(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前方の光の状態を求める方法であって、
センサユニットが設けられており、該センサユニットは車両前方の走行方向における領域を走査し、
評価ユニットが設けられており、該評価ユニットはセンサユニットにより供給された値から、一般的な光の状態も車両前方の走行方向における光の状態も捕捉する形式の、
車両前方の光の状態を求める方法において、
平面的な画像センサにより輝度測定を実行し、該画像センサによりそれぞれ相応に考慮される区間内で測定される輝度値をセクションごとにおよびグローバルに評価することで、光の状態に関する１つまたは複数の情報値を発生させ、
前記平面的な画像センサを対数化を行う画像センサまたは非線形変換特性をもつ画像センサとし、
輝度の平面的な測定のために画像センサとしてＣＭＯＳ画像センサを用いることを特徴とする、
車両前方の光の状態を求める方法。
【請求項２】
輝度測定を複数の測定窓内の画素輝度の平均値形成により行う、請求項１記載の方法。
【請求項３】
輝度測定を自動的な車線追従と組み合わせ、車線の経過における周囲輝度の所期の測定を実行する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
輝度測定を物体識別と結合し、車線経過における特別な物体を識別して輝度測定にあたり考慮する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
車両（１）のドライバに先を見越して警告を発し、車両照明（９，１０）のスイッチオンについて注意喚起（１１，１２）するために使用し、または、先を見越して自動的に車両照明（９，１０）を操作するために使用する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
車両（１）のドライバに対し、平面的な画像センサ（２）により求められた周囲輝度に基づき、車両照明（９，１０）のオン／オフについて注意を喚起するために使用し、または、やはり平面的な画像センサ（２）により求められた周囲輝度に基づき、自動的に車両照明（９，１０）を操作するため使用する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
請求項１または請求項２から６のいずれか１項記載の方法を実施するための装置において、
平面的な画像センサ（２）が設けられており、該画像センサ上に、車両（１）前方に存在する領域（２０）が結像され、
輝度値をセクションごとおよびグローバルに評価する評価ユニット（８）と、画像センサ（２）として対数化を行う画像センサまたは非線形の変換特性をもつ画像センサ（２）が設けられており、
前記平面的な画像センサ（２）としてＣＭＯＳ画像センサが設けられていることを特徴とする装置。
【請求項８】
車両（１）のドライバに先を見越して警告を発し、車両照明（９，１０）のスイッチオンについて注意喚起（１１，１２）するために使用し、または、先を見越して自動的に車両照明（９，１０）を操作するために使用する、請求項７記載の装置。
【請求項９】
車両（１）のドライバに対し、平面的な画像センサ（２）により求められた周囲輝度に基づき、車両照明（９，１０）のオン／オフについて注意を喚起するために使用し、または、やはり平面的な画像センサ（２）により求められた周囲輝度に基づき、自動的に車両照明（９，１０）を操作するために使用する、請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、運動物体前方たとえば自動車前方の光の状態を監視および推定する請求項１の上位概念に記載の方法に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願 DE 195 23 262 A1 により公知のこの種の形式の装置の場合、車両における照明装置の自動的なスイッチングのためにセンサ装置および評価装置が設けられている。その際、センサ装置は、車両周囲の全般的な光の状態を無指向性で捕捉する少なくとも１つのグローバルセンサと、指向性で車両前方の走行方向における光の状態を捕捉する進行方向センサを有している。グローバルセンサの信号からは、評価装置により車両周囲における全般的な光の状態の変化をたとえば夕暮れや夜明けに識別して、照明装置のオンまたはオフを行わせることができる。また、進行方向センサの信号からは、評価装置により車両前方の走行方向に位置するトンネルや陸橋下ないしはガード下の道路を識別して、そこに入る前に照明装置のスイッチオンを適時に行わせることができる。
【０００３】
この装置の欠点は、このような装置構成であると周囲センサと進行方向センサを別個に設けることで無視できないコストが生じることである。この場合、光感応素子としてホトセルが用いられ、光学的集束装置を用いることでそれらのホトセルへ入射光が導かれる。その際、遮光や照射時間の依存性も発生する。
【０００４】
ヨーロッパ特許出願 EP 0736 414 によれば、側方の車道領域を無接触で走査する目的で、側方に光学走査装置の取り付けられた車両が公知である。この走査装置には評価ユニットが後置接続されている。そしてこの光学走査装置は、互いに並置された複数の赤外線送信素子および付属のＣＣＤアレイを有しており、車線境界を捕捉する目的で車道表面を走査する。また、評価ユニットは、走査装置により供給されたデータから伝播時間測定、コントラスト測定ならびに輪郭識別を行うように構成されている。
【０００５】
明るさないしは輝度の測定のためにＣＣＤセンサまたは線形のＣＭＯＳセンサを用いた場合の重大な欠点は、それらが捕捉可能な輝度ダイナミックにおいて制限されていることである。したがってそれらのセンサには、電子的または機械的な照射時間制御装置および遮光装置が設けられている。このため、照射時間や遮光装置の位置を必ず考慮しなければならず、センサの出力側で測定される信号を絶対的な輝度測定に利用することができない。
【０００６】
本発明の課題は、運動物体前方たとえば車両前方の光の状態を著しく簡単に求めて、適切な措置により運動物体前方の照明の手動操作または自動操作を状況に応じて行えるようにすることである。
【０００７】
発明の利点
公知の従来技術に対し、請求項１の特徴部分に記載の構成を備えた本発明による方法の決定的な利点は、たとえば車両などの運動物体の前方の運動方向における光の状態を求めるための機械的および電気的な煩雑さを、著しく抑えることができる点にある。これは全般的にシステム全体のコストを著しく抑えても達成される。位置選択的な輝度測定を実現させたことにより、格別なフレキシビリティが得られるようになった。
【０００８】
本発明によれば基本的に、運動物体前方たとえば車両前方における光の状態を求める方法において、平面的な画像センサにより輝度測定を実行し、画像センサによりそれぞれ相応に考慮される区間において測定される輝度値を、セクションごとにおよび／またはグローバルに評価することで、光の状態に関する１つまたは複数の情報値が形成される。
【０００９】
他の方法請求項に記載の構成により、運動物体前方たとえば車両前方の光の状態を求めるための請求項１に記載された方法の有利な実施形態が可能である。
【００１０】
本発明による方法の格別有利な実施形態によれば、輝度を平面的に求めるために画像センサとしてCMOS画像センサが用いられる。その際、好適には、非線形の変換特性をもつ画像センサが用いられ、これによってかなり狭いことの多い所定の電流波にまたは電流範囲を、光入射のダイナミックが大きくてもできるかぎり最適に利用することができる。
【００１１】
本発明による方法の別の有利な実施形態におれば、輝度測定のために対数化を行う画像センサすなわち対数画像センサが用いられる。
【００１２】
本発明による方法の好適な実施形態によれば、輝度測定は複数の測定窓における画素輝度の平均値形成により行われる。
【００１３】
本発明による格別好適な実施形態によれば、車線経過における周囲輝度の所期の測定を実施する目的で、輝度測定が自動車線追従と結合される。
【００１４】
さらに別の実施形態によれば物体検出ないし物体識別が行われ、これによりたとえば、車両のすぐ前を走行する大きい貨物自動車を位置選択的な輝度測定にあたり除去することができるようになる。
【００１５】
本発明による方法を実施するための装置によれば基本的に平面的な画像センサが設けられており、その画像センサ上に、車両前方に存在する領域を結像可能であり、ないしはその領域が結像される。有利には平面的な画像センサとしてＣＭＯＳ画像センサが設けられており、これは殊に好適な実施形態によれば対数化を行う画像センサとすることができる。別の実施形態において、ごく一般的に有利な非線形の変換特性曲線をもつ画像センサとすることもできる。
【００１６】
本発明による方法または本発明による装置は殊に有利には、以下の目的で使用される。すなわち、車両のドライバに先を見越して警告を発し、車両照明のスイッチオンについて注意喚起するために使用され、または、先を見越して自動的に車両照明を操作し、たとえばスイッチオンおよび場合によってはスイッチオフも行うために使用される。このようにすることで、トンネルの入口や出口または陸橋下やガード下の道路に対し状況に即して反応が行われる。
【００１７】
さらに、本発明による方法または本発明による装置は殊に有利には、以下の目的で使用される。すなわち、車両のドライバに対し、平面的な画像センサにより求められた周囲輝度に基づき、車両照明のオン／オフについて注意を喚起するために使用し、または、やはり平面的な画像センサにより求められた周囲輝度に基づき、自動的に車両照明を操作するために、たとえばスイッチオンおよび場合によってはスイッチオフも行うために使用される。このようにすることで、昼間、夜間、雲により暗くなること、夜明けや夕暮れなどにより生じるグローバルな輝度変化に対し、状況に即して反応が行われるよう。
【００１８】
図面
次に、図面に示された実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【００１９】
図１は、車両前方の走行方向に位置する領域を捕捉する画像センサを備えた車両の概略図である。
【００２０】
図２は、トンネルに入る前に車両前方に生じる光景を描いた図である。
【００２１】
図３は、システム全体に関与するコンポーネントを示すブロック図である。
【００２２】
実施例の説明
図１には画像センサ２を備えた車両１が略示されており、この画像センサ２は車両前方の走行方向に位置する領域２０を捕捉する。図１の略図によれば車両の長手軸に沿って、断面および画像センサ２を取り付けるための有利な場所が示されている。これは有利にはフロントガラス１１後方のできるだけ高いところであり、しかも以下のような場所である。すなわち、車両１前方の走行方向における領域２０の交通状況を良好に見通せるとともに、画像センサ２がウィンドワイパーの作用範囲内にも位置するような場所である。有利には、車両１前方の走行方向における領域２０に位置する交通状況は、レンズ装置２１によりフラットまたは平面的な画像センサの光感応面に結合される。
【００２３】
図２には、車両１前方に位置する領域２０の様子が描かれており、これはトンネル６に入る前の特別な光景である。車両前方に位置する車線には参照符号３が付されており、その周縁部つまり境界には参照符号４と５が付されている。この車線は、トンネル６への入口の右半分に通じている。昼間であれば、トンネル入口の領域では僅かな周囲の明るさないしは輝度しか測定されない。本発明の格別な特徴によれば車両前方の領域２０ここでは車線の経過が、それぞれ異なるように配置された特別な測定フィールド７に分割される。それらはたとえば、車両のすぐ前のグローバルないし全般的な大きい測定フィールド７１と、実質的に車線３に向けて配向された中間の距離の測定窓７２と、さらに遠くに配向されトンネル６への入口を捕捉する測定窓７３である。
【００２４】
図３には、システム全体に関与する基本的なコンポーネントのブロック図が示されている。このシステム全体は２つの形式で用いることができる。一方の基本的な形式は、車両照明のスイッチオンまたはスイッチオフを注意喚起する目的で、車両のドライバに警告することである。他方の基本的な形式は、たとえば車両照明をスイッチオンおよび場合によってはスイッチオフする目的で、車両照明を自動的に操作することである。
【００２５】
画像センサ２は、車両前方の交通状況の視覚的な様子に関する信号を供給する。この信号は適切な評価ユニット８へ供給される。この評価ユニットはその信号から、ドライバに対する警告または照明制御に必要なパラメータを生成する。これは車線経過、周囲の明るさないしは輝度、車線３に沿った輝度の経過とすることができるし、あるいはたとえば車両１のすぐ前における車線経過中の特別な形式の物体とすることもできる。これらのパラメータを計算するために、画像処理などで用いられる適切なアルゴリズムや計算手法が使われる。そのようにして計算され生成される信号の１つは、車両照明をスイッチオンまたはスイッチオフするための信号であり、これは照明制御装置９へ供給される。この照明制御装置９は供給された信号に応じて、ヘッドライト１０として描かれた照明をスイッチングする。また、上記のようにして計算され生成された信号のうち他のものは、ドライバを警告するための信号である。この信号は択一的に、あるいは自動スイッチング信号に加えて生成することができる。この信号により、たとえば照明状態指示器１２を備えた計器盤などのマンマシンインタフェースを介して、適切なドライバ警報またはドライバ情報を生じさせることができる。これによりドライバは、照明をスイッチオンまたはスイッチオンすべきであると注意喚起される。評価ユニット８へは、輝度測定のための画像評価および場合によっては車線識別のための画像情報のほかに、好適にはその他のセンサ（全般的に参照符号１３が付されている）を介して情報信号が供給される。これはたとえば、車両速度に関する情報とすることができる。
【００２６】
本発明によれば、画像センサ２として平面的ないしはフラットなセンサが用いられる。この種の平面的ないしフラットな画像センサは、１つの平面内に並置された多数の個々の輝度センサによって構成されている。この場合、車両周囲の特定のポイント殊に車両前方の領域２０内の特定のポイントが、特定の受光器すなわち画像センサ２における個々の輝度センサ上に結像され、その結果、車両周囲の具体的な印象ないしは表現が得られるようになる。そのようにして形成された周囲画像に基づき、周囲輝度の測定が可能となる。観察されている光景の輝度全体は、種々の光景の測定窓７１，７２または７３内に位置する個々の受光器の輝度信号を適切に処理することにより求められる。その際、きわめて好適なやり方によれば輝度測定を画素輝度の平均値形成により行うことができ、つまり測定窓内に位置する各受光器の該当する個々の信号を平均することにより行うことができる。
【００２７】
評価ユニット８において閾値と比較することにより、周囲輝度が車両ヘッドライト１０による車線照明を必要とするのか否かについて判定される。ヘッドライト１０がスイッチオンされていないとき、対応する適切な信号によりドライバに対し、ヘッドライトをスイッチオンすべきであると注意を喚起させることができる。これに対しスイッチオンされているとき、それ相応の周囲輝度であれば信号によりドライバに対し、車両照明はもはや不要でありヘッドライト１０を消してよいと指示することができる。互いに反対の指示が頻繁に生じるのを避けるため、照明をオン／オフするための判定閾値がヒステリシスをもつようにする。
【００２８】
単一のホト素子など個々の輝度センサとは異なり本発明に従って設けられたフラットな画像センサ２によれば、観察されるシーン全体に関して細分化された位置選択的な輝度測定が可能となる。特定の画素の信号を評価することにより、所定の画像領域における輝度を測定することができる。図１に描かれているように画像センサを配置した場合、画像センサは車両１の前方に位置する光景を捕捉する。その際、本発明の有利な実施形態に従って画像センサ２が車線識別と組み合わされているならば、車両１の走行経過を叙述することができる。図２による描写において、被測定車線３に沿った領域で所期の輝度測定が行われる。有利な実施形態によれば、特定の領域すなわち車線３に沿って配置された各画像窓７１，７２，７３において、明るさないしは輝度の測定が実行される。なお、測定窓を矩形に構成する必要はない。また、個々の測定窓内で画素の輝度値の平均を形成することにより、輝度経過特性の有利な測定が行われる。
【００２９】
したがってたとえば、図２に示されているようにトンネル６への入口の直前に位置する測定窓７３では、過度に僅かな輝度しか測定されない可能性がある。このため、トンネル６へ入る前にドライバに対し車両の照明をスイッチオンするよう要求することができる。車両をそれ相応に構成することにより、車両の照明を自動的にスイッチオンさせることも可能である。また、スイッチオフプロセスが早まった時点では行われないようにし、車両前方のシーン領域においても十分な輝度を測定できるようになってはじめて行われるようにする。さらにたとえば車両速度を表すセンサなどセンサ１３からの付加的な情報を、検出プロセス改善のために用いることができる。たとえば夜間、昼間、夜明けや夕暮れ、雲や並木道により暗くなることなどによって生じるようなグローバルな明るさないし輝度の状態の識別のためには、シーン全体にわたって広がる大きい測定窓７１を用いるとよい。
【００３０】
このように本発明によれば、平面的またはフラットな画像センサ２により輝度測定が実行され、それぞれ適切に関連づけられた区間において、たとえば各測定窓の個々の受光器により形成されるような測定窓７１，７２，７３において、画像センサ２により測定されるセクタによるおよび／またはグローバルないし全般的な輝度値の評価を利用することで、光の状態に関する１つまたは複数の情報値が生成される。このようにして得られた位置選択的な輝度測定によって、大きなフレキシビリティが得られるようになる。
【００３１】
本発明による形式の位置選択的な輝度測定を、物体識別を用いることでさらに改善することができる。この場合、同時に動作する１つまたは２つのカメラを備えた画像評価方式により、車両前方に存在する物体が識別される。つまりたとえば、大きい貨物自動車またはそれ以外の乗用自動車が自身の車両の前を走行あるいは対向走行していることを検出することができる。その自動車が場合によっては著しく暗くまたは著しく明るく塗装されている可能性があるため、グローバルな輝度測定またはセクタによる輝度測定が惑わされるおそれがある。これは殊に、物体が自身の車両の前方に僅かな距離で位置しており、領域２０を程度の差こそあれいっぱいに埋めていて、画像センサ２の画像領域全体をほぼ占有してしまっているときである。このため物体識別により、識別された物体以外の領域だけに制限して誤った測定を回避するよう、輝度測定を補正することができる。
【００３２】
画像センサ２としてＣＭＯＳ画像センサが用いられる。その際、対数化を行う画像センサすなわち対数画像センサを用いると有利である。光強度と電流または電圧変換曲線の対数化された経過特性により、輝度領域全体に関するコントラストの分解能を一定にしておくことが確実にできるようになる。これにより、評価ユニット８において行われる画像処理の演算が簡単になる。この種の対数画像センサは、たとえば Institut fuer Mikroelektronik Stuttgart (IMS), Allmandring 30a, in D-70569 Stuttgart において開発されており、これはHDRC2-EC (Hight-Dynamic-Range CMOS Evaluation Camera) の名称で提供される。
指数関数またはその他の経過特性のような非線形の変換特性曲線をもつ他の画像センサを使用できることも自明である。重要であるのは、光の強度を電流信号または電圧信号に変換する際、そこに生じるかなり狭いことの多い領域をできるかぎり最適に利用することである。換言すれば、画像センサに到来する光の強度が高まるにつれて変換特性曲線の上昇が少なくなるようにすべきであり、したがって光の強度が高まるにつれて電流信号または電圧信号の大きさがいっそう小さい大きさで増えるようにすべきである。つまり線形の特性曲線に比べ、同じ大きさの電流領域または電圧領域においていっそう大きい輝度範囲を結像させることができる。このため、画像センサの輝度ダイナミックスが増大する。
【００３３】
本発明による方法および装置は、車両のドライバに対し先を見越して警告を発し、車両照明のスイッチオンについて注意喚起させる目的で使用され、あるいは先を見越して車両照明を自動的に操作する目的で、たとえばスイッチオンおよび場合によってはスイッチオフを行う目的で使用される。したがって本発明によれば、車両前方に現れるトンネルまたは陸橋下やガード下の道路に対し状況に即して反応できるようになる。
【００３４】
択一的におよび必要に応じて付加的に、本発明による方法および装置は以下の目的で使用される。すなわち、平面的な画像センサ２により求められた周囲の輝度に基づき、車両のドライバに対し車両照明のオン／オフについて注意を喚起する目的で使用され、あるいはやはり平面的な画像センサ２により求められた周囲の輝度に基づき、車両の照明を自動的に操作する目的で、たとえばスイッチオンおよび場合によってはスイッチオフを行う目的で使用される。このため本発明によれば、様々な理由により変化する周囲の輝度に対し状況に即して反応できるようになる。
【００３５】
本発明の格別な利点は、走行方向における輝度の分布の自動的な測定が可能になることである。しかし周囲の輝度の測定によって、車両周囲の特定の領域における輝度も可能となる。このような情報値に基づき、ドライバに対し照明の操作について指示を与えることができるし、あるいは場合によっては照明を自動的に操作することができる。有利には、輝度は本発明によれば位置選択的に測定される。また、たとえば車線推移識別および／または物体識別と組み合わせることで、車線における輝度経過特性を先を見越して求めることができる。このことで、走行経過中に現れるトンネルの入口や陸橋下ないしガード下の道路を早期に考慮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  車両前方の走行方向に位置する領域を捕捉する画像センサを備えた車両の概略図である。
【図２】  トンネルに入る前に車両前方に生じる光景を描いた図である。
【図３】  システム全体に関与するコンポーネントを示すブロック図である。
【図１】
0004253437.tif 000002
【図２】
0004253437.tif 000003
【図３】
0004253437.tif 000004