相机组件和方法
阅读说明：本技术 相机组件和方法 (Camera assembly and method ) 是由 安德鲁·莱温 于 2020-02-28 设计创作，主要内容包括：本发明的各方面涉及用于车辆的相机组件、用于车辆的系统、车辆和方法。该相机组件包括图像感测装置,该图像感测装置包括感测表面,该感测表面具有宽度、高度和跨宽度横向延伸的中心线,该图像感测装置被配置成生成指示在感测表面处接收的图像的图像数据。相机组件还包括透镜,该透镜被定位成在该感测表面上产生图像。透镜具有相对于感测表面的中心线偏移的光轴。(Aspects of the invention relate to a camera assembly for a vehicle, a system for a vehicle, a vehicle and a method. The camera assembly includes an image sensing device including a sensing surface having a width, a height, and a centerline extending laterally across the width, the image sensing device configured to generate image data indicative of an image received at the sensing surface. The camera assembly also includes a lens positioned to produce an image on the sensing surface. The lens has an optical axis that is offset relative to a centerline of the sensing surface.)
技术领域
本公开内容涉及相机组件、系统、车辆和方法。特别地但非排他性地，本公开内容涉及用于车辆诸如汽车的相机组件、用于车辆的系统、车辆和方法。
背景技术
最近生产的用于汽车的主动安全和/或巡航特征的前视相机(FLC)使用带有专门设计的透镜的标准相机芯片模块来模拟人眼的中央凹贴片。在人眼中，晶状体(len)是“正常的”，并且视网膜中的光传感器更紧密地集中在观察直线前进方向的区域中。为了在前视相机中模拟这一点，透镜被设计成提供失真，从而导致投影至透镜光轴附近的相机芯片中心部分上的图像与图像的更靠近相机芯片边缘的外部部分相比变得拉伸。即，为了在相机芯片的中心处提供高分辨率的直线前进视图，透镜失真导致相机芯片的外部像素覆盖被成像场景的更宽的角度范围。
虽然这样的透镜为相机提供了广角视野，但是在一些场景下，在竖向方向上的视野仍然不够宽，无法对定位在相机高度上方的对象诸如道路标志进行成像。
本发明的目的是解决与现有技术相关联的缺点中的一个或更多个。
发明内容
本发明的各方面和各实施方式提供了如所附权利要求书中要求保护的一种用于车辆的相机组件、一种用于车辆的系统、一种车辆、一种组装用于车辆的相机的部件的方法。
根据本发明的一方面，提供了一种用于车辆的相机组件。该相机组件包括：图像感测装置，包括感测表面，该感测表面具有宽度、高度和跨宽度横向延伸的中心线，该图像感测装置被配置成生成指示在感测表面处接收的图像的图像数据；以及透镜，该透镜具有光轴并且被定位成在感测表面上产生图像；其中，透镜的光轴相对于感测表面的中心线偏移。
这提供了以下优点：当相机组件被定向成使得光轴基本上水平时，相机组件的视野的主要部分可以被布置成在透镜的光轴上方。这允许在使用期间对以更陡角度从相机组件向上的感兴趣对象进行成像。然而，对于在光轴附近提供其最大分辨率的透镜，场景中的相机组件的水平前方的一部分可以以最大分辨率成像，并且因此可以在可由相机组件达到的最大距离处识别定位在相机组件的光轴上或靠近相机组件的光轴的对象。
可选地，透镜被配置成提供随着距光轴的距离而减小的图像放大率。这提供了以下优点：其使得能够使用相机组件在比其他方式可能的更远的距离处识别定位在透镜的光轴上或靠近透镜的光轴的对象。
可选地，图像感测装置包括二维阵列的感测元件；在光轴处，透镜被配置成将来自透镜的1度视角投影至第一数目的感测元件之上；透镜被配置成将来自透镜的1度视角投影至邻近感测表面的边缘的第二数目的感测元件之上；并且第一数目为第二数目的至少1.5倍。这提供了以下优点：其使得能够使用相机组件在比其他方式可能的更远的距离处识别定位在透镜的光轴上或靠近透镜的光轴的对象，同时使得相机组件能够提供表示宽视野的图像数据。
可选地，透镜的光轴相对于感测表面的中心线偏移了多于感测表面的高度的十分之一的距离。
可选地，相机组件包括印刷电路板，图像感测装置和透镜安装在印刷电路板上。这提供了易于重复实现透镜与图像感测装置所需对准的优点。
可选地，感测表面被布置在竖向平面中，并且透镜的光轴相对于感测表面的中心线竖向地偏移。这提供了以下优点：使由图像感测装置成像的视野竖向地偏移，但是图像中对应于直线前进视图的部分具有最高分辨率。
可选地，感测表面限定相机组件的在上方向与下方向之间延伸的竖向视野，其中，上方向与透镜的光轴之间的第一角度比下方向与光轴之间的第二角度大。这提供了以下优点：在相机高度上方位置处的对象可以与光轴成比其他方式更大的角度成像。
可选地，相机组件和类似配置的相机组件形成立体相机的部分。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于车辆的系统，该系统包括根据先前段落中任一段所述的相机组件和处理装置，该处理装置被配置成对图像数据进行处理以检测相机组件的视野中的车辆和/或道路标志。
可选地，处理装置被配置成根据由透镜产生的径向失真以及根据所述偏移来对图像数据进行处理以提供校正图像数据。
根据本发明的又一方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据先前段落中任一段所述的相机组件或根据先前段落中一段所述的系统。
可选地，车辆具有挡风玻璃和定位在挡风玻璃前方的发动机罩；透镜被定位成将透过挡风玻璃向外的视角的图像投影至感测表面上；并且偏移使得至少90％的图像不含发动机罩的图像。这提供了以下优点：因对发动机罩成像仅浪费了一小部分图像。
可选地，偏移防止了发动机罩的表示出现在图像内。这提供了不会因对发动机罩成像而浪费任何图像的优点。
根据本发明的再一方面，提供了一种组装用于车辆的相机的部件的方法，该方法包括：将图像感测装置固定于支承结构，图像感测装置具有宽度、高度和跨宽度横向延伸的中心线，并且图像感测装置被配置成生成指示在感测表面处接收的图像的图像数据；以及将透镜相对于图像感测装置固定在适当位置以使得透镜能够在感测表面上产生图像；其中，透镜被固定在适当位置，其中透镜的光轴相对于感测表面的中心线偏移。
这提供了以下优点：当相机组件被定向成使得光轴基本上水平时，相机组件的视野的主要部分可以被布置成在透镜的光轴上方。这允许在使用期间对以更陡角度从相机组件向上的感兴趣对象进行成像。然而，对于在光轴附近提供其最大分辨率的透镜，场景中的相机组件的水平前方的一部分可以以最大分辨率成像，并且因此可以在可由相机组件达到的最大距离处识别定位在相机组件的光轴上或靠近相机组件的光轴的对象。
可选地，透镜被选择成提供随着距光轴的距离而减小的图像放大率。
可选地，图像感测装置包括二维阵列的感测元件；透镜固定在以下位置处：将来自透镜的1度视角投影至邻近光轴的第一数目的感测元件之上，以及将来自透镜的1度视角投影至邻近感测表面的边缘的第二数目的感测元件之上；并且第一数目为第二数目的至少1.5倍。
可选地，该方法包括将透镜固定在适当位置，其中透镜的光轴相对于感测表面的中心线偏移了多于感测表面的高度的十分之一的距离。
可选地，该方法包括将图像感测装置和透镜安装在印刷电路板上。
可选地，该方法包括将感测表面定位在竖向平面中，其中透镜的光轴相对于感测表面的中心线竖向地偏移。
可选地，所述定位感测表面包括将相机的竖向视野布置成在上方向与下方向之间延伸，使得上方向与透镜的光轴之间的第一角度比下方向与光轴之间的第二角度大。
可选地，该方法包括根据权利要求13至19中任一项所述的将第一图像感测装置和第一透镜以及第二图像感测装置和第二透镜都固定在适当位置以形成立体相机。
可选地，该方法包括布置图像感测装置以将图像数据提供至处理装置，该处理装置被配置成对图像数据进行处理以检测相机组件的视野中的车辆和道路标志。
可选地，处理装置被配置成根据由透镜产生的径向失真以及根据所述偏移来对图像数据进行处理以提供校正图像数据。
可选地，该方法包括将图像感测装置和透镜定位在具有挡风玻璃和定位在挡风玻璃前方的发动机罩的车辆内，使得透镜将透过挡风玻璃向外的视角的图像投影至感测表面上，并且偏移使得至少90％的图像不含发动机罩的图像。
根据本发明的再一方面，提供了一种分析从车辆的相机接收的数据的方法，该方法包括：从具有透镜和图像感测装置的相机接收图像数据；根据由透镜产生的径向失真以及根据透镜相对于图像感测装置的偏移来对图像数据进行处理以提供校正图像数据；对校正图像数据进行处理以检测相机的视野中的车辆和/或道路标志；以及提供输出信号，该输出信号取决于检测到的车辆的位置和/或取决于由检测到的道路标志提供的信息。
在本申请的范围内，明确地旨在，在前面段落中、权利要求书中和/或下面的描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例和替代方案以及特别是其各个特征可以被独立地采用或者以任意组合采用。即，所有的实施方式和/或任何实施方式的特征可以以任何方式和/或组合来进行组合，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应提交的任何新的权利要求的权利，包括将任何原始提交的权利要求修改成从属于任何其他权利要求的任何特征和/或并入任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初没有以该方式要求保护。
附图说明
现在将参照附图，仅以示例的方式描述本发明的一个或更多个实施方式，在附图中：
图1示出了包括体现本发明的系统的车辆；
图2示出了图1的车辆100在第二车辆后面；
图3示出了穿过图1的车辆的相机和挡风玻璃的局部截面；
图4示出了相机的图像感测装置沿其透镜光轴的视图；
图5示出了相机的局部截面平面图；
图6示出了图1所示的系统的处理装置的示意图；
图7示出了示出由处理装置执行的方法的流程图；以及
图8示出了示出组装用于车辆的相机的部件的方法的流程图。
具体实施方式
根据本发明的实施方式的相机组件302、系统101、车辆100和方法800在本文中参照附图1至附图8进行描述。
参照图1，车辆100是包括行路轮103的道路车辆，并且在本实施方式中，车辆100是汽车。车辆100还包括系统101，系统101包括相机102和处理装置104。系统101可以是高级驾驶员辅助系统(ADAS)或者形成其一部分，该高级驾驶员辅助系统(ADAS)被配置成根据由包括相机102的各种感测装置产生的信号来控制车辆100的速度。
相机102被配置成捕获图像并且生成可以被处理以识别所捕获图像内的对象的图像数据。在本实施方式中，由处理装置104进行图像处理。应当注意，尽管处理装置104被示出为与相机102分开，但是处理装置104和相机102可以形成单个单元，或者处理装置104可以包括若干处理部件，所述若干处理部件中的一个或更多个可以定位在相机102处，并且所述若干处理部件中的一个或更多个可以定位成与相机102分开。
车辆100具有挡风玻璃110和从挡风玻璃110的下端向前延伸的发动机罩111。相机102安装在车辆100内在挡风玻璃110后面，并且相机102已经被配置成使得其视野向下延伸至发动机罩111，但是发动机罩111均不在相机102的视野内。因此，由相机102生成的图像数据均不表示发动机罩111的图像。
相机102包括广角透镜(图3中所示的303)，该广角透镜为相机102提供水平平面中约90度和竖向平面中约60度的视野。然而，在可替选实施方式中，相机102可以具有不同的纵横比。例如，在一个实施方式中，相机102具有水平平面中约120度和竖向平面中约60度的视野。
如图1所示，相机102被安装至车辆100，使得在车辆100在水平道路表面105上的情况下，相机102的视野被布置成在从相机102向上的上方向106与从相机102向下的下方向107之间延伸。上方向106在水平线上方以第一角度108延伸，而下方向107在水平线下方以第二角度109延伸，第二角度109小于第一角度108。即使当车辆100靠近道路标志时，相对大的第一角度108也使相机102能够捕获道路标志(诸如道路标志112)的图像。
尽管相机102被定向成使得其视野的主要部分在水平线上方，但是相机102被配置成使得相机102的透镜的光轴113基本上是水平的(即在水平线的3度内)。这提供了在直线前进方向上的最佳分辨率，以模拟人眼的中央凹贴片。
图2中示出车辆100在第二车辆200后面。相机102被配置成使得其在包含光轴113的主要区域201中的光学分辨率与其在围绕其视野外围的区域中的光学分辨率相比相对高。如下面将说明的，主要区域201中的光学分辨率已经被布置成以围绕视野外围的光学分辨率降低为代价来增加。因此，相机102能够提供下述图像数据，该图像数据使得能够识别出现在主要区域201中在比其他方式可以实现的更远的距离处的对象。
图3中示出了穿过车辆100的相机102和挡风玻璃110的局部截面。相机102包括壳体301和定位在壳体301内的相机组件302。相机组件302包括透镜303和具有感测表面305的图像感测装置304。图像感测装置304固定于支承结构306，在本实施方式中，支承结构306为印刷电路板(PCB)306的形式，并且透镜303通过透镜支承件307安装在同一PCB 306上。透镜303被安装成使得透镜303的焦平面位于图像感测装置304的感测表面305处，并且其光轴113垂直于感测表面305延伸。因此，当光轴113被水平定向时，感测表面305在竖向平面上延伸。
图像感测装置304的感测表面305具有上边缘310和下边缘311，上边缘310和下边缘311延伸至图3的视图页面中。感测表面305具有从其下边缘311至其上边缘310的高度308、宽度(延伸至图3的视图页面中)和中心线309(延伸至图3的视图页面中)。中心线309在感测表面305的上边缘310与下边缘311之间的一半处跨感测表面305的宽度延伸。
中心线309相对于透镜303的光轴113偏移，使得光轴113在中心线309上方截断成像表面305。因此，因为感测表面305的高度308的较大比例定位在光轴113下方而不是定位在其上方，所以较大比例的视野在光轴113上方而不是其下方。因此，上方向106与透镜303的光轴113之间的第一角度108大于下方向107与光轴113之间的第二角度109。
在本实施方式中，透镜303的光轴113与感测表面305的中心线309的偏移防止了投影至感测表面305上的任何图像包含发动机罩111的图像。然而，在可替选实施方式中，投影至感测表面305上的图像的一小部分表示发动机罩111的视图，但是偏移使得大部分图像能够不含发动机罩的图像。设想图像中不含发动机罩的图像的部分将取决于车辆的型号。然而，在体现本发明的一些车辆中，至少90％的图像不含发动机罩的图像，而在其他实施方式中，仅85％的图像不含发动机罩的图像。
在本实施方式中，中心线309相对于光轴113偏移了为感测表面高度的约10％的距离。在其他实施方式中，中心线309相对于光轴113偏移了其他距离，并且在一些实施方式中，该距离为多于感测表面高度的10％。
由图8所示的流程图示出了组装用于车辆100的相机102的部件的方法800。在框801处，方法800包括将图像感测装置304固定于支承结构诸如PCB 306。例如，图像感测装置304可以包括CCD(电荷耦合装置)或CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器，图像感测装置304可以被配置成使用已知技术附接至PCB 306。
在方法800的框802处，将透镜303相对于图像感测装置304固定在适当位置以使得透镜303能够在感测表面305上产生图像。透镜303被定位成其光轴113垂直于图像感测装置304的感测表面305。例如，透镜303可以被定位成使得感测表面305在透镜303的焦平面中以使得远距离对象的图像能够聚焦在感测表面305上。透镜303被固定在适当位置，其中其光轴113相对于中心线309偏移，中心线309在感测表面305的中间高度(即上边缘310与下边缘311之间的一半)处跨其宽度延伸。例如，透镜303可以被支承在被配置成附接至PCB 306的透镜支承件307内。
所需要的透镜303相对于图像感测装置304的感测表面305的定位可以通过提供具有特征313诸如孔(图3中所示)的PCB 306来实现，该特征313被配置成在正确定位时接合透镜支承件307的特征314。
在组装用于车辆100的相机102的部件的可替选方法中，将相机透镜303固定于包括图像感测装置302的模块，并且然后将具有附接的相机透镜303的模块连接至支承结构306诸如PCB。
在图3的实施方式中，透镜303是广角透镜，透镜303将具有桶形失真的图像投影至感测表面上，使得图像在光轴113附近被拉伸。图像被拉伸的程度随着距光轴的距离而减小，使得图像在远离光轴113的位置处被挤压。因此，如图3所示，视野的主要区域201被投影至感测表面305的不成比例的大区域312上。
图4中示出了由透镜303产生的径向失真的影响，图4示出了图像感测装置304沿透镜303的光轴113的视图。如图4所示，图像感测装置304的感测表面305为具有上边缘310和下边缘311以及侧边缘407和408的矩形。
为了说明图像失真，在图像感测装置304的感测表面305上示出了由透镜303产生的方形网格401的图像。图4还示出了网格401中与光轴113邻近的第一方形403的放大图402以及网格401中远离光轴113且靠近感测表面305的侧边缘407的第二方形405的放大图404。
透镜303的桶形失真产生了随着距光轴113的距离而减小的图像放大率，使得当与靠近图像外围的方形相比，网格401中在图像中间处靠近光轴113的方形相对大。感测表面305包括二维阵列的感测元件406，感测元件406在第一方形403的放大图402和第二方形405的放大图404内示出。感测元件406跨整个感测表面305的尺寸相等，并且因此第一方形403的图像与第二方形405的图像相比被多得多的感测元件感测。
应当理解，如在其他相机，图像感测装置304包括超过一百万个感测元件406，并且因此感测元件406在图4中没有按比例示出。例如，在一个实施方式中，图像感测装置304包括具有约七百万像素的相机。此外，感测元件406的大小可以从一个实施方式至另一实施方式在大小上不同。然而，在光轴113处，透镜303被配置成将来自透镜303的1度视角投影至第一数目的感测元件406之上并且将1度视角投影至与感测表面305的边缘407邻近的较小的第二数目的感测元件406之上。在本实施方式中，第一数目为第二数目的1.5倍，但是在其他实施方式中，第一数目可以为第二数目的1倍至1.5倍，或者第一数目甚至可以为第二数目的1.5倍以上。
图5中示出了相机102的局部截面平面图。在本实施方式中，相机102是立体相机并且因此包括如上所述的两个相机组件302。在本实施方式中，两个相机组件302的图像感测装置304和透镜303安装在PCB 306形式的单个支承结构306上。
相机组件302中的每一个具有透镜303，透镜303的光轴113平行于另一透镜303的光轴113定向。在本实施方式中，每个相机组件102的透镜303相对于其对应的图像感测装置304定位，使得光轴113在感测表面305的两个侧边缘407与408之间的中间截断图像感测装置304的感测表面305。因此，每个相机组件302的视野关于包含对应光轴113的竖向平面(在如图5中所观察的页面中)对称地布置。例如，对于左相机组件302，光轴113与其视野的最左端极限方向502之间的角度501等于光轴113与其视野的最右端极限方向504之间的角度503。类似地，对于右相机组件302，光轴113与其视野的最左端极限方向506之间的角度505等于光轴113与最右端视野508之间的角度507。
图6中示意性地示出了处理装置104，并且图7的流程图中示出了可由处理装置104执行的方法700。关于图6，处理装置104包括至少一个电子处理器601和电耦接至处理装置601的输入/输出装置602，输入/输出装置602用于接收到至少一个处理器601的信号以及输出来自至少一个处理器601的信号。处理器601被配置成从相机102接收信号并且根据接收到的输入信号提供输出信号。输入/输出装置604可以包括收发器以使得能够通过车辆100的数据总线进行通信。
处理装置104还包括其中存储有指令604的至少一个电子存储装置602。处理器601电耦接至至少一个存储装置602，并且处理器601被配置成访问存储在存储装置603中的指令604并且执行所述指令以进行图7所示的方法700。
如图7所示，可由处理装置104执行的方法700包括在框701处从相机102接收图像数据。因为图像数据指示径向失真的图像，如上面参照图3和图4所描述的，因此在框702处处理装置104被配置成对图像数据进行处理以提供校正图像数据。在框702处的处理根据由透镜303产生的径向失真以及根据透镜303相对于图像感测装置304的感测表面305的位置偏移来进行。由透镜303产生的失真有效地致使正在成像的场景的变换，并且如本领域中已知的，处理装置104有效地提供逆变换以生成表示校正图像的校正图像数据。
然后可以在框703处对校正图像数据进行处理以检测相机102的视野中的车辆和道路标志的图像。
在方法700的框704处，根据以下中至少一项提供输出信号：检测到的车辆的位置；到检测到的车辆的距离；以及由检测到的道路标志提供的信息。在系统101形成ADAS系统的一部分的实施方式中，处理装置104可以被配置成提供指示检测到的对象是车辆以及检测到的车辆的位置和速度的输出信号，并且如果检测到的对象被识别为道路标志时，处理装置104可以被配置成提供指示由道路标志提供的信息的输出信号。可替选地，在一些实施方式中，处理装置104可以被配置成提供：提供ADAS系统的至少一个功能所需的处理，诸如自主巡航控制或自主紧急制动。在这样的实施方式中，处理装置104可以被配置成从若干不同的传感器包括相机102接收输入信号，并且将输出信号提供至车辆100的动力系控制模块(图1中所示的114)和/或制动系统(图1中所示的115)以根据接收到的信号来控制其速度。
出于本公开内容的目的，应当理解，本文中描述的处理装置可以包括具有一个或更多个电子处理器的电子控制单元或计算装置。车辆和/或其系统可以包括单个控制单元，或者可替选地，处理装置的不同功能可以体现在或托管在不同的控制单元或控制器中。可以提供一组指令，所述一组指令在被执行时使(一个或多个)控制器或(一个或多个)控制单元实现本文中描述的控制技术(包括描述的方法)。所述一组指令可以被嵌入一个或更多个电子处理器中，或者可替选地，所述一组指令可以被提供为将由一个或更多个电子处理器执行的软件。例如，第一控制器可以以在一个或更多个电子处理器上运行的软件的形式来实现，以及一个或更多个其他控制器也可以以在一个或更多个电子处理器、可选地与第一控制器相同的一个或更多个处理器上运行的软件的形式来实现。然而，应当理解，其他布置也是有用的，并且因此，本公开内容不旨在限于任何特定的布置。无论如何，上述的一组指令可以嵌入计算机可读存储介质(例如，非暂态计算机可读存储介质)中，该计算机可读存储介质可以包括用于对呈由机器或电子处理器/计算装置可读的形式的信息进行存储的任何机制，包括但不限于：磁存储介质(例如软盘)；光学存储介质(例如CD-ROM)；磁光存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除的可编程存储器(例如EPROM和EEPROM)；闪速存储器；或者用于存储这样的信息/指令的电介质或其他类型的介质。
应当理解，在不脱离本申请的范围的情况下，可以对本发明进行各种更改和修改。
图7中所示的框可以表示方法中的步骤和/或计算机程序604中的代码段，并且可以省略一些步骤。此外，图7和图8中的框的特定顺序的图示并不一定意味着对于框存在所需的或优选的顺序，并且框的顺序和布置可以变化。
尽管在前面的段落中已经参照各种示例描述了本发明的实施方式，但是应当理解，在不脱离所要求保护的本发明的范围的情况下，可以对给出的示例进行修改。
在前面的描述中所描述的特征可以以除了明确描述的组合之外的组合使用。
尽管已经参照某些特征描述了功能，但是无论是否进行了描述，那些功能可以由其他特征来执行。
尽管已经参照某些实施方式描述了特征，但是无论是否进行了描述，那些特征也可以存在于其他实施方式中。
尽管在前述说明书中致力于关注被认为特别重要的本发明的那些特征，但是应当理解，申请人要求保护上文提及和/或在附图中示出的任何可专利特征或特征组合，无论是否已经对此进行了特别强调。