DE69835175T2 - System zum Erfassen von Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs - Google Patents

System zum Erfassen von Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum automatischen Erfassen des Vorhandenseins von Feuchtigkeit auf einer Oberfläche, wie beispielsweise der Oberfläche einer Windschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug, um die Scheibenwischer und/oder das Enteisungs- oder Antibeschlagsystem automatisch zu betätigen.
  • In herkömmlichen Scheibenwischersystemen werden die Scheibenwischer basierend auf der abgelaufenen Zeit zwischen Wischvorgängen, statt dem Feuchtigkeitsniveau auf der Außenseite der Windschutzscheibe, betätigt. Während Bedingungen eines relativ gleichmäßigen Regenfalls kann zum Beispiel das Zeitintervall so eingestellt werden, dass es der Zeitdauer entspricht, in der sich der Regen bis zu dem Punkt eines erwünschten Sichtverhältnisniveaus ansammelt. Leider kann die Regenfallrate sehr stark über eine gegebene Zeitperiode schwanken. Zusätzlich können Verkehrszustände auch bewirken, dass variierende Mengen an Regen auf die Windschutzscheiben auftreffen auf Grund von Verkehrbedingungen, wie beispielsweise eines vorbeifahrenden LKWs oder dergleichen. Als Folge dessen muss das Wischerzeitintervall während solcher Bedingungen häufig eingestellt werden, was mühsam sein kann.
  • Verschiedene Systeme sind bekannt, die das Intervall zwischen Wischvorgängen der Windschutzscheibenwischer basierend auf der Feuchtigkeit auf der Fahrzeugwindschutzscheibe automatisch steuern. In einigen bekannten Systemen werden verschiedene Beschichtungen auf die Fahrzeugwindschutzscheibe aufgebracht. Eine elektrische Messung solcher Beschichtungen wird dazu verwendet, eine Angabe über den Feuchtigkeitsgehalt auf der Windschutzscheibe bereitzustellen. Leider erfordern solche Verfahren relativ kostspielige Prozesse, die für ein solches System kommerziell nicht tragbar sind. Andere Systeme zum automatischen Erfassen des Feuchtigkeitsgehalts auf einer Fahrzeugwindschutzscheibe sind ebenfalls bekannt. Zum Beispiel sind optische Systeme bekannt, welche die Differenz des Lichts messen, das von einer trockenen Windschutzscheibe im Vergleich zu einer nassen Windschutzscheibe reflektiert wird. Leider ist das optische Verfahren für eine Interferenz von externen Lichtquellen anfällig und stellt somit eine unzulängliche Leistung bereit. Andere bekannte Systeme müssen an der Windschutzscheibe angeklebt werden, was den Austausch der Windschutzschei be kompliziert gestaltet. Als Folge solcher Komplikationen sind Feuchtigkeitssensoren nur selten an Fahrzeugen vorzufinden.
  • Ein weiteres System zum automatischen Erfassen des Feuchtigkeitsgehalts auf einer Windschutzscheibe ist in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. Hei >(1995)-286130 offenbart, welche die Verwendung eines Bildsensors einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) zum Abbilden eines Teils der Windschutzscheibe zum Erfassen von Regentropfen beschreibt. Das darin beschriebene System berechnet die Summe der Differenzen zwischen jedem Pixel und den Durchschnitt aller Pixel. Leider erzeugen Frontscheinwerfer von entgegenkommenden Fahrzeugen einen hellen Fleck in dem Bild, der schwierig vollständig zu verwischen wäre und wahrscheinlich als Regen interpretiert würde. Damit ein solches System effektiv arbeitet, müssen des Weiteren Bilder von der entfernten Szene vollständig verwischt werden. Anderenfalls sind in der entfernten Szene dunkle und helle Bereiche vorhanden. Obwohl in der japanischen offengelegten Patentanmeldung kein optisches System zum Ausführen dieser Aufgabe offenbart ist, wäre es sehr schwierig, ein optisches System zu entwickeln, um einen entgegenkommenden Scheinwerfer vollständig zu verwischen. Ein Misslingen des Verwischens von entgegenkommenden Scheinwerfern könnte ein falsches Auslösen des Systems bewirken, das in der oben identifizierten japanischen offengelegten Patentanmeldung offenbart ist.
  • Ein weiteres Problem bei automatischen Regenerfassungssystemen ist die Unfähigkeit des Systems, den Betrieb der Scheibenwischer zu erfassen. Unter gewissen kalten Klimabedingungen ist bekannt, dass die Windschutzscheibenwischer an der Windschutzscheibe anfrieren. Da die Feuchtigkeit durch die Scheibenwischer nicht entfernt wird, würde in einer solchen Situation eine automatische Regenerfassungsvorrichtung die Scheibenwischer kontinuierlich anweisen zu arbeiten, selbst wenn die Scheibenwischer an der Windschutzscheibe angefroren sind, was das Windschutzscheibenwischersystem möglicherweise beschädigt.
  • Ein weiteres bekanntes Problem bei bekannten Systemen ist die Unfähigkeit, Beschlag auf der Innenseite und der Außenseite der Windschutzscheiben zu erfassen. Wie oben erwähnt, basieren automatische Feuchtigkeitserfassungssysteme, wie sie in der oben genannten offengelegten japanischen Patentanmeldung offenbart sind, auf der Fähig keit, Regentropfen auf der Windschutzscheibe zu erfassen. Wenn eine gleichförmige Nebelbildung oder ein Beschlag die Fahrzeugwindschutzscheibe bedeckt, sind Systeme, wie beispielsweise das in der offengelegten japanischen Patentanmeldung offenbarte System, nicht in der Lage, eine solche Feuchtigkeit auf der Außenseite der Windschutzscheibe zu erfassen. Als Folge dessen müssen während eines solchen Zustands die Windschutzscheibenwischer manuell betätigt werden, wodurch der Zweck eines automatischen Regensensors und des Windschutzscheibenwischer-Steuersystems teilweise zunichte gemacht wird, was die Funktion sehr viel weniger wünschenswert macht.
  • In anderen Situationen entwickelt sich Beschlag auf der Innenseite der Windschutzscheibe unabhängig von dem Feuchtigkeitsgehalt auf der Außenseite der Windschutzscheibe. Unter einer solchen Bedingung können automatische Regenerfassungssysteme, wie beispielsweise in der japanischen offengelegten Patentanmeldung offenbart, den Feuchtigkeitsgehalt auf der Außenseite der Fahrzeugwindschutzscheibe erst erfassen, nachdem der Beschlag auf der Innenseite der Windschutzscheibe beseitigt ist. Unter einer solchen Bedingung müsste ein System zum Entfrosten oder Entfernen von Feuchtigkeitsbeschlag manuell betätigt werden, um den inneren Beschlag auf der Windschutzscheibe zu entfernen. Der automatische Regensensor wäre während eines solchen Zustands erst betriebsfähig, wenn der Beschlag auf der Innenseite der Windschutzscheibe ausreichend beseitigt ist.
  • Das US-Patent Nr. 4,867,561, das dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht, offenbart ein System zum Erfassen von Feuchtigkeit und Beschlag auf der Windschutzscheibe. Dieses System verwendet eine lineare Anordnung von Messfühlern, die hinter einem Infrarotfilter positioniert sind, um reflektiertes Licht zu erfassen, das von entsprechenden, infrarotes Licht abstrahlenden LEDs abgestrahlt wird. Wenn eine ausreichende Anzahl der Messfühler kein reflektiertes Licht erfasst, bestimmt das System, dass sich Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe befindet und aktiviert die Windschutzscheibenwischer. Einige der Messfühler der Anordnung besitzen entsprechende LEDs, die so positioniert sind, dass sie Licht reflektieren, wenn kein Beschlag auf der Innenseite der Windschutzscheibe vorhanden ist. Dies sind zweckbestimmte LEDs und Sensoren, die von denjenigen getrennt sind, die zum Erfassen von Feuchtigkeit auf der Außenseite der Oberfläche der Windschutzscheibe verwendet werden. Dieses System ist für einen fehlerhaften Betrieb der Windschutzscheibenwischer anfällig, wenn ein Fahrzeug in der gleichen Rich tung vor dem Fahrzeug fährt und seine Bremslichter betätigt, oder wenn seine Begrenzungsleuchten besonders hell sind. Der Grund dafür ist, dass einige Fahrzeuge eine beträchtliche Menge an infrarotem Licht von ihren Rückleuchten abstrahlen. Derartiges infrarotes Licht von Rückleuchten kann durch die Anordnung von Sensoren auch dann erfasst werden, wenn Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe vorhanden ist, wodurch ein Betrieb der Windschutzscheibenwischer verhindert wird, wenn Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe vorhanden ist. Wenn ein Beschlag auf der Innenseite der Windschutzscheibe vorhanden ist, erfasst das in dem US-Patent offenbarte System des Weiteren den Beschlag, kann Feuchtigkeit auf der Außenfläche der Windschutzscheibe jedoch erst erfassen, nachdem der Beschlag beseitigt worden ist.
  • Das US-Patent Nr. 5,276,389 offenbart ein Regenerfassungssystem mit einer Vielzahl von Infrarotstrahl-Sendevorrichtungen, die optisch mit der Fahrzeugwindschutzscheibe gekoppelt sind, um Licht abzustrahlen, das in die Windschutzscheibe gekoppelt wird, und das sich durch den überwachten Teil der Windschutzscheibe zu einer entsprechenden Vielzahl von Strahl-Empfangsvorrichtungen fortpflanzt, die ebenfalls optisch mit der Windschutzscheibe gekoppelt sind. Das Vorhandensein von Feuchtigkeit auf dem überwachten Teil der Windschutzscheibe bewirkt, dass Licht, das sich durch die Windschutzscheibe fortpflanzt, entsprechend gedämpft wird. Das System analysiert dann die von den Empfangsvorrichtungen ausgegebenen Signale, um zu bestimmen, ob die Windschutzscheibenwischer aktiviert werden sollen.
  • Die Erwünschtheit von automatischer Regenerfassung besteht darin, ein System zu haben, das die Windschutzscheibenwischer während typischer klimatischer Bedingungen steuert, wie beispielsweise Regen, Schnee und Beschlag. Wenn das Wischersystem während solcher typischen Bedingungen manuell betätigt werden muss, wird eine solche Funktion unerwünscht.
  • Diese Erfindung stellt ein Fahrzeugwindschutzscheiben-Feuchtigkeitserfassungssystem bereit, das einen Bildsensor mit einer Anordnung von Pixelsensoren, die eine Abbildungsfläche definieren, und ein optisches System umfasst, das eine Linse zum Fokussieren eines Bilds auf den Bildsensor umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor so ausgelegt ist, dass er so in einem Fahrzeug befestigt werden kann, dass die Abbildungsfläche in Bezug auf eine Abbildungsebene der Linse geneigt ist.
  • Somit stellt die Erfindung ein System bereit, dass in der Lage ist, den Feuchtigkeitsgehalt auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs während normaler klimatischer Bedingungen, wie beispielsweise Regen, Schnee oder Beschlag, automatisch zu erfassen, oder das Vorhandensein von Beschlag auf der Außenseite oder Innenseite einer Windschutzscheibe zu erfassen. Das System erfasst auch die Windschutzscheibenwischer automatisch, wenn sie einen Teil der Windschutzscheibe überqueren.
  • In einer erfindungsgemäßen Anordnung umfasst das automatische Feuchtigkeitserfassungssystem das optische System, das einen Teil der Windschutzscheibe auf einen Bildanordnungssensor abbildet, wie beispielsweise einen aktiven CMOS-Pixelsensor. Die Spannung jedes der Pixel, die den Ausleuchtungsgrad darstellt, wird durch einen Analog-Digital-Wandler in einen entsprechenden Grauskalenwert umgewandelt. Die Grauskalenwerte, die dem Bild entsprechen, werden in einem Speicher gespeichert. Die Zusammensetzung der räumlichen Frequenz der Grauskalenwerte wird analysiert, um die vorhandene Regenmenge zu bestimmen, um ein Steuersignal zum Steuern des Betriebs der Scheibenwischer des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der vorhandenen Feuchtigkeitsmenge bereitzustellen. Das System ist auch dafür ausgelegt, einen Beschlag auf der Innenseite der Windschutzscheibe sowie auf der Außenseite der Windschutzscheibe zu erfassen. Durch Bereitstellen eines Systems zum automatischen Erfassen des Vorhandenseins eines Beschlags auf der Innenseite und der Außenseite der Windschutzscheibe werden erhebliche Leistungseinschränkungen von bekannten automatischen Regensensoren während typischer klimatischer Bedingungen eliminiert.
  • Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die folgenden Zeichnungen im Anhang problemlos ersichtlich:
  • 1 ist eine physische Darstellung, die eine Fahrzeugwindschutzscheibe und einen befestigten Rückspiegel zeigt, die ein System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Systems zum Erfassen von Feuchtigkeit auf der Außenseite einer Windschutzscheibe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine physische Darstellung eines Systems in Übereinstimmung mit einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zum Erfassen von Beschlag, welche die Projektion eines Lichtstrahls auf die Windschutzscheibe zur Beschlagerfassung darstellt.
  • 4a und 4b sind computersimulierte Punktdiagramme, welche die Funktionen des optischen Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung jeweils während Feuchtigkeits- und Nicht-Feuchtigkeitsbedingungen darstellen.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm für das System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Blockschaltbild des Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • Ein automatisches Feuchtigkeitserfassungssystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs erfassen, um die Windschutzscheibenwischer des Fahrzeugs, das System zum Entfrosten und/oder Entfernen von Feuchtigkeitsbeschlag automatisch zu steuern. Das System zum automatischen Erfassen von Feuchtigkeit auf einer Fahrzeug-Windschutzscheibe beseitigt viele der Unzulänglichkeiten der Funktionen von bekannten automatischen Feuchtigkeitserfassungssystemen mit kommerziell tragbaren Kosten. Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck Feuchtigkeit zum Bezeichnen von verschiedenen Typen von Feuchtigkeit und Niederschlag verwendet, die auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs während verschiedener klimatischer Bedingungen zu finden sind, wie beispielsweise Regen, Schneefall, Eis, Beschlag sowie auch andere Substanzen, die sich normalerweise auf der Fahrzeugwindschutzscheibe ablagern, wie beispielsweise Insekten, Staub und dergleichen. Das System ist in der Lage, eine bessere Leistung für andere bekannte Systeme unter eigentlich üblichen klimatischen Bedingungen, wie beispiels weise Eis, Beschlag und schwankende Stärken von Regen und Schnellfall und dergleichen, bereitzustellen.
  • Wie ausführlicher im Folgenden dargelegt, wird ein Teil der Windschutzscheibe auf einem Bildanordnungssensor abgebildet. Ein optisches System, das einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, bewirkt, dass Regentropfen und andere Feuchtigkeitsquellen auf der Windschutzscheibe schart fokussiert werden, während entfernte Objekte jenseits der Windschutzscheibe in dem Bild stark verwischt werden. Das Verarbeitungssystem analysiert das Bild auf scharte Unterbrechungen, die durch die Kanten der Regenwassertröpfchen oder einer anderen Feuchtigkeit und durch zufälliges Fokussieren der entfernten Objekte durch die Tröpfchen verursacht werden. Diese Unterbrechungen stellen hohe räumliche Frequenzkomponenten dar. Die Größe von hohen räumlichen Frequenzkomponenten ist ein Maß für die Menge von Regen oder einer anderen Feuchtigkeit auf dem Fahrzeug, das dazu verwendet werden kann, die Fahrzeugwindschutzscheibenwischer automatisch zu steuern. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das System so ausgelegt, dass Beschlag auf der Innenseite und der Außenseite der Windschutzscheibe erfasst wird, um einen Fehlbetrieb des automatischen Feuchtigkeitserfassungssystems zu verhindern. Die Erfindung als solche beseitigt viele der verschiedenen Leistungsseinschränkungen von bekannten automatischen Feuchtigkeitserfassungssystemen.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das System einen Betrieb der Windschutzscheibenwischer erfassen, um einen Fehlbetrieb und eine Beschädigung des Windschutzscheibenwischersystems während Bedingungen zu verhindern, in denen die Windschutzscheibenwischer festsitzen oder an der Windschutzscheibe angefroren sind. Wie oben dargelegt, analysiert das System das Bild eines Teils der Windschutzscheibe auf scharte Unterbrechungen, die relativ hohe räumliche Frequenzkomponenten aufweisen. Die Größe dieser hohen räumlichen Frequenzkomponenten wird zum Darstellen des Maßes von Feuchtigkeit oder anderen Substanzen auf der Windschutzscheibe verwendet. Somit werden Staub, Insekten und andere Substanzen anfänglich wie Feuchtigkeit behandelt. Wie vorher dargelegt, besitzt das System jedoch die Fähigkeit, einen Betrieb der Windschutzscheibenwischerblätter automatisch zu erfassen. Wenn daher die Substanz, die Eis, Schmutz, Bruchstellen oder andere Substanzen sein kann, durch die Windschutzscheibenwischer nicht entfernt werden kann, kann das System somit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung so ausgelegt werden, dass solche Substanzen ignoriert werden, um einen weiteren Fehlbetrieb des Windschutzscheibenwischersystems des Fahrzeugs zu verhindern.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist das automatische Feuchtigkeitserfassungssystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung allgemein mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet. Das automatische Feuchtigkeitserfassungssystem kann stationär in dem Haltebügel 22 eines Fahrzeugrückspiegels 24 oder alternativ in dem hinteren Teil des Rückspiegelgehäuses 24 befestigt sein. Das automatische Feuchtigkeitserfassungssystem 20 umfasst einen Bildanordnungssensor, der zum Beispiel 50–75 mm (2–3 Zoll) hinter der Fahrzeugwindschutzscheibe 26 angebracht ist, wobei die optische Achse im Wesentlichen parallel zum Boden oder leicht angewinkelt zum Boden verläuft. Der Winkel der Windschutzscheibe 26 in einem modernen Personenfahrzeug beträgt ungefähr 27°. Eine solche Auslegung kann bewirken, dass sich die Regentropfen und andere Feuchtigkeit in einem unterschiedlichen Abstand von dem Bildsensor befinden, abhängig davon, wo sich die Feuchtigkeit in Bezug auf das Sichtfeld des Bildsensors befindet. Um die Kompensierung dieses Problems zu unterstützen, kann der Bildsensor ungefähr 10° in Richtung auf die Windschutzscheibe 26 hin abgewinkelt sein, so dass die Oberseite des Sensors 20 näher zu der Windschutzscheibe 26 hin bewegt wird.
  • Es gibt vier Hauptkomponenten des automatischen Feuchtigkeitserfassungssystems 20: ein optisches Abbildungssystem; eine Leuchtdiode; einen Bildanordnungssensor; und einen Prozessor. Das optische Abbildungssystem ist am besten in 2 gezeigt, wogegen der Bildanordnungssensor in 2 und 6 dargestellt ist. Ein Ablaufdiagramm für den Mikrocontroller ist in 5 dargestellt.
  • Optisches Abbildungssystem
  • Das optische Abbildungssystem, das allgemein mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist, wird verwendet, um einen vorbestimmten Teil der Windschutzscheibe 26 auf einen Bildanordnungssensor 32 so abzubilden, dass Objekte in dem ungefähren Abstand der Windschutzscheibe 26 auf der Bildebene scharf fokussiert sind, während Objekte in einem größeren Abstand unscharf und verwischt sind. Der Bereich der Windschutzscheibe 26, der abgebildet wird, muss groß genug sein, damit die Wahrschein lichkeit, Regentropfen während Bedingungen von relativ leichtem Regen zu aufzunehmen, signifikant ist. Weiterhin muss der abgebildete Bereich der Windschutzscheibe in einem Bereich der Windschutzscheibe liegen, der von den Windschutzscheibenwischern gewischt wird.
  • Das optische Abbildungssystem kann eine einzelne bikonvexe Linse 33 umfassen, die als eine Abbildungslinse verwendet wird. Die Linse 33 kann einen Durchmesser von 6 mm; einen vorderen und hinteren Krümmungsradius von 7 mm für jede Oberfläche und eine Mittendicke von 2,5 mm aufweisen. Die vordere Oberfläche der Linse 33 kann 62 mm von der Außenfläche der Windschutzscheibe 26 beabstandet positioniert sein. Die Abbildungslinse 33 kann durch eine mechanische Linsenhalterung 34 gehalten werden, die einen Anschlag 36 von ungefähr 5 mm Durchmesser direkt vor der Linse 33 ausbildet. Der Bildanordnungssensor kann sich ungefähr 8,55 mm von der hinteren Oberfläche der Linse 33 beabstandet befindet und, wie oben erwähnt, um ungefähr 10° leicht abgewinkelt sein.
  • Weitere aufwändige optische Systeme mit zum Beispiel mehreren Elementen, asphärischen Elementen oder lichtbrechenden Objekten könnten verwendet werden, insbesondere, wenn ein kürzerer Abstand von der Windschutzscheibe ein erwünschtes Merkmal ist. Da die gesammelten Bilder jedoch nicht zu fotografischen Zwecken dienen, ist eine solche optische Qualität in einer Anwendung für automatische Feuchtigkeitserfassung nicht notwendig. Eine einzelne Linse kann ebenfalls verwendet werden, die aus Acryl oder anderen durchsichtigen Kunststoffen unter relativ niedrigen Kosten formgepresst wird. Verschiedene Firmen, einschließlich Polaroid und Kodak, sind auf formgepresste Hochleistungs-Kunststoffoptik spezialisiert.
  • 4 stellt eine Computersimulation der Funktionen des Abbildungssystems dar, das in 2 gezeigt ist. Insbesondere ist 4a ein Punktdiagramm der Abbildung von annähernd parallelen Lichtstrahlen von einem relativ entfernten Objekt auf der optischen Achse auf eine Bildebene. 4b ist ein Punktdiagramm der Abbildung eines Punkts auf der optischen Achse in dem Abstand der Außenfläche der Windschutzscheibe. Unter Vergleich der Punktdiagramme von 4a und 4b wird offenkundig, dass das optische System von entfernten Objekten kommendes Licht verwischen kann, wogegen Licht von Objekten in Windschutzscheiben-Abstand fokussiert wird.
  • Gelegentlich könnte beim Hinauffahren auf einen Hügel das Fahrzeug so positioniert werden, dass die Sonne durch die Vorrichtung direkt abgebildet wird. Die Strahlungsbelastung, die durch diese Ausrichtung verursacht wird, kann den Bildanordnungssensor 32 im Laufe der Zeit beschädigen. Zum Verringern eines solchen Problems kann ein elektrochromer Filter verwendet werden, um zeitweise das meiste Sonnenlicht aus der Bildebene zu beseitigen. Andere opto-elektronische oder opto-mechanische Vorrichtungen können ebenfalls verwendet werden.
  • Bildanordnungssensor
  • Der Bildanordnungssensor 32 kann ein aktiver CMOS-Pixelsensor sein. Aktive CMOS-Pixelsensoren sind ein kürzlicher Durchbruch in der Bildgebungstechnologie und ermöglichen eine hochempfindliche Abbildung unter geringen Kosten auf einem Chip, der in einem CMOS-Prozess hergestellt wird. Solche aktiven CMOS-Pixelsensoren weisen gegenüber anderen Sensoren verschiedene Vorteile auf, einschließlich eines niedrigen Energieverbrauchs, gängigen CMOS-Herstellungstechniken, niedrigen Kosten und der Fähigkeit, eine zusätzliche Schaltung auf dem gleichen Chip zu integrieren, variablen Auslesefenstern und einer variablen Lichtintegrationszeit. Solche aktiven CMOS-Pixelsensoren sind von Photobit LLC, La Cresenta, Kalifornien, im Handel erhältlich. Zwar weisen aktive CMOS-Pixelsensoren wesentliche Vorteile auf, doch sind auch andere Bildanordnungssensoren geeignet und werden als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet. Die Größe und Anzahl von Pixeln wird bestimmt, um einen Bereich der Windschutzscheibe, der ausreichend groß ist und genügend Detail aufweist, abzubilden, um in angemessener Weise leichten Regen zu erfassen, wobei auf Kosteneffizienz geachtet wird. Zum Beispiel wird eine Anordnung von 64 × 64 aktiven Pixeln mit einer Pixelgröße von 40 μm einen Bereich von ungefähr 25 mm × 40 mm auf einer standardmäßigen Windschutzscheibe eines Personenkraftfahrzeugs abgebildet.
  • Verarbeitung und Steuerung
  • Ein Blockschaltbild der automatischen Feuchtigkeitserfassungsschaltung ist in 6 dargestellt. Wie oben erwähnt, wird ein vorbestimmter Teil der Windschutzscheibe 26 auf einen Bildanordnungssensor 26 abgebildet. Die Analogspannung von jedem der Pixel innerhalb des Sensors 32 wird mittels eines Analog-Digital-Wandlers zu einem digitalisierten Grauskalenwert umgewandelt. Der Analog-Digital-Wandler 35 wird unter der Steuerung einer Zeit- und Steuerschaltung 37 betrieben, die wiederum durch einen Mikrocontroller 38 gesteuert wird. Die Zeit- und Steuerschaltung 37 ist im Detail in der US-Patentanmeldung Seriennr. 933,210 mit dem Titel "Control Circuit For Image Array Sensors" von Jon Bechtel und Joseph Stam beschrieben. Ein geeigneter Mikrocontroller 38 ist ein Motorola 68HC08XL36. Es ist allerdings allgemein bekannt, dass solche Mikrocontroller keinen ausreichenden Direktzugriffsspeicher (RAM) enthalten, um ein Gesamtbild eines Bildanordnungssensors von 50 × 50 Pixeln zu speichern. In einer solchen Situation kann eine Fensterbildungsfunktion der CMOS-Bildanordnungssensoren verwendet werden, um alternativ unterschiedliche Bereiche von einer Größe, die für den eingebauten RAM des Mikrocontroller 38 klein genug ist, abzubilden und zu verarbeiten.
  • Wie oben dargelegt, analysiert das System die digitalisierten Grauskalenwerte auf scharte Kanten, die für Regentropfen oder eine andere Feuchtigkeit repräsentativ sind, indem die räumlichen hohen Frequenzkomponenten analysiert werden. Die Größe der räumlichen hohen Frequenzkomponenten wird verwendet, um eine Windschutzscheibenwischer-Motorsteuerung 40 so zu steuern, dass die Wischfrequenz der Windschutzscheibenwischerblätter, (d.h. das Zeitintervall zwischen Wischvorgängen), abhängig von der Feuchtigkeitsmenge auf der Windschutzscheibe gesteuert wird. Wie im Folgenden ausführlich erläutert wird, kann das System auch den Beschlag auf der Innenseite und der Außenseite der Windschutzscheibe erfassen. Somit kann der Mikrocontroller 38 auch verwendet werden, um das System zum Entfrosten oder Entfernen von Feuchtigkeitsbeschlag 42 des Fahrzeugs zu steuern. Zum Bereitstellen der Empfindlichkeit des Systems kann eine Empfindlichkeits-EIN/AUS-Steuerung 44 durch den Fahrer vorgesehen werden. Diese Steuerschaltung 44 kann in besonderen Umständen zum Beispiel verwendet werden, wenn sich das Fahrzeug in einer automatischen Fahrzeugwaschanlage befindet, um einen Fehlbetrieb des Systems zu verhindern.
  • Sobald ein Bild von dem Bildanordnungssensor 32 erfasst worden ist, wird die Leuchtdichte jedes Pixels, die durch eine Analogspannung dargestellt wird, durch den Analog-Digital-Wandler 35 in einen digitalen Grauskalenwert umgewandelt. Diese Werte werden in einen Speicher geschrieben, der sich in dem Mikrocontroller 38 befinden kann, und werden durch den Mikrocontroller 38 oder alternativ einen digitalen Signalprozessor verarbeitet.
  • Regen wird durch Quantifizieren der Unterbrechungen erfasst, die sich aus den scharten Kanten der Regentropfen auf der Windschutzscheibe ergeben. Diese scharten Kanten werden durch das fokussierte Bild des Regens oder eines anderen Feuchtigkeitströpfchens zusammen mit der zufälligen optischen Abbildung von Fernbereichobjekten durch die Tröpfchen oder andere Feuchtigkeit verursacht. Wie in "Digital Image Processing" von R.C. Gonolez und R.E. Woods, Addison-Wesely 1992, dargelegt, können die Bilder auf ihre Zusammensetzung der räumlichen Frequenz analysiert werden. Die räumliche Frequenzzusammensetzungsanalyse ist analog zur Fourier-Analyse, die allgemein bei digitaler als auch analoger Signalverarbeitung verwendet wird. Das Verfahren, eine Fourier-Transformation eines Signals durchzuführen und seine Frequenzzusammensetzung zu bestimmen, kann problemlos auf zweidimensionale Signale angewendet werden. Wenn das zweidimensionale Signal ein Bild ist, wird allgemein der Ausdruck räumliche Frequenz verwendet. Die Zusammensetzung der räumlichen Frequenz eines Bilds kann unter Verwendung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation des Bilds ausgewertet werden. Die Transformation wird durch Gleichung (1) wie folgt angegeben:
    Figure 00120001
    wobei: f(x,y) der Wert des Pixels in dem ursprünglichen Bild am Pixel x, y ist: F(ωx, ωy) der Wert der Fourter-Transformation des Bilds an der Pixelposition ωx, ωy ist; j die komplexe Zahl √–1 ist.
  • Gleichung (1) beschreibt die Fourter-Transformation für kontinuierliche infinite zweidimensionale Signale. Diese Funktion lässt sich problemlos an diskrete finite zweidimensionale Signale anpassen, die sich aus digitalen Bildern ergeben. Unter Anwendung von Techniken der räumlichen Frequenzanalyse können die groben Kanten bzw. die "Grobheit" eines Bilds relativ genau quantifiziert werden. Zum Beispiel kann eine Fourter-Transformation an einem sehr verwischten Bild durchgeführt werden. Bei einer solchen Analyse ist der Wert von F(ωx, ωy) für niedrige Größen ω von räumlichen Frequenzen ωx, ωy hoch, wogegen der Wert von F(ωx, ωy) bei hohen Größen von ωx, ωy niedrig ist.
  • Der Wert von F(ωx, ωy), wobei ωx, ωy beide 0 sind, ist immer der durchschnittliche Grauskalenwert des Bilds.
  • Alternativ führt eine Fourier-Analyse eines schart fokussierten Bilds mit vielen Kanten zu den Werten von F(ωx, ωy) für große Größen von ωx, ωy, die hoch sind. Ein digitaler Filter kann verwendet werden, um bestimmte räumliche Frequenzbereiche auszuwählen. Eine relativ einfache Implementierung eines solchen Filters zur Bildverarbeitung verwendet eine 3 × 3-Matrix, die einer 3 × 3-Pixelumgebung zugeführt wird, wie im Folgenden dargestellt:
    Figure 00130001
  • Ein neues Bild g(x, y) kann ausgebildet werden, welches das Bild ist, das sich aus dem Anwenden des Filters auf das aktuelle Bild ergibt. Das Bild kann schleifenweise für jedes Pixel mit einem Wert von f(x, y) an einer Stelle verarbeitet werden, die durch die Variablen x und y definiert ist. In der oben genannten Matrix entspricht die Stelle des Koeffizienten E dem aktuellen Pixel bei x und y. Das Pixel an der Stelle x und y in dem neuen Bild weist einen Wert auf, der durch folgende Gleichung (2) angegeben wird: g(x, y) = A·f(x – 1, y – 1) + B·f(x, y – 1) + C·f(x + 1, y – 1) + D·f(x – 1, y) + E·f(x, y) + F·f(x + 1, y) + G·f(x – 1, y + 1) + H·f(x, y + 1) + I·f(x + 1, y + 1) (2)
  • Ein spezieller, allgemein verwendeter Filter ist ein Laplace-Filter. Die Laplace-Funktion ist die Ableitung zweiter Ordnung einer zweidimensionalen Funktion f(x, y), die durch Gleichung (3) angegeben wird:
    Figure 00130002
  • Diese Laplace-Funktion kann in diskretem Raum unter Verwendung der oben beschriebenen 3 × 3-Matrix mit den Koeffizienten wie folgt implementiert werden: E = 4; B, D, F und H = –1, und der Rest der Koeffizienten ist 0. Andere Koeffizienten-Kombinationen können ebenfalls verwendet werden, um Variationen der diskreten Laplace-Funktion zu berechnen, so lange der Koeffizient E positiv und der Rest negativ ist, und die Summe aller Koeffizienten Null ist. Die räumliche Frequenzreaktion wird durch folgende Gleichung (4) bestimmt:
    Figure 00140001
    wobei:
    H(ωx, ωy) die Frequenzreaktion des Filters für Frequenzen ωx und ωy ist; die Funktion h(m, n) die Koeffizienten der oben genannten Matrix beschreibt; der Koeffizient E der Wert von h(0, 0) ist, A der Wert von h(–1, –1) ist usw.; j die komplexe Zahl √–1 ist.
  • Durch Analysieren der Frequenzreaktion des diskreten Laplace-Filters unter Verwendung von Gleichung (4) ist offenkundig, dass der diskrete 3 × 3-Laplace-Filter ein Hochpassfilter ist. Durch Modifizieren der Koeffizienten kann die spezielle Reaktion des Filters eingestellt werden. Zusätzlich kann ein 5 × 5- oder größerer Filter für eine noch feinere Steuerung der Reaktion verwendet werden.
  • Regentropfen und andere Feuchtigkeit kann unter Verwendung eines oben beschriebenen 3 × 3-Laplace-Filters erfasst werden. Jedes Pixel wird einzeln schleifenweise geprüft, und eine Variable wird zum Speichern der Gesamtmenge von erfasster "Feuchtigkeit" verwendet. Die Laplace-Funktion für jedes Pixel wird unter Verwendung der oben beschriebenen Formel für g(x, y) mit den Laplace-Koeffizienten berechnet.
  • Ein Ablaufdiagramm in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist in 5 dargestellt. Zu Beginn wird in Schritt 46 ein Bild der Windschutzscheibe erfasst. Wie oben erwähnt, bildet das optische System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Szene so ab, dass entfernte Objekte unscharf sind, und Objekte im Windschutzscheibenabstand sich im Fokus befinden. Wenn somit keine Feuchtigkeit oder eine andere Substanz auf der Windschutzscheibe vorhanden ist, wird nur ein verwischtes Bild von entfernten Objekten erfasst. Ein verwischtes Bild kann eine relativ kleine hohe räumliche Frequenzkomponente aufweisen. Somit ist der Wert der Laplace-Funktion in einer solchen Situation relativ niedrig. Wenn Regen oder eine andere Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe sind, befinden sich die Tropfen im Fokus, und das Bild enthält relative große hohe Frequenzkomponenten. Trotz des Verwischens von entfernten Objekten durch das optische System 30 können entgegenkommende, relativ helle Frontscheinwerfer von anderen Fahrzeugen zu einer beträchtlich hohen räumlichen Frequenzkomponente beitragen. Zum Herausfiltern dieser Komponente können Pixel mit einem Grauskalenwert über dem Sättigungspegel des Analog-Digital-Wandlers, (d.h. Pixel mit einem Grauskalenwert von oder annähernd 255), weggelassen werden.
  • In Schritt 48 wird die Laplace-Funktion jedes Pixels berechnet, und die Ergebnisse werden gespeichert. Wenn die Größe einer Laplace-Funktion über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, wodurch eine hohe räumliche Frequenzkomponente angegeben wird, die groß genug ist, um Regen oder andere Feuchtigkeit anzugeben, wird dieser Wert insbesondere mit den Werten der anderen Pixel summiert, um den Gesamtwert von Regen oder anderer Feuchtigkeit anzuzeigen, welcher mit einem Schwellenwert verglichen wird, der ein benutzereingestellter Schwellenwert sein kann, wie in Schritt 50 angegeben. Wenn die Summe der Laplace-Funktion von jedem der Pixel größer als der Schwellenwert ist, wie in Schritt 52 bestimmt wird, werden die Windschutzscheibenwischer in Schritt 54 betätigt. Anderenfalls kehrt das System in einer Schleife zu Schritt 46 zurück und erfasst ein neues Bild der Windschutzscheibe.
  • Der in Schritt 52 angegebene Schwellenwert kann ein festgelegter Schwellenwert oder ein variabler Schwellenwert sein. In Anwendungen, in denen ein variabler Schwellenwert verwendet wird, kann der Schwellenwert ein benutzereingestellter Schwellenwert sein, der über einen Steuerknopf oder einen Steuerschieber mit einem Spannungsausgang implementiert wird. Dieser Spannungsausgang kann dann abgetastet und in einen digitalen Wert umgewandelt werden, der zum Vergleich mit der Summe der Pixel, welche die Gesamtmenge von Regen angeben, entsprechend skaliert wird.
  • Um einen Fehlbetrieb des Systems zu verhindern, wird der Betrieb des Scheibenwischerblatts in Schritt 56 erfasst. Insbesondere kann ein kleines Unterfenster des Bildanordnungssensors ausgewählt werden, damit mehr Zyklen pro Sekunde verarbeitet werden können, um einen sich relativ schnell bewegenden Windschutzscheibenwischer zu erfassen. Ein Bild des Scheibenwischers wird in Schritt 56 erfasst. Jedes Bild wird unter Verwendung von zwei eindimensionalen Hochpassfiltern verarbeitet; einem für die vertikale Richtung und einem für die horizontale Richtung, wie in Schritt 58 angegeben. Da der Windschutzscheibenwischer als eine vertikale Linie in einem Bild erscheint, sollte eine beträchtlich größere hohe Frequenzkomponente in einer horizontalen Richtung als in einer vertikalen Richtung vorhanden sein. Somit kann ein vertikaler Hochpassfilter unter Verwendung einer oben beschriebenen 3 × 3-Matrix implementiert werden, wobei der Koeffizient E auf 2 gesetzt ist, die Koeffizienten B und H auf –1 gesetzt sind, und der Rest auf Null eingestellt ist. Ein horizontaler Filter wird implementiert, wobei der Koeffizient E auf 2 gesetzt ist, die Koeffizienten D und F auf –1 gesetzt sind, und der Rest auf Null eingestellt ist. Die Summe jeder Komponente wird auf die gleiche Weise zusammengerechnet, wie sie zum Berechnen der oben erläuterten Laplace-Funktion verwendet wird. In Schritt 60 wird das Verhältnis der horizontalen Komponente zu der vertikalen Komponente berechnet. Wenn die horizontale Komponente viel größer als die vertikale Komponente ist, wird angenommen, dass eine vertikale Linie in dem Bild vorhanden ist, die das Vorhandensein der Windschutzscheibenwischer anzeigt.
  • Wenn die Scheibenwischer des Fahrzeugs so ausgelegt sind, dass die Scheibenwischer niemals annähernd vertikal sind, wenn sie den Regenerfassungsbereich überqueren, können die oben beschriebenen Filter so modifiziert werden, dass sie eine solche Auslegung aufnehmen. Zum Beispiel können auch verschiedene andere Kantenerfassungsverfahren verwendet werden, die im Fachgebiet der Bildverarbeitung bekannt sind. Wenn die Wischergeschwindigkeit für die Fahrzeug-Windschutzscheibenwischer so schnell ist, dass sie in der notwendigen Belichtungszeit das Bild leicht verwischt, kann der horizontale Filter so modifiziert werden, dass er die Pixel zwei Positionen nach links und nach rechts von dem aktuellen Pixel subtrahiert, statt die Pixel direkt neben dem aktuellen Pixel zu subtrahieren.
  • Nachdem der Wischer den Bilderfassungsbereich gereinigt hat, wie in Schritt 62 angegeben, wird in Schritt 64 ein weiteres Bild der Windschutzscheibe erfasst, für welches die Laplace-Funktion berechnet wird. Diese Berechnung wird als eine Nullpunkt-Messung verwendet, die von allen anschließenden Messungen bis zum nächsten Wischvorgang subtrahiert werden kann. Auf diese Weise tragen langfristige hohe räumliche Fre quenzkomponenten in dem Bild einer schmutzigen Windschutzscheibe, von Rissbildungen, Kratzern und gefrorenem Eis nicht zu der erfassten Regenmenge bei.
  • Wenn der Windschutzscheibenwischer nicht innerhalb eines gegebenen Zeitrahmens erfasst wird, nimmt das System an, dass eine Fehlfunktion aufgetreten ist, die als Ergebnis dessen verursacht worden sein kann, dass der Scheibenwischer an der Windschutzscheibe angefroren ist. Während eines solchen Zustands kann der Betrieb des Feuchtigkeitssensors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung für eine Zeitdauer ausgesetzt werden, um zu gestatten, dass das Eis abtaut. Wenn Außentemperatur-Informationen verfügbar sind, können Frost-Klimabedingungen berücksichtigt werden, um zu entscheiden, ob die Scheibenwischer auf Grund einer mechanische Fehlfunktion oder wegen Eisbildung ausgefallen sind.
  • Das System kann sich auch an variierende Lichtpegel anpassen. Insbesondere kann während ausgewählter Zyklen der durchschnittliche Grauskalenwert des Bilds berechnet werden. Wenn dieser Wert hoch ist, was eine übermäßige Belichtung anzeigt, kann die Bildsensor-Integrationszeit in dem folgenden Zyklus reduziert werden, um die durchschnittliche Helligkeit zu verringern. Desgleichen kann bei niedrigem Lichtpegel die Integrationszeit erhöht werden. Unter relativ dunklen Bedingungen können einige Bildanordnungssensoren unter Umständen nicht genügend Licht in einer angemessenen Zeit sammeln, um Feuchtigkeit, wie beispielsweise Regentropfen, zweckentsprechend abzubilden. In einer solchen Situation kann eine zusätzliche Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt werden, um den Bereich, der von Interesse ist, von der Rückseite aus zu beleuchten, während das Bild aufgenommen wird. Wenn die Windschutzscheibe des Fahrzeugs in Bezug auf Infrarotstrahlung nicht hochabsorbierend ist, kann eine Beleuchtungsvorrichtung im nahen Infrarot verwendet werden, so lange die Wellenlängen innerhalb des Bereichs liegen, der von dem Bildanordnungssensor erfasst werden kann. Eine Infrarot-Beleuchtungsvorrichtung weist den Vorteil auf, für das menschliche Auge nicht sichtbar zu sein und lenkt den Fahrer demzufolge nicht ab.
  • Beschlagdetektor
  • Um viele der betriebsmäßigen Nachteile von bekannten Feuchtigkeitserfassungssystemen zu beseitigen, umfasst das System in Übereinstimmung mit einer alternativen Aus führungsform der Erfindung ein System zum Erfassen von Beschlag auf der Innenseite und der Außenseite der Windschutzscheibe. Wie in 2 und 3 dargestellt, kann eine Leuchtdiode (LED) zum Erfassen von Beschlag sowohl auf der Innenseite als auch der Außenseite einer Fahrzeugwindschutzscheibe 26 verwendet werden. Zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Beschlagerfassungssysteme sind offenbart, wobei beide auf der Differenz des Wegs des Lichts von der LED 66 basieren, das von der Windschutzscheibe bei vorhandenem Beschlag reflektiert wird. Beschlagserfassung kann in alternierenden Verarbeitungszyklen mit der Regenerfassung vorgenommen werden. Insbesondere können auf Grund der langsamen Entstehung von Beschlag auf der Windschutzscheibe viele Zyklen zur Regen- und Feuchtigkeitserfassung zwischen Beschlagserfassungszyklen verwendet werden. Zu Beginn der Beschlagserfassungszyklen kann ein Bild unter Verwendung eines Fensters erfasst werden, das die erwartete Stelle der Punkte erhält.
  • In einer ersten Ausführungsform kann eine Lichtquelle verwendet werden, die entweder in hohem Maße parallel gerichtet oder auf einen Punkt in Windschutzscheibenabstand fokussiert ist. Die Lichtquelle kann entweder infrarotes Licht oder sichtbares Licht abstrahlen, abhängig von den Absorptionsmerkmalen der Windschutzscheibe. Infrarotquellen werden bevorzugt, da sie für das menschliche Auge nicht sichtbar sind und deshalb keine Ablenkung verursachen. Eine Infrarot-LED 66 kann zusammen mit einer Linse 68 mit einer Brennweite verwendet werden, die gleich dem Abstand der Windschutzscheibe ist, wie allgemein in 2 dargestellt. Die LED 66 kann ein paar Millimeter oberhalb der optischen Hauptbaugruppe positioniert und so abgewinkelt werden, dass das projizierte Licht, wie in 3 dargestellt, auf eine Position der optischen Hauptachse auf der Windschutzscheibe 26 gerichtet ist. Die LED 66 wird zuerst abgeschaltet, und ein Bild wird aufgenommen. Unmittelbar darauf wird die LED eingeschaltet, und ein zweites Bild wird aufgenommen. Die Differenz zwischen diesen Bildern wird zur Punkterfassung verwendet. Wenn kein Beschlag vorhanden ist, reflektiert das Licht von der Windschutzscheibe 66 im Snell-Winkel, wodurch es weit außerhalb des Sichtfelds des Bildanordnungssensors 32 getragen wird. Wenn Beschlag vorhanden ist, wird das Licht durch Lambert-Reflexion reflektiert, was bewirkt, dass der Beschlag als ein kleiner Punkt 70 abgebildet wird (3). Auf Grund der Winkel der Windschutzscheibe 26 und der Lichtquelle 66 erzeugt Beschlag auf der Außenseite einen Punkt 70, der niedriger liegt als ein Punkt 72, der durch Beschlag auf der Innenseite der Windschutzscheibe 26 erzeugt wird. Die Stelle dieser Punkte 70, 72 kann verwendet werden, um das Vorhandensein eines inneren und/oder äußeren Beschlags auf der Windschutzscheibe 26 darzustellen. Wenn Beschlag auf der Innenseite der Windschutzscheibe vorhanden ist, ist eine Erfassung von Beschlag auf der Außenseite nicht möglich. Allerdings hat diese Einschränkung keine Konsequenz, da die Sicht ohnehin beeinträchtigt wäre. Die folgende Tabelle gibt die Schlussfolgerungen an, die aus dem Vorhandensein jedes Punkts gezogen werden.
  • Figure 00190001
  • In einer alternativen Ausführungsform wird eine Infrarot-LED oder, falls erforderlich, eine LED mit sichtbarem Licht verwendet. Die LED muss entweder relativ klein sein oder in Verbindung mit einem Visierloch verwendet werden und so gerichtet sein, dass das Licht von der LED von der Windschutzscheibe 26 weg und auf einen Bildanordnungssensor im Snell-Winkel reflektiert. In einer solchen Auslegung treten zwei Reflexionen auf: eine von der Innenseite der Windschutzscheibe weg, und eine durch Spiegelreflexion von der Außenfläche der Windschutzscheibe. In dieser Ausführungsform werden, wenn kein Beschlag vorhanden ist, die Punkte im Snell-Winkel reflektiert und sind für den Bildanordnungssensor sichtbar. Wenn Beschlag auf der Außenseite der Windschutzscheibe 26 vorhanden ist, ist der Punkt von der inneren Reflexion vorhanden, der Punkt der äußeren Reflexion ist jedoch verwischt. Das Differenzbild wird für den inneren Beschlag analysiert. Zu Beginn wird ein 3 × 3-Laplace-Filter verwendet, um ein neues Bild zu erzeugen, das nur die hohen Frequenzkomponenten des Originalbilds enthält. Auf diese Weise wird die verwischte Reflexion durch Beschlag beleuchtet. Die Punkte werden durch Aufnehmen des maximalen Werts einer Pixelgruppe in dem erwarteten Bereich jedes Punkts erfasst. Eine Gruppe, die geringfügig größer als die erwartete Größe des Punkts ist, kann verwendet werden, um leichte Fehlausrichtungen zu korrigieren, und für die Tatsache, dass die Laplace-Funktion nur die Kanten der Punkte beibehält, an denen die hohen Frequenzkomponenten vorhanden sind. Leichter Beschlag kann auch verursachen, dass der Punkt wächst, kann aber keinen Handlungsbedarf erfordern. Wenn der Wert einigermaßen größer als Null ist, wird für jeden Punkt bestimmt, dass er vorhanden ist. Die folgende Wahrheitstabelle gibt die Erfassung von Beschlag für die alternative Ausführungsform an.
  • Figure 00200001
  • Wenn der äußere Beschlag erfasst wird, können die Windschutzscheibenwischer betätigt werden, um den Beschlag entfernen zu helfen, oder es kann ein Warnlicht verwendet werden, falls erwünscht, um dem Fahrer diesen Zustand anzuzeigen. Innenbeschlagerfassung kann verwendet werden, um das System zum Entfrosten oder Entfernen von Feuchtigkeitsbeschlag automatisch zu betätigen, um zu verhindern, dass der Fahrer wartet, bis sich beträchtlicher Beschlag entwickelt hat. Weitere beteiligte Verarbeitungsverfahren können Bestimmen der Größe des Punkts durch Berechnen des Abstands zwischen horizontalen Kanten des Punkts umfassen, und somit eine Messung der Beschlagmenge auf der Windschutzscheibe zu haben, die mit einem Schwellenwert verglichen werden kann.
  • Offensichtlich sind viele Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung angesichts der vorstehenden Lehren möglich. Demzufolge sollte klar sein, dass innerhalb des Umfangs der Ansprüche im Anhang die Erfindung anders als speziell oben beschrieben ausgeübt werden kann.
    •

Claims (27)

  1. Fahrzeugwindschutzscheiben-Feuchtigkeitserfassungssystem (20), das einen Bildsensor (32) mit einer Anordnung von Pixelsensoren, die eine Abbildungsoberfläche definieren, und ein optisches System mit einer Linse (33) umfasst, um ein Bild auf den Bildsensor zu fokussieren; dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor so eingerichtet ist, dass er in einem Fahrzeug so eingebaut werden kann, dass die Abbildungsoberfläche in Bezug auf eine Abbildungsebene dieser Linse geneigt ist.
  2. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verarbeitungssystem (38) mit dem Bildsensor in Verbindung steht, wobei das Verarbeitungssystem so arbeitet, dass es Bilder aus dem Bildsensor analysiert, um Feuchtigkeit zu erfassen.
  3. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Benutzerschnittstelle (44) bereitgestellt ist, um es einem Benutzer zugestatten, die Empfindlichkeit des Verarbeitungssystems auf Feuchtigkeit anzupassen, wenn Windschutzscheibenwischer des Fahrzeugs aktiviert werden.
  4. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse so positioniert ist, dass sie wenigstens einen Teil einer Oberfläche einer Windschutzscheibe (26) auf den Bildsensor abbildet.
  5. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das System so arbeitet, dass es wenigstens einen Teil einer Oberfläche auf den Bildsensor abbildet, und die Linse des Weiteren so arbeitet, dass entfernte Objekte in einer abgebildeten Szene unscharf dargestellt werden, während Objekte auf der Oberfläche fokussiert werden.
  6. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Rückspiegelbaugruppe (24), die so eingerichtet ist, dass sie an einem Fahrzeug angebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor von der Rückspiegelbaugruppe getragen wird.
  7. Feuchtigkeitserfassungssystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsfläche in einem Winkel von wenigstens ungefähr 10 Grad in Bezug auf die Vertikale geneigt ist.
  8. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsfläche in einem Winkel von wenigstens ungefähr 10 Grad in Bezug auf die Abbildungsebene der Linse geneigt ist.
  9. Feuchtigkeitserfassungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verarbeitungssystem (38) so konfiguriert ist, dass es wenigstens ein Bild von wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer Windschutzscheibe (26) empfängt, und so arbeitet, dass es das wenigstens eine Bild analysiert, um Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe zu erfassen, und des Weiteren so konfiguriert ist, ein Windschutzscheibenwischer-Aktivierungssignal zu generieren, wenn Feuchtigkeit erfasst wird, und dadurch, dass das Verarbeitungssystem des Weiteren so arbeitet, dass es Betrieb eines Windschutzscheibenwischers erfasst und ein Grundbild der Windschutzscheibe erhält, unmittelbar nachdem sie von dem Windschutzscheibenwischer gewischt worden ist.
  10. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem des Weiteren so konfiguriert ist, dass es das Grundbild zum Unterscheiden der Feuchtigkeit von einem aus der Gruppe, die aus Insekten, Sprüngen, Schmutz und Ablagerungen auf der Windschutzscheibe besteht, verwendet.
  11. Feuchtigkeitserfassungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System so arbeitet, dass es wenigstens einen Teil einer Oberfläche einer Windschutzscheibe (26) auf den Bildsensor abbildet, wobei eine Lichtquelle (66) zusätzliche Beleuchtung über im We sentlichen alles von einem abgebildeten Teil der Windschutzscheiben-Oberfläche bereitstellt, und ein Verarbeitungssystem (38) mit dem Bildsensor und der Lichtquelle in Verbindung steht und so arbeitet, dass Bilder von dem Bildsensor analysiert werden, um Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe zu erfassen, und um die Windschutzscheibenwischer aktivieren, wenn Feuchtigkeit erfasst wird.
  12. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System des Weiteren so arbeitet, dass entfernte Objekte in der abgebildeten Szene unscharf dargestellt werden, während Objekte, die nahe der Oberfläche liegen, fokussiert werden
  13. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verarbeitungssystem (38) mit dem Bildsensor in Verbindung steht und so arbeitet, dass es Bilder analysiert, die von dem Bildsensor erhalten werden, um Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe zu erfassen und die Windschutzscheibenwischer zu aktivieren, wenn Feuchtigkeit erfasst wird.
  14. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Benutzerschnittstelle (44) bereitgestellt ist, um es einem Benutzer zu gestatten, die Empfindlichkeit des Verarbeitungssystems auf Feuchtigkeit anzupassen, wenn die Windschutzscheibenwischer aktiviert werden.
  15. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückspiegelbaugruppe (24) so eingerichtet ist, dass sie an einem Fahrzeug angebracht werden kann, und dadurch, dass der Bildsensor von der Rückspiegelbaugruppe getragen wird.
  16. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle infrarote Strahlung aussendet.
  17. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem eine Umgebungslichtstärke erfasst und die Lichtquelle aktiviert, wenn die Umgebungslichtstärke unter einen Schwellenwert fällt.
  18. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (66) zur ergänzenden Beleuchtung über im Wesentlichen alles von dem abgebildeten Teil der Oberfläche bereitgestellt ist.
  19. Feuchtigkeitserfassungssystem nach den Ansprüchen 12, 15 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verarbeitungssystem (38) so konfiguriert ist, dass es wenigstens ein Bild von wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer Windschutzscheibe (26) empfängt und so arbeitet, dass es das wenigstens eine Bild analysiert, um Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe zu erfassen, und des Weiteren so konfiguriert ist, dass es ein Windschutzscheibenwischer-Aktivierungssignal generiert, wenn Feuchtigkeit erfasst wird, wobei das Verarbeitungssystem des Weiteren so arbeitet, dass es Betrieb eines Windschutzscheibenwischers erfasst und ein Grundbild der Windschutzscheibe erhält, unmittelbar nachdem sie von dem Windschutzscheibenwischer gewischt worden ist.
  20. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem des Weiteren so konfiguriert ist, dass es das Grundbild verwendet, um Feuchtigkeit von einem aus der Gruppe, die aus Insekten, Sprüngen, Schmutz und Ablagerungen auf der Windschutzscheibe besteht, zu unterscheiden.
  21. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückspiegelbaugruppe (24) so eingerichtet ist, dass sie an einem Fahrzeug angebracht werden kann und wenigstens ein Teil des Verarbeitungssystems von der Rückspiegelbaugruppe getragen wird.
  22. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem das Vorhandensein des Windschutzscheibenwischers erfasst, indem bestimmt wird, ob eine Vielzahl von Hochfrequenzkomponenten, die sich in der Richtung des Wischers durch den abgebildeten Teil der Oberfläche bewegen, größer ist als eine Vielzahl von Hochfrequenzkomponenten in einer Richtung, die zu der Richtung der Wischerbewegung durch den abgebildeten Teil der Oberfläche senkrecht ist.
  23. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn Feuchtigkeit erfasst wird und ein Windschutzscheibenwischer nicht erfasst wird, das Verarbeitungssystem ein Steuersignal generiert, um den Betrieb des Windschutzscheibenwischers außer Kraft zu setzen.
  24. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem das Steuersignal generiert, um den Betrieb des Windschutzscheibenwischers außer Kraft zu setzen, wenn das Verarbeitungssystem das Vorhandensein des Wischers innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nicht erfasst.
  25. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem zwei oder mehr Bilder vergleicht, um zu bestimmen, ob die Bilder unterschiedlich sind.
  26. Feuchtigkeitserfassungssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem ein Steuersignal generiert, um den Windschutzscheibenwischer zu deaktivieren, wenn das Verarbeitungssystem bestimmt, dass die verglichenen Bilder nicht unterschiedlich sind.
  27. Feuchtigkeitserfassungssystem nach den Ansprüchen 12 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System so arbeitet, dass es wenigstens einen Teil einer Oberfläche einer Windschutzscheibe auf den Bildsensor abbildet, wobei das System des Weiteren eine Lichtquelle (66) zum Bereitstellen von ergänzender Beleuchtung über im Wesentlichen alles von einem abgebildeten Teil der Windschutzscheiben-Oberfläche und ein Verarbeitungssystem (38) umfasst, das in Verbindung mit dem Bildsensor und der Lichtquelle steht und so arbeitet, dass es Bilder von dem Bildsensor analysiert, um Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe zu erfassen und die Windschutzscheibenwischer zu aktivieren, wenn Feuchtigkeit erfasst wird.
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