WO2013163991A1 - Detektion von regentropfen auf einer scheibe mittels einer kamera und beleuchtung - Google Patents

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WO2013163991A1
WO2013163991A1 PCT/DE2013/100155 DE2013100155W WO2013163991A1 WO 2013163991 A1 WO2013163991 A1 WO 2013163991A1 DE 2013100155 W DE2013100155 W DE 2013100155W WO 2013163991 A1 WO2013163991 A1 WO 2013163991A1
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camera
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reflected
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PCT/DE2013/100155
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Dieter KRÖKEL
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/062—LED's

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting raindrops on a disc by means of a lighting ⁇ source and a camera.
  • WO2010 / 072198 AI describes rain detection with the aid of a camera, which is used for automotive driver assistance functions.
  • bifocal optics is used that reflects a portion of the wind ⁇ protection disc keen on a partial area of the image sensor chip and image the camera.
  • a rain sensor is also proposed by means of a camera, which provides large-area illumination of the passage window of the camera opening angle with the window.
  • the camera is nearly focused at infinity and therefore can be used simultaneously for Augustas ⁇ sistenzap bearingen. Because of the image on the far field, raindrops are only noticeable as disturbances in the image, which can be detected by complex differential measurements of those with in Synchronization of the pixel clock pulsed or modulated light recorded images are detected.
  • This object is achieved by a method for detecting rain on the outside of a disc.
  • a method for detecting rain on the outside of a disc By means of a camera arranged behind the pane, which is focused on a distant area in front of the pane, and an illumination source for producing at least one light ray directed onto the pane.
  • the illumination source directs the at least one light beam onto the disk such that at least one beam reflected from the outside of the disk strikes the camera.
  • the camera captures a trailing formation of the at least one reflected from the outside of the disc beam.
  • the structure of the image of the at least one reflektier ⁇ th from the outer side of the disk beam is evaluated in a particular Schmverarbei ⁇ processing for classifying the type of rain or precipitate on the outside of the disk.
  • the invention has the advantage that the type of rain or precipitation can be determined with a vehicle camera, in particular with a driver assistance camera, while the actual function of the camera is hardly affected thereby.
  • the evaluation of the structure of the image of the at least one reflected from the outside of the disc beam comprises ⁇ a pattern or texture recognition.
  • the texture and / or pattern recognition can in particular be a classification based on trained textures and / or patterns, eg by means of a neural network.
  • the evaluation of the structure of the image of the at least one beam reflected from the outside of the disk comprises a comparison of present with stored and / or learned structure characteristics.
  • the presence of a ⁇ individual raindrop on the outer side of the disk is ER withdrawn from a continuous portion in the image of the at least one reflected from the outside of the disc beam with less intensity.
  • the presence of Niesei- or mist on the outside of the disc is detected preferably of streaks in the image of the Minim ⁇ least one reflected from the outer side of the disc beam.
  • the loading ⁇ illumination source directs the at least one light beam onto the disc so that at least two spatially from the inner and outer side of the disk as reflected rays separated beams impinge on the camera.
  • the camera takes an image of the at least one reflected by the Au ⁇ .seite of the disk and a beam Abbil ⁇ extension of the at least one reflected from the inside of the disc beam.
  • the latter can be evaluated as Referenzabbil ⁇ tion.
  • a first image is first recorded with the illumination source switched off with the camera. Then a two ⁇ tes image when the lighting source is adoptednom ⁇ men.
  • the difference image from the second and first image is ge ⁇ forms.
  • the structure of the image of at least one ⁇ reflectors oriented on the outer side of the disk beam for detecting the type of precipitation or rain on the outside of the wheel is evaluated.
  • visible light as illumination must be taken to ensure that traffic part ⁇ participants will not be disturbed by the lighting.
  • a short visible light pulse adapted to the intensity of the external brightness. This would require only a short exposure time and image capture time for the rain sensor image, which in turn has little effect on the driver assistance function.
  • Such a light pulse would be perceived in daylight only when looking directly at the lighting. At night, little light is needed for rain detection.
  • the intensity may be downloaded are gere ⁇ gelt, so that the illumination is not troublefree ⁇ acts at night rend.
  • a preferred adaptation of the illumination intensity - un ⁇ depending on the wavelength range used - brings a further advantage.
  • the rain sensor light reflections are also clearly visible during the day and at night it is avoided that the images saturate and thus an evaluation of the structure of the image (s) would be prevented.
  • a temporal change of the imaged by the image sensor of the camera ⁇ structures of the light reflected at the outer side of the disc beam can be determined.
  • a sequence of pictures can be taken with the camera.
  • the camera is used for one or more additional driver assistance functions, which are based on an evaluation of the focussed distant range.
  • the invention further relates to a device for detecting rain or precipitation, which comprises a camera and a lighting source.
  • the camera is arranged behind ei ⁇ ner window, in particular inside a driving ⁇ zeugs example behind a windshield, and focused to a remote region which lies in front of the disc.
  • the Ka ra ⁇ preferably comprises a lens for focusing and an image sensor such as a CCD or CMOS sensor.
  • the illumination source for generating at least one light beam directed onto the pane directs the at least one light beam onto the pane such that at least one beam (or partial beam of the light beam directed onto the pane) from the outside of the pane impinges on the camera.
  • the illumination source may be formed as one or more light-emitting diodes (LEDs) or as a light band.
  • Image processing means for evaluating the structure of the image of the at least one beam reflected from the outside of the disk are provided.
  • Means for classifying the type of rain or precipitation on the outside of the disk are provided, whose classification is based on the evaluation of the structure of this figure.
  • the illumination source directs the at least one light beam onto the pane in such a way that the one from the inside and outside of the pane reflected rays as at least two spatially separated rays impinge on the camera.
  • the at least two rays impinging on the camera can thereby be spatially separated.
  • the structure of the separate illumination reflexes can be evaluated.
  • the (di ⁇ RA) on the inside of the disk reflected beam incident on the camera used here may preferably serve as a reference picture, since the structure of the image of this beam in the presence or absence of rain drops on the outside of the disc remains unchanged. If the structure of the image of this beam nevertheless changes, it can be concluded that there is fogging or the like on the inside of the pane.
  • the lighting can be advantageously realized on individual Leuchtdio ⁇ , for example, are arranged in series. It could alternatively be used a light band. ⁇ preference, a sufficiently directed Abstrahlcha ⁇ rakterizing of, for example less than + 20 ° is ensured here.
  • the illumination source is structurally integrated in the camera or in the Genosu ⁇ se of the camera.
  • the illumination source can preferably be arranged under a screen or a view funnel of the camera within the camera body.
  • the illumination source advantageously generates light in the infrared wavelength range
  • the viewing diaphragm is in the infrared wavelength range at least in a partial region which is located above the illumination source or in the beam direction of the illumination source permeable.
  • the illumination source can in this case be arranged in particular on a circuit carrier or a circuit board of the camera.
  • the illumination source produces light having only egg ⁇ ner wavelength in a certain wavelength range, such as infrared in the (near) wavelength range.
  • a first spectral filter is arranged in the region in which run the at least two spatially separated reflected beams.
  • the first spectral filter transmits light having a wavelength in the ⁇ sem specific wavelength range at least largely by (eg infrared transparent).
  • a second spectral filter is disposed in the region of the beam path in which the at least two spatially separated reflected beams do not extend, the second spectral filter blocking light having a wavelength in the particular wavelength range (e.g., infrared cutoff filters).
  • the first or both spectral filters can preferably be applied directly to pixels of the image sensor of the camera.
  • the illumination source generates a focused light beam.
  • the light beam generated by the illumination source can be directed onto the disc by a light guide such as a glass fiber ⁇ .
  • a light guide such as a glass fiber ⁇ .
  • Fig. 1 shows schematically the basic principle of a possible arrangement of the illumination source and camera with beam paths in a dry disc
  • FIG. 3 shows the modified beam paths with a mirror image of the light source
  • FIG. 4 shows reflections of illumination beams imaged by an image sensor of a camera, which indicate the presence of a single raindrop in the detection area
  • Fig. 5 shows reflected reflections of illuminating rays suggesting sneezing and / or drizzle on the disc;
  • Fig. 6 shows schematically the beam paths with a mirror image of the light source when fitting on and reflection on the In ⁇ nenseite the disc and
  • FIG. 7 shows reflections of illumination beams which suggest fogging on the inside of the disk.
  • Fig. 1 illustrates the principle of operation of an embodiment ⁇ form of the invention.
  • the rain detection presented here is based on a far-field focused camera (1) and illumination (3).
  • a light beam (h) generated by an illumination source (3) is thus applied to the screen.
  • the light of the illumination source can be bundled.
  • reflected portion (rl) of the main beam serves as a reference beam.
  • the portion which is transmitted into the disk (t1) is used as the measuring beam (r2) at the disk-air interface (or disk outside
  • infrared light can be used, particularly near the set ⁇ a CCD or CMOS image chip having a high sensitivity, as a rule, for the.
  • the light source (3) is preferably syn ⁇ chron to modulate with the image read-out clock partially or completely time ⁇ Lich, so that ren simple Differenzverfah- disorders can be deducted. This is a way to improve the signal-to-noise ratio.
  • a further possibility consists in appropriate spectral filtering:
  • the section of the image chip, to which the Strah ⁇ lencrue (rl, r2 / r2>) meet, can be provided with a spectral band pass, a high transmittance for the wavelength of illumination (3) having.
  • FIG. 3 serves to illustrate the fact that the illumination reflex (9) of the measuring beam (r2 or r2 A ) is shown as a blurred image mirrored on the outside of the pane. of the light source (3) appears.
  • the mirror images of the light source (3 ⁇ ) and the light beam (h A ) are shown schematically by dashed lines.
  • Fig. 4 shows in the upper part (6) of the image sensor (5), which serves the rain detection, each seven pairs of illumination reflections (8, 9), for example, of seven LEDs as the illumination source (3) are generated. These are due to the focus on infinity camera (1) not sharply displayed but perceptible. In particular, the structure of the illumination reflexes can be evaluated.
  • the lower BL LEVEL ⁇ tung reflexes (8) are generated by on the inside (2.1) of the windshield (2) reflected rays (rl), the upper (9) on the outside of the windshield reflected rays (r2, r2 A) produced.
  • the light beam pairs (8, 9) should not interfere with the driver's assistant film (7).
  • the region (6) is selected for rain detection to the disc (2), which is outside the remplias ⁇ sistenz Kunststoffes (7) on the image chip (5).
  • An illumination reflex from the outer windshield (9) over which a single raindrop (4) lies has a dark contiguous area or recess (10).
  • this illumination reflex (9) transmits the information in whether rain (4) on the outside (2.2) of the disc (2) is present, and its structure could be allei ⁇ ne used as the measurement signal.
  • the evaluation can be performed for example by a pattern recognition or by a comparison of present with stored and / or learned structural characteristics, such as dark contiguous partial regions or streaks within an illumination ⁇ reflexes (9).
  • comparisons of the structure of several ⁇ rer this illumination reflections (9) with each other and / or by analysis of the temporal changes in the structure at least one of these lighting reflections (9) successes can gen.
  • a comparison of the structure of a reflection from the disc outer surface to the corresponding can Reflex be performed by the disk inside as a reference structure.
  • an infrared blocking filter can additionally be vapor-deposited on a cover glass of the image chip (5) up to the upper edge of the driver assistance area (7).
  • a bandpass filter for the wavelength of the illumination (3) can be deposited over the rain sensor detection area (6).
  • the filters could also be applied directly to the pixels of the image sensor (5).
  • An advantage here would be a process that corresponds to the current application of the pixel color filter.
  • the two regions (6, 7) can be separated with pixel precision, thus avoiding additional mechanical tolerance requirements resulting from the production process.
  • one would dispense with the application of color filters (R, G, B) for the rain sensor area (6) and thereby increase the sensitivity for rain detection.
  • FIG. 4b what has been described is shown on the basis of a real photo (taken by the image sensor (5) of the camera (1)) in order to prove the feasibility of this embodiment: in each case three blurred illumination reflections (8 or 9) from the interior (2.1) and outer side (2.2) to know ER, with the left outer reflex is partially influenced by a ⁇ an individual raindrops.
  • Fig. 5 shows in principle a section of the Regensensorbe ⁇ Reich (6) of the image sensor (5) (see. Fig. 4) in the presence of another type of precipitation (4) on the outside (2.2) of the windshield (2), namely Sneezing or drizzle.
  • another type of precipitation (4) on the outside (2.2) of the windshield (2), namely Sneezing or drizzle.
  • streaks (11) are present, which are recognized as such by the evaluation of the reflex structure. If drizzling area on is present on the outside of the pane (2.2), streaks are present on all corresponding illumination reflections (9).
  • Fig. 5a the described is illustrated schematically, while in Fig. 5b, the described is shown on ei ⁇ nes real photos.
  • FIGS. 1-3 schematically shows a part of the beam paths (cf., FIGS. 1-3) in the presence of a fitting (12) on the inner side (2.1) of the disk (2).
  • the BL LEVEL ⁇ tung reflex (8) appears to be blurred on the inside of Schei ⁇ be mirrored partial beam (rl) appears.
  • the Spiegelbil ⁇ the light source (3 ⁇ ) and the light beam (h A ) are shown schematically by dashed lines.
  • FIG. 7a schematically illustrates what has just been described
  • FIG. 7b illustrates the description on the basis of a real photo.
  • r2 ⁇ corresponds to r2 in the rain on the outside of the window
  • t2 ⁇ corresponds to t2 in rain on the outside of the window

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Erkennung von Regen (4), die bzw. das eine Kamera (1) und eine Beleuchtungsquelle (3) umfasst. Die Kamera (1) ist hinter einer Scheibe (2) angeordnet, insbesondere im Inneren eines Fahrzeugs hinter einer Windschutzscheibe, und auf einen Fernbereich fokussiert, der vor der Scheibe (2) liegt. Die Beleuchtungsquelle (3) zur Erzeugung mindestens eines auf die Scheibe (2) gerichteten Lichtstrahls (h) richtet den mindestens einen Lichtstrahl (h) so auf die Scheibe (2), dass mindestens ein von Außenseite (2.2) der Scheibe reflektierter Strahl (r2; r2`) auf die Kamera (1) auftrifft. Die Struktur der Abbildung (9) des mindestens einen von der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (r2; r2`) wird ausgewertet, insbesondere im Rahmen einer Bildverarbeitung. Auf Basis der Auswertung der Struktur dieser Abbildung (9) wird die Art des Regens oder Niederschlags (4) auf der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) klassifiziert.

Description

Detektion von Regentropfen auf einer Scheibe mittels einer
Kamera und Beleuchtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Re- gentropfen auf einer Scheibe mittels einer Beleuchtungs¬ quelle und einer Kamera.
In der WO2010/072198 AI wird eine Regenerkennung mit Hilfe einer Kamera beschrieben, die für automotive Fahrerassis- tenzfunktionen eingesetzt wird. Zur Regenerkennung wird eine bifokale Optik genutzt, die einen Teilbereich der Wind¬ schutzscheibe scharf auf eine Teilfläche des Bildchips bzw. Bildsensors der Kamera abbildet. Um auch bei Nacht Regen¬ tropfen erkennen zu können, ist weiter vorgeschlagen, Licht über ein Einkoppelelement in die Windschutzscheibe einzukoppeln und über Totalreflexion in der Scheibe zu führen. Durch ein Auskoppelelement wird das totalreflektierte Licht in Richtung der Kamera ausgekoppelt. Befinden sich Wassertropfen auf der Windschutzscheibe, wird ein Teil des Lichts ausgekoppelt und nicht mehr zum Auskoppelelement to¬ talreflektiert.
In der US 7,259,367 B2 wird ebenfalls mittels einer Kamera eine Regensensierung vorgeschlagen, die eine großflächige Beleuchtung des Durchtrittsfensters des Kameraöffnungswinkels mit der Scheibe vorsieht. Die Kamera ist nahezu auf unendlich fokussiert und damit gleichzeitig für Fahreras¬ sistenzapplikationen nutzbar. Wegen der Abbildung auf den Fernbereich sind Regentropfen nur als Störungen im Bild be- merkbar, die durch aufwendige Differenzmessungen der mit in Synchronisation des Pixeltaktes gepulsten oder modulierten Lichtes aufgenommen Bildern detektiert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zuverlässigere und präzisere Informationen über Regen oder Feuchtigkeit auf der Scheibe bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erkennung von Regen auf der Außenseite einer Scheibe. Mittels einer hinter der Scheibe angeordneten Kamera, die auf einen Fernbereich vor der Scheibe fokussiert ist, und einer Beleuchtungsquelle zur Erzeugung mindestens eines auf die Scheibe gerichteten Lichtstrahls. Die Beleuchtungsquelle richtet den mindestens einen Lichtstrahl so auf die Scheibe, dass mindestens ein von Außenseite der Scheibe reflektierter Strahl auf die Kamera auftrifft. Die Kamera nimmt eine Ab¬ bildung des mindestens einen von der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls auf. Die Struktur der Abbildung des mindestens einen von der Außenseite der Scheibe reflektier¬ ten Strahls wird insbesondere im Rahmen einer Bildverarbei¬ tung ausgewertet zur Klassifikation der Art des Regens oder Niederschlags auf der Außenseite der Scheibe. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Art von Regen bzw. Niederschlag mit einer Fahrzeugkamera, insbesondere mit einer Fahrerassistenzkamera, ermittelt werden kann, während die eigentliche Funktion der Kamera dadurch kaum beeinträchtigt wird. Gemäß einem bevorzugten Verfahren umfasst die Auswertung der Struktur der Abbildung des mindestens einen von der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls eine Muster¬ bzw. Texturerkennung. Die Textur- und/oder Mustererkennung kann insbesondere eine Klassifikation anhand trainierter Texturen und/oder Muster sein, z.B. mittels eines neuronalen Netzwerks .
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Auswertung der Struktur der Abbildung des mindestens einen von der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls einen Vergleich von vorliegenden mit gespeicherten und/oder gelernten StrukturCharakteristika . Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird aus einem zusammenhängenden Teilbereich in der Abbildung des mindestens einen von der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls mit geringerer Intensität das Vorliegen eines ein¬ zelnen Regentropfens auf der Außenseite der Scheibe er- kannt .
Bevorzugt wird aus Schlieren in der Abbildung des mindes¬ tens einen von der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls das Vorliegen von Niesei- bzw. Sprühregen auf der Außenseite der Scheibe erkannt.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante richtet die Be¬ leuchtungsquelle den mindestens einen Lichtstrahl so auf die Scheibe, dass von der Innen- und Außenseite der Schei- be reflektierten Strahlen als mindestens zwei räumlich ge- trennte Strahlen auf die Kamera auftreffen. Dadurch nimmt die Kamera eine Abbildung des mindestens einen von der Au¬ ßenseite der Scheibe reflektierten Strahls und eine Abbil¬ dung des mindestens einen von der Innenseite der Scheibe reflektierten Strahls auf. Letztere kann als Referenzabbil¬ dung ausgewertet werden.
Bevorzugt kann bei dieser Variante aus einer Auswertung der Abbildung des mindestens einen von der Innenseite der Scheibe reflektierten Strahls Beschlag oder eine andere op¬ tische Störung auf der Innenseite der Scheibe erkannt wer¬ den .
Zu diesem Zweck kann vorteilhaft die Struktur oder die Lichtmenge der Abbildung des mindestens einen von der Innenseite der Scheibe reflektierten Strahls ausgewertet wer¬ den .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird mit der Kamera zunächst ein erstes Bild bei ausgeschalteter Beleuchtungsquelle aufgenommen. Anschließend wird ein zwei¬ tes Bild bei eingeschalteter Beleuchtungsquelle aufgenom¬ men. Das Differenzbild aus zweitem und erstem Bild wird ge¬ bildet. Im Differenzbild wird die Struktur der Abbildung des mindestens einen an der Außenseite der Scheibe reflek¬ tierten Strahls zur Erkennung der Art des Niederschlags bzw. Regens auf der Außenseite der Scheibe ausgewertet. Bei einer vorteilhaften Verwendung von sichtbarem Licht als Beleuchtung muss darauf geachtet werden, dass Verkehrsteil¬ nehmer nicht durch die Beleuchtung gestört werden.
Hierzu wird vorgeschlagen, einen kurzen, von der Intensität der äußeren Helligkeit angepassten sichtbaren Lichtpuls zu verwenden. Dies würde eine nur kurze Belichtungszeit und Bildaufnahmezeit für das Regensensorbild erfordern, was wiederum die Fahrerassistenzfunktion wenig beeinflusst. Ein derartiger Lichtpuls würde bei Tageslicht nur wahrgenommen werden, wenn man direkt auf die Beleuchtung blickt. Bei Nacht wird nur wenig Licht für eine Regendetektion benötigt. Hier kann die Intensität entsprechend herunter gere¬ gelt werden, so dass auch nachts die Beleuchtung nicht stö¬ rend wirkt.
Eine bevorzugte Anpassung der Beleuchtungsintensität - un¬ abhängig von dem benutzten Wellenlängenbereich - bringt einen weiteren Vorteil. Die Regensensorlichtreflexe sind auch bei Tag gut sichtbar und bei Nacht wird vermieden, dass die Abbilder in Sättigung geraten und damit eine Auswertung der Struktur der Abbildung (en) verhindert würde.
Vorteilhaft kann eine zeitliche Veränderung der vom Bild¬ sensor der Kamera abgebildeten Strukturen des an der Außen- seite der Scheibe reflektierten Strahls ermittelt werden. Hierzu kann eine Folge von Bildern mit der Kamera aufgenommen werden. Bevorzugt wird die Kamera für eine oder mehrere weitere Fahrerassistenzfunktionen eingesetzt, die auf einer Auswertung des fokussiert abgebildeten Fernbereichs beruhen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Erkennung von Regen bzw. Niederschlag, die eine Kamera und eine Beleuchtungsquelle umfasst. Die Kamera ist hinter ei¬ ner Scheibe angeordnet, insbesondere im Inneren eines Fahr¬ zeugs z.B. hinter einer Windschutzscheibe, und auf einen Fernbereich fokussiert, der vor der Scheibe liegt. Die Ka¬ mera umfasst bevorzugt ein Objektiv zur Fokussierung und einen Bildsensor, z.B. einen CCD- oder CMOS-Sensor. Die Beleuchtungsquelle zur Erzeugung mindestens eines auf die Scheibe gerichteten Lichtstrahls richtet den mindestens ei- nen Lichtstrahl so auf die Scheibe, dass mindestens ein von der Außenseite der Scheibe reflektierter Strahl (bzw. Teilstrahl des auf die Scheibe gerichteten Lichtstrahls) auf die Kamera auftrifft. Die Beleuchtungsquelle kann als eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) oder als ein Lichtband ausgebildet sein. Bildverarbeitungsmittel zur Auswertung der Struktur der Abbildung des mindestens einen von der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls sind vorgesehen. Mittel zur Klassifikation der Art des Regens oder Niederschlags auf der Außenseite der Scheibe sind vorgesehen, de- ren Klassifikation auf der Auswertung der Struktur dieser Abbildung beruht.
In einer bevorzugten Ausführungsform richtet die Beleuchtungsquelle den mindestens einen Lichtstrahl so auf die Scheibe, dass die von der Innen- und Außenseite der Scheibe reflektierten Strahlen als mindestens zwei räumlich getrennte Strahlen auf die Kamera auftreffen. Die mindestens zwei auf die Kamera auftreffenden Strahlen können dadurch räumlich getrennt abgebildet werden. Die Struktur der sepa- raten Beleuchtungsreflexe kann ausgewertet werden. Der (di¬ rekt) an der Innenseite der Scheibe reflektierte Strahl, der auf die Kamera auftrifft, kann hierbei bevorzugt als Referenzabbildung dienen, da die Struktur der Abbildung dieses Strahls bei An- oder Abwesenheit von Regentropfen auf der Außenseite der Scheibe unverändert bleibt. Sofern sich die Struktur der Abbildung dieses Strahls dennoch ändert, kann auf Beschlag oder ähnliches auf der Innenseite der Scheibe geschlossen werden. Die Beleuchtung kann vorteilhaft über einzelne Leuchtdio¬ den, die z.B. in Reihe angeordnet sind, realisiert werden. Es könnte alternativ ein Lichtband genutzt werden. Vorzugs¬ weise ist hierbei eine ausreichend gerichtete Abstrahlcha¬ rakteristik von z.B. kleiner + 20° gewährleistet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Beleuchtungsquelle baulich in die Kamera bzw. in das Gehäu¬ se der Kamera integriert. Hier kann die Beleuchtungsquelle bevorzugt unter einer Sichtblende bzw. einem Sichttrichter der Kamera innerhalb des Kameragehäuses angeordnet sein.
Vorteilhaft erzeugt hierbei die Beleuchtungsquelle Licht im infraroten Wellenlängenbereich und die Sichtblende ist zumindest in einem Teilbereich, der sich oberhalb der Beleuchtungsquelle bzw. in der Strahlrichtung der Beleuch- tungsquelle befindet, im infraroten Wellenlängenbereich durchlässig .
Die Beleuchtungsquelle kann hierbei insbesondere auf einem Schaltungsträger bzw. einer Platine der Kamera angeordnet sein .
Bevorzugt erzeugt die Beleuchtungsquelle nur Licht mit ei¬ ner Wellenlänge in einem bestimmten Wellenlängenbereich, wie z.B. im (nahen) infraroten Wellenlängenbereich. Im Strahlengang der Kamera ist ein erster spektraler Filter in dem Bereich angeordnet, in dem die mindestens zwei räumlich getrennten reflektierten Strahlen verlaufen. Der erste spektrale Filter lässt Licht mit einer Wellenlänge in die¬ sem bestimmten Wellenlängenbereich zumindest weitgehend durch (z.B. infrarot-durchlässig).
Vorteilhaft ist ein zweiter spektraler Filter in dem Bereich des Strahlengangs angeordnet, in dem die mindestens zwei räumlich getrennten reflektierten Strahlen nicht verlaufen, wobei der zweite spektrale Filter Licht mit einer Wellenlänge in dem bestimmten Wellenlängenbereich sperrt (z.B. Infrarot-Sperrfilter).
Der erste oder beide spektralen Filter können bevorzugt direkt auf Pixel des Bildsensors der Kamera aufgebracht sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform erzeugt die Beleuchtungsquelle einen gebündelten Lichtstrahl.
Bevorzugt kann der von der Beleuchtungsquelle erzeugte Lichtstrahl mittels eines Lichtleiters wie z.B. einer Glas¬ faser auf die Scheibe gerichtet werden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch das Grundprinzip einer möglichen Anordnung von Beleuchtungsquelle und Kamera mit Strahlengängen bei einer trockenen Scheibe;
Fig. 2 schematisch die veränderten Strahlengänge bei Regen auf der Scheibe;
Fig. 3 die veränderten Strahlengänge mit einem Spiegelbild der Lichtquelle;
Fig. 4 von einem Bildsensor einer Kamera abgebildete Reflexe von Beleuchtungsstrahlen, die auf das Vorliegen eines einzelnen Regentropfens im Detektionsbereich schließen lassen;
Fig. 5 abgebildete Reflexe von Beleuchtungsstrahlen, die auf Niesei- und/oder Sprühregen auf der Scheibe schließen lassen;
Fig. 6 schematisch die Strahlengänge mit einem Spiegelbild der Lichtquelle bei Beschlag auf und Reflexion an der In¬ nenseite der Scheibe und
Fig. 7 abgebildete Reflexe von Beleuchtungsstrahlen, die auf Beschlag auf der Scheibeninnenseite schließen lassen.
Fig. 1 verdeutlicht das Funktionsprinzip einer Ausführungs¬ form der Erfindung. Die hier vorgestellte Regenerkennung basiert auf einer auf den Fernbereich fokussierten Kamera (1) und einer Beleuchtung (3) . Ein von einer Beleuchtungs- quelle (3) erzeugter Lichtstrahl (h) wird so auf die Schei- be (2) gerichtet, dass die von der Innen- (2.1) und Außenseite (2.2) der Scheibe reflektierten Strahlen als zwei räumlich getrennte Strahlen (rl, r2) auf das Objektiv bzw. die Kamera (1) auftreffen. Wegen der Fokussierung auf den Fernbereich ist die Umrandung der Strahlenbündel nur unscharf auf den Bildchip abgebildet. Aber beide Strahlen (rl, r2) sind ausreichend getrennt und ihre jeweilige Ab¬ bildung (8, 9) im Folgenden auch Beleuchtungsreflex) wird vom Bildsensor aufgenommen.
Das Licht der Beleuchtungsquelle kann gebündelt sein. Der an der Luft-Scheibe-Grenzfläche (bzw. Scheibeninnenseite
(2.1) ) reflektierte Anteil (rl) des Hauptstrahls dient als Referenzstrahl. Vom Anteil, der in die Scheibe transmit- tiert (tl) wird, dient der Anteil als Messstrahl (r2), der an der Scheibe-Luft-Grenzfläche (bzw. Scheibenaußenseite
(2.2) ) reflektiert wird und auf die Kamera (1) trifft. Nicht dargestellt ist der Anteil des Strahls, der mehrfach innerhalb der Scheibe (2) reflektiert wird (an der Innen- seite (2.1) Scheibe-Luft, nachdem er an der Außenseite (2.2) Scheibe-Luft reflektiert wurde).
Änderungen der Abbildung des Messstrahls bei Vorliegen von Regen (4) auf der Scheibenaußenseite (2.2) werden anhand von Fig. 2 erläutert. Wenn nun im Regenfall (4) die Außenseite (2.2) der Windschutzscheibe (2) benetzt wird, wird der überwiegende Teil des Lichts (tl) ausgekoppelt, so dass der reflektierte Anteil (r2A) entsprechend geschwächt wird (siehe Fig. 2) . Der von der Innenseite (2.1) reflektierte Strahl (rl) ist davon unbeeinflusst . Durch den Vergleich der Abbildungen des Messstrahls (r2 bzw. r2A) mit und ohne Niederschlag (4) auf der Scheibenau¬ ßenseite (2.2) kann aus einer Auswertung der Struktur der Abbildung des Messstrahls die Art des Niederschlags (4) er¬ mittelt und ein Scheibenwischer entsprechend angesteuert werden .
Um den Fahrer und andere Verkehrsteilnehmer nicht durch die Beleuchtung (3) zu irritieren, kann insbesondere nah infrarotes Licht verwendet werden, für das in der Regel die ein¬ gesetzten CCD- oder CMOS-Bildchips eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Um gegenüber Störungen wie Rauschen, Tages- und Sonnenlicht und andere künstliche Lichtquellen unempfindlich zu werden, wird vorgeschlagen, die Lichtquelle (3) vorzugsweise syn¬ chron mit dem Bildauslesetakt teilweise oder komplett zeit¬ lich zu modulieren, so dass über einfache Differenzverfah- ren Störungen abgezogen werden können. Dies ist eine Möglichkeit zur Verbesserung des Signal- zu Rauschabstandes. Eine weitere Möglichkeit besteht in geeigneter spektraler Filterung: Der Ausschnitt des Bildchips, auf den die Strah¬ lenpaare (rl, r2/r2>) treffen, kann mit einem spektralen Bandpass versehen werden, der eine hohe Durchlässigkeit für die Wellenlänge der Beleuchtung (3) aufweist.
Fig. 3 dient der Illustration des Sachverhalts, dass der Beleuchtungsreflex (9) des Messstrahls (r2 bzw. r2A) als unscharfes an der Außenseite der Scheibe gespiegelten Bil- des der Lichtquelle (3) erscheint. Die Spiegelbilder der Lichtquelle (3Λ) und des Lichtstrahls (hA) sind hierzu schematisch gestrichelt dargestellt. Fig. 4 zeigt im oberen Teil (6) des Bildsensors (5), der der Regenerkennung dient, jeweils sieben Paare von Beleuchtungsreflexen (8, 9), die z.B. von sieben LEDs als Beleuchtungsquelle (3) erzeugt werden. Diese sind aufgrund der auf unendlich fokussierten Kamera (1) nicht scharf abgebildet aber wahrnehmbar. Insbesondere kann die Struktur der Beleuchtungsreflexe ausgewertet werden. Die unteren Beleuch¬ tungsreflexe (8) werden von an der Innenseite (2.1) der Windschutzscheibe (2) reflektierten Strahlen (rl) erzeugt, die oberen (9) von an der Außenseite der Windschutzscheibe reflektierten Strahlen (r2, r2A) erzeugt.
Um gleichzeitig mit dem Kamerabild Fahrerassistenzfunktio¬ nen realisieren zu können, sollten die Lichtbündelpaare (8, 9) das Fahrerassistenzbild (7) nicht stören. Hierzu wird aufgrund einer geeigneten Anordnung und Ausrichtung von Lichtquelle (3) und Kamera (1) zur Scheibe (2) ein Bereich (6) zur Regenerkennung gewählt, der außerhalb des Fahreras¬ sistenzbildes (7) auf dem Bildchip (5) liegt. Ein Beleuchtungsreflex von der äußeren Windschutzscheibe (9), über dem ein einzelner Regentropfen (4) liegt, weist einen dunklen zusammenhängenden Bereich bzw. eine Aussparung (10) auf. Die Intensität ist bei diesem Beleuchtungs¬ reflex (9) verringert, weil ein Großteil des in die Wind- schutzscheibe (2) transmittierten Strahls (tl) durch den Regentropfen (4) aus der Windschutzscheibe ausgekoppelt (t2>) und somit nicht zurück zur Kamera (1) reflektiert (r2>) wird. Dieser Beleuchtungsreflex (9) trägt daher die Information in sich, ob Regen (4) auf der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) vorliegt, und dessen Struktur könnte allei¬ ne als Messsignal verwendet werden. Die Auswertung kann z.B. durch eine Mustererkennung bzw. durch einen Vergleich von vorliegenden mit gespeicherten und/oder gelernten Strukturcharakteristika, wie z.B. dunklen zusammenhängenden Teilbereichen oder Schlieren innerhalb eines Beleuchtungs¬ reflexes (9) erfolgen. Auch Vergleiche der Struktur mehre¬ rer dieser Beleuchtungsreflexe (9) untereinander und/oder durch Analyse der zeitlichen Veränderungen der Struktur zumindest eines dieser Beleuchtungsreflexe (9) können erfol- gen. Schließlich kann auch ein Vergleich der Struktur eines Reflexes von der Scheibenaußenseite mit dem entsprechenden Reflex von der Scheibeninnenseite als Referenzstruktur durchgeführt werden. Um Störungen durch die Beleuchtung (3) weitestgehend zu vermeiden, kann zusätzlich auf einem Abdeckglas des Bildchips (5) bis zur oberen Kante des Fahrerassistenzbereichs (7) ein Infrarot-Sperrfilter aufgedampft werden. Zusätzlich kann, wie bereits oben erwähnt, über dem Regensensordetek- tionsbereich (6) ein Bandpassfilter für die Wellenlänge der Beleuchtung (3) aufgedampft werden.
Alternativ könnten die Filter auch direkt auf die Pixel des Bildsensors (5) aufgebracht sein. Dies hätte den Vorteil, dass ein Parallaxenversatz, der durch die Kante der unter- schiedlichen Filter für den Regensensorbereich (6) und Fahrerassistenzbereich (7) auf dem Abdeckglas erzeugt wird, vermieden wird. Vorteilhaft wäre hier ein Prozess, der dem jetzigen Aufbringen der Pixel-Farbfilter entspricht. Da- durch können die beiden Bereiche (6, 7) pixelgenau getrennt werden, womit zusätzliche mechanische Toleranzvorhalte, die sich durch den Produktionsprozess ergeben, vermieden werden. In diesem Zuge würde man auf das Aufbringen von Farbfiltern (R, G, B) für den Regensensorbereich (6) verzichten und dadurch die Empfindlichkeit für die Regendetektion steigern .
In Fig. 4a wird das in den vorhergehenden Absätzen Beschriebene schematisch illustriert.
In Fig. 4b wird das Beschriebene anhand eines reellen Fotos (aufgenommen vom Bildsensor (5) der Kamera (1)) gezeigt, um die Realisierbarkeit dieser Ausführungsform zu belegen: hier sind jeweils drei unscharfe Beleuchtungsreflexe (8 bzw. 9) von der Innen- (2.1) bzw. Außenseite (2.2) zu er- kennen, wobei der linke Außenreflex partiell von einem ein¬ zelnen Regentropfen beeinflusst ist.
Fig. 5 zeigt im Prinzip einen Ausschnitt des Regensensorbe¬ reichs (6) des Bildsensors (5) (vgl. Fig. 4) bei Vorliegen einer anderen Art von Niederschlag (4) auf der Außenseite (2.2) der Windschutzscheibe (2), nämlich Niesei- oder Sprühregen. In den dargestellten Beleuchtungsreflexen (9) von der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) sind Schlieren (11) vorhanden, die von der Auswertung der Reflexstruktur als solche erkannt werden. Sofern Nieselregen flächig auf der Scheibenaußenseite (2.2) vorliegt, sind Schlieren auf allen entsprechenden Beleuchtungsreflexen (9) vorhanden.
Wiederrum wird in Fig. 5a wird das Beschriebene schematisch illustriert, während in Fig. 5b das Beschriebene anhand ei¬ nes reellen Fotos gezeigt wird.
Fig. 6 zeigt schematisch einen Teil der Strahlengänge (vgl. Fig. 1-3) bei Vorliegen von Beschlag (12) auf der Innensei- te (2.1) der Scheibe (2) . Hierbei erscheint der Beleuch¬ tungsreflex (8) als unscharfes an der Innenseite der Schei¬ be gespiegelter Teilstrahl (rl) erscheint. Die Spiegelbil¬ der der Lichtquelle (3Λ) und des Lichtstrahls (hA) sind hierzu schematisch gestrichelt dargestellt.
Durch den Beschlag auf der Innenseite verändert sich die Struktur dieses Beleuchtungsreflexes gegenüber einer nicht¬ beschlagenen Scheibeninnenseite. Durch eine Auswertung die¬ ser Strukturveränderung des Beleuchtungsreflexes (8) von der Scheibeninnenseite (2.1) kann somit zuverlässig erkannt werden, dass Beschlag oder eine andere optische Störung auf der Scheibeninnenseite vorliegt. Der Beschlag wird im Übri¬ gen auch den oder die Beleuchtungsreflex (e) von der Schei¬ benaußenseite beeinflussen. So zeigt der in Fig. 7 dargestellte Ausschnitt des Regen¬ sensorbereichs (6) des Bildsensors (5) (vgl. Fig. 5) bei Vorliegen von Beschlag (12) auf der Innenseite (2.1) der Windschutzscheibe (2) auf der gesamten Fläche eine verän¬ derte Bildstruktur im Vergleich zu Fig. 4 und 5. Zur Erken- nung von Beschlag oder optischen Störungen auf der Schei- beninnenseite genügt es jedoch in der Regel, die Struktur der Reflexe von der Scheibeninnenseite auszuwerten.
Auch hier illustriert Fig. 7a das gerade Beschriebene sche- matisch und Fig. 7b verdeutlicht das Beschriebene anhand eines reellen Fotos.
Bezugs zeichenliste
1 Kamera
2 Scheibe
2.1 Innenseite der Scheibe
2.2 Außenseite der Scheibe
3 Beleuchtungsquelle
3Λ Spiegelbild der Beleuchtungsquelle
4 Regen, Regentropfen
5 Bildsensor
6 Regensensorbereich
7 Fahrerassistenzbereich
8 Abbildung des Reflexes von Scheibeninnenseite
9 Abbildung des Reflexes von Scheibenaußenseite
10 Dunkler Teilbereich
11 Schlieren
12 Beschlag auf der Scheibeninnenseite
h Hauptstrahl
ηΛ Strahl des Spiegelbilds der Beleuchtungsquelle
rl Anteil von h, der an der Scheibeninnenseite reflek¬ tiert wird
tl Anteil von h, der an der Scheibeninnenseite transmit- tiert wird
r2 Anteil von tl, der an der Scheibenaußenseite reflek¬ tiert wird
t2 Anteil von tl, der an der Scheibenaußenseite transmit- tiert wird
r2 Λ entspricht r2 bei Regen auf der Scheibenaußenseite t2 Λ entspricht t2 bei Regen auf der Scheibenaußenseite

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung von Regen oder Niederschlag (4) auf der Außenseite (2.2) einer Scheibe (2) mittels
- einer hinter der Scheibe (2) angeordneten und auf einen Fernbereich vor der Scheibe fokussierten Kamerad) ,
- einer Beleuchtungsquelle (3) zur Erzeugung mindes¬ tens eines auf die Scheibe (2) gerichteten Licht¬ strahls (h) , wobei die Beleuchtungsquelle (3) den min¬ destens einen Lichtstrahl (h) so auf die Scheibe (2) richtet, dass mindestens ein von der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektierter Strahl (r2; r2A) auf die Kamera (1) auftrifft, wobei
- die Kamera (1) eine Abbildung (9) des mindestens ei¬ nen von der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (r2; r2A) aufnimmt und
- die Struktur der Abbildung (9) des mindestens einen von der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (r2; r2A) ausgewertet wird zur Klassifikation der Art des Regens oder Niederschlags (4) auf der Au¬ ßenseite (2.2) der Scheibe (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswertung der Struktur der Abbildung (9) des mindestens einen von der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (r2; r2,)eine Mustererkennung umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswertung der Struktur der Abbildung (9) des mindestens einen von der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (r2; r2A) einen Vergleich von vorliegenden mit gespeicherten und/oder gelernten Strukturcharakteristika umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei aus einem zusammenhängenden Teilbereich (10) der Abbildung (9) des mindestens einen von der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (r2; r2A) mit geringerer Intensität das Vorliegen eines einzel¬ nen Regentropfens (4) auf der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) erkannt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei aus Schlieren (11) in der Abbildung (9) des mindestens einen von der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (r2; r2A)das Vorliegen von Niesel- und/oder Sprühregen (4) auf der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) erkannt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Beleuchtungsquelle (3) den mindestens einen Licht¬ strahl (h) so auf die Scheibe (2) richtet, dass von der Innen- (2.1) und Außenseite (2.2) der Scheibe re¬ flektierten Strahlen (rl; r2 bzw. r2A) als mindestens zwei räumlich getrennte Strahlen (rl; r2 bzw. r2A) auf die Kamera (1) auftreffen, so dass die Kamera (1) eine Abbildung (9) des mindestens einen von der Außenseite
(2.2) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (r2; r2A) und eine Abbildung (8) des mindestens einen von der Innenseite (2.1) der Scheibe (2) reflektierten Strahls
(rl) aufnimmt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei aus einer Auswertung der Abbildung (8) des mindestens einen von der Innenseite (2.1) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (rl) Beschlag auf der Innenseite (2.1) der Scheibe (2) er¬ kannt werden kann.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Struktur der Abbildung (8) des mindestens einen von der Innenseite (2.1) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (rl) ausgewertet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Lichtmenge der Abbildung (8) des mindestens einen von der Innenseite (2.1) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (rl) ausgewertet wird.
10. Vorrichtung zur Erkennung von Regen oder Niederschlag (4) auf einer Scheibe (2) umfassend
- eine hinter einer Scheibe (2) angeordnete Kamera (1), wobei die Kamera auf einen Fernbereich fokussiert ist, der vor der Scheibe (2) liegt,
- eine Beleuchtungsquelle (3) zur Erzeugung mindestens eines auf die Scheibe gerichteten Lichtstrahls (h) , wobei die Beleuchtungsquelle (3) den mindestens einen Lichtstrahl (h) so auf die Scheibe (2) richtet, dass mindestens ein von Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektierter Strahl (r2; r2A) auf die Kamera (1) auf¬ trifft,
- Bildverarbeitungsmittel zur Auswertung der Struktur der Abbildung (9) des mindestens einen von der Außen- seite (2.2) der Scheibe (2) reflektierten Strahls (r2; r2 Λ ) und
- Mittel zur Klassifikation der Art des Regens oder Niederschlags (4) auf der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) auf Basis der Auswertung der Struktur der Abbildung ( 9) .
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtungsquelle (3) den mindestens einen Lichtstrahl (h) so auf die Scheibe (2) richtet, dass die von der In¬ nen- (2.1) und Außenseite (2.2) der Scheibe reflektierten Strahlen (rl; r2 bzw. r2A) als mindestens zwei räumlich getrennte Strahlen (rl; r2 bzw. r2 Λ ) auf die Kamera (1) auftreffen.
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