CN107757482A - 无人驾驶汽车及其工作方法 - Google Patents

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CN107757482A CN201710975988.7A CN201710975988A CN107757482A CN 107757482 A CN107757482 A CN 107757482A CN 201710975988 A CN201710975988 A CN 201710975988A CN 107757482 A CN107757482 A CN 107757482A
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Abstract

本发明涉及一种无人驾驶汽车及其工作方法，本全景影像系统包括：位于车体周围设置的若干摄像镜组，以及与各摄像镜组电性连接的处理器模块，所述处理器模块还与中控显示屏相连；每个所述摄像镜组适于分别采集车体相应方向的影像数据；所述处理器模块适于识别影像数据中的物体，当物体被识别为危险物时，所述中控显示屏发出报警信号，并控制汽车进行避让。

Description

无人驾驶汽车及其工作方法
技术领域
本发明属于汽车领域，具体涉及一种无人驾驶汽车及其工作方法。
背景技术
目前，无人驾驶技术发展迅速，无人汽车也逐渐进入人们的视眼。
但是无人汽车由于可靠性问题，在普及上造成一定的障碍。
因此，如何提高无人汽车的可靠性是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人驾驶汽车及其工作方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无人驾驶汽车，包括：
位于车体周围设置的若干摄像镜组，以及与各摄像镜组电性连接的处理器模块，所述处理器模块还与中控显示屏相连；
每个所述摄像镜组适于分别采集车体相应方向的影像数据；
所述处理器模块适于识别影像数据中的物体，当物体被识别为危险物时，所述中控显示屏发出报警信号。
进一步，所述处理器模块还连接有存储模块；
所述存储模块适于存储实时的全景影像，以及各摄像镜组拍摄的单一影像；以及
所述处理器模块还与一振动传感器相连，以适于在车辆停车后，由车体振动后触发，所述处理器模块启动各摄像镜组进行拍摄。
进一步，所述摄像镜组从物侧到像侧依次排列包括：第一透镜组、第二透镜组、光阑以及第三透镜组、像面，其中，第一透镜组的光焦度为负，第二透镜组的光焦度为正，第三透镜组的光焦度为正，光阑位于第二透镜组与第三透镜组之间；
其中，第一透镜组包括：光焦度为负的双凹型第一透镜、光焦度为负的双凹型第二透镜、光焦度为正的双凸型第三透镜；
第一透镜组的焦距f1和摄像镜组的焦距f满足条件：-1.8≤f1/f≤-1.4；
双凸型第三透镜的焦距fL3和双凹型第二透镜的焦距fL2满足下列条件式：0.6≤fL3/fL2≤1；
摄像镜组的光学系统总长TTL满足下列条件式：TTL≤20mm。
进一步，第二透镜组包括：光焦度为正的双凸型第四透镜、光焦度为负的双凹型第五透镜，光焦度为正的双凸型第六透镜；
第三透镜组包括：光焦度为正的凸面朝向像侧的平凸型第七透镜、光焦度为正的双凸型第八透镜、光焦度为正的双凸型第九透镜、光焦度为负的双凹型第十透镜、光焦度为正的双凸型第十一透镜。
进一步，双凹型第二透镜与双凸型第三透镜胶合而成第一组双胶合透镜，双凹型第五透镜与双凸型第六透镜胶合而成第二组双胶合透镜，双凹型第十透镜与双凸型第十一透镜胶合而成第三组双胶合透镜。
进一步，双凸型第三透镜的光学玻璃材质相对于d光的折射率Nd和阿贝系数Vd满足下列条件式：Nd≥1.8，Vd≥40。
进一步，双凸型第四透镜的光学玻璃材质相对于d光的折射率Nd和阿贝系数Vd满足下列条件式：Nd≥2.1，Vd≤28。
进一步，双凸型第十一透镜的光学玻璃材质的Nd<3.65，Vd>15，双凹型第十透镜的光学玻璃材质的Nd>1.7，且Vd≤25。
进一步，第一透镜组包括第一镜筒的右部与第一镜筒的左部，其中，该第一镜筒的右部的内径比第一镜筒的左部的内径小，该双凹型第一透镜设置于第一镜筒的右部中，且该第一镜筒的右部前端内侧设置有用于固定双凹型第一透镜的第一压圈；该双凹型第一透镜设置于第一镜筒的左部中，且该第一镜筒的左部后端内侧设置有用于固定第二凸透镜的第二压圈；以及
第二透镜组还包括盖合于第二镜筒左端的第二隔圈；并且
第一镜筒的右部的直径为110-120mm；第二透镜组的双凸型第四透镜后端中心顶点到第一透镜组的双凹型第一透镜前端中心顶点的距离为30-65mm。
又一方面，本发明还提供了一种无人驾驶汽车的工作方法。
位于车体周围设置的若干摄像镜组，以及与各摄像镜组电性连接的处理器模块，所述处理器模块还与中控显示屏相连；
每个所述摄像镜组适于分别采集车体相应方向的影像数据；
所述处理器模块适于识别影像数据中的物体，当物体被识别为危险物时，所述中控显示屏发出报警信号。
本发明的有益效果是，本发明的无人驾驶汽车及其工作方法，在车体周围设置的若干摄像镜组，每个所述摄像镜组适于分别采集车体相应方向的影像数据；并且通过处理器模块识别影像数据中的物体，当物体被识别为危险物时，中控显示屏发出报警信号，并控制汽车进行避让。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的人驾驶汽车的原理框图。
图2是本发明中摄像镜组的结构示意图。
图3是第一透镜组对应的第一镜筒的剖视图。
图4是第二透镜组对应的第二镜筒的剖视图。
图5是第三透镜组对应的第三镜筒的剖视图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供了一种无人驾驶汽车，包括：
位于车体周围设置的若干摄像镜组，以及与各摄像镜组电性连接的处理器模块，所述处理器模块还与中控显示屏相连；
每个所述摄像镜组适于分别采集车体相应方向的影像数据；
所述处理器模块适于识别影像数据中的物体，当物体被识别为危险物时，所述中控显示屏发出报警信号；还可以控制汽车进行避让。
所述处理器模块可以是ARM处理器模块；各摄像镜组可以位于车体的前方、车位和车两侧，至少四个；例如当车辆的右侧出现大货车超车，所述处理器模块从该侧面所摄像镜组的影像数据中识别大货车，进而发出警报；若处理器模块判断车辆左边和左后侧未有行驶车辆，则控制汽车向左侧进行避让。
所述物体可以是汽车，危险物判断可以是大货车、卡车、渣土车等危险性较高的车辆；所述处理器模块适于根据大货车、卡车、渣土车预存的图像数据进行比对，以判定物体是否为危险物。
本发明的无人驾驶汽车在车体周围设置的若干摄像镜组，每个所述摄像镜组适于分别采集车体相应方向的影像数据；并且通过处理器模块识别影像数据中的物体，当物体被识别为危险物时，中控显示屏发出报警信号，并控制汽车进行避让。
必要时，驾驶员可以根据危险情况，切换为手动控制车辆。
为了更好的实现拍摄效果，摄像镜组可以是转动的，比如上下左右移动，改变观察时的角度，具体的转动操作可在主控显示屏上操作，所述中控显示屏可以是触摸控制。
对于摄像镜组，为了能够更好的在沿途拍摄图片和视频，要求摄像镜组提供高质量的成像和足够的视场，而目前现有的透镜系统和镜头，可见光模式下分辨率水平仅能满足500万像素以下(大多数都在200万像素以下)的摄像机需求；并且夜晚切换到红外模式下，共焦性能很差，实际成像清晰度比可见光效果更差。造成这一现象的主要原因是：现有的透镜系统采用透镜的结构形状比较单一，不同形状的透镜不能很好的结合，光学玻璃材质的性能较为落后，各项参数与成像条件不能很好的匹配，使得透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差并未得到很好的校正，从而无法实现更高的光学性能。
因此，本发明实施例还提供了一种优选的摄像镜组，可获得光束效果与成像清晰度之间的良好平衡，具有光场大、像面大、及成像效果清晰等特点，以满足在拍摄沿途美丽风景的需求。
如图2所示，所述摄像镜组从物侧到像侧沿光轴O依次排列包括：第一透镜组G1、第二透镜组G2、光阑ST以及第三透镜组G3、像面IP，其中，第一透镜组G1的光焦度为负，第二透镜组G2的光焦度为正，第三透镜组G3的光焦度为正，光阑ST位于第二透镜组G2与第三透镜组G3之间。
第一透镜组G1包括：光焦度为负的双凹型第一透镜L1、光焦度为负的双凹型第二透镜L2、光焦度为正的双凸型第三透镜L3。
这里只要第一透镜组G1满足光焦度为负且符合上述的构成关系即可有效保证高清成像的需求，并有助于扩大摄像镜组的像面和视场、以及提高摄像镜组的分辨率。
第二透镜组G2包括：光焦度为正的双凸型第四透镜L4、光焦度为负的双凹型第五透镜L5，光焦度为正的双凸型第六透镜L6。
第三透镜组G3包括：光焦度为正的凸面朝向像侧的平凸型第七透镜L7、光焦度为正的双凸型第八透镜L8、光焦度为正的双凸型第九透镜L9、光焦度为负的双凹型第十透镜L10、光焦度为正的双凸型第十一透镜L11。
第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3中的各透镜均为球面透镜。由于球面透镜具有较低的成本，因此可降低本实施例的摄像镜组的制造成本。此外，采用球面透镜也可以降低制造公差敏感度和检验物料的难度，有利于大量生产。
在本实施例中，为减小色差，减小镜片表面反射数量，双凹型第二透镜L2与双凸型第三透镜L3胶合而成第一组双胶合透镜，双凹型第五透镜L5与双凸型第六透镜L6胶合而成第二组双胶合透镜，双凹型第十透镜L10与双凸型第十一透镜L11胶合而成第三组双胶合透镜。
如图3所示，所述第一透镜组G1包括第一镜筒11，以及第一镜筒的右部111与第一镜筒的左部112，其中，该第一镜筒的右部111的内径比第一镜筒的左部112的内径小，该双凹型第一透镜L1设置于第一镜筒的右部111中，且该第一镜筒的右部111前端内侧设置有用于固定双凹型第一透镜L1的第一压圈13；该双凹型第一透镜L1设置于第一镜筒的左部112中，且该第一镜筒的左部112后端内侧设置有用于固定第二凸透镜123的第二压圈14。同时，所述第一镜筒的右部111的直径为110-120mm。该第二透镜组G2的双凸型第四透镜L4后端中心顶点到第一透镜组G1的双凹型第一透镜L1前端中心顶点的距离为30-65mm。
如图4所示，所述第二透镜组G2还包括盖合于第二镜筒21左端的第二隔圈23。同时，所述第二镜筒21的直径为28-34mm。
如图5所示，所述第三透镜组G3还包括设置于第三镜筒31内壁上且由右至左依次分布的第三隔圈33、第四隔圈34、第五隔圈35与第六隔圈36；所述第三镜筒31前端面向内凸设形成一卡台311，该双凹型第十透镜L10与双凸型第十一透镜L11卡设于卡台311与第三隔圈33之间，该双凸型第九透镜L9卡设于第三隔圈33与第四隔圈34之间，该双凸型第八透镜L8卡设于第四隔圈34与第五隔圈35之间，该平凸型第七透镜L7卡设于第五隔圈35与第六隔圈36上。同时，所述第三镜筒31的直径为30-34mm。
上述第一镜筒11、第二镜筒21第三镜筒31及其相应部件的设置，使得各透镜安装合理，结构紧密，无松动现象，结构稳定性高，调节便携，准确。
在本实施例中，当物体的直径为8mm时，移动第二透镜组G2使第二透镜组G2中的双凸型第四透镜L4后端中心顶点到第一透镜组G1的双凹型第一透镜L1前端中心顶点的距离为40mm，再移动第三透镜组G3使成像物体调到更清晰，此时出光角度最大为36°。当物体的直径为8mm时，移动第二透镜组G2使第二透镜组G2中的双凸型第四透镜L4后端中心顶点到第一透镜组G1的双凹型第一透镜L1前端中心顶点的距离为63mm，再移动第三透镜组G3使成像物体调到更清晰，此时出光角度最大为4°。
可选的，双凸型第三透镜L3的光学玻璃材质相对于d光的折射率Nd和阿贝系数Vd满足下列条件式：Nd≥1.8，Vd≥40。
本发明实施例中，限定双凸型第三透镜L3的光学玻璃材质Nd≥1.8，Vd≥40，可以限定双凸型第三透镜L3的外径尺寸不可过大，材料相对价格要低，另外对系统的慧差、像散、场曲起到补偿作用，还可有效减少系统色差。可选的，双凸型第四透镜L4的光学玻璃材质相对于d光的折射率Nd和阿贝系数Vd满足下列条件式：Nd≥2.1，Vd≤28。
本发明实施例中，双凸型第四透镜L4的光学玻璃材质Nd≥2.1，Vd≤28，可以高效的汇聚由前面负透镜过来的光线，另一方面校正系统场曲以及调整系统像面上的的主光线入射角。
可选的，双凸型第三透镜L3的焦距fL3和双凹型第二透镜L2的焦距fL2满足下列条件式：0.6≤fL3/fL2≤1。
本发明实施例中，合理分配二者的光焦度比例，可以在保证视场角不变的情况下，更有效的控制镜头的尺寸，同时也可提升产品性能稳定性。例如，若fL3/fL2<0.7，则双凸型第三透镜L3承担的光焦度过大，曲率半径越小，加工难度增高，系统高级像差增加；若fL3/fL2>1，双凸型第三透镜L3承担压力很小，进光量不变的情况下，双凸型第三透镜L3体积增大，不利于产品小型化。而本发明限定0.7≤fL3/fL2≤1，使双凸型第三透镜L3和双凹型第二透镜L2的光焦度比例合理分配，在提升产品性能稳定性的同时，使得透镜系统和镜头的结构小型化。
可选的，第二透镜组G2的焦距f2和第三透镜组G3的焦距f3满足下列条件式：0.65≤f2/f3≤0.85。
本发明实施例中，限定第二透镜组G2的焦距f2和第三透镜组G3的焦距f3满足0.65≤f2/f3≤0.85，若f2/f3<0.65，则第二透镜组G2光焦度过大，系统主光线出射角增大，影响相对照度和色彩还原性；若f2/f3>0.85，则第二透镜组G2光焦度偏小，系统的TTL光学总长难以做小；同时，第三透镜组G3承担的光焦度过大，也会产生高级像差。
可选的，第二透镜组G2的焦距f2和摄像镜组的焦距f满足下列条件式：0.7≤f/f2≤0.9。
本发明实施例中，限定第二透镜组G2的焦距f2和摄像镜组的焦距f满足0.7≤f/f2≤0.9，主要影响摄像镜组光学总长，将摄像镜组光学总长控制在2cm以内，同时也利于产品的小型化。
可选的，摄像镜组的光学系统总长满足下列条件式：TTL≤2cm。
本发明实施例中，限定光学系统的总长不大于2cm，从而突出镜头结构的小型化特征，小型化的结构使得镜头在使用时更加方便。
可选的，摄像镜组的光学后焦BFL和光学系统的总长TTL满足下列条件式：0.25≤BFL/TTL≤0.35。
本发明实施例中，对摄像镜组的光学后焦和光学系统的总长的限定，从而使镜头在保证较短的系统总长的同时，也具备足够的后工作距以及较合理的主光线出射角。
可选的，第一透镜组G1的焦距和摄像镜组的焦距满足条件：-1.8≤f1/f≤-1.4。
本发明实施例中，限定第一透镜组G1的焦距f1和摄像镜组的焦距f满足-1.8≤f1/f≤-1.4，若f1/f<-1.8，则第一透镜组G1承担的光焦度过大，光学系统高级像差增大；若f1/f>-1.4，则第一透镜组G1光焦度偏小，视场角难以做大。
可选的，第三透镜组G3的焦距f3和摄像镜组的焦距f满足条件：3≤f3/f≤3.3。
本发明实施例中，限定第三透镜组G3的焦距f3和摄像镜组的焦距f满足3≤f3/f≤3.3，若f3/f<3，则第三透镜组G3承担的光焦度过大，光学系统高级像差增大；若f3/f>3.3，则第三透镜组G3光焦度偏小，光学系统的光学总长TTL难以做小。
可选的，第一透镜组G1的焦距f1和第三透镜组G3的焦距f3满足条件：-0.6≤f1/f3≤-0.4。
本发明实施例中，限定第一透镜组G1的焦距f1和第三透镜组G3的焦距f3满足-0.6≤f1/f3≤-0.4，f1/f3则体现出第一透镜组G1和第三透镜组G3的光焦度分配关系，该值过大或者过小，都会增加光学系统的高级像差，不利于成像质量的提高。而本发明限定-0.6≤f1/f3≤-0.4，使得第一透镜组G1和第三透镜组G3的光焦度比例合理分配，从而提升产品性能。
本发明实施例中，限定双凸型第十一透镜L11的光学玻璃材质的Nd<3.65，Vd>15，双凹型第十透镜L10的光学玻璃材质的Nd>1.7，且Vd≤25，二者组合可以有效地减小系统色差。
本发明实施例采用上述的摄像镜组，像差得到很好地校正，光学畸变小，成像分辨率高，成像品质优异，获得光束效果与成像清晰度之间的良好平衡，并且实现了摄像镜组的小型化。
以图2所示的摄像镜组为例，该摄像镜组中各个透镜的镜面的曲率半径R、光学玻璃材质相对于d光的折射率Nd(即由d光测得的光学玻璃材质的折射率)、光学玻璃材质相对于d光的阿贝系数Vd(即用由d光测得的光学玻璃材质的折射率得到的阿贝系数)，以及中心厚度Tc(即相邻镜面中心点的距离)，沿光轴线从物侧到像侧的各个镜面满足表1所列的条件：
表1
其中，ST表示光阑，IP表示像面，Infinity表示无限大；沿光轴线从物侧到像侧，透镜的镜面依次排列，例如：双凹型第一透镜L1的镜面为镜面1与镜面2，依次类推，由于双凹型第二透镜L2与双凸型第三透镜L3胶合在一起，因此双凹型第二透镜L2与双凸型第三透镜L3的胶合面为同一镜面(即镜面4)；表1中R1表示镜面1的曲率半径，T1表示镜面1和镜面2中心点的距离，n1表示镜面1的光学玻璃材质相对于d光的折射率，V1表示镜面1的光学玻璃材质相对于d光的阿贝系数，表一中的其它参数可依次类推其含义，在此不再赘述。
本发明实施例中，限定所采用的十个透镜的镜面的曲率半径R、光学玻璃材质相对于d光的折射率Nd、光学玻璃材质相对于d光的阿贝系数Vd以及中心厚度Tc，使得摄像镜组的结构形状，阿贝系数等参数与成像条件匹配，进而使摄像镜组的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正，达到更高的分辨率。
在满足以上条件时，保证了整个摄像镜组的像差得到很好的校正，各项性能满足使用要求。
采用上述的摄像镜组，像差得到很好地校正，光学畸变小，成像分辨率高，成像品质优异，并且实现了摄像镜组的小型化。摄像镜组是可以转动的，通过摄像镜组的上下左右的转动也实现了各个角度方向的观察。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例2提供了一种无人驾驶汽车的工作方法，包括：
位于车体周围设置的若干摄像镜组，以及与各摄像镜组电性连接的处理器模块，所述处理器模块还与中控显示屏相连；
每个所述摄像镜组适于分别采集车体相应方向的影像数据；
所述处理器模块适于识别影像数据中的物体，当物体被识别为危险物时，所述中控显示屏发出报警信号，并控制汽车进行避让。
本实施例中，关于无人驾驶汽车的结构、工作原理和工作过程在实施例1中已详细描述，此处不再赘述。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种无人驾驶汽车，其特征在于，包括：
位于车体周围设置的若干摄像镜组，以及与各摄像镜组电性连接的处理器模块，所述处理器模块还与中控显示屏相连；
每个所述摄像镜组适于分别采集车体相应方向的影像数据；
所述处理器模块适于识别影像数据中的物体，当物体被识别为危险物时，所述中控显示屏发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车，其特征在于，
所述摄像镜组从物侧到像侧依次排列包括：第一透镜组、第二透镜组、光阑以及第三透镜组、像面，其中，第一透镜组的光焦度为负，第二透镜组的光焦度为正，第三透镜组的光焦度为正，光阑位于第二透镜组与第三透镜组之间；
其中，第一透镜组包括：光焦度为负的双凹型第一透镜、光焦度为负的双凹型第二透镜、光焦度为正的双凸型第三透镜；
第一透镜组的焦距f1和摄像镜组的焦距f满足条件：-1.8≤f1/f≤-1.4；
双凸型第三透镜的焦距fL3和双凹型第二透镜的焦距fL2满足下列条件式：0.6≤fL3/fL2≤1；
摄像镜组的光学系统总长TTL满足下列条件式：TTL≤20mm。
3.根据权利要求2所述的无人驾驶汽车，其特征在于，
第二透镜组包括：光焦度为正的双凸型第四透镜、光焦度为负的双凹型第五透镜，光焦度为正的双凸型第六透镜；
第三透镜组包括：光焦度为正的凸面朝向像侧的平凸型第七透镜、光焦度为正的双凸型第八透镜、光焦度为正的双凸型第九透镜、光焦度为负的双凹型第十透镜、光焦度为正的双凸型第十一透镜。
4.根据权利要求3所述的无人驾驶汽车，其特征在于，
双凹型第二透镜与双凸型第三透镜胶合而成第一组双胶合透镜，双凹型第五透镜与双凸型第六透镜胶合而成第二组双胶合透镜，双凹型第十透镜与双凸型第十一透镜胶合而成第三组双胶合透镜。
5.根据权利要求3所述的无人驾驶汽车，其特征在于，
双凸型第三透镜的光学玻璃材质相对于d光的折射率Nd和阿贝系数Vd满足下列条件式：Nd≥1.8，Vd≥40。
6.根据权利要求5所述的无人驾驶汽车，其特征在于，
双凸型第四透镜的光学玻璃材质相对于d光的折射率Nd和阿贝系数Vd满足下列条件式：Nd≥2.1，Vd≤28。
7.根据权利要求3所述的无人驾驶汽车，其特征在于，
双凸型第十一透镜的光学玻璃材质的Nd<3.65，Vd>15，双凹型第十透镜的光学玻璃材质的Nd>1.7，且Vd≤25。
8.根据权利要求5所述的无人驾驶汽车，其特征在于，
第一透镜组包括第一镜筒的右部与第一镜筒的左部，其中，该第一镜筒的右部的内径比第一镜筒的左部的内径小，该双凹型第一透镜设置于第一镜筒的右部中，且该第一镜筒的右部前端内侧设置有用于固定双凹型第一透镜的第一压圈；该双凹型第一透镜设置于第一镜筒的左部中，且该第一镜筒的左部后端内侧设置有用于固定第二凸透镜的第二压圈；以及
第二透镜组还包括盖合于第二镜筒左端的第二隔圈；并且
第一镜筒的右部的直径为110-120mm；第二透镜组的双凸型第四透镜后端中心顶点到第一透镜组的双凹型第一透镜前端中心顶点的距离为30-65mm。
9.一种无人驾驶汽车的工作方法，其特征在于，包括：
位于车体周围设置的若干摄像镜组，以及与各摄像镜组电性连接的处理器模块，所述处理器模块还与中控显示屏相连；
每个所述摄像镜组适于分别采集车体相应方向的影像数据；
所述处理器模块适于识别影像数据中的物体，当物体被识别为危险物时，所述中控显示屏发出报警信号。
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