CN102566212B - 摄像机装置和用于运行机动车的摄像机装置的方法 - Google Patents
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Abstract
在用于机动车的摄像机装置中，其具有摄像机和光学元件，所述摄像机具有用于输出图像信号的图像传感器，所述光学元件包含可转换的光学元件，所述可转换的光学元件在第一转换状态中是第一摄像机光学系统的一部分而在第二转换状态中是第二摄像机光学系统的一部分。在此，光学元件构成用于检测第一周围环境以及将所述第一周围环境以第一物距成像在所述图像传感器上的第一摄像机光学系统，并且光学元件构成用于检测第二周围环境以及将所述第二周围环境以与所述第一物距不同的第二物距成像在所述图像传感器上的第二摄像机光学系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种摄像机装置和一种用于运行机动车的摄像机装置的方法。
现有技术
用于机动车的摄像机装置基本上是已知的。在驾驶员辅助系统的范围内用于检测机动车周围环境的摄像机装置是已知的。借助摄像机装置拍摄的车辆周围环境的图像数据例如可以以夜视辅助的形式作为交通标志或车道识别或者作为交通监视来辅助驾驶员。此外已知的是，摄像机装置用于检测车窗玻璃的车窗玻璃状态。
DE 102004015040 A1公开了一种基于视频的雨水传感器，其中，在图像传感器划分为两个彼此相邻的图像区域的情况下在图像处理技术上一方面分析处理车辆周围环境的清晰成像而另一方面分析处理车窗玻璃的清晰成像。摄像机本身聚焦在无限远，实践中聚焦在15-30米，以所述聚焦拍摄的图像区域称为初级图像并且例如用于如驾驶员辅助系统车道保持辅助(LDW，Lane Departure Warning：车道偏离警告)或者道路标志识别的功能。附加的光学元件、透镜或平面镜实现另一图像区域中摄像机的图像在挡风玻璃上的聚焦——次级图像可以通过图像处理算法分析处理由汽车摄像机拍摄到的、车窗玻璃上所聚焦的雨滴，并且可以检测到所述雨滴。由于图像传感器的划分，不是全部传感器表面可供初级图像使用。
发明内容
本发明提出了一种用于机动车的摄像机装置，所述摄像机装置具有摄像机和光学元件，所述摄像机具有用于输出图像信号的图像传感器，其中，光学元件形成用于检测第一周围环境以及将所述第一周围环境以第一物距成像在所述图像传感器上的第一摄像机光学系统，并且光学元件形成用于检测第二周围环境以及将所述第二周围环境以与所述第一物距不同的第二物距成像在所述图像传感器上的第二摄像机光学系统，其特征在于，所述光学元件具有一可转换的光学元件，所述可转换的光学元件在第一转换状态中是所述第一摄像机光学系统的一部分而在第二转换状态中是所述第二摄像机光学系统的一部分。
本发明还提出了一种用于运行机动车的摄像机装置的方法，所述摄像机装置具有摄像机和光学元件，所述摄像机具有用于输出图像信号的图像传感器，其中，光学元件形成用于检测第一周围环境以及将所述第一周围环境以第一物距成像在所述图像传感器上的第一摄像机光学系统，并且光学元件形成用于检测第二周围环境以及将所述第二周围环境以与第一物距不同的第二物距成像在所述图像传感器上的第二摄像机光学系统，其中，所述光学元件具有可转换的光学元件，所述可转换的光学元件在第一转换状态中是所述第一摄像机光学系统的一部分而在第二转换状态中是所述第二摄像机光学系统的一部分，所述方法具有以下重复的方法步骤：
a)将所述可转换的光学元件转换到所述第一转换状态中；以及
b)将所述可转换的光学元件转换到第二转换状态中。
根据本发明的摄像机装置和用于运行机动车的摄像机装置的方法则具有以下优点：聚焦到第一物距(Gegenstandsweite)上的初级图像可以使用整个传感器表面而聚焦到与第一物距不同的第二物距上的次级图像可以使用整个传感器表面的一部分或整个传感器表面。对于更大的图像传感器和相应的读取电子装置不产生任何开销。此外，消除了根据现有技术在单独的图像区域之间的过渡区中的相互干扰，而不必使用在过渡区域中又引起不利的亮度变化的光阑。在雨水传感器集成到驾驶员辅助摄像机中时仅仅发生初级功能的较小干扰。
另一优点是，可以根据行驶状况为初级图像和次级图像提供适合的观察时间。这样的动态转换能够实现对周围环境情况的最佳匹配。另一优点是，图像传感器的所有边缘区域可供分析处理初级图像的初级功能使用。恰恰这些初级功能大多需要图像的边界区域。例如，对于LDW必须分析处理下部区域，以便识别车道的变化。道路指示牌和信号灯的识别需要上部的图像区域。
附图说明
图1示出摄像机装置的一个实施方式，
图2示出摄像机装置的立体视图，
图3示出摄像机装置的摄像机保持装置的立体图，以及
图4示出根据本发明的方法的实施方式的流程图。
相同或彼此相应的部件在附图中设有相同的参考标记。
具体实施方式
摄像机装置1被构造用于机动车，用于检测周围环境。摄像机装置1包括摄像机2和摄像机保持装置11。摄像机保持装置11在未详细示出的机动车的机动车内部空间中固定在车窗玻璃4、在此为挡风玻璃上并且支承和定位摄像机2。摄像机2具有摄像机壳体10、图像传感器3以及一些光学元件。这些光学元件包括在此由透镜表示的物镜12、偏转镜13和可转换的光学元件14。所述可转换的光学元件14在第一转换状态中是透射的而在第二转换状态中是反射的。图像传感器3基于半导体地例如构造成CMOS部件或CCD部件，其输出图像信号S1。第一摄像机光学系统24透过车窗玻璃4在整个图像传感器3上清晰地成像第一周围环境、在此为车辆周围环境，所述周围环境例如在行驶方向上位于机动车前方，所述第一摄像机光学系统由多个光学元件8、即物镜12和可转换的光学元件14组成。可转换的光学元件14为此处于第一转换状态——透射。在此，透过车窗玻璃4，入射的第一射束20成像或聚焦在图像传感器3的整个传感器区域7a和7b上。
第二摄像机光学系统25在图像传感器3的传感器区域7b上清晰地成像第二周围环境、在此为窗玻璃4的窗玻璃表面15的一个区段A，所述第二摄像机光学系统由多个光学元件8、即物镜12和可转换的光学元件14和偏转镜13组成。可转换的光学元件14为此处于第二转换状态——反射。因此，从车窗玻璃4的区段A起始的第二射束21或者穿过区段A的第二射束21依次经过偏转镜13、可转换的光学元件14和物镜12并且成像或聚焦在图像传感器3的传感器区域7b上。第二射束21可以如所示出的那样来自车辆周围环境并且穿过车窗玻璃4、可能也穿过附着在车窗玻璃4上的水滴6，或者也来自车辆的内部空间并且被相应地反射。出于简化和清楚的目的，在图1中没有示出而是简化了透过车窗玻璃4和水滴6的确切光路。
在所述实施例中，第一摄像机光学系统24的物距或目标距离(Objekt-weite)是无限的，第二摄像机光学系统25的物距或目标距离是有限的并且其焦点位于车窗玻璃4的区域中。通过平面镜13(第二转换状态中的可转换的光学元件13)、14之间的适当间距可以构成足够大的物距，使得尽管如此也以良好的成像特性在图像传感器3上成像相对接近摄像机2的区域A。替换地，同样可以使用具有其他物距的光学元件12、13、14或附加的光学元件、例如透镜和/或光栅。
此外，摄像机装置1包括分析处理装置5，所述分析处理装置被如此设计，使得所述分析处理装置分析处理包含图像传感器3的第一传感器区域7a和第二传感器区域7b的图像信息的图像信号S1。在此，为了求得车窗玻璃4的车窗玻璃状态，分析处理第二周围环境A的图像信息。在这样的情形中，分析处理装置5尤其被如此设计，使得求得车窗玻璃4的区段A由于水滴6的不同湿润，并且例如可以在雨天传感器功能的范畴中继续使用这些信息，例如用于控制雨刮器。替换地或附加地，同样可以通过这样的方式求得车窗玻璃4的污染或例如由于刮痕而造成的损坏。此外，摄像机装置1有利地包括光源9、例如一个或多个LED，借助所述光源可借助射束22附加地照明车窗玻璃4的区段A。在此，光源9例如如此设置，使得在区段A的区域中反射的射束22可以经过第二摄像机光学系统25射到图像传感器3上。光源9尤其是在光线情况较差时(例如在夜间)能够照明区段A，以便在图像传感器3上产生区段A的足够亮的成像，其中，后者有利于车窗玻璃状态的分析处理。在此，光源9可以如所示出的那样借助于分析处理单元5的或者另一装置的控制信号S2进行控制，所述分析处理单元因此也是控制单元。
因此，图像传感器3和物镜12设置在摄像机2的摄像机壳体10中。偏转镜13、可转换的光学元件14和光源9设置在摄像机保持装置11中或摄像机保持装置11上，所述摄像机保持装置由此形成用于车窗玻璃状态检测功能的独立模块。替换地，第二摄像机光学系统25的至少一部分和/或光源9也可以设在摄像机壳体10上。
分析处理单元5有利地设置在摄像机壳体10的内部；但是，它也可以在外部例如是车辆辅助系统的中央控制单元的一部分。
替换地，代替车窗玻璃4的区段A，所述第二周围环境例如可以是车辆的周围环境，所述周围环境包括道路边缘、位于道路边缘上的交通标志或者位于车辆上方的交通信息牌，或者也包括车辆内部空间，其中，根据本发明可分别调节出与在第一周围环境中不同的物距。视向的偏转可以通过光学元件、尤其是通过平面镜实现。
在摄像机装置1中，光学元件12、13、14具有可转换的光学元件14，所述可转换的光学元件在第一转换状态中是第一摄像机光学系统24的一部分而在第二转换状态中是第二摄像机光学系统25的一部分。整个可转换的光学元件14是可转换的并且部分地设置在第一摄像机光学系统24的光路中，并且第二周围环境成像到图像传感器3的部分区域7b上。替换地，存在以下可能性：仅仅将可转换的光学元件14的一部分构造为可转换的。在这样的配置中，整个可转换的光学元件14部分地设置在第一摄像机光学系统24的光路中，第二周围环境成像到图像传感器的部分区域上。替换地，整个可转换的光学元件14是可转换的并且完全地设置在第一摄像机光学系统24的光路中，并且第二周围环境完全地成像到图像传感器3上、即成像到图像传感器3的两个部分区域7a和7b上。在所有的变型方案中，整个图像传感器均可供第一周围环境使用。
可转换的光学元件14在第一转换状态中基本上是透明的而在第二转换状态中基本上是反射的。替换地，表示第一与第二转换状态的混合状态的其他转换状态也是可能的。在此，可以根据所施加的电压大概在接近0％与100％之间的范围中改变透射率(Transmission)。根据当前的雨天情况，可以由此动态地在其透射率方面改变主镜。在干燥时，例如可以选择最高的透射率。在这样的混合状态中，第一周围环境和第二周围环境在图像传感器上以可控制的份额比例叠加。分析处理软件可以考虑这点。与开销更大的分析处理的额外开销相比，初级功能可以在特别长的时间间隔上使用摄像机图像。附加地，存在以规则的时间间隔进行转换并且由此确保雨天情况的更准确检验的可能性。
可转换的光学元件具有电致变色材料。可转换的平面镜例如可以借助LCD材料实现。
在图4中说明了用于运行机动车的摄像机装置的方法的流程图，所述摄像机装置具有摄像机2和光学元件，所述摄像机具有用于输出图像信号S1的图像传感器3，其中，所述光学元件具有可转换的光学元件。在此重复以下方法步骤：
a)将可转换的光学元件转换到第一转换状态中；以及
b将可转换的光学元件转换到第二转换状态中。
在方法步骤a)中，可转换的光学元件14在第一转换状态中并且是用于检测第一周围环境以及将具有第一物距的第一周围环境成像在图像传感器3上的第一摄像机光学系统24的一部分。
在方法步骤b)中，可转换的光学元件14在第二转换状态中并且是用于检测第二周围环境以及将具有与第一物距不同的第二物距的第二周围环境成像在图像传感器3上的第二摄像机光学系统25的一部分。
有利的是，第一转换状态比第二转换状态持续的时间长得多。优选地根据行驶状况和/或气候情况来控制第一转换状态与第二转换状态之间的转换。
Claims (10)
1.用于机动车的摄像机装置(1)，所述摄像机装置具有摄像机(2)和光学元件，所述摄像机具有用于输出图像信号(S1)的图像传感器(3)，其中，光学元件形成用于检测第一周围环境以及将所述第一周围环境以第一物距成像在所述图像传感器(3)上的第一摄像机光学系统(24)，并且光学元件形成用于检测第二周围环境以及将所述第二周围环境以与所述第一物距不同的第二物距成像在所述图像传感器(3)上的第二摄像机光学系统(25)，其特征在于，所述光学元件具有一可转换的光学元件，所述可转换的光学元件在第一转换状态中是所述第一摄像机光学系统(24)的一部分而在第二转换状态中是所述第二摄像机光学系统(25)的一部分。
2.根据权利要求1所述的摄像机装置，其特征在于，所述可转换的光学元件完全地或部分地设置在所述第一摄像机光学系统(24)的光路中。
3.根据权利要求1或2所述的摄像机装置，其特征在于，所述可转换的光学元件在所述第一转换状态中是基本上透明的而在所述第二转换状态中是基本上反射的。
4.根据权利要求1或2所述的摄像机装置，其特征在于，所述可转换的光学元件具有电致变色材料。
5.根据权利要求1或2所述的摄像机装置，其特征在于，所述可转换的光学元件具有LCD材料。
6.根据权利要求1或2所述的摄像机装置，其特征在于，所述可转换的光学元件具有在光学上起作用的可转换的区域和在光学上起作用的不可转换的区域。
7.根据权利要求1或2所述的摄像机装置，其特征在于，所述摄像机装置(1)在第二转换状态中被装备为雨水传感器。
8.用于运行机动车的摄像机装置的方法，所述摄像机装置具有摄像机(2)和光学元件，所述摄像机具有用于输出图像信号(S1)的图像传感器(3)，其中，光学元件形成用于检测第一周围环境以及将所述第一周围环境以第一物距成像在所述图像传感器(3)上的第一摄像机光学系统(24)，并且光学元件形成用于检测第二周围环境以及将所述第二周围环境以与第一物距不同的第二物距成像在所述图像传感器(3)上的第二摄像机光学系统(25)，其中，所述光学元件具有可转换的光学元件，所述可转换的光学元件在第一转换状态中是所述第一摄像机光学系统的一部分而在第二转换状态中是所述第二摄像机光学系统(25)的一部分，所述方法具有以下重复的方法步骤：
a)将所述可转换的光学元件转换到所述第一转换状态中；以及
b)将所述可转换的光学元件转换到第二转换状态中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一转换状态比所述第二转换状态持续的时间长得多。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，根据行驶状况和/或气候情况控制所述第一转换状态与所述第二转换状态之间的转换。
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