CN209570701U - 一种图像传感器、测距系统和汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种图像传感器、测距系统和汽车。所述图像传感器包括：可编程逻辑器件和与所述可编程逻辑器件连接的多个传感器组件；所述传感器组件包括光源和TOF传感器；不同的所述传感器组件包括的光源具有不同的发射功率，且不同的所述传感器组件包括的TOF传感器具有不同的视场角FOV；所述TOF传感器连接所述可编程逻辑器件。本申请能够感测较广角度、较宽距离范围内的物体，同时一个图像传感器可以实现多个传感器的功能，大大减小了其体积，降低了成本，省去了大量安装和维护的麻烦。

Description

一种图像传感器、测距系统和汽车

技术领域

本实用新型涉及车载相机技术领域，特别涉及一种图像传感器、测距系统和汽车。

背景技术

随着自动驾驶行业的快速发展，对安全问题要求不断提高，车辆需要整合越来越多的外围传感器和智能图像处理技术，以便实现先进的自动驾驶。

目前，应用于自动驾驶汽车的主流测距传感器主要有激光雷达传感器、毫米波传感器和超声波传感器。

其中，激光雷达传感器和毫米波传感器都是利用回波成像来监测被探测物体的，激光雷达传感器比较容易受到自然光或是热辐射的影响，在自然光强烈或是辐射区域的时候，激光雷达将会被消弱很多，而且激光雷达传感器的造价成本高，使得其应用范围受到局限；毫米波传感器的频率范围有限，导致能测距离受限，且测量精度相对较低。

因为超声波的传输速度容易受天气情况的影响，故超声波传感器有测量精度受环境影响较大的缺点，当自然光照条件过强或过弱时，成像质量较差，同时在雨、雪、雾天气时，对成像的影响更加严重；同时，超声波测距对反射物体要求比较高，面积小的物体，如线、锥形物体就基本测不到。

实用新型内容

为了解决上述问题，现有技术也有采用飞行时间(Time of Flight，TOF)传感器来获取周围物体的距离信息。由于TOF传感器采用主动光源，发送光脉冲功率可控，故可以有效克服上述问题。

但是由于每个TOF传感器的视场角(Field of View，FOV)是有限的，为了感测不同距离、不同范围的物体，就需要在一个测距设备中设置多个具有不同视场角FOV的TOF传感器的相机，若要拍摄不同角度的图像，需要调整这些相机的拍摄角度；另外，每个TOF传感器需要单独安装和维护。

可见，这种利用TOF传感器的测距设备存在体积大，成本高，需要单独安装和维护每个相机等缺点。

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种图像传感器、测距系统和汽车。

第一方面，本实用新型实施例提供一种图像传感器，包括：

可编程逻辑器件和与所述可编程逻辑器件连接的多个传感器组件；

所述传感器组件包括光源和TOF传感器；

不同的所述传感器组件包括的光源具有不同的发射功率，且不同的所述传感器组件包括的TOF传感器具有不同的视场角FOV；

所述TOF传感器连接所述可编程逻辑器件。

第二方面，本实用新型实施例提供一种测距系统，包括：如前所述的图像传感器和与所述图像传感器连接的计算装置。

第三方面，本实用新型实施例提供一种汽车，包括：如前所述的测距系统。

本实用新型实施例提供的上述技术方案将多个具有不同FOV的接收器的传感器组件集成为一个图像传感器，其中每个传感器组件的光源的发射功率、每个接收器的FOV都可以按需设置，这样集成的图像传感器可以拍摄到多角度、不同距离处的物体；且多个传感器模块对应一个可编程逻辑器件，一个图像传感器可以实现多个传感器的功能，减小了其体积，减低了成本，也节省了大量安装和维护的麻烦。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例中所述图像传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中图像传感器测量范围俯视示意图；

图3为本实用新型实施例中所述传感器组件和可编程逻辑器件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中所述测距系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了解决现有技术中存在的TOF传感器的视场角覆盖有限，要感测不同距离处的物体需要设置多个传感器而带来的整个测距设备体积大、成本高、难维护等问题，本实用新型实施例提供一种图像传感器，能够感测到多角度、较宽距离范围内的物体，实现多个传感器的功能，从而减小了其体积，降低了成本。

本实用新型实施例提供一种图像传感器，其结构如图1所示，包括：

可编程逻辑器件1和与所述可编程逻辑器件1连接的多个传感器组件2。可编程逻辑器件1和与其连接的多个传感器组件2，设置在同一个壳体内部，属于同一设备。

所述传感器组件包括光源21和TOF传感器22；不同的传感器组件2包括的光源21具有不同的发射功率，并且，不同的传感器组件2包括的TOF传感器22具有不同的视场角FOV。TOF传感器22接收光源21发射光线经物体后的反射光线，向可编程逻辑器件1提供反射图像信息和深度信息。可以是，TOF传感器22接收光源21发射光线经物体后的反射光线，将接收的反射光线的光信息转变成电信号的反射图像信息和深度信息，向可编程逻辑器件1提供反射图像信息和深度信息。

所述可编程逻辑器件1根据反射图像信息和深度信息，生成融合的图像信息和深度信息。

上述飞行时间(Time of Flight，TOF)传感器，是传感器发出经调制的红外光源，同时可以是通过互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)接收物体反射回来的光，每个相素点除了记录光线强度信息之外，也记录下了反射物体与光源的相关信息，传感器通过上述信息获得光线发射和反射时间差或相位差，来换算与被拍摄物体的距离，以产生距离信息。

TOF传感器为了检测物体的深度信息，需要发射经过特殊处理的光线，通过对这些信息的转换可以得到物体的深度信息，使用起来非常方便。并且有时为了扩展测量距离，还可以降低调制波的频率，为了不降低测量精度还会增加多个频率调制波来混频。

上述，每个传感器组件2的光源21具有不同的发射功率，故光源的发射距离不同；TOF传感器22的视场角(Angle of View，FOV)是指传感器所能接收到的物体反射光线的范围，超过这个范围物体反射光线的信号就不会被接收到。

TOF传感器22的FOV不同，可以接收的物体的反射光线的角度范围和距离范围也都不同，即可以测量的物体所在的角度范围和距离范围不同，例如FOV为150度时测量距离为10米，FOV为30度时，测量距离300米。参照图2所示，传感器组件包括8个TOF传感器时的FOV范围(即接收范围)的俯视示意图，其中TOF传感器A的视场角FOV为角R1AR1′,TOF传感器B的视场角FOV为角R2BR2′,TOF传感器C的视场角FOV为角R3CR3′，TOF传感器D的视场角FOV为角R4DR4′,TOF传感器E的视场角FOV为角R5ER5′,TOF传感器F的视场角FOV为角R6FR6′,TOF传感器G的视场角FOV为角R7GR7′,TOF传感器H的视场角FOV为角R8HR8′。故，集合了多个具有不同视场角FOV的TOF传感器的图像传感器，可以测量物体的范围都得到了大大的扩展。

在一些实施例中，该图像传感器中的多个传感器组件设置于同一水平线上。

在一些实施例中，该图像传感器中的多个传感器组件均匀设置于同一水平线上，且沿该水平线的中心向两端设置的传感器组件所包含的TOF传感器的视场角FOV越来越大。

在一个具体的实施例中，可以是，多个传感器组件2所包括的TOF传感器22的视场角FOV按预定规律配置或按预定的角度差配置。传感器组件的数量和位置可以是按需设置，以“数量少，覆盖全”为原则，即在测量范围最大化的基础上尽可能的少布置传感器组件。

在一个具体的实施例中，可以是，每个传感器组件2的光源21的发射功率基于TOF传感器22的FOV配置。在已经完成每个TOF传感器22的FOV的配置的前提下，按照每个传感器组件的TOF传感器的FOV覆盖范围，设置其光源的发射功率。

现有技术当需要感测不同距离处的物体时，需要设置多个图像传感器，这些图像传感器具有不同的视场角FOV；若要拍摄不同角度的物体，则需要调整这些图像传感器的拍摄角度。故整个系统体积大，成本高，且每个传感器需要单独安装和维护。

本实用新型实施例提供的图像传感器，将多个传感器组件集合为一体，每个传感器组件的光源具有不同的发射功率，每个传感器组件包括的TOF传感器具有不同的视场角FOV。这样集成的图像传感器就可以拍摄到多角度、不同距离处的物体；同时，多个传感器组件对应一个可编程逻辑器件，简化了图像传感器的结构。最终使得图像传感器需求数量大大减少，使得整体体积较小，减低了成本，简化了安装。

在一个实施例中，可以是，参照图1所示，可编程逻辑器件1与每个传感器组件2之间连接有图像数据总线3和I2C总线4。图像数据总线3用于可编程逻辑器件1与每个传感器组件2之间图像信息和深度信息的传输；I2C总线4用于可编程逻辑器件1与每个传感器组件2之间控制信号的传输。

在一个实施例中，可以是，参照图1所示，上述图像传感器还包括与可编程逻辑器件1连接的用于存储数据的存储器5。

上述可编程逻辑器件可以为现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)控制电路；上述存储器可以为双倍速率(Double Data Rate，DDR)存储器。

在一个实施例中，可以是，可编程逻辑器件1，还用于配置与其相连的各传感器组件2的TOF传感器22的系统参数，以及控制各光源21的参数和工作时序。

例如，可编程逻辑器件1控制各光源21的至少下述发射参数：

发射时间；曝光参数；增益参数。

例如，每个TOF传感器可能会接收到多个与其不属于同一传感器组件的光源发射光线的反射光线，如果不同的光源的发射时间不一致，传感器接收其他光源发射光线的反射光线，最终计算出的距离信息往往是错误的；如果是控制所有的光源分时发射光线，并且控制每个对应的TOF传感器的曝光时间，最终计算的距离信息不会受到影响。故，可编程逻辑器件1控制各光源21的发射时间同步。

可选的，参照图3所示，每个传感器组件2还可以包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)25，用于生成控制调整自身参数的控制信息。

在一个实施例中，可以是，参照图3所示，上述可编程逻辑器件1，包括：第一数据端口11、第一控制端口12、控制单元13和处理芯片14。

第一数据端口11、第一控制端口12的数量与上述传感器组件2的数量相同。其中，第一数据端口11、第一控制端口12与传感器组件2一一对应，且第一数据端口11、第一控制端口12与对应的传感器组件2相连接。

所述第一数据端口11接收反射图像信息；所述控制单元13，生成控制信号，控制配置各TOF传感器22的系统参数、以及控制各光源21的参数和工作时序；对应的，所述第一控制端口12传输所述控制信号；所述处理芯片14，根据各TOF传感器22的反射图像信息和深度信息，生成融合的图像信息和深度信息。

对应的，每个传感器组件2还包括：与所述第一数据端口11匹配的第二数据端口23，和与所述第一控制端口12匹配的第二控制端口24。

每个传感器组件2的第二数据端口23与可编程逻辑器件1的第一数据端口11之间连接有图像数据总线3；每个传感器组件2的第二控制端口24与可编程逻辑器件1的第一控制端口12之间连接有I2C总线4。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种测距系统，该系统可以应用于汽车自动驾驶引导系统中，其结构如图4所示，包括：至少一个如上所述的图像传感器41和与每个图像传感器41连接的计算装置42。

上述计算装置42基于图像传感器41得到的融合的图像信息和深度信息进行学习，得到距离融合信息。

在一个实施例中，可以是，上述系统还包括：与计算装置42连接的其他图像传感器，所述其他图像传感器包括下列至少一个：

惯性测量(Inertial measurement unit，IMU)传感器43；激光雷达传感器44；毫米波传感器45；超声波传感器46。

在一个实施例中，可以是，计算装置42与各图像传感器之间通过远距离传输线缆47连接，所述线缆47包括下列至少一种：

同轴电缆(Coaxial Cable，COAX)；千兆网线缆；万兆网线缆；USB线缆。

基于相同的发明思想，本实用新型还提供一种汽车，该汽车包括如前所述的测距系统。

在一些实施例中，该汽车是“自动驾驶车”，即利用自动驾驶技术实现的具有载人(如家用轿车、公共汽车等类型)、载货(如普通货车、厢式货车、封闭货车、罐式货车、平板货车、集装厢车、自卸货车、特殊结构货车等类型)或者特殊救援功能(如消防车、救护车等类型)的车辆。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：可编程逻辑器件和与所述可编程逻辑器件连接的多个传感器组件；

所述传感器组件包括光源和TOF传感器；

不同的所述传感器组件包括的光源具有不同的发射功率，且不同的所述传感器组件包括的TOF传感器具有不同的视场角FOV；

所述TOF传感器连接所述可编程逻辑器件。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述可编程逻辑器件与每个所述传感器组件之间连接有图像数据总线和I2C总线。

3.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：与所述可编程逻辑器件连接的用于存储数据的存储器。

4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述可编程逻辑器件为现场可编程门阵列FPGA控制电路。

5.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述多个传感器组件设置于同一水平线上。

6.如权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述多个传感器组件均匀设置于同一水平线上，且沿所述水平线的中心向两端设置的传感器组件所包含的TOF传感器的视场角FOV越来越大。

7.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述可编程逻辑器件，包括：第一数据端口、第一控制端口、控制单元和处理芯片；

所述第一数据端口、第一控制端口与所述多个传感器组件一一对应；且所述第一数据端口、第一控制端口与对应的所述传感器组件相连接；

所述控制单元连接所述第一控制端口；

所述处理芯片连接所述控制单元。

8.如权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，每个所述传感器组件还包括：与对应的所述第一数据端口连接的第二数据端口，和，与对应的所述第一控制端口连接的第二控制端口。

9.一种测距系统，其特征在于，包括：如权利要求1～8任一所述的图像传感器和与所述图像传感器连接的计算装置。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括：与计算装置连接的其他图像传感器，所述其他图像传感器包括下列至少一个：

惯性测量IMU传感器；

激光雷达传感器；

毫米波传感器；

超声波传感器。

11.如权利要求9或10所述的系统，其特征在于，所述计算装置与各图像传感器之间通过远距离传输线缆连接，所述线缆包括下列至少一种：

同轴电缆COAX；

千兆网线缆；

万兆网线缆；

USB线缆。

12.一种汽车，其特征在于，包括：如权利要求9～11任一所述的测距系统。