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DE102011055343A1 - Method for detection of rain from image of camera that is partially focused on disk of vehicle, involves evaluating span width and standard deviation of intensity values inside window with adjacent pixels for determination of edge increase - Google Patents

Method for detection of rain from image of camera that is partially focused on disk of vehicle, involves evaluating span width and standard deviation of intensity values inside window with adjacent pixels for determination of edge increase Download PDF

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Publication number
DE102011055343A1
DE102011055343A1 DE102011055343A DE102011055343A DE102011055343A1 DE 102011055343 A1 DE102011055343 A1 DE 102011055343A1 DE 102011055343 A DE102011055343 A DE 102011055343A DE 102011055343 A DE102011055343 A DE 102011055343A DE 102011055343 A1 DE102011055343 A1 DE 102011055343A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
image
pixels
edge
camera
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102011055343A
Other languages
German (de)
Inventor
Dionisie-Catalin Iordachescu
Dieter Krökel
Cristian Gabriel Craciunas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Aumovio Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH, Continental Automotive GmbH filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority to DE102011055343A priority Critical patent/DE102011055343A1/en
Publication of DE102011055343A1 publication Critical patent/DE102011055343A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50Context or environment of the image
    • G06V20/56Context or environment of the image exterior to a vehicle by using sensors mounted on the vehicle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60SSERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00Cleaning of vehicles
    • B60S1/02Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
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    • B60S1/0833Optical rain sensor
    • B60S1/0844Optical rain sensor including a camera

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Regen aus Bilddaten einer Kamera, die zumindest teilweise auf eine Scheibe eines Fahrzeugs fokussiert ist. Die Kamera kann insbesondere hinter einer Windschutzscheibe im Fahrzeug angeordnet und auf diese fokussiert sein. Mindestens eine Kante wird in den auf die Scheibe des Fahrzeugs fokussierten Bilddaten der Kamera erkannt, z.B. als Intensitäts- oder Farbübergang benachbarter Bildpunkte bzw. Pixel. Es wird ein Maß für den Anstieg der mindestens einen Kante bestimmt, bevorzugt ein Gradient der Intensitätswerte.The invention relates to a method for detecting rain from image data of a camera which is at least partially focused on a pane of a vehicle. In particular, the camera can be arranged behind a windshield in the vehicle and focused on it. At least one edge is detected in the image data of the camera focused on the window of the vehicle, e.g. as intensity or color transition of adjacent pixels or pixels. A measure of the slope of the at least one edge is determined, preferably a gradient of the intensity values.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Regentropfen auf einer Scheibe mittels einer Kamera. The invention relates to a method for detecting raindrops on a pane by means of a camera.

In der WO2010/072198 A1 wird eine Regenerkennung mit Hilfe einer Kamera beschrieben, die für automotive Fahrerassistenzfunktionen eingesetzt wird. Zur Regenerkennung wird eine bifokale Optik genutzt, die einen Teilbereich der Windschutzscheibe scharf auf einen Teilbereich des Bildsensors der Kamera abbildet. In the WO2010 / 072198 A1 Rain detection is described with the help of a camera, which is used for automotive driver assistance functions. For rain detection, a bifocal optics is used, which images a portion of the windshield sharply on a portion of the image sensor of the camera.

Zur Erkennung von Regentropfen auf einer Scheibe aus Bilddaten einer Kamera werden häufig Kantenerkennungsalgorithmen eingesetzt. Herkömmliche Kantenerkennungsalgorithmen benötigen vergleichsweise wenig Rechenleistung. Edge recognition algorithms are often used to detect raindrops on a pane of image data from a camera. Conventional edge detection algorithms require comparatively little computing power.

Eine Schwierigkeit bei der Erkennung von Regen aus Kanten im Bild liegt darin, dass Kanten im Bild erkannt werden, obwohl auf einer trockenen Scheibe kein Regen vorhanden ist, weil im Bild trotzdem Kanten vorliegen können, die einen anderen Ursprung haben. Dies kann zu einer Fehlauslösung einer automatischen Scheibenwischersteuerung führen. One difficulty in detecting rain from edges in the image is that edges are detected in the image, although there is no rain on a dry disk because there may still be edges in the image that have a different origin. This can lead to a false triggering of an automatic windscreen wiper control.

Eine Möglichkeit, die Regenerkennung zu optimieren besteht darin, komplexe Lernverfahren für eine Objekterkennung aus den Bilddaten einzusetzen, die nach einer Lernphase möglichst zuverlässig erkennen können, ob Regen auf der Scheibe ist oder nicht. Nachteilig an diesen Verfahren ist, dass der Bedarf an Rechenleistung sehr hoch ist, was die benötigte Hardwareausstattung teuer macht. One way to optimize the rain detection is to use complex learning methods for an object recognition from the image data, which can recognize as reliable as possible after a learning phase, whether rain is on the disc or not. A disadvantage of this method is that the need for computing power is very high, which makes the required hardware equipment expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu überwinden. The object of the present invention is to overcome the mentioned disadvantages of the processes known from the prior art.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erkennung von Regen aus Bilddaten einer Kamera, die zumindest teilweise auf eine Scheibe eines Fahrzeugs fokussiert ist. Die Kamera kann insbesondere hinter einer Windschutzscheibe im Fahrzeug angeordnet und auf diese fokussiert sein. Mindestens eine Kante wird in den auf die Scheibe des Fahrzeugs fokussierten Bilddaten der Kamera erkannt, z.B. als Intensitäts- oder Farbübergang benachbarter Bildpunkte bzw. Pixel. Zudem wird ein Maß für den Anstieg der mindestens einen Kante bestimmt, beispielsweise ein räumlicher Gradient der Intensitätswerte. Im Folgenden wird nur noch der Begriff Intensitätswert verwendet, er soll gleichzeitig auch Farbwerte (z.B. R-G-B oder C-M-Y-K) umfassen, die in gleicher Weise als einzelne Farbintensitätswerte betrachtet werden können. This object is achieved by a method for detecting rain from image data of a camera which is at least partially focused on a pane of a vehicle. In particular, the camera can be arranged behind a windshield in the vehicle and focused on it. At least one edge is detected in the image data of the camera focused on the window of the vehicle, e.g. as intensity or color transition of adjacent pixels or pixels. In addition, a measure for the rise of the at least one edge is determined, for example a spatial gradient of the intensity values. In the following, only the term intensity value will be used, and it shall at the same time also include color values (for example R-G-B or C-M-Y-K) which may likewise be regarded as individual color intensity values.

Die Lösung verwendet also eine Kantenerkennung, die jedoch gegenüber bekannten Kantenerkennungsalgorithmen (Canny, Sobel etc.) verbessert ist. Innerhalb eines Auswertungsbereichs bzw. einer Region-of-interest (ROI) des Bildes, aus dem Regen erkannt werden soll, werden vorzugsweise Stellen ermittelt, an denen die Wahrscheinlichkeit Regen zu erkennen hoch ist, im Vergleich zu benachbarten Bildbereichen. Thus, the solution uses edge detection, which, however, is improved over known edge detection algorithms (Canny, Sobel, etc.). Within an area of evaluation or a region-of-interest (ROI) of the image from which rain is to be detected, it is preferable to determine locations at which the probability of detecting rain is high in comparison to adjacent image areas.

Eine Grundidee der Erfindung ist es, Kanten im Bild auf die Steilheit des Intensitätsanstiegs zu untersuchen. Kanten mit einem steilen Intensitätsanstieg können Objekten im Nahbereich, d.h. insbesondere Regentropfen auf der Scheibe, zugeordnet werden, und werden als relevante Kanten bezeichnet. Kanten mit einem flachen Intensitätsanstieg können Objekten im Fernbereich zugeordnet werden, die sich vor der Scheibe befinden, und sind zur Regenerkennung im Rahmen der vorliegenden Erfindung irrelevant. A basic idea of the invention is to examine edges in the image for the steepness of the intensity increase. Edges with a steep increase in intensity can cause near-end objects, i. especially raindrops on the disk, and are referred to as relevant edges. Edges with a flat increase in intensity can be assigned to distant objects located in front of the disk and are irrelevant to rain detection in the present invention.

Bevorzugt wird eine Kante mit einem steilen Anstieg als Bestandteil eines in den Bilddaten abgebildeten potentiellen Regentropfens auf der Scheibe klassifiziert. Damit ist gemeint, dass bei einer Klassifizierung von Kantenpunkten bzw. von aus Kantenpunkten gruppierten Objekten, Kanten mit einem steilen Anstieg mit einer höheren Wahrscheinlichkeit als Regentropfen klassifiziert werden – und insofern relevante Kanten sind – als Kanten, die einen flachen Anstieg aufweisen. Preferably, an edge with a steep slope is classified as part of a potential raindrop on the disk imaged in the image data. By this is meant that when classifying edge points or objects grouped from edge points, edges with a steep slope are more likely to be classified as raindrops - and thus are relevant edges - than edges having a shallow slope.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden zur Bestimmung des Anstiegs einer Kante an einer Pixelposition die Spannweite und die Standardabweichung von Intensitätswerten innerhalb eines Fensters mit benachbarten Pixeln ausgewertet werden, wobei die Pixelposition im Zentrum des Fensters liegt. Als Fenster kann vorteilhaft ein n×n Pixel großes Fenster verwendet werden, so dass die Spannweite und die Standardabweichung von Intensitätswerten der aktuellen Pixelposition und der n2 – 1 benachbarten Pixeln ausgewertet werden. Beispielsweise werden die Intensitätswerte für ein Fenster von 3×3 Pixeln ausgewertet, wobei der aktuell betrachtete Pixel in der Mitte dieses Fensters liegt. Die Spannweite gibt die Differenz aus Maximal- und Minimalwert dieser neun einzelnen Intensitätswerte an. Auch Fenster mit n = 5, 7, ... sind vorstellbar. According to an advantageous embodiment, to determine the slope of an edge at a pixel position, the span and standard deviation of intensity values within a window will be evaluated with adjacent pixels, with the pixel position in the center of the window. As a window, advantageously, an n × n pixel-sized window can be used, so that the span and the standard deviation of intensity values of the current pixel position and the n 2 -1 adjacent pixels are evaluated. For example, the intensity values for a window of 3 × 3 pixels are evaluated, with the currently considered pixel lying in the middle of this window. The span indicates the difference between the maximum and minimum values of these nine individual intensity values. Even windows with n = 5, 7, ... are conceivable.

Vorteilhaft wird tagsüber zusätzlich die durchschnittliche Intensität von Pixeln des gesamten Auswertungsbereichs ausgewertet und berücksichtigt. Beispielsweise kann die Intensität des Kantenpixels und/oder der benachbarten Pixel verglichen werden mit der durchschnittlichen Intensität von Pixeln im Auswertungsbereich des Bildes. Tagsüber erscheinen Regentropfen auf der Scheibe dunkler im Bild, daher lässt eine unterdurchschnittliche Intensität auf einen Regentropfen schließen. Advantageously, during the daytime, the average intensity of pixels of the entire evaluation area is additionally evaluated and taken into account. For example, the intensity of the edge pixel and / or the adjacent pixels may be compared to the average intensity of pixels in the evaluation area of the image. During the day raindrops appear darker in the picture on the glass, therefore, a below-average intensity indicates a raindrop.

Nachts wird bevorzugt eine Beleuchtung zumindest des Regensensorbereichs der Scheibe aktiviert. Alle starken Kanten können nachts als relevant eingestuft und zur Regenerkennung weiterbetrachtet werden. At night, lighting of at least the rain sensor area of the pane is preferably activated. All strong edges can be classified as relevant at night and further considered for rain detection.

In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt eine Objektbildung aus einer Gruppierung der relevanten Kanten. Ausgehend von einem ersten ermittelten (und somit validen) Kantenpixel wird hierbei in alle acht benachbarten Richtungen nach weiteren validen Kantenpixeln gesucht. Gefundene benachbarte bzw. zusammenhängende Kantenpixel werden zu einem Objekt verbunden. In an advantageous embodiment, object formation takes place from a grouping of the relevant edges. Starting from a first determined (and thus valid) edge pixel, a search is then made in all eight adjacent directions for further valid edge pixels. Found contiguous edge pixels are connected to an object.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, von jedem gebildeten Objekt eine zugehörige rechteckige Fundstelle im Bild zu analysieren, um aus Anzahl der (validen) Kantenpixel, Seitenverhältnis des Bildausschnitts und/oder Prozentsatz von gesättigten Pixeln zu ermitteln, ob das gebildete Objekt einen Kandidaten für einen Regentropfen darstellt oder nicht. Gesättigte Pixel sind Pixel mit einem sehr hohen bzw. maximalen Intensitätswert, z.B. 80 oder 90 Prozent des maximalen Intensitätswerts. A preferred embodiment of the invention provides to analyze an associated rectangular location of each formed object in the image to determine from the number of (valid) edge pixels, aspect ratio of the image detail and / or percentage of saturated pixels, whether the formed object is a candidate for a raindrop or not. Saturated pixels are pixels with a very high or maximum intensity value, e.g. 80 or 90 percent of the maximum intensity value.

Regentropfen haben unterschiedliche Formen und Größen, nachdem sie sich auf der Scheibe anlagern. Kleine Regentropfen können in einer bestimmten Wettersituation nahezu transparent sein. Um in dieser Situation Regen zu erkennen, kann vorteilhaft ein Schwellwert, der zur Extraktion von validen Kantenpixeln dient, angepasst werden, in Abhängigkeit von der Spannweite der Intensitätswerte der Pixel im Auswertungsbereich (der ROI) und/oder von der Belichtungszeit der Kamera. Raindrops have different shapes and sizes after they attach to the disc. Small raindrops can be almost transparent in a specific weather situation. In order to detect rain in this situation, it is advantageously possible to adapt a threshold value which is used to extract valid edge pixels, depending on the range of the intensity values of the pixels in the evaluation region (the ROI) and / or on the exposure time of the camera.

In bestimmten Fällen kann es vorkommen, dass die Informationen, die aus der ROI ermittelt werden nicht ausreichen, um Sonnenreflexe von hellen Regentropfen aus den Bilddaten zu unterscheiden. Dem kann bevorzugt abgeholfen werden, indem ein zweiter Auswertungsbereich verwendet wird, um die Sonne in einem oberen Teil des Bildes zu erkennen. Eine zirkuläre Hough Transformation kann verwendet werden, um die kreisförmige Sonnenscheibe im Bild zu erkennen. In certain cases, the information obtained from the ROI may not be sufficient to distinguish sun-reflections from light raindrops from the image data. This can be remedied preferably by using a second evaluation area to detect the sun in an upper part of the image. A circular Hough transformation can be used to detect the circular solar disk in the image.

Das Phänomen eines „Schwalls“ tritt auf, wenn innerhalb von kurzer Zeit ein Großteil der Scheibe mit Wasser bedeckt ist. Dies stellt eine gefährliche Situation dar, weil der Fahrer praktisch nicht mehr durch das Fenster sehen kann. Um einen Wasserschwall zu erkennen, wird bevorzugt die Differenz der Gesamtzahl von starken Kanten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern berechnet. Im Bild vor dem Wasserschwall sind noch Kanten einzelner Tropfen zu erkennen, während im Bild, in dem der Wasserschwall erstmals eintritt, viele dieser Kanten verschwinden, da ein Großteil der Scheibe flächig mit Wasser bedeckt ist. Die Absolutzahl der relevanten Kanten und die relative Änderung werden zur Erkennung des Wasserschwalls mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen. Bei Erkennung eines Wasserschwalls kann beispielsweise ein Signal an die Scheibenwischersteuerung ausgegeben werden, so dass die Scheibe mit maximaler Geschwindigkeit gewischt wird. The phenomenon of a "surge" occurs when, within a short time, most of the disk is covered with water. This poses a dangerous situation because the driver practically can not see through the window anymore. In order to detect a water surge, the difference of the total number of strong edges between two consecutive images is preferably calculated. In the picture in front of the waterfall edges of individual drops are still visible, while in the picture, in which the water splash first occurs, many of these edges disappear, since a large part of the disc is covered with water surface. The absolute number of relevant edges and the relative change are compared with predetermined thresholds to detect the water surge. Upon detection of a water surge, for example, a signal to the windshield wiper control can be output, so that the disc is wiped at maximum speed.

Die Erfindung bietet mehrere Vorteile:
Robustheit: Die Regenerkennung basiert auf einer Analyse von Objekten auf der Scheibe, aber auch Umgebungsinformationen (Sonne, Schatten, etc.) können berücksichtigt werden.
The invention offers several advantages:
Robustness: Rain detection is based on an analysis of objects on the disk, but also environmental information (sun, shadow, etc.) can be taken into account.

Universalität: Das Verfahren funktioniert mit jeder Kamera, die zumindest einen Teilbereich einer Fahrzeugscheibe fokussiert abbildet. Universality: The method works with any camera that focuses on at least a portion of a vehicle window focused.

Kostenersparnis: Das Verfahren ist nicht sonderlich rechenaufwendig, die Regensensorfunktionalität kann problemlos in eine multifunktionale Fahrerassistenzkamera integriert werden, wobei die Regenerkennung zuverlässiger ist als bei herkömmlichen Regensensoren mittels Dioden. Cost savings: The process is not particularly computationally intensive, the rain sensor functionality can be easily integrated into a multifunctional driver assistance camera, the rain detection is more reliable than conventional rain sensors using diodes.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures and exemplary embodiments.

1 zeigt ein 3 × 3 Abfragefenster. 1 shows a 3 × 3 query window.

2 zeigt 4×5 Pixel eines Bildausschnitts. 2 shows 4 × 5 pixels of a picture detail.

3 zeigt, wie das Abfragefenster über den Bildausschnitt gelegt werden kann, zur Abfrage der Spannweite r und der Standardabweichung s eines bestimmten Pixels. 3 shows how the query window can be superimposed over the image detail to query the span r and the standard deviation s of a particular pixel.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel umfasst mehrere Schritte zur Bildauswertung: The described embodiment comprises several steps for image evaluation:

1. Berechnung der Gradientengröße („Kantenstärke”) 1. Calculation of the gradient size ("edge strength")

Zur Regenerkennung ist die Kamera auf einen Nahbereich fokussiert. Da die Scheibe transparent ist, sind Objekte im Hintergrund bzw. im Fernbereich (wie z.B. Straße, Fußgänger, vorausfahrendes Fahrzeug) zwar sichtbar, aber die Kanten dieser Objekte sind unscharf (aufgrund der mangelnden Tiefenschärfe der Kamera). Eine ausgewählte statistische Methode wird zur Berechnung der Gradientengröße herangezogen (siehe „Fuzzy Models and Algorithms for Pattern Recognition and Image Processing“, Autoren: James C. Bezdek, James Keller, Raghu Krisnapuram, Nikhil Pal, Seiten 566–567 ). For rain detection, the camera is focused on a near area. Since the disc is transparent, objects in the background or in the far field (such as road, pedestrian, vehicle ahead) are visible, but the edges of these objects are blurred (due to the lack of depth of field of the camera). A selected statistical method is used to calculate the gradient size (see "Fuzzy Models and Algorithms for Pattern Recognition and Image Processing", authors: James C. Bezdek, James Keller, Raghu Krisnapuram, Nikhil Pal, pp. 566-567 ).

Die Spannweite (englisch: range) r und die Standardabweichung s von Pixel-Intensitätswerten Xi aus einem n × n Kern (bzw. Abfragefenster) sind wie bereits erläutert relevante Größen für den Anstieg von Kanten. The range r and the standard deviation s of pixel intensity values X i from an n × n kernel (or query window) are, as already explained, relevant quantities for the rise of edges.

1 zeigt beispielhaft ein 3 × 3 Abfragefenster, das man sich über die Pixel pkl des Bildes der Kamera gelegt vorstellen kann. Die neun Fensterelemente sind von w1 bis w9 durchnummeriert und das Fenster dient zur Abfrage der Gradientenwerte für das zentrale Fensterelement w5 (in fetter Schrift dargestellt in 1). Die Größe eines Fensterelements entspricht hierbei der Größe eines Bildpixels pkl. 1 shows by way of example a 3 × 3 query window, which can be imagined laid over the pixels p kl of the image of the camera. The nine window elements are numbered from w 1 to w 9 and the window is used to query the gradient values for the central window element w 5 (shown in bold font in FIG 1 ). The size of a window element corresponds to the size of an image pixel p kl .

2 zeigt einen Ausschnitt des Bildes, der 20 Einzelpixel p11 bis p45 umfasst. Jeder Einzelpixel ist durch einen Intensitätswert X11 bis X45 gekennzeichnet. 2 shows a section of the image comprising 20 individual pixels p 11 to p 45 . Each individual pixel is characterized by an intensity value X 11 to X 45 .

3 zeigt, wie für den Pixel p23 aus 2 Spannweite r und Standardabweichung s bestimmt werden. Das Fenster (dicke Linien) aus 1 wird über die Pixel p12 bis p34 des Bildausschnitts (dünne Linien) aus 2 gelegt, so dass das zentrale Fensterelement w5 auf dem abzufragenden Pixel p23 liegt. Für dieses Fenster wj entsprechen die Intensitätswerte I = {X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9} den Intensitätswerten {X12, X13, X14, X22, X23, X24, X32, X33, X34} der Pixel p12 bis p34 aus 2. 3 shows, as for the pixel p 23 off 2 Span r and standard deviation s are determined. The window (thick lines) off 1 is via the pixels p 12 to p 34 of the image section (thin lines) off 2 so that the central window element w 5 lies on the pixel p 23 to be interrogated. For this window w j , the intensity values I = {X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 , X 6 , X 7 , X 8 , X 9 } correspond to the intensity values {X 12 , X 13 , X 14 , X 22 , X 23 , X 24 , X 32 , X 33 , X 34 } of pixels p 12 to p 34 2 ,

Für ein 3 × 3 Fenster sind die Funktionen fr, fs zur Berechnung der Spannweite r und der Standardabweichung s durch folgende Formeln gegeben: frs(wj) = (fr(wj), fs(wj)) For a 3 × 3 window, the functions f r , f s for calculating the span r and the standard deviation s are given by the following formulas: f rs (w j ) = (f r (w j ), f s (w j ))

Figure 00090001
Figure 00090001

Das Fenster wj kann in entsprechender Weise zur Abfrage weiterer Bildpixel pkl über den Bildausschnitt bzw. das Bild verschoben werden, wodurch sich die Werte Xi für die angegebenen Gleichungen i.d.R. ändern. The window w j can be moved in a corresponding manner to query further image pixels p kl over the image section or the image, whereby the values X i for the equations given change as a rule.

Die Merkmalsextraktoren fr und fs liefern also für jede Pixelposition zwei Werte, einen für die lokale Spannweite und einen für die lokale Standardabweichung. Diese Werte können nun mit je einem Schwellwert verglichen werden. Hieraus resultiert dann eine Aussage, ob eine Pixelposition einer relevanten Kante zugeordnet wird oder nicht. Tagsüber wird zusätzlich überprüft, ob der Pixel oder der Pixel und seine benachbarten Pixel gemittelt über eine niedrigere Intensität verfügen als der Mittelwert aller Pixelintensitäten im Auswertungsbereich. Sofern ein Pixel diese Kriterien (steile Kante, ggfs. tagsüber: Pixel(-region) dunkel) erfüllt, wird er als valider Pixel bezeichnet, da bislang davon auszugehen ist, dass er Bestandteil eines Regentropfens im Bild ist. The feature extractors f r and f s thus provide two values for each pixel position, one for the local span and one for the local standard deviation. These values can now be compared with one threshold each. This then results in a statement as to whether a pixel position is assigned to a relevant edge or not. In addition, it is checked during the day whether the pixel or the pixel and its neighboring pixels averaged have a lower intensity than the average of all pixel intensities in the evaluation area. If a pixel fulfills these criteria (steep edge, possibly daytime: pixel (region) dark), it is referred to as a valid pixel, since it can be assumed so far that it is part of a raindrop in the image.

Kanten mit einem steilen Anstieg entsprechen Objekten im Nahbereich, also Objekten im Bereich der Windschutzscheibe. Kanten mit einem flachen Anstieg entsprechen Objekten aus dem Fernbereich bzw. aus dem Hintergrund der Windschutzscheibe. Diese vergleichsweise einfache Kantenerkennungsmethode dient dazu, starke Kanten von weichen Kanten zu unterscheiden. Edges with a steep rise correspond to objects in the vicinity, ie objects in the area of the windshield. Ridges with a shallow rise correspond to objects from the far field or from the background of the windshield. This comparatively simple edge detection method serves to distinguish strong edges from soft edges.

2. Filtern von Kanten 2. Filter edges

Sonnen- oder andere helle Lichtreflexe in der Region-of-interest werden aufgrund Ihrer ausgeprägten Kantenstärke bei der Berechnung der Gradientengröße als mögliche Nahbereichsobjekte erkannt. Tagsüber wird daher zur Regenerkennung bevorzugt eine weitere Berechnung angestellt. Eine modifizierte Mittelwertbildung-Segmentierung der ROI wird angewendet: Eine relevante Pixelkante sollte tagsüber einen hohen Gradienten aufweisen und die Intensität des Pixels bzw. der Nachbarpixel sollte einen Wert unterhalb der mittleren ROI-Intensität aufweisen. Der Pixel bzw. die „Pixelgegend“ sollte dunkler als die durchschnittliche ROI-Intensität sein. Starke Kanten, die durch Störsignale verursacht sind, können durch morphologische Methoden eliminiert werden: Erosion mit anschließender Dilatation. Sun or other bright light reflections in the region-of-interest are recognized as possible near-field objects in the calculation of the gradient size due to their pronounced edge strength. During the day, therefore, a further calculation is preferably made for rain detection. A modified averaging segmentation of the ROI is applied: a relevant pixel edge should have a high gradient during the day, and the intensity of the pixel or neighboring pixels should be below the mean ROI intensity. The pixel or "pixel area" should be darker than the average ROI intensity. Strong edges caused by interfering signals can be eliminated by morphological methods: erosion with subsequent dilatation.

Zur nächtlichen Regenerkennung wird eine Infrarot-Beleuchtung der Windschutzscheibenfläche aktiviert, die zur Regenerkennung von der Kamera fokussiert abgebildet wird. Nachts können alle starken Kanten als relevante Kanten verwendet werden. Die oben beschriebene Segmentierung durch Mittelwertbildung ist hier nicht erforderlich. For nocturnal rain detection, an infrared illumination of the windshield surface is activated, which is focused on rain detection by the camera. At night, all strong edges can be used as relevant edges. The segmentation by averaging described above is not required here.

3. Objektbildung/-erkennung durch Gruppierung von Kanten 3. Object formation / recognition by grouping edges

Die validen Kantenpixel werden mittels einer als „object membership map“ (OMM) bezeichneten Methode zu Objekten gruppiert. The valid edge pixels are grouped into objects by means of a method called "object membership map" (OMM).

Jeder valide Pixel wird in acht Richtungen erweitert. Wenn einer der Nachbarpixel ebenfalls ein valider Pixel ist, wird dieser Pixel mit demselben Objektindex belegt, wie der (relevante) Ausgangspixel. Auf diese Weise werden alle miteinander verbundenen validen Pixel von relevanten Kanten mit dem Index des Objekts belegt, dem sie entsprechen. Dieser Vorgang wird wiederholt, was zu dem Ergebnis führt, dass Gruppen von verbundenen validen Pixeln erhalten werden, die jeweils mit einem Objektindex belegt sind. Each valid pixel is expanded in eight directions. If one of the neighboring pixels is also a valid pixel, this pixel is assigned the same object index as the (relevant) output pixel. In this way, all connected valid pixels of relevant edges are assigned the index of the object to which they correspond. This process is repeated, with the result that groups of connected valid pixels are obtained, each of which is populated with an object index.

4. Filtern von Objekten 4. Filtering objects

Jedes Objekt wird nun im Bild durch ein Rechteck begrenzt. Die Daten der Rechtecke (Fundstellen im Bild) werden während der Auswertung der OMM-Matrix berechnet. Jede rechteckige Fundstelle im Bild wird ausgewertet, um Fehlerkennungen zu eliminieren. Irrelevante Fundstellen im Bild haben ein spezifisches Seitenverhältnis, Prozentsatz an gesättigten Pixelintensitäten (nahe des Maximalwerts), Anzahl an validen Kantenpixeln. Über eines oder mehrere dieser Kriterien können relevante von irrelevanten Fundstellen im Bild unterschieden werden. Irrelevante Fundstellen enthalten eine sehr kleine Anzahl relevanter Kanten (bzw. valider Pixel) und können als Rauschen oder Fehlsignal betrachtet werden. Die relevanten Fundstellen umfassen dagegen Kandidaten für Objekte zur Regenerkennung. Zur Verdeutlichung könnten irrelevante Fundstellen mit einem roten Rahmen im Bild belegt werden, relevante mit einem grünen Rahmen. Each object is now bounded in the image by a rectangle. The data of the rectangles (occurrences in the picture) are calculated during the evaluation of the OMM matrix. Every rectangular location in the image is evaluated to eliminate false identifications. Irrelevant occurrences in the image have a specific aspect ratio, percentage of saturated pixel intensities (near the maximum value), number of valid edge pixels. One or more of these criteria can be used to distinguish relevant from irrelevant sites in the image. Irrelevant occurrences contain a very small number of relevant edges (or valid pixels) and can be regarded as noise or false signal. The relevant references, on the other hand, include candidates for objects for rain detection. For clarification, irrelevant occurrences could be shown in the picture with a red frame, relevant with a green frame.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2010/072198 A1 [0002] WO 2010/072198 A1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Fuzzy Models and Algorithms for Pattern Recognition and Image Processing“, Autoren: James C. Bezdek, James Keller, Raghu Krisnapuram, Nikhil Pal, Seiten 566–567 [0027] "Fuzzy Models and Algorithms for Pattern Recognition and Image Processing", authors: James C. Bezdek, James Keller, Raghu Krisnapuram, Nikhil Pal, pp. 566-567 [0027]

Claims (10)

Verfahren zur Erkennung von Regen aus mindestens einem Bild einer Kamera, die zumindest teilweise auf eine Scheibe eines Fahrzeugs fokussiert ist, wobei mindestens eine Kante in einem Auswertungsbereich des Kamerabilds erkannt wird und ein Maß für den Anstieg der mindestens einen Kante bestimmt wird. A method for detecting rain from at least one image of a camera which is at least partially focused on a pane of a vehicle, wherein at least one edge is detected in an evaluation region of the camera image and a measure of the increase of the at least one edge is determined. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Kante mit einem steilen Anstieg als Bestandteil eines im Auswertungsbereich abgebildeten potentiellen Regentropfens auf der Scheibe klassifiziert wird. The method of claim 1, wherein an edge with a steep slope is classified as part of a potential raindrop on the disk imaged in the evaluation region. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Bestimmung des Anstiegs einer Kante an einer Pixelposition (pkl) die Spannweite (r) und die Standardabweichung (s) von Intensitätswerten (Xi) innerhalb eines Fensters (wj) mit benachbarten Pixeln ausgewertet werden, wobei die Pixelposition (pkl) im Zentrum des Fensters (wj) liegt. The method of claim 1 or 2, wherein to determine the slope of an edge at a pixel position (p kl ), the span (r) and the standard deviation (s) of intensity values (X i ) within a window (w j ) are evaluated with adjacent pixels , wherein the pixel position (p kl ) lies in the center of the window (w j ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei tagsüber zusätzlich die durchschnittliche Intensität von Pixeln im gesamten Auswertungsbereich des Bildes ausgewertet wird. Method according to one of the preceding claims, wherein during the day additionally the average intensity of pixels in the entire evaluation range of the image is evaluated. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Intensität des Kantenpixels und/oder der benachbarten Pixel verglichen wird mit der durchschnittlichen Intensität von Pixeln im Auswertungsbereich des Bildes. The method of claim 4, wherein the intensity of the edge pixel and / or the adjacent pixels is compared to the average intensity of pixels in the evaluation area of the image. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Objektbildung aus einer Gruppierung der relevanten Kanten erfolgt, indem ausgehend von einem ersten validen Kantenpixel in alle acht benachbarten Richtungen nach weiteren validen Kantenpixeln gesucht wird. Method according to one of the preceding claims, wherein object formation takes place from a grouping of the relevant edges by searching for further valid edge pixels starting from a first valid edge pixel in all eight adjacent directions. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine rechteckige Fundstelle im Bild von jedem gebildeten Objekt analysiert wird, um aus Anzahl der Kantenpixel, Seitenverhältnis des Bildausschnitts und/oder Prozentsatz von gesättigten Pixeln zu ermitteln, ob das gebildete Objekt einen Kandidaten für einen Regentropfen darstellt oder nicht. Method according to one of the preceding claims, wherein a rectangular location in the image of each formed object is analyzed to determine from number of edge pixels, aspect ratio of the image detail and / or percentage of saturated pixels whether the object formed represents a candidate for a raindrop or Not. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Schwellwert, der zur Bestimmung eines validen Kantenpixels dient, angepasst wird in Abhängigkeit von der Spannweite (r) der Intensitätswerte der Pixel im gesamten Auswertungsbereich und/oder von der Belichtungszeit der Kamera. Method according to one of the preceding claims, wherein a threshold value which is used to determine a valid edge pixel is adapted as a function of the span (r) of the intensity values of the pixels in the entire evaluation area and / or of the exposure time of the camera. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem oberen Bildbereich eine Erkennung der Sonne in den Bilddaten durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein in an upper image area a detection of the sun is performed in the image data. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der Kamera mindestens zwei aufeinanderfolgende Bilder aufgenommen werden und die Differenz der Gesamtzahl von starken Kanten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern berechnet wird zur Erkennung eines auf die Scheibe auftreffenden Wasserschwalls. Method according to one of the preceding claims, wherein the camera takes at least two consecutive images and the difference of the total number of strong edges between two successive images is calculated to detect a water surge impinging on the pane.
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