(57)【要約】列状に配置され、照射周期に従った照射を受けるようになされた、光を感知する複数の画素を有するセンサ、及びほぼ無限大に設定されるカメラ焦点のための光学合焦手段を有するカメラを備えた、特に車のウィンドスクリーン表面の濡れ及び／又は汚れを検出する装置。該装置は、更に、前記カメラによって検出可能なスクリーン表面の検出部分を照射する光源を有している。該光源は、所定のオン／オフ周期に基づいて、オン・オフの切り替えが行われる。該オン／オフ周期は前記カメラセンサの照射周期と同期しており、前記スクリーン表面の濡れ／汚れは、前記カメラセンサからの画像情報を、該光源がオン状態の場合とオフ状態の場合で比較することにより検出される。
2005531752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列状に配置され、照射周期に従った照射を受けるようになされた、光を感知する複数の画素を有するセンサ、及びほぼ無限大に設定されるカメラ焦点のための光学合焦手段を有するカメラと；
該カメラにより検出可能なスクリーン表面の検出部分を照射するための光源とを備えた、特に車のウィンドスクリーン表面の濡れ及び／又は汚れを検出する雨検出装置において、
前記光源は所定のオン／オフ周期に基づいて、オン・オフの切り替えが行われ、
該オン／オフ周期は前記カメラセンサの照射周期と同期しており、
前記スクリーン表面の濡れ／汚れは、前記カメラセンサからの画像情報を、前記光源がオン状態の場合とオフ状態の場合で比較することにより検出されるようにしてある雨検出装置。
【請求項２】
照射周期毎に、前記カメラセンサの１つの画素、１つの画素ライン、又は全ての画素が照射され、前記オン／オフ周期は、前記カメラセンサの画素、ライン、又は画像の走査周波数と同期してある請求項１に記載の雨検出装置。
【請求項３】
前記光源は、人間の目では不可視である波長範囲の電磁放射線を照射する請求項１又は２に記載の雨検出装置。
【請求項４】
前記光源は、正弦波制御される請求項１乃至３のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項５】
前記スクリーン表面の濡れは、前記光源が駆動されるオン／オフ周期の周波数を、同期復調器及び／又はフィルタ処理部を用いて、フィルタ処理して評価することにより、検出可能である請求項１乃至４のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項６】
画像輝度信号は、該画像輝度信号から前記オン／オフ周期の周波数をフィルタ処理することにより、前記カメラセンサの出力信号より得られる請求項１乃至５のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項７】
前記オン／オフ周期は、１つのラインから次のラインへ１８０°位相が変化する請求項１乃至６のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項８】
前記カメラセンサの信号から、濡れを示す信号を得るために、前記センサの２本の連続するラインの画素の信号が減算される請求項１乃至７のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項９】
前記濡れ信号は、フィルタ処理されたもの、及び／又は同期復調されたものである請求項８に記載の雨検出装置。
【請求項１０】
濡れ情報を重畳した画像信号を得るために、前記センサの連続する２ラインの信号は加算される請求項１乃至９のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項１１】
濡れ情報を含まない画像信号を得るために、前記光源は、前記カメラセンサの連続する２本のラインの間で同期して、切り替えクロックに切り替えられる請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項１２】
前記カメラセンサの出力信号の期間内で、前記光源が駆動されていない状態での平均を求め、前記カメラセンサの出力信号の別の期間内で、前記光源が駆動されている状態での平均を求めて、これら２つの平均値を比較して濡れ信号又は濡れ値が得られる請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項１３】
濡れを検出する目的で、差分値のフィルタ処理及び／又は同期復調を行うことによって、光源が駆動していない期間の平均値と、光源が駆動した期間の平均値を相互比較する請求項１２に記載の雨検出装置。
【請求項１４】
前記光源からの光は直接前記スクリーンへ入射し、濡れがある場合は、前記カメラへの反射は入射の逆側で起きる請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項１５】
光の入射はスクリーンの側面から行われる、又はプリズムによりスクリーン表面へ行われる請求項２０に記載の雨検出装置。
【請求項１６】
前記光源の電磁放射は、濡れが検出される前記スクリーン表面に全反射を伴って当たる請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項１７】
前記スクリーン内側の濡れ検出のために、前記スクリーン内側に、全反射を伴って当たる光を発する第２光源を備える請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項１８】
前記２つの光源は別個に駆動され、前記スクリーン外部の濡れ、及び前記スクリーン内部の曇りを各別に検出する請求項１７に記載の雨検出装置。
【請求項１９】
異なるクロック周波数を用いて、両方の光源を同時に駆動する請求項１７に記載の雨検出装置。
【請求項２０】
内部と外部の反射（第１光源）の値から、内部反射（第２光源）の値を減算することにより、外部の濡れを求める請求項１７乃至１９のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項２１】
前記第１光源の光は、前記スクリーン内側に全反射を伴って当たり内部の曇りを検出し、前記第２光源の光は、前記スクリーン外側に全反射を伴って当たり外部の濡れを検出する請求項１乃至１６のいずれか、及び請求項１７乃至２０のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項２２】
前記カメラの光学焦点は、ほぼ無限大と前記スクリーン表面との間で調整される請求項１乃至２１のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【請求項２３】
前記センサからの信号におけるコントラストステップを検知し、前記スクリーン表面の濡れ／汚れを検出する検知器を備える請求項１乃至２２のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、窓ガラス、特に自動車のウィンドスクリーン上の汚れ／湿気を検出するための光学検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の濡れ状態に基づいてウィンドスクリーンのワイパを制御するための、様々な構成を有するウィンドスクリーン検出器が知られている。
【０００３】
例えば、抵抗又は熱検出器のように、濡れ状態の検出のためには、検出器が湿気に直接接触する必要があるものがある。湿気に直接接触しない検出器は、多くの場合、ウィンドスクリーンの内側表面に直接設置され、濡れたウィンドスクリーン表面の屈折率の変化を利用する（図１）。
【０００４】
光ビーム６は、特に赤外線領域にあり、光ビーム６が表面で可能な限り完全に反射して光ダイオード４に受光されるようにセンサ素子４により、ある角度で車のウィンドスクリーン１へ入射される。水滴により表面が濡れている場合、表面での屈折状態は乱れ、光ダイオード４で測定される光部が濡れ状態の関数として変化する。
【０００５】
受光された光の偏角の変化は、ウィンドスクリーンのワイパを制御するために評価される。
【０００６】
外部の光を全く検出しないことの利点を利用したシステムはＷＯ−Ａ−９５／０１５６１により公知である。
【０００７】
抵抗、熱又は静電システムと異なり、上述のタイプの光学的雨検出器は市場で成功をおさめた。設置位置に関する制限は、ウィンドスクリーン内面に光学的な直接接触を行う必要性、及び／又はウィンドスクリーン内外に光ビームを入射するためにとられる特別な手段の必要性によるものである。
【０００８】
ウィンドスクリーンの外側表面の濡れ又は汚れを検出するためにビデオカメラを用いることは、ＤＥ−Ｃ−１９８０３６４４，ＤＥ−Ａ−１９７４９３３１、ＤＥ−Ａ−１９７０４８１８、ＵＳ−Ａ−６，０９７，０２４、及びＵＳ−Ａ−４，８６７，５６１に示されている。しかし、これらのシステムのカメラは、雨滴検出のためのみに用いられている。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９７０４８１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明の目的は、窓ガラス表面の濡れ状態を、カメラを用いて遠方から検出することであり、カメラの焦点は、カメラから見て窓ガラス表面より遠く後方にある。特に、本発明は、カメラを用いてウィンドスクリーン上の曇り／凝結、及び／又は雨を検出し、該カメラは走行方向から見て、車の前方領域を撮影対象とするよう設けられている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明では、特に車のウィンドスクリーン表面（内側及び外側）の濡れ及び／又は汚れを検出する装置が提案されている。
本発明の装置は、
列状に配置され、照射周期に従った照射を受けるようになされた、光を感知する複数の画素を有するセンサ、及びほぼ無限大に設定されるカメラ焦点のための光学合焦手段を有するカメラと；
該カメラによる撮影対象となるべきウィンドスクリーンの範囲を照射するための光源とを備え、
該光源は所定のオン／オフ周期に基づいて、オン・オフの切り替えが行われ、
該オン／オフ周期は前記カメラセンサの照射周期と同期しており、
前記スクリーン表面の濡れ／汚れは、前記カメラセンサからの画像情報を、前記光源がオン状態の場合とオフ状態の場合で比較することにより検出される。
【００１１】
本発明の様々な実施の形態は、従属項で述べられている。
【００１２】
本発明にあっては、車のウィンドスクリーンの曇り及び／又は濡れを検出するために、ビデオカメラが用いられる。
【００１３】
車内のビデオカメラは、一般的に、例えば車の前方領域を撮影するものとして知られ、また、用いられている。これらのビデオカメラにより車の自動制御が可能である。本発明は、自動車内部に設置し、ウィンドスクリーンの曇り及び／又は濡れ及び汚れも検出するためにも用いるビデオカメラを提供する。このようなカメラは例えば車の前方１０ｍ〜５０ｍの範囲を撮影対象としている。換言すれば、該カメラの焦点は、疑似無限大に調整している。該カメラはウィンドスクリーンワイパによって払拭された、比較的小さな領域を通して、道路、道路上方領域、及び両脇領域を見る。他の手段を用いなければ、雨滴はこの焦点調整（疑似無限大）では、不明瞭な状態で該カメラに認識されることになるが、これは好都合である。なぜなら、もしそうでなければ、（セミオートマティックの）車制御にとっての重要な画像情報を誤って認識するか、検出しないかという状態になるからである。
【００１４】
本発明にあっては、光を用いたクロック照射によって、前記ウィンドスクリーンの濡れ／汚れは、前記カメラにとって可視状態となり、この照射目的の光源クロックは、前記カメラの露光周波数と同期している。前記カメラの露光はタイプ、すなわち、画素、ライン又は画像によって決まる。前記光源が例えば、露光周波数の半分でオンに切り替えられる場合、ウィンドスクリーンの濡れに関する画素、ライン、及び／又は画像の対象範囲が検出されるとき、画素、ライン、及び／又は画像はそれぞれ１つおきに、画像情報（輝度値）以外に、付加的輝度値を含んでいる。連続する画像の、隣接する画素、ライン又は画像の輝度を、又はより一般的には、純粋な画像情報を含む画素、ライン及び／又は画像の輝度値を、光源による付加的照射によって濡れ情報（付加的輝度値）をも含んだ画素、ライン及び／又は画像の輝度値と比較することにより、濡れ状態が存在するか否かが検出できる。時系列で連続するカメラ画素による検出にもかかわらず、画像情報は実質的に変化しないと仮定される。前記カメラの露光周波数（画像レーティング周波数）が比較的高い場合に、この仮定は適合する。例えば、１秒間に５０画像からがこの場合に当たる。
【００１５】
本発明の好適例にあっては、不可視波長範囲の光が、前記カメラのクロックされた追加的露光（周辺光に対しては常時露光されている）のために用いられる。この手段は、通行者がクロックされた光に煩わされないという利点があり、一般的に用いられるディタルカメラは一般的にこの波長範囲に反応する。従来、例えば道路の撮影への応用中においては、人間の目でも見ることのできるものを、“見る”ためにのみカメラが用いられてきたので、不可視波長範囲はこのようなカメラではフィルタ処理されていた。例えば光学カメラとして、ディジタルカメラが用いられる場合も、同様の状況が当てはまる。
【００１６】
クロックされた追加的光源は、適切に正弦波制御される。これは、電磁的互換性の面から利点がある。
【００１７】
更なる好適例にあっては、前記光源が駆動されるオン／オフ周期の周波数を、同期復調器及び／又はフィルタ処理部を用いて、フィルタ処理して評価することにより、スクリーン表面の濡れを検出する。
【００１８】
好ましくは、画像輝度信号は、該画像輝度信号から前記オン／オフ周期の周波数をフィルタ処理することにより、前記カメラセンサの出力信号より得られる。
【００１９】
前記カメラのセンサの画素読み出し周波数に従って前記光源をクロックする場合、光源のオン／オフ周期は、隣合うラインで１８０°位相が変化することが望ましい。前記カメラの２次元画素領域内においては、１画素おきに、追加的光源の光に曝され、追加的に照射された画素はラインからラインへ、間隔を隔てて配置される。
【００２０】
ライン読み出し周波数及び／又は画像読み出し周波数に従ってクロックされる光源の場合、一般的に上述の位相変化は必要ない。
【００２１】
好ましくは、前記カメラのセンサの信号から、濡れ状態を示す信号を取得するために、前記センサの２本の連続するラインの画素の信号は減算される。これに関係して、前記濡れ信号は、フィルタ処理及び／又は同期復調過程を施される事が望ましい。
【００２２】
重畳された濡れ情報（直流光部分）を含む画像信号を得るために、前記センサの連続する２つの信号は加算される。
【００２３】
濡れ情報を含まない画像信号を得るために、前記光源は、前記カメラのセンサの、互いに前後する、連続する２本のラインの間でクロック同期して切り替えられる。
【００２４】
好ましくは、前記カメラのセンサの出力信号の期間で、前記光源が駆動していない状態での平均を求め、前記カメラセンサの出力信号の別の期間で、前記光源が駆動している状態での平均を求めて、２つの平均値が比較されて、濡れ信号及び／又は濡れ値が得られる。完全なカメラ画像に基づいて濡れ／曇り／汚れ状態が存在するか否かの評価が実行される場合に、特にこの過程を適用する。周辺光のみに露光する場合のカメラ画像の平均値が、前記光源への付加的露光が行われている場合である次のカメラ画像の平均値と、所定の閾値よりも小さい値だけしか異ならないならば、汚れ及び／又は、曇り／濡れ状態は存在しない。平均値の差が、複数の連続する画像において同じであれば、一貫した濡れ／汚れが存在する。これは、例えば、虫がぶつかったことにより、ウィンドスクリーンが汚れたことを示す。また、平均値の差が、複数の連続する画像により異なる場合は、変動する汚れが存在する、つまり雨又は曇りを示すのである。
【００２５】
上述の過程、即ち光源が駆動されていない期間の平均値と、光源が駆動されている期間の平均値の相互比較は、濡れ状態を検出する目的で、差分値をフィルタ処理するか、及び／又は同期復調によって行われる。
【００２６】
追加的光の前記ウィンドスクリーンへの入射に関して、この光を直接ウィンドスクリーンへ入射することが望ましく、濡れ状態が存在する場合、前記カメラへの反射は、入射側と反対側で起こる。光の入射は、前記ウィンドスクリーンの側方向からか、プリズムを通じて、前記ウィンドスクリーン表面へ適切に行われる。
【００２７】
好ましくは、前記光源の電磁放射は前記スクリーン表面に当たって、そこで反射することで、濡れ状態が検出される。
【００２８】
本発明の概念は、前記ウィンドスクリーンの外側の濡れ（雨）及び、前記ウィンドスクリーン内側の曇りの両方を検出するために用いられる。２つの状態間で差異を生じさせるように、その光が、前記ウィンドスクリーン内部に全反射によって当たるような第２光源を用いて、曇りを検出することが望ましい。前記ウィンドスクリーン外側の濡れ状態と、内側の曇り状態を各別に検出する目的で、これら２つの光源は別個に駆動するよう設けられている。又は、２つの光源は、異なるクロック周波数で同時に駆動されてもよい。
【００２９】
外側の濡れ状態（雨）に関する情報を得るため、前記第２光源による照射により、及び（恐らくは露による）前記ウィンドスクリーン内側での前記カメラへの反射により得られた輝度値は、前記ウィンドスクリーンの内と外での反射をもたらす前記第１光源により前記ウィンドスクリーンを照射して得られる輝度値から減算される。
【００３０】
前記第１光源の光は、前記ウィンドスクリーン内側に全反射によって当たり、内部の曇り状態が検出される。また、前記第２光源からの光は、前記ウィンドスクリーン外側に全反射によって当たって、外側の濡れ状態が検出される。
【００３１】
前記カメラの光学焦点は、ほぼ無限大と前記スクリーン表面の間で調整されている。
【００３２】
また、前記センサの信号におけるコントラストステップを検知し、前記ウィンドスクリーン表面の濡れ／汚れを検知する検知器を用いることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明及び好適実施の形態について、次の図面を参照してより詳しく述べる。
【００３４】
図２では、カメラ７（モノクロCCD又はCMOSカメラ）は、その撮影方向がウィンドワイパにより払拭されたウィンドスクリーン１の部分を含むように、車内部に設置される。
【００３５】
カメラ７の実際の機能は、道路、距離、又はトンネルを検知する目的で、車とより長い距離を隔てて、道路を監視することにある。カメラ７は通常、車内部からウィンドスクリーン１を通して、前方を見るような位置に配置され、カメラの視線は運転手の視線と一致していることが望ましい。
【００３６】
撮影された画像の検出された輝度信号を対応評価することで、例えば道路中心及び路肩に位置する車の位置が計算及び／又は規制される。
【００３７】
この目的のためには、コントラストに優れ、高いエッジ解像力を示す、計算目的に重要な画像要素を撮影するために、焦点、つまり、画像の最適解像度の部分を車のウィンドスクリーンの外側に置く必要がある。これは、車の前方１０〜５０ｍの領域であってもよい。この場合、ウィンドスクリーン表面及び／又はウィンドスクリーンの濡れが画像では焦点外になるように、カメラ７がほぼ無限大にフォーカスされていることが要求される。ここで説明する配置による機能は、カメラ対物レンズの近傍の雨滴を検出すると同時に、画像特定のためにほぼ無限遠に焦点を合わせることである。
【００３８】
例えば濡れによりウィンドスクリーン表面に直接起こる変化は、低い解像度で示される。この場合、表面の濡れはある程度に達するまで、例えば３０ｍの距離での表示までは影響しない、という利点がある。この雨滴の“解像度が低い”画像は、道路がほとんどハイコントラストで表され続けるよう、より大きな画像領域へ分布する。
【００３９】
この場合、カメラによって提供される画像の輝度信号に基づくと、ウィンドスクリーン上の小さな雨滴は、ほとんど不可視となる。絞りを小さくし、被写界深度を深くすることは好ましくない。何故なら、そうすることで、ウィンドスクリーン表面の雨滴と遠い距離の物体が同じ明確な解像度を有する結果となる。
【００４０】
雨滴により生成される“攪乱情報”は道路に関する有益な情報に重ね合わされ、現在の運転状態をコンピュータ支援により評価する際、誤った評価へと導く可能性がある。
【００４１】
離れた距離に位置する物体の画像情報が、ウィンドスクリーン表面の濡れに影響を受けないならば、対物レンズの焦点をほぼ無限大にする場合、可能であれば、対物絞りを広く選択するとよい。
【００４２】
このように、被写界深度は浅くなり、カメラの焦点がほぼ無限大の場合、すぐそばの画像の詳細は、もはや検出されない。従って、ガラスに当たる雨滴は、遠い距離に位置する物体の画質には、ある程度までは、ほとんど影響しない。
【００４３】
これ以上何の手段もとらなければ、この構成では、特に小さな雨滴に関しては、対応するアルゴリズムの補助を得てカメラから供給された画像情報からはほとんど検出されない。
【００４４】
“解像度が低い”画像情報にもかかわらず、最小の雨滴さえも適切に検出するために、ここで説明する構成では、シリコン基板上のビデオカメラが、人間の目よりも大変広いスペクトル範囲をカバーするという効果を用いている。人間の目とは違い、カメラは、７００−１０００nmの近赤外範囲でも感度を有し、この範囲で、最大の感度にさえ達する。図３は、シリコンの検出範囲と人間の目の感度範囲の差を示している。
【００４５】
一般的に、カメラ操作中は、赤外範囲はバリヤフィルタにより抑止されている。さもなければ、赤外部分はビデオ情報に表れて、モニタ上での表示中、目で感知する既知の画像情報の輝度表現に影響を与えることになる。
【００４６】
この実施の形態では、ＩＲバリアフィルタは明らかに省略されている。画像情報はモニタに表れないので、これは関係しない。
【００４７】
ウィンドスクリーン表面１の雨滴２を検出するために、赤外線光２３は、例えばＩＲ光源２２より、画素、ライン、又は画像レーティング周波数に対して、あるクロック率で、カメラ７により用いられるウィンドゥ部に放射される。
【００４８】
これは、例えば波長８８０nmの赤外線ＬＥＤにより実施される。該ＬＥＤはカメラの視線に略並行するパルス光をウィンドスクリーンに放射する。効率を高めるために、ウィンドスクリーンのこの部分にはＩＲバリアを施さない。
【００４９】
図４に概略的に示されるように、このＩＲ光２３の少なくとも一部は、ウィンドスクリーン１上の雨滴により反射され、多重反射によりカメラへと戻される（図２の光ビーム２４参照）。
【００５０】
好ましくは、ＩＲ光は、ウィンドスクリーン上にある雨滴によってのみ直接反射されるのでなく、ウィンドスクリーン表面からある一定の距離上方の空気中にある雨滴によっても反射される。
【００５１】
図５は例えば１から１０等の、複数の画素にわたるカメラ画像のライン連続走査を示している。
【００５２】
より詳しくは、均一に照射された領域を背景画像とし（図５の信号パターン２５を参照）、該領域は走査領域の画像輝度の電気値に対応する。
【００５３】
時点２６でＩＲ光源が駆動され、その結果信号パターン２７が現れる。
【００５４】
増加分ΔＩＲは、ウィンドスクリーン上の雨滴により反射されたＩＲ放射の値に対応する。このように、雨滴により反射されたＩＲ光量ΔＩＲの値は、統計上はウィンドスクリーン表面の濡れの大きさを表す。
【００５５】
濡れがなければ、値ΔＩＲは０に近づき、ウィンドスクリーン自体、及び／又はウィンドスクリーン上の汚れの粒による可能な反射の一定値のみが考慮される。
【００５６】
実際は、カメラはもちろん常時変化する画像を提供し、ライン情報を変化させるので、この方法では画像情報と、雨滴による付加反射による値変化を確実に識別することが難しい。
【００５７】
照射されたＩＲ信号（ＩＲ光源２２のパルシング）は、このようにもし可能であれば、画素、ライン、又は画像周波数に直接関連する周波数でパルスする（図６に示す実施の形態では、画素周波数の半分）。これに関連して、ＩＲ光源２２は１画素おきにオンに切り替えられる。
【００５８】
ＩＲ照射相を、画素、ライン、画像周波数と同期させることは、必ずしも必要というわけではないが、そうすることによって、更なる信号評価が著しく容易になる。
【００５９】
実施の形態（図６）では、画素クロック３１が分周器３２により、半分の画素周波数に減じられ、ＩＲ光源２２のためのドライバステージ２８に与えられる。カメラ７の露光周波数とＩＲ光源２２のクロックレートの間で他の比率（例えば１：３，１：４）も可能である。
【００６０】
これにより、１画素おきに、ＩＲ光源２２がオンに切り替えられることが確実になる。
【００６１】
例えば、１つの画素の読み出し時間が５０nsである場合、IＲ光源で５０nsのスイッチオン時間から５０nsのスイッチオフ時間に対応する周波数１０MHZを有する矩形波信号となる。
【００６２】
もちろん、画素に関連して走査された画像及び／又はラインの輝度情報は、図５に示したような平坦な進路を辿るわけではない。画像内容によっては、随時、あらゆる値を示す（例えば図９に示す）。
【００６３】
更に、輝度信号から濡れ情報を区別するために、図６の実施の形態では、カメラ７により与えられた輝度信号９を、ＩＲ光源の周波数と類似する通過範囲を有する、バンドパス又はハイパスフィルタ２９を通じて送信する。
【００６４】
このバンドパス又はハイパスフィルタ２９は画像情報の低周波成分を分離する。フィルタ２９の出力端子において、信号情報は主として、雨滴により反射されたＩＲ光源２２の信号部分であり、ＡＣ電圧情報として示される。
【００６５】
同期復調器３３は、例えば周期的な明暗表面を、ＩＲ光源２２と似通った周波数で走査することで、画像信号中に不規則に現れるスペクトル部分を抑え続ける。
【００６６】
濡れ情報３４は、ＤＣ電圧信号として、同期復調器３３の出力端子に現れる。
【００６７】
ＩＲ光源２２の周波数は、カメラ７により提供される画像信号情報にスペクトル線として現れ、単純な抑制フィルタ３０のような適切な手段を用いて除くことができる。
【００６８】
図７は、走査画輝度信号の統計スペクトルを示している。
ＩＲ光源２２のスペクトル線３７はスペクトルの上端、すなわち、画像輝度スペクトル３６の最もエネルギーが少ない部分である領域に位置している。
【００６９】
図６の実施の形態では、雨滴表示の“曖昧さ”が“明確な”画像との対比において、正の効果を生んだ。一方、反射による明確な画像であり、従って、小さな点は、例えば１つの画素のみから成り、画像情報の信号ステップと同様、フィルタ２９により除去されるが、“曖昧な”反射の点は複数の画素から成り、フィルタ２９の過渡的な振動により、明確な信号を生成する。
【００７０】
この構成によると、雨滴のやや正確な検出が可能になるが、画像輝度情報からの、高周波ＩＲ信号情報の分離は、求められる正確さを欠く可能性もある。
【００７１】
図８は濡れ信号と画像輝度信号をほぼ完全に分離するための回路図である。
画像情報をラインごとに見ると、信号パスは、概して一つのラインから他のラインへと無視して良い程度の変化を示すことが明らかになる。
【００７２】
例えば、偶数画素番号の偶数ライン番号内と、奇数画素番号の奇数ライン番号内でＩＲ光源２２をクロッキングすると、１つのラインの輝度信号及び前のラインの反転情報の単純な追加は、結果として、画像情報とはほぼ無関係なスクリーンの濡れのための信号を生成する。これは図９〜１２に示す通りである。図９は、２２画素の期間に亘る任意の画像輝度信号９を示している。図１０では、ＩＲ光源２２は、偶数画素２，４，６・・の照射に伴って、１つのライン内でオンになり、濡れに対応する変調を伴う画像信号４３が得られる。
【００７３】
１つ後のラインにおいては、ＩＲ光源２２は、奇数画素、つまり画素１，３，５・・の照射に伴い、オンになり、第１のラインに対して１８０°移動した変調を伴う画像信号４４が得られる（図１１）。
【００７４】
画像信号４３と４４の差（図１２）により、純粋な濡れ情報４５が得られる。また、これは領域９及び１０の“雨滴”も示すが、感度の良いカメラ表面上の画像の曖昧さにより、もっと多くの画素に亘って分布しているようである。
【００７５】
図８の実施の形態では、カメラ７の輝度信号９は、１横ラインの遅延時間で遅延回路１２１に与えられる。１ライン分遅延した輝度信号と、非遅延輝度信号とにより得られる差分信号３４は、スクリーン表面の濡れに対応している。濡れが生じると、半画素クロック周波数の交互信号は、差分ステージ１３の出力端子に現れる。
【００７６】
検出精度を更に高めるために、図６の実施の形態で用いられた同期検知器３３を使用してもよい。
【００７７】
図８の実施の形態では、第２回路構成を用いることで、濡れ情報を含まない純粋な輝度信号が得られる。スイッチ３８は、ＩＲ光源がオフになる状態の画素のみが常に検出されるように、直接輝度号８９と１ライン分遅延した輝度信号との間で、画素クロックレートに同期して切り替えられる。
【００７８】
このように、濡れ情報を含まない純粋な輝度信号３９は、スイッチ３８の出力端子に現れる。
【００７９】
高フレームレートを有するカメラによる濡れ検出
スクリーン表面の濡れ検出のために、ＩＲ光源２２の他の切り替えシーケンスも、もちろん用いることができる。例えば、ＩＲ光源２２は画像走査時間全体においてオン状態にしてもよく、その場合、ＩＲ光源２２は次の画像でオフ状態にする。
【００８０】
高速フレームレートでは、画像信号の振幅、又は走査時間にわたって積算されたその値は、１つの画像から次の画像へごく僅かしか変化しないので、濡れにより、有意の信号パターンが生じる。
【００８１】
図１３は、スクリーン表面１の濡れの画像連続検出に関する処理の実施の形態を示している。
【００８２】
カメラはクロック生成器３１により画素及びフレームレートが与えられている。濡れがない場合、カメラ７の出力信号９は１つの画像と次の画像の間で、ほとんど同じである。一方、濡れがある場合、有意のＩＲ光源同期信号パターンが再び現れる。
【００８３】
積算器４０において、それぞれの画像の輝度信号の合計平均値が求められる。各画像の終端で、輝度メモリ４１はその輝度振幅の合計平均値を受信する。
【００８４】
従って、スクリーン表面が濡れている場合、フレームレート同期ＡＣ電圧は、輝度メモリ４１の出力端子に現れる。
【００８５】
フィルタ４２は、フレームレート周波数に同調し、濡れが生じると、対応の出力信号をその出力端子から出力する。この出力信号は、同期復調器３３における同期復調、及び対応する評価の後、ウィンドスクリーンのワイパを制御するために用いられる。
【００８６】
濡れ信号成分を含まない画像信号を得るためには、もちろん、ＩＲ光源２２がオフ状態になっていない、１つおきの画像が用いられる。
【００８７】
高フレームレートのカメラによるカメラ画像全体の輝度は、１つの画像から次の画像へと、僅かに、又は例えばトンネル内を運転するような場合は、均一に変化する。ここでは、フィルタ４２の出力端子では、出力信号は生成されない。スクリーン表面が濡れ、振幅の画像同期変化が起こる場合のみ、それによって対応する出力信号が生成される。
【００８８】
基本的には、ＩＲ光源２２により照射される期間と、ＩＲ光源により照射されない期間の間の区別が可能な限りで、ＩＲ光源２２のいかなる任意の切り替えシーケンスも用いることができる。
【００８９】
カメラへの赤外線の取込み
赤外線の取込みは、カメラ７の略視線で照射される光により、最も単純に実行される。
その光の一部は濡れにより、全ての方向に散乱するので、反射光の一部は運転者又は他の通行人にも当たる可能性がある。
【００９０】
従って、照射光は人間の目で見えない波長であるべきである。それは700nmから例えば赤外光880nmの範囲である（図３）。
【００９１】
ウィンドスクリーン表面の雨滴から、運転者／通行人に広く反射する光放射の機械的遮蔽が可能であれば、もちろんどのような波長も用いることがきる。
【００９２】
取込みの他の方法は、例えば、図１４の配置で示すようなプリズム４６を用いて、スクリーン１へ光を直接入射することで得られる。ここでは、光はスクリーンに入射又は投入するのみであり、スクリーンからの反射はない。カメラ７へ向けての光取込みは、水滴の形をした濡れ（図４に図解した）の回析によって起こる。
【００９３】
図１５は光源２２の車スクリーンへの側面からの照射である。スクリーン１内における全反射により、光が雨滴に入り全反射の角度偏向をもたらすような濡れが生じない限り、光は全体にスクリーン内にとどまる。角度偏向がもたらされた場合、光の一部は全ての方向へ、つまりカメラの方向へも向かう。
【００９４】
ここまで示してきた濡れ検出は、主として外部表面の濡れに対応しているが、例えば呼気凝結による内部の濡れ検出も可能である。カメラの視線に並行な照射については、あまり適さないが、図１４又は図１５に示す側方向からの照射又は投入では、明らかに効果的である。
【００９５】
内部堆積／曇りの検出
スクリーン外部表面の雨滴とは別に、内部堆積／曇りを検出することは、しばしば望まれることである。
【００９６】
２個の光源の対応する配置により、濡れが例えば雨滴等の外部の濡れか、例えば、呼気凝結等の内部の曇りかを決定できる。この決定に基づいて、例えば送風機又はウィンドスクリーンワイパーを別個に制御することもできる。
【００９７】
内部の曇りを検出するためには、スクリーンが（露で）濡れてはいないが、恐らくは全反射されるような場合、第２の光源４７は、スクリーン内部に向けられる光がスクリーンに入らないように配置される（図１６）。
【００９８】
外部の濡れが生じても、第２光源４７の光ビームは影響されない。内部濡れ４９によってのみ、光源４７の光ビームは広く拡散し、光の一部はカメラ７にも到達する。
【００９９】
光源４７は、好ましくは独自のクロック周波数で駆動されるか、又はＩＲ光源２２と共に駆動され、内部曇りと外部濡れの差別化を行う。
【０１００】
両方の光源を車の内部に配置した場合、内部曇りは外部濡れの検出にも影響することを認識しておく必要がある。
【０１０１】
内部検出により生成された値を、内部検出の値をも含む外部雨滴検出の値から減算し、スクリーンの外部濡れの実際値が得られる。
【０１０２】
車スクリーンの外部に光源を配置する事も可能であり（例えば、スクリーンのフレーム内、又は車体のスクリーンショルダー）内部曇りの値と、外部濡れの値を互いに完全に独立して得ることができる（図１８）。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】従来の雨検出器設備、及びウィンドスクリーンに対するその配置を示す概略図である。
【図２】ウィンドスクリーンの内側及び外側の濡れ及び汚れの非接触検出を行う本発明の雨検出装置を示す概略図である。
【図３】電磁放射の波長に対する、人間の目の感度との比較を示す図である。
【図４】ウィンドスクリーンが濡れている場合の、パルス光のカメラへの取り込みを示す概略図である。
【図５】カメラの典型的な連続画素の輝度値と、光源のオン／オフ切り替えを示すタイムチャートである。
【図６】本発明の雨検出装置の回路の第１実施の形態を示す図である。
【図７】クロック照射により与えられた追加情報と比較した、画素の通常背景情報を示すグラフである。
【図８】本発明の雨検出装置の回路の第２実施の形態を示す図である。
【図９】周辺光のみによる照射の場合の、カメラの連続画素の信号パターンの例を示す図である。
【図１０】濡れ状態検出のために、付加的クロック照射を行った場合の図８の信号を示す図である。
【図１１】図１０と同様の信号パターンを示す図であるが、隣接するラインを示しており、追加的光源のクロッキングは１８０°オフセットした状態の図である。
【図１２】ウィンドスクリーンの濡れ状態を表す、図１０及び図１１の差分信号を示す図である。
【図１３】本発明の雨検出装置の回路の別の実施の形態を示す図である。
【図１４】クロック光をプリズムを通じてウィンドスクリーンに入射する過程の実施の形態を示す図である。
【図１５】クロック光源の光をウィンドスクリーン端面を通じて側方向からウィンドスクリーンに直接入射する別の過程を示す図である。
【図１６】内部曇り状態を検出するための別の光源の配置例を示す図である。
【図１７】内部曇りを検出するためにウィンドスクリーン内部を照射する機能を示す概略図である。
【図１８】ウィンドスクリーン内側と外側の濡れ状態を各別に検出する目的で、ウィンドスクリーン両側の２つの光源の可能な配置の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１    フロントスクリーン
２    濡れ、雨滴
３    ハウジング
４    投光部
５    受光部
６    光路
７    カメラ
８    対物レンズ
９    画像信号
９ｄ  遅延画像信号
１０  カメラの視線
１１  カメラの視角
１２  遅延素子
１３  減算ステージ
１４  差分画像信号
１５  ウィンド比較器
１６  ディジタル濡れ信号
１７  画像信号“道路”
１８  差分ステージ
１９  雨滴検出
２０  背景信号
２１  閾値
２２  光源、ＬＥＤ
２３  照射光ビーム
２４  雨滴により反射された光ビーム
２５  光源がオン状態でない画像信号
２６  光源がオン状態へ変化する時点
２７  光源がオン状態の画像信号
２８  ドライバステージ
２９  バンドパスフィルタ
３０  抑制フィルタ
３１  クロック生成器
３２  分周器
３３  同期復調器
３４  濡れ情報
３５  フィルタ処理された画像情報
３６  画像信号のスペクトル
３７  濡れ信号のスペクトル
【図１】
2005531752.tif 000003
【図２】
2005531752.tif 000004
【図３】
2005531752.tif 000005
【図４】
2005531752.tif 000006
【図５】
2005531752.tif 000007
【図６】
2005531752.tif 000008
【図７】
2005531752.tif 000009
【図８】
2005531752.tif 000010
【図９】
2005531752.tif 000011
【図１０】
2005531752.tif 000012
【図１１】
2005531752.tif 000013
【図１２】
2005531752.tif 000014
【図１３】
2005531752.tif 000015
【図１４】
2005531752.tif 000016
【図１５】
2005531752.tif 000017
【図１６】
2005531752.tif 000018
【図１７】
2005531752.tif 000019
【図１８】
2005531752.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月20日(2005.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
画像輝度信号は、前記カメラセンサの出力信号から前記オン／オフ周期の周波数をフィルタ処理することにより、前記出力信号から得られる請求項１乃至５のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
光の入射はスクリーンの側面から行われる、又はプリズムによりスクリーン表面へ行われる請求項１４に記載の雨検出装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２１】
前記第１光源の光は、前記スクリーン外側に全反射を伴って当たり外部の濡れを検出し、前記第２光源の光は、前記スクリーン内側に全反射を伴って当たり内部の曇りを検出する請求項１乃至１６のいずれか、及び請求項１７乃至２０のいずれか１つに記載の雨検出装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
好ましくは、画像輝度信号は、前記カメラセンサの出力信号から前記オン／オフ周期の周波数をフィルタ処理することにより、前記出力信号から得られる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
前記第１光源の光は、前記ウィンドスクリーン外側に全反射によって当たり、外側の濡れ状態が検出される。また、前記第２光源からの光は、前記ウィンドスクリーン内側に全反射によって当たり、内部の曇り状態が検出される。
【国際調査報告】
2005531752.tif 000021
2005531752.tif 000022
2005531752.tif 000023
2005531752.tif 000024
2005531752.tif 000025
2005531752.tif 000026