CN112449083A - 一种汽车夜视摄像头 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种汽车夜视摄像头，包括镜头、星光级CMOS Sensor图像传感器、ISP图像信号处理器、高清视频信号传送芯片，其中，对于每1μm2像素尺寸，星光级CMOS Sensor图像传感器达到2000mV或以上的感光度，星光级CMOS Sensor图像传感器通过镜头收集图像信息并输出图像信号，ISP图像信号处理器对图像信号进行预处理、ADAS算法处理、输出影像叠加信息处理，然后由高清视频信号传送芯片对外输出高清、低延时、高刷新率的视频信号。通过本发明提出的汽车夜视摄像头，可以解决汽车夜视问题，且具有成本低、安装简单、成像效果好的优点。

Description

一种汽车夜视摄像头
技术领域
本发明涉及摄像头设备领域，尤其是一种汽车夜视摄像头。
背景技术
开车时，多数驾驶者从发现前方有人或障碍物，到做出刹车动作的应急反应时间大约为1秒，即汽车在120km/h的速度时已经跑了33m，而从120km/h到完全停止的制动距离在50m以上，因此，当驾驶员在120km/h的速度时，必须看到前方80m以外的视野，至少要给驾驶员3秒的应急处理时间。
可是在夜间行车，汽车近光灯的有效可视距离为30-50m，远光灯的有效可视距离70m，夜间可见光很微弱，有的时候即使开启的大灯也看不清楚前面的情况，这个情况下就需要夜视仪来解决这种环境条件下车辆的使用问题。
当前的汽车夜视解决方案主要有两种：主动红外夜视和被动红外夜视。主动式红外也叫做近红外，开启红外光源照射并通过CMOS Sensor接收红外光成像。被动式红外也叫作远红外，通常也叫做热成像仪，通过专门的传感器来接收人体或者其他物体的远红外线来成像。
然而当前的汽车夜视解决方案因为存在以下特点而导致产品无法普及：(1)传感器的价格昂贵而导致产品成本高；(2)安装复杂，需要特定的要求，被动式红外是不能安装在汽车内的，因为汽车的前车窗玻璃会阻挡被动式红外信号的接收；同时也不适合安装在发动机后面，因为发动机的发热会干扰被动式红外传感器的成像。所以，被动式红外传感器只能安装在车头的最前端。主动式红外则对红外光源的安装也有要求，汽车前挡风玻璃也不能阻挡940nm或者850nm的红外线通过；(3)成像效果并不好，无法彩色成像，影响到用户的使用体验。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种汽车夜视摄像头，用于解决汽车夜视的问题，其具有成本低、安装简单、成像效果好的优点。
本发明通过以下技术方案实现的：
本发明提出一种汽车夜视摄像头，包括镜头、星光级CMOS Sensor图像传感器、ISP图像信号处理器、高清视频信号传送芯片，其中，对于每1μm2像素尺寸，星光级CMOS Sensor图像传感器达到2000mV或以上的感光度，星光级CMOS Sensor图像传感器通过镜头收集图像信息并输出图像信号，ISP图像信号处理器对图像信号进行预处理、ADAS算法处理、输出影像叠加信息处理，然后由高清视频信号传送芯片对外输出高清、低延时、高刷新率的视频信号。
进一步的，星光级CMOS Sensor图像传感器的光照强度小于或等于0.001Lux。
进一步的，ISP图像信号处理器对图像信号所进行预处理包括对拜耳像素阵列进行颜色插值处理、自动曝光、自动白平衡、像素坏点标记和补偿、镜头暗角补偿、50Hz/60Hz闪烁消除、黑电平延伸和图像轮廓增强、3D噪声消除、Gamma校正、输入捕获窗口的大小和位置、多重曝光HDR处理、色空间变换、宽动态数据到低位数显示系统的影像重新映射处理、影像的缩放处理。
进一步的，ISP图像信号处理器包括嵌入式神经网络处理器NPU，嵌入式神经网络处理器NPU用于影像的ADAS算法处理，嵌入式神经网络处理器NPU对影像中的目标进行搜索并与特征库进行比对，当匹配成功后，影像中的目标被锁定，并计算被锁定的目标与镜头的距离。
进一步的，影像中的目标通过加标注框的方式被锁定，且根据被锁定的目标与镜头的距离，标注框的颜色会产生变化。
进一步的，输出影像叠加信息处理的信息类型包括图形、图标和文字。
进一步的，还包括连接器，连接器和高清视频信号传送芯片相连接，通过连接器，高清视频信号传送芯片可以将高清、低延时、高刷新率的视频信号传输至显示终端。
进一步的，还包括电源转换模块，外部直流电源经过连接器传输至电源转换模块，由电源转换模块转换成适配电压给所述汽车夜视摄像头供电。
进一步的，星光级CMOS Sensor图像传感器通过MIPI CSI的标准传递图像信号给ISP图像信号处理器，ISP图像信号处理器通过I2C串行通信界面来访问星光级CMOS Sensor图像传感器的寄存器。
进一步的，还包括与ISP图像信号处理器相连的串行界面的FLASH，串行界面的FLASH用来保存ISP图像信号处理器的内嵌CPU程序以及相关的数据。
本发明的有益效果：
本发明提出的汽车夜视摄像头，包括镜头、星光级CMOS Sensor图像传感器、ISP图像信号处理器、高清视频信号传送芯片，其中，对于每1μm2像素尺寸，星光级CMOS Sensor图像传感器达到2000mV或以上的感光度，星光级CMOS Sensor图像传感器通过镜头收集图像信息并输出图像信号，ISP图像信号处理器对图像信号进行预处理、ADAS算法处理、输出影像叠加信息处理，然后由高清视频信号传送芯片对外输出高清、低延时、高刷新率的视频信号。通过本发明提出的汽车夜视摄像头，可以解决汽车夜视问题，且具有成本低、安装简单、成像效果好的优点。
附图说明
图1为本发明提出的汽车夜视摄像头的原理框图。
具体实施方式
为了更加清楚、完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
请参考图1，本发明提出一种汽车夜视摄像头，包括镜头、星光级CMOS Sensor图像传感器、ISP图像信号处理器、高清视频信号传送芯片，其中，对于每1μm2像素尺寸，星光级CMOS Sensor图像传感器达到2000mV或以上的感光度，星光级CMOS Sensor图像传感器通过镜头收集图像信息并输出图像信号，ISP图像信号处理器对图像信号进行预处理、ADAS算法处理、输出影像叠加信息处理，然后由高清视频信号传送芯片对外输出高清、低延时、高刷新率的视频信号。本发明的延时指标为：<30ms。
星光级CMOS Sensor图像传感器输出图像信号的格式为RAW格式的图像信号。
在本实施方式中，本发明的汽车夜视摄像头高度集成化，所输出高清、低延时、高刷新率的视频信号，也就是高清视频输出给任意一台普通的显示终端，由显示终端显示出来就可以了，显示终端可以为汽车内已有的显示终端，如汽车内的中控屏，无需配备特殊的显示终端，
进一步的，星光级CMOS Sensor图像传感器的光照强度小于或等于0.001Lux，以使得在较暗的光线条件下依然有良好的彩色成像。
光照强度是指单位面积上所接受可见光的能量。其单位：勒克斯Lux，简作Lx。0.1Lux：暗光级；0.01Lux：月光级；0.001Lux及以下：星光级。
在本实施方式中，优选的，星光级CMOS Sensor图像传感器的分辨率为1920×1080，像素需要选择为200万左右；星光级CMOS Sensor图像传感器的型号选用为SONY的IMX385。
在本实施方式中，镜头选用的是FOV为45度的镜头；ISP图像信号处理器选用的是iCatch的CI1。
进一步的，ISP图像信号处理器对图像信号所进行预处理包括对拜耳像素阵列进行颜色插值处理、自动曝光、自动白平衡、像素坏点标记和补偿、镜头暗角补偿、50Hz/60Hz闪烁消除、黑电平延伸和图像轮廓增强、3D噪声消除、Gamma校正、输入捕获窗口的大小和位置、多重曝光HDR处理、色空间变换、宽动态数据到低位数显示系统的影像重新映射处理、影像的缩放处理。
进一步的，ISP图像信号处理器包括嵌入式神经网络处理器NPU，嵌入式神经网络处理器NPU用于影像的ADAS算法处理，嵌入式神经网络处理器NPU对影像中的目标进行搜索并与特征库进行比对，当匹配成功后，影像中的目标被锁定，并计算被锁定的目标与镜头的距离。
在本实施方式中，通过ISP图像信号处理器对图像信号进行预处理，将各种光线条件下的高质量数据输出给嵌入式神经网络处理器NPU，嵌入式神经网络处理器NPU搜索的目标为40米-50米范围内的人体、汽车、两轮机动车等。
在本实施方式中，由于行人的距离是未知的，因此搜索是按照固定的像素尺寸来进行，例如64x 32像素阵列来搜索图像中的行人。比对不是以实际像素来进行，而是与特征库进行比对。
进一步的，影像中的目标通过加标注框的方式被锁定，且根据被锁定的目标与镜头的距离，标注框的颜色会产生变化。
在本实施方式中，优选地，当被锁定的目标与镜头的距离在30米-50米时，标注框的颜色为绿色，当被锁定的目标与镜头的距离在20米-30米时，标注框的颜色为黄色，当被锁定的目标与镜头的距离小于20米时，标注框的颜色为红色，通过标注框的颜色的变化给驾驶者提供一个可视的距离等级警示作用，从而给驾驶者行车安全提示。
进一步的，输出影像叠加信息处理的信息类型包括图形、图标和文字。
在本实施方式中，嵌入式神经网络处理器NPU进行ADAS算法处理的结果叠加在图像中，例如通过加标注框的方式标识出被锁定的目标。
进一步的，还包括声音输出，由于本发明的汽车夜视摄像头并不方便安装蜂鸣器，声音提示可以放在汽车内的显示终端来实现，声音的输出可以开也可以关，驾驶员并不适合总盯着屏幕，所以警示声音的功能是很重要的。
进一步的，还包括连接器，连接器和高清视频信号传送芯片相连接，通过连接器，高清视频信号传送芯片可以将高清、低延时、高刷新率的视频信号传输至显示终端。
在本实施方式中，由于摄像头的图像信号要连接到远端的显示终端，而且输出的也是高清或者全高清的高刷新率的视频信号，因此需要使用的高清视频信号传送芯片，且可以使用FPD_Link或GMSL的标准。
进一步的，还包括电源转换模块，外部直流电源经过连接器传输至电源转换模块，由电源转换模块转换成适配电压给所述汽车夜视摄像头供电。
在本实施方式中，本发明采用POC供电方式，POC供电：指一根同轴线上，既传送视频信号也传送电源。电源通常是从显示终端供应给摄像头，而视频信号则是从摄像头输出给显示终端。由于POC供电方式，因此连接器和高清视频信号传送芯片之间、及连接器和电源转换模块之间均设有滤波器进行滤波。
在本实施方式中，电源转换模块包括开关电源电路、多组低压变的DC-DC器件和LDO电路，开关电源电路为高压DC-DC电路。因为体积和可靠性的问题，因此本发明不会使用电解电容作为电源滤波，摄像头工作时，内部环境温度是比较高的，电解电容在高温环境工作下电解液会加速泄露，因此寿命会大幅度降低；电解电容也会导致低温环境下的启动不良。所以必须有优化电源结构，通过采用开关电源并采用高频率的开关电源，在提高功率密度的基础上就可以去掉电解电容。
主电轨选择3.6V，这是电源效率最高，而且特性最好的选择。输入直流电源(低压到高压)通过高频开关电源的方式变换为3.6V的主电轨电压。多组电压变换部分，通过低压的DC-DC器件和LDO，变换出系统需要的各组低压，例如：0.9V，1.2V，1.8V，3.0V和3.3V不等。有些电源支路需要高纹波抑制比，我们就通过LDO来实现，较低的输入电压，合理的压差，既不会导致较大的串联损耗，也可以达到比较好的稳压效果以及较好的噪声抑制。通常也只有模拟线路的电源供应才会选择LDO，其余的电源直流都选择DC-DC的电源器件。
在本实施方式中，所选用的交流电频率是50Hz或者60HZ，以使得输出的视频信号具有高刷新率的特点，高刷新率的优点：(1)对于运动物体拍摄得更清楚和流畅，没有顿挫感；(2)后端显示终端不需要做帧率加倍的处理。
进一步的，星光级CMOS Sensor图像传感器通过MIPI CSI的标准传递图像信号给ISP图像信号处理器，ISP图像信号处理器通过I2C串行通信界面来访问星光级CMOS Sensor图像传感器的寄存器。通过MIPI CSI来传递星光级CMOS Sensor图像传感器和ISP图像信号处理器之间的图像信号。能持这样标准的器件获取成本较低，且MIPI的界面比较方便用来传递高分辨率和高刷新率的图像信号，而且也具有比较低的电磁泄露。这在EMC测试时会有较多的便利。
进一步的，还包括与ISP图像信号处理器相连的串行界面的FLASH，串行界面的FLASH用来保存ISP图像信号处理器的内嵌CPU程序以及相关的数据。
通过本发明提出的汽车夜视摄像头，可以解决汽车夜视问题，且具有成本低、安装简单、成像效果好的优点。
本发明提出的汽车夜视摄像头具有以下特点：
(1)星光级照度下，彩色成像，业界最佳的成像效果
(2)具有图像ADAS的特性：40米–50米范围，1.5米高度的人体，高可靠辨识；100米左右，1.5米高度的人体较可靠辨识；
(3)高分辨率，高刷新率的高质量视频输出：1920x 1080/50Hz/60Hz。高清视频输出的标准不限制，模拟高清：AHL和TVI；数字高清：FHD_Link和GMSL都是支持的规格；
(4)低延时的图像捕获和输出，延时：≤30ms
(5)结构非常简洁，所有的信号处理都浓缩在一个摄像头的外壳里完成；具有高集成度；
(6)无特殊安装要求，无论车内和车位，安装不需要特别的讲究，没有额外的光源需求，汽车的挡风玻璃以发动机的部件都不会对摄像头的成像照成影响。较佳地，摄像头可以安装于车外，高度和驾驶者眼睛得高度差不多，或者略高，这就是最佳的安装位置。
(7)超级低廉的成本，目前能见的夜视仪没有得到应用的关键在于这个夜视系统的成本太高；我们设计这款产品，成本就是第一要实现的，我们的目标是让车厂无压力地给大部分车型进行标配。而且这是驾驶者夜间行车的刚需。而性能则是在第二位，够用就好；例如，灵敏度上，这款设计是比不过被动式红外的技术架构的。被动式红外(热成像)的技术还有一个优点，不受雨雾天气等的影响，那么我们这个技术结构的产品就无这个优点了。
相比于主动式红外，本发明的设计并无光源要求，所以也不会受到光源照射角度的限制；成像角度是要大于主动式红外夜视仪。换个说法，主动式红外的接收镜头换再大的角度也没有用，光源的照射角度会影响接受。同时，光源也是有寿命的，无光源的夜视摄像头的寿命更长，也更环保。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种汽车夜视摄像头，其特征在于，包括镜头、星光级CMOS Sensor图像传感器、ISP图像信号处理器、高清视频信号传送芯片，其中，对于每1μm2像素尺寸，星光级CMOS Sensor图像传感器达到2000mV或以上的感光度，星光级CMOS Sensor图像传感器通过镜头收集图像信息并输出图像信号，ISP图像信号处理器对图像信号进行预处理、ADAS算法处理、输出影像叠加信息处理，然后由高清视频信号传送芯片对外输出高清、低延时、高刷新率的视频信号。
2.根据权利要求1所述的汽车夜视摄像头，其特征在于，星光级CMOS Sensor图像传感器的光照强度小于或等于0.001Lux。
3.根据权利要求1所述的汽车夜视摄像头，其特征在于，ISP图像信号处理器对图像信号所进行预处理包括对拜耳像素阵列进行颜色插值处理、自动曝光、自动白平衡、像素坏点标记和补偿、镜头暗角补偿、50Hz/60Hz闪烁消除、黑电平延伸和图像轮廓增强、3D噪声消除、Gamma校正、输入捕获窗口的大小和位置、多重曝光HDR处理、色空间变换、宽动态数据到低位数显示系统的影像重新映射处理、影像的缩放处理。
4.根据权利要求1所述的汽车夜视摄像头，其特征在于，ISP图像信号处理器包括嵌入式神经网络处理器NPU，嵌入式神经网络处理器NPU用于影像的ADAS算法处理，嵌入式神经网络处理器NPU对影像中的目标进行搜索并与特征库进行比对，当匹配成功后，影像中的目标被锁定，并计算被锁定的目标与镜头的距离。
5.根据权利要求4所述的汽车夜视摄像头，其特征在于，影像中的目标通过加标注框的方式被锁定，且根据被锁定的目标与镜头的距离，标注框的颜色会产生变化。
6.根据权利要求1所述的汽车夜视摄像头，其特征在于，输出影像叠加信息处理的信息类型包括图形、图标和文字。
7.根据权利要求1所述的汽车夜视摄像头，其特征在于，还包括连接器，连接器和高清视频信号传送芯片相连接，通过连接器，高清视频信号传送芯片可以将高清、低延时、高刷新率的视频信号传输至显示终端。
8.根据权利要求7所述的汽车夜视摄像头，其特征在于，还包括电源转换模块，外部直流电源经过连接器传输至电源转换模块，由电源转换模块转换成适配电压给所述汽车夜视摄像头供电。
9.根据权利要求1所述的汽车夜视摄像头，其特征在于，星光级CMOS Sensor图像传感器通过MIPI CSI的标准传递图像信号给ISP图像信号处理器，ISP图像信号处理器通过I2C串行通信界面来访问星光级CMOS Sensor图像传感器的寄存器。
10.根据权利要求1所述的汽车夜视摄像头，其特征在于，还包括与ISP图像信号处理器相连的串行界面的FLASH，串行界面的FLASH用来保存ISP图像信号处理器的内嵌CPU程序以及相关的数据。
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