JP2006518308A - 車輛の自動外部照明制御システム - Google Patents

Abstract

本発明は、高度に反射性の表面からの反射と、問題の大気条件からの反射との間を識別するように構成された車輛の照明制御システム（250）に関する。

Description

本件出願は、35 U.S.C.§119(e)の下に、2003年2月21日に提出された合衆国仮特許出願第60/448,793号の優先権を主張するものである。この仮特許出願の開示は、その全体を本明細書の一部として本願に援用する。

車輛の自動外部照明制御システムは、交通条件の変化に応答して、ヘッドライトの高ビームと低ビームとを手動で切替える負担を緩和することによって、ドライバーのための顕著な便宜性を提供する。平均的に、ドライバーは適切なほど頻繁には、彼等の高ビームヘッドライトを利用しないことが知られている。夜間、高ビームヘッドライトは、低ビームヘッドライトに比較して2〜4倍、またはそれ以上の可視距離を提供することができる。それによって、制御される車輛のドライバーは、そうでない場合よりも早く、夜間の障害物または歩行者を検出することができる。ビーム切替えの作業を自動化し、高ビームヘッドライトの平均利用率を増大することによって、夜間ドライブの際の安全性が導入されるという利点が存在する。

車輛の外部照明を自動制御するように設計された公知のシステムは、一般には制御される車輛の正面の状況を表す画像を取得し、該画像を分析し、対向車のヘッドライトおよび先行車のテールランプを検出するために、前方を監視するデジタル撮像システムを利用する。もし、周囲の照明条件が高ビームヘッドライトの使用を正当化するために充分に低く、また対向車または先行車が検出されないならば、高ビームヘッドライトが自動的に始動される。他の車輛のドライバーが、当該制御される車輛の高ビームヘッドライトによって眩しさを感じるであろう範囲内において他の車の往来が検出されると、当該制御される車輛の高ビームヘッドライトは自動的に強度が低減され、照準を再設定され、操作が阻害され、またはこれらが組合せて行われる。高ビームヘッドライトの制御に加えて、またはその代りに、車輛の外部照明の自動制御システムは、少なくとも一つの低ビームヘッドライトの強度、少なくとも一つの低ビームヘッドライトの照準、曲がりライト（bending light）、高速道路照明、街灯、フォッグランプ、テールランプ、または他の何れかの車輛照明装置を含む種々の照明技術を制御するように適合されてもよい。以下での開示が高ビームヘッドライトの制御、または自動高ビームヘッドライト制御の阻止に特に言及する場合、それらの方法は、上記で列記したものを含むがそれらに限定されない種々の外部照明技術の制御にも適用され得るものであることが理解されるべきである。

公知のシステムに伴う問題は、対向車または先行車が存在しないときでも、種々の因子により、高ビームヘッドライト操作が望ましくない様々な時に生じる。このような状況の例には、霧、吹雪のような悪天候、または高ビームヘッドライトからの光が問題の大気条件から反射されて、制御される車輛のドライバーの注意を逸らす場合が含まれる。一定の大気条件はまた、他の車輛から来る光線を弱めて、撮像システムが充分な距離でそれらを検出することをより困難にする。高ビームヘッドライトが一般的に望ましくないもう一つの条件は、市街地をドライブしているときである。ヨーロッパの幾つかの国では、高ビームヘッドライトの使用は、たとえ対向車または先行車がないときでも、市街地においては禁止されている。

車輛の外部照明を自動的に制御するための撮像システムの使用に関連したもう一つの問題は、関連の画像センサの視界が、該画像センサの正面にある物体または汚れによって遮蔽もしくは妨げられる可能性があるときに生じる。好ましくは、該撮像システムは、関連のフロントガラスワイパーが清浄化する領域内でフロントガラスの後方に配置されるように、該制御される車輛のバックミラーアセンブリーに組込まれる。しかし、たとえこの構成であっても、氷または他の汚れがワイパーによって除去され得ずに、撮像センサを遮蔽したままになる可能性も存在する。これらの場合に、当該撮像センサは、対向車または先行車からの光を検知できずに、該システムが車輛は存在しないとの誤った結論を出し、高ビームヘッドライトを作動させ、他の車輛のドライバーに眩しさを生じさせる可能性がある。これらの状況は、制御される車輛のドライバーが、当該自動システムに介入してそのスイッチを切ることを必要とし、これは自動化の特徴に対する不満を導き、車輛の自動外部照明制御システムにおける信頼性を低下させる。従って、自動高ビーム制御システムが充分に作動できない状況を自動的に検出し、該特徴を自動的に不能にさせて、安全な低ビーム条件へと復帰させることが有利である。これらの状況においては、典型的には手動制御が提供されて、自動システムが実行できないときには、ドライバーが望ましい外部照明状態を決定することを可能にする。

関連の動作環境を検出する改善された特徴を提供するような、車輛の自動外部照明制御システムが必要とされている。また、検出された操作環境に自動的に応答するように構成されたシステムも必要とされている。

本発明は、関連の動作環境を検出する改善された特徴を与える、車輛の自動外部照明制御システムを提供するものである。また、検出された動作環境に自動的に応答するように構成されたシステムをも提供するものである。

少なくとも一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御システムには、改善された周囲光検出の特徴が与えられる。関連の実施形態では、検出された周囲光に応答して、種々の車輛システムを自動的に制御するシステムが提供される。

少なくとも一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御システムには、興味ある問題の大気条件の改善された検出の特徴が与えられる。関連の実施形態では、検出された問題の大気条件に応答して、種々の車輛システムを自動的に制御するシステムが提供される。

少なくとも一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御システムには、撮像機遮蔽または欠陥撮像機の改善された検出の特徴が設けられる。関連の実施形態においては、検出された撮像機遮蔽および、または欠陥撮像機に応答して、種々の車輛システムを自動的に制御するシステムが提供される。

少なくとも一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御システムには、改善された「市街地」操作検出の特徴が設けられる。関連の実施形態においては、検出された市街地操作に応答して、種々の車輛システムを自動的に制御するシステムが提供される。

少なくとも一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御システムには、改善された歩行者および／または自転車を検出する特徴が設けられる。関連の実施形態では、歩行者および／または自転車の検出に応答して、種々の車輛システムを制御するシステムが提供される。

少なくとも一つの実施形態において、本発明の種々の改良には、他の車輛システムが組込まれる。少なくとも一つの関連の実施形態では、種々の集積されたシステムは、改善された動作のための部品を共有するように、および／または関連のコストを低減するように構成される。

本発明の他の利点は、図面、実施例および特許請求の範囲を考慮して、以下の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。

説明の目的のために、最初に図１を参照すると、車輛の自動外部照明制御システム5が、制御される車輛10内に設置されるように示されている。制御システム5は、内部のバックミラーアセンブリーに組込まれるように描かれているが、当該制御システムまたはその個々の部品の何れかは、制御される車輛10の内部または該車輛上の何れかの適切な位置に搭載されてもよいことが理解されるべきである。「制御される車輛」の用語は、ここでは、車輛の自動外部照明制御システムを備えた車輛に関して使用される。関連の画像センサを搭載するために適した位置は、制御される車輛10の前方の遮蔽されい広い視界を与え、且つ当該制御される車輛に関連した眩しい光のゾーン25内で、対向車20のヘッドライト21および先行車15のテールランプ16を検出可能にする位置である。

図２は、相互接続265を介して外部照明コントローラ270に接続された光学系205および処理制御システム255を用いた、車輛の自動外部照明制御システム250のブロック図を描いている。この処理および制御システムは、構成データを該光学システムに送信し、該光学系から画像データを受信し、ここで詳細に説明するようにして画像を処理し、外部照明制御信号を発生させるように機能する。本発明の種々の実施形態に少なくとも部分的に組込むことができる、車輛の自動外部照明制御システムおよびアルゴリズムの詳細な説明は、本願と共通人に譲渡された米国特許第5,837,994号、同第5,990,469号、同第6,008,486号、同第6,130,448号、同第6,130,421号、同第6,049,171号、同第6,465,963号、同第6,403,942号、同第6,587,573号、同第6,611,610号、同第6,621,616号、同第6,631,316号、並びに米国特許出願第10/208,142号、同第09/799,310号、同第60/404,879号、同第60/394,583号、同第10/235,476号、および同第09/800,460号に含まれており、これらの開示の全体を本明細書の一部としてここに援用する。図２のブロック図は一般的例示のためのものであり、本明細書の一部としてここに援用した特許および特許出願に何れかに開示されたような、車輛の適切な自動外部照明制御システムを組込んでもよい。

次に図３を見ると、そこには本発明と共に使用するための光学系305が示されている。図３に示された光学的305には、印刷回路基板315に画像センサ310が装着されている。赤色分光フィルターのような分光フィルター材料320が、画像センサに近接して配置されており、関連の画素の少なくとも一部が分光的にフィルターされるようになっている。封止ブロック325が、該封止ブロックの少なくとも一部は回路基板に接着するように、好ましくは画像センサを覆ってモールドされている。レンズアセンブリー330が、UV硬化性接着材料335を介して、封止ブロック325に取付けられている。該レンズアセンブリー330は第一のレンズ331を備えており、これは光源から放射する光線340を、関連の視界内にある画像アレイの分光的にフィルターされる部分上に投影するように機能する。なお、この詳細な説明の一部で使用されるとき、光源の用語には、光線を反射する反射板が含まれるものであることに留意すべきである。レンズアセンブリー330は第二のレンズ332を備えており、これは第一のレンズに関連した実質的に同じ視界から放射する光線340を、画像アレイの別の部分に投影するように機能する。ここで更に詳細に説明するように、実質的に同じ視界の分光的にフィルターされた二つの異なる画像を有することに関連した利点をもつ一定の実施形態が存在する。例えば、「赤色光の白色光に対する」比率を組込むことができる。第一および第二のレンズに近接して開口ストッパ345が配置されており、光線が所望の視界を越えて、画像センサ上に投影されるのを防止している。なお、図３に描いた光学系は例示目的で示されたものであり、その全体が本明細書の一部として援用される共通人に譲渡された米国特許第5,990,466号、同第6,008,486号、同第6,130,421号、同第6,130,448号、同第6,049,171号、および同第6,403,942号、並びに米国仮特許出願第60/448,793号および同第60/495,906号に描写および記述されたものの何れかのような、如何なる適切な光学系を用いてもよいことが理解されるべきである。

ここで詳細に説明するように、少なくとも一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御システムは、霧、みぞれ、ひょう、煙、蒸気、雪および雨のような大気条件を検出するように適合される。望ましいシステム応答のホストと共に、問題の大気条件を検出するための多くのアルゴリズムおよび方法がここに開示される。

少なくとも一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御システムは、遮蔽された画像センサ条件を検出するために適合される。遮蔽された画像センサを検出するためにここに開示された少なくとも幾つかの方法は、欠陥の画像センサまたはシステムを検出するためにも適用可能である。遮蔽されたまたは欠陥の画像センサから生じる、適切なシステム応答が開示される。

少なくとも一つの実施形態になる車輛の自動外部照明制御システムは、周囲の光レベルを検出し、これに従って外部照明制御を実行するように適合される。多くの外部照明動作パラメータは、周囲光信号に依存してもよい。

更にもう一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御は、制御される車輛の場所に応じて外部照明を制御するように適合される。一定の国および地域では、首都圏および市街のような場所において、車輛の所定の外部照明を操作しないことが要求される。従って、少なくとも一つの本発明による車輛の自動外部照明制御システムでは、少なくとも一つの外部照明の自動操作が自動的に阻止されるように構成される。

多くの国は、歩行者または自転車が所定の外部照明によって眩しさを感じるときには、車輛の一定の外部照明の動作を禁止する交通規則を有している。一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御システムは、歩行者および自転車に対して眩しさを生じさせるような所定の外部照明の自動操作を阻止するように構成される。もう一つの関連の実施形態では、聴覚的およびまたは視覚的な表示器を通してドライバーに歩行者および自転車について警告し、ドライバーに依存して外部照明状態が手動で選択されることを保証する。

既知の車輛の自動外部照明制御システムでは、システムを動作可能にするための周囲光レベルの測定が試みられてきた。このような一つのシステムは、一般的に、制御される車輛の上方へと光学的に向けられたスカイセンサを使用する。スカイセンサを画像センサと共に印刷回路基板に組込むことに関連して、重要な製造上の問題が存在する。前方を向いた周囲光センサを用いた先行技術における車輛の自動外部照明制御システムは、動作が不安定になってしまう。制御される車輛が移動している方向に応じて、夕日または朝日からの光線は、検知された周囲光レベルに強く影響して、移動方向が変化した時にシステムにおける変動を生じる可能性がある。既知の前方を向いた周囲光センサに基づくシステムに付随する他の問題は、対向車のヘッドライト、車道照明の影、または高架道などに関するものである。同様の変動またはシステムの不安定性が、何等かのシナリオにおいて生じる可能性がある。

車輛の自動外部照明制御システムを動作可能にするのが望ましいような低い周囲光レベルに起因して、エレクトロクロミック素子制御のために後方ミラーに組込まれた、周囲光センサおよび／または眩しさセンサの使用が魅力的である。このような周囲光センサ、まぶしさセンサおよび後方ミラー制御は、本願と共通人に譲渡された米国特許第6,313,475号、同第6,359,274号、同第6,379,013号、同第6,402,328号、同第6,469,291号、並びに米国特許出願第10/043,977号および同第10/068,540号に開示されており、これら特許の開示は、その全体を本明細書の一部として援用する。

本発明の少なくとも一つの実施形態では、「反転ピーク」検出アルゴリズムを使用して周囲光レベルを確立し、それを用いて乗り物の自動外部照明制御システムを動作可能にする。既知のシステムでは、信号のピークを検出および維持する典型的な周囲光ピーク検出器が用いられる。本発明の周囲制御装置は、ピーク周囲法の逆関数を用いる。周囲光の最小値は、ここに開示するアルゴリズムに関して特に興味あるものである。周囲光レベルが特に低いとき（約1ルックス以下）には、対向車のヘッドライト、ＡＣ街路光、夕日、朝日、道路沿いの信号照明などのような、誤った高い読みを与える多くのシナリオが存在する。しかし、誤った低い周囲光の読みを導く状況はそれほど多くない。最も低い周囲光の読みは、一般的には実際の周囲光をより良く代表するものである。

本発明の一実施形態において、前記アルゴリズムはフィルターされた周囲値を使用して実施され、これは生の周囲光レベル信号がその時点でのフィルターされた周囲値よりも低い時には迅速にカウントダウンし、また生の周囲光信号がその時点でのフィルターされた値よりも高ければ非常に遅くカウントアップする。

車輛の自動外部照明制御システムを動作可能にするために使用されるフィルターされた周囲光センサ信号に関連した、好ましい閾値周囲光レベルは約0.5ルックスである。しかし、本発明に従って、0.25〜1.5ルックスのような、より高い閾値またはより低い閾値を使用してもよいことが理解されるべきである。

車輛の自動外部照明制御システムを動作可能にする時点は、好ましくは、実際の周囲光レベルに関して変化する。フィルターされた周囲光値が閾値に近接していれば、好ましくは、車輛の自動外部照明制御システムを動作可能にするために、約1マイルの運転を要するであろう。フィルターされた値が閾値よりも2〜4倍低ければ、車輛の自動外部照明制御システムはもっと直ぐに動作可能になるであろう。動作可能になるための異なる速度は、生の周囲光信号がどのようにフィルターされようとも、対向車のヘッドライトまたは車道照明のために、長時間および長距離に亘って高い周囲照明条件を得ることが可能であるとの事実に起因するものである。従って、好ましい方法は、非常に明るいエリアの後に周囲光が非常に低い時には、数分の1マイル以内で、車輛の自動外部照明制御システムを動作可能にするように設計される。周囲光が約2ルックスのヒステリシス範囲を越えて増大するならば、フィルター値は、閾値を超えるために数分を要するであろう。このような環境において、制御される車輛は、フィルターされた周囲光レベルが閾値を越える前に、2ルックスを越える検知された周囲光値で2マイルを移動するであろう。好ましくは、車輛の自動外部照明制御システムを周囲センサ信号の関数として動作可能にし、および／または動作不能にするように、時間および／または距離におけるヒステリシスが存在する。

次に、図４ａおよび図４ｂを参照すると、それぞれ、本発明に従った夜間検出アルゴリズムおよび昼間検出アルゴリズムを表すプロットが示されている。少なくとも一つの実施形態では、車輛の自動外部照明制御を動作可能にするために、夜間検出アルゴリズムが用いられる。好ましくは、生の周囲光レベルは約75ms〜約125msの範囲の間隔、最も好ましくは100msの間隔で、対応する光センサから取得される。次いで、この生の周囲光値を使用して、短時間の周囲光平均値、周囲光平均値、長時間の周囲光平均値、またはそれらの組合せが計算される。好ましくは、短時間の周囲光平均値は、100ms間隔での周囲センサの最も新しい16の読みの重み付け平均であり、これが1.6秒に変換される。好ましくは、長時間の周囲光平均は、100ms間隔での周囲センサの最も新しい256の読みの指数関数重み付け平均であり、これは25.6秒に変換される。図４ａを更に参照すると、夜間検出（中間）430aにおける夜間検出オフから夜間検出オンへの移行405aは、好ましくは約0.125ルックス〜約2ルックス、最も好ましくは0.5ルックスの値で始まる。夜間検出（高）435aにおける夜間検出オンから夜間検出オフへの移行は、好ましくは約0.5ルックス〜約88ルックス、最も好ましくは約2.0ルックスの値で始まる。好ましくは、移行405aは、夜間検出オフ遅延カウンタが約ゼロ秒にリセットされた長時間の周囲光平均値に対するものである。好ましくは、移行415aは、遅延が約150秒の長時間の周囲光平均値に対するものである。或いは、夜間検出（低）における夜間検出オフから夜間検出オンへの移行410aは、好ましくは、約0.0ルックス〜約0.5フックスの値、最も好ましくは0.125ルックスにおいて始まる。好ましくは、移行410aは、短時間の周囲光平均値に対するものである。或いは、昼間検出オン440aでの夜間検出オンから夜間検出オフへの移行420aは、約2ルックス〜約100ルックスの間、最も好ましくは88ルックスで終了する。好ましくは、移行420aは、長時間の周囲光平均値に対するものである。

図４ｂを更に参照すると、昼間検出オフから昼間検出オンへ、好ましくは昼間検出オン420bへの移行405aは、好ましくは約44ルックス〜約100ルックス、最も好ましくは約88ルックスで始まる。好ましくは、移行405bは長時間の周囲光平均値に対するものである。昼間検出オンから昼間検出オフへ、好ましくは昼間検出オフ415bへの移行410bは、約0.0ルックス〜約88ルックス、最も好ましくは約44ルックスで始まる。好ましくは、移行405bは長時間の周囲光平均値に対するものである。

夜間検出アルゴリズムの使用は、車輛の自動外部照明制御を動作可能にし、また動作不能にするために特に有用である。昼間検出アルゴリズムの使用は、エレクトロクロミックミラーの自動制御を動作可能にし、また動作不能にするために特に有用である。これらのアルゴリズムは、日光、街路照明、駐車場の照明、ビルディングの照明、月光、樹木の影、橋の影、トンネルの影の影響による周囲光の変化、および一つの周囲照明からもう一つの周囲照明への移行を説明するために有利に用いられる。なお、これらのアルゴリズムは、他の車両システム、例えば湿度検知、映像システム、表示強度制御（display intensity control）等に用いてもよいことが理解されるべきである。

本発明の少なくとも一つの実施形態に従えば、車輛の自動外部照明制御システムは、図２を参照して上記で述べたように、また上記で援用した特許および特許出願に開示されたように、制御される車輛の外部照明から放射される光線が反射されるような、大気条件の存在を検出するように適合される。このような大気条件の例には、濃霧、ミスト、雪、みぞれ、ひょう、雨、蒸気、煙、塵、およびこれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない。ここで使用するとき、「大気条件」の用語は、光線を反射および／または散乱する大気中に浮遊する何等かの物質を指称するために用いられるであろう。制御される車輛の外部照明の、問題の大気条件からの反射を検出するために必要な感度は、典型的には、先行車両のテールランプおよび対向車のヘッドライトの検出に必要な感度よりも高い。

問題の大気条件を検出するための次の方法のうち、或る一つの方法は、主に制御される車輛の低ビームヘッドライトが作動され、且つ高ビームヘッドライトが作動停止されるときに、大気条件を検出するために適用可能である。しかし、これらの何れの方法も、高ビームヘッドライトが作動された状態で用いてもよいことが理解されるべきである。街路照明または他の車輛以外の光が存在すると同定されるときには、これらが大気条件測定を妨害する可能性があるので、大気条件レベル測定を実行しないのが有利である。大気条件測定は、これら望ましくない物体が対応の場面から通り過ぎるまで、一時的に中止することができる。当該システムがインストールされる車輛の特定のモデルを評価して、異なる外部照明設計の間でのビームパターンの相違を考慮するために、画像を評価するために使用されるパラメータ、および大気条件検出のための閾値を決定するのが有利である。なお、制御される車輛は、ビーム輝度、ビーム焦点、水平照準、垂直照準および知覚される色の変化を許容するヘッドライトを有し得ることが理解されるべきである。

対向車のヘッドライトが存在するときは、対向車のヘッドライトが当該画像を「ウオッシュアウト」する可能性があるので、問題の大気条件の検出における確かさは低くなる。ここでの「ウオッシュアウト」の用語は、結果として得られる画像が、高レベルの感知された光を表す実質的に全ての画素からなることを記述するために用いられる。しかし、対向車のヘッドライトの検出により、制御される車輛の高ビームヘッドライトは自動的に作動停止されるであろうから、画像のウオッシュアウトは一般的には問題ない。対向車のヘッドライトが画像を通り過ぎたら、高ビームを再作動させる前に大気条件の測定を行えばよい。

大気条件を検出するための分析で使用するために、高ダイナミックレンジを得るのが好ましい。高ダイナミックレンジの画像を得ることによって、低レベルおよび高レベルの霧の両方を検出することができ、また撮像された反射の「鮮鋭度」が最も正確に決定される。選択された撮像センサが本来的に高ダイナミックレンジの画像を取得するならば、充分なレンジを生じるための特別な技術は必要とされない。利用される画像センサが充分な本来のダイナミックレンジを有していなければ、同じシーンの複数の画像を複数の感度で次々に入手し、これらを組合せて合成的に高ダイナミックレンジの画像を形成することによって、高ダイナミックレンジの画像を合成することができる。このような技術は、本願と共通人に譲渡された米国仮特許出願第60/404,879号に詳細に開示されており、該仮出願の開示の全体を本明細書の一部として援用する。高ダイナミックレンジは、好ましくは40 dbよりも大きなダイナミックレンジを有し、最も好ましくは60 dbよりも大きなダイナミックレンジを有する。8ビットよりも大きなダイナミックレンジを含む画像は、システムのメモリー要求を低下させるために、対数的にメモリー内に保存してよい。

図５ａは、問題の大気条件が存在せず、他の物体または車輛からの光源が存在しないときに、制御される車輛に搭載された画像センサから得られた高感度画像を示している。画像の底部には比較的小さい明るい領域が存在しており、これは道路表面から反射した、制御される車輛の低ビームヘッドライトの光を描いている。図５ｂは、中レベルの霧が存在するときに、同様のパラメータで取得された画像を示している。図５ｃは、高レベルの霧が存在するときに、同様のパラメータで取得された画像を示している。同等の一連の画像は、霧以外の問題の大気条件についても同様の特徴を有するであろうし、またこれら画像を分析するためにここで述べる方法は、問題の全ての大気条件について同等な適用を有するであろう。図７を考慮して図５ａ〜図５ｃに描かれた一連の画像を見れば理解できるように、道路表面からの反射を、問題の大気条件の影響から識別するのは困難である。

図６ａは、霧のレベルが増大するときの、反射の垂直方向の増大を示している。同様に、図６ｂに示すように、反射の水平方向の程度は霧の増大と共に増大する。この所見は、霧または問題の他の大気条件による反射を、道路表面からの反射から識別する際に特に重要である。道路表面が水、雪,氷,またはこれらの組合せで覆われているため高度に反射性であるときに、道路表面からの反射は、大気条件による反射から識別するのが特に困難である。水、雪、氷、またはこれらの組合せで覆われた道路を、ここでは「高度に反射性の道路表面」と称する。

高度に反射性の表面は、図７に示したように、制御される車輛の外部照明の光線の比較的高い反射を生じるであろう。図７から分かるように、反射701の幅、即ち、制御される車輛の光線の水平範囲は、図５ｂに示した問題の大気条件による光線の反射よりも狭い。従って、画像内の反射の幅および高さを調べることによって、問題の大気条件が存在することの決定を改善することが可能である。

反射性の道路表面は、典型的には、画像において霧よりも「鮮鋭」に現れる。撮像された反射の鮮鋭度の決定は、該画像または該画像のサブ領域の平均グレースケールを計算することにより、該画像のｄｃ成分を比較することによって行うことができる。画像における鮮鋭な物体はエッジ検出フィルターで同定することができ、またはラプララスフィルタのような高パスフィルタで、該画像を処理することによって同定することができる。ｄｃ成分に対する高周波成分の比率を使用して、問題の大気条件の反射を、道路または他の物体からの反射から識別することができる。

幾つかの状況において、実質的に全体の画像の平均グレースケール値または全グレースケール値は簡単に計算することができ、また閾値と比較して問題の大気条件を検出することができる。平均グレースケール値、または全グレースケール値が閾値を越えるならば、制御される車輛の高ビームヘッドライトの自動作動を阻止する等の、適切な行動を取ることができる。平均グレースケール値および全グレースケール値の測定は、非常な高レベルの霧条件、吹雪および他の問題の大気条件において、外部照明制御システムの自動動作を阻止するために特に有用である。この方法はまた、高ビームが現在作動しているときにも有用である。全体の画像の高い平均グレースケール値もしくは全グレースケール値は、ドライバーが濃い霧の領域に入ったこと、従って高ビームヘッドライトを落すのが有利であろうことを示すことができる。

低ビームだけが作動するとき、または霧のレベルが低いときのような他の条件下では、画像センサ内の画素の行平均および列平均から幾つかのパラメータを計算して、問題の大気条件が存在することの決定を可能にすることができる。行平均および列平均は、各行および各列における画素の平均グレー値として計算される。或いは、行合計および列合計を使用してもよい。先ず、実質的に全体の画像の平均グレースケール値および／または全グレースケール値の簡単な計算を行い、これを対応の閾値と比較すればよい。平均グレースケール値および／または全グレースケール値が閾値を越えるならば、制御される車輛の高ビームヘッドライトの自動作動を阻止する等のように、適切な行動を取ることができる。平均グレースケール値および全グレースケール値の測定は、非常に高レベルの霧条件、吹雪および他の問題の大気条件において、外部照明制御システムの自動動作を阻止するために特に有用である。

より低いレベルの霧、またはより低いレベルの他の問題の大気条件については、図６ａおよび図６ｂに描いたようなプロットの傾斜および／または切片の計算を行い、これを問題の大気条件の存在を決定するための閾値と比較する。好ましくは、これらの値は列の範囲について計算され、ここでの列平均はゼロではなく、または不飽和である。好ましくは、傾斜および／または切片を計算することに加えて、またはその代りに、前記傾斜および／または切片が正確であるかどうかを決定するために、下記の「決定係数」値が計算される：
(1) 決定係数 ＝ Ｒ² ＝ 1 -（SSE/SST）
(2) SST ＝ Σｙ_i ² - [(Σｙ_i)²／ｎ]
(3) SSE ＝ Σｙ_i ² - β₀Σｙ_i - β₁Σｘ_iｙ_i
得られた決定係数の値が低過ぎるならば、傾斜および／または切片の方法は、問題の大気条件の存在を結論的に決定する際に、それ自身を使用するべきではない。

上記で述べ且つ図７に描いたように、高度に反射性の道路表面から反射された光線の画像の行グレースケール値は、一定の状況において、問題の大気条件から反射された光線の画像に非常に類似する可能性がある。問題の大気条件から反射された光線を、高度に反射性の道路表面から反射された光線から識別するために、幾つかの追加のオプションが利用可能である。

第一に、画像を複数のゾーンに分解することができる。例えば、行平均は、画像の左側ゾーン、中央ゾーンおよび右側ゾーンにおいて個別に計算できるであろう。問題の大気条件からの反射光線を含む場面の画像において、明るさの垂直方向の増大は、中央ゾーンに関して左右のゾーンで同様であろう。高度に反射性の道路表面からの反射光線を含む場面の画像の場合、左右のゾーンと比較したときに、中央ゾーンでは実質的に高い反射の垂直方向増大を示すであろう。

第二に、画像全体に亘って均一性があるかどうか、または顕著な不均一性があるかどうかを決定するために、列グレースケール値を分析することができる。均一性は、列平均の標準偏差を平均のパーセンテージとして取ることによって計算することができる。或いは、列平均の放物線適合を使用して、エッジにおいてグレースケール値の実質的な減衰が存在するかどうかを決定することができる。この適合における二次項が高い大きさを有していれば、図６ｂに示したように、エッジにおいて高い減衰が存在する。ここでも、この測定値を問題の大気条件の存在を決定するものとして許容する前に、該適合が許容可能な質のものであるかどうかを決定するために、決定係数値を計算してもよい。

最後に、画像の高空間頻度および低空間頻度を分析して、道路反射を上記で述べた霧から識別すればよい。全体の二次元画像の高頻度内容を分析すればよく、行および列の合計における該高頻度の内容は、個別に一次元で考察すればよい。

上記計算法の結果は、典型的には、問題の大気条件が存在するかどうかを決定するために評価できる一以上のパラメータを生じる。大気条件に関連した以外の一定の動作環境シナリオが、問題の大気条件を指定する測定値を生じる可能性がある。これらの動作環境の例には、雪の吹溜りの存在、および雪で覆われた丘をドライブすることが含まれる。これらの動作環境条件の際に、問題の大気条件の誤った識別を回避するためには、幾つかの画像、典型的には数秒間に亘る大気条件測定を平均することが好ましい。

例えば、問題の大気条件を検出するために、１秒間に１回画像を取得して分析すればよい。この分析から計算されたパラメータを20秒間にわたって平均し、この計算された平均の結果を閾値と比較して、問題の大気条件が存在するかどうかを決定すればよい。

場合によっては、高レベルの霧、または問題の他の大気条件は、谷に下りるときのように突然現れる可能性があり、このような場合にはより迅速な応答を必要とする可能性がある。これらの場合に適応させるために、即時応答を含めるように「極度に高い」大気条件測定を考慮してもよい。これを達成する一つの方法は、計算された平均と比較するための閾値よりも高い「絶対閾値」を用いることである。

車輛の自動外部照明制御システムの動作を改善するために、ヒステリシスを実施して、外部照明状態の間の切換わりを防止してもよい。この場合、第一の閾値は、問題の大気条件の存在を指示するために使用され、第二の閾値は、当該大気条件が消失したことを指示するために使用されるであろう。第二の閾値は、検出の後に、前記大気条件が存在すべきことを示すことが要求されるレベルよりも低いレベルで、問題の大気条件が現在存在するにちがいないように設定される。時間平均された大気条件測定の使用と組合されたヒステリシスは、車輛の安定かつ予測可能な外部照明自動制御を提供する。或いは、またはそれに加えて、状態間の切換えを防止するために、移動した時間または距離の遅延を加えてもよい。例えば、問題の大気条件が検出されて、自動高ビーム制御が動作不能にされたら、高ビーム制御に復帰する前に、一定の最小時間が経過しなければならず、および／または閾値距離を移動しなければならない。同様に、制御が復帰する前に、最小の時間または距離だけ大気条件が検出されないで移動したことが要求される。

問題の大気条件の存在を検出するための追加の方法には、画像における光の均一な拡散反射の検出が含まれる。最初に、問題の大気条件により反射された制御される車輛のヘッドライトからの光を検出するために充分な感度で、画像が取得される。この取得された画像は、車輛の光源を検出するために使用された同じ画像であってもよく、合成の高ダイナミックレンジ画像であってもよく、または大気条件検出の目的で特別に取得された画像であってもよい。複数露出の複数の画像を撮って、合成画像をアセンブルしてもよい。高ビームヘッドライトからの反射光は、典型的には低ビームヘッドライトからの反射光よりも遥かに明るいから、高ビームヘッドライトがオフのときは、取得された画像の感度は更に高い可能性がある。

画素によって感知された光が均一拡散源からのものであるかどうかを決定するために、低パスフィルタを使用して、当該画像における鮮鋭または不連続な特徴を測定から排除する。このフィルタは、次式に従って実行される：
LPF = abs(C-N) + abs(C-S) + abs(C-E) + abs(C-W)

LPFが低パスフィルタ値である場合、Cは現在の画素のグレースケール値を意味し、N、S、E、Wは、現在の画素の北側、南側、東側および西側の隣接画素のグレースケール値を意味し、またabs()は絶対値関数を意味する。隣接画素について異なる重み付けを用いる他のフィルター、または異なる隣接画素もしくはより多くの隣接画素を使用する他のフィルターを使用してもよい。この関数は、最小輝度閾値を越えるウインドウ内の全画素に対して実行される。LPFの値が閾値よりも下にあって、当該画素が均一拡散領域の一部であることを示していれば、大気条件レベルカウンタが増分される。このカウンタは、画像内において、閾値よりも上の輝度を有し且つ低パスフィルタの使用により均一拡散領域の一部であることが決定される全画素を合計する。

この大気条件レベルカウンタの値は、霧レベルの即時的尺度を表す。煩わしさの少ない測定を達成するために、この値をある時間（例えば15秒から2分）および／または移動した距離に亘って平均することが有用である。雪で覆われた丘および／または雪の吹き溜まりの反射もまた、問題の大気条件の存在を指示する可能性がある。しかし、これらの物体は典型的には迅速に通過し、従って平均を考慮することによって無視される。車輛が移動しているときにだけ、霧測定を実行するのも有利である。

当該画像内のサブウインドウが、処理のために選択される。このサブウインドウは、例えば、高ビームヘッドライトがオンの時には、水平上へ1°から水平下へ1°までの2°に対応する画素領域であり、また高ビームヘッドライトがオフのときには、水平上へ2°から水平下へ2°までに対応する画素領域である。増大した道路反射のために、高ビームヘッドライトと共により高い下端カットオフが使用される。この画像の幅は、車輛の光検出画像のために使用される全範囲であってよく、これは、例えば概ね12°左〜12°右であってよい。画像ウインドウの選択は、車輛のピッチセンサまたは他のキャリブレーション手段からの入力に従って調節してよい。

好ましくは、問題の大気条件検出は、画像に他の光源がないとき、または制限された数または制限された輝度の光源しか含まないときにだけ生じる。他の車輛のライトが検出されると、高ビームヘッドライトは何等かの方法で作動停止され、従って、一般にこれは重要ではない。静止ランプは制御される乗り物が移動するときに画像を通り過ぎ、その後に、霧検出が生じるであろう。

平均大気条件レベルが閾値を超えるならば、高ビームヘッドライトが閉じられてよく、または高ビームヘッドライトの自動作動が不能にされてよい。幾つかの場合には、高ビームヘッドライトがオンの状態で検出できる大気条件は、高ビームヘッドライトがオフの状態では検出可能でないかもしれない。この場合に、高ビームヘッドライトの自動作動はドライバーがスイッチを介して制御を再作動するまで、制御される車輛が停止するまで、または制御される車輛が止められて再始動されるまで、予め定められた時間、予め定められた距離の間は中断される。低ビームヘッドライトによって大気条件が検出可能であるならば、高ビーム制御は、大気条件レベルが閾値未満に低下したときに再始動されればよい。動作可能閾値および再動作可能閾値の間に、ヒステリシスが与えられてもよい。

高ビームヘッドライトが部分的にまたは完全に作動されるときの、問題の大気条件を検出するためのアルゴリズムは、好ましくは、低ビーム動作に関連したアルゴリズムとは異なる変数および増倍率を組込む。高ビームヘッドライトが作動されるとき、大気条件からの光線の反射は、図６ａおよび図６ｂにおけるプロットの傾斜で表される段階的な垂直方向カットオフを示さない。その代り、大気条件からの高ビームヘッドライトの反射は、所定の視界に対応した全体の画像を実質的に満たす傾向がある。しかし、顕著に高い高ビームヘッドライトの軸上強度に起因して、軸上で反射される光の量は、比較的短い露光時間を有する画像において遥かに高い。この顕著に高い軸上強度のため、画像取得感度は、高ビームヘッドライトがオフの状態で大気条件を検出するのに使用される感度よりも低い値に選択されてよい。或いは、対向車のヘッドライトまたは先行車のテールランプを検出するために取得される画像は、制御される車輛の高ビームヘッドライトを作動させた状態で大気条件を検出するための適切な感度をもったものであってよい。

制御される車輛の高ビームヘッドライトがオンであるとき、問題の大気条件の検出は、関連の画像が合成高ダイナミックレンジ画像の場合の低感度で取得されるのであれば、低ビームヘッドライトの動作に関して上記で述べた画像の平均グレースケール値または全グレースケール値の計算を用いて達成すればよい。

問題の大気条件を検出するもう一つの方法は、制御される車輛の作動される高ビームヘッドライトを有することに特に良く適している。しかし、この方法は、低ビームヘッドライトだけが作動されるときに使用されてよいことを理解すべきである。最初に、非常に高い感度の画像および低い感度の画像が取得される。この低感度画像は、関連する場面には存在するとしても少数の光源しか存在しないときに取得される。好ましくは、低感度画像を撮るときには光源は存在しない。また、低感度画像を撮るときには、制御される車輛の速度が所定の閾値よりも大きく、加速度は第二の閾値よりも小さく、また減速度は第三の閾値よりも小さいのが好ましい。ブレーキをかけると、制御される車輛は下向きに傾斜されて、画像センサはもっと車輛の直ぐ前にある道路表面を向くようになり、同時に、高ビームヘッドライトは、より多くの光を該道路表面に向けることになる。従って、この分析のための画像は、ブレーキまたは減速がないときに取得するのが好ましい。次に、非常に高感度の画像における各行について、平均グレースケールが計算される。もし大気条件が存在するならば、行平均のグレースケール値は、画像中で下方に移動するときに正味の増大を有するであろう。画像の頂部から底部へ向けての行平均グレースケール値におけるこの正味の増大が測定され、閾値と比較される。この行平均は、画像の底部で最高になるであろう。画像の上半分にだけにある光は拒絶されるであろう。頂部に光源があり、反射が底部にあれば、この画像は問題の大気条件を示すものとして許容されるであろう。好ましくは、赤色が分光学的にフィルターされた、第二の非常に好感度の画像および第二の低感度画像が取得される。実質的に全体の画像の白：赤の比率が計算されて、問題の大気条件の存在を示すために使用される。この白：赤の比率は、行平均に加えて、またはその代りに使用されてよい。

一定の高ビームレベルについて霧から反射された光は、霧の濃さに応じて変化するであろう。短い時間フレームについては、霧の一定の濃さおよび一定の高ビーム出力を仮定すると、輝度は概ね一定のはずである。光の輝度における変動は、霧が存在しないことの指標である。

加えて、各画像において、各行の平均グレースケール値の少なくとも一部の合計を計算してもよい。各行についての平均グレースケール値の合計が、飽和した時の実質的に全体の画像の高パーセンテージよりも大きければ、それは問題の大気条件が存在することの指標である。或いは、各行についての平均グレースケール値の合計がより低い値であり、白：赤の比率が上記の閾値よりも上であれば、当該画像は問題の大気条件の存在を示している可能性がある。

問題の幾つかの大気条件、特に霧からの反射は、高度に反射性の道路表面からの反射と比較した時に、顕著に少ない赤色含有率を有している。好ましくは、上記測定の組合せは、問題の大気条件が存在することを決定する前に、最小時間および／または最小ドライブ距離に適合される。

問題の大気条件は存在するが、低ビーム大気レベル測定が積極的な指標を与えるのに充分な値を検出することに失敗する可能性もある。しかし、制御される車輛の高ビームヘッドライトが作動されると、検出される大気条件レベルは更に顕著になる。この問題を克服するための一つの方法は、制御される車輛のヘッドライトが輝度を増大させる間、大気条件レベルをモニターすることである。検出された大気条件レベル測定値において、ヘッドライトの輝度の増大に対応した増大が存在すれば、大気条件の存在の積極的指標が推定され、高ビーム自動制御は中断されてよい。

図６ａおよび図６ｂに関して上記で述べた特徴を同定するためには、画像の各行および列についての行合計および列合計が、入力変数として確率関数および／またはニューラルネットワークに供給されてよい。追加の入力変数、および／または他の箇所で記載したような増倍率を組込んでもよい。例えば、ニューラルネットワークは、問題の大気条件からの反射光線を含む画像および大気条件を含まない種々の他の場面の画像についての、行および／または列の合計データを用いて「訓練」されてよい。詳細には、問題の大気条件の存在について誤りを生じ易いような、雪でカバーされた道路または高度に反射性の道路のような場面が訓練データに含められるべきである。次いで、このニューラルネットワークは、問題の大気条件の存在を示す出力を提供するように、図５ａ、図５ｂ、図５ｃおよび図７に描かれたような状況を同定するように構成されてよい。高ビームヘッドライトのオフ状態および高ビームヘッドライトのオン状態について、別々のニューラルネットワークを使用してよく、または制御される車輛の外部照明の状態を、ニューラルネットワークへの追加の入力として提供してもよい。ニューラルネットワークのために必要とされる入力の複雑さおよび数は、隣接する行および列を一つの信号出力に組合せることによって減少させて、当該検出方の解像度を効果的に低下させることができる。これは、高解像度の画像センサが利用されるときに特に有用であるかもしれない。或いは、ニューラルネットワークは、行および列の合計データを使用するのではなく、低下された解像度の画像を形成することによって訓練されてもよい。解像度の低減された画像は、隣接する幾つかの画素を一つの「画素」に平均化して、選択された隣接画素のサイズ因子だけ画素の数を減少させることにより形成されてよい。

制御される車輛の高ビームへッドライとが作動された状態で問題の大気条件が同定されたら、高ビームヘッドライトは強度を徐々に低下され、自動制御は大気条件が消失するまで阻止される。加えて、低ビームの大気条件レベル測定が、制御される車輛の高ビームが動作不能にされた直後に測定され、基底ライン（即ち、それより下では、自動高ビーム制御が再作動される前に低ビーム大気条件レベル測定を停止しなければならない測定値）として使用される。

反射は、問題の大気条件からの反射を検出するために画像センサを利用する上記の方法に加えて、本明細書の一部として援用する本願と共通人に譲渡された米国特許第5,990,469号；同第6,008,486号；同第6,130,421号；同第6,130,448号；同第6,049,171号；および同第6,403,942号に記載された、フォトダイオード、フォトレジスタ、フォトゲート、センサのような分離された光センサまたは非撮像光検出器、または普通に入手可能な光変換器をベースとするセンサを使用して検出してもよい。個別の光センサを使用する場合、問題の大気条件によって生じた周囲光の上昇を、問題の大気条件の存在についての決定因子として使用してよい。個別の光センサは、制御される車輛の高ビームヘッドライトが作動されるときに、輝度の増大に対応する前方周囲光を決定する上で特に有用である可能性があり、従って、問題の大気条件の存在を少なくとも部分的に示す可能性がある。個別の光センサの使用は、光レベルの読みが有意に迅速かつ簡単であり、また取得されたデータを分析するために必要な処理時間を顕著に低減する利点を有している。

問題の大気条件の検出を更に補助するために、例えば高輝度LEDのような追加の光源を使用してよい。この追加の光源は、撮像アセンブリー内に、または当該車輛の別の場所（例えばヘッドランプアセンブリー内）にパッケージすればよい。この追加の光源は、好ましくは、問題の大気条件で反射された該光源からの光が画像センサおよび／または光センサによって検出可能であるように照準される。好ましくは、該光源は、センサにより検出可能な赤外光源等の非可視光源である。

画像センサと共に赤外カットオフフィルタが使用されてよく、これは赤外光源からの光の多くを実質的に減衰するであろう。この場合、光源からの反射を検出するために、分離された個別の光センサ（または完全なIRフィルターなしの分離された画像センサ）を使用してもよい。この場合、個別の光センサは、光源の放出角度とほぼ同じ視角を有するように設計される。最も好ましくは、個別の光センサは、追加の光源によって放出された光スペクトル帯だけを検出することを可能にするようにフィルターされる。この個別の光センサは、エレクトロクロミックミラーの周囲前方を向いた光センサであってよい。個別の光センサに対する更にもう一つの代替例は、追加の光源からの特定の波長を通過させるように、画像センサの赤外フィルターに狭ノッチバンドパスを与えることである。

追加の光源を使用した大気条件の検出は、好ましくは二つの画像を取得することによって進められ、その一つは光源を作動させて取得したもの、一つは光源を作動停止させて取得したものである。大気条件が存在すれば、光源の反射は、光源が活性な状態で取得された画像の中に撮像されるであろう。二つの画像の平均グレースケールにおける差は、問題の大気条件の質の尺度として使用されてよい。

個別の光センサを使用するならば、二つの光レベル測定値（一つは活性な追加の光源を用い、一つは用いないもの）を取ればよい。二つの測定値の間の差は、問題の大気条件のレベルを示す。

加えて、問題の大気条件を検出する仕事は、他の手段によって、または温度センサもしくは湿度センサのような大気条件を検出できる非光学的センサを使用することによって実行してもよい。光学的技術および非光学的技術の組合せもまた有利であるかもしれない。

問題の大気条件の検出
本発明の一つの実施例として、問題の大気条件の指標を提供するために、五つの因子を組み合わせることができる。

第一に、画像において検出された光源の生の数が因子であり得る。この因子は、例えば０〜７の範囲の数であってよい。画像において問題の大気条件がより優勢になるに伴って、存在する何れか複数の光源が一緒にぼやける傾向になるであろう。それは、光源が存在しないか、または一対の光源しか存在しない場合であろう。しかし、0ではなく7に近い光源が存在すれば、問題の大気条件が存在する可能性は低い。問題の大気条件が存在する可能性は、画像における光源の数に対して線型の関係にあり、或いは光源の閾値数がこの因子のブール指標（Boolean indication）をトリガーする可能性がある。

第二に、問題の大気条件を示す因子が含められてよく、これは図５ｃに一般的に描かれた画像における左側列500c、中央列501cおよび右側列502cの画素を調べるものである。好ましくは、中央列は、対応する画像の自動照準特徴に対して決定され、左側列は、好ましくは中央列の約15列だけ左側であり、また右側列は中央列の約15列だけ右側である。次いで、好ましくは行4 503cから開始して個々の列を下方に移動しながら、個々の画素の光レベルが計算される。図５ｃから分かるように、画像の左上505cは行ゼロ、列ゼロと指定され、また画像の右下510cは行20、列59と指定される。なお、他のサイズの画像を用いてもよく、また他の列および／または行の画素を考慮してよい。所定の行が問題の大気条件を示すと決定されたら、その画像を下方に移動すると共に反射光レベルが増大することが確認になる。加えて、左側、中央および右側の列についての結果を、確認のために相互に比較してもよい。左右の側の行と比較したときに、中央の最初の行の方が高いことで確認してもよい。好ましくは-10〜30のインデックスを用いてもよく、この第二の因子によって示される問題の大気条件の最終指標に到達するように、これら因子に関して増分または減分してよい。

第三に、明瞭な画像の底辺付近における行の中央部分、好ましくは行19列17〜49が、隣接画素における光レベルの差について調べられる。対数アレイ値を用いたときに差の絶対値が8よりも大きければ、約-30〜約5の範囲で変化する関連のカウンタにおいて計数が増分される。このカウンタが2以上であれば、約0〜約100の範囲で変化する霧の見込み指数から10を差引く。このカウンタが2未満であれば、霧の見込み指数に1を加える。問題の大気条件が存在していれば、道路標識が見えないであろう。画像の中に、レーンの中央のストライプのような断続的な標識が存在すれば、霧の見込み指数は迅速に減少される。画像の中に標識が存在しなければ、霧指数は僅かに増大される。これは、道路標識におけるギャップを考慮して、断続的な道路標識による大きな変動を低減する。なお、線型の画素値アレイも充分に用い得ることを理解すべきである。

第四に、問題の大気条件を示す画素の数は、画像の中央付近における画素の行数を調べることによって決定される。各画素は、その四つの隣接画素との均一性について分析される。ある画素がその隣接画素と均一であると決定されれば、約0〜約100の範囲で変化するカウンタが増分される。次いで、このカウンタは、問題の大気条件の存在を決定する際の因子として、霧指標に加えられる。

第五に、赤スペクトルをフィルターされた画像および実質的に同じ視界を表すもう一つの画像における矩形領域内の画素について、白：赤の比率が計算される。この画像の領域は、問題の大気条件からの反射並びに道路からの反射がもっとも優勢になるであろう場所である。線型の画素値データアレイを使用して、各矩形についての平均光が計算される。白：赤の比率は、平均クリア画像関連値に10を乗算し、この数を平均赤画像関連値で除算することによって決定される。対応の白：赤の比率は、道路表面からの反射と比較したときに、問題の大気条件からの反射を伴う一連の画像に亘ってより一定している。

次いで、ここで述べた何れかの因子を対応の重み付け因子と組合せて用い、確立関数を使用して、問題の大気条件の見込みを計算してよい。例えば：
P(問題の大気条件) = A^*(光の生の数) + B^*(左/中央/右の列の指標)
+ C^*(検出された縞) + D^*(条件を示す画素の数)
+ E^*(白：赤の比率)

問題の大気条件が検出されたとき、高ビームヘッドライトは減光される。減光するときに、対応する画像の幾つかの矩形領域を記録してもよい。次いで、これらの領域は、高ビームヘッドライトを何時の時点で自動的にオンするべきかを決定するために使用されるであろう。全ての矩形領域の平均値はパターン認識テンプレートとして働き、これらの値はその後の読みから差引かれて、問題の大気条件が残っているかどうかが決定される。各矩形領域についての差が合計されるときに、0により近い値は、適合により近いことを示す。これは対応するメモリーに保存することができ、また特定の制御される車輛および撮像機の構成を考慮するために使用することができる。

問題の大気条件における高ビームの自動作動を阻止する仕事を実行することに加えて、上記の方法は、正面および／または背面のフォッグランプ作動のような、他の機能を実行するために使用してもよい。上記の方法は、適切な閾値を適宜調節することによって、自動車道路の照明制御と共に使用することができ、この場合は外部光線の垂直角度が変化する：また照明方向を曲げることと共に使用することができ、この場合は外部光線の水平角度が変化される。従って、関連の車輛の自動外部照明制御システムは、下記からなる群から選択される少なくとも一以上の信号を発生するように構成されてよい：外部照明調節速度信号、画像分析信号、システム感度信号、アルゴリズムパラメータ信号、アルゴリズム作動信号、アルゴリズム阻止信号、画像アレイウインドウ信号、オペレータ指示信号、悪天候照明輝度信号、テールランプ輝度信号、視界信号、可変スペクトルフィルター信号、可変焦点距離信号、可変アパーチャー信号、外部照明移行遅延信号、外部照明最大輝度信号、および外部照明最小輝度信号。

もう一つの実施形態において、車輛の自動外部照明制御システムは、画像センサの遮蔽を検出するために適合される。画像センサが、前方シーンの視界が窓ガラスワイパーによって清浄化されるフロントガラスの領域を通るように配置されるときに、画像センサが遮蔽されるのは稀である。しかし、頑固な泥、氷、または容易に除去されない他の汚れのような、フロントガラスワイパーによって容易に除去されない局部的汚れが生じる可能性がある。このような汚れがフロントガラスを通るドライバーの視界を遮蔽しないならば、ドライバーはワイパーを作動させたり、或いは画像センサの前の領域のフロントガラスを清掃するように行動するように動機付けされないかもしれない。加えて、画像センサの遮蔽は稀な現象である可能性が高いので、ドライバーは、画像センサの遮蔽に気付かないかもしれず、また、単に遮蔽されているというよりも、むしろ自動車の外部照明制御システムが故障していることを疑うかもしれない。また、車輛が始動した直後、またはある時間間隔で、撮像機の遮蔽をチェックするのも有利であるかもしれない。

以下は、遮蔽された画像センサを検出するための幾つかの方法である。画像センサが遮蔽されているかどうかを決定するために、これら方法の何れか一つ、または組合せを使用してよい。典型的には、画像センサが遮蔽されていることの確実性を結論する前に、幾つかの遮蔽測定が実行される。画像センサが遮蔽されていると一旦決定されると、画像センサは、画像において物体が再度検出される（その時点で自動制御が再開され得る）まで、画像を取得し続ける。或る時間に亘って、好ましくは長時間に亘って幾つかの画像が取得されおり、且つ何れの画像にも光源が検出されていなければ、該画像センサは遮蔽されている可能性がある。画像センサが遮蔽されていることを確認するためには、下記の技術の何れか一つを用いればよい。

次に、図８を参照して、もう一つの画像センサ遮蔽検出方を説明する。図示のように、少なくとも一つの実施形態は、一般的に制御される車輛のフロントガラス806に向けて照準された、画像センサ816および関連の光学系817を有する画像センサアセンブリー815を有している。好ましくは、追加の光源810から放出される光線811は、画像センサアセンブリー815の視界内にあるフロントガラス805の表面806，807と交叉する。画像センサに基づくシステムは、本願と共通人に譲渡された米国特許第5,923,027号、同第6,617,564号、および米国特許出願第09/970,728号に開示されおり、それらの開示の全体を本明細書の一部として援用する。LEDは、もっと小さい（またはもっと大きい）スポットで充分であっても、最も好ましくは、画像センサが見る全体の領域を覆うように光のスポットを投射してよい。光源は、画像センサが感受性である波長または波長範囲の光を放出すべきである。氷、フロントガラスの曇り、または他の汚れが存在しなければ、LEDからの光はフロントガラスを通過して、画像センサには見えないであろう。氷、フロントガラスの曇り、または他の汚れが存在すれば、LEDからの光は、少なくとも部分的にはランバート式に（in a Lambertian fashion）反射されて、画像センサによって取得された画像の中で検出することができる。氷、フロントガラスの曇り、または他の汚れは、映画スクリーンのように作用して、画像センサに反射光線を検出させる結果となる。ランバート式反射光を検出するために、LEDに電圧を加えるときに画像が取得される。最も好ましくは、二つの画像が撮られ（一つはLEDに電力供給したもの、一つは電力供給しなかったもの）、それらの差を使用して反射光を検出する。これら二つの画像の間の差が大きければ、かなりの量のLED光線が反射されたと決定され、画像センサが遮蔽されていると決定される。

遮蔽されたカメラを検出する現在の方法は、追加の光源の使用を通して大気条件を検出する先に開示した方法との類似性を有している。何れの場合にも、画像センサまたは個別の光源の正面にある物質からの反射を検出するために、光源に電力が加えられる。現在の場合、この物質はフロントガラス上の近視界の汚れまたは遮蔽であり、先の場合、この物質は車輛の前の大気条件である。この両方の機能は共通の部品を用いて実施してよい。近視界反射は遥かに高くなり易いであろうから、近視界の遮蔽を検知するときは、光源を低電力で動作させ、或いは画像センサまたは個別の光源を低感度で動作させるのが望ましい。近視界の遮蔽と大気条件との間の識別は、反射の強度に基づいて行えばよい。しかし、遮蔽または大気条件の検出の際に、外部照明自動制御を作動不能にするのが望ましい行動であるときは、二つの状況の間を区別することは不要である。

遮蔽された画像センサを検出するもう一つの方法は、画像センサが妨害されている条件を検出するために、画像センサから離れた位置にある補助センサを利用する。この補助センサは、画像センサと概ね同じ方向を見ており、且つ画像センサと同じ視角をもった単一の非撮像光センサであってよい。理想的には、該補助センサは、画像センサから少なくとも数インチの距離に配置される。エレクトロクロミックバックミラーの前方周囲センサが、補助センサとして使用されてよい。この前方周囲センサが撮像システムとは実質的に異なる視界を有していれば、より類似した視界をもった別の前方センサを、補助センサとして前記ミラーに搭載してもよい。画像センサの遮蔽が存在するかどうかを決定するために、この補助センサによって光レベルが入手される。有意な量の光が補助センサによって測定されれば、画像センサによって幾つかのタイプの光源が検出され得るはずである。補助センサによって検出されるレベルの周囲光が画像内で検出され得るような感度で、画像が取得される。画像において光が検出可能でなければ、画像センサは遮蔽されている可能性が高い。この方法は、対向車のヘッドランプの存在下において特に有用である可能性がある。ヘッドランプが近づいてきていれば、補助センサは、光レベルの増大に続いて、対向車が通過したときに急激な光レベルの低下を検出するであろう。この条件下で画像センサから取得された画像中にヘッドランプが検出されなければ、画像センサは遮蔽されている可能性が高い。

遮蔽された画像センサを検出する更にもう一つの方法には、図５ａに示したような画像の取得が含まれる。図５ａには、制御される車輛の低ビームヘッドライトの道路表面からの反射が、画像の中に見られる。制御される車輛の低ビームヘッドライトまたは他の外部照明が作動されていることが分かっているときに、制御される車輛の低ビームヘッドライトまたは他の外部照明の道路表面からの反射を見ることができなければ、画像センサは遮蔽されている可能性が高い。画像センサが遮蔽されていると結論する前に、一定時間に亘って幾つかの画像を取得してみるべきである。道路における隆起物または丘は、低ビームの反射をより多く、またはより少なく見えるようにし、従って、遮蔽された画像センサを検出する能力に悪影響を及ぼす。自動ヘッドランプ平準化システムと共に、車輛にアクセルセンサが存在していれば、これらセンサの出力を使用して、道路からの低ビームヘッドライトの反射を検出するための画像を取得する適切な時点を確立してよい。

遮蔽の検出の際には、ワイパー、ウオッシャー、除霜装置、ヒータまたはこれらの組合せのような、画像センサの視認経路中の表面から汚れを除去するように設計された洗浄もしくは汚れ除去システムを作動するために、上記発明を使用することができるであろう。これは、ワイパーシステムが汚れを除去するフロントガラス以外の表面を通して視認する画像センサについて特に重要である。最後に、警告用のライトまたはメッセージを、制御される車輛のドライバーに対して自動的に表示されて、外部照明自動制御が動作不能になっていること、またはフロントガラスの洗浄が勧告されることを示すようにしてもよい。

適切な遮蔽指示器は、聴覚的なもの、視覚的なもの、または聴覚および視覚の組合せであってよい。視覚的な指示器は、LED、真空蛍光ディスプレー、液晶ディスプレー、OED／指標、バックライト液晶ディスプレーであってよく、機器クラスターバックミラー、頭上コンソール、メッセージセンター、または制御された乗り物のドライバーに見える他の何れかの位置に組み込まれてよい。聴覚的指示器は、制御される車輛内の何れか適切な装置に組込んでよい。サービスステーションで読むことができる診断メッセージを設けてもよい。

制御される車輛における高ビームヘッドライトの自動制御を阻止することに加えて、上記の方法は、他の視覚システムのフェイルセーフ動作を保証するために使用してもよい。例えば、電子的視覚システムを使用して障害物を検出し、車線変更警告を提供し、適合した走行制御を提供し、追加の後方視認システム、後方視認システム、湿度センサシステムおよび他の多くの特徴を提供してよい。これら全ての特徴および他の多くの特徴は、霧、雨または雪が存在したり、または画像センサの前に遮蔽物が存在すれば、適正には機能しないであろう。上記で述べた発明は、これらの条件を検出するために、該特徴をフェイルセーフ条件に戻すために使用することができ、または当該特徴は動作不能なのでドライバーは仕事を実行するために該視覚システムに依存できないことを、視覚的または聴覚的に警告することを通してドライバーに警告するために使用することができる。

高ビーム自動制御が望ましくないかもしれないもう一つの状況は、市街地をドライブしているときである。事実、幾つかのヨーロッパの国々は、市街地での高ビームヘッドライトの使用を禁止している。

一定の速度、例えば50 km/hour以下でドライブしているとき、高ビームヘッドライトの自動作動は中断されてよい。或いは、GPSまたは他のナビゲーションシステムを使用して、制御される車輛の地理的位置を特定し、該車輛が市街地に位置しているときには自動制御を動作不能にしてもよい。市街地は、典型的には自治体照明で照明されるので、周囲光が閾値を越えるとき、または低速および高い周囲照明閾値の組み合わせによって、高ビーム作動を動作不能にしてよい。最後に、本願と共通人に譲渡された米国特許第5,837,994号（その全体を本明細書の一部として援用する）に記載されたAC街路ランプを検出する能力は、街路ランプの密度の計算を可能にする。移動距離当たりの街路ランプの数を計算し、これを市街地条件の決定に使用してもよい。所定の時間または距離において検出された街路ランプの数が閾値を超えれば、高ビームヘッドライトの自動作動は阻止される。加えて、制御される車輛が市街地内で動作していることが決定されるときは、市街地用照明を作動することができる。

高ビームの自動作動が望ましくないかもしれない更にもう一つの状況は、歩行者または自転車が存在するときである。歩行者または自転車は、近付いてくる制御される車輛からの高ビームヘッドライトの眩しさによって、混乱または当惑される可能性が高い。高ビームヘッドライトの最も顕著な潜在的安全性に関する利点の一つは、改善された可視距離およびより遠くの距離で歩行者を検出する能力である。歩行者または自転車に応答して高ビームヘッドライトを自動的に下げることは、制御される車輛のドライバーが歩行者または自転車を視認する機会を得る前に減光が生じるのであれば、高ビームへドライの安全性の利点を無効にする可能性がある。しかし、ドライバーが歩行者または自転車を一旦認識して彼等の位置が決定されてしまえば、礼儀として高ビームヘッドライトを下げてよい。これを容易にするために、制御される車輛のドライバーまたは占有者のためのスイッチを設けて、高ビームヘッドライトを減光させるように作動し、また、制御される車輛が歩行者もしくは自転車を通り過ぎてしまうまで、または所定の時間が経過するまで、少なくとも一時的に高ビームヘッドライトの自動作動を中断するようにしてもよい。

なお、本発明に従う如何なる車輛の自動外部照明制御システムも、ここで述べた何れかの方法またはシステム応答と共に、周囲光アルゴリズム、大気条件検出アルゴリズム、画像センサ遮蔽アルゴリズム、市街地動作検出アルゴリズム、歩行者もしくは自転車検出アルゴリズムを用いるように適合されてよい。加えて、ここに記載したアルゴリズムまたは方法の何れか一つを単独で用いてもよいことが理解されるべきである。各アルゴリズムまたは方法の特定の実施例および実際の実施に影響する多くの変数が存在する。

図１は、先行車のテールランプおよび対向車のヘッドライトに関連した、制御される車輛を描いている。 図２は、外部照明制御システムのブロック図を描いている。 図３は、光学系の断面図を描いている。 図４ａは、夜間検出アルゴリズムのプロットを描いている。 図４ｂは、昼間検出アルゴリズムのプロットを描いている。 図５ａは、制御される車輛の一般的な前方の画像を描いている。 図５ｂは、制御される車輛の一般的な前方の画像を描いている。 図５ｃは、制御される車輛の一般的な前方の画像を描いている。 図６ａは、画素のグレースケール値 vs. 画素の行位置のグラフを描いている。 図６ｂは、画素のグレースケール値 vs. 画素の列位置のグラフを描いている。 図７は、制御される車輛の一般的な前方の画像を描いている。 図８は、制御された撮像機アセンブリーを描いている。

Claims (24)

1. 車輛の自動外部照明制御システムであって：
   問題の大気条件存在の関数としての外部照明制御信号を発生するように構成されたコントローラを具備し、該コントローラは更に、高反射性表面からの反射と問題の大気条件からの反射との間を識別するように構成されるシステム。
2. 請求項１に記載の車輛の自動外部照明制御システムであって、前記高度に反射性の表面が、少なくとも部分的に濡れた道路、少なくとも部分的に雪で覆われた道路、少なくとも部分的に氷で覆われた道路、道路に沿ったスノーパイルの表面、および少なくとも部分的に雪で覆われた路側の表面からなる群から選択されるシステム。
3. 請求項１に記載の車輛の自動外部照明制御システムであって、前記問題の大気条件が、霧、ミスト、雪、みぞれ、ひょう、雨、蒸気、煙、塵からなる群から選択されるシステム。
4. 請求項３に記載の車輛の自動外部照明制御システムであって、前記高度に反射性の表面が、少なくとも部分的に濡れた道路、少なくとも部分的に雪で覆われた道路、少なくとも部分的に氷で覆われた道路、道路に沿ったスノーパイルの表面、および少なくとも部分的に雪で覆われた路側の表面からなる群から選択されるシステム。
5. 請求項１に記載の車輛の自動外部照明制御システムであって、前記反射が、下記からなる群から選択される少なくとも一つのパラメータを用いることによって同定されるシステム：少なくとも一つの画像の少なくとも一部における平均グレースケール値、少なくとも一つの画像の少なくとも一部における全グレースケール値、少なくとも一つの画像の少なくとも一部における平均グレースケール値、少なくとも一つの画像内における画素列の少なくとも一部の画素列位置 vs.画素グレースケール値の傾斜、少なくとも一つの画像内における画素列の少なくとも一部の画素行位置 vs.画素グレースケール値の傾斜、少なくとも一つの画像内における画素列の少なくとも一部の画素列位置 vs.画素グレースケール値の切片、少なくとも一つの画像内における画素列の少なくとも一部の画素行位置 vs.画素グレースケールの傾斜、決定係数、少なくとも一つの画像内における列画素値平均の少なくとも一部の放物線適合、異なる露出時間の複数の画像、車輛ピッチセンサからの入力、一つの画像の少なくとも一部に適用される低パスフィルタ、少なくとも一つの画像内における画素行の少なくとも一部における段階的垂直方向カットオフ、少なくとも一つの画像内において下方に移動するときの行平均グレースケール値の正味の増加、少なくとも一つの白画像における少なくとの一つの画素および少なくとも一つの赤スペクトルフィルターされた画像における少なくとも一つの画素の白：赤の比率、少なくとも一つの画像における少なくとも一つの行についての平均グレースケール地の合計、制御される車輛の外部照明輝度増大および反射検出増大、少なくとも一つの確立関数、および少なくとも一つのニューラルネットワーク。
6. 請求項１に記載の車輛の自動外部照明制御システムであって、前記コントローラが更に、下記からなる群から選択される一つの項目を操作するように構成されるシステム：外部照明調節速度、画像分析パラメータ、感度パラメータ、フォッグライト信号、テールランプ輝度、視界パラメータ、スペクトルフィルターパラメータ、アルゴリズムパラメータ、アルゴリズム作動、アルゴリズム作動停止、外部照明最大輝度限界、および検出された反射の関数としての外部照明最小輝度限界。
7. 車輛の自動制御システムであって：
   周囲光値の関数として自動動作を行うように構成されたコントローラを具備し、前記周囲光値は、光変換器から取得された複数の周囲光レベルの読みの重み付け平均であるシステム。
8. 請求項７に記載の車輛の自動制御システムであって、前記周囲光値が、指数関数的な時間で重み付けされた平均値であるシステム。
9. 請求項７に記載の車輛の自動制御システムであって、車輛の自動外部照明制御システムの自動動作が動作可能にされるシステム。
10. 請求項９に記載の車輛の自動制御システムであって、自動動作が、自動動作が可能にされるレベルよりも高い周囲光値レベルで不能にされるシステム。
11. 請求項７に記載の車輛の自動制御システムであって、車輛の自動外部照明制御システムの自動動作が動作不能にされるシステム。
12. 請求項１１に記載の車輛の自動制御システムであって、自動動作が、自動動作が不能にされるレベルよりも低い周囲光値レベルで可能にされるシステム。
13. 請求項７に記載の車輛の自動制御システムであって、エレクトロオプティックミラー制御システムの自動動作が可能にされるシステム。
14. 請求項１３に記載の車輛の自動制御システムであって、自動動作が可能にされるレベルよりも高い周囲光あたりレベルにおいて、自動動作が不能にされるシステム。
15. 請求項７に記載の車輛の自動制御システムであって、エレクトロオプティックミラー制御システムの自動動作が不能にされるシステム。
16. 請求項１５に記載の車輛の自動制御システムであって、自動動作が不能にされるレベルよりも低い周囲光値レベルにおいて、自動動作が可能にされるシステム。
17. 車輛の自動外部照明制御システムであって：
    下記からなる群から選択される少なくとも一つのパラメータを用いることにより、画像中の反射源を同定するように構成されたコントローラを具備するシステム：少なくとも一つの画像の少なくとも一部における平均グレースケール値、少なくとも一つの画像の少なくとも一部における全グレースケール値、少なくとも一つの画像の少なくとも一部における平均グレースケール値、少なくとも一つの画像内における画素列の少なくとも一部の画素列位置 vs.画素グレースケール値の傾斜、少なくとも一つの画像内における画素列の少なくとも一部の画素行位置 vs.画素グレースケール値の傾斜、少なくとも一つの画像内における画素列の少なくとも一部の画素列位置 vs.画素グレースケール値の切片、少なくとも一つの画像内における画素列の少なくとも一部の画素行位置 vs.画素グレースケールの傾斜、決定係数、少なくとも一つの画像内における列画素値平均の少なくとも一部の放物線適合、異なる露出時間の複数の画像、車輛ピッチセンサからの入力、一つの画像の少なくとも一部に適用される低パスフィルタ、少なくとも一つの画像内における画素行の少なくとも一部における段階的垂直方向カットオフ、少なくとも一つの画像内において下方に移動するときの行平均グレースケール値の正味の増加、少なくとも一つの白画像における少なくとの一つの画素および少なくとも一つの赤スペクトルフィルターされた画像における少なくとも一つの画素の白：赤の比率、少なくとも一つの画像における少なくとも一つの行についての平均グレースケール地の合計、制御される車輛の外部照明輝度増大および反射検出増大、少なくとも一つの確立関数、および少なくとも一つのニューラルネットワーク。
18. 請求項１７に記載の車輛の自動外部照明制御システムであって、前記コントローラが更に、下記からなる群から選択される一つの項目を操作するように構成されるシステム：外部照明調節速度、画像分析パラメータ、感度パラメータ、フォッグライト信号、テールランプ輝度、視界パラメータ、スペクトルフィルターパラメータ、アルゴリズムパラメータ、アルゴリズム作動、アルゴリズム作動停止、外部照明最大輝度限界、および検出された反射の関数としての外部照明最小輝度限界。
19. 車輛の自動制御システムであって：
    動作不能な画像センサを検出するように構成されたコントローラを具備し、前記動作不能は、下記からなる群から選択される少なくとも一つの因子を用いることによって決定されるシステム：ある時間に亘る一連の画像に光が存在しないこと、第一の画像センサから取得された少なくとも一つの画像を第二の画像センサから取得された少なくとも一つの画像と比較すること、追加の光源から放出された光線の分析、制御される車輛の少なくとも一つの外部照明からもたらされる道路表面からの反射の検出。
20. 請求項１９に記載の車輛の自動制御システムであって、前記画像センサの動作不能は、遮蔽された画像センサおよび欠陥画像センサからなる群から選択される少なくとも一つの因子によるものであるシステム。
21. 請求項１９に記載の車輛の自動制御システムであって、障害物を検出するシステム、車線変更警告システム、適合した走行制御システム、追加の後方視認システム、湿度センサシステムおよび衝突回避システムからなる群から選択される少なくとも一つの車輛システムが、前記動作不能によって影響されるその動作を有するシステム。
22. 請求項１９に記載の車輛の自動制御システムであって、更に、制御される車輛のオペレータのために、画像センサの動作不能を知らせる警告指示器を具備するシステム。
23. 車輛の自動外部照明制御システムであって：
    歩行者および自転車のうちの少なくとも一つを検出するように構成され、更に、制御される車輛のオペレータに、対応する指示を提供するように構成されたコントローラを具備するシステム。
24. 請求項２３に記載の車輛の自動外部照明制御システムであって、更に、オペレータが作動させた入力装置に応答して、少なくとも一つの高ビームヘッドライトの自動動作を不能にするように構成されたシステム。

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