DE19858316C2 - Verfahren zum Detektieren und Lokalisieren von auf einer lichtdurchlässigen Scheibe befindlichen, diffusreflektierenden Belägen sowie Vorrichtung - Google Patents
Verfahren zum Detektieren und Lokalisieren von auf einer lichtdurchlässigen Scheibe befindlichen, diffusreflektierenden Belägen sowie VorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung hat ein Verfahren zur Erkennung des Vorhandenseins und der
relativen Lage diffusreflektierender Beläge, wie z. B. Beschlag durch
Feuchtigkeit auf Oberflächen transparenter Medien sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens zum Gegenstand.
Angewandt z. B. bei der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs kann ein
solches Verfahren als eine zentrale Funktion eines Systems zur Sichtqualitäts
bestimmung angesehen werden.
Die bisher bekannten, zu diesem Zweck eingesetzten Verfahren basieren in
erster Linie auf Sensoren, welche einen Feuchtigkeitsbeschlag der Oberfläche
mit Hilfe kapazitiver oder resistiver Wirkprinzipien detektieren und um das
gleiche Beschlagsverhalten zu erzielen wie die zu überwachende Oberfläche
an diese thermisch gekoppelt werden müssen.
So ist z. B. durch die DE 44 28 111 A1 eine Schaltungsanordnung zur Messung
der Feuchte auf einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs offenbart, bei der der
Widerstand zwischen auf der Scheibe angeordneten und mit dieser in
thermischem Kontakt befindlichen Elektroden gemessen wird.
Eine Detektion anderer Beläge als solcher die durch Feuchtigkeit
hervorgerufen sind sowie die Detektion von Belägen auf der dem Sensor
gegenüberliegenden Oberfläche kann mit Verfahren dieser vorbekannten Art
nicht realisiert werden.
Durch die US 4,867,561 ist eine Sensoreinrichtung sowie ein Verfahren
offenbart, bei dem Tropfen auf der sensorabgewandten und Beschlag auf der
sensorzugewandten Oberfläche einer transparenten Scheibe detektiert
werden, indem die Intensitäten der Reflexionen von Strahlen verschiedener,
jeweils einer der Scheibenoberflächen zugeordneter, aus jeweils mehreren
Leuchtdioden bestehender Infrarot-Strahlungsquellen ausgewertet und mit
zuvor abgespeicherten Referenzwerten verglichen werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit welchem es möglich ist,
unter Verwendung der gleichen Mittel beliebige, diffusreflektierende Beläge
berührungslos zu detektieren und dabei zwischen solchen auf der
sensorzugewandten und solchen auf der sensorabgewandten Oberfläche zu
unterscheiden. Darüberhinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird die verfahrensbezogene Aufgabe durch ein Verfahren
zum Detektieren und Lokalisieren von auf einer lichtdurchlässigen Scheibe
befindlichen, diffusreflektierenden Belägen unter Verwendung einer ein
optisches Sensorarray enthaltenden Aufnahmeeinheit gelöst, welches
Verfahren die im 1. Patentanspruch beschriebenen Verfahrensschritte umfaßt.
Dabei wird ein Objekt, bei dem es sich vorzugsweise um eine selbstleuchtende
Lichtquelle wie z. B. eine Leuchdiode handelt, durch eine einen Teil der
Aufnahmeeinheit bildende Abbildungsoptik auf das Sensorarray abgebildet,
wobei die Lichtstrahlung notwendigerweise durch die Scheibe umgelenkt
werden muß, um von dem Objekt zu der Aufnahmeeinheit zu gelangen.
Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird durch die entsprechende Vorrichtung
mit den im kennzeichnenden Teil des 6. Patentanspruchs genannten
Merkmalen gelöst.
Weitere besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Gegenstands sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand
des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Illustration der Verhältnisse bei einer beidseitig trockenen und
sauberen Scheibe
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Illustration der Verhältnisse bei Vorhandensein eines Belags auf
der - sensorabgewandten - Scheibenaußenseite
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Illustration der Verhältnisse bei Vorhandensein eines Belags auf
der - sensorzugewandten - Scheibeninnenseite
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird ein erster Anteil 2a der Strahlung 2, welche von
einer Lichtquelle 1 emittiert wird, an der der Aufnahmeeinheit 4 zugewandten,
im folgenden auch als Scheibeninnenseite bezeichneten Oberfläche 3' der
Scheibe 3 reflektiert. Durch diesen ersten Anteil 2a der Strahlung entsteht
durch die eine Blende 5 sowie eine Sammellinse 6 umfassende
Abbildungsoptik ein erstes Bild 8 der Lichtquelle 1 am Ort 8' in der Ebene des
Sensorarrays 7.
Ein zweiter Anteil 2b der Strahlung wird an der Oberfläche 3' gebrochen und
dringt in die Scheibe 3 ein. An der gegenüberliegenden, im folgenden auch als
Scheibenaußenseite bezeichneten Oberfläche 3" der Scheibe 3 wird ein Teil
2c dieser Strahlung reflektiert, wovon wiederum ein Teil 2d nach erneuter
Brechung an der ersten Oberfläche 3' zur Aufnahmeeinheit 4 gelangt und dort
ein zweites Bild 9 der Lichtquelle 1 am Ort 9' in der Ebene des Sensorarrays 7
erzeugt.
Bei einer Situation, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, mit einem Belag 10 auf der
Scheibenaußenseite 3" erhält man dagegen nur ein scharfes Abbild 8 der
Lichtquelle 1 am Ort 8', das durch den an der Scheibeninnenseite 3'
reflektierten Anteil 2a der Strahlung 2 entsteht. An der Scheibenaußenseite 3"
wird die in die Scheibe eingedrungene Strahlung 2b dagegen diffus
zurückgestreut bzw. verstärkt in den Aussenraum ausgekoppelt. Der Anteil 2d'
der diffus zurückgestreuten Strahlung 2c', der nach erneuter Brechung an der
Oberfläche 3' noch zur Aufnahmeeinheit 4 gelangt, vermag allerdings keine
scharfe Abbildung der Lichtquelle 1 am Ort 9' mehr zu erzeugen, sondern
vielmehr nur noch einen verwaschenen Lichtfleck 9a, der anhand des
Intensitätsverlaufs an seinen Rändern, d. h. insbesondere anhand der
Flankensteilheit dieses Verlaufs eindeutig von der scharfen Abb. 9 der in
der Fig. 1 dargestellten Situation zu unterscheiden ist.
Ähnlich verhält es sich bei der in Fig. 3 dargestellten Situation eines Belags 11
auf der Scheibeninnenseite 3', wobei hier allerdings schon an dieser
Oberfläche 3' eine diffuse Streuung der Strahlung 2 stattfindet. Der von der
Scheibeninnenseite 3' zur Aufnahmeeinheit 4 gelangende Anteil 2a' der
Strahlung erzeugt dort bereits keine scharfe Abbildung der Lichtquelle 1 am Ort
8' mehr, sondern nur einen verwaschenen Lichtfleck 8a, der ebenso, wie zuvor
für den Lichtfleck 9a in der in Fig. 2 dargestellten Situation beschrieben,
anhand der Flankensteilheit seines Intensitätsverlaufs von der scharfen
Abb. 8 der in der Fig. 1 dargestellten Situation zu unterscheiden ist. Der
Anteil 2d' der Strahlung 2, der nach Reflexion an der Scheibenaußenseite 3"
und abermaliger diffuser Streuung an Scheibeninnenseite 3' noch zur
Aufnahmeeinheit 4 gelangt, hat so viel von seiner ursprünglichen Intensität und
Richtcharakteristik verloren, daß in der Ebene des Sensorarrays 7 nicht einmal
mehr ein zusammenhängender, am Ort 9' lokalisierbarer Bildfleck entsteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung des Belagzustandes einer
Scheibe 3 wertet die von dem Sensorarray 7 aktuell ermittelten
Intensitätsverläufe aus, wobei es diese mit den an den bekannten Orten 8', 9'
auf diesem erwarteten Intensitätsverläufe, welche als Referenz für den
belagfreien Zustand abgespeichert wurden, vergleicht und anhand der
Abweichungen von der Referenz, insbesondere im Hinblick auf Veränderungen
in der Flankensteilheit, auf die zuvor beschriebenen Belagzustände schließt.
Beim Einsatz des vorgestellten Verfahrens sowie der Vorrichtung in einem
Kraftfahrzeug kann so eine nachgeschaltete Aktorsteuerung anhand des
vorherrschenden Belagzustandes auf der Scheibe verschiedene Aktionen
auslösen wie z. B. die Beeinflussung der Klimaanlage zur Entfernung von
Feuchtigkeitsbeschlag auf der Scheibeninnenseite und/oder der
Scheibenwischer zur Entfernung von Feuchtigkeit auf der Scheibenaußenseite.
Claims (11)
1. Verfahren zum Detektieren und Lokalisieren von auf einer
lichtdurchlässigen Scheibe (3) befindlichen, diffusreflektierenden Belägen
(10, 11) unter Verwendung einer ein optisches Sensorarray (7)
enthaltenden Aufnahmeeinheit (4) umfassend folgende Schritte:
- - bildliches Erfassen eines Objekts (1) mit der Aufnahmeeinheit (4), wobei sich das Objekt (1) auf derjenigen Scheibenseite (3') befindet, hinter der die Aufnahmeeinheit (4) angeordnet ist, und die von dem Objekt (1) ausgehende Lichtstrahlung (2) zwischen diesem und der Aufnahmeeinheit (4) eine und/oder mehrere Umlenkung(en) an den Oberflächen (3', 3") der lichtdurchlässigen Scheibe (3) erfährt
- - fortlaufendes Ermitteln der Intensitätsverläufe an denjenigen Orten (8', 9') des Sensorarrays (7), an denen sich bei einer sauberen Scheibe (3) gemäß der geometrischen Optik die Bilder (8, 9) des Objekts befinden müssten
- - Auswerten der fortlaufend ermittelten Intensitätsverläufe in einer Datenverarbeitungseinheit, beinhaltend ein Vergleichen mit in einem Datenspeicher abgelegten, zuvor bei einer sauberen Scheibe (3) ermittelten Referenzwerten der Intensitätsverläufe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Vorhandensein von Belägen (11) auf der der Aufnahmeeinheit (4)
zugewandten Oberfläche (3') der Scheibe (3) und/oder Belägen (10) auf
der von der Aufnahmeeinheit (4) abgewandten Oberfläche (3") der
Scheibe (3) daraus abgeleitet wird, an welchen derjenigen Orte (8', 9')
des Sensorarrays (7), an denen sich bei einer sauberen Scheibe (3)
gemäß der geometrischen Optik die Bilder (8, 9) des Objekts befinden
müssten, Unterschiede der fortlaufend ermittelten Intensitätsverläufe zu
den im Datenspeicher abgelegten Referenzwerten auftreten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
insbesondere die Flankensteilheit der Intensitätsverläufe zur Auswertung
herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß entsprechend der durch die ermittelten Intensitätsverläufe
repräsentierten Belagzustände eine Beeinflussung von Aktorfunktionen
erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aktorfunktionen den Betrieb einer Klimaanlage betreffen.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aktorfunktionen den Betrieb einer der Scheibe (3) zugeordneten
Scheibenwischeranlage betreffen.
7. Vorrichtung zum Detektieren und Lokalisieren von auf einer
lichtdurchlässigen Scheibe (3) befindlichen, diffusreflektierenden Belägen
(10, 11) umfassend eine ein optisches Sensorarray (7) enthaltende
Aufnahmeeinheit (4) sowie ein von dieser bildlich zu erfassendes Objekt
(1), dadurch gekennzeichnet, daß sich das Objekt (1) auf derjenigen
Scheibenseite (3') befindet, hinter der die Aufnahmeeinheit (4)
angeordnet ist, und daß die von dem Objekt (1) ausgehenden
Lichtstrahlen zwischen diesem und der Aufnahmeeinheit (4) zumindest
eine Umlenkung an der der Aufnahmeeinheit (4) zugewandten
Oberfläche (3') und/oder an der von der Aufnahmeeinheit (4)
abgewandten Oberfläche (3") der lichtdurchlässigen Scheibe (3)
erfahren.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt
(1) bezüglich der Aufnahmeeinheit (4) und der Scheibe (3) so angeordnet
ist, daß das durch Reflexion an der der Aufnahmeeinheit (4)
zugewandten Oberfläche (3') der Scheibe (3) entstehende erste Bild (8)
und das durch Reflexion an der von der Aufnahmeeinheit (4)
abgewandten Oberfläche (3") der Scheibe (3) entstehende zweite Bild
(9) an unterschiedlichen, festgelegten Orten (8', 9') in der Ebene des
Sensorarrays (7) entstehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Objekt (1) eine für die Auswertung der Intensitätsverläufe vorteilhafte,
insbesondere scharfkantige Kontur aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Objekt (1) eine selbstleuchtende Lichtquelle ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtquelle (1) eine sichtbares und/oder infrarotes Licht abstrahlende
Leuchtdiode ist.
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