JP2004212404A - 湿気センサ及びフロントガラス曇り検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の自動湿気検出システムは、フロントガラスの一部をCMOSアクティブ画像センサのイメージ・アレイ・センサにイメージ形成する光学システムを含む。照明レベルを表す画素のそれぞれの電圧は、アナログ/ディジタル変換器によって対応するグレー・スケール値に変換される。グレー・スケール値を含む空間周波数構成要素は、存在する湿気の量の関数として車両のフロントガラス・ワイパーの動作を制御すべく制御信号を供給する。
【選択図】 図2
Description
本発明の別の目的は、車両のフロントガラスの湿気含有量を自動的に検出するシステムを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、雨、雪及び霧のような、一般的な天候状態の間中に車両のフロントガラスの湿気を自動的に検出するシステムを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、フロントガラスの外側の曇りの存在を自動的に検出するシステムを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、フロントガラスの内側の曇りの存在を自動的に検出するシステムを提供することにある。
本発明の更なる目的は、フロントガラスの一部を横切るフロントガラス・ワイパーを自動的に検知するシステムを提供することにある。
処理システムは、雨の小さな滴(雨滴)又は他の湿気のエッジによってもたらされるか或いは小さな滴による遠くの対象物のランダム焦点合せによってもたらされる輪郭のはっきりした切れ目に対するイメージを解析する。これらの切れ目は、高空間周波数構成要素を表す。高空間周波数構成要素の大きさは、車両のフロントガラス・ワイパーを自動的に制御するために用いることができる車両の雨又は他の湿気の量の主要部分である。本発明の代替実施例では、システムは、自動湿気検知システムの見せかけの動作を防ぐためにフロントガラスの内側及び外側の曇りを検知するように構成されている。そのように、本発明は、既知の自動湿気検知システムの多くの種々の性能限度を排除する。
参照番号30(図2)で一般的に同定される、イメージング光学システムは、遠い距離にある対象物は焦点がぼやけ或いはかすみかつ輪郭がはっきりしないと同時にフロントガラス26に近い距離にある対象物はイメージ平面で輪郭がはっきりするように、フロントガラス26の所定の部分をイメージ・センサ32上にイメージ形成するために用いられる。イメージ形成されるフロントガラス26の領域は、比較的わずかな雨の状態の間に雨滴を受る可能性がかなり大きいように充分に大きくなければならない。更に、フロントガラスのイメージ形成領域は、フロントガラス・ワイパーによって拭き取られるフロントガラスの領域でなければならない。
時々、丘を登るようにドライブする場合、車両は、太陽が装置によって直接イメージされるような位置になりうる。このアライメントによってもたらされる放射ローディングは、少しずつ(長い年月の間)イメージ・センサ32に損傷を与えうる。そのような問題を緩和するために、エレクトロクロミック・フィルタは、イメージ・プレーンから陽光のほとんどを一時的に排除するために用いることができる。
また、他の電子光学又はメカニカル光学装置を用いることもできる。
イメージ・センサ32は、CMOSアクティブ画素センサである。CMOSアクティブ画素センサは、CMOS処理で製造されたチップに低コスト、高感度イメージングを許容するイメージング技術における最新の飛躍的発展である。そのようなCMOSアクティブ画素センサは、低電力消費の、普及しているCMOS製造技術、同じチップに追加回路素子を集積するための低コスト及び機能、可変読出しウィンド、及び可変光統合時間を含む、他のセンサに対して多数の利点を有する。そのようなCMOSアクティブ画素センサは、米国カリフォルニア州La CresentaにあるPhotobit LLCから市販されている。CMOSアクティブ画素センサは、実質的な利点を有するが、他のイメージ・センサも適しておりかつ本発明の範疇内であると考えられる。画素の大きさ及び数は、コストを有効にしておくと同時に光の雨を適当に検出するために充分に大きくかつ充分に詳細にフロントガラスの領域をイメージ形成すべく決定される。例えば、64×64アクティブ画素の、40μm画素サイズ・アレイは、標準的乗用車のフロントガラスに約25mm×40mm領域をイメージ形成する。
自動湿気検知回路のブロック図を図6に示す。上記したように、フロントガラス26の所定の部分は、イメージ・アレイ・センサ32上にイメージ形成される。センサ32内の画素のそれぞれのアナログ電圧は、アナログ/ディジタル変換器によりディジタル化されたグレー・スケール値に変換される。アナログ/ディジタル変換器35は、タイミング及び制御回路37の制御下で動作され、そしてタイミング及び制御回路37は、マイクロコントローラ38によって制御される。タイミング及び制御回路37は、発明の名称が「Control Circuit For Image Array Sensors」である、Jon Bechtel, Joseph Stamによる、米国特許出願第933,210号に詳細に説明されている。適当なマイクロコントローラ38は、モトローラ製68HC08XL36型である。しかしながら、そのようなマイクロコントローラは、50×50画素イメージ・センサからイメージ全体を記憶するために充分なランダム・アクセス・メモリ(RAM)を含まないということが一般的に知られている。そのような状況において、CMOSイメージング・センサのウィンドィング機能は、マイクロコントローラ38のオンボードRAMに対して充分に小さいサイズの異なる領域を代替的にイメージ形成及び処理するために用いられうる。
雨は、フロントガラスの雨滴の鋭いエッジの結果として生ずる切れ目を定量化することによって検出される。これらの鋭いエッジは、小さい滴又は他の湿気による遠方の対象物のランダム光学イメージングと共に雨又は他の湿気の小さな滴の輪郭がはっきりしたイメージによってもたらされる。R. C. Gonolez及びR. E. Woodsによる「Digital Image Processing」Addison-Wesely, 1992で説明されているように、イメージは、それらの空間周波数構成要素により解析されうる。空間周波数構成要素解析は、フーリエ解析に類似し、ディジタル及びアナログ信号処理の両方で一般的に用いられる。信号のフーリエ変換を行いかつその周波数構成要素を決定する処理は、二次元信号に容易に適用することができる。二次元信号がイメージである場合、空間周波数という用語を用いることは、一般的である。イメージの空間周波数構成は、イメージの二次元フーリエ変換を用いて評価することができる。変換は、次のように式(1)によって与えられる:
ωx,ωyが両方とも0であるようなF(ωx,ωy)の値は、常にイメージの平均グレー・スケール値である。
それぞれの画素のラプラシアンの合計がステップ52で決定されたしきい値よりも大きい場合には、フロントガラス・ワイパーは、ステップ54で起動される。
さもなければ、システムは、ステップ46にループバックしかつフロントガラスの新しいイメージを取得する。
システムの見せかけの動作を防ぐために、ワイパー・ブレードの動作は、ステップ56で検知される。特に、イメージ・アレイ・センサの小さいサブ・ウィンドは、比較的速く動くフロントガラス・ワイパーを検出するために更なるサイクルで毎秒処理させるべく選択されうる。ワイパーのイメージは、ステップ56で取得される。各イメージは、二つの一次元高域フィルタを用いて処理される;ステップ58に示されるように、一つは垂直方向に対して、そしてもう一つは水平方向に対して。フロントガラス・ワイパーがイメージにおいて垂直ラインとして現されるので、垂直方向よりかなり高い高周波数構成要素が水平方向に存在すべきである。それゆえに、垂直高域フィルタは、2に設定された係数E、−1に設定された係数B及びH、そしてゼロに設定された残りの係数で上述した3×3マトリックスを用いて実施されうる。水平フィルタは、2に設定された係数E、−1に設定された係数D及びF、そしてゼロに設定された残りの係数で実施される。各構成要素の合計は、上述したラプラシアンを計算するために用いられたのと同じ方法でタリーされる。ステップ60では、垂直構成要素に対する水平構成要素の比率が計算される。水平構成要素が垂直構成要素よりも遥かに大きい場合には、垂直ラインは、フロントガラス・ワイパーの存在を示しているイメージに存在するものと想定される。
既知の湿気検知システムの動作欠陥の多くを除去するために、本発明の代替実施例によるシステムは、フロントガラスの内側及び外側の曇り(fog)を検出するためのシステムを含む。図2及び図3に示すように、発光ダイオード(LED)は、車両フロントガラス26の内側及び外側の両方の曇りを検出するために用いうる。その両方がLED66からの光が、曇りが存在するフロントガラス26から反射するしかたにおける相違に依存する、曇り検出システムの二つの異なる実施例を開示する。曇り検出は、雨検出を伴う交互処理サイクルで行いうる。特に、多くのサイクルは、フロントガラス・フォギングのスロー・オンセットにより曇り検出サイクル間で雨及び湿気検出に用いうる。曇り検出サイクルの始まりで、イメージは、スポットの期待位置を含んでいるウィンドを用いて取得されうる。
32 イメージ・アレイ・センサ
33 両凸レンズ
34 レンズ台
36 ストップ
66 LED
68 レンズ
Claims (43)
- イメージ・センサと、表面の一部を前記イメージ・センサにイメージ形成し、前記表面の対象物を前記イメージ・センサにフォーカスし、かつ前記表面から離れている対象物をぼやかように動作する光学システムと、前記イメージ・センサと連通し、前記イメージの空間構成を決定するように動作しそれにより該決定された空間構成に基づき信号が発生されるプロセッサとを備えていることを特徴とする表面の湿気を検出するシステム。
- 前記表面は、車両のウィンドを含むことを特徴とする請求項1に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記システムは、前記表面とイメージング光学システムとの間に配置されたエレクトロクローム・ウィンドを更に備え、前記エレクトロクローム・ウィンドは、前記イメージ・センサによってイメージ形成される光の量を低減するように動作することを特徴とする請求項1に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記イメージ・センサは、CMOSアクティブ画素センサを備えていることを特徴とする請求項1に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記イメージ・センサは、それぞれが画素照度レベルを表すアナログ信号を生成するように動作する複数の画素センサを備え、前記システムは、前記照度レベルからグレー・スケール値を決定するためのアナログ/ディジタル変換器を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記イメージ・センサは、可変統合時間を有し、前記システムは、前記イメージ・センサの前記可変統合時間を制御するように動作することを特徴とする請求項5に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記プロセッサは、一組のグレー・スケール値の高域ディジタル・フィルタリングによってイメージ空間構成を決定するように動作することを特徴とする請求項5に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記高域ディジタル・フィルタリングは、ラプラシアン・フィルタを用いて達成されることを特徴とする請求項5に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記システムは、前記ウィンドの前記イメージ形成された部分を照明するための投光器を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記車両は、経路に沿って前記表面を拭き取るためのワイパーを有し、前記ワイパーは、ワイパー・モータによって駆動され、前記システムは、前記プロセッサ及び前記ワイパー・モータと連通するワイパー・モータ制御を更に備え、前記発生された信号は、前記ワイパーを制御するために用いられる前記決定された空間構成に基づいていることを特徴とする請求項1に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記表面の前記イメージ形成された部分は、前記ワイパーの前記経路を含みかつ前記プロセッサは、前記決定された空間構成を用いて前記ワイパーが前記表面の前記イメージ形成された部分にあるかどうかを決定するように更に動作することを特徴とする請求項10に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記プロセッサは、(a)前記ワイパーが前記表面の前記イメージ形成された部分をクリアした後に該表面のイメージを取得し、かつ(b)前記ワイパーが前記表面の前記イメージ形成された部分をクリアした後に取得した前記イメージを用いてゼロ・ポイントを決定するように更に動作することを特徴とする請求項11に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記プロセッサは、前記ワイパーが時間枠内に検出されなかった場合には該ワイパーの動作を保留するように更に動作することを特徴とする請求項11に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記システムは、前記プロセッサと連通するドライバ・オン/オフ感度制御を更に備えていることを特徴とする請求項10に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記システムは、前記プロセッサと連通する前記表面の前記イメージ形成された部分の光点を投射するために前記プロセッサと連通する光源を更に備え、前記プロセッサは、
前記光源をオンにし、
前記光源がオンで前記表面の第1のイメージを取得し、
前記光源をオフにし、
前記光源がオフで前記表面の第2のイメージを取得し、かつ
前記第1のイメージ及び前記第2のイメージを用いて湿気が前記表面に存在するかどうかを決定するように更に動作することを特徴とする請求項1に記載の表面の湿気を検出するシステム。 - 前記湿気は、曇り又は霜を含むことを特徴とする請求項15に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記光源は、湿気が前記表面に存在する場合に、前記光点が前記イメージ・センサ視野の中に反射されるように配置されることを特徴とする請求項15に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記光源は、湿気が前記表面に存在しない場合に、前記光点が前記イメージ・センサ視野の中に反射されるように配置されることを特徴とする請求項15に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記表面は、ウィンドを含み、前記ウィンドは、内側及び外側、前記内側から前記イメージ・センサ視野に反射された前記光点が前記外側から反射された前記光点とは前記イメージ・センサの異なる位置に位置決めされるように配置された前記光源を有し、前記プロセッサは、前記イメージ・センサ出力の前記反射された光点の位置から前記内側又は前記外側のいずれかの湿気の位置を決定するように更に動作することを特徴とする請求項15に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記プロセッサは、前記イメージ・センサ出力の高周波数構成要素を含むフィルタされたイメージを生成するように更に動作することを特徴とする請求項15に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記光源は、可視光線発光ダイオードを備えていることを特徴とする請求項15に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記光源は、赤外線発光ダイオードを備えていることを特徴とする請求項15に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 前記車両は、前記表面から霜又は曇りをクリアする手段を有し、前記システムは、前記プロセッサ及び前記クリアリング手段と連通する制御を更に備え、前記プロセッサは、前記表面の前記決定された湿気の存在に基づいて湿気クリアリングを制御するように更に動作することを特徴とする請求項15に記載の表面の湿気を検出するシステム。
- 内面及び外面を有するウィンドの湿気を検出するシステムであって、
光点を前記ウィンドに投射する光源と、
イメージ・センサと、
前記投射された光点を含む前記ウィンドの一部を前記イメージ・センサにイメージ形成し、前記ウィンドの対象物を前記イメージ・センサにフォーカスし、かつ前記ウィンドから離れている対象物をぼやかように動作する光学システムと、
前記光源は、前記内面から前記イメージ・センサ視野に反射された前記光点が前記外面から反射される前記光点とは前記イメージ・センサの異なる位置に位置決めされるように配置され、かつ
前記イメージ・センサ及び前記光源と連通し、湿気の存在を決定しかつ前記内面又は前記外面のいずれかの湿気の位置を決定するように動作し、それにより前記決定された湿気の存在及び前記決定された湿気の位置に基づき信号が発生されうるプロセッサとを備えていることを特徴とするウィンドの湿気を検出するシステム。 - 前記光源は、湿気が前記内面及び前記外面の少なくとも一方に存在する場合に、前記イメージング光学システムを介して、かつ前記イメージ・センサに、前記光点が前記ウィンドから反射されるように、前記ウィンド及び前記イメージング光学システムに対して配置されることを特徴とする請求項24に記載のウィンドの湿気を検出するシステム。
- 前記光源は、湿気が前記内面及び前記外面の少なくとも一方に存在する場合に、前記イメージ・センサに前記光点が反射されないように、前記ウィンド及び前記イメージング光学システムに対して配置されることを特徴とする請求項24に記載のウィンドの湿気を検出するシステム。
- 前記光源は、可視光線発光ダイオードを備えていることを特徴とする請求項24に記載のウィンドの湿気を検出するシステム。
- 前記光源は、赤外線発光ダイオードを備えていることを特徴とする請求項24に記載のウィンドの湿気を検出するシステム。
- 前記車両は、前記ウィンドから霜又は曇りをクリアする手段を有し、前記システムは、前記プロセッサ及び前記クリアリング手段と連通する制御を更に備え、前記プロセッサは、前記ウィンドの前記決定された湿気の存在に基づいて湿気クリアリングを制御するように更に動作することを特徴とする請求項24に記載のウィンドの湿気を検出するシステム。
- 前記プロセッサは、前記イメージ・センサ出力の高空間周波数構成要素を抽出するように更に動作することを特徴とする請求項24に記載のウィンドの湿気を検出するシステム。
- 表面の一部のイメージを取得し、前記イメージは、フォーカスされた前記表面上の対象物及びぼやかされた前記表面から離れた対象物を有し;
前記取得したイメージに対応する信号を発生し;
前記信号の空間高周波数構成要素を決定し;かつ
前記空間高周波数構成要素を用いて前記湿気を決定する
段階を具備することを特徴とする表面の湿気を検出する方法。 - 前記信号を発生する段階は、前記取得したイメージをディジタル化することを具備することを特徴とする表面の湿気を検出する方法。
- しきい値よりも大きい放射ローディングがイメージ形成されるかどうかを決定し;かつ
前記イメージから前記しきい値よりも大きい前記放射ローディングを一時的に低減する段階を更に具備することを特徴とする請求項31に記載の表面の湿気を検出する方法。 - 可変光統合時間を有するイメージ・センサによって統合された光の量を決定し、かつ
前記決定された統合された光の量に基づいて前記イメージ・センサの前記可変統合時間を制御する段階を更に具備することを特徴とする請求項31に記載の表面の湿気を検出する方法。 - 前記ディジタル化された信号の前記空間高周波数構成要素を決定する段階は、前記ディジタル化された信号の高域ディジタル・フィルタリングを具備することを特徴とする請求項31に記載の表面の湿気を検出する方法。
- 前記高域ディジタル・フィルタリングは、ラプラシアン・フィルタリングを用いて達成されることを特徴とする請求項31に記載の表面の湿気を検出する方法。
- 前記表面の前記イメージ形成された部分を照明する段階を更に具備することを特徴とする請求項31に記載の表面の湿気を検出する方法。
- 前記車両は、経路に沿って前記表面を拭き取るためのワイパーを有し、前記表面の前記イメージ形成された部分は、前記ワイパーの前記経路を含み、前記方法は、前記表面のイメージされた部分に前記ワイパーの存在を検出する段階を更に具備することを特徴とする請求項31に記載の表面の湿気を検出する方法。
- 前記ワイパーの存在を検出する段階は、前記表面の前記イメージ形成された部分を通って移動するワイパーの方向における複数の高周波数構成要素が 前記表面の前記イメージ形成された部分を通って移動するワイパーの方向に対して垂直な方向における複数の高周波数構成要素よりも大きいかどうかを決定する段階を具備することを特徴とする請求項38に記載の表面の湿気を検出する方法。
- 湿気を表す前記決定された信号に基づいて前記ワイパーの速度を制御する段階を更に具備することを特徴とする請求項39に記載の表面の湿気を検出する方法。
- 前記ワイパーが時間枠内で検出されなかった場合には該ワイパーの更なる動作を防ぐ段階を更に具備することを特徴とする請求項40に記載の表面の湿気を検出する方法。
- 表面の湿気を検出する方法であり、車両が前記表面を拭き取るための少なくとも一つのワイパーを有し、該車両が該少なくと一つのワイパーによってカバーされる領域の前記表面をイメージ形成するようの動作するイメージ・センサを含む、前記方法であって、
前記表面のイメージを取得し、前記イメージは、フォーカスされた前記表面上の対象物及びぼやかされた前記表面から離れた対象物を有し;
各画素に対するラプラシアンを含む合計を決定し;
前記合計から引き算されたゼロ較正の差を決定し;
前記差がしきい値よりも小さい場合には、前記イメージを取得する段階、前記合計を決定する段階、及び前記差を決定する段階を繰り返し、さもなければ
少なくとも一つのワイパーを起動し;
前記少なくとも一つの起動されたワイパーが前記表面の前記イメージ形成された領域を拭き取ったということを決定し;かつ
前記表面の前記イメージ形成された領域が拭き取られた後に取られたイメージのラプラシアンを前記ゼロ較正として決定する段階を具備することを特徴とする表面の湿気を検出する方法。 - 前記少なくとも一つのワイパーが前記表面の前記イメージ形成された領域を拭き取ったことを決定する段階は、
前記表面のイメージを取得し、前記イメージは、フォーカスされた前記表面上の対象物及びぼやかされた前記表面から離れた対象物を有し;
前記表面の前記イメージを第1の一次元高域フィルタを通過させることによって第1のフィルタされたイメージを決定し、前記表面の前記イメージを通って移動するワイパーの方向の一次元であり;
前記表面の前記イメージを第2の一次元高域フィルタを通過させることによって第2のフィルタされたイメージを決定し、前記表面の前記イメージを通って移動するワイパーの方向に対して垂直な方向の一次元であり;
前記第1のフィルタされたイメージの値の第1の合計が前記第2にフィルタされたイメージの第2の合計よりも大きくない場合には前記表面のイメージを取得する段階、前記第1のフィルタされたイメージを決定する段階、及び前記第2フィルタされたイメージを決定する段階を繰り返し、さもなければ
前記ワイパーに前記表面のイメージを通り抜けさせるべく時間を遅らせる段階を具備することを特徴とする請求項42に記載の表面の湿気を検出する方法。
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