成像單元及其安裝方法
【專利摘要】一種成像單元，包括光源，接收來自預(yù)定成像區(qū)域并且透過透明板狀部件被傳輸已經(jīng)進(jìn)入透明板狀部件的內(nèi)表面的光以及來自光源的被外表面上的附著物反射的光以捕獲預(yù)定成像區(qū)域的圖像和附著物的圖像的成像元件，固定在透明板狀部件的內(nèi)表面上以固定地支撐反射來自光源的光的反光鏡的鏡模塊，固定地支撐光源和成像元件的成像模塊，成像模塊相對(duì)于透明板狀部件的內(nèi)表面被固定以便成像元件捕獲某一方向上的圖像，以及判定鏡模塊和成像模塊的相對(duì)位置的定位機(jī)構(gòu)。
【專利說明】成像單元及其安裝方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)基于并要求2012年2月13日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2012-28917以及2012年12月19日提交的N0.2012-276442的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合在本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種經(jīng)由透明的板狀部件捕獲預(yù)定成像區(qū)域的圖像的成像單元以及用于安裝該成像單元的方法。

【背景技術(shù)】
[0004]日本專利N0.4326999公開了一種作為附著物檢測(cè)器以檢測(cè)車輛、船舶以及飛機(jī)的玻璃表面上或者是建筑物的各種窗戶玻璃上的如雨滴的液滴以及如霜或灰塵的異物的圖像處理系統(tǒng)。這種系統(tǒng)將來自安裝在車廂中的光源的光投射到風(fēng)擋(windshield)上，并且利用圖像傳感器接收由風(fēng)擋反射的光以捕獲并分析圖像，從而判定是否有如雨滴的異物附著在風(fēng)擋上。具體地說，當(dāng)光源打開時(shí)，使用拉普拉斯(Laplasian)濾光片以生成突出雨滴圖像區(qū)域和非雨滴圖像區(qū)域之間的邊界的邊緣圖像，它對(duì)捕獲的圖像的圖像信號(hào)執(zhí)行邊緣檢測(cè)。然后，它對(duì)邊緣圖像執(zhí)行廣義霍夫變換(generalized Hough transform),檢測(cè)圓形圖像區(qū)域，計(jì)算這些區(qū)域的數(shù)量，并且將數(shù)量轉(zhuǎn)換成降雨量。
[0005] 申請(qǐng)人:在日本專利申請(qǐng)N0.2011—240848中提出了一種成像單元，該成像單元經(jīng)由風(fēng)擋捕獲車輛的向前區(qū)域的圖像以及風(fēng)擋的外表面上的雨滴的圖像。在下文中參考附圖來描述這個(gè)成像單元。
[0006]圖41A顯示了當(dāng)風(fēng)擋是傾斜20度時(shí)的來自光源的由風(fēng)擋上的雨滴Rd反射并進(jìn)入成像元件1200的光路，同時(shí)圖41B顯示了捕獲的圖像數(shù)據(jù)的實(shí)例。
[0007]成像單元包括成像元件1200以及光源1202，并且被安裝在靠近車輛的風(fēng)擋1105的內(nèi)表面。成像元件1200被固定在車輛的車廂的天花板上，舉例來說，以合適的角度以便成像元件1200的成像透鏡的光軸相對(duì)于水平方向?qū)?zhǔn)某一方向。因此，如圖41B中所示，車輛向前區(qū)域被適當(dāng)?shù)娘@示在用于車輛檢測(cè)的圖像區(qū)域1213。
[0008]在圖41A中，光源1202被固定在風(fēng)擋1105的內(nèi)表面上，舉例來說，以合適的角度以便來自光源的光被其外表面上的雨滴(具體地說，雨滴Rd和空氣之間的接觸面)反射并且顯示在用于雨滴檢測(cè)的圖像區(qū)域1214中。因此，如圖41B中所示，風(fēng)擋1105的外表面上的雨滴Rd的圖像被適當(dāng)?shù)仫@示在圖像區(qū)域1214上。
[0009]在這個(gè)成像單元中，光源1202相對(duì)于成像元件1200的位置以及光源1202的發(fā)光方向是不變的。因此，如果風(fēng)擋的傾斜角度Gg被預(yù)先設(shè)定，通過放置它，成像單元能夠被很容易地安裝，以便成像元件1200捕獲某一方向P上的圖像。但是，因?yàn)閮A斜角度0g取決于車輛類型而不同，成像元件1200和光源1202的單元僅能夠被用于限定類型的車輛。
[0010]圖42顯示了當(dāng)對(duì)于以20度傾斜的風(fēng)擋被優(yōu)化的成像單元被對(duì)于以20度傾斜的1105安裝時(shí)，被風(fēng)擋1105的外表面反射的來自光源的光路。圖43顯示了當(dāng)同樣的成像單兀對(duì)于以35度傾斜的1105被安裝的相同情形。從光源1202投射的一部分光被風(fēng)擋1105的內(nèi)表面或外表面反射。由外表面反射的具有高強(qiáng)度的鏡面光在圖像區(qū)域1214上作為環(huán)境光被顯示，利用精確度的劣化，雨滴Rd被檢測(cè)。因此，光源1202的角度需要被調(diào)整為在圖像區(qū)域1214上顯示由雨滴Rd反射的光,而不是顯示由風(fēng)擋1105的外表面反射的鏡面光。
[0011]圖42中的成像單元能夠通過放置它而簡(jiǎn)單地被相對(duì)于以20度傾斜的風(fēng)擋安裝，以便成像元件1200在某一方向上捕獲圖像，從而防止由外表面反射的鏡面光進(jìn)入成像元件1200。因此，它能夠捕獲成像元件1200的圖像區(qū)域1213中的車輛前方的圖像以及圖像區(qū)域1214中的雨滴圖像而沒有鏡面光引起的噪聲。然而，利用安裝在以超過20度傾斜的車輛風(fēng)擋上的成像單元，來自光源1202的光在風(fēng)擋1105的內(nèi)表面上的入射角大于當(dāng)風(fēng)擋1105的傾斜角度是20度時(shí)的入射角。因此，被風(fēng)擋1105的外表面反射的鏡面光比圖42中的更向上地行進(jìn)，并且進(jìn)入成像元件1200。
[0012]接下來，有另一種類型的成像單元，其中成像元件1200的某一方向P可以利用固定在風(fēng)擋1105的內(nèi)表面上的光源1202來調(diào)整。成像單元的安裝通過調(diào)整成像元件1200的角度以及將光源1202固定在內(nèi)表面上來簡(jiǎn)單地完成，以便防止經(jīng)過外表面的鏡面光進(jìn)入成像元件1200。利用這個(gè)安裝在以超過20度傾斜的車輛風(fēng)擋上的成像單元，來自光源1202的光在風(fēng)擋1105的內(nèi)表面上的入射角Θ與當(dāng)風(fēng)擋1105的傾斜角是20度時(shí)是一樣的。
[0013]然而，這個(gè)成像單元有一個(gè)問題，光源的光發(fā)射方向根據(jù)風(fēng)擋1105的傾斜角Θ g而改變。由于傾斜角Qg的改變，由外表面反射的鏡面光的行進(jìn)方向甚至以同樣的入射角Θ移位。舉例來說，如果成像單元被安裝在圖43中以35度傾斜的風(fēng)擋1105上，鏡面光的方向與圖42中的傾斜角相比向上移位15度。因此，鏡面光入射到成像元件1200上。
[0014]圖44是顯示當(dāng)經(jīng)過風(fēng)擋1105的外表面的鏡面光沒有入射在成像元件1200上時(shí)，由雨滴和風(fēng)擋反射的以及由成像元件1200接收的光量的圖表。圖45是顯示當(dāng)經(jīng)過風(fēng)擋1105的外表面的鏡面光入射在成像元件1200上時(shí)的同樣的圖表。在圖44中，成像元件1200僅僅接收經(jīng)過風(fēng)擋1105的內(nèi)表面和外表面的部分漫反射光，并且其光量比由雨滴反射的光量少很多。因此，為了檢測(cè)雨滴，高信噪比能夠被獲得。同時(shí)，在圖45中，成像元件1200接收具有高強(qiáng)度的作為環(huán)境光的鏡面光,并且其光量大于由雨滴反射的光的光量。相應(yīng)地，不能獲得用于檢測(cè)雨滴的高信噪比。
[0015]只要由風(fēng)擋反射的鏡面光沒有進(jìn)入成像元件1200，甚至是在傾斜角Θ g不是20度，高信噪比就能夠被獲取以維持雨滴檢測(cè)精度。然而，實(shí)際上，由于來自光源的光通常是擴(kuò)散的事實(shí)，鏡面光被防止進(jìn)入成像元件1200的風(fēng)擋1105的傾斜角的范圍是非常窄的。由于這個(gè)原因，出現(xiàn)了上述的問題，容易安裝的成像單元不能夠被應(yīng)用到大范圍的傾斜角的各種風(fēng)擋中。雖然除了通過調(diào)整成像元件1200的角度，還可以通過調(diào)整光源1202的位置和光發(fā)射方向來將成像單元應(yīng)用到那些不同傾斜角的風(fēng)擋中，但是需要用于光源1202的調(diào)整的額外的工作，這阻礙了成像單元的簡(jiǎn)單的安裝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是提供一種能夠經(jīng)由例如風(fēng)擋的透明的板狀部件捕獲成像區(qū)域的圖像和捕獲透明板狀部件的外表面上的例如雨滴的附著物的圖像的成像單元，以及一種用于簡(jiǎn)單并適當(dāng)?shù)匕惭b這樣的成像單元以便不允許經(jīng)過寬傾斜角范圍的透明板狀部件的內(nèi)表面和外表面的鏡面光進(jìn)入成像元件的方法。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種成像單元包括投射光的光源，成像元件，成像元件接收從預(yù)定的成像區(qū)域進(jìn)入透明板狀部件的外表面并且透過透明板狀部件被傳輸?shù)墓庖约氨煌该靼鍫畈考耐獗砻嫔系母街锓瓷涞膩碜怨庠吹墓猓糜诓东@預(yù)定成像區(qū)域的圖像以及附著物的圖像，鏡模塊，鏡模塊固定在透明板狀部件的內(nèi)表面上用于固定地支撐反光鏡以反射來自光源的光，成像模塊用于固定的支撐光源和成像元件，相對(duì)于透明板狀部件的內(nèi)表面固定，以便成像元件捕獲某一方向上的圖像，以及定位機(jī)構(gòu)用于判定鏡模塊和成像模塊的相對(duì)位置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]通過以下參考附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的特點(diǎn)、具體實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)將變得很明顯。
[0019]圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的車內(nèi)裝置控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；
[0020]圖2示意性地顯示了車內(nèi)裝置控制系統(tǒng)的成像單元的結(jié)構(gòu)；
[0021]圖3顯示了在成像單元中如何將成像模塊固定到鏡模塊的實(shí)例；
[0022]圖4A顯示了當(dāng)成像單元被安裝在20度的傾斜角的風(fēng)擋上時(shí)來自光源的光路，并且圖4B顯示了當(dāng)風(fēng)擋以35度傾斜時(shí)的同樣的光路；
[0023]圖5是顯示了成像單元的光源的擴(kuò)散特性的實(shí)例的圖表；
[0024]圖6示意性地顯示了光源的結(jié)構(gòu)；
[0025]圖7顯示了成像單元的轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)桿的位置的實(shí)例；
[0026]圖8是成像單元的結(jié)構(gòu)的實(shí)例的立體圖；
[0027]圖9是從不同角度看圖8中的成像單元的立體圖；
[0028]圖10示意性地顯示了成像單元的成像元件的結(jié)構(gòu)；
[0029]圖11顯示了成像單元的光源的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)例；
[0030]圖12顯示了成像單元的光源的結(jié)構(gòu)的又一個(gè)實(shí)例；
[0031]圖13顯示了成像單元的反光鏡的結(jié)構(gòu)的又一個(gè)實(shí)例；
[0032]圖14顯示了成像單元的反光鏡的結(jié)構(gòu)的又一個(gè)實(shí)例；
[0033]圖15顯示了成像單元的反光鏡的結(jié)構(gòu)的又一個(gè)實(shí)例；
[0034]圖16顯示了具有遮光罩的成像單元的實(shí)例；
[0035]圖17顯示了縮小尺寸的反光鏡的實(shí)例；
[0036]圖18A顯示了當(dāng)成像透鏡聚焦在風(fēng)擋的外表面上的雨滴上時(shí)的雨滴圖像的實(shí)例，并且圖18B顯示了當(dāng)其聚焦在無窮遠(yuǎn)或者介于無窮遠(yuǎn)和風(fēng)擋之間時(shí)的同樣的實(shí)例；
[0037]圖19顯示了適用于用于雨滴檢測(cè)的圖像數(shù)據(jù)的截止濾光片的濾光特性；
[0038]圖20顯示了適用于用于雨滴檢測(cè)的圖像數(shù)據(jù)的帶通濾光片的濾光特性；
[0039]圖21是成像元件的光學(xué)濾光器的前濾光片的前視圖；
[0040]圖22顯示了成像元件的圖像數(shù)據(jù)的實(shí)例；
[0041]圖23顯示了當(dāng)用于雨滴檢測(cè)的圖像區(qū)域被設(shè)置在捕獲的圖像的上部和下部時(shí)的圖像數(shù)據(jù)的實(shí)例；
[0042]圖24是成像元件的光學(xué)濾光片的前濾光片的前視圖；
[0043]圖25是顯示光學(xué)濾光片的前濾光片的紅外截止區(qū)域的濾光特性的圖表；
[0044]圖26是從正交于光傳輸方向的方向觀看光學(xué)濾光片和圖像傳感器的放大圖；
[0045]圖27顯示了光學(xué)濾光片的偏光層和光譜層的區(qū)域劃分圖案；
[0046]圖28顯示了光學(xué)濾光片的層狀結(jié)構(gòu)的實(shí)例；
[0047]圖29顯示了光學(xué)濾光片的層狀結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)例；
[0048]圖30是顯示圖29中光學(xué)濾光片的前濾光片的光譜濾光特性的圖表；
[0049]圖31是顯示圖29中的光學(xué)濾光片的后濾光片的用于雨滴檢測(cè)的濾光片220B的光譜層的光譜濾光特性的圖表；
[0050]圖32是顯示通過用于雨滴檢測(cè)的濾光片220B的光透射的光譜特性的圖表；
[0051]圖33是顯不后濾光片的用于雨滴檢測(cè)的濾光片220B的光譜層的另一個(gè)光譜濾光特性的圖表；
[0052]圖34顯示了與通過用于車輛檢測(cè)的光學(xué)濾光片的濾光片的圖像傳感器的每個(gè)光電二極管上的光接收量相關(guān)的每個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)；
[0053]圖35A是沿著圖34中的線A-A的用于車輛檢測(cè)的光學(xué)濾光片的圖像傳感器和濾光片的橫截面視圖，同時(shí)圖35B是沿著圖34中的線B-B的同樣的橫截面視圖；
[0054]圖36是用于車輛檢測(cè)的流程圖；
[0055]圖37顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的與通過光學(xué)濾光片的在圖像傳感器的每個(gè)光電二極管上的光接收量相關(guān)的每個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)；
[0056]圖38A是沿著圖37中的線A-A的用于車輛檢測(cè)的圖像傳感器和光學(xué)濾光器的橫截面視圖，同時(shí)圖38B是沿著圖37中的線B-B的同樣的橫截面視圖；
[0057]圖39顯示了根據(jù)第三實(shí)施例的與通過光學(xué)濾光片的在圖像傳感器的每個(gè)光電二極管上的光接收量相關(guān)的每個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)；
[0058]圖40A是沿著圖39中的線A-A的用于車輛檢測(cè)的圖像傳感器和光學(xué)濾光器的橫截面視圖，同時(shí)圖40B是沿著圖39中的線B-B的同樣的橫截面視圖；
[0059]圖41A顯示了當(dāng)相關(guān)技術(shù)的成像單元被安裝在傾斜角為20度的風(fēng)擋上時(shí)的由雨滴反射的從光源到成像元件的光路，并且圖41B顯示了由成像單元捕獲的圖像數(shù)據(jù)的實(shí)例；
[0060]圖42顯示了當(dāng)對(duì)于以20度傾斜的風(fēng)擋優(yōu)化了的成像單元被安裝在以20度傾斜的風(fēng)擋上時(shí)的由風(fēng)擋的外表面反射的來自光源的光路；
[0061]圖43顯示了當(dāng)對(duì)于以20度傾斜的風(fēng)擋優(yōu)化了的成像單元被安裝在以35度傾斜的風(fēng)擋上時(shí)的由風(fēng)擋的外表面反射的來自光源的光路；
[0062]圖44是顯示當(dāng)由風(fēng)擋的外表面反射的鏡面光沒有入射在成像元件上時(shí)，相對(duì)于由雨滴反射的光和由風(fēng)擋反射的光的圖像傳感器的光接收量的圖表；以及
[0063]圖45是顯示當(dāng)由風(fēng)擋的外表面的反射的鏡面光入射在成像元件上時(shí)，與圖44中相同的圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0064]在下文中，將通過參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。只要有可能，相同的參考數(shù)字將被用于整個(gè)附圖以指代相同或類似的部分。
[0065]第一實(shí)施例
[0066]在下文中，通過舉例，根據(jù)第一實(shí)施例的成像單元被用于車內(nèi)裝置控制系統(tǒng)中。成像單元適用于除了車內(nèi)裝置控制系統(tǒng)的其它系統(tǒng)。
[0067]圖1示意性的顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的車內(nèi)裝置控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。使用通過作為汽車的車輛100的成像單元捕獲的作為成像區(qū)域的車輛前方區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，車內(nèi)裝置控制系統(tǒng)控制頭燈的配光和風(fēng)擋雨刮器的操作以及其它車內(nèi)單元。
[0068]車內(nèi)裝置控制系統(tǒng)包括成像單元，成像單元被安裝在作為透明板狀部件的風(fēng)擋105上靠近未圖示的后視反光鏡，舉例來說，以便捕獲車輛100的行進(jìn)方向上的車輛向前區(qū)域的圖像。由成像單元101的成像元件捕獲的圖像數(shù)據(jù)被輸入到作為圖像處理器的圖像分析單元102中以便分析圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算車輛100前方的其它車輛的位置、方向以及距離，或者檢測(cè)成像區(qū)域中附著在風(fēng)擋105上的例如雨滴的異物或者例如道路的盡頭、白色的路標(biāo)的目標(biāo)對(duì)象。它通過識(shí)別車輛的尾燈檢測(cè)行進(jìn)方向上前方的車輛以及通過識(shí)別其頭燈檢測(cè)在相反方向上行駛的迎面車輛。
[0069]圖像分析單元102的計(jì)算結(jié)果被傳輸?shù)筋^燈控制單元103。舉例來說，頭燈控制單元103從由圖像分析單元102計(jì)算的距離數(shù)據(jù)生成用于車輛100的頭燈104的控制信號(hào)。具體地說，它控制頭燈104在遠(yuǎn)光燈和近光燈之間切換，或者部分地將其遮擋，舉例來說，為了避免頭燈104的遠(yuǎn)光進(jìn)入前方的或迎面車輛的駕駛員的眼睛，并且維持車輛100的駕駛員的良好的視野。
[0070]計(jì)算結(jié)果同樣被發(fā)送給雨刮器控制單元106以控制風(fēng)擋雨刮器107來除去附著在風(fēng)擋105上的雨滴和異物。它響應(yīng)于由圖像分析單元102檢測(cè)的異物的結(jié)果生成用于風(fēng)擋雨刮器107的控制信號(hào)。從雨刮器控制單元106接收到控制信號(hào)，風(fēng)擋雨刮器107運(yùn)行以清潔駕駛員的視野。
[0071]計(jì)算結(jié)果同樣被發(fā)送給車輛驅(qū)動(dòng)控制單元108。當(dāng)車輛100駛離車道時(shí)，基于檢測(cè)的道路盡頭或白色標(biāo)記的結(jié)果，驅(qū)動(dòng)控制單元108向車輛駕駛員發(fā)出警告，并且控制用于駕駛輔助的方向盤或者剎車。
[0072]圖2示意性的顯示了成像單元101的結(jié)構(gòu)，成像單元101包括成像元件200、光源202以及反光鏡203，并且被安裝在風(fēng)擋105的內(nèi)表面上。成像元件200和光源202被固定地支撐在成像模塊1lA中，同時(shí)反光鏡203被固定地支撐在鏡模塊1lB中。在本實(shí)施例中，光源202和反光鏡203是用于檢測(cè)附著物，例如風(fēng)擋105的外表面上的雨滴。
[0073]成像模塊1lA被固定在車輛中，以便不管風(fēng)擋105的傾斜角，成像元件200都能夠在某一方向P(沿著成像透鏡的光軸)上對(duì)作為車輛前方區(qū)域的預(yù)定成像區(qū)域成像。這里，風(fēng)擋105的傾斜角指的是風(fēng)擋105的內(nèi)表面或外表面與水平方向H之間在車輛行進(jìn)方向的垂直面上的角度，并且成像元件200的某一方向P指的是車輛行進(jìn)方向稍微往下的方向。
[0074]鏡模塊1lB固定地支撐反光鏡203以將來自于成像模塊1lA的光源202的光反射到風(fēng)擋105,并且被固定在風(fēng)擋105的內(nèi)表面上。反光鏡203的反射面的方向(相對(duì)于水平方向)根據(jù)風(fēng)擋105的傾斜角而改變。由于傾斜角的改變，來自于成像模塊101中的光源202的在反光鏡203上的光入射角相應(yīng)地改變。
[0075]成像模塊1lA和鏡模塊1lB經(jīng)由轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC連接。轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC包括在垂直于風(fēng)擋105的傾斜角的方向(圖2中的前后方向)上延伸的轉(zhuǎn)動(dòng)桿，并且能夠相對(duì)地繞著轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)成像模塊1lA和鏡模塊101B。
[0076]如上述配置的成像單元101以下面的方式被安裝在車輛100中。首先，鏡模塊1lB通過粘合或者是使用例如鉤子或其它部份的嚙合被固定在風(fēng)擋105上。
[0077]然后，成像模塊1lA相對(duì)于鏡模塊1lB在轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC周圍轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整其角度，以便成像元件200能夠捕獲某一方向P上的圖像，并且然后被固定在車輛100中。轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整范圍或者成像模塊1lA相對(duì)于鏡模塊1lB的角度調(diào)整范圍根據(jù)風(fēng)擋105的預(yù)期的傾斜角范圍任意地設(shè)置。在本實(shí)施例中，傾斜角范圍被假定為大于等于20度并且小于等于35度，然而，取決于成像單元101被安裝在其上的車輛的類型，能夠適當(dāng)?shù)馗淖儭?br> [0078]舉例來說，通過利用設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC中的螺栓將成像模塊1lA緊固到鏡模塊1lB的殼體上，成像模塊1lA和鏡模塊1lB能夠被固定。可選擇地，如圖3中所示，通過在成像模塊1lA中形成圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)桿的局部圓弧狀的長孔101D，在鏡模塊1lB中形成孔，并且穿過成像模塊1lA的長孔1lD將螺栓1lE緊固到鏡模塊1lB的孔中，它們能夠被固定。長孔1lD的長度被任意設(shè)定以便足夠調(diào)整成像模塊1lA相對(duì)于鏡模塊1lB的角度范圍。
[0079]圖4顯示了當(dāng)成像單元101被安裝在具有傾斜角Θ g為20度的風(fēng)擋105上時(shí)起始于光源202的光路。圖4B顯示了當(dāng)風(fēng)擋105的傾斜角0g是35度時(shí)的同樣的光路。光源202被固定在成像模塊1lA中以便持續(xù)的向轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整范圍內(nèi)的鏡模塊1lB的反光鏡203的表面發(fā)光。根據(jù)成像單元101，不管風(fēng)擋105的傾斜角的差異，被反光鏡203反射的光的行進(jìn)方向或者是風(fēng)擋105的內(nèi)表面上的入射光的方向都是不變的。因此，不管風(fēng)擋105的傾斜角Θ g，被外表面上的雨滴Rd反射的以及從內(nèi)表面出射的光的方向總是不變的。
[0080]然而，取決于轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC的轉(zhuǎn)動(dòng)桿的位置，來自反光鏡203的反射光在內(nèi)表面上的入射點(diǎn)可能通過傾斜角0g的改變被改變。在這種情況下，借助于改變，來自外表面或者外表面和空氣之間的接觸面的鏡面光表示了穿過正交于某一方向P的虛擬平面的鏡面光的位置的改變量的幅度，但是這個(gè)幅度是臨界的，并且等同于入射點(diǎn)的改變。根據(jù)本實(shí)施例，只要風(fēng)擋105的傾斜角在大于等于20度并且小于等于35度以內(nèi)，鏡面光就被防止進(jìn)入成像元件200。
[0081]當(dāng)風(fēng)擋105的外表面上沒有雨滴Rd時(shí),被反光鏡203反射的光被外表面和大氣之間的接觸面反射，但是鏡面光沒有進(jìn)入成像元件200。同時(shí)，當(dāng)在外表面上有雨滴Rd時(shí)，夕卜表面和雨滴Rd之間的折射率的差值小于外表面和大氣之間的差值。相應(yīng)地,來自光源202的穿過外表面和大氣之間的接觸面的光入射在雨滴Rd上，并且被雨滴Rd和空氣之間的接觸面反射。被雨滴Rd反射的光進(jìn)入成像元件200。因此，根據(jù)由雨滴Rd的存在或缺失造成的差別，圖像分析單元102能夠從來自成像元件200的圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)風(fēng)擋105上的雨滴Rd0
[0082]具體地說，當(dāng)成像元件200水平地捕獲圖像時(shí)，光源202的光發(fā)射方向或者光軸方向從成像元件200的某一方向P面向下11度，其半視場(chǎng)角是14度，并且光源202的發(fā)散角如圖5中所示是±6度。圖6中的光源202由作為LED或者半導(dǎo)體激光器(LD)的發(fā)光部202a和準(zhǔn)直透鏡202b構(gòu)成。光源202的光波長可以是例如可見光或者紅外光。然而，為了避免迎面車輛的駕駛員或者行人炫目的目的，舉例來說，長于可見光的紅外光的波長范圍并且在圖像傳感器206的靈敏度以內(nèi)，例如大于等于800nm并且小于等于100nm是最好的。根據(jù)本實(shí)施例的光源202被配置成發(fā)出紅外光波長的光。
[0083]此外，反光鏡203的表面和風(fēng)擋105的內(nèi)表面的法線105N之間的夾角被設(shè)置為76度。因此，相對(duì)于成像兀件200的光軸或者水平方向，鏡面光從風(fēng)擋105的內(nèi)表面向下17度出射。不管風(fēng)擋105傾斜角，17度的出射角都是不變的，并且小于圖5中光源202的發(fā)散角。相應(yīng)地，只要成像元件200的豎直位置位于風(fēng)擋105的內(nèi)表面上的由反光鏡203反射的光的入射點(diǎn)以下，由外表面反射的鏡面光被防止進(jìn)入成像元件200。
[0084]轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC的旋轉(zhuǎn)中心被設(shè)置，以便當(dāng)風(fēng)擋105的入射角在大于等于20度并且小于等于35度的范圍內(nèi)時(shí)，反射光基本上入射在內(nèi)表面上的相同的點(diǎn)。具體地說，最好是包括在由如圖7中的四個(gè)點(diǎn)106A至106D所包圍的矩形區(qū)域中。第一點(diǎn)106A是反光鏡203的表面在正交于轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC的轉(zhuǎn)動(dòng)桿的虛擬平面中遠(yuǎn)離風(fēng)擋105的端點(diǎn)。第二點(diǎn)106B是風(fēng)擋的內(nèi)表面與穿過第一點(diǎn)106A的內(nèi)表面的法線105N2之間的交點(diǎn)。第三點(diǎn)106C是在成像模塊1lA的角度調(diào)整范圍內(nèi)從內(nèi)表面到成像元件200的光L3的出射點(diǎn)中離第二點(diǎn)106B最遠(yuǎn)的點(diǎn)。第四點(diǎn)106D是第二點(diǎn)的對(duì)角點(diǎn)，并且被設(shè)置成與第一至第三點(diǎn)形成矩形的頂點(diǎn)。舉例來說，最好是如圖4，從反光鏡203到內(nèi)表面的光路與轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)1lC的旋轉(zhuǎn)中心交叉。
[0085]成像單元101能夠被配置成成像模塊101A、鏡模塊1lB以及風(fēng)擋105被殼體覆蓋。這樣即使當(dāng)內(nèi)表面起霧時(shí)也能夠防止風(fēng)擋105的被覆蓋的區(qū)域起霧。此外，這樣能夠防止風(fēng)擋的起霧導(dǎo)致的圖像分析單元102的分析的誤差。圖像分析單元102能夠基于分析結(jié)果適當(dāng)?shù)乜刂聘鞣N操作。
[0086]可選擇地，為了根據(jù)來自成像元件200的圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)風(fēng)擋105的起霧以便控制車輛100的空調(diào)系統(tǒng)，舉例來說，與成像元件200相對(duì)的風(fēng)擋105的部分沒有必要被殼體覆蓋或者是在殼體中能夠形成氣流通道。
[0087]此外，本實(shí)施例描述了使用車輛100的風(fēng)擋105作為安裝有成像單元的透明板狀部件的實(shí)例。不局限于這樣一個(gè)實(shí)例。成像單元能夠被安裝于除了車輛系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)的透明板狀部件。
[0088]圖8是根據(jù)本實(shí)施例的成像單元的另一個(gè)實(shí)例的立體圖，同時(shí)圖9是從不同的角度觀看同一實(shí)例的立體圖。在這個(gè)實(shí)例中，光源202包括未圖示的發(fā)光部以及將發(fā)光部的光引導(dǎo)至反光鏡203的光導(dǎo)202A。從光導(dǎo)202A的端部發(fā)出的光被鏡模塊1lB的反光鏡203反射以便入射在風(fēng)擋105的內(nèi)表面上，被外表面上的附著物反射并且被成像元件200接收。舉例來說，鏡模塊1lB通過粘合或者使用設(shè)置在風(fēng)擋105或其它部分上的鉤子的嚙合被固定在風(fēng)擋105上。
[0089]如圖3中所示，這個(gè)成像單元是通過將螺栓1lE穿過成像模塊1lA的長孔1lD緊固到鏡模塊1lB的孔中被固定。
[0090]圖10示意性地顯示了成像單元101的成像元件200的結(jié)構(gòu)。成像元件200包括成像透鏡204、光學(xué)濾光器205、具有二維排列的像素陣列的圖像傳感器206、其上安裝有圖像傳感器206的基板207，以及將從基板207輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)并且生成用于輸出的圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)處理器208。
[0091]就降低成本以及減少必須的電子零件和組件的數(shù)量來說，光源202的發(fā)光部202a和成像元件200的圖像傳感器206最好是被安裝在同一個(gè)基板207上。特別地，通過將發(fā)光部202a的光軸以及圖像傳感器206的表面的法線設(shè)置成相對(duì)于基板表面對(duì)準(zhǔn)法線，成像單元的生產(chǎn)過程能夠變得容易。然而，在本實(shí)施例中，難以將發(fā)光部202a和圖像傳感器206放置在同一基板上，因?yàn)楣庠?02的發(fā)光方向和成像兀件200的某一方向P彼此不同。
[0092]考慮到這點(diǎn)，舉例來說，光源202能夠包括光路改變?cè)愿淖儊碜园l(fā)光部202a的光路。從而，同一基板能夠被用于光源202a和圖像傳感器，減少了電子零件和組件的數(shù)量。光路改變?cè)軌蚴菆D11中的致偏棱鏡或者圖12中偏心布置的準(zhǔn)直透鏡202b。
[0093]此外，根據(jù)本實(shí)施例的反光鏡203是平面鏡，然而，它可以是圖13中的凹面鏡203A。使用具有相對(duì)大的發(fā)散度的LED作為發(fā)光部202a，來自光源202的光LI能夠被較長的光程長度中的準(zhǔn)直透鏡202b發(fā)散。如果光源202的發(fā)光部202a和成像元件200的圖像傳感器206設(shè)置在如上所述的同一基板207上，從光源202到反光鏡203的光程長度是例如幾十毫米或者有時(shí)候超過100毫米，并且光LI被發(fā)散并擴(kuò)散。如果由平面反射，光LI在風(fēng)擋105上的亮度減小。同樣，被風(fēng)擋105的內(nèi)或外表面反射,這種發(fā)散光的一部分可能變成鏡面光進(jìn)入成像元件200，導(dǎo)致單元101被應(yīng)用的風(fēng)擋105的傾斜角的范圍變窄。相應(yīng)地，通過使用圖13中的凹面鏡203A，可以利用平行于發(fā)散光LI的光L2照射風(fēng)擋105，并且防止風(fēng)擋105上的亮度的降低。同樣，可以維持成像單元101被應(yīng)用的風(fēng)擋105的寬的傾斜角范圍，并且改善其上的雨滴或附著物的檢測(cè)。
[0094]此外，根據(jù)本實(shí)施例的反光鏡203可以是圖14中的偏光鏡或分光器203B。入射在風(fēng)擋105的外表面上的光分量大多數(shù)是P偏振分量，同時(shí)S偏振分量大多數(shù)被風(fēng)擋105的內(nèi)表面反射。舉例來說，通過使用偏光鏡203B作為反光鏡203，P偏振分量LP2從而能夠被反射，并且S偏振分量LS3能夠透過其傳輸。從而，光LP2的P偏振分量能夠選擇性地入射到風(fēng)擋105上，減少由風(fēng)擋105的內(nèi)表面反射的光強(qiáng)度。這使得可以防止反射光進(jìn)入成像元件200，降低雨滴檢測(cè)的精度。
[0095]圖14中的偏光鏡203B包括在反射面相反的后表面上的光吸收器203a以吸收透過反射面?zhèn)鬏數(shù)腟偏振分量。從而，S偏振分量顯著的減弱或消失?？蛇x擇地，它們能夠通過另一種方式被檢索，舉例來說，通過具有砂面的光漫射器以代替光吸收器203a。
[0096]可選擇地，反光鏡203能夠是圖15中所示的作為后表面傾斜于反射面的具有楔形基板的偏光鏡203C，以便防止透過反射面?zhèn)鬏敳⒈缓蟊砻娣瓷涞牟糠諷偏振分量照射風(fēng)擋105。來自被后表面反射的部分S偏振分量的鏡面光能夠被防止行進(jìn)到風(fēng)擋105，并且行進(jìn)到風(fēng)擋105的S偏振分量?jī)H僅是漫反射的一小部分。因此，可以顯著的降低照射在風(fēng)擋105上的S偏振分量的強(qiáng)度，并且防止雨滴檢測(cè)精度的退化。
[0097]此外，被反光鏡203反射的光包括漫射分量。入射到成像元件200上的漫射分量降低了雨滴檢測(cè)的精度。舉例來說，可以設(shè)置圖16中的遮光罩203D，以便防止漫射分量直接進(jìn)入成像元件200或者防止那些被風(fēng)擋105的內(nèi)表面或外表面反射的光進(jìn)入成像元件200。圖16顯示了作為實(shí)例的被附加到鏡模塊1lB上的遮光罩203D。作為替代，它能夠被附加到成像模塊1lA上。附加到鏡模塊1lB上的遮光罩203D能夠被靠近風(fēng)擋105布置以便它能夠不依賴于風(fēng)擋105的傾斜角發(fā)揮良好的遮蔽性能。
[0098]可選擇地，舉例來說，圖17中的小反光鏡203E能夠被設(shè)置成不反射來自光源202的光LI的一部分。從而，它能夠防止反光鏡203的漫射分量進(jìn)入成像元件200。在這種情況下，不用例如遮光罩203D的額外的元件，能夠防止由于漫射分量引起的雨滴檢測(cè)精度的降低。特別地，當(dāng)小反光鏡203E和風(fēng)擋105的內(nèi)表面之間的距離很短，并且在這種距離上沒有額外的光學(xué)漫射的出現(xiàn)時(shí)，是很有效的。
[0099]在本實(shí)施例中，成像透鏡204的焦點(diǎn)被設(shè)置成無窮遠(yuǎn)或者介于無窮遠(yuǎn)和風(fēng)擋105的外表面之間。這使得可以從成像元件200的圖像數(shù)據(jù)中獲取適當(dāng)?shù)男畔⒂糜跈z測(cè)風(fēng)擋105上的雨滴Rd以及前方或迎面來的車輛和白色的路標(biāo)。
[0100]為了檢測(cè)風(fēng)擋105上的雨滴Rd，使用圓形的雨滴，通過判定圖像數(shù)據(jù)上的候選圖像是否是圓形來識(shí)別雨滴的候選的圖像的形狀。為了形狀判定，成像透鏡204的焦點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是無窮遠(yuǎn)或者介于無窮遠(yuǎn)和風(fēng)擋105之間以便模糊圖18B中所示的圖像，而不是圖18A中風(fēng)擋105的外表面上的雨滴Rd，以便實(shí)現(xiàn)更高的形狀識(shí)別速率以及雨滴檢測(cè)率。
[0101]然而，可能有成像透鏡204的焦點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在無窮遠(yuǎn)之前的情況。焦點(diǎn)是無窮遠(yuǎn)時(shí)，如果前方的車輛在很遠(yuǎn)的前面行駛，接收尾燈的光的圖像傳感器206的光接收元件的數(shù)量可能只有一個(gè)左右，也不是接受尾燈的紅光的那個(gè)。這導(dǎo)致尾燈識(shí)別以及前方車輛檢測(cè)的失敗。利用具有在無窮遠(yuǎn)之前的焦點(diǎn)的成像透鏡204，在很遠(yuǎn)的前面行駛的前方車輛的尾燈不對(duì)焦，并且其光能夠因此被更多數(shù)量的光接收元件接收。所檢測(cè)的尾燈以及前方車輛的精度能夠相應(yīng)的提高。
[0102]在本實(shí)施例中，成像單元101的光源202的光波長是在紅外光范圍內(nèi)的波長。尤其是940nm附近的波長能夠有效地降低來自環(huán)境光，例如直接陽光照射的影響。在被雨滴Rd反射的光源202的通過成像元件200成像的紅外光中，成像元件200的圖像傳感器206從光源202接收除了紅外光之外的大量包括紅外光的例如陽光的環(huán)境光。為了區(qū)別來自光源202和來自環(huán)境光的紅外光,光源202的發(fā)光量需要充分大于環(huán)境光的發(fā)光量。然而，使用這種光源202實(shí)際上是非常困難的。
[0103]考慮到這點(diǎn)，能夠被配置成圖像傳感器206經(jīng)由圖19中的截止濾光片從而將比光源202的光波長短的波長的光截止，或者圖20中具有幾乎等于光源202的光波長的透射率的峰值的帶通濾光片從光源202接收光。從而，具有除了光源202的波長的波長的光能夠被除去以便被圖像傳感器206接收的來自光源202的光量相對(duì)大于環(huán)境光。相應(yīng)地，來自光源202的光能夠被和環(huán)境光區(qū)分開，而不用光源202具有非常大的發(fā)光量。
[0104]然而，被除去的具有除了光源202的波長的波長的光包括了用于檢測(cè)前方或迎面車輛或者白色路標(biāo)的必需的光。因此，在本實(shí)施例中，圖像數(shù)據(jù)被劃分成用于車輛檢測(cè)的第一圖像區(qū)域以及用于風(fēng)擋105上的雨滴檢測(cè)的第二圖像區(qū)域，并且光學(xué)濾光器205僅對(duì)于相當(dāng)于第一圖像區(qū)域的部分配置有去除具有除了光源202的光的紅外波長的波長的光的濾光片。
[0105]圖21是例如光學(xué)濾光器205的前濾光片210的前視圖。圖22顯示了圖像數(shù)據(jù)的實(shí)例。光學(xué)濾光器205包含如圖10中所示的在光傳輸方向上彼此重疊的前濾光片210和后濾光片220。圖4中的前濾光片210被劃分成與第一圖像區(qū)域213或者頂端的三分之二的圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的紅外截止濾光片區(qū)域211以及與第二圖像區(qū)域214或者底端三分之一的圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的紅外發(fā)射區(qū)域212。圖19中的截止濾光片或者圖20中的帶通濾光片被用于紅外發(fā)射區(qū)域212。
[0106]通常，迎面車輛的頭燈、前方車輛的尾燈、道路盡頭和白色標(biāo)記呈現(xiàn)在被捕獲圖像的中心，同時(shí)車輛100的前方的道路表面呈現(xiàn)在圖像的底部。因此，需要用于識(shí)別這些情況的信息主要在圖像中心，并且圖像底部的信息是不重要的。為了從同一個(gè)圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)前方或迎面車輛以及道路盡頭或白色標(biāo)記以及雨滴，被捕獲的圖像最好是被劃分成如上所述，并且這就是圖22中的前濾光片210。
[0107]捕獲圖像的頂部中的信息通常包括車輛100上面的天空，并且對(duì)于識(shí)別迎面車輛的頭燈、前方車輛的尾燈以及道路盡頭或白色標(biāo)記來說是不重要的。因此，如圖24中所示，用于雨滴檢測(cè)的第二圖像區(qū)域214能夠位于圖像的頂部，或者兩個(gè)第二圖像區(qū)域214A、214B能夠被設(shè)置在圖23中的圖像的頂部和底部。在后者中，光學(xué)濾光器205的前濾光片210被劃分成與第一圖像區(qū)域213或者位于中心的一半的圖像相關(guān)聯(lián)的紅外截止濾光片區(qū)域211、與第二圖像區(qū)域214A或者頂部的四分之一的圖像相關(guān)聯(lián)的紅外發(fā)射區(qū)域212A、以及與第二圖像區(qū)域214B或者底部的四分之一的圖像相關(guān)聯(lián)的紅外發(fā)射區(qū)域212B。
[0108]最好是提供兩個(gè)光源202和兩個(gè)反光鏡203用于兩個(gè)第二圖像區(qū)域214A、214B。同樣，對(duì)于兩個(gè)光源202可以使用同樣的發(fā)光部202a,并且將來自發(fā)光部202a的光劃分以照亮第二圖像區(qū)域214A、214B。
[0109]此外，在本實(shí)施例中，圖19中的截止濾光片和圖20中的帶通濾光片被布置在與被捕獲圖像的底部相關(guān)聯(lián)的位置，以便從第二圖像區(qū)域214A中除去來自陽光或者由車輛100的引擎蓋反射的前方車輛的尾燈的環(huán)境光，否則這些環(huán)境光可能在成像區(qū)域的底部被捕獲。因此，雨滴檢測(cè)精度的退化能夠被避免。
[0110]此外，前濾光片210的紅外截止濾光片區(qū)域211對(duì)應(yīng)于第一圖像區(qū)域213。這個(gè)濾光片區(qū)域僅能夠傳輸可見光透過，并且能夠是傳輸具有全波長范圍的光的非濾光片區(qū)域。然而，為了降低由于從光源入射的紅外光的噪聲的目的，最好是截止紅外波長。舉例來說，根據(jù)本實(shí)施例的紅外截止濾光片211擁有圖25中的短通(shortpass)濾光特性以便傳輸具有大于等于400nm以及小于等于670nm的波長范圍的可見光通過，并且截止具有超過670nm的波長范圍的紅外光。
[0111]此外，通過從捕獲的圖像中識(shí)別尾燈來檢測(cè)前方車輛。尾燈的光量比頭燈的要少，并且包含了例如路燈的環(huán)境光。因此難以單獨(dú)地從亮度數(shù)據(jù)精確的檢測(cè)尾燈，并且根據(jù)接收的紅光的量需要光譜數(shù)據(jù)來識(shí)別尾燈?？紤]到這點(diǎn)，在本實(shí)施例中，光學(xué)濾光器205的后濾光片220包括與尾燈的顏色一致的紅色或青色濾光片以便僅僅傳輸具有燈泡顏色的波長范圍的光，從而能夠檢測(cè)接收的紅光的量。
[0112]此外，圖像傳感器206的光接收元件對(duì)于紅外光很敏感，并且從包括紅外波長范圍的光捕獲的圖像可能總體上略帶紅色，這阻礙了作為尾燈的紅色圖像部分的識(shí)別?？紤]到這點(diǎn)，光學(xué)濾光器205的前濾光片210包括對(duì)應(yīng)于第一圖像區(qū)域213的紅外截止濾光片區(qū)域211。相應(yīng)地，紅外波長范圍能夠被從用于尾燈識(shí)別的圖像數(shù)據(jù)中排除，改善檢測(cè)精度。
[0113]如圖10中所示，來自成像區(qū)域的包含對(duì)象或者目標(biāo)物體的光透過成像透鏡204以及光學(xué)濾光器205傳輸,并且根據(jù)光強(qiáng)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)處理器208接收來自圖像傳感器206的電信號(hào)，并且將作為圖像數(shù)據(jù)的表示在圖像傳感器206上的每個(gè)像素的亮度的數(shù)字信號(hào)連同垂直與水平同步信號(hào)輸出至后續(xù)單元。
[0114]圖26是從正交于光傳輸方向的方向觀看光學(xué)濾光器205和圖像傳感器206的放大圖。圖像傳感器206是CCD(電荷耦合器件)或者CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)，并且光接收兀件是光電二極管206A。光電二極管206A以陣列形式二維排列，并且微鏡頭206B被布置在光電二極管206A的入射側(cè)以增加光電二極管206A的光收集效率。圖像傳感器206通過引線接合結(jié)合在印刷線路板(PWB)上，形成基板207。
[0115]光學(xué)濾光器205被布置成靠近圖像傳感器206的微鏡頭206B。光學(xué)濾光器205的后濾光片220具有形成在透明電路板221上的偏光層222以及光譜層223的分層結(jié)構(gòu)。偏光層222和光譜層223都被劃分成對(duì)應(yīng)于光電二極管206A的區(qū)域。
[0116]盡管光學(xué)濾光器205和圖像傳感器206能夠利用空隙被排列，最好是將光學(xué)濾光器205靠近圖像傳感器206放置以便偏光層222和光譜層223的區(qū)域之間的邊界與圖像傳感器206的光電二極管206A的區(qū)域之間的邊界重合。光學(xué)濾光器205和圖像傳感器206能夠利用，舉例來說，UV粘合劑結(jié)合，或者圖像傳感器除了有效像素區(qū)域的矩形區(qū)域能夠被熱壓結(jié)合或者利用在光學(xué)濾光器205上的UV試劑被結(jié)合同時(shí)被間隔物支撐。
[0117]圖27顯示了根據(jù)本實(shí)施例的偏光層222和光譜層223的區(qū)域劃分圖案。每一個(gè)偏光層222和光譜層223被劃分成與圖像傳感器206上的光電二極管206A —致的第一和第二區(qū)域。從而，每個(gè)光電二極管206A的光接收量能夠根據(jù)光傳輸透過的區(qū)域的類型被用作偏光數(shù)據(jù)或光譜數(shù)據(jù)。
[0118]本實(shí)施例描述了圖像傳感器206是單色圖像傳感器的實(shí)例。可選擇地，圖像傳感器206可以是彩色圖像傳感器。通過使用彩色圖像傳感器，濾光片222和223的每個(gè)區(qū)域的光學(xué)透射特性需要被根據(jù)附著于每個(gè)像素的彩色濾光片的特性來調(diào)整。
[0119]通過參考附圖28描述光學(xué)濾光器205的實(shí)例。圖28是當(dāng)?shù)诙D像區(qū)域214對(duì)應(yīng)于圖像的底部時(shí)，使用的光學(xué)濾光器205的層狀結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。光學(xué)濾光器205的后濾光片220包括和第一圖像區(qū)域213關(guān)聯(lián)的用于車輛檢測(cè)的第一濾光片220A以及與第二圖像區(qū)域214關(guān)聯(lián)的用于雨滴檢測(cè)的第二濾光片220B。第一和第二濾光片結(jié)構(gòu)是不同的。第一濾光片220A包括光譜層223,但是第二濾光片220B沒有。同樣,第一和第二濾光片220A、220B分別具有不同的偏光層222、225。
[0120]圖29是光學(xué)濾光器205的層狀結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)例的橫截面視圖。當(dāng)?shù)诙D像區(qū)域214對(duì)應(yīng)于圖像的頂部和底部時(shí)，圖29中的光學(xué)濾光器205被使用。前濾光片210包括對(duì)應(yīng)于第一和第二圖像區(qū)域213、214的同樣的光譜層211’。在光源202的中心波長是940nm以及半峰時(shí)全寬度是1nm的前提下，光譜層211’能夠具有選擇性地傳輸大于等于400nm以及小于等于670nm的可見光長范圍和大于等于920nm以及小于等于960nm的紅外波長范圍的濾光特性。
[0121]這樣的光譜層211’能夠傳輸用于車輛檢測(cè)的可見波長范圍以及用于雨滴檢測(cè)的紅外波長范圍，并且截止剩余的不需要的波長。這能夠消除對(duì)于準(zhǔn)備用于車輛檢測(cè)和雨滴檢測(cè)的不同層的必要性。為了避免圖像數(shù)據(jù)變得總體上略帶紅色并且適當(dāng)?shù)靥崛“ㄎ矡舻募t顏色的部分的目的，光譜層211’被配置成不傳輸具有大于等于700nm以及小于920nm的波長范圍的光或者被設(shè)置成具有小于或等于5 %的透射率。最好是，被配置成不允許如圖28中所示的大于等于920nm的光源的波長范圍的傳輸。然而，這個(gè)波長范圍的透射率不影響車輛檢測(cè)的精度，因?yàn)樗瓤梢姴ㄩL范圍更窄，并且用于可見光的作為CMOS的圖像傳感器對(duì)于這個(gè)波長范圍相對(duì)不靈敏。
[0122]圖29中的光學(xué)濾光器205的后濾光片220包括與第一圖像區(qū)域213關(guān)聯(lián)的用于車輛檢測(cè)的第一濾光片220A以及與第二圖像區(qū)域214關(guān)聯(lián)的用于雨滴檢測(cè)的第二濾光片220B。第一和第二濾光片220A、220B的結(jié)構(gòu)是不同的。第一濾光片220A包括光譜層226，但是第二濾光片220B沒有。同樣，第一和第二濾光片220A、220B具有不同的偏光層222、225。
[0123]光譜層223被設(shè)置在第一濾光片220A中與圖像傳感器206 (附圖中的底側(cè))相對(duì)，但是第二濾光片220B不包括光譜層223。因此，由于光譜層223的厚度的差異，難以將圖28中的光學(xué)濾光器205和圖像傳感器206平行固定。利用傾斜的光學(xué)傳感器，第一圖像區(qū)域的頂部和底部中可能會(huì)有光程長度的差異，造成在例如白色標(biāo)記的坐標(biāo)的車輛外圍信息的檢測(cè)中例如很大的誤差的各種失敗。
[0124]同時(shí)，圖29中的光學(xué)濾光器205在相對(duì)于圖像傳感器206(附圖中的底側(cè))的頂部和底部都設(shè)置有光譜層226。這相對(duì)容易的將在其頂部和底部包括有光譜濾光片226的光學(xué)濾光器205對(duì)于圖像傳感器206平行固定。在本實(shí)施例中，第一和第二圖像區(qū)域能夠?qū)τ谡麄€(gè)圖像被排列成條形或格子圖案。這使得對(duì)于光學(xué)濾光片和圖像傳感器的平行固定更容易。
[0125]此外，利用圖29中具有用于雨滴檢測(cè)的排列在圖像的頂部和底部的第一圖像區(qū)域214的光學(xué)濾光器205，第一圖像區(qū)域可能比僅僅對(duì)于圖像的頂部和底部的任一個(gè)的圖像區(qū)域要更大。這使得改善了雨滴檢測(cè)的精度。同樣，將第一和第二圖像區(qū)域排列成條形或各自圖案能夠增加用于雨滴檢測(cè)的圖像區(qū)域并且改善雨滴檢測(cè)的精度。
[0126]此外，在圖29中的光學(xué)濾光器205中，后濾光片220的第二濾光片220B設(shè)置有光譜層226。舉例來說，如圖31中所示，光譜層226可以是具有選擇性地傳輸大于等于880nm的紅外波長范圍的濾光特性的一層。然而，因?yàn)閳D像傳感器206的長波長的極限值是llOOnm，經(jīng)由光譜層226被接收的光的紅外波長的范圍是大于等于880nm并且小于等于llOOnm。此外，前濾光片210的光譜層211’將波長范圍限制在大于等于920nm并且小于等于960nm，以至于只有大于等于920nm并且小于等于960nm的波長的光(圖32中的陰影部分)透過光譜層226傳輸。
[0127]可選擇地，舉例來說，如圖33中所示，光譜層226可以是具有選擇性地傳輸大于等于925nm并且小于等于965nm的波長范圍的光的濾光特性。在這種情況下，由于前濾光片210的光譜層211’的波長范圍，光譜層226僅傳輸具有大于等于925nm并且小于等于960nm的波長的光從其透過。
[0128]如上所述，通過使用兩個(gè)光譜層211’、226，相比于使用單個(gè)濾光片，能夠達(dá)到更高的濾光片特性或者波長選擇性能。
[0129]圖34顯不了根據(jù)透過光學(xué)濾光器205的第一濾光片220傳輸?shù)墓饬?在圖像傳感器206的每個(gè)光電二極管206A上的圖像數(shù)據(jù)。圖35A是沿著圖34中的線A-A的圖像傳感器206和光學(xué)濾光器205的第一濾光片220A的橫截面視圖，同時(shí)圖35B是沿著圖34中的線B-B的同樣的橫截面視圖。在下文中，描述了圖28中所示的光學(xué)濾光器205。
[0130]如圖35A、35B中所示，第一濾光片220A是在透明基板221上的偏光層222和光譜層223的分層結(jié)構(gòu)。偏光層222是線柵網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并且上表面(圖35A、35B中的底側(cè)表面)是不均勻的。為了避免光譜層223中的不均勻，在光譜層223形成之前，偏光層222的不均勻的上表面利用填充物填充以平整。
[0131]這樣的填充物能夠是任何材料，只要它沒有阻礙偏光層222的功能，并且在本實(shí)施例中，使用了沒有偏光特性的材料。此外，為了平整偏光層222，舉例來說，通過旋涂玻璃技術(shù)(spin-on glass technology)利用填充物對(duì)層進(jìn)行涂覆是合適的,但是不應(yīng)局限于此。
[0132]偏光層222包括第一區(qū)域或者垂直偏光區(qū)域以便選擇性地單獨(dú)傳輸與圖像傳感器206的垂直像素陣列平行振動(dòng)的垂直偏振分量以及第二區(qū)域或者水平偏光層以便選擇性地單獨(dú)傳輸與圖像傳感器206的水平像素陣列平行振動(dòng)的水平偏振分量。光譜層223包括第一區(qū)域或者紅色光譜區(qū)域以便選擇性地僅傳輸具有包括在偏光層222的可傳輸波長范圍內(nèi)的紅色波長范圍的光，以及第二區(qū)域或者非光譜區(qū)域以便傳輸沒有選擇波長的光。
[0133]根據(jù)本實(shí)施例，相鄰的四個(gè)像素al、bl、el、fl，由圖34中的點(diǎn)劃線表示的兩個(gè)豎直兩個(gè)水平的像素構(gòu)成了圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)像素。在圖34中，像素al接收已經(jīng)透過偏光層222的第一(垂直偏光)區(qū)域和光譜層223的第一(紅色光譜)區(qū)域的垂直偏振分量P的紅色波長范圍R中的光P/R。像素bl接收已經(jīng)透過偏光層222的第一區(qū)域和光譜層223的第二(非光譜)區(qū)域的垂直偏振分量P的非光譜光C的光P/C。像素el接收已經(jīng)透過偏光層222的第二(水平偏振)區(qū)域和光譜層223的第二(非光譜)區(qū)域的垂直偏振分量P的非光譜光C的光S/C。和像素al —樣,像素fl接收已經(jīng)透過偏光層222的第一(垂直偏光)區(qū)域和光譜層223的第一(紅色光譜)區(qū)域的垂直偏振分量P的紅色波長范圍R中的光 P/R。
[0134]因此，紅光的垂直偏振圖像的一個(gè)像素從像素al和fl的輸出信號(hào)中獲取，非光譜光的垂直偏振圖像的一個(gè)像素從像素bl的輸出信號(hào)中獲取，并且非光譜光的水平偏振圖像的一個(gè)像素從像素el的輸出信號(hào)中獲取。相應(yīng)地，在本實(shí)施例中，通過單一的成像操作，三種類型的圖像數(shù)據(jù)，紅光的垂直偏振圖像、非光譜光的垂直偏振圖像以及非光譜光的水平偏振圖像能夠被獲得。
[0135]這些圖像數(shù)據(jù)的像素?cái)?shù)量少于被捕獲的圖像的像素?cái)?shù)量。為了生成具有更高分辨率的圖像，能夠使用已知的圖像插值處理。舉例來說，為了生成高分辨率的紅光的垂直偏振圖像，圍繞著像素bl的像素al、Cl、fl、jl的平均值被計(jì)算，并且被用作像素bl的紅光的垂直偏振分量上的數(shù)據(jù)。此外，為了生成高分辨率的非光譜光的水平偏振圖像，關(guān)于對(duì)應(yīng)于像素al、bl、fl的像素，能夠使用接收像素al、bl、fl周圍的非光譜光的水平偏振分量的像素el、gl的平均值或者像素el的值。
[0136]舉例來說，紅光的垂直偏振圖像是用于識(shí)別尾燈。通過截止水平偏振分量S，可以防止由于例如被路面反射或者來自車廂的儀表盤的紅光的高水平偏振分量S的紅光造成的干擾，并且獲取良好的紅色圖像，使得尾燈被識(shí)別的比率得以改善。
[0137]此外，舉例來說，非光譜光的垂直偏振圖像能夠被用于識(shí)別白色路標(biāo)或者迎面車輛的頭燈。通過截止水平偏振分量S，可以防止由于來自于被路面反射的車廂的頭燈或儀表盤的高的水平偏振分量S造成的干擾，并且獲取良好的非光譜圖像，使得頭燈和白色標(biāo)記被識(shí)別的比率得以改善。特別地，它有效地以更高的比率識(shí)別下雨的路面上的白色路標(biāo)，因?yàn)橄掠甑牡缆飞系乃娣瓷涞墓獍舜罅康乃狡穹至俊?br> [0138]此外，通過使用比較非光譜光的垂直和水平偏振圖像的像素值并且使用作為像素值的設(shè)立指標(biāo)值獲得的指數(shù)圖像，可以準(zhǔn)確地識(shí)別圖像區(qū)域中的金屬物體或者實(shí)心物體、路面的潮濕或干燥條件、以及下雨的道路上的白色路標(biāo)。對(duì)于指標(biāo)圖像，舉例來說，能夠使用來自于非光譜光的垂直與水平偏振圖像的像素值的差值的差分圖像、來自于這些圖像的像素值的比率的偏振率圖像、或者來自于相對(duì)于像素值的和的這些圖像的像素值的差分偏振度的差分偏振圖像。
[0139]不是偏振率圖像而是差分偏振圖像被用于本實(shí)施例中的指標(biāo)圖像是因?yàn)橄铝欣碛?。在比較偏振率圖像與差分偏振圖像時(shí)，前者變得接近無窮大，并且因此當(dāng)其分母(舉例來說，P偏振分量)接近零時(shí)變得不準(zhǔn)確。同時(shí)，當(dāng)作為P和S偏振分量的和的分母接近零時(shí)，后者變得接近無窮大以及不準(zhǔn)確。因?yàn)椴淮罂赡芊帜溉〗咏愕闹担院笳吒赡鼙痪_地計(jì)算。
[0140]此外，當(dāng)其分子(S偏振分量)接近零時(shí)，偏振率能夠被精確地計(jì)算。因此，偏振率圖像是用于檢測(cè)作為分子的偏振分量的適合的指標(biāo)圖像。因此，差分偏振圖像是用于同等的檢測(cè)P和S偏振分量的適合的指標(biāo)圖像。
[0141]在本實(shí)施例中，前濾光片210的紅外截止濾光片區(qū)域211和紅外傳輸區(qū)域212具有不同的多層結(jié)構(gòu)。舉例來說，通過真空沉積同時(shí)遮蓋用于紅外截止濾光片區(qū)域211的一部分形成紅外傳輸區(qū)域212的層，并且然后通過真空沉積同時(shí)遮蓋紅外傳輸區(qū)域212形成紅外截止濾光片211的層，這樣的前濾光片210能夠被制造。
[0142]此外,第一濾光片220A的偏光層222和第二濾光片220B的偏光層225具有不同的二維線柵網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。前者包括以其透過軸彼此正交的像素為單位劃分的兩種區(qū)域(水平和垂直偏振區(qū)域)。同時(shí)，后者由具有僅透過垂直偏振分量P的透過軸的像素為單位劃分的一種區(qū)域組成。通過調(diào)整用于形成金屬線柵網(wǎng)格結(jié)構(gòu)圖案的模板的凹槽方向以調(diào)整偏光層的每個(gè)區(qū)域的金屬線的長度，兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的偏光層能夠很容易地被形成在相同的基片221 上。
[0143]此外，紅外截止濾光片區(qū)域211能夠設(shè)置在成像鏡頭204中代替光學(xué)濾光器205。這方便了光學(xué)濾光器205的制造。為替代前濾光片210的紅外截止濾光片區(qū)域211，光譜層能夠被形成在后濾光片220的第二濾光片220B中以僅傳輸垂直偏振分量P。此外,在光學(xué)濾光器205中，圖34中包括偏光層222和光譜層223的后濾光片220被布置為更靠近圖像傳感器206。作為替代，前濾光片210能夠被布置為比后濾光片220更靠近圖像傳感器206。
[0144]接下來描述前方和迎面車輛的檢測(cè)。圖36是根據(jù)本實(shí)施例的用于車輛檢測(cè)的流程圖。在車輛檢測(cè)中，被成像元件200捕獲的圖像數(shù)據(jù)受到圖像處理以提取作為目標(biāo)對(duì)象的圖像區(qū)域。然后，前方或迎面車輛通過識(shí)別所討論的圖像區(qū)域中出現(xiàn)的光源的類型被檢測(cè)。
[0145]首先，在步驟SI中，車輛100的向前區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)被成像元件200的圖像傳感器206捕獲并且被發(fā)送到存儲(chǔ)器。圖像數(shù)據(jù)包含了表示圖像傳感器206的每個(gè)像素的亮度的信號(hào)。在步驟S2，車輛的行為數(shù)據(jù)從未示出的傳感器被發(fā)送到存儲(chǔ)器。
[0146]在步驟S3，作為對(duì)象目標(biāo)(前方車輛的尾燈以及行進(jìn)中車輛的頭燈)的高亮度圖像區(qū)域被從存儲(chǔ)器中的圖像數(shù)據(jù)中提取出。高亮度圖像區(qū)域是具有比某一亮度閾值更高亮度的圖像數(shù)據(jù)的區(qū)域。圖像數(shù)據(jù)可以包含一個(gè)以上的高亮度區(qū)域，并且所有這些區(qū)域被提取出來。在這個(gè)步驟中，包括被下雨的道路反射的光線的圖像區(qū)域同樣被提取作為高亮度圖像區(qū)域。
[0147]在步驟S3-1，圖像傳感器206上的每個(gè)像素的亮度值根據(jù)某一亮度閾值被二值化。具體地說，具有等于或高于某一亮度閾值的亮度的像素被分配為1，并且那些具有小于閾值的亮度的像素被分配為O。從而，生成二值化圖像。然后，在步驟S3-2，如果有一組相鄰的為I的像素，它們被標(biāo)記并且被提取作為單個(gè)的高亮度圖像。
[0148]在步驟S4，計(jì)算對(duì)應(yīng)于每個(gè)被提取的高亮度圖像區(qū)域的成像區(qū)域中的對(duì)象與車輛100之間的距離。這個(gè)處理成對(duì)的尾燈或頭燈與車輛之間距離的計(jì)算以及當(dāng)前方車輛或迎面車輛走遠(yuǎn)并且左右燈無法被區(qū)分時(shí)，單個(gè)尾燈或頭燈與車輛之間距離的計(jì)算。
[0149]在步驟S4-1，生成燈泡對(duì)。當(dāng)被成像元件200捕獲的圖像數(shù)據(jù)中的兩個(gè)區(qū)域近乎相同高度、大小和形狀時(shí)，兩個(gè)高亮度的圖像區(qū)域被判定為一對(duì)燈泡。沒有配對(duì)的高亮度圖像區(qū)域被判定為單個(gè)燈泡。在步驟S4-2，計(jì)算到燈泡對(duì)的距離。成對(duì)的頭燈或尾燈之間的距離能夠被近似與固定值w0 (舉例來說，大約1.5米)。成像元件200的焦距f是已知的，因此通過簡(jiǎn)單的比例關(guān)系(X = f*w0/wl),其中wl是成像元件200的圖像傳感器206上的左右燈泡之間的距離，能夠發(fā)現(xiàn)到燈泡對(duì)的實(shí)際距離X。可替換地，到前方或迎面車輛的距離能夠通過作為激光雷達(dá)或者微波雷達(dá)的專用傳感器來檢測(cè)。
[0150]在步驟S5，燈泡的類型，頭燈或尾燈被判定。垂直偏振分量P的紅色圖像和同樣的白色圖像的比率被用作光譜信息以便從光譜信息判定兩個(gè)高亮度圖像區(qū)域是頭燈或尾燈的哪一個(gè)。在步驟S5-1，對(duì)于兩個(gè)高亮度圖像區(qū)域，使用對(duì)應(yīng)于像素al、fl的圖像數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)于作為像素值的像素bl的圖像數(shù)據(jù)的比值，作為指標(biāo)圖像的紅色比值圖像被生成。在步驟S5-2，紅色比值圖像的像素值被與某一閾值相比較以判定具有某一閾值或以上的亮度的高亮度圖像區(qū)域?yàn)槲矡魣D像區(qū)域，并且那些具有小于某一閾值的亮度的被判定為頭燈圖像區(qū)域。
[0151]上述的光譜信息是使用紅色亮度的比值作為指標(biāo)值的實(shí)例?？蛇x擇地，可以是另一個(gè)指標(biāo)值，例如差分偏振度，垂直偏振分量P的紅色和白色圖像的像素值的差分值相對(duì)于這些圖像的像素值的和的比值。
[0152]在步驟S6，對(duì)于判定的每個(gè)尾燈和頭燈圖像區(qū)域，光的類型，來自尾燈或頭燈的直射光或者被作為下雨路面的反光鏡表面反射的光根據(jù)作為偏振數(shù)據(jù)的差分偏振度((S-P)/(S+P))被判定。在步驟S6-1，對(duì)于尾燈圖像區(qū)域和頭燈圖像區(qū)域，差分偏振度((S-P)/(S+P))被計(jì)算以生成各個(gè)使用差分偏振度作為像素值的差分偏振圖像。在步驟S6-2，兩個(gè)區(qū)域的像素值被與某一閾值相比較。具有等于或高于某一閾值的像素值的尾燈和頭燈圖像區(qū)域被判定為反射光區(qū)域，并且因此被排除。在排除之后，剩下的區(qū)域被判定為前方車輛的尾燈或者行進(jìn)車輛頭燈的圖像。
[0153]舉例來說，當(dāng)通過雨量傳感器檢測(cè)到下雨天或者當(dāng)驅(qū)動(dòng)器在操作雨刮器時(shí)，利用安裝在車輛上的雨量傳感器，能夠被配置成在下雨的情況下，即光可能被下雨的路面反射的情況下，執(zhí)行步驟S6中的反射光的判定。
[0154]前方以及行進(jìn)中車輛的檢測(cè)的結(jié)果被用于控制車輛100的頭燈的配光。具體地說，當(dāng)在車輛檢測(cè)中檢測(cè)到尾燈并且車輛100接近前方的車輛一定距離以至于來自頭燈的光能夠被入射到前方車輛的后視鏡上時(shí)，頭燈控制單元103屏蔽一部分的頭燈的光或者控制頭燈的光以垂直或水平的移動(dòng)光的投射。同樣地，當(dāng)檢測(cè)到頭燈并且車輛100接近行進(jìn)中的車輛一定距離以至于頭燈能夠照射到行進(jìn)車輛的駕駛員時(shí)，頭燈控制單元103屏蔽一部分的頭燈的光或者控制頭燈的光以垂直或水平的移動(dòng)光的投射。
[0155]接下來，描述白色路標(biāo)的檢測(cè)。在本實(shí)施例中，為了避免車輛100越過行駛區(qū)域，白色路標(biāo)被檢測(cè)。這里，白色路標(biāo)指的是例如展示了道路的實(shí)線、虛線、點(diǎn)虛線、雙線的所有標(biāo)記。例如黃色的其它顏色的標(biāo)記同樣能夠被檢測(cè)。
[0156]本實(shí)施例中的白色標(biāo)記檢測(cè)使用來自成像單元101的偏振數(shù)據(jù)，舉例來說，白色或者非鏡面光，水平偏振分量S和垂直偏振分量P的差分偏振度((S-P) / (S+P))。被白色標(biāo)記反射的光通常大多數(shù)是漫射反射分量，并且水平和垂直偏振分量S，P幾乎是相同的量以至于它們的差分偏振度接近于零。同時(shí)，當(dāng)表面干燥時(shí)，被沒有標(biāo)記的浙青表面反射的光大多數(shù)是散射反射分量，以至于差分偏振度是正值，并且當(dāng)表面潮濕時(shí)，反射光大多數(shù)是鏡面反射分量，以至于差分偏振度是更大的正值。相應(yīng)地，具有小于某一閾值的差分偏振值的路面的圖像區(qū)域的一部分被判定是白色路標(biāo)。
[0157]接下來，描述雨滴檢測(cè)。在本實(shí)施例中，在被成像元件200捕獲的圖像數(shù)據(jù)中，與第一圖像區(qū)域213相關(guān)聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)被用于雨滴檢測(cè)。被雨滴Rd反射的光包括垂直偏振分量P并且發(fā)出高亮度以至于圖像傳感器206能夠透過光學(xué)濾光器205接收大量反射光。相應(yīng)地，高亮度的圖像區(qū)域從作為用于雨滴圖像區(qū)域的候選的第一圖像區(qū)域中被提取。這個(gè)提取與步驟S3中高亮度圖像區(qū)域的提取一樣被完成。
[0158]此外，圖像數(shù)據(jù)上的雨滴圖像大多數(shù)是圓形的。對(duì)于被提取的候選圖像區(qū)域的形狀是否是圓形做出判定以識(shí)別雨滴圖像區(qū)域。在本實(shí)施例中，雨滴檢測(cè)以10個(gè)連續(xù)圖像為單位被重復(fù)執(zhí)行，并且檢測(cè)的結(jié)果，雨滴的存在或者缺失，作為計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)被累計(jì)。當(dāng)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)滿足某一條件時(shí)，舉例來說，連續(xù)地計(jì)數(shù)10個(gè)正的結(jié)果，雨刮器控制單元106控制風(fēng)擋雨刮器107以便操作或噴出沖洗液。
[0159]第二實(shí)施例
[0160]接下來，描述光學(xué)濾光器205的另一個(gè)實(shí)例。圖37顯不了與通過光學(xué)濾光器205的在圖像傳感器206的每個(gè)光電二極管206A上的光接收量相關(guān)的每個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)。圖38A是沿著圖37中的線A-A的用于車輛檢測(cè)的圖像傳感器206和光學(xué)濾光器205的橫截面視圖，同時(shí)圖38B是沿著圖37中的線B-B的同樣的橫截面視圖。這個(gè)光學(xué)濾光器205對(duì)于整個(gè)捕獲圖像被劃分成以方格圖案排列的用于車輛檢測(cè)以及用于雨滴檢測(cè)的區(qū)域。
[0161]偏光層225’是選擇性地將垂直偏振分量單獨(dú)傳輸?shù)秸麄€(gè)圖像傳感器206的垂直偏振區(qū)域。光譜層226’包括選擇性地單獨(dú)傳輸具有包括在偏光層225’的可傳輸波長范圍內(nèi)的紅外波長范圍的光的第一區(qū)域或者紅外光譜區(qū)域，以及不選擇波長傳輸光的第二區(qū)域或者非光譜區(qū)域。
[0162]根據(jù)第二實(shí)施例，相鄰的四個(gè)像素a2，b2，e2，f2，由圖37中的點(diǎn)劃線表示的兩個(gè)豎直兩個(gè)水平的像素構(gòu)成了圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)像素。在圖37中，像素a2、f 2接收已經(jīng)透過偏光層225’以及光譜層226’的第一區(qū)域或紅外光譜區(qū)域傳輸?shù)募t外波長范圍IR內(nèi)的垂直偏振分量P的光P/IR。像素b2、e2接收已經(jīng)透過偏光層225’以及光譜層226’的第二區(qū)域或者非光譜區(qū)域傳輸?shù)拇怪逼穹至縋的非光譜光C的光P/C。
[0163]因此，紅外光的垂直偏振圖像的一個(gè)像素從像素a2和f2的輸出信號(hào)中被獲取，并且非光譜的、垂直偏振圖像的一個(gè)像素從像素b2和e2的輸出信號(hào)中被獲取。相應(yīng)地，在這個(gè)實(shí)例中，通過兩種類型的圖像數(shù)據(jù)的單獨(dú)的成像操作，紅外光的垂直偏振圖像和非光譜光的圖像能夠被獲得。這些圖像數(shù)據(jù)的像素?cái)?shù)量比被捕獲的圖像的像素?cái)?shù)量要少。為了生成具有更高分辨率的圖像，能夠使用已知的圖像插值處理。
[0164]這個(gè)紅外光的垂直偏振圖像能夠被用于如第一實(shí)施例中的雨滴檢測(cè)。同樣，非光譜光的垂直偏振圖像能夠被用于如第一實(shí)施例中的識(shí)別白色標(biāo)記或者是行進(jìn)車輛的頭燈。
[0165]第三實(shí)施例
[0166]描述光學(xué)濾光器205的又一個(gè)實(shí)例。圖39顯不了根據(jù)第三實(shí)施例的與通過光學(xué)濾光器205的在圖像傳感器206的每個(gè)光電二極管206A上的光接收量相關(guān)的每個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)。圖40A是沿著圖39中的線A-A的圖像傳感器206和光學(xué)濾光器205的橫截面視圖，同時(shí)圖40B是沿著圖39中的線B-B的同樣的橫截面視圖。這個(gè)光學(xué)濾光器205對(duì)于整個(gè)捕獲圖像被劃分成以條狀排列的用于車輛檢測(cè)以及用于雨滴檢測(cè)的區(qū)域。
[0167]與第二實(shí)施例中一樣，偏光層225’是選擇性地將垂直偏振分量單獨(dú)傳輸?shù)秸麄€(gè)圖像傳感器206的垂直偏振區(qū)域。光譜層226’包括選擇性地單獨(dú)傳輸具有包括在偏光層225’的可傳輸波長范圍內(nèi)的紅外波長范圍的光的第一區(qū)域或者紅外光譜區(qū)域，以及不選擇波長傳輸光的第二區(qū)域或者非光譜區(qū)域。
[0168]根據(jù)第三實(shí)施例，相鄰的四個(gè)像素a3，b3，e3，f3，由圖39中的點(diǎn)劃線表示的兩個(gè)豎直兩個(gè)水平的像素構(gòu)成了圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)像素。在圖39中，像素a3、e3接收已經(jīng)透過偏光層225’以及光譜層226’的第一區(qū)域或紅外光譜區(qū)域傳輸?shù)募t外波長范圍IR內(nèi)的垂直偏振分量P的光P/IR。像素b3、f3接收已經(jīng)透過偏光層225’以及光譜層226’的第二區(qū)域或者非光譜區(qū)域傳輸?shù)拇怪逼穹至縋的非光譜光C的光P/C。
[0169]因此，紅外光的垂直偏振圖像的一個(gè)像素從像素a3和e3的輸出信號(hào)被獲取，并且非光譜的垂直偏振圖像的一個(gè)像素從像素b3、f3的輸出信號(hào)被獲取。相應(yīng)地，在第三實(shí)施例中，通過兩種類型圖像數(shù)據(jù)的單獨(dú)的成像操作，紅外光的垂直偏振圖像以及非光譜光的圖像能夠被獲得。這些圖像數(shù)據(jù)的像素?cái)?shù)量少于被捕獲的圖像的像素?cái)?shù)量。為了生成具有更高分辨率的圖像，能夠執(zhí)行已知的圖像插值處理。
[0170]這個(gè)紅外光的垂直偏振圖像能夠被用于如第一實(shí)施例中的雨滴檢測(cè)。同樣，非光譜光的垂直偏振圖像能夠被用于如第一實(shí)施例中的識(shí)別白色標(biāo)記或者是行進(jìn)車輛的頭燈。
[0171]與被劃分成以格子圖案區(qū)域的光學(xué)濾光片相比，根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)濾光器205能夠降低圖像傳感器206的每個(gè)像素以及光學(xué)濾光器205的每個(gè)區(qū)域的相對(duì)位置的位移。就是說，在格子圖案中，每個(gè)像素和每個(gè)區(qū)域的相對(duì)位置需要被垂直以及水平地調(diào)整，而在條狀圖案中，只需要水平調(diào)整。因此，可以縮短制造過程中的裝配時(shí)間并且簡(jiǎn)化裝配裝置的結(jié)構(gòu)。要注意，條紋的方向最好是平行于包括光源202的投射方向以及成像元件200的成像方向的虛擬的平面(本實(shí)施例中的豎直平面)。在這種情況下，圖像的垂直方向上被任何雨滴反射的光被捕獲。垂直條狀圖案的光學(xué)濾光片對(duì)于垂直方向的紅外數(shù)據(jù)施加了改進(jìn)的分辨率，促進(jìn)雨滴檢測(cè)的精度的改進(jìn)。
[0172]鏡模塊和成像模塊能夠通過任何除了耦合機(jī)構(gòu)之外的任意的定位機(jī)構(gòu)被定位。因此，成像模塊能夠不與鏡模塊結(jié)合而是與另一個(gè)元件，例如透明板狀部件或者具有透明板狀部件的車輛的內(nèi)壁部分結(jié)合。
[0173]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，簡(jiǎn)單地通過將鏡模塊固定在透明板狀部件的內(nèi)表面并且固定成像模塊來容易的安裝成像單元以便成像元件能夠捕獲某一方向上的圖像。兩個(gè)模塊的相對(duì)位置由轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)判定。相應(yīng)地，設(shè)置在兩個(gè)模塊中的元件，如光源、反光鏡以及成像元件和從光源通過反光鏡到入射表面的光路被適當(dāng)?shù)亩ㄎ?。這些模塊的位置調(diào)整和固定能夠變得非常方便。
[0174]此外，為了對(duì)于具有不同傾斜角的透明板狀部件來安裝成像單元，沒有必要調(diào)整光源的位置和發(fā)光方向以及反光鏡的位置和定位。
[0175]此外，在安裝之前，成像單元被調(diào)整以便成像元件捕獲相同方向上的圖像而不管透明板狀部件的傾斜角。這樣的話是光源與成像元件一起被固定在成像模塊中。此外，即使透明板狀部件以不同的角度傾斜，被反光鏡反射的光到透明板狀部件的內(nèi)表面的朝向或者來自內(nèi)表面或外表面的鏡面光的出射方向也是不變的。相應(yīng)地，由于透明板狀部件的傾斜角的改變引起的鏡面光的振幅能夠被幾乎降低為零。因此，被內(nèi)表面或外表面反射的鏡面光能夠被防止進(jìn)入成像元件。
[0176]此外，即使在透明板狀部件的內(nèi)表面上的光的入射點(diǎn)有移位，由于來自于內(nèi)表面的出射方向的改變弓I起的振幅要比由于入射點(diǎn)的移位弓I起的振幅要更大。
[0177]盡管根據(jù)示范性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了描述，但不局限于此。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在不超出以下的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)所描述的實(shí)施例做出變化或變型。
【權(quán)利要求】
1.一種成像單元，其特征在于，包括: 投射光的光源；成像元件，所述成像元件接收來自于預(yù)定成像區(qū)域的已經(jīng)進(jìn)入透明板狀部件的外表面并且透過所述透明板狀部件被傳輸?shù)墓?，以及來自于所述光源的被所述透明板狀部件的所述外表面上的附著物反射的光，以捕獲所述預(yù)定成像區(qū)域的圖像以及所述附著物的圖像；鏡模塊，所述鏡模塊被固定在所述透明板狀部件的內(nèi)表面上以固定地支撐反光鏡，所述反光鏡反射來自所述光源的光； 成像模塊，所述成像模塊固定地支撐所述光源和所述成像元件，所述成像模塊相對(duì)于所述透明板狀部件的內(nèi)表面被固定以便所述成像元件捕獲某一方向的圖像；以及定位機(jī)構(gòu)，所述定位機(jī)構(gòu)判定所述鏡模塊和所述成像模塊的相對(duì)位置。
2.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其特征在于， 所述定位機(jī)構(gòu)是轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)具有正交于被所述反光鏡反射的光相對(duì)于所述透明板狀部件的所述內(nèi)表面的入射平面的轉(zhuǎn)動(dòng)桿，所述轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)繞著所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿相對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)地耦接所述鏡模塊和所述成像模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的成像單元，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu)被布置成以便所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿被定位在一矩形區(qū)域中，所述矩形區(qū)域具有在正交于所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿的虛擬平面上的作為頂點(diǎn)的第一到第三點(diǎn)，所述第一點(diǎn)是所述反光鏡的表面的遠(yuǎn)離所述透明板狀部件的一端，所述第二點(diǎn)是所述透明板狀部件的所述內(nèi)表面與穿過所述第一點(diǎn)的所述內(nèi)表面的法線的交點(diǎn)，以及所述第三點(diǎn)是從所述透明板狀部件的所述內(nèi)表面到所述成像元件的光的出射點(diǎn)中距離所述第二點(diǎn)最遠(yuǎn)的一點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其特征在于， 所述成像元件包括圖像傳感器，所述圖像傳感器包括二維排列的像素陣列，所述圖像傳感器在不同區(qū)域接收來自所述成像區(qū)域的已經(jīng)透過所述透明板狀部件被傳輸?shù)墓庖约氨凰鐾该靼鍫畈考乃鐾獗砻嫔系乃龈街锓瓷涞溺R面光；以及 所述成像單元被配置成，當(dāng)所述透明板狀部件的所述內(nèi)表面的傾斜角在預(yù)定的角度范圍內(nèi)時(shí)，不允許被所述透明板狀部件的所述內(nèi)表面或所述外表面反射的鏡面光入射在被所述附著物反射的鏡面光被接收的區(qū)域中。
5.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其特征在于，所述成像單元被配置成當(dāng)所述透明板狀部件的所述內(nèi)表面的傾斜角在預(yù)定的角度范圍內(nèi)時(shí)，被所述反光鏡反射的光在所述透明板狀部件的所述內(nèi)表面上的入射點(diǎn)是不變的。
6.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其特征在于， 所述成像模塊包括光路改變?cè)?，所述光路改變?cè)淖儊碜运龉庠吹墓獾墓饴贰?br> 7.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其特征在于， 所述反光鏡是凹面鏡。
8.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其特征在于， 所述反光鏡是偏光鏡。
9.如權(quán)利要求1所述的成像單元，其特征在于，進(jìn)一步包含遮光罩，所述遮光罩在所述鏡模塊和所述成像模塊的至少一個(gè)中，所述遮光罩阻擋來自所述光源的光分量進(jìn)入所述成像元件，所述光分量在所述成像區(qū)域的圖像和所述附著物的圖像的至少一個(gè)中引起噪聲。
10.一種用于安裝如權(quán)利要求1所述的成像單元的方法，其特征在于，包含步驟:在將所述鏡模塊固定在所述內(nèi)表面上之前或之后，將所述成像模塊固定在所述透明板狀部件的所述內(nèi)表面上，以便所述成像元件捕獲某一方向上的圖像。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK104136910SQ201380009292
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月13日
【發(fā)明者】伊藤泉, 平井秀明, 小林正典 申請(qǐng)人:株式會(huì)社理光