritt 4), um die Bestimmung der Anwesenheit
und der Menge der Wassertropfen und der Verschmutzung zu
ermöglichen. Die Betriebsweise des Scheibenwischers wird
gemäß dem erfaßten Signal festgelegt, und der
Scheibenwischer wird dementsprechend gesteuert. Jedoch enthält
das erfaßte Signal Merkmale aufgrund der Anwesenheit der
Verschmutzung D und kann deshalb nicht direkt für eine
korrekte Erkennung des Wassertropfens R verwendet werden.
Durch Erkennen der Tatsache, daß die Merkmale, die auf
die feste Verunreinigung D zurückgehen Anlaß zu größeren
und anhaltenden Änderungen des Signalpegels geben als die
Merkmale, die auf den Wassertropfen R zurückgehen, wird
das Signal nach dem Glättungsverfahren von Schritt 2 einem
Schwellenverfahren (Schritt S) auf der Grundlage eines
vorgeschriebenen Pegels und dann einem logischen
Produktprozeß (Schritt 7) mit einem vergrößerten Signal (Schritt
6) unterzogen, so daß die Merkmale, die auf die der
Verunreinigung D entfernt zurückgehen, werden können und
die binären Daten nur das Merkmal, das auf den
Wassertropfen7 R zurückgeht, enthalten. Der Vergrößerungsprozeß
(Schritt 6) rückt die Vorderflanke des Pulses, der durch
die Anwesenheit von Verschmutzung erzeugt wird, vor und
verzögert die Hinterflanke des Pulses, so daß der
logische Produktprozeß genau durchgeführt werden kann,
selbst wenn etwas Zeitverzögerung zwischen den zwei
Signalfluß-Linien (der Signalfluß-Linie der Schritte
3 und 4 und der Signalfluß-Linie der Schritte 5 bis
7) hervorgerufen wird.
-
Fig. 5 vergleicht die Signale, die von der CCD-Kamera
erhalten werden, für den Fall (a), in dem das Bild unter
Verwendung des Schirms aufgenommen ist, und den Fall
(b), in dem das Bild direkt ohne Verwendung des Schirms
aufgenommen ist. Fig. 5 (a) zeigt klar die Änderungen
des Signals, die auf die Anwesenheit der Wassertropfen
zurückgehen, an, aber Fig. 5 (b) enthält eine so große
Störung von der Außenansicht, daß die Bestimmung der
Anwesenheit von Wassertropfen sehr schwierig ist.
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde der Schirm,
der aus milchigweißer durchscheinender Folie bestand,
an der Innenfläche des oberen mittleren Teils der
Windschutzscheibe angebracht; eine ähnliche Folie kann auf der
Außenfläche der Windschutzscheibe oder zwischen einem
Paar Glasscheiben angeordnet werden. Es ist auch möglich,
eine Fläche der Windschutzscheibe durch physikalische
Mittel, wie feine abrasive Partikel, oder durch chemische
Mittel, wie Fluorwasserstoff-Ätzmittel, zu mattieren.
Größere Wassertropfen bilden klarere Bilder, wenn der
Schirm auf der Außenfläche der Windschutzscheibe angeordnet
ist, aber kleinere Wassertropfen bilden klarere Bilder,
wenn der Schirm auf der Innenoberfläche der
Windschutzscheibe angeordnet ist, da die Wassertropfen die Funktion
von Linsen besitzen.
-
Das Verfahren zur Bildung des Schirms ist nicht auf die
Anbringung einer Folie beschränkt, sondern der Schirm
kann auch durch direkte Bedampfung der
Windschutzscheibenoberfläche oder durch Aufbringung einer wärmegehärteten
Beschichtung auf der Oberfläche der Windschutzscheibe
gebildet werden. Die Lage des Schirms kann auch frei
gewählt werden, solange er nicht die Sicht der
Fahrzeuginsassen, insbesondere des Fahrzeuglenkers, behindert,
wie in den gestrichelten Linien in Fig. 2 angezeigt.
-
Wenn beispielsweise der Schirm entlang des unteren Randes
der Windschutzscheibe angeordnet ist, kann die CCD-Kamera
2 in das Armaturenbrett 7 eingebettet sein, um nicht die
Sicht der Fahrzeuginsassen zu behindern, wie in Fig. 6
gezeigt.
-
Das Bilderkennungssystem der vorliegenden Erfindung
wurde in der obigen Ausführungsform als Regentropfen-
Erfassungssystem für ein Fahrzeug, wie einen
Personenkraftwagen, beschrieben, aber die Anwendung der
vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene
Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung
kann überall angewendet werden, wo der Zustand einer
Flüssigkeitsabscheidung auf der Oberflächen eines
transparenten Elements bestimmt werden muß. Abhängig von dem
Anwendungsfall kann der Schirm über der gesamten Oberfläche
des Elements angeordnet sein, so daß die
Flüssigkeitstropfenerfassung über der gesamten Oberfläche des
transparenten Elements durchgeführt werden kann.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also ein
durchscheinender Schirm über einem transparenten Element oder einem
Teil desselben angeordnet, das Bild, das durch den
Schirm durchscheint, wird von der Rückseite des
transparenten Elements mit einer Kamera aufgenommen, und
die Anwesenheit und die Menge der Flüssigkeitstropfen
werden aus dem aufgenommenen Bild bestimmt, so daß das
Bild, das entfernt von dem Schirm vorliegt wie z. B. die
Außenansicht, die durch das transparente Element hindurch
scheint, nicht aufgenommen wird und nur die
Flüssigkeitstropfen, die in unmittelbarer Nähe zu dem Schirm angeordnet
sind, herausgefiltert werden. So können die Empfindlichkeit
und die Präzision des Nachweises von Flüssigkeitstropfen,
die auf einem Element abgeschieden sind, durch eine
einfache Anordnung verbessert werden.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand einer
bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es für
einen Fachmann offensichtlich, daß verschiedene
Abwandlungen und Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen, welcher in den
beigefügten Ansprüchen angegeben ist.