JP2009173260A - 支援システムのための光学モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】車両の外界認識のカメラ等によって窓ガラスに付着した雨滴を検出する雨センサ機能を果たす。
【解決手段】車両の周囲領域をカバーする支援システムのための光学モジュールは、カメラ１０と光学アッセンブリを有しており、カメラは、車両の窓ガラス板、特にフロントガラス１６の内側領域に配置され、車両の周囲領域に向けられており、対物レンズ１２を通して、遠隔領域を、焦点が合った状態でカメラのセンサー１３表面の第１区画に画像化することができるようになっており、光学アッセンブリは、カメラの視界内に配置されており、窓ガラス板の検出領域をカバーする近接領域を、焦点が合った状態でカメラのセンサー表面の第２区画に画像化することができるようになっている。更に、特に自動車の、フロントガラスワイパーの窓拭き間隔を、その様な光学モジュールによって制御するための方法に関している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の周囲領域をカバーする支援システム用の光学モジュールに関しており、同モジュールは、車両の窓ガラス板、具体的にはフロントガラスの内側の領域に配置され、車両の周囲領域に向けられているカメラを有しており、対物レンズを通して、遠隔領域をぴったり焦点の合った状態でカメラのセンサー表面の第１区画に画像化することができるようになっている。

この種の光学モジュールは、基本的に良く知られており、例えば、夜間視認支援システム、又は車線検出、車線変更警告、障害物警告、衝突事前警告、自動速度調整、道路標識検出のためのシステム、又は交通渋滞回避支援システムに用いられている。

光学モジュールには雨センサー機能を追加装備できることも知られている。この目的で、例えば、窓ガラス板の外側が乾燥しているときは、光が少なくともほぼ完全に窓ガラス板の外側で反射され、水滴が外側の上に在るときは、光が少なくとも部分的には窓ガラス板の外側から抜け出るように光が窓ガラス板の中に送り込まれる。窓ガラス板の外側で反射される光の強度がカメラによって検出され、検出された光の強さから、水による窓ガラス板の濡れ具合、従って雨の強さが確認される。

本発明の目的は、改良された雨センサー機能を備えている上に述べた類の光学モジュールを提供することである。
この目的を達成するために、車両の周囲領域をカバーし、請求項１の特徴を有している支援システム用の光学モジュールが提供されている。

本発明による光学モジュールは、車両の窓ガラス板、具体的にはフロントガラスの内側の領域に配置され、車両の周囲領域に向けられているカメラを有しており、対物レンズを通して、遠隔領域をぴったり焦点の合った状態でカメラのセンサー表面の第１区画に画像化することができるようになっている。この文脈の遠隔領域は、カメラから数メートルの距離から無限大まで伸張する領域を指す。言い換えると、対物レンズは無限遠に焦点が合わせられている。

更に、本発明による光学モジュールは、カメラの視界内に配置されている光学アッセンブリを備えており、これによって、窓ガラス板の検出領域をカバーする近接領域を、ぴったり焦点の合った状態でカメラのセンサー表面の第２区画に画像化することができる。この文脈の近接領域は、窓ガラス板の前方及び後方に恐らくは数センチメートルだけ伸張する領域を指す。光学アッセンブリは、換言すると従って、窓ガラス板の一部、即ち、対物レンズの被写界深度が無限大に合わされているために対物レンズが及ばない検出領域にも、カメラが追加的に焦点を合わせるようにしている。

従って、本発明によれば、１つのカメラで、車両環境の遠隔領域だけでなく、窓ガラス板の部分も同時に観察することができる。その過程において、光学アッセンブリによって投影される画像の部分は被写界深度が小さいので、窓ガラス板の前方又は後方の数センチメートル以内の物体が、光学アッセンブリによってはっきりと投影される。この様に、窓ガラス板上に位置する物体、具体的には水滴、氷晶、又は雪片を検出することができ、一方、離れた物体は、焦点が合った状態で示されることはないので、検出結果を誤ることは無い。従って、この物体検出の結果を用いれば、例えば、フロントガラスのワイパーを、窓拭き間隔を適切に調整することによってできるだけ効率的に作動させるために、雨又は降雪の強さを特に正確に且つ高い信頼性を持って判定することができる。

窓ガラス板の検出領域を観察するのに用いられるセンサー表面の第２区画は、車線又は道路標識検出又は夜間視認支援の様なコア機能には使用されないセンサー表面の区画によって形成されるのが望ましい。第２区画は、例えば、光学アッセンブリが無ければ車両のボンネットが映し出されるような、センサー表面の下側区画でもよい。

本発明の好都合な実施形態は、従属請求項、発明を実施するための最良の形態、及び図面に見ることができる。
或る実施形態によれば、光学アッセンブリは、窓ガラス板とカメラの対物レンズの間に配置された少なくとも１つのレンズを備えている。近接領域へのカメラの焦点合わせは、望ましくは収束レンズを備えているレンズにより実現されるので、窓ガラス板の検出領域は、カメラの被写界深度の範囲内に位置している。

できるだけ小型の光学モジュール設計を実現するために、光学アッセンブリは、窓ガラス板の検出領域から出る光を、レンズを通してカメラに案内するミラーを備えているのが望ましい。

光学モジュールのコア機能がミラーによって偏向される光によって損なわれることがないように、光学アッセンブリは、ミラーによって偏向された光がカメラのセンサー表面の第１区画に当たるのを防ぐスクリーンを更に備えていてもよい。

既に述べた様に、本発明による光学モジュールによって可能になる雨の強さの判定は、窓ガラス板上の物体を検出することに基づいている。このため、日中は、雨滴の様な該当物体を窓ガラス板上で見えるようにするのに、普通は日光で十分なので、通常、窓ガラス板の検出領域に、特にこのための光源を設けて照明する必要は無い。それでも、夜間に、窓ガラス板上に位置する物体を検出できるようにするために、窓ガラス板の検出領域を照明するために光源が設けられていると好都合である。

光源は、例えば他の道路使用者をいらつかせないために、望ましくは人の目には見えない赤外線波長範囲内で発光する少なくとも１つの発光ダイオードを備えているのがよい。
窓ガラス板上に位置している物体に反射された光が確実にカメラに入るように、光源は、或る選択的な方向に光を放射し、窓ガラス板の中に入った光源の光が、９０°以外の角度で窓ガラス板の外側に当たるのが好都合である。選択的な方向は、窓ガラス板の内側と、例えば約１０°から３０°の角度を形成する。

光源が、ミラーの、カメラとは反対の側に配置されていれば、特に小型に設計することができる。
光源からの光が直接、即ち窓ガラス板を通らずに、カメラに入り、物体検出を損なうのを防ぐためには、光源が、ミラーの、カメラとは反対の側に配置されている場合、ミラーは、光源の光に対して少なくとも実質的に不透過性であるのが好都合である。しかし、光源の配置が異なれば、光源の光が部分的に透過するミラーを使用することも考えられる。

別の実施形態によれば、カメラは画像評価ユニットに連結されており、その画像評価ユニットにより、窓ガラス板の上に位置している物体は、センサー表面の第２区画に記録される画像で検出することができる。物体検出は、縁部抽出によって、即ち、縁部画像を計算するアルゴリズムを使って、例えばSobelオペレーターを使って行うのが望ましい。

画像評価ユニットを、フロントガラスワイパー制御システムに連結して、フロントガラスワイパーの窓拭き間隔を、物体検出結果の関数として調整することもできる。例えば、窓ガラス板の検出領域内に多数の物体、具体的には雨滴を検出すると、短い窓拭き間隔が設定され、即ち、２つの窓拭き動作の間の間隔が短くなり、検出する物体数が少なければ、長い窓拭き間隔が設定され、即ち、２つの窓拭き動作の間の間隔が長くなる。

更に、本発明の別の主題は、特に自動車のフロントガラスワイパーの窓拭き間隔を、先に述べた種類の光学モジュールによって制御するための方法であり、物体検出は、センサー表面の第２区画により記録された画像で行われ、フロントガラスワイパーの窓拭き間隔は、物体検出結果の関数として制御される。

既に述べた様に、物体検出は、記録された画像上で縁部抽出を行うことによって実行されるのが望ましい。この場合、検出された物体の抽出された縁部を、適応閾値により区分することができ、その結果、例えば、ノイズが引き起こす画像の人為物を除去することができる。

雨の強さを判定するための特に簡潔で、しかも信頼できる方法は、１つの検出された物体の区分された縁部か、又は幾つかの検出された物体の区分された縁部を示す画素を積算すると、画素の合計に助けられて雨の強さを判定できるという事実によって実現される。

更に、好都合なのは、ワイパーブレードが、窓ガラス板の検出領域を通過した直後に記録される画像を評価し、そこで検出される物体を外乱物体として分類することである。外乱物体は、例えば、窓ガラス板に付いた汚れか、ミラー又はレンズに付いた埃であり、つまり、雨滴とは異なり、少なくとも、フロントガラスワイパーが一回の窓拭き動作で取り除くことができない物体である。前記外乱物体は、その後に記録される画像の物体検出で無視されるのが望ましく、或る程度、それは、外して計数されるか、画素の積算和から差し引かれる。この様に、外乱物体が分かれば、雨の強さをより正確に判定することができる。

本発明による方法の別の好都合な実施形態では、センサー表面の第２区画により記録される画像が、幾つかの部分領域に分割され、他の部分領域より相当に高い輝度を呈する部分領域では、物体検出が行われない。この様に、例えば、街路灯によって作り出される画像の人為物が、物体検出の結果を歪めて、最終的に雨の強さの判定を損なうことのないようになっている。

本発明による光学モジュールの概略図である。 図１の光学モジュールのカメラによって記録された画像の概略図である。

以下、本発明を、一例として、好都合な実施形態を使って添付図面を参照しながら説明する。
図１に示す光学モジュールは、自動車の周囲領域（図示せず）をカバーする支援システムの光学モジュールであり、そのコア機能は、例えば、車線、車道にある障害物、及び／又は道路標識の検出であり、及び／又は、夜間視認支援、交通渋滞回避支援、及び／又は駐車補助としての役割も果たす。

光学モジュールは、カメラ１０を備えており、カメラは、対物レンズ１２と、ＣＭＯＳフラットパネルセンサーの様なフラットパネルセンサーによって画定されるセンサー表面１３を有している。カメラ１０は、赤外線フィルターを備えていない、いわゆるグレイスケールカメラ又はカラーカメラであり、即ち、フラットパネルセンサーは、可視光線と、赤外線波長範囲内の光の両方を検出する。

カメラ１０は、車両のフロントガラス１６の内側１４の領域に配置されており、進行方向に見て車両の前方に位置する車両の周囲領域に向けられている。つまり、カメラは、フロントガラス１６を通して外側（図１で右側）を見る。

対物レンズ１２は、遠隔領域内に配置されている物体、即ち、カメラ１０から数メートル乃至数キロメートルの距離に位置する物体が、センサー表面１３に焦点が合っている状態で画像化されるように構成されている。言い換えると、対物レンズ１２は、無限遠に焦点が合わせられている。対物レンズ１２の被写界深度が限られていることに加えて、カメラ１０とフロントガラス１６の間の距離が比較的短いために、フロントガラス１６領域内、特にフロントガラス１６の外側１８に位置する物体は、カメラ１０のセンサー表面１３に追加の支援策を加えなければ、焦点が合っている状態で画像化することはできない。

この欠点を克服するために、光学モジュールは、カメラ１０の視界内に配置されている光学アッセンブリを備えており、それによって、フロントガラス１６の検出領域２０を包含する近接領域を、カメラ１０のセンサー表面１３に焦点が合っている状態で画像化することができる。この場合、光学アッセンブリは、対物レンズ１２と組み合わせて、フロントガラス１６の前後に数センチメートル伸張する被写界深度、即ち、フロントガラスから内向き及び外向きに数センチメートルの被写界深度を作り出すように設計されている。

光学アッセンブリは、対物レンズ１２とフロントガラス１６の間の、カメラ１０の視界２２の下側領域に配置されているレンズ２４と、レンズ２４より下方に配置され、フロントガラス１６の内側１４に隣接するミラー２６と、を備えている。レンズ２４の上方には、レンズ２４からフロントガラス１６の内側まで伸張するスクリーン２８配置されている。

スクリーン２８とミラー２６がフロントガラス１６の検出領域２０を画定しているので、この領域は、数平方センチメートルの面積を有している。この場合、ミラー２６は、フロントガラス１６の内側と或る角度を形成しているので、フロントガラス１６から出て、レンズ２４を通り、カメラ１０に入る光３０を案内し、一方、スクリーン２８は、ミラーの反射光がカメラ１０に、直接、即ち、レンズ２４を通過して入るのを防ぐ。

車両の環境が、フロントガラス上に位置している物体が見えるほど明るい場合は、光３０は周辺光であり、通常は日光である。
不利な光の条件、特に夜であっても、フロントガラス１６上に位置する物体を検出するために、光学モジュールには、少なくとも１つの赤外線発光ダイオード３２が、ミラー２６の、カメラ１０とは反対の側に配置されている。発光ダイオード３２が放出する光が妨げられることなくカメラ１０に入り、画像記録に悪影響を及ぼすことがないように、ミラー２６は、発光ダイオード３２の光を透過させない。

発光ダイオード３２は、発光の選択的な方向がフロントガラス１６の内側１４と約１０°から３０°の範囲の角度を形成するように、向けられている。その結果、フロントガラス１６に入った発光ダイオード３２の光は、確実に、少なくとも発光ダイオード３２の光の一部がフロントガラス１６から出て、フロントガラス１６上に位置している物体によってフロントガラス１６の中に反射されて戻り、その後順に、ミラー２６によって偏向され、レンズ２４を通ってカメラ１０に案内されるような角度で、フロントガラス１６の外側１８に当る。

光学モジュールは、カバー３４によって車内から遮蔽されている。具体的には、カバー３４が、車内からの外乱光の反射がカメラ１０に入り、検出結果に悪影響を及ぼすのを防ぐ。

図２から分かるように、カメラ１０によって記録される画像３６は、２つの区画、即ち、大きい方の第１区画、いわゆる主区画３８と、小さい方の第２区画、いわゆる補助区画４０とで構成されている。

主区画３８は、センサー表面１３の遠隔領域の投影を示しており、光学モジュールのコア機能に用いられる。補助区画４０は、例えば、光学アッセンブリが無ければ車両のボンネットしか示さないので、コア機能には用いられない画像領域である。

図１に示している様に、光学アッセンブリ、即ち、レンズ２４、ミラー２６、スクリーン２８、及びＬＥＤ３２の組み合わせは、フロントガラス１６の検出領域２０が、画像３６の補助区画４０に画像化されるように配置されている。検出領域２０の投影は、図２に参照番号４２で標示されている。検出領域２０の投影４２を取り巻いている補助区画４０の部分４４は、実質的に黒色であり、スクリーン２８による遮光の結果である。

カメラ１０は、カメラ１０が記録した画像を評価するための画像評価ユニット（図示せず）に接続されている。画像３６の主区画３８に入っている画像情報の評価は、光学モジュールのコア機能に依る当該技術で知られている方法で行われるが、それについては詳しく述べない。補助区画４０内に位置する検出領域２０の投影４２を評価することは、雨の強さを判定し、フロントガラスのワイパーを最適に制御するのに役立つ。

このために、検出領域２０の投影４２に、幾つかの部分領域４８に分割されている評価領域４６が画定されている。部分領域４８は、ヘッドランプ、街路灯、及び／又はトンネルの照明により生じる外乱光スポットの存在を検出するために、それぞれの平均輝度に関して試験され、画像評価の誤りが立証される。この種の外乱光スポットが検出された場合、この光スポットが検出された各部分領域４８は、以後の画像評価の際には無視され、或る時点まで起動されない。

次に、残りの部分領域４８で、例えばSobelオペレーターによって、縁部画像計算が行われる。この方法で確認されたフロントガラス１６上に位置する物体の縁部、例えば水滴の縁部は、次に区分されるが、区分は、適合閾値を使って行われるのが望ましい。

この様にして得られた区分された画素は、次に積算され、即ち、区分された画素の数が求められる。
区分された画素の総数又は数は、最終的に、勘定に入れられる評価領域４６の部分領域４８内で検出された全物体の縁部の合計長の尺度を、従って、フロントガラス１６の検出領域２０内の水滴の密度の尺度を、形成する。この様に、区分された画素の総数から、雨の強さを判定することができる。

画像評価ユニットは、フロントガラスワイパー制御システム（図示せず）に接続されており、前記システムは、求められた雨の強さの関数として、例えばフロントガラス１６に対するフロントガラスワイパーの作動を制御し、具体的には、窓拭き間隔、即ち、窓拭き動作の間の間隔を可変的に設定する。代わりに、フロントガラスワイパー制御システムは、窓拭き間隔の連続的調整に代えて、１回の窓拭き、連続的窓拭き、及び迅速な連続的窓拭きの様な、フロントガラスワイパーの固定モードを選択してもよい。

水滴又は雪片を他の物体、いわゆる外乱物体と区別できるようにするため、フロントガラスワイパーが検出領域２０を通過した直後に記録される検出領域２０の投影４２が、評価される。フロントガラスワイパーが検出領域２０を通過した直後には、水滴又は雪片は検出領域２０内には無いと仮定すると、このときに検出された全ての縁部は、外乱物体によるもの、即ち、虫又は引っ掻き傷の様な、フロントガラス１６の検出領域２０に付いた汚れか、或いは、埃の様な、レンズ２４又はミラー２６に付いた異物によるものである。

検出された外乱物体は、その後記録された画像が評価される際には計数から外され、即ち、外乱物体が有るとされた区分された画素の総数が、区分された画素の総合計から差し引かれる。この様に、雨の強さが、外乱物体のために、実際に降っている雨の強さより強いと偶発的に判定されることの無いようになっている。最後に、この手段によって、フロントガラスワイパーの間違った作動又は不必要に早いフロントガラスワイパーの作動が回避される。

新しい外乱物体の外観又は検出済みの外乱物体の除去を考慮することができるようにするため、外乱物体の検出は、フロントガラスワイパーが検出領域２０を通過する度に、その後で行われるのが望ましい。

１０ カメラ
１２ 対物レンズ
１３ センサー表面
１４ 窓ガラス板の内側領域
１６ 窓ガラス板
２０ 検出領域
２２ カメラの視界
２４ レンズ
２６ ミラー
２８ スクリーン
３０ 光
３２ 光源
４２ 画像
４８ 部分領域

Claims (19)

1. 車両の周囲領域をカバーする、支援システムのための光学モジュールにおいて、カメラと光学アッセンブリを有しており、前記カメラ（１０）は、前記車両の窓ガラス板（１６）、特にフロントガラスの内側領域（１４）に配置され、前記車両の前記周囲領域に向けられており、対物レンズ（１２）を通して、遠隔領域を、焦点が合った状態で前記カメラ（１０）のセンサー表面（１３）の第１区画に画像化することができるようになっており、前記光学アッセンブリは、前記カメラ（１０）の視界（２２）内に配置されており、前記窓ガラス板（１６）の検出領域（２０）をカバーする近接領域を、焦点が合った状態で前記カメラ（１０）の前記センサー表面（１３）の第２区画に画像化することができるようになっている、光学モジュール。
2. 前記光学アッセンブリは、前記窓ガラス板（１６）と前記対物レンズ（１２）の間に配置されている少なくとも１つのレンズ（２４）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の光学モジュール。
3. 前記光学アッセンブリは、前記窓ガラス板（１６）の前記検出領域（２０）から出る光（３０）を、前記レンズ（２４）を通して前記カメラ（１０）に案内するミラー（２６）を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の光学モジュール。
4. 前記光学アッセンブリは、前記ミラー（２６）によって偏向された光（３０）が前記カメラの前記センサー表面の前記第１区画に当たるのを防ぐスクリーン（２８）を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の光学モジュール。
5. 前記窓ガラス板（１６）の前記検出領域（２０）を照らすために、光源（３２）が設けられていることを特徴とする、上記請求項の何れかに記載の光学モジュール。
6. 前記光源（３２）は、特に赤外線波長範囲内で発光する少なくとも１つの発光ダイオードを備えていることを特徴とする、請求項５に記載の光学モジュール。
7. 前記光源（３２）は、前記窓ガラス板（１６）の中に入った前記光源（３２）の光が前記窓ガラス板（１６）の外側（１８）に９０°ではない角度で当たるように、選択的な方向に光を放射することを特徴とする、請求項５又は６に記載の光学モジュール。
8. 前記選択的な方向は、前記窓ガラス板（１６）の内側（１４）と、約１０°から３０°の範囲の角度を形成することを特徴とする、請求項７に記載の光学モジュール。
9. 前記光源（３２）は、前記光学アッセンブリのミラー（２６）の、前記カメラ（１０）とは反対の側に配置されていることを特徴とする、請求項５から８の何れかに記載の光学モジュール。
10. 前記光学アッセンブリのミラー（２６）は、前記光源（３２）の光に対して、少なくとも実質的に不透過性であることを特徴とする、請求項５から９の何れかに記載の光学モジュール。
11. 前記カメラ（１０）は、物体を、前記センサー表面（１３）の前記第２区画によって記録された画像（４２）で、具体的には縁部抽出で検出することができる画像評価ユニットに連結されていることを特徴とする、上記請求項の何れかに記載の光学モジュール。
12. 前記画像評価ユニットは、物体検出の結果の関数としてフロントガラスワイパーの窓拭き間隔を調整するフロントガラスワイパー制御システムに連結されていることを特徴とする、請求項１１に記載の光学モジュール。
13. 特に自動車の、フロントガラスワイパーの窓拭き間隔を、上記請求項の何れかに記載の光学モジュールによって制御するための方法において、物体検出は、前記センサー表面（１３）の前記第２区画によって記録される画像（４２）で実行され、前記フロントガラスワイパーの前記窓拭き間隔は、物体検出の結果の関数として制御される、方法。
14. 前記物体検出は、前記記録された画像（４２）で縁部抽出を行うことによって実行されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 検出された物体の抽出された縁部は、適合閾値によって区分されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 検出された物体の区分された縁部を示す画素が積算され、画素の総数に基づいて雨の強さが判定されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 画像（４２）は、ワイパーブレードが、前記窓ガラス板（１６）の前記検出領域（２０）を通過した直後に記録され、そこで検出された物体は外乱物体として分類されることを特徴とする、請求項１３から１６の何れかに記載の方法。
18. 前記外乱物体は、その後で記録される画像（４２）の物体検出では無視されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記センサー表面の前記第２区画によって記録される画像（４２）は、幾つかの部分領域（４８）に分割され、他の部分領域よりも相当に高い輝度を呈する部分領域では、物体検出が行われないことを特徴とする、請求項１３から１８の何れかに記載の方法。

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