CN105793125A - 借助摄像机探测窗玻璃上雨滴的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种识别窗玻璃(2)上雨水的装置。所述装置包括摄像机(1)和能够电控的有源发光(h)薄膜(3)。从所述薄膜(3)发出的光(h)形成光覆盖面(s)。摄像机(1)和薄膜(3)的构成和布置方式为，使摄像机(1)能采集从薄膜(3)发出并照射在窗玻璃(2)上由窗玻璃反射的光(h)信号或光覆盖面(s)的成像(i1，i2)。在此，由摄像机(1)检测到的光信号或光覆盖面(i1，i2)尤其与由薄膜(3)发出的、反射或散射到窗玻璃内侧面(2.1)或外侧面(2.2)和/或雨滴上的光线相关。

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装置和摄像机识别窗玻璃上雨水的装置。
背景技术
在US7,259,367B2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。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WO2012/092911A1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***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检测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，包括一台摄像机和一个用作照明光源的、可电控的有源发光薄膜。薄膜发出的光形成一个光覆盖面。作为照明光源的薄膜在进行相应的电操控时，可为窗玻璃区域有益地提供均匀的表面照明(光覆盖面)。摄像机和薄膜的构成和布置方法是，使摄像机能采集从薄膜发出、入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，摄像机探测到的信号或光覆盖面尤其与薄膜发出的、反射或散射到窗玻璃内侧面或外侧面和/或雨滴上的光线相关。
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***。
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，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。
摄像机和有源发光薄膜构成和布置的有益方式为，使摄像机可采集反射到窗玻璃内侧面的光覆盖面的第一个镜像和反射到窗玻璃外侧面的光覆盖面的第二个镜像。在设计所述装置元器件时，尤其应考虑窗玻璃的特性，例如倾斜角、折射率和厚度。
其中，摄像机和发光薄膜构成和布置的优选方式是，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并未反射到摄像机。
根据有益的实施方式，薄膜包括至少一个有机发光二极管(OLED)用于有源发光。有机发光二极管由多个有机层构成。其中，有机发光二极管(OLED)包含有机半导体材料，具有阳极和阴极，并且可安装在可弯曲的塑料薄膜上。有机发光二极管(OLED)的优点是，可采用印刷技术生产，因此相对制造成本低，且通过直流电压进行电控。以此实现光覆盖面的限制或调整。
在一优选实施方式中，薄膜是一种电致发光薄膜。电致发光薄膜也称为电容器发光薄膜(也被简称为发光膜或光膜)，因为它在构造上类似于平板电容器。电致发光材料以电绝缘方式位于两个电极之间。通过在电极上施加交变电压，激发电致发光材料发光。发光的电致发光薄膜适用于识别雨水的照明光源。与有机发光二极管(OLED)相比，电致发光薄膜具有构造更薄、更简单的优点。
该类薄膜的有益之处在于，其具有多个可单独电控的发光区域。例如该类薄膜可由多个可单独电控的发光单元以矩阵形式构成。由此，通过相应的电控可改变或调整光覆盖面的形状或大小。多个矩形或框状单元构成的薄膜其有益之处在于，由此可改变矩形照明面积的大小。这形成了确保由摄像机采集的第一和第二镜像不会相互重叠的可能性。
所述装置优选包括一个用于电控薄膜的照明控制器。这样，尤其能对薄膜上多个由可单独电控的发光区域或发光单元产生一个相适应的光覆盖面。
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)。
根据一项优选的实施方式，薄膜装置在一个外壳的凹部。该外壳尤其可为摄像机外壳，摄像机电子装置或照明控制装置的外壳。这类外壳可用金属制成。
照明控制器可布置在电路板上，其有益之处在于，这样相应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。
有益的做法是，使所述摄像机包括一个观察斗或观察挡板或漫射光挡板，这类装置尤其是(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。这类薄膜安装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，可将薄膜集成在观察斗内，其方式是使其在此范围内“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有源发光薄膜、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)和一个发光二极管(LED)照明光源(7)、聚焦远程区域的摄像机，所述光源将光线(o，p，h)照射到汽车挡风玻璃(2)上，原则上与WO2012/092911A1中的实施案例相类似。发光二极管(LED)光源(7)在特定分布区(p)内以一定的辐射角度或120°辐射角分布区的半高宽度(FWHM)，以及中央辐射方向(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)光源(7)发出的光(方向o)不会经挡风玻璃(2)反射到摄像机(1)，而是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降雨中减少的信号，从而相应地操控汽车雨刷。
优选的发光二极管(LED)照明光源(7)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)(7)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(7)，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是用有源发光薄膜(3)作为照明光源的布置方式。所述薄膜可电控，尤其可包括一个或多个有机发光二极管(OLED)。当有机发光二极管(OLED)薄膜(3)被照明控制器(6)以适当的直流电压控制时，它会发亮。从有机发光二极管(OLED)薄膜(3)发出的光(h)会形成一个均匀发光的薄膜表面(s)(光覆盖面)。
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。
调整光覆盖面(s)是避免镜像重叠的一项可能措施。如果薄膜(3)有多个可单独电控的发光(h)区域，则可实施这一措施。为此薄膜(3)可由多个可单独电控的发光(h)单元呈矩阵形状构成。这样，通过借助照明控制器(6)相应电控各个发光单元可调整光覆盖面(s)的形状或大小。由此可对光覆盖面加以限制，使其不会产生这种镜像重叠。
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薄膜(3)。为此，尤其可用相应的倾斜角度加压布置薄膜(3)。也可将薄膜(3)弯曲布置，以此可充分补偿挡风玻璃(2)中极小的倾斜角差异。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。
参考号列表
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用作照明光源的有源发光薄膜
4电路板
5外壳
6照明控制器
7发光二极管(LED)照明光源
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
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 (10)

1.用于识别窗玻璃(2)上雨水的装置，包括：
-摄像机(1)，
-能够电控的有源发光(h)薄膜(3)，
-其中，所述薄膜(3)发出的光(h)形成光覆盖面(s)，
-其中，所述摄像机(1)和薄膜(3)的构成方式为，使摄像机能够采集所述薄膜(3)发出的、射入到挡风玻璃(2)上并由挡风玻璃反射的光(r1,r2)的信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中摄像机能够采集反射到窗玻璃内侧面(2.1)的光覆盖面(s)的第一镜像和反射到窗玻璃外侧面(2.2)的光覆盖面(s)的第二镜像(i2)。
3.根据权利要求2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。
4.根据上述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中薄膜(3)包含有机发光二极管。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的装置，其中薄膜(3)是电致发光薄膜。
6.根据上述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中薄膜(3)有多个能够单独电控的发光(h)区域。
7.根据上述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述装置包含用于电控薄膜(3)的照明控制器(6)。
8.根据上述权利要求中任一权利要求所述的装置，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。
9.根据上述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中薄膜(3)被设置在外壳(5)的凹槽内。
10.根据上述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中摄像机(1)包括观察斗，并且所述薄膜(3)安装在观察斗上或集成在观察斗内。
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