CN209590274U - 一种相机测距系统和汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种相机测距系统和汽车。所述系统包括：一个可编程逻辑器件，和与所述可编程逻辑器件通过远距离传输线缆连接的多个相机；所述相机包括光源、TOF传感器和微控制单元。本实用新型提供的相机测距系统，将多个相机连接到同一个可编程逻辑器件，避免了不同可编程逻辑器件时钟同步性差的问题，使得计算相对简单；同时较低了成本，节省了安装和维护方面的大量工作。

Description

一种相机测距系统和汽车

技术领域

本实用新型涉及车载相机技术领域，特别涉及一种相机测距系统和汽车。

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，从本质上说激光雷达传感器和毫米波传感器都是利用回波成像来检测被探测物体的，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，故能测距离受限，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，故超声波传感器存在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)车载相机来获取周围物体的深度信息。每个TOF相机都连接一个独立的现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)控制电路，FPGA控制电路对相机采集的图像信息做基本的图像处理(如曝光、增益、AWB、伽马校正等)后，所有的FPGA将处理后的图像数据传输给后端的服务器，服务器基于计算机视觉技术从这些图像数据中获取所需的信息，如障碍物位置和形状等。由于各个FPGA电路板都有各自的时钟，同步性能差，故服务器从各个FPGA电路板接收图像数据之后，还需要对这些图像数据进行同步然后才能再继续处理。

由于通常的汽车车身也有4～5米长度，卡车的尺寸甚至达到10米以上，故，自动驾驶车载TOF相机的数量需求较大，而每个相机又连接有独立的FPGA控制电路，故成本较高，且安装更为复杂。

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相机测距系统。

在本发明实施方式的第一方面中，提供了一种相机测距系统，包括：

一个可编程逻辑器件，和与所述可编程逻辑器件通过远距离传输线缆连接的多个相机；

所述相机包括光源、TOF传感器和微控制单元。

在本发明实施方式的第二方面中，提供了一种汽车，其特征在于，包括如前所述的相机测距系统。

本实用新型实施例提供的上述技术方案中，将多个相机连接到同一个可编程逻辑器件，避免了不同可编程逻辑器件时钟同步性差的问题，使得后续数据处理和计算过程中省去了同步时间的过程，减少了计算量；同时较低了成本，减小了整个系统的体积，节省了安装和维护方面的大量工作。

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相机测距系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中第二相机测距系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中第三相机测距系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中第四相机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相机测距系统中每路相机都连接有独立的FPGA控制电路带来的FPGA时钟同步性差、计算复杂，且整个系统成本较高的问题，本实用新型实施例提供一种相机测距系统，各路相机连接同一个可编程逻辑器件，避免了时钟不同步的问题，计算相对简单，且大大降低了成本。

本实用新型实施例提供一种相机测距系统，其结构如图1所示，包括：可编程逻辑器件1，和与可编程逻辑器件1通过远距离传输线缆3连接的多路相机2。

每路相机2包括光源21和TOF传感器22和微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)23。TOF传感器22根据光源21发射的光线经物体后产生的反射光线生成反射图像信息和深度信息，并将反射图像信息和深度信息发送给可编程逻辑器件1；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。

TOF传感器22，是指在光源(可以是红外光源)发出经过特殊处理的光线经物体反射后，传感器接收物体反射回来的光线所代表的反射图像信息和深度信息，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，以产生深度信息。

在一个具体的实施例中，可以是，多路相机2包括的TOF传感器22的视场角FOV按预定规律配置。对应的，每路相机2的光源21的发射功率基于其TOF传感器22的FOV配置。即，每路相机2的光源21的发射功率和TOF传感器22的视场角FOV是相对应设置的。

上述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。

上述多路相机2包括的TOF传感器22的视场角FOV按预定规律配置，可以是，相机布置的数量和位置按需设置，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相机。在一些实施例中，尽量让FOV比较大的TOF传感器设置在靠边的位置。

上述相机测距系统，多路相机连接同一个可编程逻辑器件，避免了不同可编程逻辑器件时钟同步性差的问题，使得后续数据处理和计算过程中省去了同步时间的过程，减少了计算量；同时降低了成本，减小了整个系统的体积，节省了安装和维护方面的大量工作。

在一个实施例中，可以是，参照图1所示，上述相机测距系统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4。

具体的，上述可编程逻辑器件1可以为现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，FPGA)控制电路；上述存储器4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路相机2的系统参数，以及控制TOF传感器22的参数，通过微控制单元MCU23控制光源21的发射参数和工作时序(例如启动时间和关闭时间)。

例如，可编程逻辑器件1通过微控制单元MCU 23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。

上述相机测距系统，具体可以通过下述两种实现方式：

方式一：TOF传感器将反射图像信息和深度信息直接发送给可编程逻辑器件。

在一个具体的实施例中，可以是，参照图2和图3所示，上述可编程逻辑器件1，包括：第一串口11、控制单元13和处理芯片14；或，包括或第一USB端口12、控制单元13和处理芯片14。第一串口11或第一USB端口12的数量与相机2的数量相同。其中，第一串口11或第一USB端口12与相机2一一对应，且第一串口11或第一USB端口12与对应的相机2相连接；

其中，第一串口11或第一USB端口12接收反射图像信息和深度信息；控制单元13，生成控制配置各路相机2的系统参数，以及控制TOF传感器22的参数，通过微控制单元MCU23控制光源21的参数和工作时序的控制信号；对应的，第一串口11或第一USB端口12传输所述控制信号；处理芯片14，对各TOF传感器22的反射图像信息和深度信息进行处理，生成融合的图像信息和深度信息。

对应的，每路相机2的TOF传感器22还包括：与第一串口11匹配的第二串口221，或与第一USB端口12匹配的第二USB端口222。第一串口11与第二串口221之间连接有远距离通信线缆3；或，第一USB端口12与第二USB端口222之间连接有远距离通信线缆3。

方式二：TOF传感器将反射图像信息和深度信息通过串行器和解串器发送给可编程逻辑器件。

在一个具体的实施例中，可以是，参照图4所示，每路相机2还包括：与TOF传感器22连接的串行器24，串行器24与相机2属于同一设备，即位于相机2的壳体内部。

对应的，每个串行器24通过远距离传输线缆3连接有一个解串器5；解串器5将串行器24串行反射图像信息、深度信息和控制信息后的串行信息解串行后提供给可编程逻辑器件1。

在一个具体的实施例中，可以是，参照图4所示，每个解串器5设置有第一移动行业处理器端口(Mobile Industry Processor Interface，MIPI)端口51；对应的，可编程逻辑器件1设置有与第一MIPI端口51匹配的第二MIPI端口15；第二MIPI端口15的数量至少与第一MIPI端口51的数量相同；每个解串器5与可编程逻辑器件1通过第一MIPI端口51和第二MIPI端口15连接。

在一个具体的实施例中，可以是，参照图4所示，每路相机2的TOF传感器22与串行器24之间连接有图像数据总线25和I2C总线26。

在一个具体的实施例中，可以是，每路相机2的TOF传感器22与串行器24之间连接的图像数据总线为DVP总线或MIPI总线。

上述两种方式为本实施例的相机测距系统的两种具体实现方式。第一种方式结构相对简单；第二种方式多了串行器和解串器使得整个系统的结构稍微复杂，但是将反射图像信息、深度信息和控制信息串行后再发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件端先通过解串器对串行的信息解串后再接收，大大降低了了中间信息传输过程中的丢包或误传的概率，同时也提高了信息传输的安全性。故，可以根据实际需求来灵活的选取何种实现方式。

在一个具体的实施例中，可以是，每路相机2与可编程逻辑器件1之间连接的远距离传输线缆可以是同轴电缆(Coaxial Cable，COAX)。

在一个具体的实施例中，可以是，参照图1～图4所示，上述相机测距系统还包括：与可编程逻辑器件1连接的服务器6；服务器6基于可编程逻辑器件1得到融合的图像信息和深度信息，并对其进行深度学习。

在一个具体的实施例中，可以是，上述服务器6与可编程逻辑器件1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。

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相机测距系统。

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 (13)

1.一种相机测距系统，其特征在于，包括：

一个可编程逻辑器件，和与所述可编程逻辑器件通过远距离传输线缆连接的多个相机；

所述相机包括光源、TOF传感器和微控制单元。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述相机与所述可编程逻辑器件通过同轴电缆COAX连接。

3.如权利要求1所述的系统，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所述的系统，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所述的系统，其特征在于，所述可编程逻辑器件，包括：第一串口、控制单元和处理芯片；或，包括第一USB端口、控制单元和处理芯片；

所述第一串口或第一USB端口与所述多个相机一一对应，且所述第一串口或第一USB端口与对应的所述相机相连接；

所述控制单元连接所述第一串口或第一USB端口；

所述处理芯片连接所述控制单元。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，每个所述相机的TOF传感器还包括：与所述第一串口匹配的第二串口，或与所述第一USB端口匹配的第二USB端口。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，每个所述相机还包括：与所述TOF传感器连接的串行器；

对应的，每个所述串行器通过所述远距离传输线缆连接有一个解串器；

所述解串器连接所述可编程逻辑器件。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，每个所述解串器设置有第一移动行业处理器端口MIPI端口；对应的，所述可编程逻辑器件设置有与所述第一MIPI端口匹配的第二MIPI端口；所述第二MIPI端口的数量至少与所述第一MIPI端口的数量相同；

每个所述解串器与所述可编程逻辑器件通过所述第一MIPI端口和第二MIPI端口连接。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，每个所述相机的TOF传感器与所述串行器之间连接有图像数据总线和I2C总线。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述图像数据总线为DVP总线或MIPI总线。

11.如权利要求1～10任一所述的系统，其特征在于，还包括：与所述可编程逻辑器件连接的服务器。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述服务器与所述可编程逻辑器件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。

13.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1～12任一所述的相机测距系统。