專利名稱：用于提供車輛周圍環(huán)境圖像的廣角成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于提供車輛、尤其是機(jī)動(dòng)車輛周圍環(huán)境圖像的廣角成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于提供車輛、尤其是機(jī)動(dòng)車輛周圍環(huán)境圖像，以使這種圖像可以顯 示給駕駛者并用于進(jìn)一步的評(píng)估的廣角成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用于記錄周圍環(huán)境的相機(jī)， 相機(jī)包含透鏡裝置(lens arrangement)和至少一個(gè)成像傳感器(CXD)，透鏡裝置將周圍環(huán) 境的廣角圖像投射到傳感器上，該系統(tǒng)還具有顯示器，其用于將相機(jī)所記錄的以及由透鏡 裝置投射到傳感器上的周圍環(huán)境顯示給駕駛者，并且該系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)處理單元，其用于 處理來源于成像傳感器的數(shù)據(jù)，用于進(jìn)一步評(píng)估。美國第6，922，292B2號(hào)專利公開了用于提供車輛周圍環(huán)境圖像的基本的廣角成 像系統(tǒng)(例如，倒車圖像顯示設(shè)備)。在這種情況下，插入到車輛前方或后方的相機(jī)與其下 游的透鏡裝置一起使用，用于在車輛內(nèi)部的顯示屏等向駕駛者顯示由相機(jī)所記錄的周圍環(huán) 境的畫面。圖像通過折射和衍射透鏡以及失真補(bǔ)償?shù)男Ｕ绞絹碇苽?。在這種情況下，所 使用的成像設(shè)備(CCD)具有兩個(gè)不同分辨率的區(qū)域。因此，邊緣區(qū)域具有更高的分辨率，使 得因廣角發(fā)生的失真可以進(jìn)一步降低，因?yàn)?，與成像設(shè)備具有兩個(gè)不同分辨率不同，顯示屏 具有統(tǒng)一的分辨率。在DE 10 2004 053 416 Al號(hào)專利中公開了進(jìn)一步拓展的通用類型的廣角成像系 統(tǒng)。DE 10 2004 053 416 Al號(hào)專利公開了使用于機(jī)動(dòng)車輛的立體距離測量系統(tǒng)，其具有按 指定順序設(shè)置于虛擬光束的光路的下述元件a)相機(jī)，最好為具有成像光學(xué)元件的數(shù)字相 機(jī)，具有成像光學(xué)元件的相機(jī)具有劃定從相機(jī)發(fā)出的虛擬光束界限的孔徑立體角范圍；b) 至少一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡元件，該至少一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡元件全部或部分地偏轉(zhuǎn)從相機(jī)發(fā)出的虛擬光束； 以及c)至少一個(gè)像場分割元件，該至少一個(gè)像場分割元件具有至少一個(gè)分割鏡元件，該至 少一個(gè)分割鏡元件至少偏轉(zhuǎn)從相機(jī)發(fā)出的虛擬光束的第一組成光束，該第一組成光束在受 限制的空間區(qū)域中至少與從相機(jī)發(fā)出的虛擬光束的第二組成光束重疊。按照關(guān)于圖5的說 明，相應(yīng)的CCD元件分開至末端成為一個(gè)在另一個(gè)上面的兩個(gè)單獨(dú)的區(qū)域，其中下區(qū)域(駕 駛者隨后可見)用于駕駛者信息(圖像再現(xiàn))。這個(gè)區(qū)域和上區(qū)域(駕駛者不可見)一起 用于立體評(píng)估，兩個(gè)區(qū)域具有相同的分辨率。對(duì)于駕駛者顯示器和立體評(píng)估采用相同的分辨率來說，這里存在一個(gè)問題。
發(fā)明內(nèi)容
相比之下，本發(fā)明的目的在于提供用于車輛、尤其是機(jī)動(dòng)車輛的周圍環(huán)境圖像供 應(yīng)的廣角成像系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，對(duì)駕駛者顯示器和立體評(píng)估的要求的范圍可以互相獨(dú)立 地優(yōu)化。另外，系統(tǒng)可用于允許進(jìn)一步評(píng)估，同樣地，該進(jìn)一步評(píng)估的基礎(chǔ)可以獨(dú)立于其它 評(píng)估或顯示來優(yōu)化。這個(gè)目的通過權(quán)利要求1限定的廣角成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
由于透鏡系統(tǒng)配置有至少兩個(gè)獨(dú)立的透鏡子系統(tǒng)，用于將周圍環(huán)境在成像傳感器 上投射為兩個(gè)光學(xué)不同的區(qū)域，其中第一區(qū)域與駕駛者顯示器相關(guān)聯(lián)，第二區(qū)域與數(shù)據(jù)處 理單元相關(guān)聯(lián)(用于評(píng)估)，可能的是使區(qū)域適應(yīng)不同的要求，并使其優(yōu)化。因此，可以為 了區(qū)域的各自用途互相獨(dú)立地優(yōu)化透鏡子系統(tǒng)。這涉及它們的失真、分辨率等。因此，用于 駕駛者顯示器的區(qū)域可以是周圍環(huán)境投射在傳感器上的高分辨率的虛擬圖像的大的中央 區(qū)域。因此，可以向駕駛者提供中央的更有效解析的圖像，且可以優(yōu)化其它區(qū)域用于評(píng)估， 尤其是通過圖像處理探測移動(dòng)。傳感器上的周圍環(huán)境圖像的下段圖像優(yōu)選用于這個(gè)目的， 其以有利的方式允許這樣，這是因?yàn)橛^察到的區(qū)域包含道路的底層，其進(jìn)而包括結(jié)構(gòu)(線 等)，其允許簡單確定路線和/或從該路線的偏離。該圖像區(qū)域的評(píng)估還允許確定車輛的縱 向和橫向速度。透鏡系統(tǒng)配置有三個(gè)獨(dú)立的透鏡子系統(tǒng)，以便在成像傳感器上將周圍環(huán)境投射為 三個(gè)光學(xué)上不同的區(qū)域時(shí)(其中第二和第三區(qū)域與數(shù)據(jù)處理單元相關(guān)聯(lián)，用于立體評(píng)估)， 這些圖像區(qū)域可以優(yōu)化用于立體評(píng)估，尤其涉及到其失真和互相之間的間距。準(zhǔn)確地說，間 距對(duì)于借助于按順序存儲(chǔ)的周圍環(huán)境的圖像或其來自傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行立體評(píng)估非常重 要。重點(diǎn)是此處的準(zhǔn)立體評(píng)估通過單個(gè)相機(jī)并借助于(基于車輛的運(yùn)動(dòng)的)不同相機(jī)位置 實(shí)現(xiàn)。這個(gè)間距越大，隨后的評(píng)估越有效或越精確。傳感器上周圍環(huán)境圖像的兩個(gè)區(qū)域之間 的差別可以用來確定觀察到的物體之間的角度差別，并且用來計(jì)算離它們的像素位移。兩 個(gè)區(qū)域之間的間距本身是已知的，并且對(duì)于通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估是重要的。透鏡系統(tǒng)甚至配置有另一個(gè)透鏡子系統(tǒng)，以便借助于附加的(即第四個(gè))光學(xué)區(qū) 域?qū)⒅車h(huán)境投射在成像傳感器上，并且該附加的區(qū)域與數(shù)據(jù)處理單元相關(guān)聯(lián)，用于進(jìn)行 探測移動(dòng)的評(píng)估時(shí)，除駕駛者顯示器和確定距離的立體評(píng)估以外，還可能提供基于圖像處 理單元的方向探測單元。因此，在成像傳感器的邊緣區(qū)域中設(shè)置用于進(jìn)一步評(píng)估的區(qū)域是明智的。具體地，左手和右手側(cè)邊緣區(qū)域適合用于立體評(píng)估，并且下邊緣區(qū)域適合用于探 測移動(dòng)。因此，對(duì)駕駛者重要的中間區(qū)域仍然與駕駛者顯示器相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明可以認(rèn)識(shí)到，周圍環(huán)境的成像可以分為多個(gè)區(qū)域，因?yàn)檫@些區(qū)域包含 不同的畫面和/或信息。因此，傳感器上周圍環(huán)境的成像目前在傳感器上特別優(yōu)選分為四個(gè)光學(xué)不同的區(qū) 域。在這種情況下，第一區(qū)域優(yōu)選位于圖像的中間區(qū)域，駕駛者通常對(duì)該第一區(qū)域最 感興趣，因此所述區(qū)域與顯示屏上的駕駛者顯示器相關(guān)聯(lián)，并且通過駕駛者顯示器被加以 利用。此外，駕駛者感興趣的信息，例如關(guān)于路線和距離的數(shù)據(jù)等，可以交叉淡化到這些數(shù) 據(jù)的顯示上。再者，在駕駛者顯示器的主要功能不受影響的前提下，這個(gè)區(qū)域還可以用于圖 像校準(zhǔn)，甚至用于探測與物體的碰撞。第二區(qū)域優(yōu)選位于中下邊緣。如果合適，這個(gè)區(qū)域也已經(jīng)用在第一區(qū)域中或與其 重疊。在圖像的這個(gè)區(qū)域中，道路直接包括在車輛前方或后方，以使展現(xiàn)在那里(與上述相 比)的結(jié)構(gòu)可以用來評(píng)估移動(dòng)，也就是說，通過圖像處理來探測車輛的路線。第三和第四區(qū)域優(yōu)選分別位于中間區(qū)域外側(cè)的左手和右手側(cè)邊緣。如上所述，這 些區(qū)域可以用于立體評(píng)估。而且，它們還適合用于監(jiān)測死角，以及用于通過圖像處理方法來確定車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)(角度和角速度)。因此，同樣優(yōu)選的是，透鏡系統(tǒng)和/或各個(gè)透鏡子系統(tǒng)具有棱鏡和/或鏡子，用于 放大光學(xué)區(qū)域的虛擬間距，用于評(píng)估和降低發(fā)生的失真。因此同樣實(shí)現(xiàn)了增加立體觀察 (stereoscopy)的分辨率。為了進(jìn)一步評(píng)估傳感器提供的數(shù)據(jù)，權(quán)宜之計(jì)是數(shù)據(jù)處理單元具有用于傳感器的 數(shù)據(jù)的緩沖器，以使所述數(shù)據(jù)可以順序地處理，例如在圖像處理的時(shí)候，用于探測移動(dòng)和路 線或者確定立體距離。
本發(fā)明的其它詳細(xì)說明、特征和優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在下述的借助于單個(gè)附圖的示例性實(shí)施 例的說明中，其中圖1是具有廣角成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的車輛的全景示意圖；圖2是成像傳感器分區(qū)的示意圖；圖3是透鏡系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)計(jì)示意圖；以及圖4是透鏡系統(tǒng)的一個(gè)可選擇的實(shí)施例的設(shè)計(jì)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1是車輛1的示意圖，其具有廣角成像系統(tǒng)2，用于提供車輛1的周圍環(huán)境U的 圖像；旨在能夠在屏幕上向駕駛者顯示該圖像，并能夠使用它用于進(jìn)一步的評(píng)估。廣角成像系統(tǒng)2包含單個(gè)數(shù)字相機(jī)3，用于記錄周圍環(huán)境U，此處具體指在車輛1 前方或后方的道路S,所述相機(jī)包含透鏡系統(tǒng)4和單個(gè)成像CCD傳感器5，透鏡系統(tǒng)4將周 圍環(huán)境的廣角圖像投射到傳感器5上。廣角成像系統(tǒng)2進(jìn)一步包含顯示器或顯示屏6，用于向駕駛者顯示相機(jī)3所記錄的 以及由透鏡系統(tǒng)4投射到傳感器5上的周圍環(huán)境。因此使得駕駛者在倒車時(shí)能夠以公知的 方式在顯示屏上從周圍環(huán)境中搜索物體等。廣角成像系統(tǒng)2另外包含數(shù)據(jù)處理單元7，用于處理來自于成像傳感器5的數(shù)據(jù)， 用于進(jìn)一步的評(píng)估。數(shù)據(jù)處理單元7在傳感器5和顯示器6之間邏輯“轉(zhuǎn)換”，并且可以通 過目前任意情況下的車載電子器件中的微處理器以適當(dāng)?shù)倪m用性來體現(xiàn)。所使用的透鏡系統(tǒng)4配置有4個(gè)獨(dú)立的透鏡子系統(tǒng)4a、4b、4c、4d，用于將周圍環(huán) 境在成像傳感器5上投射為4個(gè)光學(xué)上不同的區(qū)域5a、5b、5c、5d(參照?qǐng)D2)。第一區(qū)域5a 與駕駛者顯示器6相關(guān)聯(lián)。相比之下，其它區(qū)域5b、5c、5d與數(shù)據(jù)處理單元7相關(guān)聯(lián)，用于 評(píng)估。因此，透鏡子系統(tǒng)4a、4b、4c、4d可以為了區(qū)域的各自用途互相獨(dú)立地優(yōu)化。這涉 及它們的失真、分辨率等。因此，用于駕駛者顯示器的區(qū)域可以是周圍環(huán)境投射在傳感器上 的高分辨率的虛擬圖像的大的中間區(qū)域。從而可以向駕駛者提供中央的更有效解析的圖 像，并且可能的是，通過圖像處理優(yōu)化其它區(qū)域，用于探測方向和移動(dòng)以及用于立體評(píng)估。這如圖2所示。位于駕駛者自己車輛后方的車輛11不失真地示于區(qū)域5a中。直 接在駕駛者自己車輛后方的車道示于區(qū)域5b中，具有高度失真，用于探測障礙物。在駕駛 者自己車輛后方的區(qū)域示于區(qū)域5c和5d中，具有寬度失真，在每種情況下分辨率相同，用
5于立體評(píng)估。透鏡子系統(tǒng)可以互相獨(dú)立地設(shè)計(jì)，也就是說，每個(gè)透鏡子系統(tǒng)具有其自己的透鏡。 但是還可能的是，組合透鏡子系統(tǒng)，此處示出的是示例性實(shí)施例，使透鏡子系統(tǒng)4a和4b形 成組合的透鏡8a/b，該組合的透鏡8a/b由兩個(gè)透鏡子系統(tǒng)4a和4b組成，而兩個(gè)透鏡子系 統(tǒng)4c和4d分別具有兩個(gè)獨(dú)立的透鏡8c和8d。在這種情況下，第一區(qū)域5a位于圖像或傳感器5的中間區(qū)域，這通常是駕駛者最 感興趣的區(qū)域，因此第一區(qū)域5a和顯示屏6上的駕駛者顯示器相關(guān)聯(lián)，并且通過駕駛者顯 示器被加以利用。此外，這些數(shù)據(jù)的顯示可以與駕駛者感興趣的信息(例如，路線和距離數(shù) 據(jù)等)交叉淡化。在不影響駕駛者顯示器的主要功能的前提下，這個(gè)區(qū)域還可以用于圖像 校準(zhǔn)，甚至用于探測與物體的碰撞。區(qū)域5a的數(shù)據(jù)還可以由數(shù)據(jù)處理單元7來決定。第二區(qū)域5b位于第一區(qū)域5a下方的中下邊緣。如果合適的話，這個(gè)區(qū)域還可以 與第一區(qū)域5a —起用于駕駛者顯示器。圖像或傳感器5的這個(gè)區(qū)域5b包括直接在車輛前方或后方的道路，并且因此展現(xiàn) 在那里的結(jié)構(gòu)(與上述相比)用來評(píng)估移動(dòng)，也就是說通過圖像處理來探測車輛的路線。傳 感器5a上周圍環(huán)境圖像的下段優(yōu)先用于這個(gè)目的，其以有利的方式允許這樣，這是因?yàn)橛^ 察到的區(qū)域包含道路的底層，其進(jìn)而包括結(jié)構(gòu)(線等)，其允許簡單地確定路線或路線的偏 離，和/或確定縱向和橫向速度。第三和第四區(qū)域5c、5d分別位于中間區(qū)域5a和5b外側(cè)的的左手和右手側(cè)邊緣。 如上所述，區(qū)域5c、5d用于立體評(píng)估。而且，它們還適合用于監(jiān)測死角，以及適于通過圖像 處理方法確定車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)(角度和角速度)。這里(參照?qǐng)D3和圖4)，透鏡系統(tǒng)配置有獨(dú)立的透鏡子系統(tǒng)4a、4b、4c、4d，以便在 成像傳感器5上的三個(gè)或四個(gè)光學(xué)不同的區(qū)域5a、5b、5c、5d中投射周圍環(huán)境。具體地，區(qū)域5c和5d之間的間距A對(duì)于借助于按順序存儲(chǔ)的周圍環(huán)境圖像或它 們來自傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行立體評(píng)估非常重要。重點(diǎn)是此處的準(zhǔn)立體評(píng)估通過單個(gè)相機(jī)并借 助于(基于車輛的運(yùn)動(dòng)的)不同相機(jī)位置實(shí)現(xiàn)。這個(gè)間距A越大，隨后的評(píng)估越有效或越 精確。傳感器5上周圍環(huán)境U圖像的兩個(gè)區(qū)域5c、5d之間的差別在這種情況下用來確定區(qū) 域中觀察到的物體之間的角度差別，并且用來計(jì)算離它們的像素位移。兩個(gè)區(qū)域之間的間 距A本身是已知的，并且對(duì)于通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估是重要的。為了放大間距，透鏡系統(tǒng)4‘或各個(gè)透鏡子系統(tǒng)4‘c、4' d具有鏡子9c、9d和10c、 10d，用于放大光學(xué)區(qū)域之間的虛擬間距(參照?qǐng)D4)，用于立體評(píng)估。由此實(shí)現(xiàn)了增加立體 觀察的分辨率。
權(quán)利要求
一種用于提供車輛周圍環(huán)境圖像的廣角成像系統(tǒng)，以使該圖像可以顯示給駕駛者并用于進(jìn)一步評(píng)估，該系統(tǒng)具有單個(gè)數(shù)字相機(jī)，用于記錄周圍環(huán)境，其包含透鏡系統(tǒng)和單個(gè)成像傳感器(CCD)，透鏡系統(tǒng)將周圍環(huán)境的廣角圖像投射到傳感器上，顯示器，其用于向駕駛者顯示相機(jī)所記錄的以及由透鏡系統(tǒng)投射到傳感器上的周圍環(huán)境，以及數(shù)據(jù)處理單元，其用于處理來源于成像傳感器的數(shù)據(jù)，用于進(jìn)一步評(píng)估，其中，所述透鏡系統(tǒng)配置有至少兩個(gè)獨(dú)立的透鏡子系統(tǒng)，用于將周圍環(huán)境在成像傳感器上投射為兩個(gè)光學(xué)不同的區(qū)域，其中第一區(qū)域與駕駛者顯示器相關(guān)聯(lián)，第二區(qū)域與數(shù)據(jù)處理單元相關(guān)聯(lián)用于評(píng)估。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣角成像系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡系統(tǒng)配置有三個(gè)獨(dú)立 的透鏡子系統(tǒng)，用于將周圍環(huán)境在成像傳感器上投射為三個(gè)光學(xué)不同的區(qū)域，其中第二和 第三區(qū)域與數(shù)據(jù)處理單元相關(guān)聯(lián)，用于立體評(píng)估。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廣角成像系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡系統(tǒng)配置有另一個(gè) 透鏡子系統(tǒng)，用于借助于附加的光學(xué)區(qū)域?qū)⒅車h(huán)境投射在成像傳感器上，該附加的光學(xué) 區(qū)域與數(shù)據(jù)處理單元相關(guān)聯(lián)，用于進(jìn)行探測移動(dòng)的評(píng)估。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的廣角成像系統(tǒng)，其特征在于，用于進(jìn)一步評(píng)估的區(qū)域 設(shè)置在成像傳感器的邊緣區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廣角成像系統(tǒng)，其特征在于，左手和右手側(cè)邊緣區(qū)域與數(shù)據(jù) 處理單元相關(guān)聯(lián)，用于評(píng)估，同時(shí)下邊緣區(qū)域與數(shù)據(jù)處理單元相關(guān)聯(lián)，用于探測移動(dòng)。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的廣角成像系統(tǒng)，其特征在于，中間區(qū)域與駕駛者顯示 器相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的廣角成像系統(tǒng)，其特征在于，透鏡系統(tǒng)具有棱鏡和/ 或鏡子，用于放大光學(xué)區(qū)域的虛擬間距，用于評(píng)估。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的廣角成像系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)處理單元具有用于 傳感器的數(shù)據(jù)的緩沖器，以使所述數(shù)據(jù)可以順序地處理。
全文摘要
用于提供車輛、尤其是機(jī)動(dòng)車輛周圍環(huán)境圖像的廣角成像系統(tǒng)，以使該圖像可以顯示給駕駛者，并用于進(jìn)一步評(píng)估，該系統(tǒng)具有單個(gè)數(shù)字相機(jī)，用于記錄周圍環(huán)境，其包含透鏡系統(tǒng)和單個(gè)成像傳感器(CCD)，透鏡系統(tǒng)將周圍環(huán)境的廣角圖像投射到傳感器上；顯示器，用于將相機(jī)所記錄的以及由透鏡系統(tǒng)投射到傳感器上的周圍環(huán)境顯示給駕駛者；和數(shù)據(jù)處理單元，用于處理來自成像傳感器的數(shù)據(jù)，用于進(jìn)一步評(píng)估。本發(fā)明這樣定義透鏡系統(tǒng)配置有至少兩個(gè)獨(dú)立的透鏡子系統(tǒng)，以便將周圍環(huán)境在成像傳感器上投射為兩個(gè)光學(xué)不同的區(qū)域，其中第一區(qū)域與駕駛者顯示器相關(guān)聯(lián)，第二區(qū)域與數(shù)據(jù)處理單元相關(guān)聯(lián)用于評(píng)估。因此，有可能提供節(jié)省空間和成本效益好的圖像傳感器。
文檔編號(hào)G03B37/00GK101881923SQ201010100130
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月2日
發(fā)明者克里斯多夫·阿恩特, 厄斯·克里斯丁, 海克·克萊恩施密特 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司