CN105793124B - 借助摄像机探测窗玻璃上雨滴的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种窗玻璃(2)上雨水识别装置。所述装置包括摄像机(1)、发光(h,o,p)的照明光源(3)和扩散元器件(6)。照明光源(3)发出的光(h,o,p)作为光覆盖面(s)从扩散元器件(6)输出。摄像机(1)、照明光源(3)和扩散元器件(6)的构成和布置方式为，使摄像机(1)能够采集照明光源(3)发出的、通过扩散元器件(6)照射到窗玻璃(2)上、并由窗玻璃反射的光(h,o,p)信号或光覆盖面(s)成像(i1，i2)。其中，由摄像机(1)检测到的光信号或光覆盖面(i1，i2)尤其与反射或散射到窗玻璃内侧面(2.1)或外侧面(2.2)和/或雨滴上的照明光源(3)的光相关。

Description

借助摄像机探测窗玻璃上雨滴的照明装置

技术领域

本发明涉及一种借助照明光源和摄像机识别窗玻璃上雨水的装置。

背景技术

在US 7,259,367 B2中提出了一种借助摄像机的雨水感应装置。该装置通过红外二极管为摄像机张角透射窗和窗玻璃提供大面积照明。所述摄像机几乎聚焦到无穷远，因此可同时用于驾驶员辅助应用程序。由于是远距离成像，雨滴在图像中只能作为干扰被察觉到。这些干扰利用与时钟同步的脉冲或调制红外光拍摄到的图像进行复杂的差值测量进行检测。

在WO 2012/092911 A1中描述了一种识别雨水的装置和方法。一台摄像机被布置在窗玻璃后面，特别是车内的挡风玻璃后面，并且聚焦到窗玻璃前方的远程区域。产生至少一道对准窗玻璃光束的照明光源将至少一道光束对准窗玻璃，其方式是使至少一道从窗玻璃外侧反射出的光束作为外部光反射或外部反射入射到摄像机上。至少有一道入射到摄像机上的光束或光反射的光量可由摄像机测量。可选择一个或多个带光导体或光带的发光二极管作为照明光源。当照明装置的张角足够大时，照明光源也可放置在摄像机内，例如安装在摄像机结构的电路板上。

在此情况下，雨水检测装置的灵敏度主要取决于照明装置的设计。

发明内容

本发明的任务是，为基于摄像机的雨水识别提供一个优化的照明装置，从而确保检测的高灵敏度。

本发明基于以下基本考虑：雨水检测的灵敏度取决于照明强度和挡风玻璃上探测区域的面积。利用发光二极管(LED)作为照明光源时所覆盖的区域，相当于发光二极管(LED)反射在挡风玻璃上的图像。该覆盖区域常常不足以有效识别雨水。另外，使用光导管会伴随出现照明光源的光强度损失。

本发明所提供的、用于识别窗玻璃上雨水的装置，包括一台摄像机、一个发光的照明光源和一个扩散元器件。照明光源所发的光从扩散元器件形成光覆盖面。所述摄像机、照明光源和扩散元器件的构成和布置方法是，使摄像机能采集照明光源发出的、通过扩散元器件照射到窗玻璃上并由窗玻璃反射出的光信号或光覆盖面的成像。其中，所述摄像机探测到的信号或光覆盖面尤其与窗玻璃内侧面或外侧面和/或雨滴上反射或散射的照明光源的光相关联。

扩散元器件也可被称为扩散器，尤其可以是散射过滤器或扩散层。优选的是例如一排发光二极管等照明光源发出的光被扩散元器件扩散，形成均匀照明的扩散元器件输出面，即构成一个光覆盖面。

扩散元器件有不同厚度和不同散射角度(在该角度下散射强度为最大强度的一半)。较厚的扩散元器件(在扩散/散射构件上)产生较强的散射，伴随较高的传送光损失。通过较强的散射会照亮更大的窗玻璃(探测)区域。不同扩散元器件的散射角度同样可变。较大的角度同样能实现较大的探测区域，但减弱光强度。

选择适合的扩散元器件通常需要从传送损失，或强度减小和探测区域的大小等方面进行合理折衷。

扩散元器件的构成和布置同时关注这几个因素的关系是很有益处的。

这类摄像机优选包括一个图像传感器，例如CCD或CMOS传感器，以及一个用于将一个或多个区域的电磁辐射聚焦到图像传感器上的镜头或成像***。

照明光源尤其可由一个或多个发光二极管(LED)构成。

照明光源与扩散元器件一起为窗玻璃的一个区域提供均匀的表面照明(光覆盖面)。

优选将摄像机布置在窗玻璃后面并聚焦到窗玻璃前方的远程区域，以此识别窗玻璃外侧面的雨水。

本发明所提供装置的优点是，使用成本经济合理的照明装置，实现稳定可靠的雨水识别。本发明所提供装置相比已知的、基于摄像机的装置，不仅材料成本与制造成本低，而且具有同样广泛的应用领域，以及类似的雨水检测效力或灵敏度。

所述摄像机、照明光源和扩散元器件构成和布置的有益方式为，使摄像机可采集在窗玻璃内侧面反射的光覆盖面的第一个镜像和在窗玻璃外侧面反射的光覆盖面的第二个镜像。在设计所述装置元器件时，尤其应考虑例如倾斜角、折射率和厚度等窗玻璃的特性。

其中，摄像机、照明光源和扩散元器件优选的构成和布置方式为，使摄像机可采集到的第一和第二镜像不互相重叠，而可以相互毗邻。第一镜像与窗玻璃照明区域雨滴的存在无关，与此同时，窗玻璃照明区域内存在雨滴时第二镜像改变或减弱，因为部分光强度通过雨滴从窗玻璃射出，没有反射到摄像机。

根据一有益的实施方式，光覆盖面通过扩散元器件旁边或上面或前面形成的孔进行限制。所述孔可借助扩散元器件输出侧上某一黑色或不反光和不透明的边界构成。该孔尤其可构成作为扩散元器件和扩散元器件固定装置之间的密封装置。以此可实现光覆盖面的限制或调整。

在一优选的实施方式中，扩散元器件是一种扩散薄膜。扩散薄膜可在不同设置中以经济合理的成本加以使用。

所述摄像机借助一个镜头聚焦到远程区域，其有益之处在于，使光覆盖面的一个或多个镜像可由摄像机模糊成像。由此，摄像机可作为多功能传感器用于一个或多个基于远程聚焦成像分析的驾驶员辅助功能，例如：车道偏离报警(LDW)、车道保持辅助/***(LKA/LKS)、交通标志识别(TSR)、自动远光灯控制(IHC)、碰撞报警(FCW)、自动纵向控制(ACC)、泊车辅助、自动紧急制动或紧急转向***(EBA或ESA)。

根据一种优选的实施方式，照明光源装置在一个外壳内，而扩散元器件布置在外壳的一个凹槽中。外壳尤其可用金属制成。孔可由扩散元器件和外壳凹槽之间的一个密封装置构成。

有益的方式为将照明装置布置在一块电路板上，其中，电路板是摄像机电子装置的组成部分或支架。此外，所述电路板也可设置在外壳内。

所述摄像机的有益做法是包括一个观察斗或观察挡板或尤其是(向下)限制摄像机视野，并在理想情况下将杂散光和漫射光反射减小到最低程度的漫射光挡板。扩散元器件设置在观察斗上或集成在观察斗中。为了实现摄像机与集成照明装置的紧装结构，可优选将照明光源布置在观察斗下面。为此，扩散元器件集成在观察斗内的优选方式为，使其在此范围内“替代”观察斗。作为替代选择，观察斗可有一个透光材料制成的区域，并且扩散薄膜尤其可安置在其上面。

附图说明

下面参照附图和实施案例对本发明进行详细说明。

其中：

图1图解可用于雨水识别的照明光源、窗玻璃和摄像机布置(纵视图)的基本原理

图2是用于改进雨水识别的照明光源与扩散薄膜、窗玻璃和摄像机的布置方式。

具体实施方式

图1以纵视图显示一台包括镜头(1)、聚焦远程区域的摄像机和一个将光(o，p，h)照射到汽车挡风玻璃(2)上的照明光源(3)，原则上与WO2012/092911A1中的实施案例相似。发光二极管(LED)照明光源(3)在一个特定分布区(p)内以一定的辐射角度或120°辐射角分布区的半高宽度(FWHM)，及中央辐射方向(o)的最大强度发光。照明的张角大小能使从某一照射方向(h)反射到窗玻璃内侧面(2.1)和外侧面(2.2)上的两个在空间上分离的光束(r1，r2)入射到镜头或摄像机(1)上。

然而，大部分由发光二极管(LED)照明光源发出的光(方向o)不会经挡风玻璃(2)反射到摄像机(1)，并会在雨水识别时被丢失。

由于聚焦到远程范围，光束的边缘区仅由摄像机(1)模糊成像。两个反射光束(r1，r2)被充分分离，并且其各自的光反射都可通过摄像机(1)测量。

光束(h)反射到空气—窗玻璃—界面(或窗玻璃内侧面(2.1))的部分(r1)可用作参照光束。在传输到窗玻璃内的部分中，反射到窗玻璃—空气/雨滴—界面(或窗玻璃外侧面(2.2))并入射到摄像机(1)上的部分用作测量光束(r2)。未标示出在窗玻璃内(2)多次被反射的那部分光束(由窗玻璃—雨滴反射到窗玻璃外侧面(2.2)后，经由窗玻璃—空气被反射到窗玻璃内侧面(2.1))。所示光束曲线(h，r1，r2)和光线分布(o，p)以图示说明。

如果下雨时，挡风玻璃(2)的外侧面(2.2)被润湿，大部分由窗玻璃内侧面(2.1)传输到窗玻璃内的光被射出，由此使被反射部分(r2)弱于窗玻璃干燥时被反射的光(未示出)。从内侧面(2.1)反射的光束(r1)不受窗玻璃外侧面(2.2)润湿的影响。

由此，通过比较两个光束被测量的光反射(r1对r2)可非常容易地测量出在降雨中减少的信号，从而相应地操控汽车雨刷。

优选的照明光源(3)包含多个排列成一行的发光二极管(LED)灯，并且发光二极管(LED)灯反射角度宽大，在图1中仅显示出多个发光二极管(LED)中的一个。其他的发光二极管(LED)可专门垂直于图1所示的平面排列成行。多个发光二极管(LED)的优势在于，为雨水识别提供足够的照明。发光二极管(LED)尤其作为向上反射的SMD元器件安装在一块电路板(4)上。电路板(4)可以是摄像机电子装置的PCB(印刷电路板)，这样做的优势在于，为了防止脏污、受潮和电磁干扰，该电路板可被安装在外壳(5)内部。摄像机(1)和图1中印刷电路板(4)之间的连接线仅应直观说明，所述电路板(5)是摄像机电子装置的组成部分。

挡风玻璃(2)被发光二极管(LED)照明，并且可用作雨水识别的区域非常小，例如仅有几个平方毫米的量级。仅在此(探测)区域内，窗玻璃外侧面的雨滴会被发光二极管(LED)照明。雨水识别的灵敏度取决于光线强度和挡风玻璃上探测区域的大小。利用发光二极管(LED)作为照明光源(3)，探测区域相当于通过发光二极管(LED)发光表面反射到窗玻璃上形成的镜像。由此覆盖的(探测)面不足以用于有效识别雨水。

图2显示利用设置在照明光源(3)上方的扩散元器件(6)的布置方式。所述照明光源(3)尤其可如附图1所示为多个排列成一行的发光二极管(LED)。扩散元器件(6)可以是一个散射滤光器、扩散薄膜或一个扩散层。照明光源(3)发出的光被扩散元器件(6)扩散，形成均匀照明的扩散元器件输出面(s)(光覆盖面)。

扩散薄膜有不同厚度和不同散射角度(在该角度下散射强度为最大强度的一半)。较厚的扩散薄膜(在扩散/散射构件上)产生较强的散射，伴随较高的传送光损失。通过较强的散射会照亮更大的挡风玻璃(2)的(探测)区域。不同扩散元器件或扩散薄膜的散射角度同样可变。较大的角度同样能实现较大的探测区域，但光强度减弱。

为了选择适合的扩散元器件(6)，必须在传送损失，或强度减小和探测区域的大小中找到合理折衷。其中，摄像机(1)可探测的照明光源(3)的光强度必须足够用于有效识别雨水。

从窗玻璃内侧面(i1)或外侧面(i2)形成的光覆盖面(s)的镜像或虚拟图像对摄像机(1)而言是可见的。

根据被照明的挡风玻璃上面积大小(s)、挡风玻璃特性(折射率和厚度)、被照明表面(s)与挡风玻璃(2)之间的角度、以及挡风玻璃(2)与摄像机(1)光轴之间的角度可能出现摄像机图像中第一镜像(i1)和第二镜像(i2)重叠。这个重叠区域不能或很难用于有效识别雨水。应优选避免摄像机图像中第一镜像(i1)和第二镜像(i2)的重叠。

在扩散元器件(6)的输出侧安装一个不反射和不透明的边界用来限制照明表面(s)是一个可避免镜像重叠的措施。将扩散元器件(6)集成到(金属)外壳(5)的孔中后，可使用一个黑色密封件覆盖扩散元器件四周。由此形成一个孔。黑色密封件防止散射光向四周意外发射，并防止散射光从四周意外入射到扩散元器件(6)中。

为使本装置适应各种具有不同挡风玻璃(2)倾斜角的车辆，可按规定的固定角度以及选择与相应挡风玻璃(2)规定的固定距离布置扩散元器件(6)。为此，尤其可用相应的倾斜角度加压布置扩散元器件(6)。由此，对不同车辆类型中不同挡风玻璃倾斜度实现相应挡风玻璃(2)同类探测区域的覆盖或照明。

附图标记列表

1 摄像机

2 挡风玻璃

2.1 挡风玻璃内侧面

2.2 挡风玻璃外侧面

3 照明光源

4 电路板

5 外壳

6 扩散薄膜

p 从照明光源发射出的光的分布

o 具有最大照明光源强度的射光方向

h 由摄像机采集的照明照射方向

r1 被反射到窗玻璃内侧面并由摄像机采集的h部分

r2 被反射到窗玻璃外侧面并由摄像机采集的h部分

s 光覆盖面或扩散薄膜的照明表面

i1 反射在窗玻璃内侧面的光覆盖面镜像

i2 反射在窗玻璃外侧面的光覆盖面镜像

Claims (6)

1.用于识别窗玻璃(2)上雨水的装置，包括：

-摄像机(1)，

-其中，该摄像机(1)包括观察斗,

-发光(h,o,p)的照明光源(3)，

-将照明光源发出的光作为光覆盖面(s)输出的扩散元器件(6)，

-其中，所述扩散元器件(6)安装在观察斗上或集成在观察斗内，

-所述摄像机(1)、照明光源(3)和扩散元器件(6)的构成方式为，使摄像机能够采集所述照明光源发出的、通过扩散元器件照射到窗玻璃(2)上并由窗玻璃反射的光(r1,r2)的信号，

其中摄像机能够采集在窗玻璃内侧面(2.1)反射的光覆盖面(s)的第一镜像和在窗玻璃外侧面(2.2)反射的光覆盖面(s)的第二镜像(i2)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中能够由摄像机(1)采集的第一(i1)和第二镜像(i2)不相互重叠。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中光覆盖面(s)通过扩散元器件旁边或上面或前面形成的孔进行限制。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中扩散元器件(6)是扩散薄膜。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其中摄像机(1)借助镜头聚焦到远程区域，由此使光覆盖面(s)的镜像(i1，i2)由摄像机(1)模糊成像。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中照明光源(3)设置在外壳(5)内，并且扩散元器件(6)设置在外壳的凹槽中。