CN108737778A - 利用反射器从车辆下侧对车轮进行监测的遮挡摄像机 - Google Patents

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布莱恩·本尼
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Abstract

一种成像系统附接到车辆下侧的车架以形成具有开放底部的外壳。固定摄像机安装在外壳中，固定摄像机具有穿过开放底部定向的第一视场。反射器由托架机构来支撑，托架机构具有线性部分和旋转部分。线性部分可在将反射器收起到外壳内的缩回位置与将反射器通过开放底部展开的延伸位置之间延伸。旋转部分使反射器旋转成与摄像机对齐以提供沿着车辆下侧的反射视场。控制器耦接到托架机构，控制器在预定状态期间选择性地将反射器通过开放底部展开一段有限的时间以捕捉图像，否则将反射器缩回到外壳中以与外部环境隔离。

Description

利用反射器从车辆下侧对车轮进行监测的遮挡摄像机
技术领域
本发明大体上涉及用于机动车辆的监测/视觉系统，并且更具体地涉及具有固定图像传感器和用于提供车辆下方各种视场同时提供环境遮挡的可移动反射元件的摄像机系统。
背景技术
在现代车辆设计中(例如，在盲区监测、车道检测、自适应巡航控制、碰撞警告等中)，视觉和其他遥感系统在车辆上的使用连同对象检测、图像处理以及驾驶员辅助功能已迅速增加。在另一个示例中，已知停车辅助系统和倒车系统用于向驾驶员提供图像和/或警告信号以在转向/校准过程中提供帮助并且避免与障碍相撞。
图像传感器和其他远程传感器一般安装于可以对暴露于道路环境(例如灰尘、泥土以及盐)进行管控的侧面(例如，格栅或者舱盖式后背(hatchback))或者车顶结构上。摄像机/图像传感器一般不安装在车辆的下侧，这是因为难以保持透镜不接触杂物。然而，没有下侧视图的话，这些驾驶员辅助系统对于避免车轮或下护板与相邻对象接触(特别是当驾驶员正在从静止位置起动时)就不那么有用了。为了在停车或其他低速操纵期间更好地进行辅助，理想的是提供车轮附近更好的视图。
利用提供车辆下方视图的摄像机的在先尝试包括利用可伸缩的罩和伸缩式摄像机底座，以便摄像机在需要时可以展开，在正常车辆行驶期间则可以收起到受保护的腔室内。然而，与固定摄像机相比，利用可移动摄像机会带来额外的成本和导致潜在装置故障的额外根源。另外，由于摄像机镜头展开到车辆下方具有挑战性的环境中，因此其仍然受到杂物污染。从摄像机镜头上清除杂物要比从其他较小感光表面上清除杂物更难。
发明内容
本发明通过利用保持在保护壳体中的固定图像传感器同时使反射元件(例如，反射镜)在托架臂上从保护壳体展开而克服了前述缺点，可以操控该托架臂来将车辆下方期望的反射视图提供到图像传感器。因此，由于没有复杂的电子器件并且没有感光透镜结构必须从保护外壳突出，因此获得了更稳健和可靠的图像导向系统。此外，对简单的反射器元件完成任何积累杂物的清除要比从可移动的摄像机镜头清除更容易和安全。
利用附接到车辆下侧的固定车架结构的改进的遮挡成像系统，可以产生监测车轮和保险杠的周围环境、在车辆仪表板上向驾驶员投影相应视图以及如果期望的话选择性进行对象检测和碰撞警告的驾驶员辅助功能。当车辆正在停车或者慢速移动时，该系统可以自动激活。
在本发明的一方面，一种用于机动车辆的成像系统包括壳体，该壳体配置成附接到车辆下侧的固定车架结构以形成具有开放底部的外壳。固定摄像机安装在外壳中，固定摄像机具有穿过开放底部定向的第一视场。反射器由托架机构来支撑。托架机构具有线性部分和旋转部分。线性部分可在将反射器收起到外壳内的缩回位置与将反射器通过开放底部展开的延伸位置之间延伸。旋转部分使反射器旋转成与摄像机对齐以提供沿着车辆下侧的反射视场。控制器耦接到托架机构，控制器在预定状态期间选择性地将反射器通过开放底部展开一段有限的时间以捕捉图像，否则将反射器缩回到外壳中以与外部环境隔离。
根据本发明，提供一种用于机动车辆的成像系统，包括：
壳体，该壳体配置成附接到车辆下侧的固定车架结构以形成具有开放底部的外壳；
安装在外壳中的固定摄像机，该固定摄像机具有穿过开放底部定向的第一视场；
反射器；
支撑反射器的托架机构，该托架机构具有线性部分和旋转部分，其中线性部分可在将反射器收起到外壳内的缩回位置与将反射器通过开放底部展开的延伸位置之间延伸，并且其中旋转部分使反射器旋转成与摄像机对齐以提供沿着车辆下侧的反射视场；以及
耦接到托架机构的控制器，该控制器在预定状态期间选择性地将反射器通过开放底部展开一段有限的时间以捕捉图像，否则将反射器缩回到外壳中以与外部环境隔离。
根据本发明的一个实施例，反射器包括凸面镜。
根据本发明的一个实施例，反射器包括双面镜。
根据本发明的一个实施例，旋转部分提供多轴旋转以将反射视场对准车辆的选定车轮。
根据本发明的一个实施例，旋转部分包括由中间轴隔开的两个旋转接头。
根据本发明的一个实施例，旋转部分可旋转至收起取向以提供适合于穿过开放底部的最小轮廓。
根据本发明的一个实施例，该系统进一步包括接近开放底部的杂物去除器，该杂物去除器在反射器穿过开放底部时清洁反射器。
根据本发明的一个实施例，该系统进一步包括远端反射器，该远端反射器配置成与预定反射视场对准地附接到车架结构以提供复合图像路径。
根据本发明的一个实施例，预定状态包括由车辆中的乘员发起的手动请求。
根据本发明的一个实施例，预定状态包括自动检测到的停车状态、倒车挡状态以及自动检测到的低速阈值状态。
根据本发明的一个实施例，预定状态包括故障检查状态。
根据本发明的一个实施例，该系统进一步包括用于将所捕捉到的图像呈现给车辆的乘员的车载显示器。
根据本发明，提供一种车辆设备，包括：
限定车辆下侧的车架结构；
耦接至车架结构的多个车轮；
附接至车架结构的壳体，该壳体形成具有开放底部的外壳；
安装在外壳中的固定摄像机，该固定摄像机具有穿过开放底部定向的第一视场；
反射器；
支撑反射器的托架机构，该托架机构具有线性部分和旋转部分，其中线性部分可在将反射器收起到外壳内的缩回位置与将反射器通过开放底部展开的延伸位置之间延伸，并且其中旋转部分使反射器旋转成与摄像机对齐以提供沿着车辆下侧朝向至少一个车轮的反射视场；以及
耦接到托架机构的控制器，该控制器在预定状态期间选择性地将反射器通过开放底部展开一段有限的时间以捕捉图像，否则将反射器缩回到壳中以与外部环境隔离。
根据本发明的一个实施例，反射器包括凸面镜。
根据本发明的一个实施例，旋转部分提供多轴旋转以将反射视场对准车辆的选定车轮并且将反射器旋转至收起取向以提供适合于穿过开放底部的最小轮廓。
根据本发明的一个实施例，预定状态包括由车辆中的乘员发起的手动请求。
根据本发明的一个实施例，预定状态包括自动检测到的停车状态、倒车挡状态以及自动检测到的低速阈值状态。
根据本发明的一个实施例，预定状态包括故障检查状态。
根据本发明的一个实施例，该设备进一步包括用于将所捕捉到的图像呈现给车辆的乘员的车载显示器。
根据本发明，提供一种用于机动车辆的成像系统，包括：
壳体，该壳体形成具有开放底部的外壳；
安装在外壳中的固定摄像机，该固定摄像机具有垂直穿过开放底部的第一视场；
反射器，该反射器安装在托架机构上以使反射器从外壳内的收起位置展开到朝向反射器的延伸位置从而提供沿着车辆下侧的反射视场。
附图说明
图1为显示出车辆下方监测系统的示意图；
图2为具有安装成提供沿着车辆下侧的视图的前部和后部成像系统的机动车辆的仰视图，其中每个成像系统可选择性地朝向不同车轮定向；
图3为具有安装成提供沿着车辆下侧的视图的前部和后部成像系统的机动车辆的仰视图，其中每个成像系统可以提供沿着车辆纵长的静态视图；
图4为具有四个单独的成像系统的机动车辆的仰视图，每个成像系统均安装成提供各自车轮周围的视图；
图5为显示出利用本发明的成像系统的驾驶员辅助系统的电气架构的框图；
图6为显示出具有缩回到保护壳体中的托架机构和处于收起状态中的反射器的成像系统的侧视图；
图7为图6的托架机构延伸出的成像系统的侧视图；
图8为处于延伸位置中的成像系统的立体图，该立体图显示出可用来对准在反射器中看到的期望视场的各种旋转接头；
图9和图10为显示出在一个实施例中将视场对准到期望方向中的连续步骤的成像系统侧视图；
图11为显示出获得期望视场的另一个旋转位置的成像系统侧视图；
图12为图11的成像系统的侧视图，该侧视图具有位于反射器的平面中的额外旋转轴；
图13为成像系统的另一个实施例的侧视图，其中反射器具有椭圆形表面；
图14为成像系统的另一个实施例的侧视图，其中多个反射器提供复合图像路径；
图15为采用棱镜的成像系统的另一个实施例的侧视图；
图16为显示出本发明的方法的一个优选实施例的流程图。
具体实施方式
参考图1，用于监测车辆10下方的摄像机系统包括摄像机13和14，摄像机13和14的视场定向到车轮11和12附近。摄像机信号耦合到图像处理器15和显示器16以将图像呈现给车辆10的驾驶员。传统系统中所使用的摄像机是固定的(有或者没有可移动的保护罩)或者处于允许摄像机从保护腔室延伸的可移动臂的末端。可移动摄像机也可以配置成允许摄像机的视场平移。固定摄像机可能难以充分避开杂物，并且在将其放置低到足以获得有用的视场时可能容易因与外来对象发生碰撞而受到损坏。另一方面，可移动摄像机带来了潜在的故障根源，这是因为需要摄像机电子器件与固定布线线束之间的移动接口。另外，加入擦拭或清洗系统以清除摄像机镜头上的杂物会有挑战性。
本发明利用保持在受保护(即，被遮挡)的壳体或腔室内的固定摄像机。一个或多个反射元件(例如，类似于口腔镜)可选择性地在固定摄像机下方展开以给予摄像机沿着车辆下侧的反射视场，以便获得期望的图像场。
驾驶员辅助/车底监测系统的许多不同配置可以利用车辆下侧的一个或多个组合的摄像机/反射器成像系统的各种布局来获得。图2显示出具有车轮18-21的车辆17，其中前部成像系统22和后部成像系统23附接到车辆17的任何方便的固定车架结构(例如，车架纵梁)。虽然每台摄像机都是固定的，但是相关反射器是可调节的，以便反射视场可以朝向不同观察区域平移。例如，成像系统22可以从在视场LF中成像车轮18的配置平移到在视场RF中成像车轮20的另一种配置。通过将成像系统限制为在展开状态下提供一个固定视场，可以获得用于展开反射器的更简单的机构。图3显示出一个示例，在该示例中，车辆17具有前部成像系统24和后部成像系统25，前部成像系统24展开反射器以提供捕捉后车轮的向后的视场，后部成像系统25展开反射器以提供捕捉前车轮的向前的视场。在另一个实施例中，图4显示出具有四个单独的成像系统26-29的车辆17，每个成像系统26-29提供朝向相应车轮18-21的反射视场。许多其他配置可以利用适当的安装位置和期望的视图来启用各种驱动器辅助功能。
图5显示出结合了本发明的车辆下方成像系统的典型驾驶员辅助系统，其中一个或多个图像传感器30向控制器31提供一个或多个期望视场的图像数据。控制器31连接至下面更详细描述的反射镜延伸器32和旋转致动器33，以便将每一个图像传感器30沿着车辆下侧展开到提供期望视图的位置中。从图像传感器30获取到的图像数据从控制器31提供到图像处理器34，图像处理器34将生成的视频图像传送到位于车辆中的显示器35以供驾驶员观看。激活成像系统以及将视场定向到适当的车轮可以由控制器31来自动控制，或者可以响应于经由用户输入装置36(例如，供驾驶员进行访问而安装的控制面板上的触摸开关)的用户命令而执行。还可以经由无线通信块37(例如到具有配置成提供用户输入和/或接收图像数据或警告消息的控制应用程序的智能电话的蓝牙链路)来控制成像系统。
自动激活成像系统的预定状态的示例包括停车状态(即，当操纵靠近路边或其他难以看见的对象时)、倒车挡状态(即，倒车)或者低速状态(即，在不太可能对展开的成像系统造成碰撞危险的任何低速操纵期间)。
无论是手动还是自动激活，从成像系统获取到的图像均可用于监测潜在的碰撞并且因此而警告驾驶员。因此，来自图像处理器34的图像可以耦合到对象识别块38，随之将所生成的对象信息提供到警告分析器39，警告分析器39跟踪对象相对于车轮的相对位置以便预测潜在的碰撞。当检测到其潜在的碰撞时，分析器39激活报警装置40(例如用于生成警告音或者打开显示器35上的视觉图标的扬声器)。
图6中显示出本发明的优选成像系统，其中图像捕捉系统41安装在壳体42内并且被壳体42遮挡。图像捕捉系统41包括主圆柱体43和将图像捕捉系统41附接到车辆的固定车架结构的安装板44。壳体42可以包围或者完全包围图像捕捉系统41的所有侧面，或者周边的一部分可以包括开口或窗口，该开口或窗口与固定车架结构的垂直部分吻合以形成围绕外围的连续遮挡表面。壳体42包括用于将壳体42附接到相同的固定车架结构的安装凸缘53。图像捕捉系统41因此保持在只能经由开放底部55进入的保护腔室内。如果期望的话，可以通过可移动的罩(未示出)选择性地打开和关闭开放底部55。
图像捕捉系统41具有固定摄像机45，固定摄像机45具有安装在向下取向中以提供穿过开放底部55定向的第一视场的镜头46。摄像机45和镜头46在壳体42内保持固定并且保持与外部环境隔离。反射器52(例如反射镜)由托架机构来支撑以展开反射器52，以便提供沿着车辆下侧的期望视场。托架机构包括i)具有基部47和伸缩臂48的线性部分以及ii)具有枢轴基部49、连接轴50以及反射器基部51的旋转部分。壳体42的侧壁54可以包括杂物去除器56(例如定位成当其穿过开放底部55时清洁反射器的刮片)。杂物去除器56也可以包括用于定向压缩空气、液体(例如，来自挡风玻璃清洗液源)和/或空气和液体的混合物的喷雾的清洗喷嘴。杂物去除器56可以安装于图像捕捉系统41的壳体42或主体43。
在图6中，显示出反射器52处于缩回位置中(即，收起到壳体42内)。在收起取向中，反射器52提供适合于通过开放底部55的最小轮廓。通过激活托架机构的线性部分，伸缩臂48如图7中所示向下移动，以便反射器通过开放底部展开到延伸位置。一旦离开壳体42，旋转部分便被激活以使反射器旋转成与固定摄像机镜头46成期望的对齐状态以实现沿着车辆下侧的反射视场。图8显示出反射器52的镜面60以及可以设置在旋转部分中以便使反射视场对准选定的车轮的各种旋转轴。因此，枢轴基部49是多轴向的，其具有在垂直平面内的第一旋转方向57和沿着连接轴50的纵轴的第二旋转轴，如箭头58所示。另外，反射器基部51可以包括用于使反射器52如箭头59所示围绕其纵轴旋转的旋转致动器。在本领域中已知各种伺服机构用于实现这些和其他自由度以将反射器相对于固定摄像机旋转到几乎任意取向中。
图9和图10显示出展开仅需要两个旋转轴的反射器的一个简化实施例。通过将伸缩臂48滑动到其向下的最大范围而从壳体展开到延伸位置中之后，如图9中所示的下一个展开步骤包含在枢轴基部49内沿着圆弧61旋转连接轴50，以便反射器52的反射表面在固定摄像机的视场中。然后，反射器基部51使反射器52如图10中所示围绕轴62旋转，从而使反射视场向侧面延伸。如图11和图12中所示，通过使连接轴50沿着较大圆弧64旋转，然后使反射器52如在65处所示围绕其轴旋转，可以获得其他视图。
图13中显示出另一个实施例，其中反射器基部51设置成具有在垂直平面中旋转的能力，以便将具有镜面67的反射器66置于固定摄像机的第一视场68中，以便提供朝向选定车轮的反射视场69。镜面67可以具有凸面形状以提供选定区域的扩大(即，超广角)视图。此外，反射器可以为双面的，其具有另一个镜面70以提供不同观察取向和/或放大倍率。
图14中显示出的另一个实施例通过利用多个反射表面提供增加视角。第一视场71是从固定摄像机垂直向下定向，并且从镜面60反射出以沿着线72到达固定安装到固定车架结构74的远端第二反射镜73。最终反射视场75由复合图像路径产生，从而获得不能另外从第一反射器52的位置获得的观察视角。
在图15中所示的另一个实施例中，反射器52包括利用波束控制提供反射视场的反射棱镜77。因此，第一视场78被引导到反射视场79。棱镜77可以包括根据角度范围引导视场的复合元件和/或多个内反射部。
图16中显示出利用本发明的车辆下方监测系统来提供各种驾驶员辅助功能的方法的一个实施例。该方法从步骤81中的打开点火装置开始。在步骤82中激活利用车辆下方成像系统的车轮监测系统。在步骤83中，展开反射器并且捕捉第一图像集(即，初始化图像集)。在步骤83之后，图16显示出包括停车模式84和保护模式91的独立操作的驾驶员辅助模式。停车模式84在停车状态期间是有效的，并且在整个车辆使用期间可以自动激活保护模式91，如下所述。
停车模式84作为在车辆停车期间定期执行的循环来执行。例如，停车模式的开始可以通过特定驾驶员输入来自动确定，或者响应于车速低于阈值连同方向盘转角的变化大于阈值角度而自动确定。在步骤85中，执行检查以确定外来对象是否在车轮的附近或者在车轮的路径中。在第一次进入停车模式84期间，将不存在或未检测到外来对象。当没有检测到对象时，该方法继续进行到步骤86以读取方向盘转角和车轮旋转方向，以便识别车辆的当前轨迹。在步骤87中，调整每个相关成像系统的反射器角度，以便将反射视场定向到车辆运动的方向。在步骤88中，可以将捕捉到的图像显示给驾驶员，以便在停车模式期间辅助驶过车辆路径中或附近的障碍。在步骤90中，可以用新捕捉到的图像来更新所存储图像的库(例如，在控制器存储器中)，以用于事故重建、保护模式91下的车轮监测或用于其他目的，然后返回到步骤84，以便继续在停车模式下进行处理。如果在步骤85中在车辆路径中检测到外来对象，则在步骤89中可以生成驾驶员警告。一旦车辆不再处于停车模式(例如，车速已经升高到阈值之上)，则在保护模式91下可以继续进行操作。
在保护模式91期间，其他车辆监测系统(例如约束控制模块或车身控制模块)在步骤92中监测各种车辆参数，以便检测可能的车轮损坏或碰撞。例如，用于控制安全气囊展开的碰撞传感器或者用于牵引力控制系统的加速度计可以指示可能与车底损坏相关的严重事件。在步骤93中，执行检查以确定所指示的损坏是否可能涉及车轮或车辆护板。如果是，则在步骤94中生成警告，并且在步骤95中捕捉并且显示相关的车底图像。在步骤90中可以将这些图像再次存储在图像库中。
在步骤93中，如果来自其他系统的指示可能的碰撞的分析没有具体识别对车轮或护板造成的潜在损坏，则在步骤96中可以通过延伸其反射器和捕捉第二图像集来展开成像系统以视觉上检查这种损坏。在步骤97中，将新捕捉到的第二图像集与初始化图像集进行比较。在步骤98中，执行检查以确定所比较的图像之间是否存在显著差异，这种差异将对应于可指示碰撞损坏的车轮或护板结构的变化。如果不存在这种差异，则返回到步骤92，否则该方法在步骤94中继续提供警告。

Claims (16)

1.一种用于机动车辆的成像系统，包括：
壳体，所述壳体配置成附接到所述车辆下侧的固定车架结构以形成具有开放底部的外壳；
安装在所述外壳中的固定摄像机，所述固定摄像机具有穿过所述开放底部定向的第一视场；
反射器；
支撑所述反射器的托架机构，所述托架机构具有线性部分和旋转部分，其中所述线性部分可在将所述反射器收起到所述外壳内的缩回位置与将所述反射器通过所述开放底部展开的延伸位置之间延伸，并且其中所述旋转部分使所述反射器旋转成与所述摄像机对齐以提供沿着所述车辆下侧的反射视场；以及
耦接到所述托架机构的控制器，所述控制器在预定状态期间选择性地将所述反射器通过所述开放底部展开一段有限的时间以捕捉图像，否则将所述反射器缩回到所述外壳中以与外部环境隔离。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述反射器包括凸面镜。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述反射器包括双面镜。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转部分提供多轴旋转以将所述反射视场对准所述车辆的选定车轮。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转部分包括由中间轴隔开的两个旋转接头。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转部分可旋转至收起取向以提供适合于穿过所述开放底部的最小轮廓。
7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括接近所述开放底部的杂物去除器，所述杂物去除器在所述反射器穿过所述开放底部时清洁所述反射器。
8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括远端反射器，所述远端反射器配置成与预定反射视场对准地附接到所述车架结构以提供复合图像路径。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定状态包括自动检测到的停车状态、倒车挡状态以及自动检测到的低速阈值状态。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定状态包括故障检查状态。
11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于将所捕捉到的图像呈现给所述车辆的乘员的车载显示器。
12.一种车辆设备，包括：
限定所述车辆下侧的车架结构；
耦接至所述车架结构的多个车轮；
附接至所述车架结构的壳体，所述壳体形成具有开放底部的外壳；
安装在所述外壳中的固定摄像机，所述固定摄像机具有穿过所述开放底部定向的第一视场；
反射器；
支撑所述反射器的托架机构，所述托架机构具有线性部分和旋转部分，其中所述线性部分可在将所述反射器收起到所述外壳内的缩回位置与将所述反射器通过所述开放底部展开的延伸位置之间延伸，并且其中所述旋转部分使所述反射器旋转成与所述摄像机对齐以提供沿着所述车辆下侧朝向至少一个所述车轮的反射视场；以及
耦接到所述托架机构的控制器，所述控制器在预定状态期间选择性地将所述反射器通过所述开放底部展开一段有限的时间以捕捉图像，否则将所述反射器缩回到所述外壳中以与外部环境隔离。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述反射器包括凸面镜。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述旋转部分提供多轴旋转以将所述反射视场对准所述车辆的选定车轮并且将所述反射器旋转至收起取向以提供适合于穿过所述开放底部的最小轮廓。
15.根据权利要求13所述的设备，所述预定状态包括由所述车辆中的乘员发起的手动请求、自动检测到的停车状态、倒车挡状态、自动检测到的低速阈值状态以及故障检查状态。
16.一种用于机动车辆的成像系统，包括：
壳体，所述壳体形成具有开放底部的外壳；
安装在所述外壳中的固定摄像机，所述固定摄像机具有垂直穿过所述开放底部的第一视场；
反射器，所述反射器安装在托架机构上以使所述反射器从所述外壳内的收起位置展开到朝向所述反射器的延伸位置从而提供沿着所述车辆下侧的反射视场。
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