CN110785321B - 低成本摄像头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种成像系统，其具有HD图像传感器、变焦透镜，其定位在图像传感器前方并且构造成响应于电刺激而改变至少一个光学特性，以便改变图像传感器的视场。所述成像系统还包括控制器，其联接到变焦透镜，并且配置成通过选择要施加到变焦透镜的电刺激来选择图像传感器的视场。

Description

低成本摄像头
技术领域
本发明大体上涉及用于车辆中的成像系统(摄像头)。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆的成像系统，该成像系统包括：设置于车辆中的高清晰度图像传感器；变焦透镜，其定位在图像传感器的前方且构造成响应于电刺激而改变至少一个光学特性，以便改变图像传感器的视场；以及控制器，其联接到变焦透镜，并配置成通过选择要施加到变焦透镜的电刺激来改变图像传感器的视场。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种成像系统，其包括：高清晰度图像传感器；电润湿透镜，其位于图像传感器的前方并且构造成响应于电刺激而改变至少一个光学特性，以便改变图像传感器的视场；以及控制器，其联接到电润湿透镜，并且配置成通过选择要施加到电润湿透镜的电刺激来选择图像传感器的视场。
通过参考以下说明书、权利要求书和附图，所属领域的技术人员将进一步理解和了解本发明的这些和其它特征、优点和目标。
附图说明
从详细说明和附图中将更全面地理解本发明，其中：
图1是示出了根据第一实施例的成像系统的框图；
图2A是示出了使用电润湿透镜以更窄的视场起作用的框图；
图2B是示出了使用电润湿透镜以更宽的视场起作用的框图；
图2C是示出了使用电润湿透镜以移动的视场起作用的框图；
图3A是具有根据图1所示的实施例构造的多个成像系统的车辆的俯视图；
图3B是图3A所示的车辆的俯视图，其中摄像头的视场改变；以及
图4是示出了根据第二实施例的成像系统的框图。
具体实施方式
汽车摄像头用于车辆中的多种多样的功能。此类用途包括控制车辆设备以补充驾驶员对车辆周围环境的视野。补充驾驶员视野的摄像头包括面向后的摄像头，例如，用于倒车摄像头显示(RCD)系统的摄像头和用于全显示镜(FDM)系统的摄像头。用于RCD系统和FDM系统的摄像头可对准大致相同的方向，但具有不同视场(FOV)和焦点。因此，在同时提供RCD系统和FDM系统的车辆中，两个摄像头已经安装到车辆的后部，每个摄像头为两个系统中的不同系统提供图像。
由于可靠性要求，汽车摄像头的分辨率往往比消费类产品低得多。例如，最新的汽车级零件是2MP，最近公布的7.5MP传感器将于2018年发布。分辨率提高的原因是应对欧洲2021年的NCAP要求，其中面向前的传感器必须具有足够的分辨率以查看车辆侧面行人，并且中心仍有足够的分辨率。在向后方向上存在类似的问题，即，在50度下需要170ppi，宽度为1600像素，这意味着对于具有标准定焦透镜的180°FOV环绕系统来说，需要24MP传感器。因此，已经使用数字高清晰度(HD)摄像头来提供这些较高的分辨率。然而，这些数字HD摄像头需要昂贵的串行器/解串器对以及相关联的连接器(同轴连接器)。如本文所使用的，HD摄像头/图像传感器具有至少约90dB的信噪比。
本发明人已发现，通过使用变焦透镜，可在使用具有较低分辨率的摄像头的同时获得对于某些汽车应用所需的宽FOV。因此，例如，模拟HD摄像头可与变焦透镜一起使用。模拟HD摄像头提供来不需要昂贵的串行器/解串器对及其数字副本的相关联连接器的益处。因此，可使用较便宜的双绞线线缆和常规的压接和按扣连接器系统。合适的模拟编码器可从Techpoint Inc.(San Jose，California)获得。
图1示出了成像系统10的实例，所述成像系统具有：HD图像传感器20；变焦透镜(例如，电润湿透镜30)，其定位在图像传感器20的前方并且构造成响应于电刺激而改变至少一个光学特性，以便改变图像传感器20的视场；以及控制器40，其联接到变焦透镜30并配置成通过选择要施加到变焦透镜30的电刺激来选择图像传感器20的视场。变焦透镜30也可用于自动聚焦。
变焦透镜30可采取本领域已知的任何形式，包括图1和4中所示的形式。一般来说，如图1所示，变焦透镜30是电润湿透镜，其包括可采取各种形状的油透镜32，以响应于电刺激的施加(例如，将选择的电压施加到电润湿透镜30中的一个或多个电极34)而形成可变透镜。透镜30可包括两个玻璃衬底35a、35b，其与电极34a、34b和绝缘构件36a组合以形成腔室，油透镜32设置在该腔室中。油透镜32所在的腔室的其余部分填充有不与油透镜32混合的另一种流体，如水33。注意，接触油透镜32的电极34b可涂覆有绝缘体材料。图2A、图2B和图2C示出了油透镜32可响应于施加到电极34a、34b的两个不同电压而形成的形状的三个实例。在图2A中，油透镜32呈凸面玻璃透镜的形状，并且电润湿透镜30用作双凸透镜。在图2B中，油透镜32呈凹面玻璃透镜的形状，并且电润湿透镜30用作双凹透镜。在图2C中，油透镜32呈倾斜或旋转形状，使得电润湿透镜30将视场移动到一个方向(即，左、右、上或下)。通过改变油透镜32的形状，焦距可与光轴的方向一样改变。当放置在图像传感器20的前面时，电润湿透镜30可用于改变图像传感器20的视场，以及使视场平移穿过图像传感器20的成像表面。这种能力将在车辆以及安防摄像头和移动装置(例如，智能手机、笔记本计算机和膝上型计算机)中使用的成像系统中提供许多优势。
图4中所示的电润湿透镜30a与图1中所示的相似，不同之处在于电极34b的配置不同且后玻璃衬底35b包括球形凹部，其中电极34b覆盖在衬底35b的整个表面上。绝缘层36b跨越电极34b的整个表面提供且填充衬底35b中的电极覆盖的球形凹部。此外，可在衬底35a与35b之间围绕腔室的周边提供环形玻璃环35c。在此透镜构造中，油滴由通过电极34a、34b施加的电场中的梯度而定心，以形成油透镜32。
用于成像系统10的应用的一个实例将是车辆18的后视摄像头10a，如图3A和图3B所示。在此应用中，后视摄像头10a的视场15a可在不降低来自后视摄像头10a的图像输出的分辨率的情况下被动态改变。例如，可移动视场以将任何检测到的车辆的图像保持在图像内。此外，如图3A和图3B所示，视场可变宽或变窄，这取决于车辆是倒车(对于RCD)还是向前行驶(对于FDM)，或取决于车辆的前进速度或车辆行驶的道路类型。因此，单摄像头可用于RCD和FDM应用两者。注意，后视摄像头10a可位于车辆后方或车辆的侧面，作为具有相应的可变视场15a’、15a”的摄像头10a’、10a”。由后视摄像头10a、10a'和10a”捕获的图像可显示在位于后视镜16或仪表板或控制台中的其它位置的显示器上。附加地或备选地，可处理图像以用于自主车辆控制或驾驶员辅助功能，如停车辅助、盲点检测、后方碰撞警告、车道偏离警告、车道保持辅助等。
用于成像系统10的车辆应用的另一个实例将是如图3A所示的前视摄像头10b。此前视摄像头10b可安装在后视镜16处或附近，以通过其挡风玻璃捕获车辆前方的图像。前视摄像头10b捕获的图像可用于许多不同的驾驶员辅助功能或自主车辆控制功能。例如，图像可用于前灯控制、车道偏离警告、停车辅助、自适应巡航控制、车道保持辅助、前方碰撞警告、物体检测、行人检测和交通标志识别。然而，对于这些功能中的每一个，可能期望使用较宽或较窄视场15b，以便将所捕获图像中的信息限制为与特定功能相关的信息。因此，在前视摄像头10b中设置电润湿透镜30提供了针对所选功能改变视场而无分辨率损失的优点。此外，电润湿透镜向左侧或右侧移动视场15b的能力允许前视摄像头10b在即将到来的转弯方向进行查看。
当用于前灯控制时，前视摄像头10b可有利地在视场变窄以聚焦在远处的物体上时维持每度视场的高像素数。这允许更精确地检测更远距离处的车辆和其它物体。同样地，可改变视场以在即将到来的转弯的方向上进行查看，使得可更快且准确地检测转弯上的车辆。
用于成像系统10的车辆应用的另一个实例将是如图3A所示的内视摄像头10c。此内视摄像头10c可安装在后视镜16、上部控制台或阅读灯组件处或附近，以便捕获车辆内部的图像并将图像显示给驾驶员或其它乘客。例如，这种摄像头10c可安装成查看后座乘客，并在可安装在后视镜16或仪表板或控制台中的其它位置的显示器上向驾驶员显示图像。如果其中一名乘客是婴儿，这特别有用，并且如果婴儿位于面向后的汽车座椅中，则甚至更有利。通过在内视摄像头10c中采用电润湿透镜，视场15c可围绕车辆的内部移动，以便查看车辆中的特定乘客或位置。视场15c也可变宽或变窄，以捕获前座乘客或聚焦于后座乘客。视场15c的这种变化可通过驾驶员的手动控制或自动控制来实现。自动控制可以用于视频会议，以便将视场移至正在讲话的车辆乘员。
通过使用在车辆中使用的成像系统10中的变焦透镜30，可避免仅依赖于数字变焦来改变视场，这导致系统捕获的图像的分辨率降低。此外，在一定程度上，人们希望通过提供机械变焦透镜来避免这种情况，这种机械变焦透镜制造起来更加复杂并且容易破损。
如果变焦透镜30、30a在两个或更多个图像或视场之间振荡，则具有第一视场的第一图像流可供应到第一显示器50a，并且具有不同第二视场的第二图像流可供应到第二显示器50b，并且因此可实时捕获并显示两个或更多个不同的图像流。不同的图像流也可显示在一个显示器50a的不同显示区域中。使用一个摄像头收集多个图像要优于使用多个摄像头。例如，如果将摄像头设置为以30Hz的频率在两个图像之间振荡，则人们可以15Hz的频率在两个不同的显示器或两个不同的显示区域上更新两个不同的图像。
成像系统10还可在安防摄像头中得到有利应用，特别是对于两个单独图像传感器用于捕获人双眼的视网膜图像的那些应用。通过使用电润湿透镜30，视场可从一只眼睛移到另一只眼睛，并且由此消除对两个单独摄像头的需要。此外，视场可最初设置为宽的，以捕获人的脸并识别其眼睛的位置，然后放大每只眼睛。这将使在移动装置中实施生物筛选安全措施(尤其是视网膜成像)更加实用，因为移动装置通常只有一个摄像头对准任一方向。
具有可变视场的电润湿透镜的安防摄像头可用于家庭安全系统以及烟雾探测器和频闪照明装置中。类似地，诸如摄像头10c的车辆摄像头可用于安全目的，以在起动车辆之前扫描驾驶员的虹膜。成像系统还可用于扫描人脸以用于面部识别系统。
尽管成像系统10显示为在图像传感器20的前方仅具有电润湿透镜30，但另外的常规透镜可与电润湿透镜30结合使用，以获得所需的视场和焦点。此外，可将其它形式的变焦透镜与HD图像传感器20组合使用。可使用的电润湿透镜的实例可从Invenios(SantaBarbara，California)获得。这种透镜可在清晰图像下为RCD应用提供130°FOV，并且为FDM应用提供50°FOV。
应进一步注意，控制器40可包括各种形式的控制逻辑和图像处理电路。为了恰当地处理FDM和RCD FOV两者，可在控制器40中设置畸变校正引擎。为了使用模拟HD图像传感器20，人们可能想要降低传输的分辨率，使得可在摄像头模块(HDR重建器、开窗等)中执行图像信号处理(ISP)。因此，具有畸变校正的ISP处理器(例如GEO Semi GW5)可设在成像系统10的摄像头模块部分中，其将包括HD图像传感器20、变焦镜头30和控制器40，并具有来自摄像头的模拟输出。
以上描述仅视为对优选实施例的描述。所属领域的技术人员以及制作或使用本发明的技术人员可以对本发明做出修改。因此，应理解，在图中示出且在上文描述的实施例仅用作说明的目的，并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围由根据专利法的原则和其等同原则来解释的权利要求限定。

Claims (19)

1.一种用于车辆的成像系统，包括：
设置在所述车辆中的高清晰度图像传感器；
变焦透镜，所述变焦透镜定位在所述图像传感器前方并且构造成响应于电刺激而改变至少一个光学特性，以便改变所述图像传感器的视场；以及
控制器，所述控制器联接到所述变焦透镜并且配置成通过选择要施加到所述变焦透镜的电刺激来选择所述图像传感器的视场；
其中所述变焦透镜是电润湿透镜；以及
其中所述控制器改变要施加到所述变焦透镜的电刺激，从而引起所述视场移动、变窄或变宽；
其中所述高清晰度图像传感器是模拟高清晰度(HD)摄像头。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述图像传感器安装在所述车辆中以便具有前视场。
3.根据权利要求2所述的成像系统，其中由所述图像传感器捕获的图像由所述控制器分析，并且其中所述控制器生成控制信号，所述控制信号配置成用于控制所述车辆的外部灯。
4.根据权利要求3所述的成像系统，其中所述图像传感器在所述视场变窄以聚焦在远处的物体上时维持每度视场的高像素数。
5.根据权利要求3所述的成像系统，其中所述控制器改变要施加到所述变焦透镜的电刺激，从而引起所述视场移动以对应于所述车辆正在行驶的道路上即将到来的转弯。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的成像系统，其中所述图像传感器安装在所述车辆中，以便具有所述车辆外部的后视场。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的成像系统，其中所述图像传感器安装在所述车辆中，以便具有所述车辆内部的后视场。
8.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述控制器改变要施加到所述变焦透镜的电刺激，从而引起所述视场围绕所述车辆的内部移动以查看所述车辆内部的不同位置。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的成像系统，其中所述电刺激是施加电压和电场梯度中的至少一个。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的成像系统，其中由所述图像传感器捕获的图像由所述控制器进行分析，并且其中所述控制器提供所述分析以用于以下至少一项：前灯控制、自主车辆控制、车道偏离警告、车道保持辅助、自适应巡航控制、前方碰撞警告、后方碰撞警告、行人检测、交通标志识别、物体检测、停车辅助和盲点检测。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的成像系统，其中来自摄像头的输出是模拟格式。
12.一种成像系统，包括：
高清晰度图像传感器；
电润湿透镜，所述电润湿透镜定位在所述图像传感器前方并且构造成响应于电刺激而改变至少一个光学特性，以便改变所述图像传感器的视场；以及
控制器，所述控制器联接到所述电润湿透镜，并且配置成通过选择要施加到所述电润湿透镜的电刺激来选择所述图像传感器的视场；
其中所述控制器选择两个不同的电刺激，以便使所述图像传感器的视场来回交替，以获得具有第一视场的第一图像流和具有第二视场的第二图像流；
其中所述高清晰度图像传感器是模拟高清晰度(HD)摄像头。
13.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述控制器改变要施加到所述电润湿透镜的电刺激，从而引起所述视场移动。
14.根据权利要求12或13所述的成像系统，其中所述控制器改变要施加到所述电润湿透镜的电刺激，从而引起所述视场变窄或变宽。
15.根据权利要求12或13所述的成像系统，其中所述电刺激是施加电压和电场梯度中的至少一个。
16.根据权利要求12或13所述的成像系统，其中所述图像传感器位于以下中的一个中：安防摄像头、智能手机、膝上型计算机和笔记本计算机。
17.根据权利要求12或13所述的成像系统，其中所述控制器将所述第一图像流供应到第一显示器并且将所述第二图像流供应到第二显示器。
18.根据权利要求12或13所述的成像系统，其中所述控制器将所述第一图像流和第二流供应到第一显示器以在所述第一显示器的不同显示区域中同时显示。
19.根据权利要求12或13所述的成像系统，其中来自摄像头的输出是模拟格式。
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