CN105163006B - 汽车成像系统及安装成像系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于汽车的成像系统(11)，包括摄像机外壳部件(96)和至少一个安装在所述摄像机外壳部件上的摄像机模块(12)。摄像机模块(12)包括第一旋转锁定装置(94)，所述摄像机外壳部件(96)包括与第一旋转锁定装置(94)协作的第二旋转锁定装置(99)，其中，所述第一和第二旋转锁定装置(94)协作，以锁定摄像机模块(12)使其相对于摄像机外壳部件(96)不发生旋转。

Description

汽车成像系统及安装成像系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于汽车的成像系统，其包括摄像机外壳部件以及至少一个被安装到所述摄像机外壳部件上的摄像机模块。本发明还涉及一种将摄像机模块安装到摄像机外壳部件上的方法。
背景技术
在用于汽车的成像系统的组装过程中，透镜物镜通常相对于图像传感器对准，以便补偿透镜物镜的制造公差和倾斜或图像传感器的偏移，否则会导致图像质量的劣化。一旦透镜物镜的最佳位置和角度已经确定，传统地它会通过透镜物镜和镜头保持架的前端之间的胶接头相对于图像传感器被固定。然而，由于透镜物镜通常是围绕光轴旋转对称，图像传感器的滚转角位移无法在对准过程中通过相对于图像传感器旋转透镜物镜而被校正。因此，特别是对于立体系统还有对于单色系统，在将摄像机模块安装到外部的摄像机外壳部件期间，必须通过绕着光轴旋转摄像机模块来执行费力的转动对准。
一般地，为了同时处理单色和立体摄像系统，期望共享共同的生产过程，以尽可能地获得高效率和生产量，以及因此获得摄像机眼的模块化方法。同样重要的是保持关注任何汽车摄像机的温度范围。
发明内容
本发明的根本问题是提供一种适于无修改地同时适合用在单色系统和立体系统中的带有摄像机模块的成像系统，其中在将摄像机模块安装在摄像机外壳部件的过程中能避免费力的转动校准。
本发明通过独立权利要求中的特征解决了这个问题。按照本发明，协作的第一和第二旋转锁定装置设置在摄像机单元和摄像机外壳部件，第一和第二旋转锁定装置协作，以锁定摄像机模块使其相对于摄像机外壳部件不发生旋转。由于所述的创造性的旋转锁定装置，简单地通过使旋转锁定装置协作，而无需采用任何进一步的措施就可以使摄像机模块相对于摄像机外壳部件转动对准。因此，根据本发明，提供了一种摄像机模块相对于摄像机外壳部件的简单的被动对准。
优选地，第一和第二旋转锁定装置被设计成沿直线插入方向配合地插入彼此。在一个简单的实施例中，旋转锁定装置包括孔和配合地插入孔中的销。在这种情况下，销优选是中空的以允许与用于固定所述摄像机模块到所述摄像机外壳部件的螺栓接合。这里，孔优选地是安装壁上的通孔，以允许所述螺栓通过所述孔延伸。进一步地，安装壁有利地包括开口，通过该开口，光能够一直传递进入到摄像机模块。进一步地，第一旋转锁定装置有利地设置在镜头保持架上。
在一个优选的实施方案中，摄像机外壳部件包括至少一个接触面，该接触表面被设计为使得当摄像机模块完全插入到所述摄像机外壳部件中时，接触表面与摄像机模块的表面相接触。表面之间的平面接触保证了对准，特别是精确地维持了摄像机模块相对于摄像机外壳部件的翻转角度的对准。
优选地，镜头保持架相对于摄像机模块的背面板的对准是通过在镜头保持架和背面板之间胶接头固定。图像传感器的滚转角位移是通过相对于固定图像传感器的背面板旋转镜头保持架来校正的。换句话说，转动对准在安装摄像机模块时已经被执行，这样在将摄像机模块安装到摄像机外壳部件的过程中，使被安装的摄像机模块自身能完全转动对准，而不需要进一步的转动对准。一种相同型号的摄像机模块无需修改而同时适合用在单色和立体应用中。
附图说明
以下参考附图基于优选的实施例阐述了本发明，其中：
图1示出了一种视觉系统的组合；
图2示出了摄像机模块的截面图；
图3示出了摄像机模块的透视图；
图4示出了摄像机模块的俯视图；
图5示出了用于立体成像装置的摄像机外壳部件透视图；
图6示出了图5中摄像机外壳部件的后视图；
图7示出了用于单色成像装置的摄像机外壳部件的透视图；以及
图8示出了图7中摄像机外壳部件的后视图。
具体实施方式
视觉系统10安装在汽车上，包括成像装置11，用于获取汽车周边区域的图像，所述区域如汽车前方的区域。成像装置11包括摄像机外壳部件96和一个或多个安装在摄像机外壳部件96内的光学成像设备12，特别是摄像机模块。摄像机外壳部件96包括一个或多个容纳部98，每个容纳部适于接收一个摄像机模块12。摄像机外壳部件96优选地由金属制成，例如由铝制成，并且可以安装在前挡风玻璃后面的汽车后视镜区域中。
在一个实施例中，成像装置11工作在可见光波长范围内。然而，红外线摄像机也是可行的，其中红外覆盖波长低于5微米的近红外线和/或波长超出5微米的远红外线。在一些实施例中，成像装置11包括多个成像设备12，所述多个成像设备特别是形成一个立体成像装置11。在其他的实施例中，可以使用仅仅一个成像设备12，该成像设备形成一个单色成像装置11。每个摄像机模块12有一个光学路径，因此摄像机模块也被称为摄像机眼。
成像装置11可以与图像预处理器相联接，图1未示出，图像预处理器适于通过成像装置11控制图像的捕捉，从成像装置11接收包括图像信息的电信号，使一对对左/右图像变形到对准和/或创造不同的图像，这些是本领域技术人员所知晓的。图像预处理器可以通过专用的硬件电路实现，所述硬件电路特别是现场可编辑门阵列(FPGA)。作为一种选择，预处理器或它的部分功能可以在电处理装置14中实现。如果一个单色成像装置11仅使用一个摄像头12，那么不需要预处理器。
图像数据被提供到电处理装置14，在那通过对应的软件实施进一步的图像和数据处理。特别是，在处理装置14中的图像和数据处理包括以下功能：汽车周边可能对象(例如行人，其他车辆，骑脚踏车者或大的动物)的识别和分类；随着时间的变迁追踪已记录图像中所识别的对象候选人的位置；估计车辆与被探测对象之间碰撞的可能性；和/或根据所述碰撞可能性估计来激活或控制至少一个驾驶员辅助装置18。驾驶员辅助装置18可以特别地包括用于显示与被探测对象有关的信息的显示装置。然而，本发明不限于显示装置。驾驶员辅助装置18还可以或可选地包括：适于通过合适的光学的、声学的和/或触觉的报警信号向驾驶员提供碰撞警报的报警装置；一个或多个约束系统，例如乘员安全气囊或安全带张力器、行人保护气囊、举升机等；和/或车辆动态控制系统，例如制动器或转向装置。处理装置14方便地具有连接存储装置25的接口。
电处理装置14优选地为程控的或可编程的，且方便地包括微处理器或微控制器。电处理装置14优选地能被实现在数字信号处理器(DSP)中。电处理装置14和存储装置25优选地被实现在车载电子控制单元(ECU)且可以通过单独的电缆或车辆数据总线连接到成像装置11。在另外一些实施例中，ECU和一个或多个成像设备12能被集成为一个单一的单元，优选地采用包含ECU和所有的成像设备12的一个箱的解决方案。从成像，成像处理到激活或控制驾驶员辅助装置18的所有步骤在驾驶期间被实时自动、连续地执行。
在图2至4中示出的优选的实施例中，摄像机模块12包括物镜20，固定物镜20的镜头保持架53，图像传感器24和固定图像传感器24的背板32。镜头保持架53通过胶接头80连接到背板32上，连接可以整体上是环形的，或例如由多个胶点组成。胶80优选地为紫外光固化胶。镜头保持架53，背板32和胶接头80形成外壳22，与物镜20一起，基本上被闭合成不透光，除了入射光开口28外。对于热稳定性，镜头保持架53优选地由金属(例如锌或锌合金)制成。
镜头保持架53包括：管件54，管件优选地为圆柱形且沿物镜20的光轴平行延伸；和底座55，其用于通过胶接头80连接镜头保持架53到背板32上。镜头保持架53的管件54和物镜20排列成与物镜20的光轴同心。物镜20同轴地固定在镜头保持架53的管件54中并通过螺栓与管件连接。更特别地，镜头保持架53包括内螺纹58且物镜20包括适于与镜头保持架53的螺纹58匹配的对应的外螺纹72。物镜20和镜头保持架54之间的连接通过胶81固定，优选地胶应用在螺纹58和72之间。
来自汽车周边对象的入射光落入开口28，被物镜20聚焦在物镜20的像平面A。图像传感器24的感光平面有利地设置在物镜20的像平面上或像平面中。图像传感器24优选地为二维的图像传感器，特别地是在可见波长区域内具有最大灵敏度的光学传感器，且适于将入射光转化为包含探测到的对象的图像信息的电信号。图像传感器24可以例如为CCD传感器或CMOS传感器。刚性背板32优选地由金属制成，特别地是由钢制成。本发明中的印刷电路板83优选地为柔性印刷电路板，设置在背板32的传感器侧。物镜20包括镜筒63和一个或多个固定在镜筒63内的镜头。镜筒63优选地由金属制成，特别地是由铜制成。镜筒63或物镜20的外部形状一般地为圆柱形且紧密贴合管件54或镜头保持架53的内部圆柱形，以使物镜20在镜头保持架53中被紧密导向。
镜头保持架53的位置相对于背板32的位置沿六自由度调整，即垂直于光学Z轴的X-Y方向上的瞄准线校正，关于翻转角Θx,Θy的调整，沿着光学Z轴的针对焦点的调整，以及，特别地相对于转角Θz调整。由于胶80连接点设置在镜头保持架53和背板32之间，摄像机模块12内在地被转动对准，例如相对于转角Θz对准。在安装摄像头模块12的有效的对准进行过程中，可能的是，在一定的公差内，将每个摄像机模块12的瞄准线引到它的接触表面95。
镜头保持架53包括设置在镜头保持架53上的，优选设置在底座55的上表面95上的，旋转锁定装置94，。旋转锁定装置94具有中空的销的形式。优选地每个摄像机模块12包括两个销94，所述销设置在被摄像机模块12的光轴限定的相反的八分圆(octant)处。这意味着被两个销94与光轴限定的角至少是135°，优选地是如图3和4所示的180°。
每个摄像机外壳部件96的容纳部98包括安装壁101。每个安装壁101上形成有孔99，适于配合地接收将要插入到容纳部98中的摄像机模块12的销94。孔99优选为通孔，螺栓103能够从壁101的前侧通过该通孔被螺接，这在下文会解释。容纳部98上的一个孔99可以沿一条连接容纳部98的两个孔99的直线呈椭圆形，以补偿制造公差。图6和图8中每个容纳部98的左侧孔99都以这种方式略呈椭圆形。图示设计可替代的是，销94可以设置在摄像机外壳部件96上，孔99可以设置在摄像机模块12上。
在每个安装壁101中，优选地形成有开口102，通过开口光能够一路传递到图像传感器24。在安装状态，具有背板32和图像传感器24的摄像机模块20的底座55设置在容纳部98的安装壁101的后侧或安装侧，而物镜20和/或镜头保持架53的管件54可以延伸穿过开口102至前侧。
每个安装壁101也优选地包括至少一个接触表面100，该接触表面被设计以提供用于摄像机模块12的表面95的邻接面，使得当摄像机模块12被容纳部98完全接收时，该摄像机模块12的表面95与容纳部98的对应表面100为平面接触。在图6和图8示出的实施例中，每个容纳部98包括两个接触表面100，在开口102相反的两侧，其中每个表面100中形成一个孔99。可选的是，例如，每个容纳部98可以仅优选地包括一个环绕开口102的环形接触表面100。
表面100优选地非常平坦，如果摄像机外壳部件96是金属铸造，这可以通过使用机械加工表面100来实现，例如在加工摄像机外壳部件96时提供一个额外的机械加工步骤。有利的是摄像机外壳部件96的所有接触表面100都位于同一平面，例如图6示出的立体摄像机外壳部件96中所有的四个接触表面100。
为了将摄像机模块12安装到摄像机外壳部件96上，摄像机模块12插入到容纳部98中，摄像机模块12的销94沿着销94的轴线从壁101的安装侧被简单地插入到摄像机外壳部件96的孔99中。当摄像机模块12的销94完全插入到容纳部98的孔99中时，摄像机模块12相对于摄像机外壳部件96绕光轴的旋转，即摄像机模块12的转角Θz的变化，被阻止。最后，摄像机模块12通过螺栓103固定在摄像机外壳部件96上，螺栓从壁101的非安装侧通过孔99螺接到中空的销94。螺栓103优选地为自攻型，且孔99与根据螺栓的尺寸来定，以使得以实现自攻。
如上所述，销94和孔99用作紧固摄像机模块12，使其相对于摄像机外壳部件具有固定的转动方向。这对应于一个最简单的被动旋转对准，不再需要任何进一步的对准措施，这是可能的，因为如上所述在摄像机模块12中转角Θz被固有地固定。
进一步地，在安装状态中，摄像机模块12相对于摄像机外壳部件96的翻转角Θx,Θy的精准锁定以及Z向对准的固定通过接触表面95，100之间的高度平面接触来实现。

Claims (12)

1.一种用于汽车的成像系统(11)，包括摄像机外壳部件(96)和至少一个要安装在所述摄像机外壳部件(96)上的摄像机模块(12)，其特征在于，所述摄像机模块(12)包括第一旋转锁定装置(94)，所述摄像机外壳部件(96)包括适于与所述第一旋转锁定装置(94)协作的第二旋转锁定装置(99)，其中将所述摄像机模块(12)插入到所述摄像机外壳部件(96)的容纳部(98)中，使所述第一和第二旋转锁定装置(94)协作，以锁定摄像机模块(12)使其相对于摄像机外壳部件(96)不发生旋转；
其中，所述摄像机外壳部件(96)包括至少一个接触表面(100)，该接触表面被设计为使得当摄像机模块(12)完全插入到所述摄像机外壳部件(96)中时，接触表面(100)与摄像机模块(12)的表面(95)为平面接触,
使得在安装状态中，所述摄像机模块(12)相对于所述摄像机外壳部件(96)的翻转角Θx,Θy被精准锁定以及Z向对准的固定；
其中Z向对准在所述摄像机模块(12)的光轴方向。
2.如权利要求1所述的成像系统(11)，其特征在于，所述第一和第二旋转锁定装置(94,99)被设计成沿直线插入方向配合地插入彼此。
3.如前述任一权利要求所述的成像系统(11)，其特征在于，所述旋转锁定装置(94)包括孔(99)和配合地插入到所述孔(99)中的销(94)。
4.如权利要求3所述的成像系统(11)，其特征在于，所述销(94)为中空的，以允许与用于固定所述摄像机模块(12)到所述摄像机外壳部件(96)的螺栓(103)接合。
5.如权利要求4所述的成像系统(11)，其特征在于，所述孔(99)为安装壁(101)上的通孔，以允许所述螺栓(103)通过所述孔(99)延伸。
6.如权利要求5所述的成像系统(11)，其特征在于，所述安装壁(101)包括开口(102)，通过开口(102)光能够一直传递进入到摄像机模块(12)。
7.如权利要求1或2所述的成像系统(11)，其特征在于，每个摄像机模块(12)包括多个第一旋转锁定装置(94)，所述多个第一旋转锁定装置与设置在摄像机外壳部件(96)上的对应的多个第二旋转锁定装置(99)相匹配。
8.如权利要求7所述的成像系统(11)，其特征在于，所述多个第一旋转锁定装置(94)设置在被摄像机模块12的几何轴线定义的相反的八分圆处。
9.如权利要求1或2所述的成像系统(11)，其特征在于，所述摄像机模块(12)包括物镜(20)，固定所述物镜(20)的镜头保持架(53)，图像传感器(24)和连接所述镜头保持架(53)并固定所述图像传感器(24)位于物镜(20)的成像面(A)的背板(32)中或与所述背板接近，其特征在于，所述第一旋转锁定装置(94)设置在所述镜头保持架(53)上。
10.如权利要求9所述的成像系统(11)，其特征在于，所述镜头保持架(53)是由金属制成的。
11.如权利要求9所述的成像系统，其特征在于，镜头保持架(53)相对于背板(32)的对准是通过镜头保持架(53)和背板(32)之间的胶接头(80)固定的。
12.一种安装用于汽车摄像机模块(12)的成像系统(11)的方法，所述成像系统包括摄像机外壳部件(96)和至少一个要安装在所述摄像机外壳部件(96)上的摄像机模块(12)，其特征在于，将所述摄像机模块(12)插入到所述摄像机外壳部件(96)的容纳部(98)中，使设置在所述摄像机模块(12)上的第一旋转锁定装置(94)与设置在所述摄像机外壳部件(96)上的第二旋转锁定装置(99)协作，以及固定所述摄像机模块(12)到所述摄像机外壳部件(96)上；
其中，所述摄像机外壳部件(96)包括至少一个接触表面(100)，该接触表面被设计为使得当摄像机模块(12)完全插入到所述摄像机外壳部件(96)中时，接触表面(100)与摄像机模块(12)的表面(95)为平面接触，
使得所述摄像机模块(12)相对于所述摄像机外壳部件(96)的翻转角Θx,Θy被精准锁定以及Z向对准的固定；
其中Z向对准在所述摄像机模块(12)的光轴方向。
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