用于检测表面上的水的设备和用于检测表面上的水的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于识别表面上的水的设备以及一种用于识别表面上的水的方法。该设备包括光学传感器、处理器和附加光学传感器。光学传感器被配置为产生具有第一光学带宽的表面的第一图像，以及具有第二光学带宽的表面的第二图像，水在第一光学带宽中具有第一吸收率，水在第二光学带宽中具有高于第一吸收率的第二吸收率。处理器被配置为组合第一图像和第二图像以产生组合图像，其中与水相比，表面被减少或消除。此外，处理器被配置为检测组合图像中的水。附加光学传感器被配置为向处理器提供第三图像和第四图像。处理器被配置为在组合图像中使用第三图像和第四图像时检测水的聚集状态。集状态。集状态。

【技术实现步骤摘要】
用于检测表面上的水的设备和用于检测表面上的水的方法


[0001]本申请涉及一种用于识别表面上的水的设备并且涉及一种用于识别表面上的水的方法。

技术介绍

[0002]道路状况的识别对于安全驾驶至关重要。现代汽车借助温度和控制传感器来估计道路状况的一般风险。提出了使用不同的主要特征和结果主动识别道路上积水的几种原理。
[0003]例如，在RGB图片上，难以区分湿点与脏点，因为两者都仅仅是较暗的。虽然水是透明的，但由于改变光线的路径的几种效果，因此在RGB图片中容易看到水。可以将计算机视觉算法或物体检测算法应用于RGB图片，以定位道路上的异常(例如诸如水坑)。这种反射方法的优点包括以下事实：可以使用常见的图像传感器，从而使这种方法成为低成本解决方案，并且有可能进行定位和分类。当使用RGB相机时，不能确定诸如偏振和吸收之类的各种效果，因此，定位和分类方法的结果高度依赖于相应的情况并且是不可靠的。
[0004]另一种方法描述了测量表面的反向散射特点。表面的反向散射行为高度依赖于其粗糙度。水和冰比普通的道路材料(诸如沥青)光滑。光线的水平偏振部分的大部分被水或冰的表面反射，而光线的竖直部分则穿透水表面并散射在地面和/或冰晶上。使用偏振滤光器测量环境的这些反向散射特性为分类评估提供参考点。测量反向散射特性是廉价的解决方案，因为它允许使用包括简单偏振滤光器的常见图像传感器。此外，例如，这种解决方案使得有可能可靠地定位诸如水和冰之类的光滑区域。但是，只有在使用已知光源或偏振光源的情况下才能区分水与冰。然而，这种方法易受外部影响，诸如外部光和/或地下的变化。
[0005]给出的下一种方法是水的光谱吸收测量。水具有可识别出的吸收特点，并且在红外光谱的范围内吸收的能量比可见光的范围内吸收的能量多得多。在近红外(NIR)范围内，水显示出明显的吸收峰。当水开始形成晶体或冻结时，这些吸收峰中的一些表现出显著的移位。例如，使用特定的图像传感器(诸如基于来自III
‑
V族的特定半导体的图像传感器)以提高光谱灵敏度允许测量NIR范围内的这些峰，从而提供用于区分水、冰与雪的简单方法。这种方法的优点是例如在例如水、冰、雪和干土之间的可靠分类。这种解决方案的缺点是例如昂贵的硬件、低分辨率和差的定位。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的目的是提供用于可靠地识别表面上的水的概念。
[0007]这个目的通过如下所述的用于识别表面上的水的设备或通过如下所述的用于识别表面上的水的方法或通过如下所述的移动工具或通过如下所述的计算机程序来实现。
[0008]在一个方面，本专利技术提供了一种用于识别表面上的水的设备。该设备包括光学传感器、处理器和附加光学传感器。光学传感器用于产生具有第一光学带宽的所述表面的第一图像，以及具有第二光学带宽的所述表面的第二图像，所述水在所述第一光学带宽中具
有第一吸收率，所述水在所述第二光学带宽中具有高于所述第一吸收率的第二吸收率。处理器用于组合所述第一图像和所述第二图像以产生组合图像，其中与所述水相比，所述表面被减少或消除，并用于检测所述组合图像中的所述水。附加光学传感器被配置为利用具有第一偏振角的第一偏振滤光器向所述处理器提供第三图像，并且利用具有第二偏振角的第二偏振滤光器向所述处理器提供第四图像，其中所述两个偏振滤光器关于它们的偏振角彼此不同。所述处理器被配置为在所述组合图像中使用所述第三图像和所述第四图像时检测所述水的聚集状态。
[0009]在另一方面，本专利技术提供了一种移动工具，其包括如上所述的用于识别表面上的水的设备以及接口，其中所述接口被配置为如果所述设备检测到所述水的固态状态则向驾驶员警告所述移动工具和/或影响对所述移动工具的控制。
[0010]在再一方面，本专利技术提供了一种在包括水的区域中区分水的液态或固态聚集状态的方法。所述方法包括：
[0011]获得具有第一光学带宽的表面的第一图像，获得具有第二光学带宽的所述表面的第二图像，所述水在所述第一光学带宽中具有第一吸收率，所述水在所述第二光学带宽中具有高于所述第一吸收率的第二吸收率，
[0012]组合所述第一图像和所述第二图像以获得组合图像，其中与所述水相比，所述表面被减少或消除，
[0013]检测所述组合图像中的所述水，
[0014]利用具有第一偏振角的第一偏振滤光器获得第三图像，利用具有第二偏振角的第二偏振滤光器获得第四图像，其中所述两个偏振滤光器关于它们的偏振角彼此不同，
[0015]评估所述第三图像和所述第四图像的包括水的区域的图片元素，并且
[0016]基于对所述图片元素的所述评估，检测所述水的所述聚集状态。
[0017]在又一方面，本专利技术提供了一种计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时用于执行如上所述的在包括水的区域中区分水的液态或固态聚集状态的方法。
[0018]本专利技术的实施例提供了一种用于识别表面上的水的设备，该设备包括光学传感器和处理器。
[0019]光学传感器被配置为提供具有第一光学带宽的表面的第一图像，以及具有第二光学带宽的表面的第二图像，水在第一光学带宽中具有第一吸收率，水在第二光学带宽中具有高于第一吸收率的第二吸收率。
[0020]处理器被配置为组合第一图像和第二图像以产生组合图像，其中与水相比，表面被减少或消除。
[0021]此外，处理器被配置为检测组合图像中的水。
[0022]本专利技术的示例基于以下发现：相对测量优于绝对测量，以便减少例如外部影响因素(诸如环境和/或照明)对物理特性的测量的影响。在这种情况下，从例如通过使用几个光学滤光器执行的几次测量中提取物理参数(例如，吸收)。因此，设备提供了表面上的水的可靠识别。
[0023]为了利用水的吸收特点，设备通过使用光学传感器拍摄同一表面的两张图片，该光学传感器包括用于分别具有高和低吸水率的光谱范围的带通滤光器(bandpass filter，或称为带通滤光片或通带滤光片)。
[0024]其它材料在特定光谱范围内表现出恒定的吸收率，只有水会产生差异。外部影响因素(诸如地下的变化或照明)将对两个图片产生同等影响。
[0025]为了减少或消除背景，在实施例中，处理器被配置为逐像素地组合图像以提供组合图像。组合图像是一种水热图，像素示出水或冰的正概率。这也可以被称为“置信度”。
[0026]随后，仍将对所得的组合图像中的水进行检测。例如，在使用阈值时检测水，其中具有高于阈值的某个强度的像素被识别为水。
[0027]例如，该设备被配置为检测诸如道路之类的表面上的液态或固态水。
[0028]在实施例中，第一光学带宽选自400nm和900nm之间的光谱范围，并且第二光学带宽选自900nm和1200nm之间的光谱范围。CMOS传感器或基于硅的图像传感器的敏感度高达～1000nm，或者理论上高达～1102nm。在～900nm和～1000nm之间的相对宽的光谱范围是优选的。
[0029]与400nm和90本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于识别表面(150)上的水(520，610a，610b，760，910)的设备(100，200)，包括：光学传感器(110，1000)，用于产生具有第一光学带宽的所述表面的第一图像(143)，以及具有第二光学带宽的所述表面的第二图像(146)，所述水在所述第一光学带宽中具有第一吸收率，所述水在所述第二光学带宽中具有高于所述第一吸收率的第二吸收率；处理器(120)，用于组合所述第一图像和所述第二图像以产生组合图像(130，530)，其中与所述水相比，所述表面被减少或消除，并用于检测所述组合图像中的所述水；以及附加光学传感器，被配置为利用具有第一偏振角的第一偏振滤光器向所述处理器提供第三图像，并且利用具有第二偏振角的第二偏振滤光器向所述处理器提供第四图像，其中所述两个偏振滤光器关于它们的偏振角彼此不同，并且其中所述处理器被配置为在所述组合图像中使用所述第三图像和所述第四图像时检测所述水的聚集状态。2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一光学带宽包括选自400nm和900nm之间的光谱范围的带宽；并且所述第二光学带宽包括选自900nm和1200nm之间的光谱范围的带宽。3.如权利要求1所述的设备，其中所述第一光学带宽在半宽度处具有在820nm和870nm之间的值；并且所述第二光学带宽在所述半宽度处具有在920nm和970nm之间的值。4.如权利要求1所述的设备，其中所述光学传感器包括被配置为减少或消除水平偏振光线的竖直偏振滤光器(115)。5.如权利要求1所述的设备，其中所述光学传感器包括基于硅的图像传感器、单色传感器或CMOS传感器。6.如权利要求1所述的设备，其中所述光学传感器包括第一个体传感器(123，126，1020)和第二个体传感器(123，126，243，1020)，所述第一个体传感器包括具有所述第一带宽的第一光学带通滤光器(133，136，233，F1，F2，F3，F4)，所述第二个体传感器包括具有所述第二带宽的第二光学带通滤光器(133，136，F1，F2，F3，F4)，其中所述光学传感器被配置为同时借助于所述第一个体传感器产生所述第一图像并同时借助于所述第二个体传感器产生所述第二图像；或者其中所述光学传感器包括第三个体传感器，所述第三个体传感器包括可交换的光学带通滤光器，所述可交换的光学带通滤光器包括具有所述第一带宽的所述第一光学带通滤光器和具有所述第二带宽的所述第二光学带通滤光器，其中所述光学传感器被配置为相继地借助于包括所述第一光学带通滤光器的所述第三个体传感器产生所述第一图像并借助于包括所述第二光学带通滤光器的所述第三个体传感器产生所述第二图像；或者其中所述光学传感器包括第四个体传感器，所述第四个体传感器包括滤光器层(233，1010)，其中所述滤光器层被配置为将由所述第四个体传感器产生的所述图像的像素按行、按列或按棋盘方式划分为两组，其中具有所述第一带宽的所述第一光学带通滤光器布置在第一组的像素的上方，使得所述第一组的所述像素产生具有所述第一光学带宽的所述第一图像，而具有所述第二带宽的所述第二光学带通滤光器布置在第二组的像素的上方，使得所述第二组的所述像素产生具有所述第二光学带宽的所述第二图像。7.如权利要求1所述的设备，其中所述处理器被配置为在组合所述第一图像和所述第二图像时使用逐像素商计算、逐像素差计算、逐像素归一化差计算或1与商计算之间的差。8.如权利要求1所述的设备，其中所述处理器被配置为产生折叠图像，
其中所述处理器被配置为通过使用像素窗口在逐像素的基础上或在逐块的基础上扫描具有像素的所述组合图像，以计算所述像素窗口的所述像素的值的加权平均数，并根据所述加权平均数产生折叠图像，其中所述加权平均数在所述折叠图像中的位置与所述像素窗口在所述组合图像中的位置匹配。9.如权利要求1所述的设备，其中所述处理器被配置为将所述组合图像或从所述组合图像导出的折叠图像的各个像素的值与阈值进行比较，其中将具有与所述阈值具有一定关系的值的像素检测为水，或执行特征检测以检测水。10.如权利要求1所述的设备，其中所述附加光学传感器包括个体传感器，所述个体传感器包括偏振滤光器层(253)，其中所述偏振滤光器层被配置为将由所述个体传感器产生的图像的图片元素以逐行、逐列或棋盘方式划分为两组，其中所述第一偏振滤光器布置在第一组的图片元素的上方，使得所述第一组的所述图片元素产生具有所述第一偏振角的所述第三图像，并且所述第二偏振滤光器布置在第二组的图片元素的上方，使得所述第二组的所述图片元素产生具有所述第二偏振角的所述第四图像。11.如权利要求1所述的设备，其中所述光学传感器(1000)和所述附加光学传感器被配置在包括滤光器层(1010)的个体传感器(1020)中，其中所述滤光器层(1010)被配置为将由所述个体传感器产生的图像的图片元素以逐行、逐列或棋盘方式划分为四组，其中具有所述第一带宽的所述第一光学带通滤光器(F1)布...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪特里希，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：