用来监视车辆周围的摄像机单元和装置 |
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申请号 | CN200410082262.3 | 申请日 | 2004-09-08 | 公开(公告)号 | CN100462835C | 公开(公告)日 | 2009-02-18 |
申请人 | 株式会社自动车电网络技术研究所; 住友电装株式会社; 住友电气工业株式会社; | 发明人 | 井本政善; 松井昭宪; | ||||
摘要 | 在摄像机单元中,透镜系统是通过将第一透镜组(广 角 透镜组)、第二透镜组(像变透镜系统)和第三透镜组(成像透镜系统)组合形成的,其中第一透镜组在 水 平方向的 视野 角度为大于等于120度,第二透镜组的象变率为大于等于1.5。这样构成的透镜系统可以使得图像高度相对于图像角度变化的变化量在上述图像的边缘部分要大于图像中间部分。 | ||||||
权利要求 | 1.一个摄像机单元包括: 5.根据权利要求1所述的摄像机单元,其特征在于:象畸变透镜系统 使得在拾取部件上形成的图像在水平方向上缩小。 6.根据权利要求1所述的摄像机单元,其特征在于:象畸变透镜系统 使得在拾取部件上形成的图像在垂直方向上放大。 7.根据权利要求1所述的摄像机单元,其特征在于:透镜系统的一光 轴在垂直方向上相对于拾取部件的中心偏离。 8.一种用在车辆上、用来监视车辆周围的装置,其包括: 如权利要求1所述的摄像机单元,用来拾取车辆周围; 一个显示部件,显示被摄像机单元所拾取的图像; 一个图像处理部件,对摄像机单元所拾取的图像的至少一部分进行至少 一项图像处理,并且显示图像的至少一部分,还同时合成一定的重叠图像, 并且将预定重叠图像在进行完至少一项图像处理之后重叠到所拾取的图像 上;以及 一个切换控制部件,其控制摄像机单元所拾取的图像在显示部件上的显 示时间,并且在摄像机单元的视野内选择在显示部件上的显示范围,并且能 选择根据至少一个信号所进行的至少一个图像处理内容。 9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于:摄像机单元的透镜系统 的光轴相对于水平方向是向地面一侧倾斜的。 10.根据权利要求8所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:至少一 个图像处理包括放大、缩小、移动、旋转和变形。 11.根据权利要求8所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:所述至 少一个信号包括车速信号、挡位信号、转向角度信号、方向指示信号、点火 信号和来自障碍物检测传感器的障碍物检测信号。 12.一种安装在车辆上、用来监视车辆周围的装置,其包括: 如权利要求1所述的摄像机单元,用来拾取车辆周围; 一个显示部件,显示被摄像机单元所拾取的图像; 还有一个切换控制部件,将在显示部件上显示的、由摄像机单元所拾取 的图像的显示模式在多个显示模式中切换;以及 一个图像处理部件,对摄像机单元所拾取的图像的至少一部分在切换控 制部件的至少一种显示模式中进行包括扩大、缩小、移动、旋转和变型的图 像处理中的至少一项。 13.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:显示 模式包括普通显示模式,在这种模式下图像是被摄像机单元拾取的,没有经 过图像处理部件的任何处理过程,并且图像是显示在显示部件上。 14.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:显示 模式包括一个放大显示模式,其通过图像处理部件放大一个部分,该部分包 括摄像机单元所拾取的图像的中心部分。 15.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:显示 模式包括多向图像合成显示模式,其通过图像处理部件放大被摄像机单元所 拾取的图像的左右方向的至少一个,并且通过将图像左右部分的至少一个叠 加并合成到显示部件的图像的特定部分区域来显示图像左右部分的至少一 个。 16.根据权利要求15所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:多向 图像合成显示模式显示了由摄像机单元所拾取的、没有经过图像处理部件的 任何处理过程的图像和通过图像处理部件放大所拾取图像的中心部分并叠 加并合成在仅仅一个区域来获得的图像其中的至少一个。 17.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:还包 括一个操作部件,切换到多个显示模式中的至少一个。 18.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:切换 控制部件控制了摄像机单元所拾取的图像在显示部件上的显示时间, 切换控制部件选择摄像机单元所拾取的图像在显示部件上的显示范围, 以及 切换控制部件根据至少一个信号选择由图像处理部件关于所拾取的图 像进行的至少一个显示过程的内容。 19.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:图像 处理部件通过合成为重叠图像在显示部件中显示预定的车辆信息,包括关于 车辆宽度、前进路径和距离信息中的至少一种。 20.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:摄像 机单元安装在车辆的后部,朝着后面的中间部分。 21.根据权利要求20所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:当根 据车速信号表明车速低于预定车速或更低以及挡位信号切换到表明车辆低 速行驶倒车的时候,切换控制部件选择多向图像合成显示模式。 22.根据权利要求20所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:当检 测到挡位信号表示车辆在起动后倒车的时候,切换控制部件选择普通显示模 式。 23.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:摄像 机单元安装在车辆的前部,朝着前面的中间部分。 24.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:摄像 机单元安装在车辆侧面,朝着侧面。 25.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:摄像 机单元安装在车辆的角部。 26.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:显示 部件显示的拾取图像是被图像处理部件处理在普通显示模式下发生象畸变 的。 27.根据权利要求12所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:显示 部件通过在部分区域叠加和合成已经形成象畸变的图像来显示被图像处理 部件形成象畸变的拾取图像。 28.根据权利要求18所述的监视车辆周围的装置,其特征在于:所述 至少一个信号包括车速信号、挡位信号、转向角度信号、方向指示信号、点 火信号和来自障碍物检测传感器的障碍物检测信号。 |
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说明书全文 | 技术领域本发明涉及一种用来监视车辆周围的摄像机单元和装置。 背景技术为了在车上使用并用来进行监视,单个的摄像机最好能拾取很宽的 视野范围。在这种情况下,有很多种情况需要视野范围在垂直方向上要 比水平方向上宽。 一个在摄像头的前端带有棱镜的摄像机单元可以用来在三个方向上 拾取图像(JP-A-2000-89301)。将这样的摄像机单元安装在车辆的前端, 车辆前方左右方向的视野范围A1和A2以及位于其前端的向下倾斜的视 野范围A3就同时被拾取,如图33和34所示。 还有一种用来视觉确认车辆后方的装置是通过使用鱼眼透镜的摄像 机单元来拾取车辆后方的图像(JP-A-285379)。 一种车辆的监视装置可以用鱼眼透镜拾取车辆周围很宽的区域,该 装置可以通过图像处理来处理和抠掉所拾取图像的一部分,并将这个部 分在显示部件上放大显示出来(JP-A-2003-143596)。 在JP-A-2000-89301中,如图33所示,因为视野A1到A3限制为车 辆前面左右方向的部分区域以及车辆前端斜向下的部分区域,所以在车 辆的前方就会产生无法被拾取的死角范围B1和B2。 在JP-A-7-285379中,因为视野仅仅通过使用鱼眼透镜放大,尽管视 野是通过鱼眼透镜放大了而且车辆后面的死角也减小到很窄,但是所拾 取图像的变形增加了,但是例如在图35中被虚线包围起来的区域C1, 其视觉确认降低了。而且,例如在图35中被虚线包围起来的区域C2, 被拾取的物体很小,那么这就成为降低视觉确认的原因。而且,还例如, 在图35中被虚线包围起来的区域C3,半天球被鱼眼透镜拾取,其中不 必要的光线例如日光、路灯光等都被拾取部件拾取,那么摄像机的亮度 调节就失灵了(也就是说,如果摄入了一个很亮的物体,那么摄像机孔 就调整到很暗)。此外,由于不必要的光线,还会引起假象、耀斑等等, 其中视觉确认就变的更糟糕。 而且,在JP-A-2003-143596中,因为摄像机像素数的限制,如果图 像被图像处理步骤放大,那么图像就变的很模糊,降低了视觉确认。也 就是说,所拾取图像的分辨能力是由NTSC的扫描线数目所决定的。特 别是,由于放大处理,图像变形在垂直方向上比在水平方向上更严重。 而且,在普通的鱼眼透镜中,由于变形,所拾取的图像的周围部分小于 其中间部分,其中如果所拾取图像的周边部分变大,图像的变形就变得 更严重。 发明概述 本发明的一个目的是提供一种用来监视车辆周围的摄像机单元和装 置,其可以拾取很宽的视野范围,同时可以适当调节在水平方向和垂直 方向上的视野,同时可以改善所显示图像的视觉确认。 根据本发明的一个方面,一个摄像机单元包括:一个拾取部件;一 个透镜系统,从特定视野范围进入到拾取部件上的光线进行成像;透镜 系统包括:一个广角透镜系统,其在水平方向的视野角为大于等于120 度;还有一个象变率为大于等于1.5的像变透镜系统。 根据本发明的另一个方面,在水平方向的视野角为大于等于180度, 小于等于270度。通过这样的结构,就可以在水平方向上拾取更宽的视 野范围。 根据本发明的另一个方面,根据在拾取部件上形成的图像各个部分 的图像高度和光线入射到各自的图像部分的图像角之间的关系,透镜系 统的结构如此构成使得图像高度相对于图像角度变化的变化量在上述图 像的边缘部分要大于图像中间部分。 根据本发明的另一个方面,透镜如此构成使得水平方向偏离在拾取 部件的光线接收平面上形成的图像的图像中心的各个部分图像高度Y和 入射到各个部分的光线的图像角度θ满足的关系是Y=pf·tan(θ/p),参数 p是1 根据本发明的另一个方面,参数p设定为2。 具体实施方式(实施例1) 图1是根据本发明实施例1所述的用来监视车辆周围的装置的结构 图,图2是安装在图1中用来监视车辆周围的装置上的摄像机单元结构 的纵向剖面图。如图1所示,监视车辆周围的装置带有一个摄像机单元1、 一个显示部件3和一个控制器部件5。而且,在该实施例中,结构包括一 个单独的摄像机1。但是,如图1中的虚线所示,结构也可以包括两个或 更多摄像机单元。 摄像机单元1的结构如图2所示,其安装在车辆前部的中间部分, 如图3和图4所示,其中摄像机单元1是用来拾取从车辆的前侧(包括 从车辆的前端倾斜向下的部分)到左右两侧的很宽的视野范围A4内的图 像。并且,摄像机单元1还由螺栓通过例如支架连接到车身上。 如图2所示,这样的摄像机单元1包括一个透镜系统11、一个拾取 部件13和一个防水罩15,其中透镜系统11和拾取部件13位于防水罩 15中。透镜系统11容纳在防水罩15中的状态是除了前端之外其整个部 分都位于透镜罩17中,其中只有透镜位于前端的前侧25a暴露在防水罩 15的前侧。拾取部件13可以是CCD结构的,其安装在防水罩15中的透 镜系统11的后侧,与透镜系统11一起安装在基片19上。一个连接到防 水插座21上的电缆23用来给摄像机单元1供电,并将控制信号传送给 摄像机单元1,以及传送拾取图像信号。防水罩15通过使用O形环(未 示出)来保持防水,而且摄像机单元1的内部部件可以不受风雨侵蚀。 透镜系统11带有第一到第三透镜组25、27和29。在下文中,一个 透镜组可以包括至少一个透镜。透镜系统11在水平方向的视野角H可以 设定为大于等于180度、小于等于270度(例如,可为190度),在垂直 方向的视野角V可以设定为例如71度,因此,在水平方向的视野角H 与垂直方向的视野角V的比例,即H/V为2.7(H/V=2.7)。因此,视野 角度可以适应地与车辆周围监控图像相对应,其中在水平方向比垂直方 向更宽。而且,上述水平方向和垂直方向的视野角H和V等于透镜系统 11在拾取部件13的光接收平面上所形成图像的视野区域。 第一透镜组(广角透镜系统)25的结构是带有两个透镜25a和25b, 这样就可以提供大于等于120度的视野,并且能提供负折射焦度。并且, 其的一个特性是可以作为鱼眼转换透镜,用来将作为成像系统的第三透 镜组29的视野范围转换到更宽的角度。因为第一透镜组25的结构是无 焦系统,所以它就可以在如果有平行光线入射的时候在转换图像高度的 同时发射出平行光线。在这里,第一透镜组25可以提供转换功能,这样 图像的高度就缩短了(也就是说,这样图像角度变大了)。 第二透镜组(像变透镜)27带有两个透镜27a和27b(在这里,是 柱面透镜),它们设置在第一透镜组25的图像一侧,且构成像变系统, 像变系统在水平方向和垂直方向上的放大率是不同的,其功能是在透镜 系统11的长度和宽度上调整视野范围。在该实施例中,第二透镜组27 在整个垂直方向上有负折射焦度,但在水平方向上没有任何折射焦度。 在这里,第二透镜组27为一个无焦系统,并在长度方向和宽度方向上的 象变率是大于等于1.5(例如,可以是2.0)。 更详细地说,第二透镜组27有相对于垂直方向的伽利略型部件,如 图5所示,其中物体侧的透镜27a的焦距f1设定为f1=12.7mm,图像侧 透镜27b的焦距f2设定为f2=-6.35mm,透镜27a和27b的间距设定为 d=f1-f2=12.7-6.35=6.35(在本表述中,f1和f2是绝对值),因此无焦系统 的放大率r为r=f1/f2=2.0。具体点说,如图6中所述,当光线沿着与垂直 方向的入射角α1进入第二透镜组27的时候,光线的入射角α1与出射角 α2之间的关系是r=tanα2/tanα1=2.0。结果,在拾取部件13上形成的图像 被第二透镜组27在垂直方向上放大两倍。 由于这个原因,透镜系统11在垂直方向上的视野角V在不使用第二 透镜组27的时候大约为142度。但是由于第二透镜组27的贡献,视野 角V就变为71度。 第三透镜组(成像透镜系统)29具有三个透镜29a到29c,它们位 于第一和第二透镜组25和27的图像侧。从视野区域A4中来的、并穿过 第一和第二透镜组25和27的光线就成形在拾取部件13的光线接收平面 上。 在本实施例中,虽然第一透镜组25是设置在第二透镜组27的物体 一侧,但是也可以采用这样的结构,即第二透镜组27位于第一透镜组25 的物体一侧,并构成系统11。 虽然,在透镜系统11中,考虑到在拾取部件13上形成的图像各个 部分的图像高度和光线入射到各自的图像部分的图像角(相对于光轴的 入射角)之间的关系,形成的结构最好使得图像高度相对于图像角度变 化的变化量在上述图像的边缘部分要大于在中间部分。最好是,其结构 使得当去掉第二透镜组27的时候,由透镜系统11在拾取部件13的光线 接收平面上所形成的图像各个部分的图像高度Y和入射到各个部分的光 线的图像角度θ满足的关系是Y=pf·tan(θ/p),参数p是1 详细来说,在本实施例中,由于上述参数p的值为2,并且使用了 球面投影系统,所以透镜系统11使得上述图像高度Y和上述图像角度θ 满足的关系是Y=2f·tan(θ/2)。在该实施例中,因为第二透镜组27在水 平方向上没有任何折射焦度,所以上述关系Y=2f·tan(θ/2)就可以在插 入了第二透镜组27的透镜系统11的水平方向上保持。也就是说,作为 整个透镜系统11,在水平方向上偏离了形成在拾取部件13的光线接收平 面上的图像的中心的各个图像部分的图像高度Y和与各个图像部分的光 线的光轴所成的入射角满足上述关系Y=2f·tan(θ/2)(但是,f是透镜系 统11在水平方向的焦距)。因此,在水平方向上,在采集元件13的周围 甚至在采集视野A4的周围可以极大地形成物体的图像 形成在拾取部件13表面上的周围图像被传送给控制部件5的图像处 理部分5b上,并且进行图像处理。 |