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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum automatischen Erfassen
des Vorhandenseins von Feuchtigkeit auf einer Oberfläche, wie
etwa der Oberfläche
einer Fahrzeugwindschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug, um automatisch
die Scheibenwischer und/oder ein Enteisungs- oder Entnebelungssystem des
Fahrzeugs zu aktivieren.
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In
herkömmlichen
Scheibenwischersystemen werden die Scheibenwischer auf Grundlage
der verstrichenen Zeit zwischen Wischvorgängen anstatt auf Grundlage
des Feuchtigkeitspegels der Außenumgebung
der Windschutzscheibe aktiviert. Während Zuständen relativ gleichmäßigen Regens
kann beispielsweise das Zeitintervall so eingestellt werden, dass
es derjenigen Zeitdauer entspricht, während der sich der Regen bis
zu dem Punkt des gewünschten
Sichtniveaus ansammelt. Leider kann die Regenfallrate über eine
gegebene Zeitdauer sehr stark variieren. Zusätzlich können Verkehrsbedingungen bewirken,
dass veränderliche
Regenmengen auf die Windschutzscheiben fallen, etwa wenn ein Lastkraftwagen
vorbeifährt.
Im Ergebnis muss der Fahrer während
solcher Bedingungen häufig
das Wischerzeitintervall einstellen, was mühsam sein kann.
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Es
sind verschiedene Systeme bekannt, welche automatisch das Intervall
zwischen den Wischvorgängen
der Scheibenwischer auf Grundlage von Feuchtigkeit auf der Fahrzeugwindschutzscheibe steuern/regeln.
In einigen bekannten Systemen sind verschiedene Beschichtungen auf
die Fahrzeugwindschutzscheibe aufgetragen. Eine elektrische Messung
dieser Beschichtungen wird verwendet, um eine Angabe des Feuchtigkeitsgehalts
auf der Windschutzscheibe bereitzustellen. Leider benötigen solche
Verfahren relativ teuere Prozesse, weshalb solche Systeme kommerziell
nicht praktikabel sind. Andere Systeme zum automatischen Erfassen
des Feuchtigkeitsgehalts auf einer Fahrzeugwindschutzscheibe sind
ebenfalls bekannt. Beispielsweise sind optische Systeme bekannt,
welche die Differenz von reflektiertem Licht auf einer trockenen
Windschutzscheibe gegenüber
einer nassen Windschutzscheibe messen. Leider sind solche optischen
Systeme anfällig
gegenüber
einer Interferenz von äußeren Lichtquellen
und bieten somit unzulängliche
Leistungseigenschaften. Andere bekannte Systeme müssen an die
Windschutzscheibe angeklebt werden, was den Austausch der Windschutzscheibe
komplizierter gestaltet. Im Ergebnis solcher Schwierigkeiten sind Feuchtigkeitssensoren
an Fahrzeugen selten zu finden.
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Ein
anderes System zum automatischen Erfassen des Feuchtigkeitsgehalts
an einer Windschutzscheibe ist in der japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. Hei(1995)-286130 offenbart, welche die Verwendung eines Bildsensors
mit Ladungskopplungsbauteil (CCD) zur Abbildung eines Abschnitts
der Fahrzeugwindschutzscheibe zur Erfassung von Regentropfen beschreibt.
Das darin beschriebene System berechnet die Summe der Differenzen
zwischen jedem Pixel und dem Mittelwert aller Pixel. Leider erzeugen
Frontscheinwerfer von entgegenkommenden Fahrzeugen einen hellen
Fleck in dem Bild, welcher schwer vollständig unscharf zu machen ist
und wahrscheinlich als Regen interpretiert wird. Damit ein solches
System effizient arbeitet, müssen
ferner entfernte Objekte innerhalb der abgebildeten Szene vollständig unscharf
gemacht werden. Andernfalls werden in der abgebildeten Szene dunkle
und helle Bereiche entsprechend den entfernten Objekten auftreten.
Wenngleich in der japanischen offengelegten Patentanmeldung kein
optisches System zur Lösung
dieser Aufgabe offenbart ist, so wäre es doch sehr schwierig,
ein optisches System zum vollständigen
Unscharfmachen eines entgegenkommenden Frontscheinwerfers zu entwickeln.
Misslingt das Unscharfmachen von entgegenkommenden Frontscheinwerfern,
so könnte
dies zu einer falschen Auslösung
des in der oben bezeichneten japanischen offengelegten Patentanmeldung
offenbarten Systems führen.
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In
den gemeinsam zugewiesenen US-Patenten Nr. 5,923,027 und 6,097,024
ist ein Feuchtigkeitsertassungssystem offenbart, welches die oben
angegebenen Probleme überwindet.
Es wäre
jedoch dennoch wünschenswert,
die Fähigkeit
des offenbarten Systems zur Unterscheidung von Lichtquellen innerhalb
der abgebildeten Szene, welche eine falsche Auslösung der Scheibenwischer verursachen
können,
weiter zu verbessern.
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Das
deutsche Patent Nr.
DE
198 03 694 C1 zeigt den Oberbegriff von Anspruch 1 und
offenbart ein Feuchtigkeitserfassungssystem, in welchem zwei eindimensionale
Bilder von im Wesentlichen dem gleichen Abschnitt einer Fahrzeugwindschutzscheibe
aufgenommen werden. Die Bilder werden voneinander subtrahiert, um
Fernbereichsobjekte zu entfernen. In einer Ausführungsform wird ein einzelnes
eindimensionales Feld von Sensoren verwendet und Licht von zwei
unterschiedlichen und versetzten Lichtquellen wird nacheinander
auf den abgebildeten Abschnitt der Windschutzscheibe gerichtet.
Das Sensorfeld erfasst die Reflektionen irgendwelcher Feuchtigkeit
auf der Windschutzscheibe. Ein erstes Bild wird unter Verwendung
der ersten Lichtquelle aufgenommen und dann abgespeichert und anschließend wird
ein zweites Bild unter Verwendung der zweiten Lichtquelle aufgenommen.
Die beiden Bilder werden dann voneinander subtrahiert, um Fernbereichsobjekte
zu entfernen. Diese Ausführungsform
hängt im
hohen Maße
von der Fähigkeit des
Systems ab, das Licht von den beiden Lichtquellen von hohen Pegeln
von Umgebungslicht zu unterscheiden. Da ferner die beiden Bilder
nacheinander aufgenommen werden, besteht eine größere Wahrscheinlichkeit dafür, dass
sich die Fernbereichsobjekte in den beiden Bildern bewegt haben
werden und somit als ein Nahbereichsbild erscheinen.
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Das
deutsche Patent Nr.
DE
198 03 694 C1 offenbart eine zweite Ausführungsform,
in welcher zwei separate, horizontal versetzte, eindimensionale Bildsensorfelder
in Kombination mit zwei separaten Linsen verwendet werden, um denselben
Abschnitt der Windschutzscheibe abzubilden. Wenngleich diese Ausführungsform
einige der oben in Bezug auf die erste Ausführungsform genannten Probleme überwindet,
so erhöht
sie die Kosten des Systems, indem sie zwei separate Bildsensorfelder
benötigt.
Keine der beiden Ausführungsformen
bietet ein sehr robustes Bild, aus welchem nützliche Informationen, wie etwa
die räumliche
Verteilung von Objekten auf der Windschutzscheibe, erhalten werden
können,
oder von welchem Unregelmäßigkeiten
in den erfassten Lichtpegeln leicht verworfen werden können.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Feuchtigkeitserfassungssystem
bereitgestellt, welches zuverlässig
Fernbereichsobjekte, wie etwa Fahrzeugscheinwerfer und andere Lichtquellen,
die sich in den umliegenden Umgebungen befinden, von Nahbereichsbildern,
wie etwa Feuchtigkeit auf einer Fahrzeugwindschutzscheibe, unterscheidet.
Um diese und andere Aspekte und Vorteile zu erreichen, wird ein
System zum Erfassen von Feuchtigkeit auf einer Oberfläche bereitgestellt,
welches umfasst: ein erstes und ein zweites Sensorfeld, wenigstens
ein optisches System, welches so betrieben wird, dass es denselben
Abschnitt der Oberfläche
auf beide der Abschnitte des Sensorfeldes abbildet, ein Verarbeitungssystem,
welches mit dem Sensorfeld in Verbindung steht und welches zum Analysieren
von Bildern von dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Sensorfelds
betrieben wird, um Feuchtigkeit zu erfassen, sowie eine Rückspiegelanordnung,
wobei wenigstens eine Baugruppe von den Sensorfeldern, dem wenigstens
einen optischen System und dem Verarbeitungssystem von der Rückspiegelanordnung
getragen ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Feuchtigkeitserfassungssystem
bereitgestellt, welches zuverlässig Fernbereichsobjekte,
wie etwa Fahrzeugscheinwerfer und andere Lichtquellen, die in den
umliegenden Umgebungen vorhanden sein können, von Nahbereichsbildern,
wie etwa Feuchtigkeit auf einer Fahrzeugwindschutzscheibe, unterscheidet.
Um diese und andere Aspekte und Vorteile zu erreichen, wird ein
System zum Erfassen von Feuchtigkeit auf einer Oberfläche bereitgestellt,
welches umfasst: ein erstes und ein zweites Sensorfeld, welche räumlich voneinander
versetzt sind, wenigstens ein optisches System, welches dazu betrieben
werden kann, denselben Abschnitt der Oberfläche auf beiden Sensorfeldern
abzubilden, sowie ein Verarbeitungssystem, welches mit den Sensorfeldern
in Verbindung steht und so betrieben wird, dass es Bilder von den
Sensorfeldern analysiert, um Feuchtigkeit zu erfassen. Das Verarbeitungssystem
liest Bilddaten von wenigstens einer Zeile, jedoch von weniger als
allen Zeilen des ersten Sensorfelds, sowie Bilddaten einer entsprechenden
Zeile bzw. von entsprechenden Zeilen des zweiten Sensorfelds, vergleicht
die gelesenen Bilddaten und speichert das Ergebnis des Vergleichs vor
dem Lesen von Bilddaten von weiteren Zeilen der Sensorfelder ab.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird ein Scheibenwischer-Steuer-/Regelsystem für ein Fahrzeug bereitgestellt,
welches umfasst: einen ersten und einen zweiten zweidimensionalen
Bildsensor, ein optisches System, welches so betrieben wird, dass
es den selben Abschnitt der Oberfläche der Fahrzeugwindschutzscheibe
auf den ersten und den zweiten Bildsensor abbildet, sowie eine Verarbeitungsschaltung,
die in Verbindung mit dem Bildsensor steht und so betrieben wird,
dass sie Bilder von den Bildsensoren analysiert, um Feuchtigkeit
auf der Windschutzscheibe zu erfassen und die Scheibenwischer zu
aktivieren, wenn Feuchtigkeit erfasst wird.
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Diese
und andere Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung
werden dem Fachmann in Bezug auf die folgende Beschreibung, die
Ansprüche
und die beigefügten
Zeichnungen weiter verständlich
und erkennbar.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen:
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1 ist
eine Seitenansicht, welche eine Rückspiegelanordnung zeigt, die
ein gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebautes Feuchtigkeitserfassungssystem enthält;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht,
welche das gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaute Feuchtigkeitserfassungssystem zeigt;
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3A illustriert
die Abbildung eines Fernbereichsobjekts unter Verwendung des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserfassungssystems;
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3B illustriert
beispielhafte Bilder, die durch die beiden Bildsensorfeldabschnitte
des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserfassungssystems
erhalten werden, wenn ein Fernbereichobjekt, wie das in 3A Gezeigte,
abgebildet wird;
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3C zeigt
das resultierende Fernbereichsbild aus der Subtraktion eines Stereobildes
von dem anderen gemäß dem Feuchtigkeitserfassungssystem
der vorliegenden Erfindung;
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4A illustriert
die Abbildung eines Nahbereichsobjekts unter Verwendung des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserfassungssystems;
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4B illustriert
Beispielbilder, welche durch die beiden Bildsensorfeldabschnitte
des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserfassungssystems
erhalten werden, wenn ein Nahfeldobjekt, wie etwa das in 4A Gezeigte,
abgebildet wird;
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4C zeigt
das resultierende Nahbereichsbild aus einer Subtraktion eines Stereobilds
von dem anderen gemäß dem Feuchtigkeitserfassungssystem
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Draufsicht eines Beispiels des CIF-Bildgebers, welcher von
den beiden Linsen des optischen Systems überlagert ist;
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6A ist
eine Draufsicht von oben einer Linse 33, welche in dem
erfindungsgemäßen Feuchtigkeitserfassungssystem
verwendet werden kann; und
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6B ist
eine Seitenansicht der in 6A gezeigten
Linse;
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7 ist
eine Blockdarstellung einer elektronischen Schaltung des Feuchtigkeitserfassungssystems
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Systems mit einem Objekt,
welches in einem Abstand d von der Ebene der Linsen positioniert
und in einem Winkel A zum Zentrum des optischen Systems angeordnet
ist;
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9 ist
eine graphische Darstellung der Pixelpositionen der Bilder durch
beide Linsen in der Bildebene als Funktion des Abstands d des Objekts
von den Linsen für
Winkel A von 4, 8 und 12°;
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10 ist
eine graphische Darstellung der Positionsdifferenz zwischen einem
Bild durch die Linse 33a und einem entsprechenden Bild
durch die Linse 33b als Funktion des Abstands zum Objekt,
wobei Abstände
von 0 bis 1 m gezeigt sind; und
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11 ist
eine graphische Darstellung der Positionsdifferenz zwischen einem
Bild durch die Linse 33a und einem entsprechenden Bild
durch die Linse 33b als Funktion des Abstands zum Objekt,
wobei Abstände
von 45 mm bis 95 mm gezeigt sind.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
Feuchtigkeitserfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in der Lage, Feuchtigkeit auf einer Oberfläche, wie etwa der Windschutzscheibe
eines Fahrzeugs, zu erfassen. Ein solches System ist nützlich für die automatische
Steuerung/Regelung der Scheibenwischer, der Enteisungseinrichtung
und/oder des Entnebelungssystems des Fahrzeugs. Das System zum Erfassen
von Feuchtigkeit auf einer Fahrzeugwindschutzscheibe eliminiert
viele der Leistungsdefizite bekannter Feuchtigkeitserfassungssysteme
und stellt ein Feuchtigkeitserfassungssystem zu kommerziell praktikablen
Kosten bereit. In vorliegender Verwendung wird der Begriff „Feuchtigkeit" so verwendet, dass
er verschiedene Typen von Feuchtigkeit und Niederschlag bezeichnet,
welche auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs während verschiedener
klimatischer Bedingungen, wie etwa Regen, Schneefall, Eis, Nebel
zu finden ist, sowie auch andere Substanzen, die sich allgemein
auf einer Fahrzeugwindschutzscheibe absetzen können, wie etwa Insekten, Staub
und dergleichen. Das System ist in der Lage, eine herausragende
Leistungsfähigkeit
gegenüber anderen
bekannten Systemen während
eher allgemeinen klimatischen Bedingungen, wie etwa Eis, Nebel sowie
veränderlichen
Pegeln an Regen und Schneefall und dergleichen bereitzustellen.
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Wie
später
im Detail beschrieben wird, wird derselbe Abschnitt der Windschutzscheibe
auf sowohl ein erstes Bildsensorfeld als auch ein zweites Bildsensorfeld
abgebildet. Wie nachfolgend im Detail besprochen wird, können die
beiden von dem ersten und dem zweiten Bildsensorfeld erhaltenen
Bilder dann digitalisiert und miteinander verglichen werden. Durch
das Erhalten und Analysieren von zwei Bildern desselben Bereichs
aus zwei leicht unterschiedlichen Perspektiven kann das Verarbeitungssystem
das Prinzip der binokularen Disparität (auch als Stereobildgebung
bekannt) verwenden, um die Fähigkeit der
Unterscheidung von Nahbereichsobjekten von Fernbereichsobjekten
bereitzustellen, wodurch die Notwendigkeit für teuere Optik zum Unscharfmachen von
Fernbereichsobjekten entfällt.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist das Feuchtigkeitserfassungssystem
der vorliegenden Erfindung allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Das
Feuchtigkeitserfassungssystem kann stationär in der Montagehalterung 22 eines
Kraftfahrzeugrückspiegels 24 angebracht
sein oder kann alternativ in dem hinteren Abschnitt des Rückspiegelgehäuses 24 angebracht
sein. Als darüber
hinaus weitere Alternativen könnte
das Feuchtigkeitsertassungssystem in einer Überkopfkonsole, einer A-Säule, dem
Armaturenbrett, einer an der Windschutzscheibe angebrachten Konsole
oder in irgendeinem anderen Fahrzeugzubehörteil angebracht sein. Das
Feuchtigkeitsertassungssystem 20 umfasst einen Bildsensor 32,
der beispielsweise 55–105
mm hinter der Fahrzeugwindschutzscheibe 26 angebracht ist,
wobei seine optische Achse im Wesentlichen parallel zum Boden oder
in einem kleinen Winkel zum Boden verläuft. Der Winkel der Windschutzscheibe 26 variiert
in modernen Personenkraftwagen erheblich von Modell zu Modell. Ein
Beispiel für
den Winkel einer Fahrzeugwindschutzscheibe ist ungefähr 27°. Der Windschutzscheibenwinkel
von Lastkraftwagen kann im starken Maße verschieden sein. Eine solche
Konfiguration kann bewirken, dass Regentropfen und andere Feuchtigkeit
sich in unterschiedlicher Entfernung von dem Bildsensor 32 befindet,
abhängig
davon, wo sich die Feuchtigkeit in Bezug auf das Sichtfeld des Bildsensors 32 befindet.
Um eine Kompensation dieses Problems zu unterstützen, kann der Bildsensor 32 in
einem Winkel zur Windschutzscheibe 26 angeordnet sein,
derart, dass die Oberseite des Bildsensors 32 näher an die
Windschutzscheibe 26 herangeführt wird. Bei einem Windschutzscheibenwinkel
von ungefähr
27° kann
der Bildsensor 32 beispielsweise um ungefähr 12 bis
17° zur
Windschutzscheibe 26 hin angewinkelt werden.
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Wenn
die Bildebene nicht parallel zur Objektebene liegt, so wird der
optimale Fokus dann erhalten, wenn sich die Objekt- und die Bildebene
einander in der Ebene der Linse schneiden. Dies ist bekannt als
die Scheimpflug-Bedingung, deren Details in „Modern Optical Engineering," von Warren J. Smith (Seite
52) zu finden sind.
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Alternativ
kann ein Linsensystem, welches mit einer geeigneten Feldtiefe konzipiert
ist, das Bild der Oberfläche
der Windschutzscheibe deutlich unscharf machen, wenn der Bildsensor
parallel zur Linsenebene positioniert ist. Dennoch ist ein solches Unscharfmachen
nicht notwendig, wenn eine Stereobildgebung verwendet wird, wie
sie hier beschrieben ist. Tatsächlich
kann es von Vorteil sein, die Merkmale des Regensensors der vorliegenden
Erfindung mit einem Frontscheinwerfer-Abblendsystem zu kombinieren,
so dass ein gemeinsames Bildsensorfeld für beide Funktionen verwendet
werden kann. In einer solchen Anordnung ist es wünschenswert, das optische System
so zu konfigurieren, dass es eine ausreichende Feldtiefe für Bildobjekte
sowohl auf der Windschutzscheibe (d.h. Regen) als auch in der Entfernung
(d.h. Frontscheinwerfer) aufweist. Die Verwendung einer Sensorkonfiguration
mit stereoskopischer Bildgebung ermöglicht es somit, dass ein gemeinsames
optisches System für
beide Funktionen verwendet wird.
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Das
erfindungsgemäße Feuchtigkeitserfassungssystem 20 weist
vier Hauptkomponenten auf: ein optisches Bildgebungssystem; eine
Leuchtdiode; einen Bildsensor sowie ein Verarbeitungssystem. Das
optische Bildgebungssystem ist in 2 ,6A und 6B gezeigt,
während
der Bildsensor in 2 und 5 illustriert
ist.
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Das
optische Bildgebungssystem wird verwendet, um einen vorbestimmten
Abschnitt der Windschutzscheibe 26 auf zwei Sensorfelder 32a und 32b des
Bildsensors 32 abzubilden, so dass Objekte in der ungefähren Entfernung
der Windschutzscheibe 26 auf der Bildebene schärfer fokussiert sind,
während
Objekte in größerer Entfernung
stärker aus
dem Fokus gerückt
und unscharf sind: Der abgebildete Bereich der Windschutzscheibe 26 sollte
groß genug
sein, so dass die Wahrscheinlichkeit, während Zuständen relativ leichten Regens
Regentropfen zu empfangen, signifikant ist. Ferner sollte der abgebildete
Bereich der Windschutzscheibe auch in dem Bereich der Windschutzscheibe
liegen, der durch die Scheibenwischer gewischt wird.
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Das
optische Bildgebungssystem kann zwei bikonvexe Linsen 33a und 33b umfassen.
Die Linsen 33a und 33b können durch eine mechanische
Linsenhalterung 34 getragen sein, welche eine Sperre 36 von
ungefähr
5 mm Durchmesser direkt vor den Linsen bildet. Der Bildsensor 32 befindet
sich hinter den Linsen 33 und kann um ungefähr 12–17° leicht angewinkelt
sein.
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Die
Linsen 33a und 33b können Mikrolinsen sein, welche
in einem gemeinsamen Element ausgebildet sind. Ein Beispiel einer
solchen Struktur ist in 6A und 6B gezeigt.
Aufwändigere
optische Systeme, beispielsweise mit zusätzlichen Elementen, asphärischen
Elementen oder brechenden Objekten, könnten alle ebenfalls verwendet
werden, insbesondere dann, wenn eine kürzere Distanz von der Windschutzscheibe
ein gewünschtes
Merkmal ist. Da jedoch die aufgenommenen Bilder nicht für fotografische
Zwecke vorgesehen sind, ist eine solche optische Qualität in einer
Anwendung zur Feuchtigkeitserfassung nicht notwendig.
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Der
Bildsensor 32 ist vorzugsweise ein CMOS-Aktivpixel-Bildsensor.
CMOS-Aktivpixel-Bildsensoren
bieten Bildgebung mit hoher Empfindlichkeit und niedrigen Kosten
auf einem Chip, der in einem CMOS-Verfahren hergestellt ist. Solche CMOS-Aktivpixel-Bildsensoren
weisen verschiedene Vorteile gegenüber anderen Sensoren auf, einschließlich einem
geringen Energieverbrauch, verbreiteter CMOS-Produktionstechniken,
niedriger Kosten, der Fähigkeit
zur Integration zusätzlicher Schaltung
auf dem gleichen Chip, variabler Auslesefenster und einer variablen
Lichtintegrationszeit. Solche CMOS-Aktivpixel-Bildsensoren sind
kommerziell verfügbar
von Photobit Inc., Pasadena, Kalifornien, und umfassen z.B. Photobit-Teil
Nr. PB-0111. Geeignete Systeme sind im Detail in den gemeinsam zugewiesenen
Patenten, US-Patent Nr. 5,990,469 mit dem Titel „CONTROL CIRCUIT FOR IMAGE
ARRAY SENSORS," von
Jon H. Bechtel et al., sowie US-Patent Nr. 6,008,486 mit dem Titel „WIDE DYNAMIC RANGE
OPTICAL SENSORS," von
Joseph S. Stam et al., beschrieben. Die Fähigkeit zum Erhalten von Bildern
von separaten Unterfenstern des CMOS-Bildsensors macht diesen insbesondere
geeignet für
die vorliegende Erfindung, in welcher das Bildsensorfeld in zwei
Felder oder „Unterfenster" unterteilt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform steuert/regelt
das Verarbeitungssystem unabhängig die
Belichtung verschiedener Unterfenster eines jeden der Bildsensorfeldabschnitte 32a und 32b,
und zwar in einer Weise, wie sie in der gemeinsam zugewiesenen US-Patentanmeldung Nr.
09/970,728, mit dem Titel „MOISTURE
SENSOR AND WINDSHIELD FOG DETECTOR," eingereicht 4. Oktober 2001, von Joseph
S. Stam et al., beschrieben ist.
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Während CMOS-Aktivpixel-Sensoren
wesentliche Vorteile aufweisen, sind auch andere Bildsensoren geeignet
und werden als in dem Bereich der vorliegenden Erfindung liegend
angesehen. Die Größe und Anzahl
der Pixel ist so bestimmt, dass ein Bereich der Windschutzscheibe
abgebildet wird, der ausreichend groß ist und ausreichend detailliert ist,
um leichten Regen angemessen zu erfassen, während Kosteneffizienz erhalten
bleibt. Zum Beispiel wird ein 64 × 80-Aktivpixelfeld, das in
zwei gleichmäßige Felder 32a und 32b unterteilt
ist und eine Pixelgröße von 30 μm aufweist,
einen Bereich von ungefähr
30 mm × 30
mm auf einer Standard-Personenkraftwagen-Windschutzscheibe abbilden. Gemäß einem
stärker
bevorzugten Beispiel wird ein Photobit PB-0111 Common Intermediate
Format (CIF)-Bildgeber verwendet, welcher ein 352 × 288-Aktivpixelfeld
mit einem Pixelabstand von 7,8 μm aufweist. 5 zeigt
ein Beispiel des CIF-Bildgebers, über welchem die beiden Linsen
des optischen Systems angeordnet sind. Wie illustriert, sind die
Abschnitte 32a und 32b jeweils 288 × 176-Felder,
wobei die in den Zentren der beiden Linsen 33a und 33b angeordneten
Pixel um ungefähr
176 Pixel oder 1,3728 mm voneinander getrennt sind. Asphärische,
1 mm dicke Acryllinsen 33a und 33b weisen einen
Durchmesser von 1,0 mm, einen Radius von 2,20 mm und eine konische
Konstante von –1,0
auf und sind 3,8 mm entfernt von der Bildsensoroberfläche angeordnet.
Die Brennweite der Linsen 33a und 33b beträgt 4,5 mm
bei Wellenlängen
von 680 nm. Das maximale Sichtfeld beträgt 17,4° bei 28,0°. Bei einem beispielhaften Windschutzscheibe-Linse-Abstand
von 85 mm beträgt
der maximale Sichtbereich 43 mm × 63 mm für einen Windschutzscheibenwinkel
von 27°. Bei
einem beispielhaften Windschutzscheibe-Linse-Abstand von 55 mm beträgt der maximale
Sichtbereich 28 mm × 41
mm für
einen Windschutzscheibenwinkel von 27°.
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Während sowohl
das erste als auch das zweite Bildsensorfeld 32a und 32b als
Unterfensterabschnitte eines einzelnen Bildsensorfelds 32 offenbart
sind, so wird man erkennen, dass das erste und das zweite Bildsensorfeld 32a und 32b unter
Verwendung zweier separater Bildsensorvorrichtungen implementiert
werden können,
insbesondere wenn ein größerer Separationsabstand
gewünscht
ist.
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Ein
Blockdiagramm der Feuchtigkeitserfassungsschaltung ist in 7 gezeigt.
Wie zuvor erwähnt,
wird ein vorbestimmter Abschnitt der Windschutzscheibe 26 auf
zwei Feldabschnitte 32a und 32b des Bildsensors 32 abgebildet.
Der Bildsensor wird durch ein Verarbeitungssystem/-Schaltung gesteuert/geregelt,
welche auch die von dem Sensor 32 erhaltenen Daten liest
und verarbeitet. Das Verarbeitungssystem umfasst einen Analog-Digital-Wandler 35,
eine Zeitgeber- und Steuer-/Regelschaltung 37 sowie einen
Mikrokontroller 38. Die analoge Spannung eines jeden der
Pixel innerhalb des Sensors 32 wird durch den Analog-Digital-Wandler 35 in
einen digitalisierten Grauskalenwert umgewandelt. Der Analog-Digital-Wandler 35 wird
unter der Steuerung/Regelung der Zeitgeber- und Steuer-/Regelschaltung 37 gesteuert/geregelt,
welche wiederum durch den Mikrokontroller 38 gesteuert/geregelt
wird. Die Zeitgeber- und Steuer-/Regelschaltung 37 ist
im Detail in dem gemeinsam zugewiesenen US-Patent Nr. 5,990,469,
mit dem Titel „CONTROL
CIRCUIT FOR IMAGE ARRAY SENSORS," von
Jon H. Bechtel et al, beschrieben.
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Ein
geeigneter Mikrokontroller 38 ist ein Motorola STAR 12TM, Teil-Nr. MCS912D64. In dem Fall, dass
der Mikrokontroller nicht genug Arbeitsspeicher (RAM) aufweist,
um ein vollständiges
Bild von dem Bildsensor zu speichern, so kann das Fensterungsmerkmal
des CMOS-Bildgebungssensors verwendet werden, um alternativ unterschiedliche
Bereiche von ausreichend geringer Größe für den eingebauten RAM des Mikrokontrollers 38 abzubilden
und zu verarbeiten. Alternativ kann die Inline-Verarbeitungsprozedur
verwendet werden, welche in der gemeinsam zugewiesenen US-Patentanmeldung
Nr. 09/799,310 mit dem Titel „IMAGE
PROCESSING SYSTEM TO CONTROL VEHICLE HEADLAMPS AND OTHER VEHICLE
EQUIPMENT," eingereicht
am 5. März 2001,
von Joseph S. Stam et al., offenbart ist, um die Speicheranforderungen
des Prozessors zu reduzieren.
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Wie
in der vorstehend zitierten US-Patentanmeldung Nr. 09/970,728 offenbart,
kann ein Feuchtigkeitserfassungssystem wie das darin Offenbarte nicht
nur die separate Abbildung von Unterfenstern des Bildsensorfeldes
erlauben, sondern es kann auch der Belichtungspegel der Unterfenster
unabhängig
eingestellt werden. Es kann außerdem
wünschenswert
sein, gemäß der Lehren
der oben genannten '728-Anmeldung
einen Schmalbandfilter und eine zusätzliche Lichtquelle 66 (d.h.
eine LED) zu verwenden, um den abgebildeten Bereich der Windschutzscheibe
zu beleuchten. Separate Bilder können
mit oder ohne zusätzliche
Beleuchtung erhalten werden und miteinander beispielsweise unter Verwendung
von Techniken zu korrelierten Doppelabtastung verglichen werden,
um die Abbildung der Oberfläche
der Windschutzscheibe unter Bedingungen mit schwachem Umgebungslicht
zu unterstützen und
die Unterscheidung zwischen Nahbereichs- und Fernbereichsobjekten
zu unterstützen.
Somit können vier
Bilder effektiv aufgenommen und verarbeitet werden, ein erstes Bild
A durch Linse 33a ohne Zusatzbeleuchtung, ein zweites Bild
A' durch Linse 33a mit
Zusatzbeleuchtung, ein drittes Bild B durch Linse 33b ohne
Zusatzbeleuchtung und ein viertes Bild B' durch Linse 33b mit Zusatzbeleuchtung.
Somit ergibt eine Subtraktion der Bilddaten ohne Zusatzbeleuchtung
von den Bilddaten mit Zusatzbeleuchtung Bilddaten, aus denen die
externe Beleuchtung entfernt ist (d.h. A'-A und B'-B). Um dann das Bild durch die Linse 33a mit
dem durch 33b zu vergleichen, würde man die folgende Verarbeitung
ausführen:
(A'-A)-(B'-B). Um den benötigten Speicher
für diese
Verarbeitung zu minimieren, könnte
man Bilder (A' und
B') durch beide
Linsen 33a und 33b mit eingeschalteter Beleuchtung
auslesen, diese beiden Bilder subtrahieren (d.h. A'-B'), Bilder (A und
B) durch beide Linsen 33a und 33b mit ausgeschalteter
Beleuchtung auslesen, diese beiden Bilder subtrahieren (d.h. A-B)
und dann die letztere Differenz von der ersteren Differenz subtrahieren
(d.h. (A'-B')-(A-B)).
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Wenn
ein Bild durch jeden der Bildsensorfelder 32a und 32b des
Bildsensors 32 erst einmal erfasst ist, so wird die Helligkeit
eines jeden Pixels, die durch eine analoge Spannung repräsentiert
ist, durch den Analog-Digital-Wandler 35 in einen digitalen Grauskalenwert
umgewandelt. Diese Werte werden in den Speicher geschrieben, was
auf dem Mikrokontroller 38 stattfinden kann, und durch
den Mikrokontroller 38 oder alternativ einen digitalen
Signalprozessor verarbeitet.
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Die
digitalisierten Bilder von dem ersten und dem zweiten Bildsensorfeld 32a und 32b werden
miteinander verglichen, um Fernbereichsobjekte von Nahbereichsobjekten
zu unterscheiden. Wie in 3A und 3B gezeigt
ist, wird ein Fernbereichsobjekt (gezeigt als ein Baum) auf die
gleichen Positionen der Bildsensorfelder 32a und 32b relativ zu
den optischen Achsen der Linsen 33a und 33b abgebildet.
Wenn die beiden Bilder, wie in 3C gezeigt,
voneinander subtrahiert werden, so wird das Bild/werden die Bilder
von dem Fernbereichsobjekt/von den Fernbereichsobjekten aus dem
resultierende Bild entfernt. Wie in 4A und 4B gezeigt,
wird ein Nahbereichsobjekt, wie etwa ein Regentropfen auf der Windschutzscheibe,
an unterschiedlichen Positionen der Bildsensorfelder 32a und 32b abgebildet.
Wenn die beiden Bilder voneinander subtrahiert werden, so wird/werden,
wie in 4C gezeigt, das Nahbereichsobjekt/die
Nahbereichsobjekte nicht aus dem resultierenden Bild entfernt, anders
als die Bilder irgendwelcher möglicherweise
vorhandener Fernbereichsobjekte.
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Die
beiden Bilder können
gleichzeitig in den beiden Unterfenstern eines einzelnen Bildfeldsensors
erhalten werden und die Bilddaten können aus den beiden Unterfenstern
in verschachtelter Weise ausgelesen werden. Beispielsweise kann
eine erste Zeile des ersten Unterfensters ausgelesen werden, eine
erste Zeile des zweiten Unterfensters kann ausgelesen werden und
dann kann ein Vergleich der ersten Zeilen der beiden Unterfenster
ausgeführt
werden. Anschließend
können
zweite Zeilen der beiden Unterfenster ausgelesen werden, verglichen
werden usw. Durch das Lesen der Bilddaten in verschachtelter Art
wird weniger Speicher zum Speichern der Bilddaten aus beiden Unterfensterbildern
benötigt.
Wenn die Zeilendaten einmal verglichen sind, so müssen nur
die Vergleichsdaten gespeichert werden und die Zeilendaten können vor
dem Lesen der nächsten
Zeilendaten für
die beiden Unterfenster verworfen werden. Dieses Verfahren vereinfacht
die Verarbeitung und reduziert die Kosten. Es minimiert ferner irgendwelche
zeitlichen Fehler, was eine Abschätzung einer Differenz zwischen
den Unterfenstern genauer macht. In ähnlicher Weise kann mehr als
eine Reihe, jedoch weniger als alle Reihen, aus jedem Unterfenster
ausgelesen und verglichen werden. Man sehe das vorstehend genannte
US-Patent Nr. 5,990,469 betreffend Beispiele, wie solche Bildauslesung
bewerkstelligt werden kann. Es sollte außerdem angemerkt werden, dass
der Bildsensor 32 in Bezug auf das optische System so orientiert
sein kann, dass dann, wenn eine Zeile Daten gelesen wird, die Zeile
beide Bereiche 32a und 32b des Feldes überquert
und somit eine einzelne Zeile von Daten entsprechende Daten von
beiden Bereichen 32a und 32b enthält. Somit kann
eine einzelne Zeile gelesen werden und die Hälfte der Zeile kann von der
anderen Hälfte
subtrahiert werden, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu
erzielen.
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In
einer bevorzugten Implementierung sind die Linsen 33a und 33b zwischen
ungefähr
55 bis 85 mm hinter der Windschutzscheibe positioniert, wobei die
Mittelpunkte der Linsen lateral voneinander um ungefähr 1,3 mm
versetzt sind. Der Abstand von der Windschutzscheibe kann durch
Vergrößerung des Versatzes
zwischen den Linsen 33a und 33b vergrößert werden.
Mit der bevorzugten Implementierung werden Objekte, die größer als
150 bis 200 mm sind, von den Linsen effektiv als Fernbereichsobjekte
behandelt, welche aus der abgebildeten Szene unter Verwendung der
oben beschriebenen erfindungsgemäßen Technik
entfernt werden. Zur Demonstration wird nachfolgend eine Computeranalyse
des bevorzugten Systems beschrieben.
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8 zeigt
ein Objekt 70, welches in einem Abstand d von der Ebene
der Linsen 33a und 33b positioniert ist und in
einem Winkel A gegenüber
dem Zentrum des optischen Systems angeordnet ist. Die Linsen 33a und 33b sind
in einem Abstand vom Bildsensor 32 angeordnet, der der
Brennweite f des optischen Systems entspricht, und die Mittelachsen der
Linsen 33a und 33b sind um einen Abstand s getrennt.
In 8 entspricht A1 dem Winkel zwischen dem abgebildeten
Objekt und dem Zentrum der Linsen 33a, A2 entspricht dem
Winkel zwischen dem abgebildeten Objekt und dem Zentrum der Linse 32b, X1
entspricht der Position des Bildes durch die Linse 33a auf
der Bildebene und X2 entspricht der Position des Bildes durch Linse 33b auf
der Bildebene. Unter Verwendung des bevorzugten CIF-Bildgebers gilt: A(α) ≡ α·π/180 s ≡ 1.3728
mm f ≡ 4.5
mm p ≡ 7.8 μmwobei
p die Bildgeber-Pixelgröße/-Abstand
ist. Die Winkel A1 und A2 können
wie folgt berechnet werden: A1(d, α) ≡ atan[(d·tan(A(α)) + s/2)]/d A2(d, α) ≡ atan[(d·tan(A(α)) – s/2)]/d
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Unter
der Annahme, dass der Bildwinkel gleich dem Objektwinkel ist (Lochlinsennäherung), können die
Positionen X1 und X2 der Bilder in der Bildebene relativ zum Zentrum
der Linsen 33a und 33b jeweils wie folgt berechnet
werden: X1(α1) ≡ f·tan(α1) X2(α2) ≡ f·tan(α2)
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In
Pixeln sind diese Positionen: X1p(α1) ≡ X1(α1)/p X2p(α2) ≡ X2(α2)/p
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9 zeigt
eine graphische Darstellung der Pixelpositionen der Bilder durch
beide Linsen in der Bildebene als Funktion des Abstands d des Objekts von
den Linsen für
die Winkel A von 4, 8 und 12°. 10 ist
eine graphische Darstellung der Positionsdifferenz zwischen einem
Bild durch Linse 33a und einem entsprechenden Bild durch
Linse 33b als Funktion des Abstands zu dem Objekt, wobei
Abstände
von 0 bis 1 m gezeigt sind. 11 ist
ebenfalls eine graphische Darstellung der Positionsdifferenz zwischen
einem Bild durch Linse 33a und einem entsprechenden Bild
durch Linse 33b als Funktion des Abstands zu dem Objekt,
wobei Abstände
von 45 mm bis 95 mm gezeigt sind. Wie aus 9 bis 11 zu
erkennen ist, ist die Differenz zwischen den Positionen der Bilder
quasi Null für
Objekte in einer Entfernung von 1 m oder mehr, während der Abstand zwischen
den Positionen der Bilder für
Entfernungen von 95 mm oder weniger wenigstens 8 Pixel beträgt. Dementsprechend
können
entfernte Objekte durch Subtraktion der Bilder effektiv entfernt
werden, während
nahe Objekte auf der Windschutzscheibenoberfläche nach der Subtraktion erhalten
bleiben würden.
Die Differenz zwischen den Positionen der Bilder durch die Linsen 33a und 33b ist
für verschiedene
Objektwinkel A quasi unverändert.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
es somit, Regentropfen leicht von entfernten Objekten zu unterscheiden,
insbesondere von Frontscheinwerfern, Rückleuchten, Straßenlichtern,
Verkehrsleuchten und anderen Lichtquellen, welche andernfalls schwierig
von Regentropfen auf einer Fahrzeugwindschutzscheibe zu unterscheiden
sind.
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Allgemein
werden die beiden Bilder von dem ersten und dem zweiten Bildsensorfeld 32a und 32b verglichen,
um das Vorhandensein irgendeiner Relativabweichung zu bestimmen.
Die Relativabweichung kann durch Betrachten der Rohdifferenz zwischen
den Bildern, durch Berechnen und Analysieren des quadratischen Abweichungsverhältnisses
oder, am stärksten
bevorzugt, durch Berechnen und Analysieren der Korrelationskonstante
bestimmt werden.
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Um
die Genauigkeit des Systems weiter zu verbessern und es dem System
zu ermöglichen,
zwischen Regentropfen und Windschutzscheibenbrüchen oder Fremdkörpern auf
der Windschutzscheibe zu unterscheiden, kann das Verarbeitungssystem 28 Kantenerfassungstechniken
verwenden und kann die hohen Ortsfrequenzbestandteile des Bildes/der
Bilder analysieren. Die Kantenerfassung kann separat an den Bildern
von dem ersten und dem zweiten Bildsensorfeld 32a und 32b vor
dem Vergleich ausgeführt
werden oder kann an dem Bild ausgeführt werden, das im Ergebnis
des Vergleichs erstellt wurde und aus dem die Fernbereichsobjekte
bereits entfernt wurden. Spezieller werden Regentropfen durch die
Quantifizierung der Unstetigkeit erfasst, die sich aus den scharten
Kanten der Regentropfen auf der Windschutzscheibe ergibt. Diese
scharten Kanten werden durch die fokussierten Bilder der Regen-
oder anderer Feuchtigkeitstropfen zusammen mit der zufälligen optischen
Abbildung von Fernbereichsobjekten durch die Tropfen oder die andere
Feuchtigkeit verursacht. Laplace-, Sobel- oder vorzugsweise Prewitt-Filterung
kann zum Erfassen der Kanten in den Bildern eingesetzt werden.
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Das
Verarbeitungssystem kann die Bilder von dem ersten und dem zweiten
Bildsensorfeld auf scharfe Unstetigkeiten hin untersuchen, die durch
die Kanten der Wasserregentropfen oder anderer Feuchtigkeit und
durch das zufällige
Fokussieren von fernen Objekten durch die Tropfen verursacht werden. Diese
Unstetigkeiten repräsentieren
hohe Ortsfrequenzkomponenten. Die Größe der hohen Ortsfrequenzkomponenten
wird dazu verwendet, eine Scheibenwischer-Motor-/Steuerung/Regelung 40 zu steuern/zu
regeln, so dass die Frequenz des Wischens der Scheibenwischerblätter (d.h.
das Zeitintervall zwischen Wischvorgängen) als eine Funktion der
Menge an Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe gesteuert/geregelt
wird.
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Das
vorstehend beschriebene System kann auch dazu verwendet werden,
das Vorbeilaufen der Wischerblätter
an dem abgebildeten Bereich der Windschutzscheibe zu erfassen. Wenn
die Wischer des Kraftfahrzeugs so gestaltet sind, dass die Wischer
niemals annähernd
vertikal sind, während
sie den abgebildeten Bereich überqueren,
so können
die oben beschriebenen Filter modifiziert werden, um eine solche
Konfiguration zu berücksichtigen.
Beispielsweise können
verschiedene Kantenerfassungsverfahren, die auf dem Gebiet der Bildverarbeitung
gut bekannt sind, ebenfalls verwendet werden. Wenn zusätzlich die
Wischergeschwindigkeit für
die Fahrzeugscheibenwischer so schnell ist, dass sie in dem Bild
während
der notwendigen Belichtungszeit geringfügig verschwimmt, so kann der
horizontale Filter so modifiziert werden, dass er die Pixel reduziert,
die zwei Positionen links und rechts des momentanen Pixels liegen,
anstatt die Pixel unmittelbar neben dem momentanen Pixel.
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Nachdem
der Wischer den abgebildeten Bereich gesäubert hat, werden zusätzliche
Bilder der Windschutzscheibe aufgenommen. Diese Bilder können als
Nullpunktmessungen verwendet werden, welche von allen nachfolgenden
Messungen bis zum nächsten
Wischvorgang subtrahiert werden kann. Auf diese Weise werden längerfristige
hohe Ortsfrequenzkomponenten von einer verschmutzten Windschutzscheibe,
von Brüchen,
Kratzern und von gefrorenem Eis in dem Bild nicht zur erfassten
Regenmenge beitragen.
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Wenn
der Scheibenwischer innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens nicht
erfasst wird, so geht das System davon aus, dass eine Fehlfunktion aufgetreten
ist, welche im Ergebnis davon hervorgerufen sein kann, dass der
Scheibenwischer an der Windschutzscheibe angefroren ist. In einem
solchen Zustand kann der Betrieb des Feuchtigkeitssensors gemäß der vorliegenden
Erfindung für
eine Zeitdauer ausgesetzt werden, um das Tauen des Eises zu ermöglichen.
Wenn eine Außentemperaturinformation verfügbar ist,
so können
Frost-Klimazustände
mitberücksichtigt
werden, um zu entscheiden, ob die Wischer aufgrund einer mechanischen
Fehlfunktion ausgefallen sind oder aufgrund von Eis.
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Das
System ist ferner in der Lage, sich an veränderliche Lichtpegel anzupassen.
Insbesondere kann während
gewählter
Zyklen der durchschnittliche Grauskalenwert des Bildes berechnet
werden. Wenn dieser Wert hoch ist, was eine Überbelichtung anzeigt, so kann
die Integrationszeit in dem folgenden Zyklus reduziert werden, um
die durchschnittliche Helligkeit zu reduzieren. Ähnlich kann die Integrationszeit
vergrößert werden,
wenn das Lichtniveau gering ist. Unter relativ dunklen Bedingungen
kann es vorkommen, dass einige Bildsensoren nicht in der Lage sind,
genug Licht in annehmbarer Zeit einzufangen, um Feuchtigkeit, wie
etwa Regentropfen, adäquat
abzubilden. In einer solchen Situation kann eine zusätzliche
Beleuchtung 66 bereitgestellt sein, um den interessierenden
Bereich von hinten kurz zu beleuchten, während die Bilder aufgenommen
werden. Wenn die Windschutzscheibe des Fahrzeugs nicht hochabsorbierend
für Infrarotstrahlung
ist, so kann eine Nahinfrarot-Beleuchtung verwendet werden, solange
die Wellenlängen
innerhalb des erfassbaren Bereichs des Bildsensors liegen. Eine
Infrarotbeleuchtung hat den Vorteil, dass sie nicht sichtbar für das menschliche
Auge ist und somit den Fahrer nicht ablenkt.
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Um
die Wählbarkeit
für ein
System bereitzustellen, kann eine Fahrer-Ein/Aus-Empfindlichkeits-Steuer-/Regelschaltung 44 bereitgestellt
werden. Diese Steuer-/Regelschaltung 44 kann in besonderen
Umständen
verwendet werden, beispielsweise wenn sich das Fahrzeug in einer
automatischen Fahrzeugwaschanlage befindet, um einen unerwünschten
Betrieb des Systems zu verhindern. Die intermittierende Wischersteuerung/-regelung
kann verwendet werden, um eine Einstellung der Empfindlichkeit des
Systems zu ermöglichen.
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Das
System der vorliegenden Erfindung kann außerdem einen Mechanismus zum
Erfassen von Nebel an der Innen- oder der Außenfläche der Windschutzscheibe umfassen.
Ein solcher Mechanismus ist in dem US-Patent Nr. 5,923,027 offenbart. Um
einen solchen Nebelerfassungsmechanismus in dem Feuchtigkeitserfassungssystem
der vorliegenden Erfindung zu implementieren, wäre eine Beleuchtung, wie etwa
eine LED, zusätzlich
zu der Beleuchtung 66 hinzuzufügen. Anders als die Beleuchtung 66,
welche den gesamten abgebildeten Bereich der Windschutzscheibe beleuchtet,
wäre die
zusätzliche
Beleuchtung dazu eingerichtet, einen fokussierten Lichtpunkt auf
die Windschutzscheibe zu projizieren, der dann unter Verwendung
eines oder beider der Bildsensorfelder gemessen wird. Gelegentlich kann
das Fahrzeug, bei einer Bergauffahrt, in solcher Art positioniert
sein, dass die Sonne durch die Einrichtung direkt abgebildet wird.
Die Strahlungsbelastung, die durch eine solche Ausrichtung hervorgerufen
wird, kann den Bildsensor 32 mit der Zeit beschädigen. Um
solch ein Problem einzuschränken,
kann ein elektrochromischer Filter verwendet werden, um den größten Teil
des Sonnenlichts zeitweise aus der Bildebene zu entfernen. Andere
optisch-elektronische
oder optisch-mechanische Vorrichtungen könnten ebenfalls verwendet werden.
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Wie
vorstehend offenbart, kann das Feuchtigkeitserfassungssystem der
vorliegenden Erfindung mit einem Frontscheinwerfer-Abblendsystem
integriert sein. Beispiele für
Frontscheinwerfer-Abblendsysteme sind in den gemeinsam zugewiesenen US-Patenten
Nr. 5,837,994; 6,049,171; 6,255,639 und 6,281,632 offenbart. Wie
zuvor erwähnt,
können Feuchtigkeitserfassungs-
und Frontscheinwerfer-Abblendsysteme das gleiche optische System
teilen. Das erfindungsgemäße stereoskopische
Feuchtigkeitserfassungssystem ist speziell für eine solche Integration gut
geeignet, da das optische System nicht dazu eingerichtet sein muss,
entfernte Objekte unscharf zu machen, wie dies bei anderen Feuchtigkeitserfassungssystemen
der Fall ist, die Bildsensoren verwenden. Zusätzlich offenbaren die oben
genannten Patente Frontscheinwerfer-Abblendschaltungen, welche optische
Systeme einsetzen, die dem hierin Offenbarten ähnlich sind.
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7 zeigt
ein elektrisches Schaltdiagramm in Blockform, welches ein integriertes
Feuchtigkeitserfassungs-/Frontscheinwerfer-Abblendsystem illustriert,
welches nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, welches jedoch
dennoch beschrieben wird, um die Erfindung besser zu verstehen.
Wie illustriert, wird ein gemeinsamer Mikrokontroller 38 verwendet, um
die Bilddaten von einem gemeinsamen Sensorfeld 32 zu verarbeiten.
Zusätzlich
zur Steuerung/Regelung des Betriebs der Scheibenwischer und der Enteisungseinrichtungen,
steuert/regelt der Mikrokontroller 38 den Betrieb der Außenscheinwerfer 75 des
Fahrzeugs. Solche Außenscheinwerfer 75 umfassen
Fernlicht-Frontscheinwerfer und Abblendlicht-Frontscheinwerfer Tagesfahrleuchten,
Schlechtwetterleuchten, wie etwa Nebelleuchten, Standleuchten, Heckleuchten,
Bremsleuchten usw. Während
die Verarbeitung von Daten für
Frontscheinwerfer-Abblendfunktionen und für Feuchtigkeitserfassungsfunktionen
sich beträchtlich
unterscheidet und beide Verarbeitungsfunktionen anderenfalls den
größten Teil
der Verarbeitungsleistung des Mikroprozessors 38 benötigen würden, können Maßnahmen
getroffen werden, um die Verarbeitungsbelastung für beide Funktionen
zu reduzieren und Verarbeitungsaufgaben für beide Anwendungen anderweitig
auszugleichen. Da es insbesondere allgemein ratsam ist, bei Regen
nur die Abblendlicht-Frontscheinwerfer zu betreiben, kann der Mikrokontroller 38 die
Fernlicht-Frontscheinwerfer des Fahrzeugs einfach abschalten, wenn
Feuchtigkeit erfasst wird und/oder die Scheibenwischer arbeiten,
und seine Verarbeitungsressourcen für die Feuchtigkeitserfassungsfunktion verwenden.
Auf ähnliche
Weise müssen während Zeiten
relativ hoher Umgebungshelligkeit Verarbeitungsressourcen nicht
für die
Erfassung von Fahrzeugen zur Abblendung der Frontscheinwerfer verwendet
werden, sondern können
stattdessen für
die Feuchtigkeitserfassung verwendet werden. Falls notwendig, kann
ein anderer Prozessor eingesetzt werden, um die von dem Bildsensor
gelesenen Daten vorher zu verarbeiten, bevor die verarbeiteten Daten an
den Mikrokontroller 38 weitergegeben werden. Wie in der
US-Patentanmeldung Nr. 09/800,460 mit dem Titel „SYSTEM FOR CONTROLLING EXTERIOR
VEHICLE LIGHTS," eingereicht
am 5. März 2001,
von Joseph Stam et al., beschrieben ist, kann beispielsweise ein
zusätzlicher
Prozessor verwendet werden, um eine Lichteransammlung von Lichtern vor
dem Fahrzeug zu identifizieren, welche möglicherweise andere Fahrzeuge
sind. Auf ähnliche
Weise könnte
ein solcher zusätzlicher
Prozessor dazu verwendet werden, eine Kantenerfassung von auf der
Windschutzscheibe erfassten Objekten durchzuführen.
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Wenngleich
die Erfindung hier im Detail entsprechend bestimmter bevorzugter
Ausführungsformen
derselben beschrieben wurde, so können eine Vielzahl von Modifikationen
und Änderungen
von einem Fachmann an diesen bewirkt werden, ohne materiell die
neuen Lehren und Vorteile dieser Erfindung zu verlassen. Dementsprechend
ist beabsichtigt, dass alle solche Modifikationen in den Bereich
dieser Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert
ist, eingeschlossen sein sollen, und es ist daher unsere Absicht,
nur durch den Inhalt der beigefügten
Ansprüche
und nicht durch die in den hier gezeigten Ausführungsformen beschriebenen
Details und Instrumentarien beschränkt zu sein.