ES2335543T3 - Sensor fotosensible en el sector automovil. - Google Patents
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Abstract
Sistema que comprende un objetivo (O, L1) y un único sensor (C) fotosensible con respecto a al menos una parte de la radiación en el visible y/o en el infrarrojo cercano llevado en un vehículo, caracterizado por el hecho de que dicho sensor está asociado al objetivo (O, L1) que presenta una primera zona (Z1) que está focalizada en el infinito y una segunda zona (Z2) focalizada en campo cercano para la detección de gotas de lluvia sobre un parabrisas del vehículo.
Description
Sensor fotosensible en el sector automóvil.
La presente invención se refiere a cámaras
dotadas de sensores, por ejemplo del tipo sensor CCD (sensores con
acoplamiento de carga), sensor CMOS (Complementary Metal Oxide
Semiconductor) o incluso a cámaras de tipo cámaras de video.
Estos sensores se agruparán en lo que sigue del presente texto bajo
el término genérico de sensores fotosensibles. Suministran señales
representativas de imágenes que pueden ser tratadas posteriormente.
Son generalmente sensibles en el visible y/o en el infrarrojo, en
especial en el infrarrojo cercano.
Se integran cada vez más frecuentemente este
tipo de sensores fotosensibles en vehículos automóviles. Las
imágenes obtenidas pueden ser tratadas para permitir la
representación de imágenes en pantallas, por ejemplo al nivel del
salpicadero o proyectadas sobre el parabrisas, en especial para
avisar al conductor en caso de peligro o simplemente para mejorar
su visibilidad. Las imágenes también pueden permitir detectar gotas
de lluvia sobre el parabrisas.
Estas imágenes pueden participar en el
accionamiento automático de una funcionalidad del vehículo (alerta
al conductor, accionamiento automático de frenado, accionamiento
automático de los limpiaparabrisas en caso de visualización de
gotas de agua sobre el parabrisas, alerta visual o sonora, pilotaje
de determinadas funciones del pro-
yector ...).
yector ...).
Estos sensores pueden ser utilizados de día.
También pueden ser utilizados de noche, y entonces se pueden
aprovechar sus capacidades para detectar las radiaciones en el
infrarrojo. En utilización nocturna, estos sensores participan así
por ejemplo a la funcionalidad "visión de noche" (o "night
visión" en inglés), donde las imágenes, una vez tratadas,
son proyectadas sobre una pantalla de representación generalmente
en forma de imágenes en blanco y negro.
Se aprecia a partir de estas aplicaciones muy
variadas que es deseable, aunque muy difícil en la práctica,
utilizar un único sensor para realizar varias de estas aplicaciones,
puesto que los parámetros de captación de las imágenes varían
considerablemente según las aplicaciones.
Tómese una aplicación interesante especialmente
de la presente invención, a saber la utilización de un sensor para
detectar gotas de agua eventuales sobre el parabrisas del vehículo,
con el fin de pilotar automáticamente el funcionamiento de los
limpiaparabrisas: el sensor es generalmente llevado en el vehículo a
proximidad del parabrisas, por ejemplo a una veintena de
centímetros de este, y está por lo tanto asociado a una óptica
focalizada sobre el parabrisas con el fin de poder detectar con
precisión las gotas de agua sobre el parabrisas, sus contornos, su
tamaño.... Al contrario, sí se desea utilizar un sensor para tomar
imágenes de la carretera, es decir imágenes en campo lejano a
través del parabrisas, esta vez hay que asociar al sensor una óptica
focalizada en el infinito.
Esto conduce a utilizar sensores dedicados, uno
por aplicación, lo cual aumenta el coste, la ocupación de espacio y
la complejidad de los equipos del vehículo, no siendo la ocupación
de espacio el menor de los inconvenientes puesto que el espacio
disponible a proximidad del parabrisas es a menudo muy limitado.
Por lo tanto, la invención tiene como objetivo
dar remedio a estos inconvenientes, en especial proponiendo un
nuevo tipo de sensor llevado en un vehículo que pueda servir para
varias aplicaciones de manera satisfactoria.
La solicitud WO 03/029757 describe un detector
de humedad sobre una superficie, que utiliza
sub-ventanas.
La invención tiene ante todo por objeto un
sistema según la reivindicación independiente 1.
El "campo cercano" es un término conocido
por el experto en la materia, y se refiere aquí, en especial a una
distancia del orden del centímetro o de algunas decenas de
centímetros (correspondiente por ejemplo a una distancia habitual
cámara-zona barrida del parabrisas en el
vehículo).
El tamaño relativo de las zonas primera y
segunda del objetivo se puede adaptar según las necesidades.
De este modo, una de estas puede tener una
superficie mayoritaria o minoritaria con respecto a la otra. Se
entienden por "mayoritaria" y "minoritaria" las
extensiones espaciales respectivas de las zonas del objetivo
focalizadas diferentemente. Por lo tanto, "Mayoritaria"
significa que la zona del objetivo que está focalizada en el
infinito (respectivamente en campo cercano) se extiende sobre más
del 50% de la superficie de entrada del objetivo colocado ante el
sensor.
Según un modo de realización de la invención, el
ratio entre las superficies de las dos zonas del objetivo es de
aproximadamente 50/50 o, más generalmente, comprendido en el
intervalo 70/30-60/40. La elección del ratio se
hará, en especial, según se quiera favorecer la detección de
imágenes cercanas o lejanas, según las aplicaciones objetivo.
Por lo tanto, la invención propone utilizar un
objetivo multi-, en especial bifocal de manera que el sensor
llevado a bordo pueda ser multifunciones: unos procesos de detección
de bordes de vía, de bordes de carretera, de detección de peatones
o de obstáculos podrán sacar provecho de las porciones de imágenes
tomadas por el sensor, suficientemente claras gracias a la zona del
objetivo focalizada en el infinito. Y un procedimiento del tipo
funcionamiento automático de los limpiaparabrisas podrá sacar
provecho de la porción de imágenes tomadas a muy corta distancia,
sobre el parabrisas, a través de la zona del objetivo focalizada
sobre el parabrisas. De este modo, se puede tener una imagen que es
la superposición de imágenes tomadas lejos con la focal adaptada, e
imágenes tomadas a corta distancia de focal más pequeña. Puede ser
útil, opcionalmente, mejorar el contraste de al menos una de las
imágenes o de la superposición de imágenes así obtenida(s)
mediante un tratamiento conocido del tipo de refuerzo de los
contrastes.
Ventajosamente, el objetivo comprende una
pluralidad de elementos ópticos del tipo lentes, en especial
reagrupados en uno o varios trenes de lentes de manera conocida, de
los cuales un elemento óptico define a la zona y está dispuesto en
o sustancialmente a proximidad de un plano de pupila de abertura del
objetivo. Esta disposición particular garantiza que cualquier punto
de la imagen en campo lejano (imagen de la carretera) por un lado y
que cualquier punto de la imagen en campo cercano (imagen del
parabrisas) por otro lado estén formados por una cantidad
equivalente de rayos (porciones de la pupila de abertura
equivalentes).
Este elemento óptico, una vez satisfecha esta
condición, puede ser dispuesto en cualquier lugar del objetivo, que
es generalmente una combinación compleja de lentes. Se prevén dos
configuraciones, en especial: o bien es el primer elemento óptico
desde la entrada del objetivo, o bien es un elemento óptico
dispuesto justo aguas arriba. Se entiende por "entrada" del
objetivo la cara del objetivo girada hacía la imagen a tomar, por
lo tanto hacia el exterior, y por "aguas arriba" un disposición
delante del objetivo con respecto a la imagen a detectar.
Según un modo de realización, este elemento
óptico es una lente mayoritariamente neutra en el plano óptico y
localmente focalizada en campo cercano. Puede tratarse en especial
de una lente con caras de entrada y de salida paralelas, y que
presenta localmente una cara de salida al menos sensiblemente
parcialmente convexa.
Según otro modo de realización, este elemento
óptico es la primera lente del objetivo, la lente de entrada de
este, obteniéndose la zona focalizada en campo cercano mediante una
modificación local de la curvatura de la cara de salida de la
lente, en especial con una parte convexa diferente de la curvatura
del resto de la cara de salida.
En ambos casos, la modificación puede
presentarse en forma de una porción de lente esférica o
asférica.
Ventajosamente, la zona focalizada en campo
cercano de la cara de salida del elemento óptico está situada en la
parte central de dicho elemento.
Concretamente, el objetivo puede ser un tren de
lentes cuya primera lente está modificada o asociada a una lente
modificada, siendo todas las lentes de contorno sensiblemente
circular, y siendo la modificación una zona centrada sobre la cara
de la lente considerada, y protuberante con respecto a la curvatura
o la ausencia de curvatura de esta.
El sensor y su objetivo así descritos pueden ser
utilizados en procedimientos de detección de gotas de lluvia sobre
un parabrisas del vehículo, y también para captar imágenes de
escenas de la carretera a través del parabrisas del vehículo.
La invención también se refiere a un
procedimiento de detección de gotas de lluvia sobre un parabrisas
según la reivindicación independiente 10.
La invención también se refiere a un dispositivo
de tratamiento de imágenes llevado en un vehículo automóvil según
la reivindicación independiente 11.
La invención también se refiere a un
procedimiento de tratamiento de imágenes según la reivindicación
independiente 12.
La invención también se refiere al vehículo
automóvil según la reivindicación independiente 13.
La invención será detallada a continuación con
ejemplos no limitativos, con ayuda de las figuras siguientes:
- la figura 1a, 1b, 1c: una representación
esquemática de objetivos de sensor interesante para la
invención,
- la figura 2a, 2b: una representación
esquemática de un sensor con objetivo modificado según la invención
visto en sección, cuando se considera una imagen de una escena de
carretera a lo lejos (La figura 2a) o de una gota de agua sobre el
parabrisas (La figura 2b),
- la figura 3: una representación de la lente
modificada del objetivo según la figura precedente, vista de cara y
vista de lado,
- La figura 4a, 4b, 4c: imágenes tomadas a lo
lejos según la invención,
- La figura 5a, 5b, 5c: imágenes tomadas a corta
distancia según la invención,
- La figura 6: una imagen que superpone una
imagen tomada a lo lejos y tomada a corta distancia según la
invención.
Todas estas figuras son extremadamente
esquemáticas y no respetan necesariamente la escala, para mayor
claridad.
La figura 1a representa un sensor estándar C,
del tipo CCD, y asociado a un objetivo O focalizado en el infinito
con el fin de capturar imágenes a lo lejos. El sensor y el objetivo
están dispuestos detrás de la zona barrida del parabrisas de un
vehículo automóvil, a aproximadamente entre una decena y una
veintena de centímetros de este. El objetivo O comprende un tren de
lentes, y se simboliza mediante una única lente O. Se han trazado
rayos que entran en el objetivo para alcanzar la superficie
receptora del sensor C: Los rayos r1 están situados en lo alto, r2
en la parte media y r3 en la parte baja, de la imagen.
La figura 1b añade a la figura precedente la
representación simbólica de un parabrisas P y de una gota G sobre
este. Con un tal objetivo, esta gota de agua G sobre el parabrisas
no está correctamente representada sobre el sensor, y por lo tanto
no es detectable por tratamiento de imágenes.
Tal como se representa en la figura 1c, se añade
según la invención al objetivo O una lente suplementaria L1, que es
mayoritariamente neutra en el plano óptico, excepto en su parte
central donde presenta una zona Z2 focalizada en campo cercano, de
forma al menos parcialmente convexa: se obtiene un objetivo con una
zona Z1 de focal en el infinito "que envuelve" a una zona Z2
focalizada en campo cercano.
La figura 3 presenta la cara de salida de la
lente modificada L1: la zona focalizada en campo cercano Z2 es de
forma circular, dispuesta sobre la cara de salida circular de la
lente, de manera concéntrica. Según un ejemplo de realización, la
zona Z1 y la zona Z2 son de dimensiones similares (una vez
proyectadas en un plano vertical según la figura ). La zona Z2
modificada es aquí de forma convexa, sustancialmente esférica.
Alternativamente, la zona Z2 puede ser asférica.
Tal como se representa en la figura 2a, esta
lente L1 se encuentra en un plano de pupila de abertura del
objetivo O. Esta lente no modifica el encaminamiento de los rayos
que producen la imagen de los objetos a gran distancia, excepto en
el centro de la imagen. Sin embargo, los rayos que atraviesan el
objetivo en esta parte central Z2 son desviados de tal manera que
generan la imagen más hacia el centro de la imagen.
El resultado, representado en la figura 4c, es
una imagen que superpone:
- una imagen muy neta de la escena de carretera,
representada en la figura 4a (y correspondiente a los rayos r4 que
pasan por la periferia tal como se representa en la figura 2a, es
decir atravesando la zona Z1 de focal en el infinito)
- y una imagen muy borrosa (correspondiente a
los rayos r5 que pasan por el centro tal como se representa en la
figura 2a, es decir los rayos que pasan por la zona Z2 de focal
reducida de la lente L1).
Con referencia ahora a la gota de agua G: su
imagen es producida correctamente por los rayos que atraviesan la
zona Z2 de la lente L1, que son los rayos r6 representados en la
figura 2b. En cambio, su imagen es muy borrosa para los rayos r7
que pasan por Z1: son los rayos r7 representados en la figura
2b.
El resultado, representado en la figura 5c, es
una imagen que superpone
- una imagen muy neta de la gota: figura 5a,
- y una imagen muy borrosa: figura 5b.
De este modo, el sistema
sensor-objetivo según la invención "mira" a la
vez a lo lejos y a muy corta distancia, la imagen global
representada en la figura 6 y que es la suma de las imágenes 4c y
5c. Se verifica en la figura 6 que la imagen obtenida permite una
gran nitidez simultáneamente de la imagen de la carretera a lo
lejos y de las gotas de agua sobre el parabrisas.
Se puede prever un tratamiento de imágenes del
tipo tratamiento de refuerzo de los contrastes, aunque es
opcional.
Por lo tanto, la invención permite repartir
correctamente la misma cámara, el mismo sensor, para múltiples
funciones, gracias a un objetivo modificado. De este modo, no es
necesario tener un sensor dedicado a la detección de lluvia.
De este modo, la invención halla así aplicación
en el sector automóvil, pero es también aplicable a cualquier otro
sector donde se necesite un sensor que sea eficaz tanto de cerca
como de lejos, en especial en cualquier otro tipo de medio de
locomoción.
Las imágenes obtenidas según la invención
pueden, a continuación, ser objeto de diversos tratamientos con
vistas a su explotación.
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad al
respecto.
\bullet WO 03029757 A [0009]
Claims (13)
1. Sistema que comprende un objetivo (O, L1) y
un único sensor (C) fotosensible con respecto a al menos una parte
de la radiación en el visible y/o en el infrarrojo cercano llevado
en un vehículo, caracterizado por el hecho de que dicho
sensor está asociado al objetivo (O, L1) que presenta una primera
zona (Z1) que está focalizada en el infinito y una segunda zona
(Z2) focalizada en campo cercano para la detección de gotas de
lluvia sobre un parabrisas del vehículo.
2. Sistema según la reivindicación anterior,
caracterizado por el hecho de que el objetivo (O, L1)
comprende una pluralidad de elementos ópticos del tipo lentes, en
especial reagrupados en uno o varios trenes de lentes, de los
cuales un elemento óptico (L1) define la segunda zona (Z2) y
dispuesto en o sustancialmente a proximidad de un plano de pupila
de abertura del objetivo (O, L1).
3. Sistema según la reivindicación anterior,
caracterizado por el hecho de que el elemento óptico (L1) que
define la segunda zona (Z2) es el primer elemento óptico desde la
entrada del objetivo (O, L1), o es un elemento óptico dispuesto
justo aguas arriba de esta.
4. Sistema según la reivindicación anterior,
caracterizado por el hecho de que el elemento óptico (L1) que
define la segunda zona (22) es una lente mayoritariamente neutra en
el plano óptico y que presenta localmente (Z2) la focalización
deseada.
5. Sistema según la reivindicación anterior,
caracterizado por el hecho de que el elemento óptico (L1)
mayoritariamente neutro en el plano óptico es de tipo lente con
caras de entrada y de salida paralelas, y que presenta localmente
una cara de salida sensiblemente al menos parcialmente convexa (Z2),
en especial de tipo esférica o asférica.
6. Sistema según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que el elemento óptico (L1) que
define la segunda zona (Z2) es la primera lente del objetivo (O,
L1), obteniéndose la segunda zona (Z2) por una modificación local
de la curvatura de la cara de salida de la lente, en especial con
una parte convexa diferente de la curvatura del resto de la cara de
salida.
7. Sistema según la reivindicación anterior,
caracterizado por el hecho de que la segunda zona (Z2) de
focal (F2) de la cara de salida del elemento óptico (L1) está
situada en la parte central de dicho elemento.
8. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que se utiliza en un procedimiento de detección de gotas de lluvia
sobre un parabrisas del vehículo.
9. Sistema según la reivindicación anterior,
caracterizado por el hecho de que también se utiliza para
captar imágenes de escenas de la carretera a través del parabrisas
del vehículo.
10. Procedimiento de detección de gotas de
lluvia sobre un parabrisas de un vehículo con ayuda de un sistema
que comprende un objetivo (O, L1) y un único sensor (C) fotosensible
con respecto a al menos una parte de la radiación en el visible y/o
en el infrarrojo cercano, caracterizado por el hecho de que
dicho sensor está asociado al objetivo (O, L1) que presenta una
primera zona (Z1) que está focalizada en el infinito y una segunda
zona (Z2) focalizada en campo cercano.
11. Dispositivo de tratamiento de imágenes
llevado en un vehículo automóvil, caracterizado por el hecho
de que utiliza al menos un sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9.
12. Procedimiento de tratamiento de imágenes,
caracterizado por el hecho de que utiliza las señales
recibidas por el sensor (C) del sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, llevado en un vehículo automóvil.
13. Vehículo automóvil caracterizado por
el hecho de que está provisto del sistema según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 9, estando el sistema dispuesto tras la zona
barrida del parabrisas del vehículo automóvil.
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