DE10230200A1 - Method and device for the detection of objects located on a surface of a transparent element - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Detektion von auf einer Oberfläche (9a) eines transparenten Elements (9) sich befindenden Objekten mit einem auf die Oberfläche (9a) zumindest annähernd fokussierten Detektor (6) mit mehreren Detektorfeldern zur Erfassung eines vorgegebenen Ausschnitts auf der Oberfläche (9a) vorgeschlagen, wobei eine Kontrastverteilung eines Bildes von zumindest einem Teil des Ausschnitts für eine Bewertung hinsichtlich auf der Oberfläche (9a) sich befindender Objekte herangezogen wird. Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Detektion von auf einer Oberfläche (9a) eines transparenten Elements (9) sich befindenden Objekten vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst einen Detektor (6) zur Erfassung eines vorgegebenen Ausschnitts auf der Oberfläche (9a) sowie eine Elektronikeinheit (7) zur Auswertung von Signalen des Detektors (6). Die Elektronikeinheit (7) ist dazu ausgelegt, auf der Grundlage der Kontrastverteilung eines Bildes von zumindest einem Teil des Ausschnitts die entsprechende Oberfläche im Hinblick auf darauf sich befindende Objekte bewerten zu können.The invention relates to a method for the detection of objects located on a surface (9a) of a transparent element (9) with a detector (6) focused at least approximately on the surface (9a) with a plurality of detector fields for detecting a predetermined section on the surface (9a ), whereby a contrast distribution of an image of at least part of the section is used for an evaluation with regard to objects located on the surface (9a). A device for detecting objects located on a surface (9a) of a transparent element (9) is also proposed. The device comprises a detector (6) for detecting a predetermined section on the surface (9a) and an electronics unit (7) for evaluating signals from the detector (6). The electronic unit (7) is designed to be able to evaluate the corresponding surface with respect to objects located on the basis of the contrast distribution of an image of at least part of the section.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von auf einer Oberfläche eines transparenten Elements sich befindenden Objekten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 5.The invention relates to a method and a device for detecting on a surface of a transparent elements located objects according to the generic term of claims 1 and 5.
Stand der TechnikState of the art
Die Detektion von auf der Oberfläche eines transparenten Elements sich befindenden Objekten wird beispielsweise durch bekannte Regensensoren realisiert, mit welchen das Vorhandensein von Sichtbehinderungen auf einer Windschutzscheibe überwacht wird, um damit die Wischanlage eines Fahrzeugs zu steuern.The detection of on the surface of a transparent Elements located objects are known for example by Realized rain sensors with which the presence of visual obstructions monitored on a windshield to control the wiper system of a vehicle.
Die meisten heute zur Anwendung kommenden
Regensensoren funktionieren nach dem Reflexionsprinzip. Ein derartiger
Sensor ist z.B. in der deutschen Offenlegungsschrift
Ein nach dem Reflexionsprinzip arbeitender Regensensor kann allerdings zwischen verschiedenen Arten von Sichtbehinderungen nicht unterscheiden. Der Regensensor reagiert beispielsweise sowohl auf Staub als auch auf Regentropfen in gleicher Weise. Dies führt unter Umständen zu einem unerwünschten Verhalten einer Wischanlage. Beispielsweise wird die Wischanlage bei einer trockenen Verschmutzung ohne Zugabe von Wischwasser in Gang gesetzt, wodurch Wischerblätter quietschen oder, wenn es sich um einen Sandfilm handelt, gar ein Verkratzen der Windschutzscheibe auftritt.A rain sensor based on the reflection principle however, there can be different types of visual impairments do not differentiate. For example, the rain sensor reacts both on dust as well as on raindrops in the same way. This leads to circumstances to an undesirable Behavior of a wiper system. For example, the wiper system in the case of dry soiling without the addition of cleaning water Gear set, causing wiper blades squeak or, if it is a sand film, even one Scratching the windshield occurs.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu
lösen, wurde
in der deutschen Offenlegungsschrift
Aufgabe und Vorteile der ErfindungTask and Advantages of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Möglichkeit bereitzustellen, um insbesondere eine Bewertung im Hinblick auf bestimmte Verschmutzungsarten einer Windschutzscheibe vornehmen zu können.The invention has for its object a alternative possibility to provide, in particular, an assessment with regard to carry out certain types of contamination of a windshield to be able to.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 5 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.This task is due to the characteristics of claims 1 and 5 solved. In the dependent claims are advantageous and expedient further training described the invention.
Die Erfindung geht zunächst von einem Verfahren zur Detektion von auf einer Oberfläche eines transparenten Elements, z.B. einer Windschutzscheibe sich befindenden Objekten aus. Hierzu wird ein auf die Oberfläche zumindest annähernd fokussierter Detektor mit mehreren Detektorfeldern, insbesondere ein videosensorarray eingesetzt, mit welchem sich ein vorgegebener Ausschnitt auf der Oberfläche erfassen lässt. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass die Kontrastverteilung eines Bildes von zumindest einem Teil des Ausschnitts für eine Bewertung hinsichtlich auf der Oberfläche sich befindende Objekte herangezogen wird. Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das vom Detektor auf der Oberfläche erfasste Bild in einem vergleichsweise kleinen Bildbereich starke Kontraste zeigt, wenn sich auf der Oberfläche Objekte, z.B. Wassertropfen oder Staubpartikel befinden, die vom auf die Oberfläche fokussierten Detektor entsprechend scharf abgebildet werden. Sind dagegen keine Objekte auf der zu detektierenden Oberfläche, kann der Detektor lediglich ein unscharfes verschwommenes Bild der Umgebung, auf die er nicht fokussiert ist, wiedergeben. Dieses verschwommene Bild ist insbesondere bei einer vergleichsweise kleinräumigen Betrachtung kontrastarm. Die Art der Kontrastverteilung ist in vielen Fällen spezifisch für die Art der Verschmutzung. Beispielsweise kann eine Lernmaschine darauf trainiert werden, Bilder mit scharf abgebildeten Objekten, die bei kleinräumiger Betrachtung starke Kontraste zeigen, von solchen mit unscharfen Objekten zu unterscheiden und zusätzlich eine Differenzierung von scharf abgebildeten Objekten zur Klassifikation der Verschmutzung vorzunehmen.The invention starts from a method for the detection of on a surface of a transparent Elements, e.g. objects located on a windshield out. For this purpose, a detector that is at least approximately focused on the surface is used with multiple detector fields, especially a video sensor array used, with which a predetermined section on the surface can be recorded. The essence of the invention is now that the contrast distribution an image of at least a portion of the detail for evaluation on the surface existing objects is used. This approach lies based on the knowledge that this was detected by the detector on the surface Image in a comparatively small image area strong contrasts shows when on the surface Objects, e.g. Water drops or dust particles are from the to the surface focused detector can be mapped accordingly. are no objects on the surface to be detected the detector is just a blurred, blurred image of the surroundings, on which he is not focused. This blurry Image is especially when viewed comparatively on a small scale in contrast. The type of contrast distribution is specific in many cases for the Type of pollution. For example, a learning machine can be on it be trained to take pictures with sharply depicted objects small-scale Consideration shows strong contrasts, from those with blurred objects to distinguish and additionally a differentiation of sharply depicted objects for classification the pollution.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird auf der Grundlage der Kontrastverteilung eines Bildes von zumindest einem Teil des Ausschnitts der detektierten Oberfläche eine Funktion oder ein Wert bestimmt, die bzw, der in einem Vergleich als Maß für eine Bewertung hinsichtlich auf der Oberfläche sich befindender Objekte dient. Zur Bestimmung eines Kontrastmaßes sind verschiedene Verfahren aus der digitalen Bildverarbeitung möglich. Letzten Endes kommt es darauf an, eine Funktion oder einen Wert für den Kontrast eines Bildes zu erzeugen, die bzw. der sich mit einer bekannten Funktion oder einem bekannten Wert vergleichen lässt, um hieraus eine Entscheidungsgrundlage dahingehend zu erhalten, ob z.B. die Windschutzscheibe verschmutzt ist und gegebenenfalls welche Art von Verschmutzung vorliegt.In a further particularly preferred embodiment the invention is based on the contrast distribution of a Image of at least part of the section of the detected Surface one Function or value determines which in a comparison as a measure of an evaluation regarding on the surface objects in use. There are various ways of determining a measure of contrast Processes from digital image processing possible. Ultimately comes it depends on a function or a value for the contrast of an image to generate who or with a known function or can be compared to a known value in order to provide a basis for decision-making to determine whether e.g. the windshield is dirty and, if applicable, what type of contamination is present.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein vom Detektor aufgenommenes Bild in mehrere Bilder mit abnehmender Auflösung zerlegt. Diesen Vorgang nennt man auch Multiskalenanalyse. Dann wird für die einzelnen Bilder ein Kontrastmaß ermittelt. Aus dem Zusammenhang von Kontrastmaß über Auflösung lässt eine Aussage über sich auf der Oberfläche befindende Objekte treffen. Die Zerlegung des aufgenommenen Bildes erfolgt vorzugsweise über wiederholte Anwendung von Glättungsoperationen mit geeigneten Filtern. In jeder Auflösungsstufe wird ein Kontrastmaß, beispielweise die Standardabweichung der Intensitätswerte der Bildpunkte ermittelt. Ist die Oberfläche, z.B. die Außenseite einer Windschutzscheibe frei von Objekten, werden nur unscharfe Objekte aus größeren Entfernungen abgebildet. Die Funktion Kontrastmaß über Auflösung zeigt daher höhere Kontraste gegebenenfalls nur bei niedrigen Auflösungen. Befinden sich dagegen Objekte auf der Schreibe, werden auch feine Details abgebildet, wodurch die Funktion Kontrastmaß über Auflösung bereits bei vergleichsweise höheren Auflösungen große Kontrastwerte zeigt.In a further preferred embodiment According to the invention, an image recorded by the detector is broken down into several images with decreasing resolution. This process is also called multiscale analysis. Then a contrast measure is determined for the individual images. From the relationship between contrast measure and resolution, a statement can be made about objects on the surface. The captured image is preferably broken down by repeated application of smoothing operations with suitable filters. A contrast measure, for example the standard deviation of the intensity values of the image points, is determined in each resolution level. If the surface, for example the outside of a windshield, is free of objects, only blurred objects from larger distances are shown. The function contrast measure over resolution therefore shows higher contrasts if necessary only at low resolutions. If, on the other hand, there are objects on the writing surface, fine details are also reproduced, which means that the contrast measure over resolution function shows large contrast values even at comparatively higher resolutions.
Eine Beurteilung dahingehend, ob ein scharfes oder unscharfes Bild vorliegt, kann auch dadurch erfolgen, dass ermittelt wird, wie die Bildpunkte des Bildes in einem vorgegebenen Abstand hinsichtlich der Intensitätswerte und/oder der Farbe voneinander abhängen. Bei z.B. einem unscharfen Bild sind Intensitätsunterschiede insbesondere zwischen benachbarten Bildpunkten vergleichsweise gering. Die benachbarten Bildpunkte hängen somit stark voneinander ab. Bei einem scharfen Bild treten z. B. durch scharf abgebildete Kanten starke Intensitätsunterschiede zwischen benachbarten Bildpunkten auf. Dieser Umstand lässt sich wiederum für die Bewertung von Objekten auf der zu detektierenden Oberfläche ausnutzen. Um die Abhängigkeit von Bildpunkten untereinander zu ermitteln, kann über die Ausdehnung eines Bildes eine Autokorrelationsfunktion bestimmt werden. Eine Autokorrelationsfunktion für eine freie Oberfläche hat dabei einen ganz spezifischen Verlauf, durch den eine Unterscheidung zu einer Autokorrelationsfunktion für eine Oberfläche mit Verschmutzungen ermöglicht wird. Außerdem lassen sich Autokorrelationsfunktionen zu ganz bestimmten Verschmutzungsarten auf der Oberfläche zuordnen.An assessment as to whether a sharp or unsharp image is present can also be made by determining how the image points of the image depend on one another with respect to the intensity values and / or the color. In the case of, for example, a blurred image, differences in intensity, in particular between neighboring pixels, are comparatively small. The neighboring pixels are strongly dependent on each other. With a sharp picture z. B. sharp differences in intensity between adjacent pixels on sharp edges. This fact can in turn be used for the evaluation of objects on the surface to be detected. In order to determine the interdependency of pixels, an autocorrelation function can be determined by expanding an image. An autocorrelation function for a free surface has a very specific course, which makes it possible to distinguish it from an autocorrelation function for a surface with dirt. In addition, auto-correlation functions can be assigned to specific types of contamination on the surface.
Bei einer Vorrichtung zur Detektion von auf der Oberfläche eines transparenten Elements, z.B. einer Windschutzscheibe, sich befindenden störenden Objekten mit einem auf die Oberfläche zumindest annähernd fokussierten Detektor mit mehreren Detektorfeldern zur Erfassung eines vorgegebenen Ausschnitts auf der Oberfläche sowie einer Elektronikeinheit zur Auswertung von Signalen des Detektors liegt der Kerngedanke darin, dass die Elektronikeinheit dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage der Kontrastverteilung eines Bildes von zumindest einem Teil des Ausschnitts der Oberfläche die entsprechende Oberfläche im Hinblick auf darauf sich befindende Objekte bewerten zu können. Die hieraus gewonnenen Informationen können dann z. B. für die Steuerung einer Wischlage genutzt werden. Wie bereits im Hinblick auf das Verfahren erläutert, wird der Detektor nur scharfe kontrastreiche Bilder aufnehmen können, sofern Objekte auf der Oberfläche vorhanden sind. Andernfalls ist das vom Detektor aufgezeichnete Bild verschwommen und damit kontrastarm. Um zwischen scharfen und unscharfen Bildern unterscheiden zu können, kann die Elektronikeinheit einen automatischen Klassifikator, z.B. ein neuronales Netz oder einen Polynomklassifikator umfassen. Eine solche Einrichtung kann darauf trainiert werden, nicht nur zwischen scharfen und unscharfen Bildern, sondern auch verschiedene scharfe Bilder, d.h. verschiedene Verschmutzungsarten zu unterscheiden.In a device for detection from on the surface a transparent element, e.g. a windshield, yourself disturbing Objects with an at least approximately focused on the surface Detector with several detector fields to capture a given section on the surface and an electronics unit for evaluating signals from the detector the key idea is that the electronics unit is designed for this is, based on the contrast distribution of an image of at least part of the section of the surface with respect to the corresponding surface to be able to evaluate objects on it. The gained from it Information can then z. B. for the control of a wiping position can be used. As already in view explained to the process the detector will only be able to take sharp, high-contrast images, provided Objects on the surface available. Otherwise, that is recorded by the detector Image is blurry and therefore low in contrast. To between sharp and The electronic unit can distinguish blurred images an automatic classifier, e.g. a neural network or comprise a polynomial classifier. Such a facility can be trained on it, not just between sharp and blurred Images, but also various sharp images, i.e. various Differentiate between types of contamination.
sei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann mit Hilfe der Elektronikeinheit für eine Bewertung hinsichtlich auf der Oberfläche sich befindender Objekte ein Vergleich mit vorgegebenen Informationen durchgeführt werden. Beispielsweise wird für ein erfasstes Bild ein Kontrastmaß ermittelt, das mit vorgegebenen Kontrastmaßen bekannter Bilder verglichen wird, für welche die Art der Verschmutzung bzw. ob überhaupt eine Verschmutzung vorliegt, bekannt ist. In diesem Zusammenhang ist es im Weiteren bevorzugt, wenn die Elektronikeinheit zur Zerlegung eines vom Detektor aufgenommenen Bildes in mehrere Bilder mit abnehmender Auflösung und zur Ermittlung eines Kontrastmaßes für das jeweilige Bild ausgelegt ist. Die sich hieraus ergebenden Kontrastverteilungen kann die Elektronikeinheit mit bekannten Kontrastverteilungen vergleichen, um daraus Informationen über eine Verschmutzung und deren Art erhalten zu können.be a further preferred embodiment The invention can be used for an evaluation using the electronic unit regarding on the surface objects in a comparison with given information carried out become. For example, for a captured image determines a measure of contrast that with predetermined Contrast measures known Images being compared for which is the type of pollution or whether pollution at all is known. In this context it is further preferred if the electronics unit for disassembling one picked up by the detector Image into multiple images with decreasing resolution and to determine one contrast measurement for the each picture is laid out. The resulting contrast distributions can compare the electronics unit with known contrast distributions, to get information about to get pollution and its nature.
Entsprechendes gilt auch für den Fall, wenn die Elektronikeinheit in der Lage ist, zu ermitteln, wie Bildpunkte eines Bildes in einem vorgegebenen Abstand in der Ebene des Bildes hinsichtlich des Kontrasts voneinander abhängen, z.B, durch Erstellung einer Autokorrelationsfunktion. D.h. vorzugsweise wird aus einem aufgenommenen Bild eine Autokorrelationsfunktion errechnet und mit Autokorrelationsfunktionen bei bekannten Bedeckungen der Oberfläche mit Objekten, z.B. unterschiedlichen Verschmutzungen einer Windschutzscheibe, verglichen, um daraus die derzeit auf der Oberfläche sich befindenden Objekte klassifizieren zu können. Das daraus erhaltene Ergebnis kann dann genutzt werden, gezielt eine Wischanlage zu steuern.The same applies to the case if the electronics unit is able to determine how pixels an image at a predetermined distance in the plane of the image depend on each other in terms of contrast, e.g. by creating a Autocorrelation function. That is preferably taken from a Image calculates an autocorrelation function and with autocorrelation functions with known surface coverings with objects, e.g. different Soiling a windshield, compared to the resulting currently on the surface to be able to classify existing objects. The resultant The result can then be used to specifically control a wiper system.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Detektor ein Videosensor, insbesondere ein Videosensorarray, auf das sich eine vorgegebene zu detektierende Fläche abbilden lässt. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn zwischen der zu detektierenden Oberfläche und dem Videosensor eine Linseneinheit vorgesehen ist. Damit kann die zu detektierende Fläche scharf auf das Sensorarray abgebildet werden.In a particularly preferred embodiment According to the invention, the detector is a video sensor, in particular a Video sensor array on which a predetermined one to be detected area can be reproduced. In this context, it is advantageous if between detecting surface and a lens unit is provided to the video sensor. So that can the area to be detected is sharp are mapped onto the sensor array.
Bei entsprechender Auflösung des Videosensorarrays lassen sich durch diesen Aufbau sehr differenzierte Aussagen über die Oberfläche und Objekte darauf treffen.With an appropriate resolution of the video sensor array, this structure can be used very well make differentiated statements about the surface and objects on it.
Um die erfindungsgemäße Vorrichtung an unterschiedliche Lichtverhältnisse anpassen zu können, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass ein Modul zur Belichtungssteuerung des Detektors vorhanden ist.To the device according to the invention to different lighting conditions to be able to adapt will about it also proposed that a module for exposure control of the Detector is present.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich durch den Einsatz von Mitteln zur Verstellung der Fokussierungsebene des Sensors auch zur Umgebungserfassung einsetzen.A device according to the invention let yourself through the use of means for adjusting the focusing level use the sensor for environmental detection.
Mehrere Ausführungsbeispiele zur Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. EsSeveral exemplary embodiments for illustration the invention are illustrated in the drawings and with details further advantages and details explained. It
zeigendemonstrate
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments
In den
Unter Kontrast bzw. Kontrastmaß wird im Sinne der Erfindung ganz allgemein eine von der Differenz zwischen Hell- und Dunkelwerten (Intensitätswerte) der einzelnen Bildpunkte des erfassten Motivs abhängigen Größe gegebenenfalls in gewichteter Form verstanden.Under contrast or measure of contrast is in the sense of the invention in general one of the difference between bright and dark values (intensity values) the size of the individual pixels of the captured motif, if applicable understood in a weighted form.
Die in
Sind hingegen Störobjekte auf der durch den Videosensor
erfassten Scheibenoberfläche
wird die durch den Hintergrund verursachte Funktion
In den
Bei der Auswertung eines Verlaufs des Kontrasts über der Auflösung kann man sich die Erkenntnis zunutze machen, dass verschiedene Störobjekte charakteristische Verläufe des Kontrasts über die Auflösung zeigen.When evaluating a course of contrast over the dissolution one can take advantage of the knowledge that different interference objects are characteristic courses of contrast over the resolution demonstrate.
In
Nach einer entsprechenden Analyse und Auswertung der vom Videosensor erfassten Bilder kann somit nicht nur eine Aussage darüber getroffen werden, dass sich Störobjekte auf der Scheibenoberfläche befinden, sondern für den Fall, dass diese detektiert werden, sogleich eine Klassifizierung vorgenommen werden. In Abhängigkeit davon kann dann z.B. eine Scheibenwischanlage zum Einsatz kommen. Werden Regentropfen detektiert, reicht eine Betätigung der Wischblätter. Ist hingegen ein Sandfilm erfasst, sollte bei Einsatz der Wischblätter die Spritzwasserlage mit betätigt werden, um Quietschgeräusche bis hin zu einem Zerkratzen der Scheibe zu vermeiden.After an appropriate analysis and evaluation of the images captured by the video sensor cannot just a statement about it be taken that interfering objects on the disc surface but for in the event that these are detected, a classification immediately be made. Dependent on of which can then e.g. a windshield wiper system are used. If raindrops are detected, actuating the wiper blades is sufficient. is on the other hand, if there is a sand film, the splash water position should be used when using the wiper blades with actuated be squeaky noises to avoid scratching the window.
In
Diese Information kann dann entsprechend des
Pfeils
Vorzugsweise ist zwischen der Linseneinheit
Aus Videobildern, die unmittelbar nach einem Wischvorgang aufgenommen wurden, können direkt Referenzverteilungen z.B. für den Kontrast über die Auflösung gewonnen werden, auf dessen Grundlage über die Einleitung des nächsten Wischvorgangs entschieden wird. Damit ist eine situationsspezifische Adaption des Wischverhaltens möglich.From video images that immediately after a wiping process, reference distributions can be made directly e.g. For the contrast over the resolution on the basis of which the next wiping process is initiated is decided. This is a situation-specific adaptation of wiping behavior possible.
In Situationen, in denen die Umgebungshelligkeit
zur Beleuchtung des Objekts auf der Scheibe
Entsprechende Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn Helligkeitsunterschiede zwischen den Bildpunkten durch eine Autokorrelationsfunktion ausgewertet werden.Corresponding results can be achieve if there are differences in brightness between the pixels can be evaluated by an autocorrelation function.
Auch die oben beschriebene Lösung mit Hilfe einer Lernmaschine, die erkennt, ob ein scharfes oder unscharfes Bild vorliegt und die darüber hinaus eine Differenzierung zwischen verschiedenen Verschmutzungsarten durchführen kann, ist für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft.Also the solution described above with Help a learning machine that recognizes whether a sharp or unsharp one Picture and the one above a differentiation between different types of pollution carry out can is for certain use cases advantageous.
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