JP4226775B2 - 湿気センサ及びフロントガラス曇り検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、車両のフロントガラス・ワイパー及び／又はデフロスター又は曇りを取り除くシステムを起動するために、自動車用車両のフロントガラスの表面のような表面における湿気の存在を自動的に検出するシステムに関する。
【０００２】
（背景技術）
従来のフロントガラス・ワイパー・システムでは、フロントガラス・ワイパーは、フロントガラスの外側の湿気レベルよりも拭き取り間の経過時間に基づいて起動される。例えば、比較的安定した降雨の状態の間中に、雨が所望の可視レベルの地点まで累積する時間量に対応すべく時間間隔を調整することができる。あいにく、降雨の割合は、所与の期間中にめざましく変化する。更に、交通状態も、追い越して行くトラック等のような、交通状態によりフロントガラスに降る雨の量を変化させる。それにより、そのような状態の間中に、ワイパーの時間間隔をしばしば調整しなければならず、煩わしい。
【０００３】
車両のフロントガラスの湿気に基づきフロントガラス・ワイパーの拭き取りの間隔を自動的に制御する種々のシステムが知られている。ある既知のシステムでは、種々のコーティングが車両のフロントガラスに適用される。それらのコーディングの電気的測定は、フロントガラスの湿気含有量（モイスチャー・コンテンツ）の表示を提供するために用いられる。あいにく、そのような方法は、比較的高価な処理を必要とするので、そのようなシステムを商業的に利用できないようにしている。車両のフロントガラスの湿気含有量を自動的に検知する他のシステムも知られている。例えば、乾燥したフロントガラスと濡れたフロントガラスの反射光との差を測定する光学システムが知られている。あいにく、光学的方法は、外部の光源からの干渉の影響を受け易く、それゆえに不十分な結果を与える。他の既知のシステムは、フロントガラスに貼り付けなければならず、フロントガラスの取り替えを複雑にする。そのような複雑性のために、車両で湿気センサを見かけることがほとんどない。
【０００４】
フロントガラスの湿気含有量を自動的に検出する別のシステムは、例えば、特開平７−２８６１３０号公報に開示されているように、雨滴を検出するために車両フロントガラスの一部の像を作成すべく電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージ・センサを使用するものである。この特許公開公報に記述されているシステムは、各画素と全ての画素の平均との間の差の合計を計算する。あいにく、対向車両のヘッドライトは、完全にぼかすことが難しくそれゆえに雨と解釈されてしまう光点を像に生成する。更に、そのようなシステムを有効に稼動させるために、遠景からの像を完全にかすませなければならない。さもなければ、遠景に明暗領域が存在してしまう。上記特許公開公報にはこの目的を達成するための光学システムは開示されていないが、対向してくるヘッドライトを完全にかぼかすための光学システムを開発することは、非常に難しい。対向してくるヘッドライトをぼやかすことに失敗すれば、上記特許公開公報に開示されたシステムの誤始動（フォールス・トリガリング）をもたらしてしまう。
【０００５】
自動降雨検出システムに伴う別の問題点は、フロントガラス・ワイパーの動作を検出するためのシステムの無能性である。ある寒い気候条件において、フロントガラス・ワイパーは、フロントガラスに凍結することが知られている。そのような状況において、湿気がワイパーによって除去されないので、ワイパーがフロントガラスに凍結しているにもかかわらず、自動降雨検知装置は、始動させるワイパーを連続的に指図して、フロントガラス・ワイパー・システムをもしかすると破損してしまう。
【０００６】
既知のシステムに伴う別の知られた問題は、フロントガラスの内側及び外側の曇りを検出することの無能性である。上記のように、上記特許公開公報に開示されているような、自動湿気検出システムは、フロントガラスの雨滴を検出する能力に基づくものである。一様な曇り（フォグ又はミスト）が車両のフロントガラスを覆う場合、上記特許公開公報に開示されているようなシステムは、フロントガラスの外側のそのような湿気を検知することができない。それにより、そのような条件の間中、フロントガラス・ワイパーは、手動で起動しなければならず、それにより、自動降雨センサ及びフロントガラスワイパー制御システムの目的を部分的にだめにして、その特徴をさらに望ましくないものにしている。
【０００７】
他の状況では、フロントガラスの外側の湿気含有量とは無関係にフロントガラスの内側に曇りが発生する。そのような状態では、上記特許公開公報に開示されているような、自動降雨検知システムは、フロントガラスの内側のフォグ（曇り）がクリアされるまで、車両フロントガラスの外側の湿気含有量を検出することができない。そのような状態では、デフロスタ又はデフォガ（曇り取除き）システムは、フロントガラスの内側の曇りを除去するために手動で起動しなければならない。自動降雨センサは、フロントガラスの内側の曇りが十分にクリアされるまで、そのような状態の間中、動作することができない。
【０００８】
自動降雨センシングを有することが望ましいということは、雨、雪及び霧のような、典型的な気候状態の間中、フロントガラス・ワイパーを自動的に制御するシステムを有することである。ワイパー・システムがそのような典型的な状態の間、手動で動作されなければならない場合には、そのような特徴は、望ましくなくなる。
【０００９】
（発明の開示）
本発明の目的は、上述した従来技術における問題を解決するシステムを提供することにある。
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。
【００１０】
簡潔に言うと、本発明は、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に関する。自動湿気検出システムは、フロントガラスの一部を、ＣＭＯＳ能動画素センサのような、イメージ・アレー・センサにイメージ形成する光学システムを含む。照度レベルを表す、画素のそれぞれの電圧は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器により対応するグレー・スケール値に変換される。画像に対応しているグレー・スケール値は、メモリに記憶される。グレー・スケール値の空間周波数組成は、現存の湿気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ために現存の降雨量を決定すべく解析される。また、システムは、フロントガラスの内側とフロントガラスの外側の両方の曇りを検出するように構成されている。フロントガラスの内側及び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より、典型的な天候状態の間中の既知の自動降雨センサの重要な性能の限界は、取り除かれる。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明による自動湿気検知システムは、車両のフロントガラス・ワイパー、デフロスタ及び／又はデフォギングシステムを自動的に制御するために車両のフロントガラスの湿気を検出することができる。車両のフロントガラスの湿気を自動的に検知するシステムは、商業的に実行可能なコストで既知の自動湿気検知システムの性能欠陥の多くを取り除く。ここで用いられるように、用語「湿気」は、降雨、降雪、アイス、霧、並びに虫、埃等のような車両のフロントガラスに一般的に堆積する他の物質のような、種々の天候状態の間中に車両のフロントガラスに見出すことができる種々の形の湿気（モイスチャー）及び降雨（プレシピテーション）を表すべく用いられる。システムは、アイス、霧及び降雨及び降雪の変化するレベル等のような、一般的な天候状態の間中に他の既知のシステムに対して優れた性能を供給することができる。
【００１２】
以下に詳述するように、フロントガラスの一部は、イメージ・アレイ・センサ上に映し出される。本発明の一部を形成する光学的システムは、フロントガラスの先の遠くにある対象物がイメージにおいてあまりはっきりさせないと同時にフロントガラスの雨滴や他の湿気の源の輪郭がはっきりするように焦点を合せる。処理システムは、ウォータ・レインの小さな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メジャーである。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。
【００１３】
本発明の更に別の実施例では、システムは、フロントガラス・ワイパーがフロントガラスに貼り付いたか又は凍結した場合の状態の間に、見せかけの動作及びフロントガラス・ワイパー・システムに対する損傷を防ぐためにフロントガラス・ワイパーの動作を検出できる。上述したように、システムは、相対的に高空間周波数構成要素を有するであろう輪郭のはっきりした切れ目に対してフロントガラスの一部分のイメージを解析する。これらの高空間周波数構成要素の大きさは、フロントガラスの湿気又は他の物質のメジャーを表すために用いられる。それゆえに、埃、虫及び他の物質は、湿気として初めに処理される。しかしながら、上述したように、システムは、フロントガラス・ワイパー・ブレードの動作を自動的に検知する機能を有する。それゆえに、フロントガラス・ワイパーによって除去可能ではないアイス、土、ひび（裂け目）、または他の物質である、物質が一度以上の拭い取りの後でフロントガラスに残るならば、本発明によるシステムは、車両のフロントガラス・ワイパー・システムの更なる見せかけの動作を防ぐためにそのような物質を無視するように構成される。
【００１４】
図１を参照すると、本発明による自動湿気検知システムは、参照番号２０で一般的に同定される。自動湿気検知システムは、自動車リアビュー・ミラー２４の取付けブラケット２２に固定して取付けられるか又は代替的にリアビュー・ミラー・ハウジング２４のリア部分に取付けられる。自動湿気検知システム２０は、例えば、地面に実質的に並行な又は地面に対して少し角度が付けられた光軸を伴って車両のフロントガラス２６の２〜３インチ後ろに取付けられたイメージ・センサを含む。最新の乗用車におけるフロントガラス２６の角度は、約２７°である。そのような構成は、イメージ・センサの視野に関してどこに湿気があるかにより雨滴及び他の湿気をイメージ・センサから異なる距離にあるようにする。この問題を補うこと支援すべく、イメージ・センサは、センサ２０の上部がフロントガラス２６に接近して移動されるようにフロントガラス２６の方向に略１０°の角度が付けられる。
【００１５】
自動湿気検知システム２０には４つの主要構成要素がある：イメージング光学システム；発光ダイオード；イメージ・センサ；及びプロセッサ。イメージング光学システムは、図２に最もよく示されており、イメージ・センサは、図２及び図６に示されている。マイクロコントローラのフロー図は、図５に示されている。
【００１６】
イメージング光学システム
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条件の間中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。
【００１７】
イメージング光学システムは、イメージング・レンズとして用いられる、単一の両凸レンズ３３を含む。レンズ３３は、６ｍｍの直径；各面に対して７ｍｍの前面及び後面曲率半径、及び２．５ｍｍの中心厚みを有する。レンズ３３の前面は、フロントガラス２６の外面から６２ｍｍの位置に配置される。イメージング・レンズ３３は、レンズ３３の前面に直接、直径約５ｍｍのストップ３６を形成するメカニカルなレンズ台３４によって担持される。イメージ・センサは、レンズ３３の後面から約８．５５ｍｍに位置決めされかつ上記したように、約１０°だけ角度が少し付けられている。
【００１８】
例えば、多重素子、非球面素子、またはディフラクティブ・オブジェクトレンズを有する、より精巧な光システムは、フロントガラスから更に短い距離が所望の特徴であるならば、特に全てを用いることができる。しかしながら、収集されたイメージは、写真目的ではないので、そのような光学的品質は、自動湿気検出用アプリケーションには必要ない。また、単一のレンズは、比較的低いコストでアクリル又は他の透明プラスチックで成形して用いることができる。ポラロイド及びコダックを含む種々の会社は、高性能成形プラスチック・オプティクスを専門的に扱う。
【００１９】
図４は、図２に示したイメージング・システムの性能のコンピュータ・シミュレーションを示す。特に、図４ａは、イメージ面への光軸上の比較的遠い距離にある対象物からの略並行光線のイメージングのスポット図である。図４ｂは、フロントガラスの外面から離れたところにある光軸上のポイントのイメージングのスポット図である。図４ａと図４ｂのスポット図の比較により、光学システムは、フロントガラスに近い対象物からの光を集光させると同時に離れたところの対象物からの光をぼかすことができるということが明らかである。
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うる。
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。
【００２０】
イメージ・センサ
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ウ、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。
【００２１】
処理及び制御
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・センサのウィンドウィング機能は、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。
【００２２】
上述したように、システムは、空間高周波数構成要素を解析することによって雨滴又は他の湿気の表示である鋭いエッジに対してディジタル化されたグレー・スケール値を解析する。空間高周波数構成要素の大きさは、フロントガラス・ワイパー・ブレードの拭き取りの頻度（即ち拭き取り間の時間間隔）がフロントガラスの湿気の量の関数として制御されるようにフロントガラス・ワイパー・モータ制御４０を制御するために用いられる。以下に詳述するように、システムは、また、フロントガラスの内側及び外側の曇りを検出することもできる。それゆえに、マイクロコントローラ３８は、また、車両デフロスタ又はデフォギング・システム４２を自動的に制御するために用いうる。システムの選択性を供給するために、ドライバ／オン・オフ感度制御回路４４を設けうる。この制御回路４４は、特別の状況において、例えば車両が自動洗車の場合にシステムの見せかけの動作を防ぐために用いうる。
【００２３】
一度画像がイメージ・アレイ・センサ３２によって取得されたならば、アナログ電圧によって表される、各画素の輝度は、アナログ／ディジタル変換器３５によってディジタル・グレー・スケール値に変換される。これらの値は、メモリに書込まれ、それはマイクロコントローラ３８にオンボードされかつマイクロコントローラ３８又は代替的にディジタル信号プロセッサによって処理される。
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：
【００２４】
【数１】

ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は、画素ｘ，ｙに位置決めされたオリジナル・イメージの画素の値；Ｆ（ω_x，ω_y）は、画素位置ω_x，ω_yのイメージのフーリエ変換の値；ｊは、複素数√−１である。
式（１）は、連続的無限二次元信号に対するフーリエ変換を記述する。この関数は、ディジタル・イメージの結果として生じる離散、有限二次元信号に対して容易に構成することができる。空間周波数解析技術を適用することにより、イメージの粗いエッジ又は「粗さ」は、比較的正確に定量化することができる。例えば、フーリエ変換は、非常にぼんやりとしてイメージで実行することができる。そのような解析において空間周波数ω_x，ω_yの低い大きさωに対するＦ（ω_x，ω_y）の値は高く、ω_x，ω_yの高い大きさにおけるＦ（ω_x，ω_y）の値は低い。ω_x，ω_yが両方とも０であるようなＦ（ω_x，ω_y）の値は、常にイメージの平均グレー・スケール値である。
【００２５】
代替的に、多くのエッジを有する鋭く輪郭がはっきりしたイメージのフーリエ解析は、ω_x，ω_yの高い大きさにに対するＦ（ω_x，ω_y）の値が高いという結果をもたらす。特定の空間周波数領域を選択するためにディジタル・フィルタを用いることができる。イメージ処理に対するそのようなフィルタの比較的簡単な実施は、以下に示すように３×３画素近傍に供給される３×３マトリックスを用いる：
【００２６】
【表１】

【００２７】
現行のイメージにフィルタを適用することによる合成イメージである新しいイメージｇ（ｘ，ｙ）を形成することができる。イメージは、変数ｘ及びｙによって定義される位置のｆ（ｘ，ｙ）の値を有する全ての画素に対してルーピング方式で処理されうる。上記のマトリックスでは、係数Ｅの位置は、ｘ及びｙの現行の画素に対応する。新しいイメージの位置ｘ及びｙの画素は、以下の式（２）によって与えられる値を有する：
【００２８】
【数２】

【００２９】
一般的に用いられる特別のフィルタは、ラプラシアン・フィルタである。ラプラシアンは、式３によって与えられる二次元関数ｆ（ｘ，ｙ）の二次導関数である：
【００３０】
【数３】

このラプラシアン関数は、以下の係数を有する上記３×３マトリックスを用いて離散空間で実施することができる：Ｅ＝４；Ｂ，Ｄ，Ｆ及びＨ＝−１、及び残りの係数がゼロ。係数Ｅが正であり、残りが負でありかつ全ての係数の合計がゼロであるかぎり離散ラプラシアンの変化を計算するために他の係数の組合せを用いることもできる。あらゆる３×３フィルタの空間周波数応答は、以下の式（４）によって決定される：
【００３１】
【数４】

ここで：Ｈ（ω_x，ω_y）は、周波数ω_x，ω_yに対するフィルタの周波数応答である；関数ｈ（ｍ，ｎ）は、上記マトリックスの係数を記述する；係数Ｅは、ｈ（０，０）の値であり、Ａは、ｈ（−１，−１）の値である、等；ｊは、複素数√ー１である。
【００３２】
式（４）を用いて離散３×３ラプラシアン・フィルタの周波数応答を解析することにより、離散３×３ラプラシアンは、高域フィルタであるということが明らかである。係数を変えることによって、フィルタの特定の応答を調整することができる。更に、５×５又はそれよりも大きいフィルタは、応答に対してより微細な制御に用いることができる。
【００３３】
雨滴及び他の湿気は、上記３×３ラプラシアン・フィルタを用いることによって検出することができる。全ての画素は、ループ方式及び検出された「湿気」の総量を記憶するために用いる変数で個別に試験される。各画素に対するラプラシアンは、ラプラシアン係数を有する上記ｇ（ｘ，ｙ）に対する式を用いて計算される。
【００３４】
本発明によるフロー図は、図５に示される。最初にステップ４６においてフロントガラスのイメージが取得される。上記したように、本発明による光学システムは、遠くにある対象物が輪郭がぼけておりかつフロントガラスに近い対象物が輪郭がはっきりするような方法で背景をイメージ形成する。それゆえに、フロントガラスに湿気や他の物質がない場合には、遠くの対象物のぼやけたイメージだけが捕らえられる。ぼやけたイメージは、比較的低い高周波数空間構成要素を有する。それゆえに、そのような状況におけるラプラシアンの値は、比較的低い。フロントガラスが雨又は他の湿気がある場合には、滴は、輪郭がはっきりしておりかつイメージは、比較的大きな高周波数構成要素を含む。光学システム３０による遠くの対象物がぼやけていても、比較的明るい他の車両から向かってくるヘッドランプは、著しく高周波数空間構成要素に寄与しうる。この構成要素をフィルタ・アウトするために、アナログ／ディジタル変換器の飽和レベルより上のグレー・スケール値を有する画素（即ち、２５５またはそれに近いグレー・スケール値を有する画素）は、抜かされる。
【００３５】
ステッププログラム４８では、各画素のラプラシアンが計算されかつ結果が記憶される。特に、ラプラシアンの大きさが所与のしきい値よりも上であり、雨又は他の湿気を示すべく充分に大きい高周波数空間構成要素を示しているならば、この値は、しきい値と比較される雨又は他の湿気の綜合値を示すべく他の画素の値と合計され、ステップ５０で示されるようなユーザ設定しきい値でありうる。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。
【００３６】
ステップ５２で示されるしきい値は、固定しきい値又は可変しきい値でありうる。可変しきい値が用いられるアプリケーションでは、しきい値は、電圧出力を有する制御ノブ又はスライドによって実施されるユーザ設定しきい値でありうる。次いで、この電圧出力は、サンプリングされ、かつ雨の総量を示す画素の合計との比較に対して適宜にスケールされるディジタル値に変換されうる。
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・ウィンドウは、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すべく選択されうる。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。
【００３７】
ワイパーが雨検知領域を横切るときにワイパーが決して略垂直にならないように自動車のワイパーが設計されているならば、上記フィルタは、そのような構成に適合すべく変更することができる。例えば、画像処理の分野でよく知られている種々の他のエッジ検出方法を用いることもできる。更に、車両フロントガラス・ワイパーに対するワイパー・スピードがあまりにも速いので必要露光時間に対してイメージにおいてそれが多少ぼやけるならば、水平フィルタは、現行画素の直ぐ隣の画素の代わりに現行画素の左及び右から二つ離れた位置にある画素を取り去るべく変更することができる。
【００３８】
ステップ６２に示すように、ワイパーがイメージ検知領域をクリアした後、フロントガラスの別のイメージがステップ６４で取得されてラプラシアンが計算される。この計算は、次の拭き取りまで全ての後続の測定から引き算されうるゼロ・ポイント測定として用いられる。このようにして、汚れたフロントガラスのイメージにおける長期高周波数空間構成要素、割れ目、傷及び凍結したアイスは、検出された雨の量に寄与しなくなる。
【００３９】
フロントガラス・ワイパーが所与の時間範囲内で検出されない場合には、システムは、フロントガラス・ワイパーがフロントガラスに凍結している結果としてもたらされうる、誤動作が生じたと想定する。そのような条件の間中、本発明による湿気センサの動作は、アイスが解けるまでの期間保留することができる。外気温度情報が入手可能であるならば、機械的な誤動作により或いはアイスによりワイパーが故障しているかどうかを決定するために凍るような気候条件を考慮に入れることができる。
【００４０】
また、システムは、変化する光レベルに適用することもできる。特に、選択されたサイクルの間に、イメージの平均グレー・スケール値を計算しうる。この値が高いならば、光に対して過度露出であることを示しており、後に続くサイクルにおけるイメージ・センサ統合時間は、平均輝度を低くするために低減されうる。同様に、光レベルが低いならば、統合時間は、増大しうる。比較的暗い条件において、あるイメージ・センサは、雨滴のような湿気を最適にイメージ形成すべく適当な時間で充分な光を収集することができるように構成されていない。そのような状況において、追加の投光器は、イメージが撮影されている間に、後ろから対象となる領域をほんの少しの間だけ照射すべく設けられうる。車両のフロントガラスが赤外線放射に対してあまり吸収力がない場合には、波長がイメージ・センサの検出可能範囲内にある限り近赤外線投光器を用いることができる。赤外線投光器は、人間の目に対して可視ではないという利点を有しそれゆえにドライバの注意をそらさない。
【００４１】
曇り検出器
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（方法）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ウを用いて取得されうる。
【００４２】
第１の実施例では、フロントガラスの近くにある点に対して非常にコリメート又は集光された光源を用いることができる。光源は、フロントガラスの吸収特性により赤外線放射又は可視光線放射のいずれかでありうる。それらが人間の目に対して可視ではなく従って注意をそらすようなことがないので赤外線光源が好ましい。赤外線ＬＥＤ６６は、図２に示されているようにフロントガラスに近い距離に等しい焦点距離のレンズ６８と一緒に用いうる。ＬＥＤ６６は、主な光学アセンブリの２〜３ミリメータ上方でかつ図３に示すように投射光がフロントガラス２６の主光軸の位置に向けられるように角度が付けられて配置されうる。ＬＥＤ６６は、最初はオフにされかつイメージが撮影される。続いて直ぐに、ＬＥＤは、オンにされかつ第２のイメージが撮影される。これらのイメージの相違がスポット検出に用いられる。曇りが存在しない場合には、光は、イメージ・センサ３２の視野の外側で充分になされるスネル角度でフロントガラス２６から反射する。曇りが存在する場合には、光は、ランバーシアン・リフレクタンス（ランバート反射率）によって反射され、曇りを小さなスポット７０としてイメージ形成する（図３）。フロントガラス２６及び光源６６の角度により、外側の曇りは、フロントガラス２６の内面の曇りによって生成されたスポット７２よりも低いスポット７０を生成する。これらのスポット７０、７２の位置は、フロントガラス２６の内側及び／又は外側の曇りの存在を表すために用いられうる。曇りがフロントガラスの内側にある場合には、外側の曇り検出ができない。しかしながら、視界がいずれにしても害されるので、この制限は重要ではない。以下の真理表は、各スポットの存在から導かれた結論を示す：
【００４３】
【表２】

【００４４】
代替実施例では、必要ならば、赤外線又は可視光線ＬＥＤが用いられる。ＬＥＤは、比較的小さいか又はピン・ホールと協動で用いられかつＬＥＤからの光がフロントガラス２６から反射されてスネル角度でイメージ・センサ上に入射するように向けられなければならない。そのような構成では、二つの反射が生ずる：一つはフロントガラスの内側であり、他の一つは、鏡面反射によるフロントガラスの外面からである。この実施例では曇りが存在しなければ、スポットは、スネル角度で反射されかつイメージ・センサによって可視である。フロントガラス２６の外面に曇りがある場合には、内側の反射からのスポットは存在するが、外側の反射からのスポットはぼやけている。相違するイメージは、内側の曇りについて解析される。始めに、３×３ラプラシアン・フィルタは、オリジナル・イメージの高周波数構成要素だけを含む新しいイメージを生成するために用いられる。このようにして、曇りからのぼやけている反射が照射される。スポットは、各スポットの期待領域の一群の画素の最大値を取ることによって検出される。スポットの期待サイズより多少大きいグループは、わずかなミスアライメント及びラプラシアンが高周波数構成要素が存在するようなスポットのエッジだけを保存するという事実を修正するために用いられうる。また、わずかな曇りは、スポットを成長させるがアクションを必要としないであろう。各スポットに対して、値がゼロよりも適宜に大きいならば、存在すると決定される。以下の真理表は、代替実施例に対する曇りの検出を示す。
【００４５】
【表３】

【００４６】
外側の曇りが検出された場合には、フロントガラス・ワイパーは、曇りを除去することを支援すべく起動されうるか又は望ましいならばこの状態をドライバに示すために警告ライトを用いることができる。内側の曇り検出は、車両のデフロスト又はデフォガ・システムを自動的に起動してドライバがかなりの曇りが起こるまで待つことを防止するために用いることができる。更に包括的な処理方法は、スポットの水平エッジ間の距離を計算することによってスポットのサイズを検出することを含みそれゆえにしきい値と比較することができるフロントガラスの曇りの量の測定を有しうる。
【００４７】
明らかに、本発明の多くの変更及び変形が上記の教示に鑑みて可能である。それゆえに、特許請求の範囲の範疇内で、本発明は、特に上述した以外にも実行されうるということが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるシステムを説明するための車両フロントガラス及び取り付けられたバックミラーを示す物理的図面である。
【図２】 本発明によるフロントガラスの外側の湿気を検知するシステムの一部の拡大図である。
【図３】 曇り検出のためのフロントガラスへの光線の投影を説明する曇りを検知する本発明の代替実施例によるシステムの物理的図面である。
【図４ａ】 湿気状態の間中の本発明による光学システムの性能を示すコンピュータ・シュミレートされたスポット図である。
【図４ｂ】 非湿気状態の間中の本発明による光学システムの性能を示すコンピュータ・シュミレートされたスポット図である。
【図５】 本発明によるシステムに対するフロー図である。
【図６】 本発明によるシステムのブロック図である。

Claims (16)

1. 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する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、水滴のエッジを検出するために前記イメージ・センサから受信したイメージを処理するように構成され、前記表面で検出された前記水滴のエッジの関数である値を計算するように更に構成されたプロセッサと、 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と、
   を備え、
   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水分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、表面の水分を検出するシステム。
2. 前記水分は、曇りまたは霜を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面の水分を検出するシステム。
3. 前記光源は、水分が前記表面に存在する場合に、前記光点が前記イメージ・センサの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１に記載の表面の水分を検出するシステム。
4. 前記光源は、水分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・センサの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１に記載の表面の水分を検出するシステム。
5. 前記表面は、内側及び外側を有しているウィンドウと、前記内側に位置決めされた前記イメージ・センサと、前記内側から前記イメージ・センサの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前記内側に配置された前記光源とを有し、
   前記プロセッサは、前記イメージ・センサの出力の前記反射された光点の位置から前記内側または前記外側のいずれかの水分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１に記載の表面の水分を検出するシステム。
6. 前記プロセッサは、前記イメージ・センサの出力で識別された高空間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１に記載の表面の水分を検出するシステム。
7. 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１に記載の表面の水分を検出するシステム。
8. 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１に記載の表面の水分を検出するシステム。
9. 前記車両は、前記表面から霜又は曇りを取り除く取り除き手段を有し、
   前記システムは、前記プロセッサ及び前記取り除き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水分の存在に基づいて水分の取り除き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１に記載の表面の水分を検出するシステム。
10. 内面及び外面を有するウィンドウの水分を検出するシステムであって、
    光点を前記ウィンドウに投射する光源と、
    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ウの一部を前記イメージ・センサにイメージ形成し、前記ウィンドウの対象物を前記イメージ・センサにフォーカスするように動作するイメージング光学システムと、
    前記光源は、前記内面から前記イメージ・センサの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、
    前記イメージ・センサ及び前記光源に連通し、水分の存在を決定しかつ前記内面または前記外面のいずれかの水分の位置を決定するように動作するプロセッサと
    を備え、
    前記プロセッサは、水分の存在が検出された場合に、決定された水分の存在及び決定された水分の位置を示す信号を発生することを特徴とする表面の水分を検出するシステム。
11. 前記光源は、水分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ウから反射されるように、前記ウィンドウ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１０に記載の表面の水分を検出するシステム。
12. 前記光源は、水分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、前記ウィンドウ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１０に記載の表面の水分を検出するシステム。
13. 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１０に記載の表面の水分を検出するシステム。
14. 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１０に記載の表面の水分を検出するシステム。
15. 前記システムは、前記ウィンドウから霜又は曇りを取り除く取り除き手段を有している車両に備えられ、
    前記システムは、前記プロセッサ及び前記取り除き手段と連通する制御を更に備え、
    前記プロセッサは、前記ウィンドウの前記決定された水分の存在に基づいて水分の取り除き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１０に記載の表面の水分を検出するシステム。
16. 前記プロセッサは、前記イメージ・センサの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１０に記載の表面の水分を検出するシステム。

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