Kamera und Beleuchtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion von Regentropfen auf einer Scheibe mittels einer Beleuchtungsquelle und einer Kamera.

In der WO2010/072198 A1 wird eine Regenerkennung mit Hilfe einer Kamera beschrieben, die für automotive Fahrerassis- tenzfunktionen eingesetzt wird. Zur Regenerkennung wird eine bifokale Optik genutzt, die einen Teilbereich der Windschutzscheibe scharf auf eine Teilfläche des Bildchips bzw. Bildsensors der Kamera abbildet. Ein Nachteil dieser Idee besteht darin, dass ein zusätzliches optisches Element eingebracht wird, dessen Kante erhebliche Störungen sowohl im Strahlverlauf für den Regensensorbereich des Bildchips als auch im Bereich für die Fahrerassistenzfunktionen in der Nähe der Kante verursacht. Insbesondere für Implementierungen mit kleinen Ausmaßen sind die Fokusbedingungen für den Fahrerassistenzbereich und den Regensensorbereich stark unterschiedlich, was durch eine erhöhte Dicke des optischen Elements ausgeglichen werden muss und dadurch zu erhöhten Störungen und eines brei- ten, nicht nutzbaren Bereichs auf dem Bildchip um die Kante herum führt .

Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei unterschiedlichen Scheibenneigungen, die unterschiedliche optische Wegstre- cken zwischen Regensensordetektionsbereich auf dem Bildchip und der auf der Scheibe korrespondierenden Regensensorfläche zur Folge haben. Um weiterhin eine scharfe optische Abbildung zu gewährleisten, muss für jede veränderte Einbausituation die Dicke des optischen Elements angepasst wer- den.

Um auch bei Nacht Regentropfen erkennen zu können, ist in WO 2010/072198 AI vorgeschlagen, Licht über ein Einkoppelelement in die Windschutzscheibe einzukoppeln und über Totalreflexion in der Scheibe zu führen. Durch ein Auskoppelelement wird das totalreflektierte Licht in Richtung der Kamera ausgekoppelt. Befinden sich Wassertropfen auf der Windschutzscheibe, wird ein Teil des Lichts ausgekoppelt und nicht mehr zum Auskoppelelement totalreflek- tiert . Nachteilig wirkt sich auch hier wieder aus, dass für jede veränderte Scheibenneigung die integrierte Kamera- Beleuchtungseinheit mechanisch an die veränderte Einbaubedingung anzupassen ist. In der US 7,259,367 B2 wird ebenfalls mittels einer Kamera eine Regensensierung vorgeschlagen, die eine großflächige Beleuchtung des Durchtrittsfensters des Kameraöffnungswinkels mit der Scheibe vorsieht. Die Kamera ist nahezu auf unendlich fokussiert und damit gleichzeitig für Fahreras- sistenzapplikationen nutzbar. Wegen der Abbildung auf den Fernbereich sind Regentropfen nur als Störungen im Bild bemerkbar, die durch aufwendige Differenzmessungen der mit in Synchronisation des Pixeltaktes gepulsten oder modulierten Lichtes aufgenommen Bildern detektiert werden. Aus Simulationsrechnungen und Messungen zeigt sich jedoch, dass bei dieser Art der Beleuchtung nur ein sehr geringer Anteil des Lichtes an den Regentropfen in die Kamera zurück reflektiert wird. Dieser Umstand führt zu einem schlechten Signal- zu Rauschverhältnis und in der Folge zu einer unsicheren Regenerkennung .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrich- tungen bzw. Verfahren zu überwinden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Erkennung von Regen, die eine Kamera und eine Beleuchtungsquelle umfasst. Die Kamera ist hinter einer Scheibe angeordnet, insbesondere im Inneren eines Fahrzeugs z.B. hinter einer Windschutzscheibe, und auf einen Fernbereich fokussiert, der vor der Scheibe liegt. Die Kamera umfasst bevorzugt ein Objektiv zur Fokussierung und einen Bildsensor, z.B. einen CCD- oder CMOS-Sensor. Die Beleuchtungsquelle zur Erzeugung mindestens eines auf die Scheibe gerichteten Lichtstrahls richtet den mindestens einen Lichtstrahl so auf die Scheibe, dass mindestens ein von Außenseite der Scheibe reflektierter Strahl (bzw. Teilstrahl des auf die Scheibe gerichteten Lichtstrahls) auf die Kamera auftrifft. Die Beleuch- tungsquelle kann als eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) oder als ein Lichtband ausgebildet sein.

Die Lichtmenge des mindestens einen auf die Kamera auftreffenden Strahls kann von der Kamera gemessen werden kann. Die Erfindung stellt eine einfache aber zuverlässige Möglichkeit dar, Regen mit einer Fahrzeugkamera, insbesondere mit einer Fahrerassistenzkamera zu detektieren. Da im Wesentlichen nur eine Lichtmenge gemessen werden muss, ist kein aufwendiger Bildverarbeitungsalgorithmus notwendig. Durch die aktive Beleuchtung ist die Vorrichtung relativ störunanfällig gegenüber äußeren Einflüssen wie Sonnenreflexen und Schlagschatten.

Die Regenmenge kann z.B. bei mehrstrahligen Beleuchtungs- quellen über eine Lichtmengenverminderung aller Lichtreflexe (auf dem Bildsensor) von der äußeren Windschutzscheibe und/oder über die Anzahl der beeinflussten Lichtreflexe bestimmt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einfallswinkel des von der Beleuchtungsquelle erzeugten Lichtstrahls so eingerichtet, dass von dem Strahl ( -teil ) , der auf die Außenseite der Scheibe trifft, mehr reflektiert als aus der Scheibe ausgekoppelt wird, wenn kein Regen auf der Außen- seite der Scheibe ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Auswertungseinheit, die aus der gemessenen Lichtmenge des an der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls ermittelt, ob und falls ja wieviel Regen auf der Außenseite der Scheibe vorliegt.

Bevorzugt kann die Auswertungseinheit zur Regenermittlung die gemessene Lichtmenge des an der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls mit einem Schwellwert vergleichen. Der Schwellwert kann insbesondere an eine veränderte Stärke der Beleuchtung und/oder an eine veränderte Empfindlichkeit der Kamera z.B. durch regelmäßige Kalibrierungen bei trockener Scheibe angepasst werden. Auch können mehrere Schwellwerte eingesetzt werden.

Vorteilhaft ermittelt die Auswertungseinheit eine zeitliche Veränderung der vom Bildsensor der Kamera gemessenen Licht- werte des an der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls. Hierzu kann eine Folge von Bildern mit der Kamera aufgenommen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform richtet die Beleuchtungsquelle den mindestens einen Lichtstrahl so auf die Scheibe, dass die von der Innen- und Außenseite der Scheibe reflektierten Strahlen als mindestens zwei räumlich ge- trennte Strahlen auf die Kamera auftreffen. Die Lichtmengen der mindestens zwei auf die Kamera auftreffenden Strahlen können hierbei von der Kamera gemessen werden können. Der (direkt) an der Innenseite der Scheibe reflektierte Strahl, der auf die Kamera auftrifft, dient hierbei bevorzugt als Referenzsignal, da die Lichtmenge dieses Strahls bei An- oder Abwesenheit von Regentropfen auf der Außenseite der Scheibe konstant bleibt.

Diese Art der Detektion mit der hier vorgeschlagenen Beleuchtung ist nicht zwingend auf eine Kamera angewiesen, sondern lässt sich mittels jeden optischen Sensors nutzen, der die Lichtmengen von zwei räumlich getrennten Strahlen bestimmen kann. Der Vorteil der hier vorgestellten Detekti- onsweise gegenüber herkömmlichen Dioden-Regensensoren beruht darauf, dass keine Einkoppeloptik benötigt wird und gleichzeitig ein Referenzstrahl für eine Vergleichsmessung vorhanden ist.

Bevorzugt wird die Kamera für eine oder mehrere weitere Fahrerassistenzfunktionen eingesetzt, die auf einer Auswertung des fokussiert abgebildeten Fernbereichs beruhen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Beleuchtungsquelle baulich in die Kamera bzw. in das Gehäuse der Kamera integriert. Hier kann die Beleuchtungsquelle bevorzugt unter einer Sichtblende bzw. einem Sichttrichter der Kamera innerhalb des Kameragehäuses angeordnet sein .

Vorteilhaft erzeugt hierbei die Beleuchtungsquelle Licht im infraroten Wellenlängenbereich und die Sichtblende ist zumindest in einem Teilbereich, der sich oberhalb der Beleuchtungsquelle bzw. in der Strahlrichtung der Beleuchtungsquelle befindet, im infraroten Wellenlängenbereich durchlässig.

Die Beleuchtungsquelle kann hierbei insbesondere auf einem Schaltungsträger bzw. einer Platine der Kamera angeordnet sein.

Bevorzugt erzeugt die Beleuchtungsquelle nur Licht mit ei- ner Wellenlänge in einem bestimmten Wellenlängenbereich, wie z.B. im (nahen) infraroten Wellenlängenbereich. Im Strahlengang der Kamera ist ein erster spektraler Filter in dem Bereich angeordnet, in dem die mindestens zwei räumlich getrennten reflektierten Strahlen verlaufen. Der erste spektrale Filter lässt Licht mit einer Wellenlänge in die- sem bestimmten Wellenlängenbereich zumindest weitgehend durch (z.B. infrarot -durchlässig) .

Vorteilhaft ist ein zweiter spektraler Filter in dem Be- reich des Strahlengangs angeordnet, in dem die mindestens zwei räumlich getrennten reflektierten Strahlen nicht verlaufen, wobei der zweite spektrale Filter Licht mit einer Wellenlänge in dem bestimmten Wellenlängenbereich sperrt (z.B. Infrarot-Sperrfilter) .

Der erste oder beide spektralen Filter können bevorzugt direkt auf Pixel des Bildsensors der Kamera aufgebracht sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform erzeugt die Beleuch- tungsquelle einen gebündelten Lichtstrahl.

Bevorzugt kann der von der Beleuchtungsquelle erzeugte Lichtstrahl mittels eines Lichtleiters wie z.B. einer Glasfaser auf die Scheibe gerichtet werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erkennung von Regen auf der Außenseite einer Scheibe. Voraussetzung sind auch hierfür eine hinter der Scheibe angeordnete Kamera, die auf einen Fernbereich vor der Scheibe fokus- siert ist, und eine Beleuchtungsquelle zur Erzeugung mindestens eines auf die Scheibe gerichteten Lichtstrahls. Die Beleuchtungsquelle richtet den mindestens einen Lichtstrahl so auf die Scheibe, dass mindestens ein von Außenseite der Scheibe reflektierter Strahl auf die Kamera auftrifft. Die Lichtmenge des mindestens einen von der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls wird mittels der Kamera ge- messen. Durch Auswerten der gemessenen Lichtmenge des mindestens einen von der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls kann Regen auf der Außenseite der Scheibe ermittelt werden .

Ein bevorzugtes Verfahren zur Erkennung von Regen auf der Außenseite einer Scheibe bedient sich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mit der Kamera wird zunächst ein erstes Bild bei ausgeschalteter Beleuchtungsquelle auf- genommen. Anschließend wird ein zweites Bild bei eingeschalteter Beleuchtungsquelle aufgenommen. Das Differenzbild aus zweitem und erstem Bild wird gebildet. Im Differenzbild wird die Lichtmenge des mindestens einen an der Außenseite der Scheibe reflektierten Strahls zur Detektion von Regen auf der Außenseite der Scheibe ausgewertet.

Bei einer vorteilhaften Verwendung von sichtbarem Licht als Beleuchtung muss darauf geachtet werden, dass Verkehrsteilnehmer nicht durch die Beleuchtung gestört werden.

Hierzu wird vorgeschlagen, einen kurzen, von der Intensität der äußeren Helligkeit angepassten sichtbaren Lichtpuls zu verwenden. Dies würde eine nur kurze Belichtungszeit und Bildaufnahmezeit für das Regensensorbild erfordern, was wiederum die Fahrerassistenzfunktion wenig beeinflusst. Ein derartiger Lichtpuls würde bei Tageslicht nur wahrgenommen werden, wenn man direkt auf die Beleuchtung blickt. Bei Nacht wird nur wenig Licht für eine Regendetektion benötigt. Hier kann die Intensität entsprechend herunter geregelt werden, so dass auch nachts die Beleuchtung nicht stö- rend wirkt. Eine bevorzugte Anpassung der Beleuchtungsintensität - unabhängig von dem benutzten Wellenlängenbereich - bringt einen weiteren Vorteil. Die Regensensorlichtreflexe sind auch bei Tag gut sichtbar und bei Nacht wird vermieden, dass die Abbilder in Sättigung geraten und damit eine quantitative Auswertung verhindert würde .

Die Beleuchtung kann vorteilhaft über einzelne Leuchtdio- den, die z.B. in Reihe angeordnet sind, realisiert werden. Es könnte alternativ ein Lichtband genutzt werden. Vorzugsweise ist hierbei eine ausreichend gerichtete Abstrahlcharakteristik von z.B. kleiner ± 20° gewährleistet. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Aus- führungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch das Grundprinzip einer möglichen Anord- nung von Beleuchtungsquelle und Kamera mit Strahlengängen bei einer trockenen Scheibe ;

Fig. 2 schematisch die veränderten Strahlengänge bei Regen auf der Scheibe;

Fig. 3 von einem Bildsensor einer Kamera detektierte Signa- le, die auf Regen schließen lassen;

Fig. 4 eine Anordnung, bei der die an der Innenseite der Scheibe reflektierten Strahlen nur teilweise auf dem Bildsensor der Kamera abgebildet werden; Fig. 5 eine Anordnung, bei der die reflektierten Strahlen überlagert zum fokussierten Fernbereich auf dem Bildsensor abgebildet werden;

Fig. 6 a ein Bayer-Pattern als Filterpixelmatrix und

Fig. 6 b ein modifiziertes Bayer-Pattern mit einem farblosen Filterpixelelement;

Fig. 7 schematisch eine alternative Anordnung von Beleuchtungsquelle und Kamera, bei der die Beleuchtungsquelle auf einem Schaltungsträger unterhalb der Sichtblende der Kamera angeordnet ist;

Fig. 8 schematisch die veränderten Strahlengänge der alternativen Anordnung bei Regen auf der Scheibe;

Fig. 9 und 10 schematisch eine zusätzliche Möglichkeit mit der alternativen Anordnung Regen zu detektieren durch Mes- sen eines im Regentropfen reflektierten Anteils des Hauptstrahls der Beleuchtungsquelle, der bei Regen auf der Scheibe auf die Kamera trifft;

Fig. 11 eine Anordnung, bei der das Licht aus der Beleuchtungsquelle über einen Lichtleiter auf die Scheibe geführt wird .

Fig. 1 verdeutlicht das Funktionsprinzip einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die hier vorgestellte Regenerkennung basiert auf einer auf den Fernbereich fokussierten Kamera (1) und einer Beleuchtung (3) , die im Gegensatz zur großflächigen Beleuchtung aus US 7,259,367 B2 einen oder mehrere gebündelte Strahlen (h) nutzt.

Ein von einer Beleuchtungsquelle (3) erzeugter Lichtstrahl (h) wird so auf die Scheibe (2) gerichtet, dass die von der Innen- (2.1) und Außenseite (2.2) der Scheibe reflektierten Strahlen als zwei räumlich getrennte Strahlen (r1, r2) auf das Objektiv bzw. die Kamera (1) auftreffen. Wegen der Fo- kussierung auf den Fernbereich ist die Umrandung der Strah- lenbündel nur unscharf auf den Bildchip (5) abgebildet. Aber beide Strahlen (r1, r2) sind ausreichend getrennt und ihre jeweilige Lichtmenge ist mit dem Bildsensor (5) messbar.

Bei dieser Ausführungsform wird der Hauptstrahl (h) der Beleuchtungsquelle (3) verwendet, daher kann das Licht der Beleuchtungsquelle vorzugsweise gebündelt sein. Der an der Luft-Scheibe-Grenzfläche (bzw. Scheibeninnenseite (2.1)) reflektierte Anteil (rl) des Hauptstrahls dient als Referenzstrahl. Vom Anteil, der in die Scheibe transmittiert (tl) wird, dient der Anteil als Messstrahl (r2) , der an der Scheibe-Luft-Grenzfläche (bzw. Scheibenaußenseite (2.2)) reflektiert wird und auf die Kamera (1) trifft. Nicht dargestellt ist der Anteil des Strahls, der mehrfach innerhalb der Scheibe (2) reflektiert wird (an der Innenseite (2.1) Scheibe-Luft, nachdem er an der Außenseite (2.2) Scheibe - Luft reflektiert wurde) .

Diese Anordnung bietet den Vorteil einer ausgeprägten Sig- naländerung bei Vorliegen von Regen (4) auf der Scheibenaußenseite (2.2) wie anhand von Fig. 2 erläutert wird.

Wenn nun im Regenfall (4) die Außenseite (2.2) der Windschutzscheibe (2) benetzt wird, wird der überwiegende Teil des Lichts (tl) ausgekoppelt, so dass der reflektierte An- teil (r2') entsprechend geschwächt wird (siehe Fig. 2) . Der von der Innenseite (2.1) reflektierte Strahl (rl) ist davon unbeeinflusst .

Durch den Vergleich der gemessenen Lichtmengen beider Strahlen (r1 zu r2 bzw. r2 ' ) kann so leicht das im Regenfall (4) verminderte Signal (r2 ' ) gemessen werden und ein Scheibenwischer entsprechend angesteuert werden.

Um den Fahrer und andere Verkehrsteilnehmer nicht durch die Beleuchtung (3) zu irritieren, kann insbesondere nah infrarotes Licht verwendet werden, für das in der Regel die eingesetzten CCD- oder CMOS-Bildchips (5) eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Um gegenüber Störungen wie Rauschen, Tages- und Sonnenlicht und andere künstliche Lichtquellen unempfindlich zu werden, wird vorgeschlagen, die Lichtquelle (3) vorzugsweise synchron mit dem Bildauslesetakt teilweise oder komplett zeitlich zu modulieren, so dass über einfache Differenzverfah- ren Störungen abgezogen werden können. Dies ist eine Möglichkeit zur Verbesserung des Signal- zu Rauschabstandes. Eine weitere Möglichkeit besteht in geeigneter spektraler Filterung: Der Ausschnitt des Bildchips (5), auf den die Strahlenpaare (r1, r2/r2') treffen, kann mit einem spektra- len Bandpass versehen werden, der eine hohe Durchlässigkeit für die Wellenlänge der Beleuchtung (3) aufweist.

Fig. 3 zeigt im oberen Teil (6) des Bildsensors (5) , der der Regenerkennung dient, jeweils sieben Paare von Beleuch- tungsreflexen (8, 9), die z.B. von sieben LEDs als Beleuch- tungsquelle (3) erzeugt werden. Diese sind aufgrund der auf unendlich fokussierten Kamera (1) nicht scharf abgebildet aber wahrnehmbar. Insbesondere kann die LichtIntensität bzw. -menge gemessen werden. Die oberen Beleuchtungsreflexe {8} werden von an der Innenseite (2.1) der Windschutzscheibe (2) reflektierten Strahlen (rl) erzeugt, die unteren (9) von an der Außenseite der Windschutzscheibe reflektierten Strahlen (r2, r2 ' ) erzeugt. Um gleichzeitig mit dem Kamerabild Fahrerassistenzfunktionen realisieren zu können, dürfen die Lichtbündelpaare (8, 9) das Fahrerassistenzbild (7) nicht stören. Hierzu wird in Fig. 3 ein Bereich (6) gewählt, der außerhalb des Fahrerassistenzbildes (7) auf dem Bildchip (5) liegt.

Fig. 3 zeigt somit eine beispielhafte Aufteilung des Fahrerassistenzbereiches (7) und des Regensensorbereiches (6) auf dem Bildchip (5) . Die Beleuchtungsreflexe von der äußeren Windschutzscheibe (9), über denen ein Regentropfen (4) liegt, sind in der Intensität abgeschwächt. Diese Beleuchtungsreflexe (9) stammen von an der Außenseite (2.2) der Windschutzscheibe (2) reflektierten Strahlen (r2') und sind von verringerter Intensität, weil ein Großteil des in die Windschutzscheibe (2) transmittierten Strahls (t1) durch Regentropfen (4) aus der Windschutzscheibe ausgekoppelt (t2') und somit nicht zurück zur Kamera (1) reflektiert (r2') wird. Diese Beleuchtungsreflexe (9) tragen also die Information in sich, ob Regen (4) auf der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) vorliegt, und deren Lichtmenge könnte al- leine als Messsignal verwendet werden. Die Auswertung kann z.B. durch Vergleich mit einem Schwellwert, durch Vergleich der Lichtmengen mehrerer dieser Beleuchtungsreflexe (9) untereinander und/oder durch Analyse der zeitlichen Veränderungen der Lichtmenge zumindest eines dieser Beleuchtungs- reflexe (9) erfolgen.

Um Störungen durch die Beleuchtung (3) weitestgehend zu vermeiden, kann zusätzlich auf einem Abdeckglas des Bildchips (5) bis zur oberen Kante des Fahrerassistenzbereichs (7) ein Infrarot-Sperrfilter aufgedampft werden. Zusätzlich kann, wie bereits oben erwähnt, über dem Regensensordetek- tionsbereich (6) ein Bandpassfilter für die Wellenlänge der Beleuchtung (3) aufgedampft werden. Alternativ könnten die Filter auch direkt auf die Pixel des Bildsensors (5) aufgebracht sein. Dies hätte den Vorteil, dass ein Parallaxenversatz, der durch die Kante der unterschiedlichen Filter für den Regensensorbereich (6) und Fahrerassistenzbereich (7) auf dem Abdeckglas erzeugt wird, vermieden wird. Vorteilhaft wäre hier ein Prozess, der dem jetzigen Aufbringen der Pixel-Farbfilter entspricht. Dadurch können die beiden Bereiche (6, 7) pixelgenau getrennt werden, womit zusätzliche mechanische Toleranzvorhalte, die sich durch den Produktionsprozess ergeben, vermieden wer- den. In diesem Zuge würde man auf das Aufbringen von Farbfiltern (R, G, B) für den Regensensorbereich (6) verzichten und dadurch die Empfindlichkeit für die Regendetektion steigern. Fig. 4 zeigt eine teilweise Abbildung der Beleuchtungsflecken bzw. -reflexe (8) auf dem Bildchip (5) .

Der obere Bereich für den Regensensor (6) muss gemäß einer Ausführungsvariante nicht notwendigerweise die Reflexe (8) von der inneren Fläche der Windschutzscheibe (2.1) enthalten, da die Veränderung des Lichtes durch Regen (4) auf den unteren Lichtflecken (9) sichtbar ist. Diese alleine können daher als Messsignal genügen und z.B. mit einem Lichtmen- genschwellwert verglichen werden. Ist das Messsignal größer oder gleich dem Schwellwert, wird erkannt, dass die Scheibe trocken ist. Liegt das Messsignal dagegen unterhalb des Schwellwerts, wird Regen (4) auf der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) erkannt. Je stärker das Messsignal den Schwellwert unterschreitet, desto mehr Regen liegt auf der Scheibe (2) vor. Diese Ausführungsvariante bietet die Möglichkeit, dass der Bereich für den Regensensor (6) sehr stark verkleinert werden kann.

Damit entfällt jedoch der obere Fleck (8) aus Fig. 4 bei dieser Ausführungsvariante als Referenzlichtmenge, was sich bei BeieuchtungsSchwankungen nachteilig auswirken könnte. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann der obere Regensensorbereich (6) bevorzugt nur soweit verkleinert werden, dass die oberen Lichtflecken (8) noch teilweise sichtbar sind. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.

Fig. 5 zeigt eine räumliche Überlappung des Fahrerassistenzbereichs (7) bzw. der Fernbereichsabbildung mit dem Regensensorbereich (6) bzw. der unscharfen Abbildung der Beleuchtungsreflexe (8, 9). Sollte der Bildchip (5) oder die bauliche Integration der Beleuchtung keine ausreichende Größe für die räumlich getrennte Abbildung der Lichtflecke (8, 9) und des Fahrerassistenzbereichs (7) zulassen, so könnte z.B. alternierend mit dem Fahrerassistenzbild ein Extrabild der Regensensorlichtflecken aufgenommen werden. Hierzu wird die Beleuchtung (3) während der Aufnahme des Fahrerassistenzbildes abgeschaltet und für die Aufnahme des Regensensorbildes wieder angeschaltet.

Dies bietet für die Regensensierung gleichzeitig den Vorteil, dass ein Differenzbild mit dem vorhergehenden Fahrer- assistenzbild gebildet werden kann, wodurch das Hintergrundsignal stark vermindert wird und idealer Weise nur das Regensensorbild der Lichtflecken (8, 9) übrig bleibt.

Häufig besitzen Fahrerassistenzkameras (1) ein Infrarot- Sperrfilter, um die spektralen Anforderungen an die Optik zu reduzieren und/oder eine bessere Farberkennung zu ermöglichen. Die Farbfilter (R, G, B) auf den einzelnen Pixeln der heutzutage eingesetzten Bildchips (5) besitzen im infraroten Spektralbereich häufig wieder eine hohe Transmissi- on und verschlechtern damit die Farbselektivität.

Bei räumlicher Überlappung des Fahrerassistenzbereichs (7) mit dem Regensensorbereich (6) wie in Fig. 5 dargestellt kann entweder kein Infrarotsperrfilter genutzt werden, oder die Wellenlänge der Beleuchtung (3) sollte in den sichtba- ren Bereich geschoben werden.

Wenn bessere Farbfilter (R, G, B) eingesetzt werden, die das infrarote Licht nicht mehr durchlassen, kann durch eine geschickte Wahl des Farbfiltertnusters gleichzeitig und räumlich überdeckt die Regensensorflecken (8, 9) und das Fahrerassistenzbild (7) aufgenommen werden.

Fig. 6a zeigt das sehr verbreitete Bayer Pattern R-G-G-B, rot -grün-grün-blau .

Fig. 6b zeigt ein Beispiel für ein modifiziertes Muster R- N-G-B, bei dem der neutrale Pixel (N) überhaupt kein Farbfilter besitzt und somit für das sichtbare und das infrarote Licht durchlässig ist. Nur diese „weißen" Pixel (N) werden für die Regensensierung genutzt. Zusätzlich könnten sie, bei zeitlicher Trennung der beiden Aufnahmen, auch für die Fahrerassistenzfunktionen genutzt werden, um die Dynamik des Bildchips (5) und die Empfindlichkeit in dunklen Situationen zu erhöhen. In Fig. 1 und 2 ist eine Beleuchtung (3) mit einem Strahlengang dargestellt, der nahe am Winkel der Totalreflexion in der Scheibe (2) liegt. In der dort dargestellten Anordnung ist die Signaländerung bei Auftreten von Regentropfen (4) auf der Scheibe (2) besonders ausgeprägt.

Allerdings ist die Beleuchtungsquelle (3) weit unterhalb der Kamera (1) außerhalb des kompakten Kameragehäuses angeordnet, was bauliche Einschränkungen und Nachteile mit sich bringt . Fig. 7 und 8 zeigen eine alternative Anordnung, die den Vorteil bietet, dass die Beleuchtungsquelle (3) in die Kamera (1) , genauer in das Kameragehäuse integriert werden kann.

Wenn der Öffnungswinkel der Beleuchtung (üblicherweise mit- tels LEDs) groß genug ist, kann die Beleuchtungsquelle (3) auch innerhalb der Kamera (1), z.B. wie dargestellt auf einer Platine (12) des Kameraaufbaus platziert werden. Hierdurch ergibt sich ein erheblicher Integrationsvorteil. Der relative Effekt zwischen dem an der Außenseite (2.2) reflektiertem Strahl (r2) und dem an der Innenseite reflektierten Strahl (rl) des Nebenstrahls (n) der Beleuchtungs- quelle (3) erweist sich als gut messbar und ausreichend, um Regentropfen (4) auf der Scheibe (2) zuverlässig erkennen zu können.

Wenn für die Beleuchtung infrarotes Licht verwendet wird und die Beleuchtungsquelle (3) wie in Fig. 7 unterhalb einer Sichtblende bzw. eines Sichttrichters (11) angeordnet ist, muss die Sichtblende (11) zumindest in dem Bereich, durch den der Lichtstrahl (n) aus der Beleuchtungsquelle

(3) zur Scheibe (2) tritt, für infrarotes Licht transparent sein. Fig. 8 zeigt die Veränderung bei Vorliegen von Regentropfen

(4) auf der Außenseite (2.2) der Scheibe (2):

Auch hier bewirken Regentropfen (4) eine stärkere Auskopplung (t2') von Licht aus der Scheibe in den Bereich vor der Scheibe. Dadurch wird von der Kamera (1) eine verringerte Intensität des Teilstrahls {r2') gemessen, der an der Außenseite (2.2) der Scheibe (2) reflektiert wurde.

Bei dieser Ausführungsform wird nicht der Hauptstrahl (h) der Beleuchtungsquelle genutzt, sondern ein Nebenstrahl (n) , der über Reflexionen an der Scheibe (2) als mindestens zwei räumlich getrennte Teilstrahlen (r1; r2 ; r2 ' ) auf die Kamera (1) trifft. Ansonsten sind die Strahlenverläufe und -anteile den in Fig. 1 und 2 gezeigten vergleichbar, die Bezugszeichen werden entsprechend gleich verwendet.

Die in Fig. 1 und 2 sowie Fig. 7 und 8 dargestellte Detek- tionsweise beruht darauf, vergleichbar zum klassischen optischen Regensensor, eine Lichtverminderung zu detektieren, wenn die Außenseite (2.2) der Scheibe (2) nass ist.

Zusätzlich kann bei dieser Anordnung auch das am Regentropfen (4) reflektierte Licht (rh) des Hauptstrahls (h) genutzt werden, um Regen zu detektieren. Dies ist in Fig. 9 und 10 dargestellt.

Fig. 9 zeigt die Situation bei trockener Scheibe (2) : während wie in Fig. 7 vom Nebenstrahl (n) der an der Innenseite (2.1) der Scheibe (2) reflektierte Anteil (rnl) eine Referenzintensität auf dem Bildsensor (5) bewirkt, wird der Hauptstrahl (h) nicht auf den Bildsensor abgebildet. Solange ausschließlich Beleuchtungsreflexe des Referenzstrahls (rnl) detektiert werden, kann daher erkannt werden, dass kein Regen (4) auf der Scheibe (2) ist. Wie in Fig. 10 dargestellt, bewirken Regentropfen (4) auf der Außenseite (2.2) der Windschutzscheibe (2), dass ein geringer Anteil (rh) des Hauptstrahls im Regentropfen (4) derart reflektiert wird, dass er auf die Kamera (1) trifft. Hier kann also aus dem Auftreten eines oder mehrerer Be- leuchtungsreflexe zusätzlich zu Beleuchtungsreflexen des Referenzstrahls (rnl) auf das Vorliegen von Regen (4) geschlossen werden.

Es können natürlich auch beide Detektionsweisen (aus Fig. 7+8 und aus Fig. 9+10) miteinander kombiniert werden, um die Regenerkennung zu verbessern und gegen störende Umwelteinflüsse (wechselnder Hintergrund, Sonnenreflexe, Scheinwerfer u.a.) robuster zu machen. Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Anordnung einen Lichtleiter (13) umfasst. Zur Vereinfachung der Integration der Beleuchtung (3) in das Gehäuse der Kamera (1) und zur Führung des Lichtstrahls (h) an eine bestimmte Stelle der Windschutzscheibe (2), wird hier ein Lichtleiter (13) verwendet. Hierdurch kann insbesondere die Positionierung des Lichtreflexes (9) (für die Regendetekti - on) von dem Teilstrahl (r2; r2 ' ) , der ^' an der Außenseite (2.2) der Windschutzscheibe (2) reflektiert wird, auf dem Bildchip (5) in einen Bereich, der außerhalb des Fahreras- sistenzbereichs (7) liegt, erleichtert werden. Das Prinzip der Regendetektion ist dasselbe wie bei Fig. 7 und 8 erläutert wurde, nur wird statt des Nebenstrahls (n in Fig. 7+8) der Beleuchtung (3) der Hauptstrahl (h) mittels des Lichtleiters (13) entsprechend geführt.

Bezugszeichenliste

1 Kamera

2 Scheibe

2.1 Innenseite der Scheibe

2.2 Außenseite der Scheibe

3 Beleuchtungsquelle

4 Regen, Regentropfen

5 Bildsensor

6 Regensensorbereich

7 Fahrerassistenzbereich

8 Beleuchtungsreflex von Scheibeninnenseite

9 Beleuchtungsreflex von Scheibenaußenseite

10 Signalveränderung bei Regentropfen

11 Sichtblende

12 Schaltungsträger

13 Lichtleiter

h Hauptstrahl

n Nebenstrahl

r1 Anteil von h bzw. n, der an der Scheibeninnenseite reflektiert wird

t1 Anteil von h bzw. n, der an der Scheibeninnenseite

transmittiert wird

r2 Anteil von t1, der an der Scheibenaußenseite reflektiert wird

t2 Anteil von t1, der an der Scheibenaußenseite transmittiert wird

r2' entspricht r2 bei Regen auf der Scheibenaußenseite t2' entspricht t2 bei Regen auf der Scheibenaußenseite th1 Anteil des Hauptstrahls , der an der Scheibeninnenseite transmittiert wird

th2 Anteil von thl, der an der Scheibenaußenseite transmittiert wird

th.2 ' entspricht th.2 bei Regen auf der Scheibenaußenseite rh Anteil von th2 ' , der itn Regentropfen zur Kamera reflektiert wird

rn1 Anteil von n, der an der Scheibeninnenseite reflektiert wird

R Filterelement, das Licht im roten Wellenlängenbereich durchlässt

G Filterelement, das Licht im grünen Wellenlängenbereich durchlässt

B Filterelement, das Licht im blauen Wellenlängenbereich durchlässt

N Filterelement, das Licht im sichtbaren und/oder infraroten Wellenlängenbereich durchlässt