CN108924543B - 用于车载相机的光学测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于车载相机的光学测试系统及测试方法，所述测试系统包括用于车辆的并且具有视场的相机，所述相机用于捕获图形数据；布置在所述相机的所述视场中且布置在所述相机与目标之间的测试结构；其中所述测试结构包括图像处理器及至少一个光学元件，所述至少一个光学元件的主轴能够指向所述目标的多个相应区域；所述图像处理器用于处理所述相机所捕获的图像数据，以确定所述目标的每个区域处的焦点。本发明的测试系统及测试方法通过配置测试结构中的光学元件，使其主轴指向目标的多个相应区域，以确定所制造的相机的焦点或精度，增强了测试能力且缩小了测试设施的尺寸。
Description
相关申请的交叉引用
本申请涉及2017年06月23日提交的美国临时申请No.62/523,961，其在此通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明总地涉及用于车辆的视觉系统，并且更特别地，涉及用于车载相机的光学测试系统及测试方法。
背景技术
成像传感器在车辆成像系统中的使用是常见的且已知的。美国专利No.5,949,331、No.5,670,935和/或No.5,550,677描述了这种已知系统的示例，其在此通过引用整体并入本文。
相机(典型地是远场相机)的当前测试要求相机在8米或更大的距离处进行测试，以检查相机在一定距离处的焦距，其代表相机在正常的驾驶条件下的车辆中如何运转，以便于相机按照所设计的进行运转。在8米或更远处测试相机是很困难的，因为在那种距离处测试相机需要尺寸。许多相机测试和构建设施使用单个中间光学系统(参见图2)以允许相机在更近距离处被测试，单个光学系统的光轴仅与中心定位对齐。这个中间光学元件使得在更加合理的距离处测试相机成为可能，同时仍然可以模拟8米的距离。
该中间光学元件在关联中心焦点目标方面做得很好(参见图3，其中这测得99.2％)，但是轴偏移目标(角目标)关联不如中心焦点好(在轴偏移四角中测得75.9％、89.1％,、77.1％和82.2％)。轴偏移目标聚焦中的这种不一致可能在轴偏移位置(角目标)产生不一致的数据点。
发明内容
本发明提供了一种用于车载相机的光学测试系统及测试方法，技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种用于车载相机的光学测试系统，包括：
用于车辆的并且具有视场的相机，所述相机用于捕获图形数据；
布置在所述相机的所述视场中且布置在所述相机与目标之间的测试结构；
其中所述测试结构包括图像处理器及至少一个光学元件，所述至少一个光学元件的主轴能够指向所述目标的多个相应区域；所述图像处理器用于处理所述相机所捕获的图像数据，以确定所述目标的每个区域处的焦点。
进一步地，其中所述测试结构包括具有多个光学元件的多光学测试结构，每个光学元件其主轴指向所述目标的相应区域。
进一步地，其中所述多光学测试结构包括一个中间光学元件及四个角光学元件，所述角光学元件包括位于所述中间光学元件左上角区域的左上角光学元件、位于所述中间光学元件左下角区域的左下角光学元件、位于所述中间光学元件右上角区域的右上角光学元件和位于所述中间光学元件右下角区域的右下角光学元件；
所述中间光学元件被布置为平行于相机的成像器和目标，所述四个角光学元件以其轴线指向各自角目标区域的方式成角度。
进一步地，其中所述中间光学元件其主轴垂直于所述相机的成像器并且垂直于所述目标，所述左上角光学元件、左下角光学元件、右上角光学元件和右下角光学元件都是成角度的，使得左上角光学元件其主轴指向所述目标的左上角区域、左下角光学元件其主轴指向所述目标的左下角区域、右上角光学元件其主轴指向所述目标的右上角区域以及右下角光学元件其主轴指向所述目标的右下角区域。
进一步地，其中所述测试结构包括可调光学元件，所述可调光学元件可调节以使其主轴指向所述目标的被选中的区域。
进一步地，所述可调光学元件能够发生位置调节以使其主轴指向所述目标的中心区域、所述目标的左上角区域、所述目标的右上角区域、所述目标的左下角区域和所述目标的右下角区域。
进一步地，其中所述相机和所述目标之间的距离是465mm，所述测试结构的功能使得所述相机所捕获的图像数据为基于所述相机和所述目标之间的距离是8米。
另一方面，本发明提供了一种基于上述用于车载相机的光学测试系统的测试方法，所述方法包括：
将测试结构布置在相机的视场中且布置在相机与目标之间；
调节测试结构的光学元件，使其主轴指向目标的多个相应区域；
相机捕获图像数据，并将其发送至测试结构的图像处理器；
所述图像处理器处理所述相机所捕获的图像数据，以确定所述目标的每个区域处的焦点。
进一步地，所述测试结构包括具有多个光学元件的多光学测试结构，所述多光学测试结构包括一个中间光学元件及多个角光学元件；
所述调节测试结构的光学元件，使其主轴指向目标的多个相应区域包括：调节所述中间光学元件平行于相机的成像器和目标，并调节其主轴垂直于所述相机的成像器并且垂直于所述目标；调节所述角光学元件的角度以使其轴线指向各自角目标区域。
进一步地，所述测试结构包括可调光学元件，所述可调光学元件可调节以使其主轴指向所述目标的被选中的区域；
所述调节测试结构的光学元件，使其主轴指向目标的多个相应区域包括：调节所述可调光学元件使其主轴指向所述目标的中心区域、所述目标的左上角区域、所述目标的右上角区域、所述目标的左下角区域或所述目标的右下角区域。
本发明具有如下有益效果：
a.五光学结构可在相机和目标之间的距离仅为约465毫米，显示良好的可重复性和增强的相关性；
b.可以在相对于相机的成像器的多个角定位和目标之间进行调节的单个光学元件，通过调节其主轴指向各相应区域，增强轴偏移目标的关联性；
c.响应图像处理的图像分析检测，并采取警报等方式提高驾驶员对检测到的物体、车辆或危险状况的意识。
结合附图阅读以下说明书，本发明的这些和其他的对象、优点、目的和特征将变得明显。
附图说明
图1是一种具有结合与本发明一致的相机的视觉系统的车辆平面图；
图2示出了现有技术的单个光学测试结构，其具有与目标的中心对齐的单个中间光学元件；
图3示出了使用图2的单个中间光学元件的测试结果；
图4示出了可调中间光学元件的使用，该中间光学元件可调节为与目标的中心区域和角区域中的各区域对齐；
图5为可调中间光学元件主轴垂直于目标和成像器的中心的定位示意图；
图6为可调中间光学元件主轴指向目标的左上角区域的左上角定位示意图；
图7为可调中间光学元件主轴指向目标的右上角区域的右上角定位示意图；
图8示出了使用图4-7的可调中间光学元件的测试结果；
图9A为包括多个光学元件的多光学测试结构的铝加工样品；
图9B为图9A中的多光学测试结构的安装图；
图9C为快速原型样品的另一种五光学元件测试结构；
图9D为图9C中五光学元件测试结构的背视图；和
图10示出了使用图9A-9D的多光学测试结构的测试结果。
其中，附图标记包括：10-车辆，12-视觉系统，14a-后视成像传感器或相机，14b-前视相机，14c-侧视摄像机，14d-后视摄像机，16-显示设备，18-处理器，20-后视镜组件。
具体实施方式
车辆视觉系统和/或驾驶员辅助系统和/或对象检测系统和/或警报系统运行以捕获车辆外部的图像，并且可以处理所捕获的图像数据以显示图像和检测车辆处或附近的以及在车辆的预测路径中的物体，例如以帮助车辆的驾驶员沿向后方向操纵车辆。所述视觉系统包括图像处理器或图像处理系统，其可操作以从一个或多个相机接收图像数据，并且向显示设备提供输出以显示代表所捕获的图像数据的图像。可选地，所述视觉系统可以提供显示器，例如后视显示器或自顶向下的或鸟瞰的或环视显示器等。
现在参考附图和其中所示的说明性实施例，车辆10包括成像系统或视觉系统12，所述成像系统或视觉系统12包括至少一个外部可视成像传感器或相机，例如后视成像传感器或相机14a(并且系统可选地可以包括多个外部可视成像传感器或相机，例如在车辆的前面(或在挡风玻璃)处的前视相机14b以及在车辆的各侧的侧视摄像机14c/后视摄像机14d)，其用具有透镜(例如，在视场的中心处提供更清晰的焦点且在视场的周边处提供增加的失真的广角鱼眼透镜)的相机捕捉车辆外部的图像，该透镜用于将图像聚焦在或到相机的成像阵列或成像平面或成像器上(图1)。可选地，前视相机可以被布置在车辆的挡风玻璃处并且透过挡风玻璃和车辆前部来观察，例如用于机器视觉系统(例如，用于交通标志识别、前照灯控制、行人检测、碰撞避免、车道标记检测诸如此类)。视觉系统12包括控制器或电子控制单元(ECU)或处理器18，其可运行以处理一个或多个相机所捕获的图像数据并且可以检测对象等和/或提供在显示设备16处所显示的图像用于车辆的驾驶员查看(虽然在图1中被示出的是车辆的部分，或并入车辆，或在车辆的内部后视镜组件20处，但是控制器和/或显示设备可以被放置在车辆中的别处)。从相机到ECU的数据传输或信号通信可以包括任何合适的数据或通信链路，例如被配备车辆的车辆网络总线等。
实施例1
在本发明的一个实施例中，为了帮助实现与轴偏移聚焦目标的更好关联，一个可选方法可以是，不使用单个中间光学元件，而是使用成角度的或可调的光学元件，其能够相对于相机成一个角度以聚焦在中心目标和每个轴偏移目标上，例如图4-8中所示的。如图8中所示的，这个方法提供了中心目标区域处的增强聚焦。
本发明的系统和方法可以包括单个光学测试结构，该单个光学测试结构具有可调的单个光学元件，从而该光学元件可以在相对于相机的成像器的多个(例如，5个)角定位和目标之间进行调节。如图4和图5所示，该光学元件可以调节到其主轴垂直于目标和成像器的中心定位，角光学元件穿过中间光学元件的外边缘到四个角定位，光学元件成角度以与目标角落区域对齐→相机正在测量通过中间光学元件中心的角落；如图6所示，调节到其主轴指向目标的左上角区域的左上角定位，显示对齐中间视角角目标的概念→记录该角的测量结果并与8M设置进行比较；如图7所示，调节到其主轴指向目标的右上角区域的右上角定位，光学元件对准每个角落→记录该角落的测量结果并与8米设置进行比较；或者调节到其主轴指向目标的右下角区域的右下角定位或其主轴指向目标的左下角区域的左下角定位(未图示)。
通过可调的单个光学元件，增强了轴偏移目标的关联性，参见图8，对于四角轴偏移分别测量为94.98％、99.03％、96.6％和97.12％。
实施例2
在本发明的再一个实施例中，为了帮助实现与轴偏移聚焦目标的还要更好的关联，本发明不使用单个中间光学元件，而是使用多光学系统，该测试系统包括被布置在待测试相机的视场中且在该相机与目标之间的多光学测试结构。该多光学测试结构包括多个光学元件，每个光学元件具有指向目标的相应区域的主轴。图像数据通过相机来捕获，并且(经由图像处理器)被处理以确定目标的每个区域处的焦点。
该多光学测试结构优选地包括五个光学元件，其包括中间光学元件、左上角光学元件、左下角光学元件、右上角光学元件和右下角光学元件。参见图9A至9D，所述左上角光学元件、左下角光学元件、右上角光学元件和右下角光学元件分别位于所述中间光学元件的外周四个角上。中间光学元件其主轴垂直于相机的成像器并且垂直于目标。每个角光学元件都是成角度的，以使得其主轴指向目标的各角区域。
多光学测试结构或可调光学测试结构在测试过程或方法中是可用的，多光学系统将光轴对准离轴目标位置，以确定所制造的相机的焦点或精度(在其被安装在车辆上之前)。由于相机和目标之间的距离可能仅为465mm(表示相机与目标之间8米的有效距离)，因此该测试结构提供了增强的测试能力和缩小尺寸的测试设施。
参见图9A至9D，其允许每个光学元件直接地指向轴偏移目标。这个构思显著地增强了轴偏移相关性(参见图10，对于单个光学元件四角轴偏移分别测量为96.9％、98.4％、95.7％和97.9％)，同时仍然在中心保持良好的相关性(99.1％)。这个系统能够在相机制造期间或在最终产品的测试期间实施，以在更易于控制的距离处来代表8米并且保持与8米的强关联。如果中间光学元件的中心线移动并且与轴偏移目标位置对准，则可以使用单个中间光学元件。
在所示的实施例中，所述多光学系统包括多个光学元件，例如五个光学元件。所述光学元件可以具有1英寸的直径并且其作用是聚焦各个感兴趣区域(中心区域，左上角区域，左下角区域，右上角区域和右下角区域)，并且对准到每个感兴趣区域(ROI)。如参照图9D可见的，中间光学元件可以被布置为平行于相机的成像器和目标，而四个外部或角光学元件以其轴线指向各角目标区域的方式成角度。当被布置在相机和目标之间时，每个光学元件可以离目标位置相同距离。图9A和图9B示出了具有五个光学元件(每个ROI对应一个元件)的铝加工样品。当在焦点测试仪中使用时，光学元件与目标的距离是恒定的(465mm)。图9C和图9D示出了包括快速原型样品的另一种五光学元件测试结构。
因此，本发明提供了一种被布置在待测试相机和目标之间的多光学测试结构。该多光学测试结构支持五个光学元件，一个位于相机的视场的中心区域，一个位于相机的每个角区域，使得相机通过该多光学测试结构的各光学元件来捕获目标的中心区域和角区域的图像数据。使用五光学测试结构的测试显示出在所有五个目标位置或ROI(感兴趣区域)上的良好可重复性和增强的相关性。该五光学结构可在相机和目标之间的距离仅为约465毫米时使用，这是对目前测试装置从典型的565毫米的减少。
该系统包括图像处理器，该图像处理器可操作以处理一个或多个相机所捕获的图像数据，例如用于检测一个或多个相机的视场中的物体或其他车辆或行人等。例如，图像处理器可以包括从以色列耶路撒冷的Mobileye Vision Technologies Ltd.购买的EyeQ系列图像处理芯片中选择的图像处理芯片，并且可以包括物体检测软件(例如，美国专利No.7,855,755、No.7,720,580和/或No.7,038,577中所描述的类型，其在此通过引用整体并入本文)，并且可以分析图像数据以检测车辆和/或其他物体。响应于这种图像处理，并且当检测到物体或其他车辆时，该系统可以向车辆的驾驶员生成警报和/或可以在显示的图像上生成覆盖图以突出显示或增强对所检测到的物体或车辆的显示，以便在所装备的车辆的驾驶操纵期间增强驾驶员对检测到的物体、车辆或危险状况的意识。
实施例3
在本发明的另一个实施例中，提供了一种用于车载相机的光学测试系统的测试方法，所述方法包括：
S1、将测试结构布置在相机的视场中且布置在相机与目标之间；
S2、调节测试结构的光学元件，使其主轴指向目标的多个相应区域；
S3、相机捕获图像数据，并将其发送至测试结构的图像处理器；
S4、所述图像处理器处理所述相机所捕获的图像数据，以确定所述目标的每个区域处的焦点。
进一步地，所述测试结构包括具有多个光学元件的多光学测试结构，所述多光学测试结构包括一个中间光学元件及多个角光学元件；
所述S2包括：调节所述中间光学元件平行于相机的成像器和目标，并调节其主轴垂直于所述相机的成像器并且垂直于所述目标；调节所述角光学元件的角度以使其轴线指向各自角目标区域。
进一步地，所述测试结构包括可调光学元件，所述可调光学元件可调节以使其主轴指向所述目标的被选中的区域；
所述S2包括：调节所述可调光学元件使其主轴指向所述目标的中心区域、所述目标的左上角区域、所述目标的右上角区域、所述目标的左下角区域或所述目标的右下角区域。
车辆可以包括任何类型的一个或多个传感器，例如成像传感器或雷达传感器或激光雷达传感器或光雷达传感器或超声波传感器等。成像传感器或相机可以捕获用于图像处理的图像数据并且可以包括任何合适的相机或感测装置，例如以至少640列和480行(至少640×480成像阵列，例如兆像素成像阵列等)布置的多个光电传感器元件的二维阵列，其中各个透镜将图像聚焦到阵列的各部分上。该光电传感器阵列可以包括布置在具有行和列的光电传感器阵列中的多个光电传感器元件。优选地，该成像阵列具有至少300,000个光电传感器元件或像素点，更优选至少500,000个光电传感器元件或像素点，还要更优选至少一百万个光电传感器元件或像素点。该成像阵列可以例如经由阵列处的光谱滤波例如经由RGB(红色，绿色和蓝色)滤波器或经由红色/红色补偿滤波器或例如经由RCC过滤器等来捕获彩色图像数据。成像传感器的逻辑和控制电路可以以任何已知方式运行，并且图像处理和算法处理可以包括用于处理图像和/或图像数据的任何合适的方法。
例如，视觉系统和/或处理器和/或相机和/或电路系统可以利用以下文献中所描述的方面：美国专利No.9,233,641；No.9,146,898；No.9,174,574；No.9,090,234；No.9,077,098；No.8,818,042；No.8,886,401；No.9,077,962；No.9,068,390；No.9,140,789；No.9,092,986；No.9,205,776；No.8,917,169；No.8,694,224；No.7,005,974；No.5,760,962；No.5,877,897；No.5,796,094；No.5,949,331；No.6,222,447；No.6,302,545；No.6,396,397；No.6,498,620；No.6,523,964；No.6,611,202；No.6,201,642；No.6,690,268；No.6,717,610；No.6,757,109；No.6,802,617；No.6,806,452；No.6,822,563；No.6,891,563；No.6,946,978；No.7,859,565；No.5,550,677；No.5,670,935；No.6,636,258；No.7,145,519；No.7,161,616；No.7,230,640；No.7,248,283；No.7,295,229；No.7,301,466；No.7,592,928；No.7,881,496；No.7,720,580；No.7,038,577；No.6,882,287；No.5,929,786和/或No.5,786,772和/或美国公开号No.US-2014-0340510；No.US-2014-0313339；No.US-2014-0347486；No.US-2014-0320658；No.US-2014-0336876；No.US-2014-0307095；No.US-2014-0327774；No.US-2014-0327772；No.US-2014-0320636；No.US-2014-0293057；No.US-2014-0309884；No.US-2014-0226012；No.US-2014-0293042；No.US-2014-0218535；No.US-2014-0218535；No.US-2014-0247354；No.US-2014-0247355；No.US-2014-0247352；No.US-2014-0232869；No.US-2014-0211009；No.US-2014-0160276；No.US-2014-0168437；No.US-2014-0168415；No.US-2014-0160291；No.US-2014-0152825；No.US-2014-0139676；No.US-2014-0138140；No.US-2014-0104426；No.US-2014-0098229；No.US-2014-0085472；No.US-2014-0067206；No.US-2014-0049646；No.US-2014-0052340；No.US-2014-0025240；No.US-2014-0028852；No.US-2014-005907；No.US-2013-0314503；No.US-2013-0298866；No.US-2013-0222593；No.US-2013-0300869；No.US-2013-0278769；No.US-2013-0258077；No.US-2013-0258077；No.US-2013-0242099；No.US-2013-0215271；No.US-2013-0141578和/或No.US-2013-0002873，其在此通过引用整体并入本文。该系统可以经由任何合适的方法与其他通信系统进行通信，例如通过利用国际公开号WO 2010/144900、WO 2013/043661和/或WO 2013/081985和/或美国专利No.9,126,525中所描述的系统的方面进行通信，其在此通过引用整体并入本文。
在具体描述的实施例中的变化和修改可以在不脱离本发明的原理的情况下实现，本发明的原理旨在仅由所附权利要求的范围限定，其根据专利法的原理包括等同原则来解释。
Claims (10)
1.一种用于车载相机的光学测试系统，其特征在于，所述系统包括：
用于车辆的并且具有视场的相机，所述相机用于捕获图像数据；
布置在所述相机的所述视场中且布置在所述相机与目标之间的测试结构；
其中所述测试结构包括图像处理器及至少一个光学元件，所述至少一个光学元件的主轴能够指向所述目标的多个相应区域；所述图像处理器用于处理所述相机所捕获的图像数据，以确定所述目标的每个区域处的焦点。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述测试结构包括具有多个光学元件的多光学测试结构，每个光学元件其主轴指向所述目标的相应区域。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，其中所述多光学测试结构包括一个中间光学元件及四个角光学元件，所述角光学元件包括位于所述中间光学元件左上角区域的左上角光学元件、位于所述中间光学元件左下角区域的左下角光学元件、位于所述中间光学元件右上角区域的右上角光学元件和位于所述中间光学元件右下角区域的右下角光学元件；
所述中间光学元件被布置为平行于相机的成像器和目标，所述四个角光学元件以其轴线指向各自角目标区域的方式成角度。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，其中所述中间光学元件其主轴垂直于所述相机的成像器并且垂直于所述目标，所述左上角光学元件、左下角光学元件、右上角光学元件和右下角光学元件都是成角度的，使得左上角光学元件其主轴指向所述目标的左上角区域、左下角光学元件其主轴指向所述目标的左下角区域、右上角光学元件其主轴指向所述目标的右上角区域以及右下角光学元件其主轴指向所述目标的右下角区域。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述测试结构包括可调光学元件，所述可调光学元件可调节以使其主轴指向所述目标的被选中的区域。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述可调光学元件能够发生位置调节以使其主轴指向所述目标的中心区域、所述目标的左上角区域、所述目标的右上角区域、所述目标的左下角区域和所述目标的右下角区域。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述相机和所述目标之间的距离是465mm，所述测试结构的功能使得所述相机所捕获的图像数据为基于所述相机和所述目标之间的距离是8米。
8.一种基于权利要求1-7中任意一项所述的用于车载相机的光学测试系统的测试方法，其特征在于，所述方法包括：
将测试结构布置在相机的视场中且布置在相机与目标之间；
调节测试结构的光学元件，使其主轴指向目标的多个相应区域；
相机捕获图像数据，并将其发送至测试结构的图像处理器；
所述图像处理器处理所述相机所捕获的图像数据，以确定所述目标的每个区域处的焦点。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述测试结构包括具有多个光学元件的多光学测试结构，所述多光学测试结构包括一个中间光学元件及多个角光学元件；
所述调节测试结构的光学元件，使其主轴指向目标的多个相应区域包括：调节所述中间光学元件平行于相机的成像器和目标，并调节其主轴垂直于所述相机的成像器并且垂直于所述目标；调节所述角光学元件的角度以使其轴线指向各自角目标区域。
10.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述测试结构包括可调光学元件，所述可调光学元件可调节以使其主轴指向所述目标的被选中的区域；
所述调节测试结构的光学元件，使其主轴指向目标的多个相应区域包括：调节所述可调光学元件使其主轴指向所述目标的中心区域、所述目标的左上角区域、所述目标的右上角区域、所述目标的左下角区域或所述目标的右下角区域。
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