CN216833440U - 一种车载摄像系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种车载摄像系统，用于安装到目标车辆，所述车载摄像系统包括图像采集单元和摄像镜头，所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面之间具有预定夹角，以使得图像采集单元所在平面与摄像镜头的主平面相交于车身侧部的预设距离h处，并且摄像镜头聚焦于所述目标车辆侧部后方，其物方焦点与所述目标车辆的车身侧部所在平面的水平距离为所述预设距离或接近所述预设距离h。本实用新型预先设定图像采集单元和摄像镜头二者之间的角度偏转，并将这种偏转通过壳体安装位置的加工，固化在相机中，进而能够清晰地拍摄出车辆侧部更大景深范围内的场景，为驾驶员提供更好的视野范围，更有利于驾驶员做出准确的判断。

Description

一种车载摄像系统
技术领域
本实用新型涉及光电领域，具体涉及用于安装到车辆对驾驶员进行辅助驾驶的摄像系统。
背景技术
后视镜是驾驶员坐在驾驶室座位上直接获取汽车后方、侧方和下方等外部信息的工具。传统的后视镜均是基于光学原理，通过后视镜的曲率设计达到尽可能地扩大后视镜视野的目的。
随着电子摄像技术的发展，越来越多的车辆后视镜中添加了辅助摄像设备，通过后置或者其他摄像头将摄像头所拍摄到的场景通过屏幕显示给驾驶员，以便提升驾驶员所观察到的视野范围以及视野的清晰度。
但是，基于光学的摄像设备都具有一定的景深范围和透视角度，因此，摄像设备所能拍摄到的场景中，只有景深范围内的部分是清晰的，而其他距离范围内的场景则是模糊的。而安装位置又会带来图像透视的变化这些都会影响驾驶员的观察和判断，甚至导致驾驶员产生误判而影响驾驶安全。
镜头设计中不可避免会出现中心画质优异，边缘画质相对较差的情况。目前车载摄像机设计镜头轴心与传感器中心是吻合的，以保证最优画质在画面中心区域。而电子后视镜摄像机使用方式与传统图像有差异，画面需要随车辆行驶姿态上下、左右移动，画面清晰部位不是在图像最中心部位，需要偏移清晰部位满足多数常态的使用与临时场景画面的兼顾。若镜头设计偏移清晰度成本高昂生产良率、成本不可控。
本发明采用镜头后焦平面光轴与传感器表面形成夹角和/或平行偏移、形成一定倾斜夹角偏移来解决画面中心清晰度、透视、畸变等问题。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型希望提供一种具有大景深、清晰范围大、解决透视角度的高清晰度的车载摄像系统，其能够清晰地拍摄出车辆侧部后方目标区域内、更符合人眼视觉观察习惯的实时场景，进而为驾驶员提供更好的视野范围，更有利于驾驶员做出准确的判断。
具体而言，本实用新型提供一种车载摄像系统，用于安装到目标车辆，所述车载摄像系统包括图像采集单元和摄像镜头，其特征在于，所述车载摄像系统安装于所述目标车辆侧部，所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面之间具有预设夹角，以使得所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面相交于车身侧部的预设距离h处，所述摄像镜头聚焦于所述目标车辆侧部后方，并且其物方焦点与所述目标车辆的车身侧部所在平面的水平距离为所述预设距离或接近所述预设距离h。通过这种夹角和物方焦点的设定使得根据沙姆定律摄像镜头的清晰焦平面位于车身侧部预定距离h处并与车身大体平行。
优选地，所述预设距离h满足下述公式：
Figure BDA0003284403230000021
其中，h1表示所述摄像镜头安装在车辆上时，所述摄像镜头的中心相对于目标车辆车身侧部的伸出距离，h2表示所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面之间的交线与所述摄像镜头的中心之间的距离，f表示所述摄像镜头的焦距，α表示所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面之间的预设夹角。
优选地，所述摄像镜头的聚焦位置与所述图像采集单元所在平面同所述摄像镜头的主平面的交线之间的纵向距离L满足下述公式：
Figure BDA0003284403230000031
优选地，所述图像采集单元所在平面和/或所述摄像镜头的主平面相对于所述车载摄像系统的主轴发生向左或向右的角度偏转；并且/或者
所述图像采集单元的中心和/或所述摄像镜头的轴心相对于所述车载摄像系统的中心在发生侧向平移，平移距离基于所述图像采集单元所在平面和/或所述摄像镜头的主平面之间的夹角引起的像移而确定。
优选地，从所述摄像镜头的中心向所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面的相交线作垂线，所述垂线与所述相交线的交点的高度等于或低于所述摄像镜头中心的高度，所述摄像镜头的物方焦点在所述目标车辆侧部的高度等于或低于所述垂线与所述相交线的交点高度。
优选地，所述车载摄像系统还包括壳体，所述图像采集单元安装在所述壳体后侧，所述摄像镜头安装在所述图像采集单元前方。
优选地，所述夹角在所述图像采集单元和所述摄像镜头安装时，固化在车载摄像系统的壳体内。
优选地，所述壳体内设置有用于安装所述摄像镜头的第一安装位和用于安装所述图像采集单元的第二安装位，所述第一安装位和所述第二安装位，所述第一安装位和所述第二安装位中的至少一个相对于车载摄像系统的主轴偏置设置，以使得所述摄像镜头和所述图像采集单元固定在相应位置后，发生预定角度的偏转和/或预定距离的平移。
优选地，所述预设夹角在0.1-10度之间。该预定夹角可以为正也可以为负，即这里并不限定夹角的方向。
优选地，所述预设夹角为1度、2度、3度、5度或者7度。
优选地，所述车载摄像系统包括多套由图像采集单元、摄像镜头和壳体组成的成像结构，分别安装在车辆两侧。
本实用新型的车载摄像系统可以包括两套传感器和镜头以及用于固定二者的壳体，分别安装在车辆的两侧。
本实用新型的车载摄像系统中的“角度偏转”是镜头和传感器相对于摄像系统壳体的安装主轴而言的，但是其核心是要实现二者之间的相对夹角，通过夹角、聚焦位置的设定使得成像镜头的清晰焦平面位于侧身侧部并且车身侧部大体平行，摄像镜头的焦平面与图像采集单元和摄像镜头所在平面之间大体满足沙姆定律。本实用新型的车载摄像系统中的“位置平移”也是镜头中心和传感器中心相对于摄像系统壳体的安装主轴而言的，但是，其核心目的也是要实现镜头中心和传感器中心之间的相对位置偏移。本实用新型的方案使用中也可以按照车型、摄像机安装高度、法规要求的视野范围、设计方案需要的采集范围，提前把数据计算出来，视场范围通过传感器的平移调整。
有益效果
本实用新型的摄像系统可以在更大范围内提供更清晰的车辆侧部后方的图像，并且，本实用新型的摄像系统不同于传统照相机的移轴设计，其没有软连接的皮腔、没有复杂的移轴调节装置、不存在使用中调节移轴关系、角度的操作。本实用新型的图像采集单元与镜头的偏转角度是提前确定，然后通过对壳体或安装位置的机械加工进行固化，正是因为没有后期调整角度所以不会因为车辆行驶震动产生偏转、精度下降等问题。因此，本实用新型的摄像系统使用起来更加简单方便，只需要根据车型选择对应型号进行安装，即可以获得对应车型所需的、清晰的摄像影像。
此外，传统的相机移轴大多镜头设计视场角大于传感器的感光面积，传感器才可以在移动中获得更优的图像质量，而本实用新型是前期基于数据设计出来后就作为固定制造数据，在有限的产品性能获得最优图像质量，有效降低物料成本。
本实用新型将移轴摄像原理成功引入到车载摄像领域，其不需要使用者在使用时根据目标场景的需要，来调整平移或偏转的方向和角度，也不需要使用者具有良好的摄影基础和丰富的摄影经验。
附图说明
图1为普通相机的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1中的车载摄像系统的相机结构示意图；
图3为实施例1中的摄像系统安装在车辆侧部时，各部分的位置关系示意图；
图4为本实用新型实施例2中的车载摄像系统的相机结构示意图；
图5为本实用新型实施例3中的车载摄像系统的相机结构示意图；
图6-图7分别示出了本实用新型实施例的另外两种不同变体的相机结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
图1所示为普通相机的结构示意图，透镜10安装在摄像系统的前壳30上，传感器20安装在10透镜10后方的安装基座上，透镜10和传感器20同轴设置，二者所处主平面平行。
相比之下，本实施例中采用透镜左偏转或者透镜右偏转的偏转设置方式，如图2所示。与普通相机类似，透镜10安装在摄像系统的前壳30上，传感器20安装在10透镜10后方的安装基座上，不同的是，本实施例中透镜10的主平面(与主轴垂直的平面)相对于相机主轴、相对于传感器20的主平面发生了偏转。
图2中的A图为透镜左偏转的使用情况，其中，透镜10主轴相对于传感器20所在平面的法线方向(也即摄像系统的主轴方向)向左偏转，偏转角度为a°，换言之，透镜10所在主平面与传感器所在平面成a°的夹角；图2中的B图为透镜右偏转的使用情况，其中，透镜10的主轴相对于传感器所在平面的法线方向向右偏转，偏转角度为a°。
图3示出了实施例1中(在图2B变体)的结构安装到车身侧部时的位置关系示意图。本示例中，车载摄像系统安装于目标车辆的右侧部，图像采集单元所在平面与摄像镜头的主平面之间具有预设夹角α，以使得图像采集单元所在平面与摄像镜头的主平面相交于车身侧部的预设距离h处。该夹角的范围为0.1-10度之间，可以根据车辆型号、车载摄像系统镜头焦距以及车辆所需视场范围来确定该夹角和预设距离h。
优选地，预设距离h满足下述公式：
Figure BDA0003284403230000071
其中，h1表示摄像镜头安装在车辆上时，摄像镜头的中心相对于目标车辆车身侧部的伸出距离，h2表示图像采集单元所在平面与摄像镜头的主平面之间的交线与所述摄像镜头的中心之间的距离，f表示所述摄像镜头的焦距，α表示所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面之间的预设夹角。
为了满足沙姆定律，调整摄像镜头的聚焦位置，使摄像镜头聚焦于所述目标车辆侧部后方，并且其焦点与目标车辆的车身侧部所在平面的水平距离为所述预设距离或接近所述预设距离h。
更优选地，摄像镜头的聚焦位置与图像采集单元所在平面同所述摄像镜头的主平面的交线之间的纵向距离L满足下述公式：
Figure BDA0003284403230000072
采用这种方式，由于摄像镜头的聚焦位置位于与车身侧部平行、并且与车身侧部水平距离为h的平行线上，在摄像镜头的主轴所在平面上，摄像镜头的焦点F与摄像镜头同图像采集单元(传感器)的交线之间的连线与车身侧部平行，根据沙姆定律，摄像镜头的清晰焦平面平行于车身侧部(大体沿着图中L所在方向)，可以提供更清晰的车身后部图像。这里主要讨论的是摄像镜头的水平方位问题，置于摄像镜头的俯仰角度，本领域技术人员可以根据车身高度进行调节。
根据车型、摄像机安装高度、法规要求的视野范围、设计方案需要的图像采集范围，可以确定L和h的值，进而设置偏转角度和摄像镜头的焦距。直接在前壳中对传感器和透镜的安装位置进行加工调整，使得透镜和传感器安装到其安装工位后，即可形成所需要的偏转角度，进而避免摄像系统在使用过程中由于振动等原因导致拍摄质量下降，扩大能够清晰拍摄的视野范围。
在一种优选实现方式中，摄像镜头或者图像采集单元的偏转角度在0.1度-15度之间，比如，3度、5度、7度、9度或者10度。
本实施例中，通过图3画出了右侧后视镜的设置方式，本领域技术人员应该理解，另一侧的后视镜可以采用与本侧轴对称的方式进行设置和调整。
本实施例中，以图像采集单元所在平面与摄像镜头的主平面相较于车身侧部并且其交线大体沿着竖直方向为例进行的描述。即，这种情况下，图像采集单元与摄像镜头的主平面仅在水平方向上偏移形成夹角。
本领域技术人员应该理解，一些大型车辆的后视镜需要向下有一定的倾角，此时，可以进一步设置图像采集单元与摄像镜头使得二者之间在竖直方向存在一定夹角，使二者的交线向下偏移，即，二者的交线并非竖直方向，而是倾斜方向，此时要求：从所述摄像镜头的中心向所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面的相交线做垂线，所述垂线与所述相交线的交点的高度低于所述摄像镜头中心的高度，与此同时，设置摄像镜头的物方焦点在目标车辆侧部的高度等于或低于所述垂线与所述相交线的交点的高度。
通过这种夹角和物方焦点的设定使得根据沙姆定律摄像镜头的清晰焦平面位于车身侧部预定距离处并与车身侧部大体平行但略微向下倾斜。
实施例2
本实施例中相机中传感器和透镜的设置方式如图3所示。本实施例中采用传感器偏转的方案。
如图3所示，图中A图为传感器左偏转的使用情况，传感器法线方向相对于透镜主轴方向向左偏转，偏转角度为b°；图3中的B图为传感器右偏转的使用情况，传感器法线方向相对于透镜主轴方向向右偏转，偏转角度为b°。
同样，偏转角度的设置基于目标拍摄平面确定，偏转角度的设置可以使得图像采集单元所在平面、摄像镜头的主平面与目标拍摄区域的主平面相交于一条直线，或者近似地相交于一条直线。需要说明的是并不是能够拍摄到的目标区域范围越大越好，而是可以根据车辆的需要满足所需的最大清晰视野范围。
本实施例中的摄像系统安装到车辆时，其安装方式与实施例1类似，只需满足沙姆定律使得摄像镜头的清晰焦平面大体位于车身侧部并与车身大体平行即可。
实施例3
本实施例中采用透镜和传感器偏转与传感器平移相结合的设置方式，如图4所示。图4中的A图为透镜左偏转(角度)+传感器右偏转(角度)+传感器左平移(位置)的使用情况，其中，透镜的主轴相对于相机的主轴方向向左偏转，偏转角度为a°，传感器法线方向相对于相机主轴方向向右偏转，偏转角度为b°，并且传感器向左发生平移，采用这种偏转设置，可以进一步扩大传感器与镜头的相对偏转角度。
图4中的B图为透镜右偏转+传感器左偏转+传感器右平移的使用情况，其中，透镜的主轴相对于相机的主轴方向向右偏转，偏转角度为a°，传感器法线方向相对于相机主轴方向向左偏转，偏转角度为b°，并且传感器向右发生平移。
传感器的平移距离可以根据传感器和相机的偏转角度而引起的成像位置变化而变。优选地，传感器平移的方向与由于透镜和传感器的角度偏转而导致的成像位置(相对于非偏转情况)变化方向一致，即，当由于透镜和传感器的角度偏转而导致的成像位置向左移动时，设置传感器向左平移大体相同距离；当由于透镜和传感器的角度偏转而导致的成像位置向右移动时，设置传感器向右平移大体相同距离。
本实施例以及后续实施例中，传感器的左右偏移仅仅是影响所接收的视场范围，因此，本领域技术人员只需要根据所需视场范围进行调节即可。设在摄像系统的设置方式与实施例1类似，这里不再累述。
除了以上设置方式之外，传感器和镜头之间的偏转和平移还可以采用其他不同的组合方式，比如，图5中的A图示出了透镜向左偏转并且向左平移的情况，B图示出了透镜向右偏转并且向右平移的情况；图6中的A图示出了传感器向左偏转并且向左平移的情况，B图示出了传感器向右偏转并且向右平移的情况。图5-图6中的两种结构变体也能够实现与实施例1-3中的摄像系统类似的摄影效果，提供目标摄像区域的拍摄清晰度。
虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载摄像系统，用于安装到目标车辆，所述车载摄像系统包括图像采集单元和摄像镜头，其特征在于，所述车载摄像系统安装于所述目标车辆侧部，所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面之间具有预设夹角，以使得所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面相交于车身侧部的预设距离h处，并且所述摄像镜头聚焦于所述目标车辆侧部后方，其物方焦点与所述目标车辆的车身侧部所在平面的水平距离等于所述预设距离或接近所述预设距离h。
2.根据权利要求1所述的车载摄像系统，其特征在于，所述预设距离h满足下述公式：
Figure DEST_PATH_FDA0003587612400000011
其中，h1表示所述摄像镜头安装在车辆上时，所述摄像镜头的中心相对于目标车辆车身侧部的伸出距离，h2表示所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面之间的交线与所述摄像镜头的中心之间的距离，f表示所述摄像镜头的焦距，α表示所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面之间的预设夹角。
3.根据权利要求2所述的车载摄像系统，其特征在于，所述摄像镜头的聚焦位置与所述图像采集单元所在平面同所述摄像镜头的主平面的交线之间的纵向距离L满足下述公式：
Figure DEST_PATH_FDA0003587612400000012
4.根据权利要求3所述的车载摄像系统，其特征在于，所述图像采集单元所在平面和/或所述摄像镜头的主平面相对于所述车载摄像系统的主轴发生向左或向右的角度偏转；并且/或者
所述图像采集单元的中心和/或所述摄像镜头的轴心相对于所述车载摄像系统的中心在发生侧向平移，平移距离基于所述图像采集单元所在平面和/或所述摄像镜头的主平面之间的夹角引起的像移而确定。
5.根据权利要求3所述的车载摄像系统，其特征在于，设置所述图像采集单元和所述摄像镜头的夹角，使得从所述摄像镜头的中心向所述图像采集单元所在平面与所述摄像镜头的主平面的相交线作垂线，所述垂线与所述相交线的交点的高度等于或低于所述摄像镜头中心的高度，所述摄像镜头的物方焦点在所述目标车辆侧部的高度等于或低于所述垂线与所述相交线的交点高度。
6.根据权利要求1所述的车载摄像系统，其特征在于，所述车载摄像系统还包括壳体，所述图像采集单元安装在所述壳体后侧，所述摄像镜头安装在所述图像采集单元前方，所述预设夹角在所述图像采集单元和所述摄像镜头安装时，通过壳体内对应安装位置的设置固化在车载摄像系统内。
7.根据权利要求6所述的车载摄像系统，其特征在于，所述壳体内设置有用于安装所述摄像镜头的第一安装位和用于安装所述图像采集单元的第二安装位，所述第一安装位和所述第二安装位中的至少一个相对于车载摄像系统的主轴偏置设置，以使得所述摄像镜头和所述图像采集单元固定在相应位置后，发生预定角度的偏转和/或预定距离的平移。
8.根据权利要求1所述的车载摄像系统，其特征在于，所述预设夹角在0.1-10度之间。
9.根据权利要求1所述的车载摄像系统，其特征在于，所述预设夹角为1度、2度、3度、5度或者7度。
10.根据权利要求1所述的车载摄像系统，其特征在于，所述车载摄像系统包括多套由图像采集单元、摄像镜头和壳体组成的成像结构，分别安装在车辆两侧和/或车内。
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