(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のフロントガラスを払拭するワイパの払拭領域を含むように前記フロントガラス越しに前記車両の前方を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって取り込まれる撮影データを周波数解析し、前記フロントガラスに付着する雨滴を高周波成分として抽出するとともに、前記高周波成分のエネルギー量を算出し、前記エネルギー量によって前記フロントガラスに付着する前記雨滴の量を判定し、前記エネルギー量の経時的変化から前記雨滴の量の増減傾向を判断する雨量判定手段と、を備えた雨滴検出装置であって、
前記撮影手段により取り込まれる画像の切り出し範囲を、前記車両が走行する路面に設定してなることを特徴とする雨滴検出装置。
【請求項２】
前記雨量判定手段は、前記撮影手段によって撮影された過去の第１の画像データと前記車両の走行情報とに基づき、前記撮影手段によって次に撮影されるであろう第２の画像データを推定し、前記第２の画像データと、前記撮影手段により撮影される現時刻における第３の画像データとを比較し、この比較結果に基づいた第４の画像データについて前記周波数解析を行うことを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
【請求項３】
前記雨量判定手段による前記雨滴の量の判定結果に基づき、前記ワイパを動作させるワイパ制御手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
【請求項４】
前記ワイパ制御手段は、前記雨量判定手段による前記雨滴の量の判定結果に応じて、前記ワイパにおけるオン／オフ動作，前記ワイパの間欠動作と連続動作との切り換え，前記間欠動作の時間調整及び前記連続動作における動作スピードの調整の少なくとも一つを制御してなることを請求項３に記載の雨滴検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雨滴検出装置に関し、特に車両のフロントガラスに付着する雨滴を検出し、車両に備えられるワイパを自動的に駆動させることが可能な雨滴検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両、例えば自動車には、フロントガラスに付着した雨滴を払拭し、前記フロントガラスにおける視界状況を回復させるワイパが備えられている。車両運転者は車両に備えられているワイパスイッチを操作することによって手動により前記ワイパを動かすことが現状である。しかしながら、ここ最近では、前記ワイパスイッチを操作しなくとも前記フロントガラスに付着した雨滴を払拭する雨滴検出装置が開発されている。
【０００３】
このような雨滴検出装置には、光学式雨滴センサを用いたものや振動検出式雨滴センサを備えたものがある。前記光学式雨滴センサを用いた雨滴検出装置は、車両の所定箇所（例えばボンネット）に受光素子及び発光素子を有する光学式センサを備え、受光素子及び発光素子間の光路を遮る雨滴を前記受光素子の受光状態により検出し雨量を判定するものである。また、前記振動検出式雨滴センサを用いた雨滴検出装置は、車両の所定箇所（例えばボンネット）に感圧センサを備え、前記感圧センサに衝突する雨滴を前記感圧センサの電圧出力により検出し雨量の判定を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した光学式センサや振動式センサを備える雨滴検出装置は、何れにしてもフロントガラスに直接付着した雨滴を検出するものではなく、このため前記各センサからの出力状態と実際の前記フロントガラスに付着した雨量とで差が生じ、適切なワイパ制御が得られないといった問題点を有している。
【０００５】
そこで、本発明は、前述した問題点に着目し、フロントガラスに付着した雨滴を実際に検出し、適切な雨量の検出が可能な雨滴検出装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、車両のフロントガラスを払拭するワイパの払拭領域を含むように前記フロントガラス越しに前記車両の前方を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって取り込まれる撮影データを周波数解析し、前記フロントガラスに付着する雨滴を高周波成分として抽出するとともに、前記高周波成分のエネルギー量を算出し、前記エネルギー量によって前記フロントガラスに付着する前記雨滴の量を判定し、前記エネルギー量の経時的変化から前記雨滴の量の増減傾向を判断する雨量判定手段と、を備えた雨滴検出装置であって、前記撮影手段により取り込まれる画像の切り出し範囲を、前記車両が走行する路面に設定してなるものである。
【０００７】
また、前記雨量判定手段は、前記撮影手段によって撮影された過去の第１の画像データと前記車両の走行情報とに基づき、前記撮影手段によって次に撮影されるであろう第２の画像データを推定し、前記第２の画像データと、前記撮影手段により撮影される現時刻における第３の画像データとを比較し、この比較結果に基づいた第４の画像データについて前記周波数解析を行うものである。
【０００８】
また、前記雨量判定手段による前記雨滴の量の判定結果に基づき、前記ワイパを動作させるワイパ制御手段を備えてなるものである。
【０００９】
また、前記ワイパ制御手段は、前記雨量判定手段による前記雨滴の量の判定結果に応じて、前記ワイパにおけるオン／オフ動作，前記ワイパの間欠動作と連続動作との切り換え，前記間欠動作の時間調整及び前記連続動作における動作スピードの調整の少なくとも一つを制御してなるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。
【００１１】
図１において、雨滴検出装置１は、ＣＣＤカメラ（撮影手段）２と、雨量判定手段３と、ワイパ制御手段４と、切換手段５とから構成されている。
【００１２】
ＣＣＤカメラ２は、車両（例えば、自動車）６内に配設されるルームミラー（図示しない）の近傍に配設され、フロントガラス７越しに車両６の前方画像を撮影する。ＣＣＤカメラ２は、図２及び図３に示すように、例えば６４０×４８０画素からなる検出領域を有し、この内、前方画像の路面Ｒ部分のみの画像データを取り込む、例えば１２８×１２８画素からなる撮像エリア８を備えている。尚、撮像エリア８の切り出し範囲は、雨量判定手段３によって設定されるもので、車両６に備えられるワイパ９によるフロントガラス７の払拭領域で、かつ路面Ｒ部分に設定される。尚、図３は、フロントガラス７に付着した雨滴１０を示すものである。
【００１３】
雨量判定手段３は、雨滴検出装置１における制御手段であるＣＰＵ３ａと、ＲＯＭ３ｂと、ＲＡＭ３ｃと、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス３ｄとから構成され、前記各部はバス３ｅによって接続されている。
【００１４】
ＣＰＵ３ａは、ＣＣＤカメラ２によって取り込まれる撮影データを周波数解析し、フロントガラス７に付着する雨滴１０を高周波成分として抽出するとともに、前記高周波成分のエネルギー量を算出し、前記エネルギー量によってフロントガラス７に付着する雨滴１０の量（雨量）を判定し、フロントガラス７を払拭するワイパ９をワイパ制御手段４を介し制御するものである。
【００１５】
ＲＯＭ３ｂは、前述したＣＰＵ３ａによる雨量判定処理等を実行するためのプログラムが記憶され、このプログラムは必要に応じてＣＰＵ３ａによって読み出される。
【００１６】
ＲＡＭ（記憶手段）３ｃは、ＣＰＵ３ａの演算結果や、ＣＣＤカメラ２により撮影される画像データ等を一時的に記憶するものである。
【００１７】
Ｉ／Ｏインターフェイス３ｄは、入力手段となるＣＣＤカメラ２及び切換手段５と、出力手段となるワイパ制御手段４とがぞれぞれ接続され、前記入力手段により情報をＣＰＵ３ａに与え、またＣＰＵ３ａによる処理結果に応じた制御信号を前記出力手段に与えるものである。
【００１８】
ワイパ制御手段４は、雨量判定手段３から出力される制御信号に基づきワイパ９を動作させる駆動モータを制御するものであり、ワイパ９のオン／オフ動作、ワイパ９の間欠駆動と連続駆動との切り換え、前記間欠駆動における時間間隔可変制御または前記連続駆動における駆動速度可変制御（動作スピードの調整）等を雨量判定手段３の雨量判定結果に基づきコントロールするものである。
【００１９】
切換手段５は、雨量判定手段３によって自動的にワイパ９を動作させるか、従来のように手動でワイパ９を動作させるかを切り換えるものであって、押しボタンスイッチやスナップスイッチ等のスイッチ手段から構成される。
【００２０】
次に、図４から図８を用いて、雨滴検出装置１における雨量判定手段３の雨量判定の処理手順を説明する。尚、図５から図８に示す画像データ及びその他の処理データを示す図は、本来であればｘ方向及びｙ方向の２次元となるが、説明を簡略化するために１次元的に示した図を用いている。
【００２１】
雨量判定手段３は、切換手段５による入力の有無を確認し、自動雨量検出モードであるか否かの判定を行い（ステップＳ１）、自動雨量検出モードであると判断すると、撮像エリア８内の雨滴１０を含む風景を画像データとして取り込む（ステップＳ２，図５）。
【００２２】
次に、雨量判定手段３は、前記画像データにおいてフーリエ変換処理を施し（ステップＳ３）、前記画像データを周波数データに変換した後、前記周波数データにおけるパワースペクトル（Ｐ）を計算する（ステップＳ４，図６）。
【００２３】
雨量判定手段３は、ステップＳ４で処理された高周波成分及び低周波成分を含む処理データ（パワースペクトル）において、フロントガラス７に付着した雨滴１０となる高周波成分における雨滴帯域Ｂのみを抽出する帯域通過フィルタ処理（Ｐｆ）を施し、雨滴１０の高周波成分のみを得る（ステップＳ５，図６）。尚、本発明の実施の形態において、雨滴１０の抽出に利用する範囲、即ち雨滴領域Ｂは、−１５／１６π〜−１／２π及び１／２π〜１５／１６πである。
【００２４】
雨量判定手段３は、雨滴帯域Ｂだけを抽出した後、エネルギー量（ｅ）となる雨滴帯域Ｂのパワースペクトルの総和（図７における雨滴領域Ｂの体積）を求める（ステップＳ６，図７）。
【００２５】
雨量判定手段３は、前述した処理（ステップＳ２〜ステップＳ６）を所定回数繰り返し実行し（ステップＳ７）、所定回数のサンプリングが終了すると、経時的に変化する各雨滴帯域Ｂにおける各エネルギー量（ｅ）についての変化量を算出すべく、前記各サンプリング時ｔ１，ｔ２，ｔ３・・・ｔｎにおける各エネルギー量（ｅ１，ｅ２，ｅ３・・・ｅｎ）から、例えば、最小２乗法によって一次式（Ｅ＝ａＸ＋ｂ）を求め、フロントガラス７に付着する雨滴の経時的変化、即ち雨量の変化量（エネルギー変化量）が求まる（ステップＳ８，図８）。
【００２６】
次に雨量判定手段３は、ステップＳ８において求められた一次式から、例えば最終サンプリング時（ｔｎ）におけるエネルギー量（雨量）Ｅを求め、このエネルギー量Ｅと、予め雨量判定手段３のＲＯＭ３ｂに記憶されている第１の設定値Ａとを比較し、エネルギー量Ｅが第１の設定値Ａ以上である場合は（Ｅ≧Ａ）、フロントガラス７に付着した雨滴１０がワイパ９によって払拭する量に達していると判断し次ステップに進み、また、エネルギー量Ｅが第１の設定値Ａに達しない場合は（Ｅ＜Ａ）、フロントガラス７に付着した雨滴１０がワイパ９によって払拭しなくてもよい量であると判断しステップＳ２に進む雨滴付着量の判定を行う（ステップＳ９）。
【００２７】
雨量判定手段３は、ステップＳ９において、フロントガラス７に付着した雨滴１０がワイパ９によって払拭する量に達していると判断した後、ワイパ９の駆動方法についての判定を行うべく、ステップＳ８において算出された一次式の傾きａにより経時的に変化したエネルギー量（雨量）が増加傾向あるか、または減少傾向にあるかの判定を行う（ステップＳ１０）。
【００２８】
雨量判定手段３は、ステップＳ１０において、一次式の傾きａが予め雨量判定手段３のＲＯＭ３ｂに記憶されている第２の設定値Ｃとを比較し、傾きａが第２の設定値Ｃ以上である場合は（ａ≧Ｃ）、フロントガラス７に付着した雨滴１０がワイパ９によって払拭する量に達し、かつ増加傾向であると判断し、ワイパ９が連続駆動するための制御信号をワイパ制御手段４に出力し（ステップＳ１１）、また、傾きａが第２の設定値Ｃに達しない場合は（ａ＜Ｃ）、フロントガラス７に付着した雨滴１０がワイパ９によって払拭する量であるが、減少傾向にあると判断し、ワイパ９が間欠駆動するための制御信号をワイパ制御手段４に出力する（ステップＳ１２）。
【００２９】
前述した処理を繰り返し実行することで、雨滴１０の雨量判定に伴うワイパ９の自動制御を可能とする。
【００３０】
かかる雨滴検出装置１は、ＣＣＤカメラ２によって取り込まれる画像データの内、雨滴１０が高周波成分である雨滴帯域Ｂを有することに着目したものであり、ＣＣＤカメラ２により車両のフロントガラス７越しに前方風景を撮影し、ＣＣＤカメラ２によって取り込まれた画像データを周波数解析し、フロントガラス７に付着する雨滴１０を高周波成分として抽出するとともに、前記高周波成分のエネルギー量を算出し、このエネルギー量によってフロントガラス７に付着する雨滴１０の量を判定する雨量判定手段３を備えるように構成するため、フロントガラス７に付着した実際の雨滴１０の量を適切に判定することができ、ワイパ９の自動駆動制御を良好に行うことが可能となる。
【００３１】
また、雨滴検出装置１は、エネルギー量に基づき雨滴付着量（雨量判定）の判定（ステップＳ９）と、雨量の増減傾向の判定（ステップＳ１０）とを行うことで、フロントガラス７における雨滴１０の付着状態を適切に判断することができ、ワイパ９におけるオン／オフ動作、ワイパ９の間欠動作及び連続動作の切り換え、前記間欠駆動の時間間隔可変制御、連続駆動の駆動速度可変制御等をワイパ制御手段４を介して制御することができる。
【００３２】
また、雨滴検出装置１は、ＣＣＤカメラ２により取り込まれる画像の切り出し範囲を、フロントガラス７を払拭するワイパ９の払拭領域で且つ車両６が走行する路面Ｒに設定することで、雨滴１０以外の標識や看板等のノイズとなる物体を撮影することが少なくなることから、雨量判定手段３の雨量判定における誤判定を防止することが可能となる。
【００３３】
尚、本発明の他の実施の形態としては、車両６の車両情報である車速パルスを入力し（図１参照）、ＣＣＤカメラ２によって撮影された過去の第１の画像データと前記車速パルスとに基づき、ＣＣＤカメラ２によって次に撮影されるであろう第２の画像データを推定し、前記第２の画像データと、ＣＣＤカメラ２により撮影される現時刻における第３の画像データとを比較し、前記第３の画像データから前記第２の画像データを取り除いた画像データを第４の画像データとし、この第４の画像データについて前述した周波数解析を雨量判定手段３によって行うとともに、前述した雨量判定及び雨量の増減傾向判定を行うことである。雨量判定手段３は、前記第４の画像データを求めることにより、フロントガラス７に付着した雨滴１０の変化量のみを周波数解析を行うことが可能となるため、前述した雨量判定をより適切に判定することが可能となる。また、車速パルス以外の他の車両情報としては、惰角信号が挙げられる。
【００３４】
また、本発明の実施の形態における雨量判定において、雨量判定手段３はワイパ９の連続動作と間欠動作を単に切り換えるものであったが（ステップＳ１０〜ステップＳ１２）、雨量判定手段３は、ステップＳ１０において、ワイパ９の駆動方式を間欠動作と連続動作との何れかであると判断した後、それぞれの駆動方式において細分化した複数の設定値を設け、これらの設定値と一次式の傾きａとを比較処理することによって、ワイパ９の間欠駆動の時間間隔可変制御及び連続駆動の駆動速度可変制御が可能となるものである。また、ステップＳ１０の雨量判定後において、単なるワイパ８のオン／オフ（動作／停止）制御とすることも可能である。
【００３５】
また、本発明は、雨滴帯域Ｂにおける帯域幅の調整や雨滴帯域Ｂの周波数領域の調整（雨滴帯域Ｂの帯域幅を一定に保ち周波数領域だけの移動）等の帯域調整を外部から調整可能とすることによって、更に適切な雨量判定が可能となる。これらは、例えばデジタルスイッチやロータリースイッチ，ボリューム抵抗等の外部設定手段を設け、この外部設定手段の入力値に応じて前記帯域調整を行えるようにすることで達成できる。
【００３６】
また、本発明の実施の形態における雨滴付着量の判定において（ステップＳ９及びステップＳ１０）、予め定められる第１の設定値Ａ及びエネルギー量（雨量）Ｅと、予め設定される第２の設定値Ｃ及び傾きａとをそれぞれ比較するようにしているが、第１の設定値Ａ及び第２設定値Ｃとを前記外部設定手段によって変更可能にすることによって、ワイパ９を動作させるための基準値を任意に変更できたり、またワイパ９の連続動作と間欠動作の切換値を任意に変更することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、車両のフロントガラスを払拭するワイパの払拭領域を含むように前記フロントガラス越しに前記車両の前方を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって取り込まれる撮影データを周波数解析し、前記フロントガラスに付着する雨滴を高周波成分として抽出するとともに、前記高周波成分のエネルギー量を算出し、前記エネルギー量によって前記フロントガラスに付着する前記雨滴の量を判定する雨量判定手段と、を備えた雨滴検出装置であって、前記撮影手段により取り込まれる画像の切り出し範囲を、前記車両が走行する路面に設定してなる雨滴検出装置であり、前記フロントガラスに付着した実際の雨滴を適切に検出することができ、雨量の判定も容易に行うことができるため、ワイパの自動駆動制御を良好に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す雨滴検出装置のブロック図。
【図２】同上実施の形態の撮像手段により撮影される画像を示す図。
【図３】同上実施の形態の前記画像における切り出し範囲を示す図。
【図４】同上実施の形態の雨量判定手段による処理方法を示す図。
【図５】同上実施の形態の画像データを示す図。
【図６】同上実施の形態の前記画像データにおけるパワースペクトルを示す図。
【図７】同上実施の形態の雨滴帯域を示す図。
【図８】同上実施の形態の前記雨滴領域におけるエネルギー量を示す図。
【符号の説明】
１    雨滴検出装置
２    ＣＣＤカメラ（撮影手段）
３    雨量判定手段
３ａ  ＣＰＵ
３ｂ  ＲＯＭ
３ｃ  ＲＡＭ
３ｄ  バス
４    ワイパ制御手段
６    車両
７    フロントガラス
８    撮像エリア
９    ワイパ
Ｂ    雨滴帯域
Ｒ    路面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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