CN110876004A - 用于可见光通信的双模式车辆相机 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于可见光通信的双模式车辆相机”。公开了用于可见光通信的双模式车辆相机的方法和设备。一种示例性车辆包括相机、可见光通信(VLC)模块和相机模块。所述相机包括可从光圈与CMOS传感器之间的光路移除的镜头。所述VLC模块通信地耦接到所述相机。所述VLC模块在第一模式与第二模式之间进行选择，并且当处于所述第二模式时，将所述镜头从所述光路移除以通过所述相机接收VLC数据。此外，当所述VLC模块选择所述第一模式时，所述相机模块通过相机捕获图像。

Description

用于可见光通信的双模式车辆相机
技术领域
本公开整体涉及车辆对车辆通信，并且更具体地，涉及用于可见光通信的双模式车辆相机。
背景技术
车辆越来越多地使用车辆对车辆通信来交换安全信息并协调移动。可见光通信(Visual Light Communication，VLC)是车辆可用来通信的技术。VLC发射器通过对发光二极管(LED)进行调制来用LED发射数据分组。VLC接收器使用具有卷帘快门机构的图像传感器。例如，图像传感器可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器或光电二极管。这导致时间混叠，其中图像中的像素列捕获快速移动物体中的伪像或图像捕获期间的照明水平的快速变化。以这种方式，VLC接收器将来自LED的光解调为二进制数据。
发明内容
所附权利要求限定本申请。本公开概述实施例的各方面，并且不应当用于限制权利要求。如通过研究以下附图和详细描述对本领域普通技术人员将显而易见，根据本文所描述的技术可预期其他实现方式，并且这些实现方式意图在本申请的范围内。
公开了用于可见光通信的双模式车辆相机的示例性实施例。一种示例性车辆包括相机、可见光通信(VLC)模块和相机模块。所述相机包括可从光圈与CMOS传感器之间的光路移除的镜头。所述VLC模块通信地耦接到所述相机。所述VLC模块在第一模式与第二模式之间进行选择，并且当处于所述第二模式时，将所述镜头从所述光路移除以通过所述相机接收VLC数据。此外，当所述VLC模块选择所述第一模式时，所述相机模块通过相机捕获图像。
一种用于车辆的双模式相机包括CMOS传感器和限定光圈的壳体，光穿过所述光圈进入。所述相机还包括限定从所述光圈到所述CMOS传感器的光路的主体。此外，所述相机包括可从光路移除的镜头。所述相机响应于从所述车辆的可见光通信(VLC)模块接收命令而将所述镜头从所述光路移除。
附图说明
为更好地理解本发明，可参考以下附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制并且可省略相关元件，或者在某些情况下可放大比例，以便强调并清楚地示出本文所描述的新颖特征。此外，如本领域中已知的，系统部件可不同地进行布置。另外，在附图中，贯穿若干视图相似的附图标号标示对应的部分。
图1示出根据本公开的教义进行操作的车辆。
图2A、图2B和图2C示出双模式相机。
图3是图1的车辆的电子部件的框图。
图4是操作图2A、图2B和图2C的双模式相机的方法的流程图，所述方法可由图3的电子部件实施。
具体实施方式
虽然本发明可以各种形式体现，但是在附图中示出并且在下文中将描述一些示例性且非限制性的实施例，应当理解，本公开应当被视为本发明的示例而并非意图将本发明限制于所示的特定实施例。
实现车辆对车辆通信的车辆可使用可见光通信(VLC)来实现车辆对车辆通信。VLC使用由光源(诸如LED)发射的光的变化来发射数据分组。VLC发射器对光进行调制。VLC接收器可使用具有卷帘快门的CMOS传感器将调制光信号变换为可由电路进一步处理的串行二进制数串。然而，传统上，接收器的相机需要靠近发射器的发射LED，使得来自LED的光完全覆盖整个CMOS传感器或其大部分。当来自LED的光未覆盖相机的整个CMOS传感器时，则在帧的边缘上数据丢失。镜头将光从感兴趣的主题聚焦到CMOS图像传感器上，而不是捕获未滤波图像。与拍摄图像不同，VLC接收器并不关注帧中的主题，而是关注它周围的光。
如下文所描述，双模式相机包括移入和移出相机的光路的镜头。光进入光圈并行进到CMOS传感器。双模式相机包括用于捕获图像的模式和用于VLC的模式。在图像捕获模式中，镜头处于光路中以将光聚焦到传感器上。在VLC模式中，镜头从光路移除，使得光路中的光在遇到CMOS传感器时漫射。在一些示例中，镜头安装在旋转马达上，所述旋转马达将镜头旋转到光路外的位置中。在一些此类示例中，镜头围绕与镜头的边缘之一相交的轴线旋转(例如，镜头从垂直于光路旋转到基本上平行于光路等)。可替代地，在一些示例中，镜头在透明或半透明面板与镜头之间旋转。在此类示例中，透明或半透明面板并不对光进行聚焦。在一些示例中，镜头被安装以便回缩到腔体中。在一些此类示例中，镜头耦接到透明或半透明面板，使得当镜头回缩到腔体中时，透明或半透明面板进入光路，且反之亦然。在一些此类示例中，半透明面板包括将光均匀地分散在CMOS传感器上的薄膜。
图1示出根据本公开的教义进行操作的车辆100。车辆100可以是标准汽油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆和/或任何其他机动性工具类型的车辆。车辆100包括与机动性相关的零件，诸如动力传动系统，其具有发动机、变速器、悬架、传动轴和/或车轮等。车辆100可以是非自主的、半自主的(例如，一些常规运动功能由车辆100控制)或自主的(例如，运动功能由车辆100控制，而无需直接的驾驶员输入)。在所示的示例中，车辆100包括相机模块102和可见光通信(VLC)模块104、以及双模式相机106。
相机模块102从包括双模式相机106的各种相机(例如，后视相机、仪表板相机)接收输入。相机模块102处理图像以执行不同的任务。例如，相机模块102可以是自主单元的一部分，所述自主单元分析从相机接收的图像以实现半自主特征(诸如自动驾驶、停车辅助、远程辅助停车、自主导航、车道偏离警告、盲点检测等)的自主。作为另一个示例，相机模块102能够通信地耦接到信息娱乐主机单元或与其结合以将所捕获图像显示给车辆100的乘员。
VLC模块104基于可见光发射和接收消息。在所示的示例中，VLC模块104通信地连接到VLC发射器108。VLC发射器108是光源，诸如发光二极管(LED)。在一些示例中，VLC发射器108并入到车辆100的灯(例如，前灯、制动灯等)中。VLC模块104对VLC发射器108进行调制以将数据作为时间相关的开关信号序列进行串行发射。在一些示例中，VLC模块104还对VLC发射器108的强度和/或颜色进行调制。总体上，VLC发射器108对LED进行调制的速率是人眼察觉不到的。发射数据的示例在2018年8月31日提交的“Robust Visual LightCommunication For Vehicle-To-Vehicle Communication”，申请号16/118,742(代理人案卷号：84058794(026780.9179))中有所描述，所述申请全文以引用方式并入本文。图1示出作为车辆100的后部(例如，并入到制动灯中)的一个VLC发射器108。然而，车辆100可包括位于车辆100的不同点处(诸如并入到前灯中)的多个VLC发射器108。
为了接收数据，VLC模块104从双模式相机106接收数据。VLC模块104处理所接收数据并将数据发射到电子控制单元(ECU)之一。例如，作为车辆对车辆通信系统的一部分，VLC模块104可发射和接收安全消息。这些安全消息包括：例如发射车辆的速度、位置、轨迹和/或车道数据以及由发射车辆检测到的危险信息(例如，在道路表面上检测到冰或水等)。VLC模块104在相机模式与VLC模式之间控制双模式相机106的模式。
如图2A、图2B和图2C所示，双模式相机106包括壳体200，所述壳体200限定光穿过其进入的光圈202。壳体还限定从光圈202到CMOS传感器206的光路204。此外，双模式相机106包括可从光路204移除的镜头208。双模式相机106响应于从VLC模块104接收到命令而将镜头208从光路204移除。在所示的示例中，双模式相机106并入到车辆100中。可替代地，在一些示例中，双模式相机106是相机或移动装置，其可拆卸地安装到车辆100并且连接到相机模块106和VLC模块104(例如，通过端口、连接器或短程无线连接)。在此类示例中，相机或移动装置包括可从光路204移除的镜头208，并且可用于其他成像和/或VLC应用。
双模式相机106通过相对于光圈202与CMOS传感器206之间的光路204调整镜头208的位置来在图像模式与VLC模式之间进行切换。在相机模式中，镜头208定位在光路204中以将光聚焦到CMOS传感器206上。在VLC模式中，镜头208定位在光路204的外部，使得相对更加漫射的光(例如，与镜头208在光路204中时相比)暴露于CMOS传感器206。此外，在VLC模式中，CMOS传感器206利用卷帘快门机构，其中传感器列的电荷一次一列地转换成数字信号。这导致时间混叠，其中在VLC模式下捕获的图像中的像素列反映VLC发射器108的调制。以此方式，CMOS传感器206还其他调制技术，诸如基于颜色的调制、基于频率的调制、脉冲位置调制和基于脉冲振幅的调制。
图2A示出处于图像模式的双模式相机106，其中镜头208在光路204的路径中。图2B示出处于VLC模式的双模式相机106的示例。在所示的示例中，镜头旋转地耦接到双模式相机106的壳体200。镜头208的边缘210连接到旋转马达212。在此示例中，旋转马达212旋转，使得镜头208从处于光路204的路径中转变为平行于光路204。在一些示例中，镜头208由扭转螺旋弹簧偏置，当驱动马达不提供张力来压缩弹簧时，扭转螺旋弹簧将镜头208推到光路204中。图2C示出镜头208附接到轨道，所述轨道将镜头移出光路204并将其移入到腔体214中。在一些示例中，镜头208耦接到附接到轨道的透明或半透明面板，当镜头208移动到腔体中时，面板移动到光路204中。在一些示例中，半透明面板或透明面板包括将光均匀地分散在CMOS传感器206上的薄膜。在一些示例中，镜头208绕平行于光路204的轴线旋转，使得透明或半透明面板旋转到镜头208的位置中。
在图2A、图2B和图2C所示的示例中，双模式相机106的镜头208被配置成使得不时地将镜头208从光路204移除。可替代地，在一些示例中，双模式相机106被配置成使得光路204在镜头208周围被重新导引。在一些此类示例中，双模式相机106包括第二腔室，所述第二腔室具有可动反射镜和固定反射镜以引导光路208。在此类示例中，响应于从VLC模块104接收到命令信号，可动反射镜在镜头208之前和之后旋转到壳体200的主体中。在此类示例中，光路204由前可动反射镜重新引导到第二腔室中，由固定反射镜导引穿过第二腔室，并且由后可动反射镜定向在CMOS传感器206上。
图3是图1的车辆100的电子部件300的框图。在所示的示例中，电子部件300包括相机模块102、VLC模块104、双模式相机106和VLC发射器108。
在所示的示例中，VLC模块104包括处理器或控制器302和存储器304。在所示的示例中，VLC模块104包括用于使用VLC协议发射和接收信息的软件/固件。VLC模块104还可连接到车辆100的数据总线(例如，由国际标准组织(International StandardsOrganization，ISO)11898-1定义的控制器局域网(CAN)总线协议、媒体导向系统传输(Media Oriented Systems Transport，MOST)总线协议、CAN灵活数据(CAN flexibledata，CAN-FD)总线协议(ISO 11898-7)和/或K线总线协议(ISO 9141和ISO 14230-1)、和/或EthernetTM总线协议IEEE 802.3(2002年起)等)，以与其他电子控制单元(诸如，信息娱乐主机单元、动力传动系统控制单元、远程信息处理单元等)通信。
处理器或控制器302可以是任何合适的处理装置或处理装置组，诸如但不限于：微处理器、基于微控制器的平台、合适的集成电路、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)和/或一个或多个专用集成电路(ASIC)。存储器304可以是：易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)，其可包括非易失性RAM、磁性RAM、铁电RAM以及任何其他合适的形式)；非易失性存储器(例如，磁盘存储器、快闪存储器、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、非易失性固态存储器等)、不可更改的存储器(例如，EPROM)、只读存储器和/或高容量存储装置(例如，硬盘驱动器、固态驱动器等)。在一些示例中，存储器304包括多种存储器，特别是易失性存储器和非易失性存储器。
存储器304是一个或多个指令集(诸如用于操作本公开的方法的软件)可嵌入在其上的计算机可读介质。指令可体现如本文所描述的方法或逻辑中的一者或多者。在特定实施例中，这些指令可在指令的执行期间完全地或至少部分地驻留在存储器304、计算机可读介质和/或处理器302中的任何一者或多者内。
术语“非暂时性计算机可读介质”和“有形计算机可读介质”应当被理解为包括存储一个或多个指令集的单个介质或多个介质，诸如集中式或分布式数据库，和/或相关联的高速缓存和服务器。术语“非暂时性计算机可读介质”和“有形计算机可读介质”还包括能够存储、编码或携带供处理器执行或致使系统执行本文所公开的方法或操作中的任一者或多者的指令集的任何有形介质。如本文所使用，术语“有形计算机可读介质”明确地被定义为包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘并且排除传播信号。
图4是操作图1、图2A、图2B、图2C和图3的双模式相机的方法的流程图，所述方法可由图3的电子部件300实施。初始地，在框402处，VLC模块104确定是以VLC模式还是以图像模式操作双模式相机106。在一些示例中，双模式相机106的默认模式可以是图像模式。在例如接收到在图像模式下可检测到的车辆100前方的车辆正在发射VLC数据(例如，在图像模式下可辨别的特定尾灯图案)的信号时，VLC模块104可确定双模式相机106应当处于VLC模式。作为另一个示例，VLC模块104可周期性地(例如，每10毫秒、每50毫秒等)切换到VLC模式以检测接近车辆的VLC发射。当切换到VLC模式时，所述方法在框404处继续。否则，当切换到图像模式时，所述方法在框408处继续。
在框404处，VLC模块104致使将双模式相机106的镜头208从光路204移除。在一些示例中，VLC模块104将命令信号发送到双模式相机106。在一些示例中，双模式相机106将镜头208枢转出光路204(图2B)。在一些示例中，双模式相机106通过轨道将镜头208从光路204移除(图2C)。在框406处，VLC模块104通过处于VLC模式的双模式相机106捕获VLC数据。
在框408处，VLC模块104致使双模式相机106的镜头208进入(或保留在)光路204中。在一些示例中，VLC模块104将命令信号发送到双模式相机106。在一些示例中，双模式相机106将镜头208枢转到光路204中(图2A)。在一些示例中，双模式相机106通过轨道将镜头208移入光路204中。在框410处，相机模块102通过处于图像模式的双模式相机106捕获图像，以例如分析车辆100的自主或半自动特征。
图4的流程图表示存储在存储器(诸如图3的存储器304)中的包括一个或多个程序的机器可读指令，所述一个或多个程序在由处理器(诸如图3的处理器302)执行时，致使车辆100实现图1和图3的示例性VLC模块104。另外，尽管参考图4所示的流程图描述了一个或多个示例性程序，但是可替代地可使用实现示例性VLC模块104的许多其他方法。例如，可改变框的执行顺序，和/或可改变、消除或组合所描述的框中的一些。
在本申请中，反意连接词的使用意图包括连接词。定冠词或不定冠词的使用并非意图指示基数。特别地，对“所述”对象或“一”和“一个”对象的引用也意图表示可能的多个此类对象中的一个。另外，连词“或”可用于传达同时存在的特征而非相互排斥的替代方案。换句话讲，连词“或”应当理解为包括“和/或”。如本文所使用，术语“模块”和“单元”是指具有通常与传感器结合提供通信、控制和/或监测能力的电路的硬件。“模块”和“单元”还可包括在电路上执行的固件。术语“包括(includes/including/include)”是包含性的，并且分别具有与“包含(comprises/comprising/comprise)”相同的范围。
上文描述的实施例，并且特别是任何“优选的”实施例，是实现方式的可能示例，并且仅仅是为了清楚地理解本发明的原理而阐述的。在实质上不脱离本文所描述技术的精神和原理的情况下，可对一个或多个上文描述的实施例做出许多变化和修改。本文中所有修改都意图包括在本公开的范围内并且由以下权利要求保护。
根据本发明，提供了一种车辆，其具有：相机，所述相机包括能从光圈与CMOS传感器之间的光路移除的镜头；可视光通信(VLC)模块，所述VLC模块具有处理器，所述处理器通信地耦接到所述相机以：在第一模式与第二模式之间进行选择，当处于所述第二模式时，将所述镜头从所述光路移除，并通过所述相机接收VLC数据；以及相机模块，所述相机模块用于在选择所述第一模式时通过所述相机捕获图像。
根据一个实施例，所述相机包括旋转地连接到所述镜头的端部的驱动马达。
根据一个实施例，响应于从所述VLC模块接收到命令信号，所述相机将所述镜头旋转出所述光路。
根据一个实施例，所述相机包括连接到所述镜头的轨道。
根据一个实施例，响应于从所述VLC模块接收到命令信号，所述相机使用所述轨道将所述镜头移动到腔体中。
根据一个实施例，所述相机包括连接到所述轨道的半透明面板。
根据一个实施例，当所述镜头移动到所述腔体中时，所述半透明面板移动到所述光路中。
根据一个实施例，所述半透明面板包括将所述光均匀地分散在所述CMOS传感器上的薄膜。
根据本发明，提供了一种用于车辆的双模式相机，其具有：CMOS传感器；壳体，所述壳体限定光穿过其进入的光圈以及从所述光圈到所述CMOS传感器的光路；镜头，所述镜头能移除地定位在所述光路中，响应于从所述车辆的可见光通信(VLC)模块接收到命令，所述相机将所述镜头从所述光路移除。
根据一个实施例，当所述镜头处于所述光路中时，所述相机捕获图像。
根据一个实施例，当所述镜头不在所述光路中时，所述相机捕获VLC数据。
根据一个实施例，上述发明的进一步特征在于：旋转地连接到所述镜头的端部的驱动马达。
根据一个实施例，响应于从所述VLC模块接收到所述命令，所述驱动马达将所述镜头旋转出所述光路。
根据一个实施例，上述发明的进一步特征在于：连接到所述镜头的轨道。
根据一个实施例，响应于从所述VLC模块接收到命令信号，所述轨道将所述镜头移动到腔体中。
根据一个实施例，上述发明的进一步特征在于：连接到所述轨道的半透明面板。
根据一个实施例，当所述镜头移动到所述腔体中时，所述轨道将所述半透明面板移动到所述光路中。
根据一个实施例，所述半透明面板包括将所述光均匀地分散在所述CMOS传感器上的薄膜。

Claims (15)

1.一种车辆，其包括：
相机，所述相机包括能从光圈与CMOS传感器之间的光路移除的镜头；
可见光通信(VLC)模块，所述VLC模块通信地耦接到所述相机以：
在第一模式与第二模式之间进行选择，
当处于所述第二模式时，将所述镜头从所述光路移除，并通过所述相机接收VLC数据；以及
相机模块，所述相机模块用于在选择所述第一模式时通过所述相机捕获图像。
2.如权利要求1所述的车辆，其中所述相机包括旋转地连接到所述镜头的端部的驱动马达。
3.如权利要求2所述的车辆，其中，响应于从所述VLC模块接收到命令信号，所述相机将所述镜头旋转出所述光路。
4.如权利要求1所述的车辆，其中所述相机包括连接到所述镜头的轨道。
5.如权利要求4所述的车辆，其中，响应于从所述VLC模块接收到命令信号，所述相机使用所述轨道将所述镜头移动到腔体中。
6.如权利要求5所述的车辆，其中所述相机包括连接到所述轨道的半透明面板。
7.如权利要求6所述的车辆，其中当所述镜头移动到所述腔体中时，所述半透明面板移动到所述光路中。
8.如权利要求7所述的车辆，其中所述半透明面板包括将光均匀地分散在所述CMOS传感器上的薄膜。
9.一种用于车辆的双模式相机，其包括：
CMOS传感器；
壳体，所述壳体限定光穿过其进入的光圈以及从所述光圈到所述CMOS传感器的光路；
镜头，所述镜头能移除地定位在所述光路中，响应于从所述车辆的可见光通信(VLC)模块接收到命令，所述相机将所述镜头从所述光路移除。
10.如权利要求9所述的相机，其中当所述镜头处于所述光路中时，所述相机捕获图像。
11.如权利要求9所述的相机，其中当所述镜头不在所述光路中时，所述相机捕获VLC数据。
12.如权利要求9所述的相机，其包括旋转地连接到所述镜头的端部的驱动马达。
13.如权利要求12所述的相机，其中，响应于从所述VLC模块接收到命令，所述驱动马达将所述镜头旋转出所述光路。
14.如权利要求9所述的相机，其包括连接到所述镜头的轨道，其中，响应于从所述VLC模块接收到命令信号，所述轨道将所述镜头移动到腔体中。
15.如权利要求14所述的相机，其包括连接到所述轨道的半透明面板，其中当所述镜头移动到所述腔体中时，所述轨道将所述半透明面板移动到所述光路中，所述半透明面板包括将所述光均匀地分散在所述CMOS传感器上的薄膜。
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