CN104024827B - 图像处理装置、图像捕捉方法和车辆 - Google Patents
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Abstract
一种图像处理装置，包括光源，用于将光照射到玻璃上；图像捕捉单元，用于捕捉来自图像捕捉区域的光，所述来自图像捕捉区域的光包括来自玻璃的照射光反射；对象探测过滤器，用于探测附着于玻璃上的对象，来自图像捕捉区域的一部分的光进入所述对象探测过滤器；曝光控制单元，用于确定用于在不存在对象探测过滤器的第一区域中捕捉图像所使用的第一曝光量和用于在存在对象探测过滤器的第二区域中捕捉图像所使用的第二曝光量；以及图像分析单元，用于分析由图像捕捉单元所获得的捕捉图像。图像捕捉单元在所述第一曝光量和所述第二曝光量之间切换用于图像捕捉区域的图像捕捉处理中所使用的曝光量。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像处理装置、图像捕捉方法和车辆。
背景技术
在过去，已知一种用于探测附着于挡风玻璃的雨滴以便在汽车开动的同时实现自动雨刷器控制的技术，以及一种使用照明和仅仅穿过照明光一个波长的滤光器，以致使用于探测车道等等的感测照相机也探测附着于挡风玻璃的雨滴的技术。
例如，日本专利申请特开No.2005-195566公开了一种图像处理系统，其具有图像处理装置、光源和滤光器，用以使他们不仅被用作感测照相机还被用作用于探测雨滴的照相机，并通过从光源发射的光来跟踪随时变化的外部光线，并且捕捉挡风玻璃外的雨滴的图像，由此改变所备照明的强度。
然而，在将构造不仅用作感测照相机还用作用于探测雨滴的照相机的技术中，例如上面描述的常规方法，必需跟踪随时变化的外部光线并调整滤光器部分的曝光，并且对应地，必需改变所备照明强度。为了这个原因，需要一种极其大功率的照明，这导致了功率消耗增加的问题。
在传统技术中，大功率的外部光线需要被照射到车辆外部，并且这要求保证更高的安全度。
因此，需要一种能减少功率消耗并且即使当图像捕捉单元不仅被用于感测还用于探测对象的情况下，也能够改善安全的图像处理装置、图像捕捉方法和车辆。
发明内容
本发明的目的是至少部分解决传统技术中的问题。
根据一实施例，提供了一种图像处理装置，包括光源被配置为将光照射到玻璃上；图像捕捉单元，被配置捕捉来自图像捕捉区域的光，所述来自图像捕捉区域的光包括照射光的反射光，所述反射光被玻璃反射；对象探测过滤器，用于探测附着于玻璃的对象，来自图像捕捉区域的一部分的光进入所述对象探测过滤器；曝光控制单元，被配置为确定在图像捕捉区域的第一区域中捕捉图像所使用的第一曝光量和在图像捕捉区域的第二区域中捕捉图像所使用的第二曝光量，所述第二曝光量与所述第一曝光量不同，所述第一区域为不存在对象探测过滤器的区域，第二区域为存在对象探测过滤器的区域；以及图像分析单元，被配置为分析由图像捕捉单元所获得的捕捉图像。图像捕捉单元在所述第一曝光量和所述第二曝光量之间切换用于图像捕捉区域的图像捕捉处理中所使用的曝光量。
根据另一个实施例，提供了一种通过图像处理装置执行的图像捕捉方法，所述图像处理装置包括被配置为将光照射在玻璃上的光源以及用于探测附着于玻璃上的对象的对象探测过滤器，来自图像捕捉区域的一部分的光进入所述对象探测过滤器。图像捕捉方法包括捕捉来自图像捕捉区域的光，所述来自图像捕捉区域的光包括照射光的反射光，所述反射光被玻璃反射；确定在图像捕捉区域的第一区域中捕捉图像所使用的第一曝光量和在图像捕捉区域的第二区域中捕捉图像所使用的第二曝光量，所述第二曝光量与所述第一曝光量不同，所述第一区域为不存在对象探测过滤器的区域，所述第二区域为存在对象探测过滤器的区域；以及分析在捕捉步骤中所获得的捕捉图像。所述捕捉步骤包括在第一曝光量和第二曝光量之间切换在用于图像捕捉区域的图像捕捉处理中所使用的曝光量。
根据又一实施例，提供了一种车辆，包括光源，被配置为将光照射在玻璃上；图像捕捉单元被配置为捕捉来自图像捕捉区域的光，所述来自图像捕捉区域的光包括照射光的反射光，所述反射光被玻璃反射；对象探测过滤器，用于探测附着于玻璃上的对象，来自图像捕捉区域的一部分的光进入所述对象探测过滤器；曝光控制器被配置为确定在图像捕捉区域的第一区域中捕捉图像所使用的第一曝光量和在图像捕捉区域的第二区域中捕捉图像所使用的第二曝光量，所述第二曝光量与所述第一曝光量不同，所述第一区域为不存在对象探测过滤器的区域，所述第二区域为存在对象探测过滤器的区域；图像分析单元，被配置为分析由图像捕捉单元所获得的捕捉图像；和控制单元，被配置为基于捕捉图像的解析结果来控制所述车辆的巡航(cruise)、雨刷器和头灯中的至少一个。图像捕捉单元在所述第一曝光量和所述第二曝光量之间切换用于图像捕捉区域的图像捕捉处理中所使用的曝光量。
通过阅读以下本发明的当前优选实施例的详细说明，当结合附图考虑时，将更好地理解本发明的以上及其他目的、特征、优点以及技术和工业上的重要性。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的安装在车辆上的设备控制系统的示意构造的示意图；
图2是根据第一实施例的图像捕捉单元的示意构造的示意图；
图3是示出根据第一实施例的图像捕捉单元中提供的图像捕捉设备的示意构造的说明性示意图；
图4是示出根据第一实施例，当图像捕捉透镜的焦点处在驾驶员的车辆的挡风玻璃外表面上的雨滴上时，作为雨滴探测所捕捉的图像数据的红外光图像的说明性示意图；
图5是示出根据第一实施例，当焦点在无穷远时，作为雨滴探测捕捉图像数据的红外光图像数据的说明性示意图；
图6是示出可应用于雨滴探测所捕捉的图像数据的截止滤波器的滤波器特性的曲线图；
图7是示出可应用于雨滴探测所捕捉的图像数据的带通滤波器的滤波器特性的曲线图；
图8A是示出滤光器的侧视图；
图8B是示出在图像传感器侧面的图像捕捉设备的滤光器的前视图；
图9是根据第一实施例，图像捕捉设备的所捕捉的图像数据的图像示例的说明性示意图；
图10是示出根据第一实施例，图像捕捉设备的细节的说明性示意图；
图11A是根据第一实施例，当从垂直于光透射方向的方向看滤光器和图像传感器时，图像捕捉设备的滤光器和图像传感器的示意图；
图11B是图11A中EX区域的放大图；
图12是用于说明外来对象探测的图；
图13是用于示出当附加了雨滴时的实验结果的图；
图14是用于示出当没有附加雨滴时的实验结果的图；
图15是示出根据第一实施例的曝光控制处理的程序的流程图；
图16是示出曝光量与光源的光照射强度的关系示意图；
图17是示出根据第二实施例的控制处理的过程的流程图；
图18是示出根据第三实施例的控制处理的过程的流程图；
图19是示出当存在例如雨滴的外来物时，在存在雨滴探测过滤器的区域中所捕捉的图像的图；
图20是示出根据第五实施例的曝光控制处理的过程的流程图；
图21是示出根据第三修改的图像捕捉单元的光学系统的构造示意图；以及
图22是示出通过第三修改的光学系统所捕捉的图像的图。
具体实施方式
以下将参照附图详细地说明图像处理装置、图像捕捉方法和车辆的实施例。需要注意的是，根据本发明的图像处理装置不局限于安装在车辆上的(vehicle-mounted)设备控制系统。例如，根据本发明的图像处理装置可以被用于具有用于根据所捕捉的图像来探测对象的对象探测设备的其他的系统。
第一实施例
图1是示出根据第一实施例的安装在车辆上的设备控制系统的示意构造的示意图。安装在车辆上的设备控制系统使用通过安装在驾驶员车辆100(例如汽车)上的图像捕捉设备所捕捉的在驾驶员的车辆(图像捕捉区域)移动方向的前方区域的所捕捉的图像数据，来执行头灯发光强度分布控制、雨刷器驱动控制和其他的安装在汽车上的装置的控制。
如图1中所示，根据当前实施例的安装在车辆上的设备控制系统主要包括具有图像捕捉设备(图1中未显示，见图2)的图像捕捉单元101、曝光控制单元109、图像分析单元102、车辆巡航控制单元108、雨刷器控制单元106和头灯控制单元103。在这种情况下，车辆巡航控制单元108、雨刷器控制单元106和头灯控制单元103起到用于驾驶员的车辆100的控制操作的控制单元的作用。
根据本实施例提供的车辆上安装的设备控制系统中的图像捕捉设备被布置在图像捕捉单元101中，并且捕捉巡航中的驾驶员车辆100的移动方向上的前方区域上的图像，作为图像捕捉区域，并且被安装得例如接近驾驶员车辆100的风挡(玻璃)105的后视镜(未示出)。图像捕捉单元101的图像捕捉设备所捕捉的捕捉图像数据被输入到图像分析单元102中。
曝光控制单元109控制图像捕捉单元101的图像捕捉设备的曝光。确定第一曝光量和第二曝光量，其中第一曝光量被用于在图像捕捉区域的第一区域中捕捉图像，在第一区域中没有稍后说明的雨滴探测滤波器；以及第二曝光量为不同于第一曝光量的曝光量，并且被用于在图像捕捉区域的第二区域中捕捉图像，在第二区域中存在雨滴探测滤波器。图像捕捉设备在使用通过该曝光控制单元109确定的第一曝光量在图像捕捉区域中进行的图像捕捉处理与使用由此确定的第二曝光量在图像捕捉区域中进行的图像捕捉处理之间转换。
图像分析单元102分析从图像捕捉设备传送的所捕捉的图像数据，用该所捕捉的图像数据计算存在于驾驶员车辆100前面的另一个车辆的位置、方向和距离，探测附着于风挡105的诸如雨滴和外来物的粘着物，探测在图像捕捉区域中存在的诸如路面上的白线(分界线)的探测目标对象并且计算雨滴量。在另一个车辆的探测中，通过识别另一个车辆的尾灯探测出在与驾驶员车辆100相同移动方向上移动的前面的车辆，并且通过识别另一个车辆的头灯探测出在与驾驶员车辆100相反方向上移动的迎面车辆。
图像分析单元102的计算结果被传送到头灯控制单元103。该头灯控制单元103通过例如由图像分析单元102计算出的距离数据生成用于控制头灯104(即，驾驶员车辆100的安装在汽车上的装置)的控制信号。更具体地说，例如，通过防止强光从驾驶员车辆100的头灯照射进入前面车辆和迎面车辆的驾驶员的眼睛，以便保证驾驶员车辆100的驾驶员的可见性，同时防止使其他车辆的驾驶员目眩，头灯控制单元103执行将头灯104切换到远光灯(highbeam)或者近光(lowbeam)的控制，并且执行头灯104的局部屏蔽控制。
图像分析单元102的计算结果还被发送给雨刷器控制单元106。该雨刷器控制单元106控制雨刷器107来去除附着于驾驶员车辆100的风挡105的诸如雨滴和外来物的粘着物。雨刷器控制单元106接收由图像分析单元102所探测的外来物探测结果，并且生成用于控制雨刷器107的控制信号。当通过雨刷器控制单元106生成的控制信号被发给雨刷器107时，运行雨刷器107，以便保证驾驶员车辆100的驾驶员的可见性。
图像分析单元102的计算结果还被发送给车辆巡航操纵单元108。例如，当根据图像分析单元102探测的白线探测结果确定出驾驶员车辆100将要超出白色车道划分的车道区域时，车辆巡航操纵单元108向驾驶员车辆100的驾驶员执行警告的通告和诸如控制方向盘和对驾驶员车辆100刹车的巡航支持控制。
图2是示出图像捕捉单元101的示意构造的示意图。图3是示出在图像捕捉单元101中提供的图像捕捉设备200的示意构造的说明性示意图。图像捕捉单元101包括图像捕捉设备200、光源202和图像捕捉盒201，在所述图像捕捉盒201中容纳有图像捕捉设备200和光源202。图像捕捉单元101被安装在驾驶员车辆100的风挡105的内表面侧。如图3中所示的，图像捕捉设备200包括图像捕捉透镜204、滤光器205和图像传感器206。光源202向风挡105照射光，并且被布置得使通过风挡105的外表面反射的该照射光的反射光进入图像捕捉设备200。
在当前实施例中，光源202被用于探测附着于风挡105的外表面上的粘着物(例如，以下说明的是粘着物为雨滴的情况)。当雨滴203附着在风挡105的外表面时，通过在外界空气和风挡105的外表面之间的界面反射从光源202照射的光，并且该反射的光进入图像捕捉设备200。这样，从图像捕捉设备200的所捕捉的图像数据中探测出附着于风挡105的雨滴203。
在当前实施例中，如图2所示，图像捕捉单元101的图像捕捉盒201用风挡105覆盖图像捕捉设备200和光源202。由于这样覆盖图像捕捉盒201，所以即使当风挡105的内表面被玷污时，使用图像捕捉单元101覆盖的风挡105也不会玷污。因此，这可以防止图像分析单元102由于风挡105的污点(tarnish)而做出错误的分析，并且可以根据该图像分析单元102的分析结果执行各种类型的控制操作。
然而，当从图像捕捉设备200的所捕捉的图像数据中探测到风挡105污点，来例如控制驾驶员车辆100的空调设备时，可以在一部分图像捕捉盒201中形成用于流动空气的通路，以便面对图像捕捉设备200的该部分风挡105处于与另一个部分相同的条件。
在当前实施例中，图像捕捉透镜204的焦点位置被设置为无穷远或者在风挡105和无穷远之间。对应地，并不仅仅在探测雨滴203附着于风挡105时，在探测前面车辆或者迎面车辆时，或者探测白线时，通过图像捕捉设备200的捕捉图像数据也可以适当地获得信息。
例如，当将探测雨滴203附着于风挡105时，在捕捉图像数据上的雨滴图像的形状经常是圆形，并且对应地，做出在所捕捉的图像数据上的雨滴候选图像是否是圆形的确定，从而执行用于识别雨滴候选图像是雨滴图像的形状识别处理。当执行这种形状识别处理时，在图像捕捉透镜204的焦点位置被设置为上述的无穷远或者在风挡105和无穷远之间时，图像稍微有些失焦(outoffocus)，而当图像捕捉透镜204的焦点在风挡105的外表面上的雨滴203上时，图像不失焦，并且这增加了雨滴(圆形)的形状识别率，并且对应地，雨滴探测性能很高。
图4是示出了当图像捕捉透镜204的焦点在风挡105外表面上的雨滴203上时，作为雨滴探测所捕捉的图像数据的红外光图像数据的说明性示意图。图5是示出当焦点位于无穷远时，作为雨滴探测所捕捉的图像数据的红外光图像数据的说明性示意图。当图像捕捉透镜204的焦点在风挡105外表面上的雨滴203上时，甚至捕捉到如图4中所示的显现雨滴的背景图像203a。这种背景图像203a是导致雨滴203的错误探测的原因。如图4中所示的，仅仅在雨滴的一些部分203b中，亮度可以以拱形形状等增加，并且高亮度部分的形状(即，雨滴图像的形状)可以依照街灯的位置或者日光的方向而改变。当通过形状识别处理来处理变成各种形状的雨滴图像的形状时，该处理负荷是很高的，并且识别准确性减少了。
相反，当焦点位于无穷远时，如图5中所示的，图像变得稍微失焦。因此，显现在图像中的背景图像203未反映在所捕捉的图像数据中，并且这减少了雨滴203的错误探测。当图像变得稍微失焦时，由于街灯的位置和日光的方向而导致的雨滴图像形状的变化程度被减少，并且雨滴图像的形状总是基本上圆形的。因此，雨滴203的形状识别处理的负载小，并且识别准确度高。
然而，当焦点是无穷远时，当识别在远处巡航的前面车辆的尾灯时，图像传感器206的仅仅一个光接收元件可以从尾灯接收光。尽管将稍后详细地说明这种情况，但是，不太可能通过用于接收尾灯颜色(红颜色)的红色光接收元件接收到尾灯的光，并且在那个时机，并不分辨尾灯，并且不能探测到前面的车辆。为了防止这种问题，图像捕捉透镜204的焦点被优选地设置在相对于无穷远的靠近侧。对应地，在远处巡航的前面车辆的尾灯处于失焦，因此，可以增加接收尾灯的光的光接收元件的数目，并且这增加了尾灯的识别准确度并且增加了前面车辆的探测准确度。
图像捕捉单元101的光源202可以使用发光二极管(LED)、半导体激光器(LD)等等。光源202所照射的光的波长可以是例如可见光或者红外光。当防止迎面车辆的驾驶员、行人等等被光源202所照射的光照射得目眩时，优选的选择比可见光长的波长，并且该波长处于图像传感器206的光接收灵敏度可以覆盖的范围内，即，在红外光区域中的波长，该红外光区域例如等于或者大于800nm但是等于或者小于1000nm。根据当前实施例的光源202照射具有在红外光区域中的波长的光。
在这种情况下，当图像捕捉设备200捕捉通过光源202照射并且通过风挡105反射的红外波长光时，图像捕捉设备200的图像传感器206接收大量环境的光，其不仅仅包括通过光源202照射的红外波长光，还包括诸如日光的红外波长光。因此，为了从这种大量的环境光中判别出通过光源202照射的红外波长光，通过光源202照射的光量需要足以大于环境光，但是在很多情况下，难以使用光源202照射这种大量的光。
因此，当前实施例被配置为例如图6所示的，经由截断滤波器或者带通滤波器通过图像传感器206接收通过光源202照射的光，所述截断滤波器用于截断波长比光源202照射的光的波长短的光，如图7所示，所述带通滤波器的透射率顶点与光源202照射的光的波长匹配。对应地，可以通过清除光而不是清除光源202照射的光的波长来接收光，并且因此，光源202照射的和由图像传感器206收到的光的总量比环境光相对更大。结果是，即使当光源202不照射大量的光时，也可以从环境光辨别由光源202照射的光。
然而，在当前实施例中，不仅从所捕捉的图像数据中探测风挡105上的雨滴203，还探测前面的车辆和迎面车辆，还探测白线。因此，当在整个所捕捉的图像中去除不是光源202照射的红外波长光的波长带时，图像传感器206不能接收探测前面车辆和迎面车辆以及探测白线所需要的，以及在其探测中将要成为问题的波长带中的光。对应地，在当前实施例中，捕捉图像数据的区域被分成用于探测在风挡105上的雨滴203的雨滴探测图像区域和用于探测前面车辆和迎面车辆以及探测白线的车辆探测图像区域，并且仅仅在对应于雨滴探测图像区域的部分中，将用于清除波长带而不是光源202照射的红外波长光的滤光镜(以下可以简称为“雨滴探测滤波器”)提供作为滤光器205的一部分。更具体地说，雨滴探测图像区域是通过捕捉存在雨滴探测滤波器的图像捕捉区域的区域(以下可以简称为“雨滴探测滤波器存在区域”)中的图像而获得的捕捉图像数据的区域。另一方面，车辆探测图像区域是通过捕捉不存在雨滴探测滤波器的图像捕捉区域的区域(以下可以简称为“雨滴探测滤波器不存在区域”)中的图像而获得的捕捉图像数据的区域。
在这种情况下，雨滴探测滤波器不存在区域对应于第一区域，并且雨滴探测滤波器存在区域对应于第二区域。
图8A是示出滤光器205的侧视图。如图8A所示，在根据当前实施例的滤光器205中，在图像捕捉透镜204侧面的基底221的表面上形成用于传递与红外光相当的光和可见光的分光镜滤光层224(由图8A中的“205a”表示)。在图像传感器206的基底221的表面上顺次形成偏振滤光层222、SOG(玻璃上自旋，SpinOnGlass)层223和作为雨滴探测滤波器的红外光发送滤波器212(由图8A中的“205b”表示)。
如上所述，在滤光器205的基底221的两个表面上形成滤光层，使得可以防止滤光器205的扭曲。当仅仅在基底221的一个侧面的表面上形成多层薄膜时，压力被给予基底221，并且基底221被扭曲。然而，如图8A中所示，在基底221的两个表面上形成多层薄膜，压力的影响就被取消，并且这可以防止扭曲。
在这种情况下，基底221可以由对可见光范围透明的材料组成，例如玻璃、蓝宝石和水晶。在当前实施例中，玻璃被用作基底221的材料，并且尤其是便宜和耐用的石英(折射指数1.46)和Tempax玻璃(折射指数1.51)被用作基底221的材料。
在滤光器205a侧面的基底221的表面上形成的分光镜滤光层224，是用于传送具有400nm至670nm波长范围的所谓的可见光区域和具有940至970nm波长范围的红外光区域两者的滤光镜。可见光区域被用于探测车辆的环境信息，并且红外光区域被用于探测雨滴。分光镜滤光层224不传送700至940nm波长范围中的光(透射率优选地为等于或者小于5％)。这是因为当检索该波长范围时，获得图像数据的总体颜色变红，并且可能难以提取代表尾灯的红色部分。因此，当形成具有截断红外光的特征的滤光镜时，导致干扰的其他颜色的光可以被去除，并且因此，例如尾灯的探测准确度可以得到改善。
在滤光器205b的侧面的表面上形成的偏振滤光层222，是用于截断S偏振成分并且仅仅传送P偏振成分的滤光镜。使用这种偏振滤光层222，可以切断导致干扰和不必要的反射光(反射的光线)的原因。
在当前实施例中，偏振滤光层222是由线栅偏振器(wiregridpolarizer)组成的。该线栅是通过将诸如铝的金属制的导电线以特定倾斜布置在错综复杂的图案中而制成的，并且当该倾斜是小于入射光(例如可见光的波长，即400nm至800nm)很多(例如一半或者更少)的倾斜时，几乎所有具有平行于导电线振荡的电场向量分量的光都被反射，并且几乎所有具有垂直于导电线路的电场向量分量的光都被传送，以便其被用作生成单一偏振的偏振器。
在线栅偏振器中，当金属线的横截面积增加时，消光系数增加，并且此外，在金属线中减少的透射率具有预定的或者相对于一圈宽度更宽的宽度。当垂直于纵向方向的金属线的横截面性状是锥形时，透射率和偏振度的波长压抑在宽带中为低，这显示了高的消光比特性。在线栅的横截面构造(未显示)中，具有在凹槽方向上的偏振方向的入射光被屏蔽，并且具有在垂直于凹槽方向的方向上的偏振方向的入射光被传送。
在当前实施例中，由于线栅结构被用作用于偏振滤光层222的偏振器，所以存在以下优点。更具体地说，通过执行熟知的半导体处理，即蒸发铝薄膜，其后执行图案处理，并且使用诸如金属蚀刻的方法，来形成线栅的次波长突起/凹槽结构制成线栅结构。因此，可以通过与图像捕捉设备的像素尺寸相当的尺寸校准偏振器的方向(若干微米)，并且可以如当前实施例的一样，以像素的单位选择传送偏振轴。如上面描述的，线栅结构是由诸如铝的金属制造的，并且具有优越的耐热性，适于安装于车辆上。
在根据当前实施例的SOG层223中，对所用频带的光透明的基底和在基底上径直延伸的线栅的突出部分都是用小于所使用频带的光的波长的倾斜而被布置的。在铝突出的部分之间，形成填充部分，其中使用折射指数小于或者等于基底221的折射指数的无机材料填充该填充部分。这些填充部分还被形成来覆盖线栅结构的突出部分。
形成SOG层223的材料优选地是其折射指数尽可能地低并且接近于空气的折射指数的材料，以免偏振滤光层222的偏振器的偏振特征退化。例如，形成SOG层223的材料优选地是多孔陶瓷材料，它是由陶器中的分散微细的气孔形成的，诸如多孔硅(SiO2)、多孔氟化镁(MgF)和多孔氧化铝(Al2O3)。它的低折射指数的程度是由在陶器中的气孔大小和数目决定的(多孔性)。在他们之中，尤其是当基底221的主要成分是硅石水晶或者玻璃时，优选的是多孔硅(n＝1.22至1.26)，因为它具有较比基底221低的折射指数。
用于形成SOG层223的方法是无机涂层(SOG:SpinOnGlass，玻璃上自旋)生成方法。更具体地说，它是由以下处理形成的。通过在酒精中溶解硅醇[Si(OH)4]获得的溶剂被自旋涂覆在基底上，其后通过热处理蒸发溶剂成分，凭此硅醇自身通过脱水聚合反应而起反应。
使用SOG层223，并且偏振滤光层222具有次波长尺寸的线栅结构，因此，与在SOG层223上形成的红外光发送滤波器比较，其在刚性(rigidity)方面更弱。尤其是，希望将滤光器205布置得与图像传感器206紧密接触，并且因此当它被操作时，图像传感器206的图像捕捉设备表面和滤光器205可以彼此接触，但是，通过SOG层223保护在刚性方面弱的偏振滤光层222，因此可以不破坏线栅结构而实现滤光器205。应该注意的是，还可以通过SOG层223保护分光镜滤光层224。
通过提供SOG层223，可以防止外来物进入到线栅部分中。通常，线栅的突出部分的高度是由等于或者小于所使用波长的一半的高度而组成的。另一方面，分光镜滤光器具有所使用波长的若干倍的高度至与所使用波长相同的高度，其中分光镜滤光器越厚，透光度特征在屏蔽波长方面就越灵敏。此外，SOG层223的厚度越厚，其变得保证它的上表面的平坦就越困难，并且不适合将其制成厚的，因为损失了填充区域中的均匀性。在当前实施例中，偏振滤光层222被SOG层223覆盖，并且其后形成红外光发送滤波器212，并且因此SOG层223可以被稳固地形成。在SOG层223的上表面上形成的红外光发送滤波器212还可以被形成来其最佳特征。
图8B是在图像传感器206侧面的滤光器205的前视图。图9是示出所捕捉的图像数据的图像示例的说明性示意图。如图8B中所示，区域被划分为布置在与作为车辆探测图像区域213(对应于图像捕捉区域高度的2/4的部分)的所捕捉的图像中心部分相对应的部分上的区域211(红外光截断滤光器区域)，布置在与作为雨滴探测图像区域214(对应于图像捕捉区域高度的1/4的部分)的所捕捉的图像靠上部分相对应的部分上的外光发送过滤器212(红外光截断滤光器区域)，以及所捕捉图像的靠下部分(对应于图像捕捉区域高度的1/4的部分)。红外光发送过滤器212使用如图6所示的截断滤波器和如图7所示的带通滤波器。
迎面车辆的头灯的图像、前面车辆的尾灯和白线经常主要位于捕捉图像的靠上部分，并且通常驾驶员车辆的紧前方的道路表面的图像存在于捕捉图像的靠下部分。因此，用来识别迎面车辆的头灯、前面车辆的尾灯和白线的所需要的信息集中在捕捉图像的靠上部分，并且在识别过程中，有关捕捉图像的靠下部分的信息并不是非常重要。因此，为了不仅仅探测迎面车辆、前面车辆或者白线，还从单条所捕捉的图像数据中探测雨滴，优选地将如图9中所示的捕捉图像的靠下部分和靠上部分限定为雨滴探测图像区域214，将剩余的捕捉图像的中央部分限定为车辆探测图像区域213，并且将红外光发送过滤器212布置得与其对应。
当图像捕捉设备200的图像捕捉方向向下倾斜时，驾驶员车辆的发动机盖可能会出现在图像捕捉区域的靠下部分。在这种情况下，驾驶员车辆的发动机盖所反射的阳光和前面车辆的尾灯变成环境光，并且这被包括在所捕捉的图像数据中，结果是，这可能会导致迎面车辆的头灯、前面车辆的尾灯和白线的错误识别。即使在这种情况下，当前实施例也被配置为去除诸如发动机盖反射的阳光和前面车辆的尾灯之类的环境光，因为将如图6所示的截断过滤器和如图7所示的带通滤波器布置在对应于所捕捉的图像的靠下部分的部分中。因此，这改善了识别迎面车辆的头灯、前面车辆的尾灯和白线的精确度。
在当前实施例中，由于图像捕捉透镜204的特性，在图像捕捉区域中的场景对于图像传感器206上的图像是上下颠倒的。因此，当所捕捉的图像的靠下部分被定义为雨滴探测图像区域214时，由图6所示的截断滤波器和图7所示的带通滤波器构成在图像传感器206侧面的滤光器205的靠上部分。
在这种情况下，当探测对前面车辆时，通过识别所捕捉的图像中的尾灯来探测前面的车辆，但是尾灯照射的光的总量少于迎面车辆的头灯照射的光的总量，并且存在诸如街灯的许多环境光，并且这使得难以仅仅通过亮度数据探测尾灯具有高度的准确度。因此，光谱学信息被用来识别尾灯，并且对于基于所接收到的红色光的总量来识别尾灯来说，这是必要的。因此，在当前实施例中，如以下说明的，在滤光器205中的图像捕捉透镜204的侧面提供适合尾灯颜色的红色滤光器或青色滤光器(仅仅发送尾灯颜色的波长带的滤光器)，以便可以探测到所接收到的红色光的总量。
然而，根据当前实施例的构成图像传感器206的每个光接收元件都具有用于探测红外波长带的光的敏感度，因此，当图像传感器206接收包括红外波长带的光时，所获得的捕捉图像的整体颜色泛红。结果是，这可能难以识别对应于尾灯的红色的图像部分。因此，在当前实施例中，在滤光器205中的图像传感器206的旁边，将对应于车辆探测图像区域213的部分制成红外光截断滤波器区域211。这从用于识别尾灯的捕捉图像数据部分中去除了红外波长带，从而改善了识别尾灯的准确度。
图10是示出根据当前实施例的图像捕捉设备200的细节的说明性示意图。该图像捕捉设备200主要包括图像捕捉透镜204、滤光器205、传感器基底207和信号处理单元208，其中所述传感器基底207包括图像传感器206，其具有以二维方式布置的像素阵列，并且所述信号处理单元208生成并且输出通过将从传感器基底207输出的模拟电子信号(图像传感器206上的每个光接收元件接收到的光的总量)转换为数据电子信号而获得的所捕捉的图像数据。来自图像捕捉区域的光包括穿过图像捕捉透镜204和滤光镜205的对象(探测目标对象)，并且通过图像传感器206根据其光强而被转换为电子信号。当喜好处理单元208接收到从图像传感器206输出的电子信号(模拟信号)时，信号处理单元208将来自电子信号中的、指示图像传感器206上每个像素的光亮度(亮度)的数字信号作为捕捉图像数据和图像的水平/竖直的同步信号输出给稍后阶段单元。
图11A是示出从垂直于光发送方向看滤光器205和图像传感器206时，滤光器205和图像传感器206的示意图；图11B是图11A的EX区域的放大视图。图像传感器206是使用CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)等的光接收元件，并且二极管206A被用于每个像素。以二维方式为阵列中的各自的像素布置二极管206A，并且为了改善二极管206A的聚光效率，在每个二极管206A的入射侧都提供微透镜206B。该图像传感器206与PWB(印刷线路板)使用诸如引线接合法的方法接合，并且以此形成传感器基板207。
可以使用紫外光(UV)粘结剂接合滤光器205和图像传感器206，或者可以将滤光器205和图像传感器206接合成使用紫外线粘合有效像素外部的四周区域，或者由垫片等支撑用于图像捕捉的有效像素区域外部的区域时，使用热压缩进行结合。通过将滤光器205和图像传感器206以紧密接触的方式进行连接时，雨滴探测区域和车辆探测区域之间的边界变得清晰，并且这改善了探测是否存在雨滴的精确度。
如果如图9中所示，仅仅在图像区域中的屏幕的靠上部分和屏幕的靠下部分之一提供雨滴探测区域，则难以平行地粘合滤光器205和图像传感器206，并且可以以倾斜的方式粘合滤光器205和图像传感器206。当以倾斜方式粘合滤光器206和图像传感器206时，将在区域的靠上部分和区域的靠下部分改变光路的长度，并且当探测到车辆环境信息，即白线时，这可能导致诸如错误读取白线坐标的识别精度的降低。为了这个原因，在当前实施例中，如图9所示的，雨滴探测区域被布置在捕捉图像的靠上部分和靠下部分，并且红外光发送滤波器212被布置得对应于雨滴探测区域，以便可以轻易地相互平行地粘合滤光器205和图像传感器206，结果是，可以改善雨滴探测的精确度。
根据当前实施例，可以执行外来物探测以控制雨刷器107和洗刷器(未显示)。在这种情况下，外来物意味着雨滴，但还可以不仅仅包括雨滴，还可以包括鸟粪或由邻近车辆引起的道路表面的飞溅。
图12是用于说明外来物探测的图。光源202被布置得使得风挡外部表面的通常的反射光大致上与图像捕捉透镜的光轴相匹配。将使用附图中的符号，即光线A至E来说明图像捕捉设备200接收到的光线。
光线A：从光源202照射并且穿过风挡的光线A渗透到外侧，如同没有雨滴附着在风挡105的图像捕捉设备200外部时一样。从具有对眼睛安全的光的总量/波长的光源中选择出光源202，并且如图12所示，光源202将光输出至靠上一侧，以保证更高等级的安全。
光线B：当来自光源202的输出光进入风挡105时，所述光源202的一部分被风挡105的表面反射。通常，其偏振成分被熟知为S偏振成分。这种光对于雨滴探测来说，最初是不需要的，并且可能导致错误的探测，但是在当前实施例中，S偏振成分被滤光器205的偏振滤光层222截断，以便能够去除不必要的光。
光线C：在来自光源202的输出光中，穿过风挡105，而不被风挡105的内侧表面反射的光线C的成分具有比S偏振成分更多的P偏振成分。当雨滴附着在风挡105的外部时，该进入风挡105的光在雨滴中被多次反射，并且光朝向图像捕捉设备200的一侧再次穿过风挡，并到达图像捕捉装置的滤光器205。然后，其穿过分光镜滤光层224，并且由于线栅结构的凹槽方向被形成为穿过后续的偏振滤光层222中的P偏振成分，所以所述光还穿过这个。在这种情形下，在雨滴探测区域中，根据光源202的波长形成红外光发送滤波器212，但是光线C穿过红外光发送滤波器212，并到达图像传感器206，以便附着在风挡105表面的雨滴能够被识别。
光线D：通过红外光发送滤波器截断并非来自光源202而是从风挡105外部入射并到达雨滴探测区域的大部分到达图像捕捉设备200的光的光线D。如上所述，雨滴探测区域还被配置为截断风挡105外部的环境光。
光线E：在穿过不是雨滴探测区域的区域，即不存在红外光发送滤波器212的区域的光线E中，仅仅发送可见光和红外光，并且仅仅将其制成P偏振成分，以便光线E到达图像传感器206而没有任何不必要的光，并且这被探测为用于多种类型的应用的信号。
光源202进入到风挡105的入射角度被设置成便于允许雨滴和空气之间的界面中的任一个表面反射的反射光的图像捕捉。如图12中所示，具有最高强度的雨滴所反射的反射光的布局是将光源202布置在如下位置上的情况，该位置基本上与图像捕捉设备200的光轴相对于到风挡105的表面的法线相对，并且光源202被布置与在图像捕捉设备200的光轴几乎相同的光轴上。当到风挡105的法线基本上与光源202的光轴匹配时，由雨滴所反射的反射光具有最低强度。
应当注意的是，可以布置光源202来将光仅仅照射到红外光发送滤光器212的区域上。因此，可以避免来自车辆探测区域的噪音成分。此外，可以提供多个光源202。在这种情况下，偏振滤光层222的每个区域的偏振器图案被设置成以便于多个光源202之一(其光的入射量取决于偏振器图案)仅仅发送与包括朝向风挡105照射的光的光轴和图像捕捉透镜的光轴的两个光轴所形成的表面平行的偏振成分。
光源202的光照射方法可以继续光的照射(这也可以被称为CW光照射)或者可以使光的照射以特定时间跳动。通过同步光照的时间和图像捕捉的时间，可以减少环境光导致的影响。当提供了多个光源202时，多个光源202可以在一个时间照射光，或者可以相继地按顺序照射光。当多个光源202相继地按照顺序照射光，可以通过同步光照射的时间和图像捕捉的时间来减少环境光导致的影响。
现在，在图13和14中显示了发明者所做的实验的结果。图像区域的靠下部分和靠上部分是雨滴探测区域。图13是示出当附着了雨滴时的实验结果烦人图。图14是示出了当没有附着雨滴时的实验结果的图。
图13中的区域DA是雨滴探测区域，并且当雨滴附着到该区域上时，LED光从光源202入射到其上，并且当没有雨滴附着时，没有探测到LED光。当附着了雨滴时，识别出雨滴，如图13中所示的，这被表示为“探测到雨”。当没有附着雨滴时，没有识别出雨滴，如图14所示的，这被表示为“没有探测到雨”。该识别处理可以通过调节所接收到的LED光的总量的阈值而轻易地实现。应当注意的是，并不必唯一地确定阈值，并且可以基于关于图像捕捉设备200的车辆探测区域的曝光调节信息来计算而配置最优的值。
随后，将说明根据当前实施例的曝光控制处理。图15是示出根据第一实施例的曝光控制处理的过程的流程图。首先，曝光控制单元109确定用于捕捉雨滴探测过滤器不存在区域(对应于车辆探测图像区域213)的图像的第一曝光量，该雨滴探测过滤器不存在区域是不存在红外光发送滤光器212的区域211(步骤S11)。
第一曝光量是适用于雨滴探测过滤器不存在区域(车辆探测图像区域213)的图像捕捉处理的曝光的量。
在这种情况下，曝光控制单元109根据雨滴探测过滤器不存在区域的光的总量确定第一曝光量。换句话说，通过将自动曝光控制(AE：AutoExposure，自动曝光)的测量范围设置为雨滴探测过滤器不存在区域来确定第一曝光量。更具体来说，曝光量是根据曝光时间来确定的。
也就是，当捕捉到一定距离的图像时，在探测雨滴探测过滤器不存在区域的部分的同时执行自动曝光调节。在不存在红外光发送滤光器212的区域211中，光的总量在周围变化的非常大。图像捕捉设备200所捕捉到的车辆周围的光亮强度从中午的数万勒克斯变化为晚上的1勒克斯。为此，需要根据要捕捉的情景而调节曝光时间，并且对于这种情况，执行公知的自动曝光控制。在当前实施例中，对象位于道路表面周围，并且因此，优选地基于道路表面区域中的图像来执行曝光控制。
随后，曝光控制单元109确定用于捕捉雨滴探测过滤器存在区域(对应于雨滴探测图像区域214)的图像的第二曝光量，所述雨滴探测过滤器存在区域是存在红外光发送滤光器212的区域(步骤S12)。
第二曝光量是适用于雨滴探测过滤器存在区域(雨滴探测图像区域214)的图像捕捉处理的曝光量。设置雨滴探测过滤器存在区域来仅仅检索外来物反射的光源202的反射光，并且因此，光的总量并不由于周围环境而很大地变化。因此，可以使用固定曝光时间而不管外部光的环境来捕捉图像。
图16是示出曝光量和光源202的光照射强度的关系图。如图16所示，在光照强度增加时，曝光量减少(曝光时间减少)。在当前实施例中，曝光控制单元109根据图16的关系，通过驱动对应于光源的光照强度的电流来改变并确定第二曝光量。
如上所述，使用适用于雨滴探测过滤器不存在区域的第一曝光量进行的图像捕捉处理，导致雨滴探测过滤器不存在区域中的图像捕捉处理。使用适用于雨滴探测过滤器存在区域的第二曝光量进行的图像捕捉处理，导致雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理。因此，在以下的说明中，使用适用于雨滴探测过滤器不存在区域的第一曝光量进行的图像捕捉处理，可以被称为“雨滴探测过滤器不存在区域中的图像捕捉处理”，并且使用适用于雨滴探测过滤器存在区域的第二曝光量进行的图像捕捉处理可以被称为“雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理”。
接下来，曝光控制单元109确定使用第一曝光量进行的连续图像捕捉处理的次数n(步骤S13)。曝光控制单元109还确定使用第二曝光量进行的连续图像捕捉处理次数m(步骤S14)。在这种情况下，使用第二曝光量进行的连续图像捕捉处理次数m是小于使用第一曝光量进行的连续图像捕捉处理次数的数。例如，n＝30，m＝1。
然后，图像捕捉设备200继续地使用第一曝光量执行图像捕捉处理n次(步骤S15)。然后图像分析单元102分析所捕获的图像(步骤S16)，并且使用头灯控制单元103、车辆巡航控制单元108等执行多种类型的控制(步骤S17)。
接下来，图像捕捉设备200使用第二曝光量执行图像捕捉处理m次(步骤S18)。然后，图像分析单元102分析所捕捉的图像(步骤S19)，并使用雨刷器控制单元106等执行多种控制(步骤S20)。
然后，直到接收到预定的终止指令(由用户等给出终止命令)，重复执行步骤S15至S20中的处理(步骤S21中的否)。
例如，当n为30并且m为1时，图像捕捉设备200使用第一曝光量连续执行适用于雨滴探测过滤器不存在区域的图像捕捉处理30次，并且此后使用第二曝光量执行适用于雨滴探测过滤器存在区域的图像捕捉处理一次。此后，图像捕捉设备200进行切换，以便继续使用第一曝光量执行适用于雨滴探测过滤器不存在区域的图像捕捉处理30次。
在雨滴探测过滤器不存在区域中的图像被用于诸如适用图像分析单元102进行的白线探测和车辆探测的识别处理。该识别处理还使用关于输入图像帧的信息，并且因此，需要将使用确定的时间间隔或者根据规则捕捉到的帧输入到图像分析单元102中。
在用于探测是否驱动雨刷器的雨滴探测中，与例如车道偏离探测和前面车辆距离探测等等相比，情况可能不会在短时间内改变，此外，用于探测是否驱动雨刷器的雨滴探测具有在安全方面的低的优先级。
为此，对雨滴探测过滤器存在区域进行的连续图像捕捉处理的次数m，被确定为比对于雨滴探测过滤器不存在区域进行的连续图像捕捉处理的次数n小，以便以规则的间隔将在雨滴探测过滤器存在区域中的所捕捉到的图像插入到雨滴探测过滤器不存在区域中的捕捉到的图像中。
如上所述，在当前实施例中，图像捕捉设备200使用车辆探测的所捕捉的图像和雨滴探测的所捕捉的图像执行图像捕捉处理，但是通过切换在雨滴探测过滤器不存在区域中的捕捉图像和在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像的连续图像捕捉处理，来执行图像分析，因此可以减少功耗，并且可以进一步改善安全性。
第二实施例
根据第二实施例的安装在车辆上的装置控制系统，减少了在探测到雨滴时在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像的插入周期。当探测到雨滴时，在雨滴探测过滤器存在区域中连续图像捕捉处理的次数，相对于在雨滴探测过滤器不存在区域中连续图像捕捉处理的次数的比率有所增加。更具体来说，当探测到雨滴时，图像捕捉设备200减少在雨滴探测过滤器不存在区域中连续图像捕捉处理的次数n，并且不改变在雨滴探测过滤器存在区域中连续图像捕捉的次数m，或者不改变在雨滴探测过滤器不存在区域中连续图像捕捉的次数n，并且增加在雨滴探测过滤器存在区域中连续图像捕捉处理的次数m。
根据当前实施例的安装在车辆上的设备控制系统的示意性配置与图像捕捉单元101和图像捕捉设备200的示意性配置都与第一实施例中的那些相同。
大雨并不是突然就开始下的，因此当没有探测到雨滴时，可以减少用于在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像的帧的频率。然而，一旦探测到雨滴，优选地是充分观察降雨的改变，并且因此，在这种情况下，图像捕捉设备200增大用于在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像的帧的频率。
例如，假设这样一种情况，其中，以下切换很平常：执行120次在雨滴探测过滤器不存在区域中的图像捕捉处理，然后执行一次在雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理，然后执行120次在雨滴探测过滤器不存在区域中的图像捕捉处理，然后执行一次在雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理，然后执行120次在雨滴探测过滤器不存在区域中的图像捕捉处理，以此类推。在这种情况下，一旦探测到雨滴，那么如下改变频率以很好的观察图像。
执行30次在雨滴探测过滤器不存在区域中的图像捕捉处理，然后执行一次在雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理，然后执行30次在雨滴探测过滤器不存在区域中的图像捕捉处理，然后执行一次在雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理，然后执行30次在雨滴探测过滤器不存在区域中的图像捕捉处理，以此类推。
在当前实施例中，当探测到雨滴时，雨刷器控制单元106以根据雨滴量的速度驱动雨刷器。然后，图像捕捉设备200与使用雨刷器控制单元106进行的关于其的驱动周期同步地捕捉在雨滴探测过滤器存在区域中的图像，即，使用第二曝光量捕捉图像。
更具体来说，在驱动了雨刷器之后，雨滴被刷除，并且不再探测到雨滴。因此，在雨滴探测过滤器存在区域中，在雨刷器完成对雨滴的刷除的时刻捕捉图像。这就消除了增加不必要雨滴探测捕捉到的图像的必要性，并且可以增加对白线探测的车辆探测的捕捉图像的帧的数量。当在特定时间中没有探测到雨滴，那么优选地是将在雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理的频率返回至正常的频率。
图17是示出根据第二实施例的控制处理的程序的流程图。图像分析单元102从在雨滴探测过滤器存在区域中所捕捉到的图像中探测雨滴(步骤S31)。然后，当探测到雨滴时(步骤S32中的是)，图像捕捉设备200增大在雨滴探测过滤器存在区域中进行的连续图像捕捉处理的次数m对在雨滴探测过滤器不存在区域中执行的连续图像捕捉处理的次数n的比值(步骤S33)。
随后，雨刷器控制单元106根据雨滴量确定雨刷器的驱动速度(步骤S34)，并且基于该驱动速度驱动雨刷器。
随后，图像捕捉设备200将使用适用于雨滴探测过滤器存在区域的第二曝光量进行图像捕捉处理的时间确定为与上述雨刷器驱动同步的时间(步骤S35)。因此，在雨滴探测过滤器存在区域中，当雨刷器完成对雨滴的刷除时，捕捉图像。
在当前实施例中，如上所述，当探测到雨滴时，在雨滴探测过滤器存在区域中执行连续图像捕捉处理的次数m对在雨滴探测过滤器不存在区域中的连续图像捕捉处理的次数n的比值被增加，以便缩短在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉到的图像的插入周期，通过这样，可以高精确度地了解降雨的变化。
在当前实施例中，在雨滴探测过滤器存在区域中，当雨刷器完成对雨滴的刷除时捕捉图像，并且因此，不必增加不必要的雨滴探测捕捉图像，并且可以增加用于白线探测的车辆探测的所捕捉的图像的帧的数量。
第三实施例
在执行自动曝光的雨滴探测过滤器不存在区域中，获得第一曝光量(曝光时间)，以便可以测量车辆周围的光亮。当第一曝光量低(曝光时间短)时，这意味着环境亮度高的情况，并且将天气认为是晴好的。当天气晴好时，不太可能下雨，并且优选地减小在雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理的频率。
因此，在当前实施例中，当通过在雨滴探测过滤器不存在区域中的第一曝光量确定了天气是良好的时候，在雨滴探测过滤器存在区域中进行的连续图像捕捉处理的次数m对在雨滴探测过滤器不存在区域中进行的连续图像捕捉处理的次数n的比值被减小，通过这样，增加了在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像的插入周期。
根据当前实施例的安装在车辆上的装置控制系统的示意性配置与图像捕捉单元101和图像捕捉设备200的示意性配置都与第一实施例中的相同。
在当前实施例中，更具体来说，图像捕捉设备200增加在雨滴探测过滤器不存在区域中的连续图像捕捉处理的次数n，并且不改变在雨滴探测过滤器存在区域中的连续图像捕捉处理的次数m，或者不改变在雨滴探测过滤器不存在区域中连续图像捕捉的次数n并且增加在雨滴探测过滤器存在区域中连续图像捕捉的次数m。
在当前实施例中，图像捕捉单元101中的光源控制单元(未显示)根据第一曝光量改变光源202的光照强度。基本上，在当前实施例中，并不必须改变光的总量，但是当外界光太强时，如下改变光照强度。
当光的总量改变(例如从0.5勒克斯至大约成数十万勒克斯作为光的量)时，雨滴探测过滤器存在区域被外界光影响，并且在没有外来物附着的部分中的背景被改变，并且在更糟的情况下，全部区域都是饱和的，这可能不能够探测外来物。
在这种情况下，图像捕捉单元101的光源控制单元需要使用光源202照射比已经穿过在雨滴探测过滤器存在区域中的红外光发送滤光器212的外界光更强的光，并且优选地通过雨滴探测过滤器不存在区域的部分中的曝光量来计算进入雨滴探测过滤器存在区域的光的总量作为背景，通过这样，根据如此计算的量来改变光源的能量。
在这种情况下，根据所改变的光源的光照强度，在雨滴探测过滤器不存在区域中的第一曝光量可以被配置得将被改变。
另一方面，在晚上，外界光几乎不进入，并且因此，光源202的光照强度可以是低的。即使在这种情况下，图像捕捉单元101的光源控制单元通过在雨滴探测过滤器不存在区域的部分中的第一曝光量计算进入雨滴探测过滤器存在区域中的光的总量作为背景，通过这样，根据如此计算的量改变光源202的光照强度，以便可以降低光照强度并且实现低功耗。
图18是示出根据第三实施例的控制处理过程的流程图。首先，如上所述的，图像捕捉单元101从第一曝光量中测量出光的总量(步骤S41)。然后，图像捕捉单元101确定天气是否晴好(步骤S42)，并且当天气晴好时(步骤S42中的是)，那么雨滴探测过滤器存在区域中的连续图像捕捉处理的次数m对雨滴探测过滤器不存在区域中的连续图像捕捉处理的次数n的比值被减小(步骤S43)。
随后，图像捕捉单元101的光源控制单元根据如上所述的光的总量，改变光源202的光照强度(步骤S44)。
如上所述，在当前实施例中，当天气晴好时，在雨滴探测过滤器存在区域中的连续图像捕捉处理的次数m与在雨滴探测过滤器不存在区域中的连续图像捕捉处理的次数n之间的比值被减小，以便于增大在雨滴探测过滤器存在单元中的捕捉图像的插入周期，通过这样，当天气晴好时，在雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理的频率被减小，并且可以减少功耗。
在当前实施例中，根据第一曝光量改变光源202的光照强度，并且因此，可以进一步减少功耗。
第四实施例
除了以上实施例以外，当前实施例还被配置得使得：当图像分析单元102探测雨滴时，图像分析单元102使用作为指数的、有关在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像的像素值变化的值，来测量降雨。
根据当前实施例的安在车上的装置控制系统的示意性配置与图像捕捉单元101和图像捕捉设备200的示意性配置都与第一实施例中的那些相同。
当在雨滴探测过滤器存在区域中具有诸如雨滴的外来物时，生成反射光，并且因此，获得如图19所示的所捕捉的图像。在图19的示例中，当计算SWS摄像头拍摄的图像中的亮度的标准方差值时，从布置在左侧的图像至右侧的图像的数值分别是20、27、39。这表示存在与降雨的关联。
因此，在当前实施例中，图像分析单元102的降雨计算单元(未显示)从雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉画面，计算诸如亮度的标准方差值的涉及变化的值，并且基于涉及变化的值，测量出降雨。应当注意的是，涉及变化的值包括变化本身。
应当注意的是，反射的光的总量可以被轻易地用作降雨的指数，并且在这种情况下，受到光源202的光照强度变化的极大影响。为此，优选地获得雨滴量指数而不是涉及反射光的变化的值。例如，当存在雨滴时，黑暗和明亮的部分出现在雨滴探测过滤器存在区域中的图像中，并且变化增加。随着降雨增加，附着了很多雨滴和大尺寸的雨滴，这增加了变化值。
如上所述，在当前实施例中，图像分析单元102的降雨计算单元使用涉及在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像中的限速值的变化的值，来计算降雨，并且可以增加降雨测量的精确度。
在当前实施例中，图像分析单元102可以被配置为：使得图像分析单元102的降雨计算单元通过从雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像的像素值中去除等于或者小于预定阈值的亮度值，来计算涉及变化的值。
在雨滴探测过滤器存在区域中，红外光发送滤光器212不能屏蔽少量的外部光作为背景出现在雨滴探测过滤器存在区域中的图像中。为了减少这种影响，优选地，在计算变化之前，从涉及变化的值的计算中去除等于或者小于雨滴探测过滤器存在区域的图像中的阈值的亮度值。
例如，在计算标准方差值之前，从每个像素中减去值128(当减去的结果为等于或者小于零时，采用零)，并且此后，计算标准方差值。在这种情况下，在图19中，在图19中从布置在左侧的图像至右侧图像，标准方差值分别为6、16、29。这表示与降雨之间存在更高程度的关联。
因此，具有这可以进一步增加降雨计算中的精确度的优势。
第五实施例
在当前实施例中，关于来自光源202的光照的照射/不照射控制雨滴探测过滤器存在区域的同时捕捉图像，并且从所获得的捕捉图像中探测出降雨。
根据当前实施例的安装在车辆上的装备控制系统的示例性配置与图像捕捉单元101和图像捕捉设备200的示意性配置都与第一实施例中的那些相同。
在雨滴探测过滤器存在区域(第二区域)中，外部光包括与光源202波长相同的光，并且因此，即便当关闭光源202(即，没有光被照射)时，从雨滴探测过滤器泄漏的光不受欢迎地进入到图像传感器206中。当外部光不受欢迎地进入到雨滴探测过滤器存在区域中时，根据外部光变化而无关于降雨的强度获得亮度值，并且这降低了雨滴探测的精确度。
因此，在当前实施例中，在图像捕捉设备200进行的、在雨滴探测过滤器存在区域中的图像捕捉处理中，连续地捕捉两个图像，这包括光源202被打开时(即照射了光的状态下)捕捉到的图像和光源202被关闭时(即，不照射光的状态下)捕捉到的图像，并且图像分析单元102执行处理来取消所泄露的外部光。
在当前实施例中，在图像捕捉单元101中提供光源控制单元(未显示)，并且光源控制单元控制来自光源202的光照，从而打开和关闭光源202。
在雨滴探测过滤器存在区域(第二区域)中的图像捕捉处理中，图像捕捉设备200切换并执行在光源202不照射任何光的关闭状态中的第一图像捕捉处理以及在光源202照射光的打开状态中的第二图像捕捉处理。
从车辆行驶和所泄露的外部光不断地持续改变的角度来看，捕捉两张捕捉图像的时间间隔优选地为尽量短，因此，当光源202为打开状态时拍摄的捕捉图像和当光源202为关闭状态是拍摄的捕捉图像优选地为连续帧。因此，更具体来说，图像捕捉设备200交替地、持续地执行第一图像捕捉处理和第二图像捕捉处理。
当采用相同的曝光量捕捉第一捕捉图像和第二捕捉图像时，图像分析单元102可以最大化地改善外部光的取消处理的精确度，并且因此，图像捕捉设备200使用与曝光量相同的第二曝光量执行第一图像捕捉处理和第二图像捕捉处理。
图像分析单元102被提供有用于探测附着在风挡105上的雨滴的降雨的雨滴探测单元(未显示)。雨滴探测单元从处于打开状态的第二图像捕捉处理所获得的第二捕捉图像的像素值中减去第一图像捕捉处理获得的第一捕捉图像的像素值，以此执行外部光的取消处理。
更具体来说，雨滴探测单元通过从在处于打开状态中的第二图像捕捉获得第二捕捉图像中的像素的像素值的总和中减去处于关闭状态中的第一图像捕捉获得的第一捕捉图像中的像素的像素值的总和，来执行外部光的取消处理，并且从该减去中获得总值被用作探测降雨的降雨指数。
在当前实施例中，如在第一实施例中参照图4和图5所说明的，图像捕捉透镜204的焦点并不处于风挡105的外表面上，并且因此，从附着在风挡105外表面上的一个雨滴中获得所捕捉的图像为具有无关于面积尺寸而基本上恒定尺寸的圆形。然而，获得的所捕捉的图像的亮度值和雨滴面积的尺寸相互之间是有关联的，并且因此，能够通过一个雨滴的亮度值来推算该雨滴的尺寸。
当很多雨滴附着在风挡105上时，在捕捉图像中获得具有亮度值取决于其尺寸的许多圆形。因此，在当前实施例中，作为与附着有雨滴的表面上的雨滴面积尺寸相关的值，将在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像的范围中的亮度值的总和，即在雨滴探测过滤器存在区域中的捕捉图像的像素值的总值，用作降雨的指数。
在这种情况下，雨滴探测单元还可以通过为每个像素从第二捕捉图像的亮度值中减去第一捕捉图像的亮度值，来执行外部光的取消处理。在这种情况下，必须存储所有在关闭状态中的所捕捉的图像的像素值，并且存储器的存储能力需要用于雨滴探测过滤器存在区域中的像素数量，这使装置的价格很昂贵。
相反地，处于关闭状态中的第一捕捉图像的像素值(亮度值)的总和可以被存储在存储器等中，并且雨滴探测单元可以从光源202处于打开状态的第二捕捉图像的像素值(亮度值)的总和中减去光源202处于关闭状态的第一捕捉图像的像素值(亮度值)的总和。在这种情况下，仅仅将会计算捕捉图像的像素值的每个总和，并且与对于每个像素执行计算的情况相比，这不必须具有帧缓存器，并且可以降低存储器的存储容量。
随后，将说明根据当前实施例的曝光控制处理。图20是示出根据第五实施例的曝光控制处理过程的流程图。首先，按照步骤S11至S14中处理根据第一实施例的曝光控制处理相同的方式，执行从确定第一曝光量至使用第二曝光量确定连续图像捕捉处理次数m(步骤S51至S54)的处理。
然后，与第一实施例类似的，图像捕捉设备200在雨滴探测过滤器不存在区域中，使用第一曝光量连续执行图像捕捉处理n次(步骤S55)。然后，图像分析单元102分析所捕捉的图像(步骤S56)，并且使用头灯控制单元103、车辆巡航控制单元108等执行多种控制(步骤S57)。
随后，图像捕捉设备200在光源202处于关闭状态中，使用第二曝光量在雨滴探测过滤器存在区域中执行图像捕捉处理一次(步骤S58)。此外，图像捕捉设备200在光源202处于打开状态中，使用第二曝光量在雨滴探测过滤器存在区域中执行图像捕捉处理一次(步骤S59)。
随后，根据以上的方法，图像分析单元102的雨滴探测单元一旦执行外部光的取消处理，就探测雨滴(步骤S60)。重复地执行从步骤S58至S60的这种处理m/2次。然后，使用雨刷器控制单元106等执行多种类型的控制(步骤S61)。
然后，直到接收到预定终止指令(由用户等给出终止命令)，就重复执行步骤S55到S61中的处理(步骤S62中的否)。
例如，当n为30并且m为2时，图像捕捉设备200使用第一曝光量，连续地执行适用于雨滴探测过滤器不存在区域的图像捕捉处理30次。此后，图像捕捉设备200在光源202处于关闭状态下，使用第二曝光量在雨滴探测过滤器存在区域中执行图像捕捉处理一次，并且连续地，图像捕捉设备200在光源202处于打开状态下，使用第二曝光量在雨滴探测过滤器存在区域中执行图像捕捉处理一次。随后，图像捕捉设备200使用第一曝光量连续执行适用于雨滴探测过滤器不存在区域的图像捕捉处理30次。然后，图像捕捉设备200在光源202处于关闭状态下，使用第二曝光量在雨滴探测过滤器存在区域中执行图像捕捉处理30一次，并且连续地，图像捕捉设备200进行切换，以在光源202处于打开状态下，使用第二曝光量在雨滴探测过滤器存在区域中执行一次图像捕捉处理。应当注意的是，在雨滴探测过滤器不存在区域中的图像捕捉处理的频率可以增加。
如上所述，在当前实施例中，在光源202处于关闭状态下，使用第二曝光量在雨滴探测过滤器存在区域中执行一次图像捕捉处理，并且连续地，图像捕捉设备200在光源202处于打开状态下，使用第二曝光量在雨滴探测过滤器存在区域中执行一次图像捕捉处理，并且一旦执行外部光的取消处理就执行雨滴探测，并且因此，可以在减少外部光的影响的同时以高的精确度实现雨滴探测。
应当注意的是，可以先执行光源202处于关闭状态下的图像捕捉处理和光源202处于打开状态下的图像捕捉处理中的任何一个。
已经在上文中说明了第一至第五实施例，但是可以将各种改变和变型应用于上述实施例。
第一变型
可以赋予通过从光源202处于打开状态下的第二捕捉图像的像素值(亮度值)总和中将去光源202处于关闭状态下的第一捕捉图像的像素值(亮度值)总和而获取的值(也就是所减去的总和值)非线性特性，并且降雨探测单元可以被配置为基于被赋予非线性特性的值来探测降雨。
当使用所减去的总和值探测到降雨时，具有相同面积尺寸的许多更小的雨滴也被探测为高降雨而非一个大的雨滴。因此，在该变型中，非线性成分被赋予了所减去的总和值，借此，能够使其成为更精确的降雨指数。
用于赋予非线性特性的例子包括用于使用以下表达计算降雨指数的方法，但是并不限于此。
rain_amount＝exp(sum(img(x,y)×coeff1-1)
其中rain_amount是降雨指数，
img(x,y)是雨滴探测过滤器存在区域的亮度值，
sum()是雨滴探测过滤器存在区域中像素值的总和计算运算符，
coeff1是系数，并且
可以通过实验而适当地获得系数coeff1。
第二变型
当雨滴探测单元通过为每个像素，从处于打开状态下，第二捕捉图像的像素值中推测在关闭状态下第一捕捉图像的像素值来执行外部光的取消处理时，降雨探测单元可以被配置为对每个像素，赋予通过从第二捕捉图像的像素值中推测第一捕捉图像的像素值而获得的值非线性特性，获得被赋予非线性特性的值的总和值，并且在所获得的总和值的基础上探测降雨，以便可以对降雨探测得更精确。
用于赋予非线性特性的示例包括用于使用以下表达计算降雨指数的方法，但是并不限于此。
rain_amount＝sum(exp(img(x,y)×coeff2-1))
其中rain_amount是降雨指数，
img(x,y)是雨滴探测过滤器存在区域中的亮度值，
sum()是雨滴探测过滤器存在区域中的像素值的总和计算运算符，以及
coeff2是系数。
可以通过实验而适当地获得系数coeff2。
第三变型
在第一至第五实施例中，图像捕捉单元101的光学系统是图2所示的那样。在第三变型中，图像捕捉单元101是全反射光学系统。图21是示出根据第三变型的图像捕捉单元101的光学系统的配置图。
在根据当前实施例的图像捕捉单元101中，如图21的光学路径所示的，从光源202照射的光进入被提供车辆内部风挡105的一侧上的反射偏振元件2101，并且被风挡105的外表面所全反射，并且进入图像捕捉透镜2041，并被传感器基底2042的图像传感器20所接收到。
当使用如图21所示的全反射的光学系统时，所获得的捕捉图像与根据第一至第五实施例的图像捕捉单元101的光学系统相比是相反的。图22是示出根据第三变型的光学系统捕捉的图像的示例的图。如同可以从图22的示例中所理解的，这是通过反转在第四实施例的图19中所示的示例中的捕捉图像所获得。更具体来说，雨滴所附着的部分变黑，并且雨滴没有附着的地方变亮。
在根据第一到第五实施例的图像捕捉单元101的光学系统中，降雨越高，处理结果的值变得越高。相反地，使用总体反射的根据当前实施例的光学系统被配置为降雨越高则处理结果的值变得越小。然而，以与第一到第五实施例的处理相同的方式执行捕捉图像的分析处理。
为了使作为根据该变型的降雨探测单元所提供的处理结果的降雨成为能够更加简单地被雨刷器控制等所处理的形式，可以将降雨探测单元配置为将降雨与阈值进行比较，并且以例如以下表格所示的阶梯方式，将降雨发送给雨刷器控制单元106。
因此，雨刷器控制单元106所接收到的是五个等级，即0至4，这是被赋予意义的信息并且能够被轻易处理。与以降雨值原样进行传送的情况相比，数据量减少了，这使得其更加有效。
根据每个实施例的安装在车辆上的设备控制系统所执行的每个处理都可以使用硬件实现，或者可以使用程序实现。在这种情况下，当合并到ROM等中被提供时，由根据每个实施例的安装在车辆上的设备控制系统执行的每个处理程序。
通过在计算机可读记录介质，诸如CD-ROM，软盘(FD)，CD-R和数字化通用磁盘(DVD)上，将根据上述实施例的安装在车辆上的设备控制系统所执行的每个处理程序记录成可执行格式或可安装格式的文件来提供他们。
此外，如下提供根据上述事实里的安装在车辆上的设备控制系统所执行的每个处理程序：将每个处理程序存储在可连接到诸如互联网的网络上的计算机中，以便每个处理程序可以通过网络而被下载。根据上述实施例的安装在车辆上的设备控制系统所执行的每个处理程序可以被配置为经由诸如互联网的网络而被提供或者被分布。
将根据上述实施例的安装在车辆上的设备控制系统所执行的每个处理程序模块化，并且包括上述模块和单元。在真实的硬件实施中，CPU(处理器)从上述ROM中读取并且执行每个处理程序。相应地，上述模块和单元被加载到主存储设备，并且以上模块和单元被生成在主存储装置上。
尽管为了完整和清楚的公开，已经对于具体实施例描述了本发明，但是所附权利要求并不因此而被限制，而是被构造为体现出对于本领域技术人员可以做出的所有变型和替换结构都落入本文中阐述的基本教导之内。
Claims (7)
1.一种图像处理装置，包括：
光源，用于将光照射到玻璃上；
图像捕捉单元，用于捕捉来自图像捕捉区域的光，所述来自图像捕捉区域的光包括照射光的反射光，所述反射光被玻璃反射；
对象探测过滤器，用于探测附着于玻璃上的对象，来自图像捕捉区域的一部分的光进入所述对象探测过滤器；
曝光控制单元，用于确定在图像捕捉区域的第一区域中捕捉图像所使用的第一曝光量和在图像捕捉区域的第二区域中捕捉图像所使用的第二曝光量，所述第二曝光量与所述第一曝光量不同，所述第一区域为不存在对象探测过滤器的区域，所述第二区域为存在对象探测过滤器的区域；以及
图像分析单元，用于分析由图像捕捉单元所获得的捕捉图像，
其中图像捕捉单元在所述第一曝光量和所述第二曝光量之间切换用于图像捕捉区域的图像捕捉处理中所使用的曝光量；
其中，图像捕捉单元使用所述第一曝光量连续执行图像捕捉处理预定的第一次数，并且然后使用所述第二曝光量连续执行图像捕捉处理预定的第二次数；
图像分析单元还通过分析所述捕捉图像探测玻璃上的对象，并且当探测到对象时，图像捕捉单元增加第二次数对第一次数的比值；并且
所述曝光控制单元根据所述第一区域的光的总量确定所述第一曝光量，而且将所述第二曝光量确定为固定量或者根据光源的光照强度确定所述第二曝光量。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中
所述对象为雨滴，并且
图像处理装置还包括：
雨刷器，用于去除玻璃上的雨滴；
雨刷器控制单元，用于驱动所述雨刷器；
其中，图像捕捉单元与雨刷器的驱动同步地使用所述第二曝光量执行图像捕捉处理。
3.根据权利要求1或2所述的图像处理装置，其中图像捕捉单元基于由图像捕捉单元所接收到的光的总量来确定天气是否晴好，并且当天气晴好时，图像捕捉单元减小第二次数对第一次数的比值。
4.根据权利要求1所述的图像处理装置，还包括光源控制单元，用于控制来自光源的光的照射，
其中图像捕捉单元在光源不照射光的关闭状态下的第一图像捕捉处理和光源照射光的打开状态下的第二图像捕捉处理之间切换用于第二区域的图像捕捉处理。
5.根据权利要求4所述的图像处理装置，其中
所述对象为雨滴，并且
图像处理装置还包括降雨探测单元，用于从由第二图像捕捉处理所获得的第二捕捉图像的像素值中减去由第一图像捕捉处理所获得的第一捕捉图像的像素值，并且在通过所述减去所获得的值来探测降雨。
6.一种由图像处理装置执行的图像捕捉方法，所述图像处理装置包括用于将光照射到玻璃上的光源以及用于探测附着在玻璃上的对象的对象探测过滤器，来自图像捕捉区域的一部分的光进入所述对象探测过滤器，所述图像捕捉方法包括：
捕捉来自图像捕捉区域的光，所述来自图像捕捉区域的光包括照射光的反射光，所述反射光被玻璃反射；
确定在图像捕捉区域的第一区域中捕捉图像所使用的第一曝光量和在图像捕捉区域的第二区域中捕捉图像所使用的第二曝光量，所述第二曝光量与所述第一曝光量不同，所述第一区域为不存在对象探测过滤器的区域，所述第二区域为存在对象探测过滤器的区域；以及
分析在所述捕捉步骤中所获得的捕捉图像，
其中所述捕捉步骤包括在第一曝光量和第二曝光量之间切换在用于图像捕捉区域的图像捕捉处理中所使用的曝光量；
其中，图像捕捉单元使用所述第一曝光量连续执行图像捕捉处理预定的第一次数，并且然后使用所述第二曝光量连续执行图像捕捉处理预定的第二次数；
图像分析单元还通过分析所述捕捉图像探测玻璃上的对象，并且当探测到对象时，图像捕捉单元增加第二次数对第一次数的比值；并且
所述曝光控制单元根据所述第一区域的光的总量确定所述第一曝光量，而且将所述第二曝光量确定为固定量或者根据光源的光照强度确定所述第二曝光量。
7.一种车辆，包括：
光源，用于将光照射到玻璃上；
图像捕捉单元，用于捕捉来自图像捕捉区域的光，所述来自图像捕捉区域的光包括照射光的反射光，所述反射光被玻璃反射；
对象探测过滤器，用于探测附着于玻璃上的对象，来自图像捕捉区域的一部分的光进入所述对象探测过滤器；
曝光控制单元，用于确定在图像捕捉区域的第一区域中捕捉图像所使用的第一曝光量和在图像捕捉区域的第二区域中捕捉图像所使用的第二曝光量，所述第二曝光量与所述第一曝光量不同，所述第一区域为不存在对象探测过滤器的区域，所述第二区域为存在对象探测过滤器的区域；
图像分析单元，用于分析由图像捕捉单元所获得的捕捉图像，
控制单元，用于基于捕捉图像的分析结果控制所述车辆的巡航、雨刷器和头灯中的至少一个，
其中图像捕捉单元在所述第一曝光量和所述第二曝光量之间切换用于图像捕捉区域的图像捕捉处理中所使用的曝光量；
其中，图像捕捉单元使用所述第一曝光量连续执行图像捕捉处理预定的第一次数，并且然后使用所述第二曝光量连续执行图像捕捉处理预定的第二次数；
图像分析单元还通过分析所述捕捉图像探测玻璃上的对象，并且当探测到对象时，图像捕捉单元增加第二次数对第一次数的比值；并且
所述曝光控制单元根据所述第一区域的光的总量确定所述第一曝光量，而且将所述第二曝光量确定为固定量或者根据光源的光照强度确定所述第二曝光量。
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