KR20180118543A - 차량을 위한 카메라 시스템, 그 카메라 시스템을 포함하는 미러 대체 시스템, 및 그 시스템을 포함하는 운전자 보조 시스템 - Google Patents

차량을 위한 카메라 시스템, 그 카메라 시스템을 포함하는 미러 대체 시스템, 및 그 시스템을 포함하는 운전자 보조 시스템 Download PDF

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KR20180118543A
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엔츠 안드레아스
레드링쇠퍼 안드레아스
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메크라 랑 게엠베하 운트 코 카게
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Abstract

본 발명에 따르면, 캡쳐 유닛(30)을 포함하는 자동차(10)를 위한 카메라 시스템(130)이 제공된다. 캡쳐 유닛(30)은 광학 요소(301) 및 이미지 센서 표면(304)을 가지는 이미지 센서(303)를 포함하고, 차량 환경의 구획을 캡쳐한다. 광학 요소(301)는 왜곡 커브 r = f(α)를 갖는 왜곡을 가지며, 상기 왜곡 커브에서, r은 이미지 센서 표면(304)에 표시되는 객체 지점으로부터 광학 요소(301)의 광 축(302)과 이미지 센서 표면(304)의 교차 지점까지의 거리이며, α는 광 축(302)과 객체 지점으로부터 광학 요소(301)로 입사되는 빔 간의 각도이다. 왜곡 커브 r = f(α)는, rw = f(αw)에 대하여, r" = f"(αw) = d2r/dα2(αw) = 0이 적용되는 0 < r < rmax 영역의 전향 점(αw; rw)을 가지며, 여기서, rmax는 이미지 센서 표면(304)에서 광 축(302)으로부터 이미지 센서 표면(304)의 가장 먼 경계 점까지의 거리 r = f(αmax)이다.

Description

차량을 위한 카메라 시스템, 그 카메라 시스템을 포함하는 미러 대체 시스템, 및 그 시스템을 포함하는 운전자 보조 시스템{Camera system for a vehicle, mirror replacement system comprising such camera system, and driver assistance system comprising such system}
본 발명은 차량, 특히, 상업용 차량을 위한 카메라 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 또한, 그 카메라 시스템을 포함하는 자동차를 위한 미러 대체 시스템, 및 그 카메라 시스템을 포함하는 차량을 위한 운전자 보조 시스템에 관한 것이다.
현재, 예를 들어, 승용차(passenger car)의 운전자를 위한 주차를 돕기 위해 통상적인 미러에 대한 보조 시스템과 관련하여 차량에서 사용되는 카메라 시스템과 같은 카메라 시스템은 차량 상 또는 차량 내에서의 사용이 증가하고 있다. 또한, 예를 들어, 외부 미러(주 미러), 승용차의 내부 미러, 또는 상업용 차량의 광각 미러 및 전방 미러와 같이 차량에서 규정된 미러가 완전히 대체 되는, 소위 미러 대체 시스템과 관련된 카메라 시스템도 사용이 증가하고 있다. 이러한 미러 대체 시스템에서, 미러에 의해 통상적으로 가시적으로 되는 관련된 시야는, 예를 들어, 차량 내부에 제공되는 모니터 또는 또 다른 재생 유닛에서 차량 운전자에게 영구적이면서 실시간으로 표시되어, 차량 운전자는, 미러가 제공되지 않더라도, 어느 때든지 관련된 시야를 볼 수 있다. 또한, 예를 들어, 대응하는 현재의 운전 상황에 따라 카메라 시스템에 의해 캡쳐(capture)되는 데이터가 차량 운전자에게 표시되거나, 예를 들어, 거리 및/또는 장애물 탐지, 도로 조건 탐지, 차선-유지 보조기, 도로 표지판 인식 등과 관련된 다른 차량 부품을 제어하도록 캡쳐된 이미지 데이터가 평가되는 소위 첨단 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance System; ADAS)과 관련된 차량의 카메라 시스템도 사용된다.
차량에서의 사용을 위해, 종종, 카메라 시스템의 법적인 규정 또는 대상 및 의도된 목적으로 인하여, 예를 들어, 해상도, 카메라 시스템에 의해 캡쳐되는 각도 범위, 이미지 심도에 관한 선예도와 관련된 요구 조건 등과 같은 특정 요구 조건은 카메라 시스템의 캡쳐 장치(예를 들어, 카메라)에 의해 충족되어야 한다. 예를 들어, 캡쳐된 이미지 데이터로부터 원하는 데이터의 추출을 가능하게 하는 이러한 요구 조건은, 예를 들어, 넓은 각도 범위가 기록(recording)됨과 동시에, 캡쳐된 각도 범위 중 적어도 하나의 영역/부분에서, 매우 높은 해상도 및 초점 깊이가 달성되어야 하는 것과 같이, 일시적으로 상충된다.
따라서, 복잡합 차량에서의 카메라 시스템에서, 차량 주위의 동일한 영역 또는 겹치는 영역을 향하더라도 복수의 캡쳐 유닛을 제공하고, 이어서, 복수의 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐된 이미지 데이터를 예를 들어 접합 이미지로 결합하는 것이 통상적으로 필요하다. 선택적으로, 복수의 캡쳐 유닛을 사용함으로써, 각각의 캡쳐 유닛은 서로 다른, 가능하면 서로 상충되는 요구 조건과 관련된 자신의 기능을 할당받을 수 있고, 이어서, 복수의 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐된 이미지 데이터가 분석되어, 각각 할당된 정보가 예를 들어 운전자 보조 시스템을 위한 각각의 이미지로부터 추출될 수 있다.
실제로, 이는, 예를 들어, 미러 대체 시스템에서, 각각의 시야가, 개별적인 캡쳐 유닛, 즉, 시야 당 적어도 하나의 캡쳐 유닛에 의해 각각 캡쳐되어야 함을 통상적으로 의미한다. 이를 위하여, 종래 기술은, 구체적으로, 이미지 데이터가 스티칭(stitching)에 의해 이어서 결합되는 복수의 별개의 이미지 센서 및 광학 요소, 즉, 별개의 캡쳐 유닛이 제공되는 차량의 카메라 시스템을 제공한다. 선택적으로, 큰 이미지 센서 표면으로 서로 결합되는 복수의 이미지 센서를 가지는 공통의 광학 요소를 제공함으로써, 공통의 광학 요소이지만 별개의(수 개의) 이미지 센서에 의해 큰 이미지를 캡쳐할 수 있음이 또한 알려져 있다.
이에 기초하여, 본 발명의 목적은, 이미지 데이터의 화질 및 범위에 대한 복잡한 요구 조건이, 단일의 이미지 센서 표면 및 단일의 광학 요소를 가진 단일의 이미지 센서를 포함하는 단일의 캡쳐 유닛에 의해 가능한 한 유연하게 구현될 수 있는, 차량을 위한 카메라 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 카메라 시스템에 의해 미러 대체 시스템 및 운전자 보조 시스템에 대한 복잡한 이미지 캡쳐 요구 조건을 각각 용이하게 구현할 수 있는 미러 대체 시스템 및 운전자 보조 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 포함하는 카메라 시스템, 청구항 18의 특징을 포함하는 미러 대체 시스템, 및 청구항 32 또는 청구항 33의 특징을 포함하는 운전자 보조 시스템에 의해 달성된다. 바람직한 실시형태는 종속 청구항에서 특정된다.
본 명세서에서, 광학 요소 및 이미지 센서 표면을 가진 이미지 센서를 구비하는 캡쳐 유닛을 포함하는 카메라 시스템은, 청구항 1에서 정의된 적어도 하나의 캡쳐 유닛을 포함하는 카메라 시스템으로 이해될 것이다. 또한, 카메라 시스템과 관련하여, 예를 들어, 차량의 좌측 또는 우측에 대한 시야를 캡쳐하기 위해, 청구항 1의 요구 조건을 실현하거나 서로 다르게 디자인된 캡쳐 유닛이 제공될 수 있다. 청구항 1에서 정의된 카메라 시스템의 캡쳐 유닛은, 필수적으로, 오로지 하나의 광학 요소 및 이미지 센서 표면을 가진 오로지 하나의 이미지 센서를 포함하고, 또한, 청구항 1에서 정의된 대로 구성된다.
카메라 시스템은, 단일의 이미지 센서에서, 높은 해상도를 요구하는 영역이 표시될 수 있음과 동시에 상대적으로 넓은 각도(광각)가 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐될 수 있고, 양 쪽이 접합 방식으로 이미지 센서에 표시될 수 있도록, 캡쳐 유닛(예를 들어, 카메라)의 광학 요소를 구성하는 사상에 기초한 것이다. 이미지 센서는, 광학 요소에 의해 캡쳐된 이미지가 실제로 표시되는 이미지 센서의 표면이 '이미지 센서 표면'으로 칭해지는 실질적으로 편평한 기록 면으로 이해되어야 한다. 이미지 센서 뿐만 아니라 이미지 센서 표면은 예를 들어, 직사각형이고, 즉, 이미지 센서 표면은, 직사각형의 서로 평행한 2개의 가장자리(edge) 각각에 가장자리 점(edge point)을 가진 가장자리를 가진 직사각형 표면이다. 또한, 이미지 센서는 통상적으로 직사각형이고, 이미지 센서 표면의 모양에 실질적으로 대응한다.
광학 요소는, 예를 들어, 차례 대로 배열된 복수의 렌즈의 배열 및 필요하다면 추가적인 광학 요소를 포함하고, 입사 광 빔을 이미지 센서 및 이미지 센서 표면으로 향하게 하여 입사 광 빔을 묶는 기능을 한다. 광학 요소의 특성, 특히, 광학 요소의 왜곡은 렌즈 및 광학 요소의 선택에 의해 결정된다. 광학 요소는, 회전 대칭 시스템에서 이 시스템의 회전 대칭 축인 광 축을 가진다. 광 축과 관련하여 회전 대칭 시스템 및 회전 대칭이 아닌 시스템 모두에 있어서, 광 축을 따르는 한 어떤 경우든지, 광학 요소를 통과한 입사 광 빔의 결과적인 이미지 및 경로는 각각 왜곡이 없지만, 광 축으로부터의 거리가 증가하면, 이미지 축척(scale)의 국소적 변화를 일으키는 기하학적 수차인 왜곡이 일어난다. 종종, 축척의 변화는, 광 축과 이미지 센서 표면의 교차 지점에 대응하는 소위 왜곡 중심인 하나의 점에 대한 회전 대칭인 회전 대칭 시스템에서, 광 축으로부터 이미지 점까지의 거리가 증가하면 확대되는 변화이다. 광학 시스템에 따라, 왜곡은 다를 수 있다; 예를 들어, 베게 모양 왜곡(pillow-shaped distortion)에서, 확대는 이미지 필드(image field)의 가장자리로 갈 수록 증가하고, 배럴 왜곡(barrel distortion)에서, 확대는 가장자리로 갈 수록 감소한다.
또한, 광 축은, 입사 광 빔이, 축을 따를 때, 방향을 바꾸지 않는 방식으로 광학 요소를 통과하여 이미지 센서 표면에 부딪히는 축이다.
따라서, 자동차를 위한 카메라 시스템은, 예를 들어, 광각 이미지, 즉, 넓은 이미지 각도를 가지는 이미지, 및 원하는/요구되는 이미지 부분에 대하여 높은 해상도를 가진, 실질적으로 왜곡이 없거나 적은 왜곡만을 가진 이미지가 동시에 얻어질 수 있도록, 광학 요소를 형성하는 특정 렌즈 배열의 사용 및 선택에 의해 광학 요소의 왜곡을 능동적으로 구성하는 사상에 근거한다. 이를 위하여, 광학 요소는 왜곡 커브(distortion curve) r = f(α)를 갖는 왜곡을 가지며, 왜곡 커브에서, r은 이미지 센서 표면에 표시되는 객체 지점으로부터 광학 요소의 광 축과 이미지 센서 표면의 교차 지점까지의 거리이며, α는 광 축과 객체 지점으로부터 광학 요소로 입사되는 빔 간의 각도이다.
왜곡 커브 r = f(α)는 전향 점(turning point)(αw; rw), 바람직하게는 0 < r(α) < rmax 영역의 오로지 하나의 전향 점(αw; rw)을 가지며, 여기서, rmax는, 이미지 센서 표면에서, 광 축으로부터, 이미지 센서 표면의 광 축으로부터 가장 멀게 위치한 가장자리 점까지의 거리 r = f(αmax)이다. 여기서, 객체 지점은 입사 광 빔이 나오고, 광학 요소를 통과하는 입사 광 빔에 의해 이미지 센서 표면에 표시되는 점이다. 광학 요소의 광 축과 객체 지점으로부터 광학 요소로 입사되는 빔 간의 각도 α는 각각의 객체 지점에 대하여 요구되는 최소 목표 조리개 각도(minimum objective aperture angle)에 대응하고, 이하에서, 객체 각도 α로 칭한다. 바꿔 말하면, 객체 각도 α는, 객체 지점이 광학 시스템 또는 광학 요소의 외부에 있는 한, 광 축과 객체 지점으로부터 광학 시스템으로 입사하는 광 빔 간에 포함되는 각도이다. 그러므로, 각도 (90˚-α)는, 광 빔이 광 축에 진입하는 점에서의 입사 빔과, 이러한 점을 통과하며 상기 광 축에 수직인 평면 간의 각도이다.
따라서, 객체 각도 α는, 광학 요소의 외부의 객체 지점으로부터 광학 요소로 입사하는 광 빔과, 광 축에 의해 둘러싸인 각도를 칭한다. 이러한 객체 지점은, 광학 요소를 통과한 후, 이미지 센서 표면에 대응되게 맺힌다/표시된다.
광학 요소의 왜곡 커브 r = f(α)는, 왜곡 커브 r = f(α)의 2차 미분, 즉, r" = f"(α) = 0가 적용되는, 이미지 센서 표면 내에서의 전향 점을 가진다. 동시에, α, r 좌표 시스템에 있어서, 왜곡 커브의 원점과, 이미지 센서 표면의 원점으로부터 가장 먼 이미지 센서 표면의 가장자리 점 사이의 영역에서, 왜곡 커브는 전향 점의 일측의 좌향 커브 부분 및 전향 점의 타측의 우향 커브 부분을 가지고, 여기서, 좌향 커브 부분(r" = f"(α) < 0)은 0°< α <αw의 영역에 존재하고, 우향 커브 부분(r" = f"(α) > 0)은 αw < α <αmax의 영역에 존재하며, 여기서, αmax는 이미지 센서 표면의 경계에 의해 정의된다. αmax는 광 축으로부터 이미지 센서 표면의 가장 먼 가장자리 점까지의 최대 거리 rmax에 대응하는 각도 α이다. 예를 들어, 광 축이 이미지 센서 표면의 중심, 즉, 실질적으로 직사각형인 이미지 센서의 중심에 위치한다면, rmax는 이미지 센서 표면의 광 축으로부터 직사각형의 (임의의) 가장자리 점까지의 거리에 대응한다. 광 축이 이미지 센서 표면에 대하여 편심상태로(eccentrically), 즉, 이미지 센서 표면의 중심이 아닌 곳에 위치한다면, 실질적으로 직사각형인 이미지 센서의 경우, rmax는 광 축으로부터, 광 축으로부터 가장 먼 직사각형의 가장자리까지의 거리에 의해 정의된다. α, r 좌표 시스템의 원점은 이미지 센서 표면의 광 축에 대응한다.
상술한 왜곡 커브 r = f(α)를 사용함으로써, 큰 α를 위한, 즉, 광 축으로부터 멀게 위치한 객체 지점을 위한 큰 각도 부분이 캡쳐될 수 있음과 동시에, 예를 들어, 법적으로 규정된 시야를 표시하기에 충분한 상대적으로 높은 해상도가 얻어질 수 있는 동안, 특정되거나 정의되고, 상대적으로 크며 높은 해상도를 가지고, 왜곡이 없거나 실질적으로 왜곡이 없이 표시되는 부분이, 광 축과 이미지 센서의 교차 지점 근처에서 얻어질 수 있다.
여기서, 극히 높은 해상도를 가져, 결과적으로 큰 데이터세트(datasets)를 수반하는 캡쳐 유닛을 사용할 필요는 없다. 결과적으로, 왜곡 정정(distortion correction)을 위한 이미지 데이터의 사후 처리는 요구되지 않거나 단지 조금만 요구되어, 현재의/기존의 해상도에 영향을 주지 않을 것이며, 특히, 현재의/기존의 해상도를 증가시키지 않을 것이다.
구체적으로, S-커브의 모양을 가진 왜곡 커브는, 상대적으로 낮은 해상도를 가진 단일의 이미지 센서가, 이미지 영역 뿐만 아니라 선예도, 해상도 및 유사한 요구 조건에 대하여 단일의 캡쳐 유닛에 의해 상업용 차량 주위의 2개의 시야를 캡쳐할 수 있으며, 2개의 시야 중 하나가 광각 미러의 시야일지라도 미러 대체 시스템과 관련하여 이러한 2개의 시야를 모니터 또는 디스플레이 유닛에 표시할 수 있는 이미지 표현을 제공할 수 있게 한다. 상대적으로 낮은 해상도를 가진 이미지 센서 및 캡쳐 유닛이 사용될 수 있다는 사실로 인하여, 캡쳐 유닛의 데이터를 처리하는 처리 유닛에서 처리해야 할 데이터 량이 감소하므로, 예를 들어, 계산 유닛 또는 캡쳐 유닛의 작업 메모리와 같은 데이터 량을 처리하는 부품이 더 작게 디자인될 수 있기 때문에, 가성비가 더 높아지는 것과 같이, 비용 대비 효과적이고 단순한 방식으로 시스템을 디자인할 수 있다. 또한, 유사한 디자인의 처리 유닛의 경우, 처리 속도가 더 커지고 시스템 부하는 더 낮아짐으로써, 한편으로는 빠른 데이터 처리가 수행될 수 있고, 다른 한편으로는 처리 유닛, 특히 기본 전자 시스템의 열이 덜 오르고, 이에 따라 단순한 열 관리가 가능하다.
단일의 접합/공통 캡쳐 유닛이 예를 들어 2개의 시야의 데이터를 캡쳐할 수 있다는 사실 이외에, 하나의 공통된 캡쳐 유닛이 차량 환경의 원하는 서브 영역(sub area)을 캡쳐하는 정도까지는 아니더라도, 별개의 캡쳐 유닛의 데이터를 결합할 필요는 없다.
동시에, 왜곡 커브에 의해, 매우 높은 해상도는, 이러한 해상도가 요구되는 곳, 즉, 차량 환경의 캡쳐된 서브 영역 내에 있는 차량 환경 내의 관련성이 높은 영역에서 얻어질 수 있다. 최종적으로, 이미지 센서 표면 전체를 이용할 수 있기 때문에, 충분히 높은 해상도는, 필요하다면, 데이터 처리 유닛에 의해 판독된 이미지 센서의 일부분이 이미지 센서에 표시/시프트(shift), 즉, 변화할 수 있도록, 이미지 센서 표면 전체에 걸쳐 얻어질 수 있다. 이러한 판독된 부분의 이동(displacement; 패닝(panning))은, 예를 들어, 운전 상황, 또는 차량 운전자가 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐된 영역을 수동으로 조정하길 원한다면 어느 영역이 차량의 디스플레이 유닛에 표시되는가에 따라 수행될 수 있다. 이는, 보여지는 영역을 조정하기 위한 캡쳐 유닛의 기계적인 조정을 제공할 필요가 없음을 의미한다. 이는, 이미지 센서 표면에서 판독된 부분의 데이터를 "시프트(shift)"함으로써, 카메라 시스템에 대하여 낮은 고장 확률과 함께 가성비 상승 및 튼튼함을 얻는 효과를 나타낸다.
회전 대칭인 광학 요소에 있어서, 왜곡 커브 r = f(α)는 또한 회전 대칭이다, 즉, 광 축이 점으로서 표시되는 이미지 센서 상의 광 축을 중심으로 모든 각도 β에 대하여 동일하다. 회전 대칭이 아닌 광학 요소에 있어서, 이미지 센서 상에 표시되는 광 축을 중심으로 한 서로 다른 부분적 각도 범위에 대하여 다른 왜곡 커브 r = f(α), 즉, 이미지 센서 상에 표시되는 광 축을 중심으로 한 서로 다른 부분적 각도 범위에 적용되는 rβ1 = fβ1(α), rβ2 = fβ2(α)...rβn = fβn(α)을 제공할 수 있다. 기본적으로, 공통된 왜곡 커브가 적용되는 부분적 각도 범위는, 광학 요소와 관련된 렌즈 및 다른 광학 요소의 배열이 허용하는 한, 임의로 클 수 있다.
바람직하게는, 카메라 시스템의 왜곡 커브 r = f(α)는 0 < r(α) < rmax 영역의 오로지 하나의 전향 점(αw; rw)을 가진다. 이는, 차량의 카메라 시스템의 요구 조건과 관련하여, 특히, 한편으로 해상도 및 정밀도와 관련되고 다른 한편으로 카메라 시스템에 의해 캡쳐되는 각도의 각도 범위와 관련하여, 이용가능한 이미지 센서 표면을 최적으로 사용할 수 있게 한다.
구체적인 바람직한 실시형태에 따르면, 0°< α <αw의 영역의 왜곡 커브 r = f(α)의 기울기 r' = dr/dα는 왜곡 커브의 원점 또는 영 점(zero point)(r = f(0) = 0)에서 최대이다. 이는, 왜곡 커브 r = f(α)의 기울기가 이미지 센서 표면의 광 축의 바로 옆에 인접한 곳에서 최대이고, 이어서, 전향 점을 향하여 감소함을 의미한다. 영 점에서 왜곡 커브의 기울기가 최대인 구성은 절대적일 필요는 없지만; 이러한 구성이 배제되지는 않는다. 통상적으로, 왜곡 커브 r = f(α)의 표시된 부분에서, 왜곡 커브는 0°< α <αw의 영역과 관련하여 영 점에서 최대 기울기를 가지면 충분하다. 이는 광 축의 주위의 상대적으로 큰 면적을 표시할 수 있게 하고, 즉, 이러한 상대적으로 큰 면적은, 이러한 영역 내에서 광 축으로부터 시작하여, 예를 들어, 등거리 왜곡 커브와 같은 통상적인 왜곡 커브와 비교하여 왜곡 커브의 최대 또는 상대적으로 큰 기울기를 이용함으로써 표시될 수 있다. 통상적인 왜곡 커브의 경우, 동일한 각도 α에 대한 이미지 센서 표면에서의 거리 r은, 영 점 α = 0, r = 0 또는 영 점에 바로 인접한 영역에서 가능한 한 가장 큰 기울기를 가지는 왜곡 커브의 경우에 비해 작다.
또 다른 구체적인 바람직한 실시형태에 따르면, 왜곡 커브 r = f(α)의 기울기 r' = dr/dα는 전향 점(αw; rw)에서 최소이다. 왜곡 커브의 영 점에서 가능한 한 가장 큰 기울기를 가지는 것과 유사하게, 최소 기울기는 이미지 센서 상에 왜곡 커브의 표시된 부분에 대해 상대적으로 최소인 것으로 이해되고, (이미지 센서 너머에도 가능하게 위치한) (가상적인) 왜곡 커브 전체에 걸쳐 절대적으로 최소일 필요는 없다. 최소 기울기는, 표시된 부분 및 이미지 센서 표면의 영역에서 최소이면, 즉, 0°< α <αmax의 영역에서 최소이면 충분하다.
왜곡 커브 r = f(α)의 기울기 r' = dr/dα는 0°< α <αmax의 영역에서 αmax에 대하여 최대인 것, 즉, 최대 반경 rmax에 대하여 최대인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 최대 기울기는 왜곡 커브의 절대적인 최대 기울기일 필요는 없다. 이러한 위치에, αw < α <αmax 영역의 왜곡 커브의 최대 기울기가 위치하면 충분하다.
바람직한 실시형태에 따르면, 상술한 특징을 가진 왜곡 커브는 다항 함수
Figure pat00001
에 의해 구현될 수 있다. 선택적으로, 왜곡 커브 r = f(α)는 n차 스플라인(spline), 즉 트래버스(traverse)에 의해 제공될 수 있다. 즉, 왜곡 커브는, 최대 n차의 다항식으로 단계적으로 구성된 함수로 제공될 수 있다. 이러한 경우, 다항식은 단일의 다항식이 아닌, 단계적으로 구성된 복수의 다항식에 의해 제공된다. 또 다른 가능성은, 매개 변수에 의해 모델링된 커브인 베지어 커브(Bezier curve)를 제공하는 것이고, 이에 따라, 0 < r < rmax 영역에서 (오로지) 하나의 전향 점의 요구 조건을 실현할 수 있다. 이러한 수학적 함수는 광학 요소 및 광학 요소의 왜곡 커브 각각에 대하여 상대적으로 간단한 모델링을 가능하게 한다.
구체적인 바람직한 실시형태에 있어서, 통상적인 직사각형 이미지 센서 표면의 중심과, 광 축과 이미지 센서 표면과의 교차 지점과, 이미지 센서 표면에서의 광 축의 이미지는 서로에 대하여 이동되어 있다. 구체적으로, 광 축은 이미지 센서 표면에 대하여 중심을 편심상태로 배열되고, 즉, 이미지 센서 표면의 중심에 배열되지 않는다. 이는, 보다 특정되고 향상된 방식으로 이미지 센서 표면에서의 왜곡에 대하여 원하는 영역을 정의하고 모델링할 수 있게 하고, 필요하다면, 예를 들어, 차량 운전자에게 가시적인 디스플레이 유닛 상에 원하는 영역을 표시하기 위해, 또는 특정 데이터와 관련하여 원하는 영역을 평가하기 위해 처리 유닛에 의해 원하는 영역을 잘라 내거나 추출할 수 있게 한다. 따라서, 관심이 되는 영역은 이미지 센서 표면의 거의 전체에 걸쳐 또는 이미지 센서 표면 전체에 걸쳐 선택될 수 있고, 데이터 처리 유닛에 의해 잘라 내지거나 판독될 수 있다.
바람직하게는, 광학 요소는 일렬로 배열된 복수의 렌즈에 의해 구현되고, 필요하다면, 예를 들어, 필터와 같은 추가적인 광학 요소에의해 보완된다. 광학 요소는, 예를 들어, 부분적 구면이 아닌 표면을 가진 적어도 하나의 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈 및/또는 자유 형태 표면을 가진 적어도 하나의 렌즈를 포함한다. 특성 및 모양과 관련하여 서로 다른 적어도 2개의 렌즈를 결합하는 것이 특히 바람직하고, 이러한 결합은 왜곡 커브 r = f(α)에 있어서 (오로지) 하나의 전향 점(αw; rw)을 가진 광학 요소를 제공할 수 있게 한다. 다른 표면을 가진 다수의 회전 대칭 렌즈가 차례대로 일렬로 배열된다면, 이는 광 축을 중심으로 한 각각의 회전 각도 β에 대하여 동일한 왜곡 커브 r = f(α)가 되게 한다. 이러한 경우, 광학 요소는 전체적으로 광 축에 대하여 회전 대칭이다. 이는, 캡쳐 유닛이 예를 들어 해상도와 관련하여 실질적으로 회전 대칭인 요구 조건을 가진다면, 특히 유리하다.
선택적으로, 광 축을 중심으로 한 회전 각도 β1에 대한 제 1 왜곡 커브 rβ1 = fβ1(α)가 광 축을 중심으로 한 회전 각도 β2에 대한 제 2 왜곡 커브 rβ2 = fβ2(α)와 다르도록, 광 축에 대하여 회전 대칭이 아닌 왜곡을 가진 광학 요소를 제공하는 것이 또한 가능하다. 바람직하게는, 왜곡 커브는 적어도 부분적으로, 즉, 광 축을 중심으로 한 특정 각도 범위에서 동일하거나 매우 유사하여, 캡쳐된 이미지의특정 영역의 해상도, 각도 범위 등과 관련된 각각의 요구 조건이 충족될 수 있다. 기본적으로, 임의의 개수의 왜곡 커브 rβn이 제공될 수 있다. 그러나, 회전 대칭이 아닌 왜곡에 있어서는, 적어도 제 1 왜곡 커브 rβ1 = fβ1(α)를 가진 구획(section) 및 제 2 왜곡 커브 rβ2 = fβ2(α)를 가진 구획이 각각 제공되면 충분하다. 회전 대칭이 아닌 왜곡이 의도된 경우, 광학 요소는, 광 축을 중심으로 한 회전 각도에 따라 다른 왜곡 커브가 존재하도록, 애너모픽(anamorphic)한 것, 즉, 그 자체가 회전 대칭이 아닌 것이 바람직하다. 예를 들어, 광학 요소를 형성하는 하나 또는 복수의 렌즈가 애너모픽한 것이 가능하다. 선택적으로, 예를 들어, 광학 요소의 광 축과 적어도 부분적으로 중심을 달리 하는, 광학 요소의 개별적인 렌즈 또는 광학 부품의 배열이 선택될 수 있다.
또한, 카메라 시스템은 바람직하게는 캡쳐 유닛의 데이터를 처리하는 적어도 하나의 처리 유닛 및/또는 차량 운전자에게 가시적이며 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐된 정보를 표시하는 디스플레이 유닛을 포함한다. 데이터를 처리하는 처리 유닛은, 예를 들어, 차량의 일반적인 온-보드 컴퓨터(on--board computer; ECU)로 제공될 수도 있거나, 카메라 시스템에 특정되어 제공되는 개별적인 유닛일 수 있거나, 카메라 시스템 자체 내에 통합될 수도 있다. 디스플레이 유닛은, 예를 들어, 모니터, 복수의 모니터, 다른 차량 부품에 대한 프로젝션(projection) 등으로서 형성될 수 있다. 시각적인 디스플레이 유닛 이외에, 디스플레이 유닛은, 추가적으로 또는 보완적으로, 음향 재생 유닛으로서 또한 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이 유닛은, 예를 들어, 운전자 보조 시스템과 관련하여 특정 운전 상황에서만 운전자에게 경고하는 디스플레이 유닛일 수 있고, 이는, 카메라 시스템에 의해 캡쳐된 이미지 데이터의 처리 유닛에 의한 평가가 디스플레이 유닛에 대응하는 신호를 전송하면, 시각적인 표시, 음향적인 신호, 또는 예를 들어 스티어링 휠(steering wheel)의 진동과 같은 햅틱 신호에 의해 구현될 수 있다.
카메라 시스템의 구체적인 바람직한 용도는 미러 대체 시스템과 관련하여 사용하는 것이다. 차량을 위한 미러 대체 시스템은 그 사용이 증가되어 왔고, 이에 의해, 차량 상 또는 차량 내에서의 통상적인 미러를 대체하고 있다. 차량에 대하여 규정되어 미러 대체 시스템과 관련하여 대체될 수 있는 미러의 유형은, 유럽에서는 예를 들어, 국제 연합 유럽 경제 위원회의 규정 제46호(Regualtion No. 46 of the United Nations Economic Commission for Europe; UN/ECE)(부록 45, 수정 6(Addendum 45, Revision 6)에서 찾아 볼 수 있음)와 같은 법적인 조항에 의해 통상적으로 정의된다. 다른 대상으로서, 법적이 조항에 따라 운전자에게 영구적이며 연속적으로 가시적일 필요가 없는 영역을 감독하는 시각적 지원이 규정되어 있지 않은, 소위, 추가적인 시각적 시스템이 있다. 이러한 유형의 추가적인 시각적 시스템으로서, 예를 들어, 주차 보조와 관련된 차량의 후방 카메라가 있다.
세계 도처의 많은 나라들에서, (ECE-R46 "내부 미러 그룹 I(interior mirror group I)"에 따라) 차량 내에 제공되는 내부 미러 및 (ECE-R46 "주 미러 (소) 그룹 III(main mirror (small) group III)"에 따라) 운전자 측 및 종종 승객 측에 제공되는 (작은) 주 미러는 승용차에 대하여 규정되어 있다. 상업용 차량에 대하여, 내부 미러는, 상업용 차량의 운전실로부터 후방으로의 방해받지 않는 시야가 통상적으로 가능하지 않기 때문에, 보통 규정되어 있지 않다. 오히려, 다른 미러 이외에, (ECE-R46 "주 미러 (대) 그룹 III(main mirror (large) group II)"에 따른) (큰) 주 미러 및 (ECE-R46 "광각 미러 그룹 IV(wide angle mirror group IV)"에 따른) 광각 미러가 규정되어 있다. 주 미러는, 차량의 외측에 부착되고 외부 미러로서 운전자가 볼 수 있는 미러이다. 국가 규정에 따라서, 예를 들어, (ECE-R46 "근접 범위/접근 미러 그룹 V(near range/approach mirror group V)"에 따른) 근접 범위/접근 미러 및/또는 (ECE-R46 "전방 미러 그룹 VI(front mirror group VI)"에 따른) 전방 미러와 같은 추가적인 미러가 상업용 차량에 대하여 규정될 수 있다.
다른 미러에 의해 봐야 하고, 이에 따라, 또한 카메라 감시 시스템에 의해 봐야 하는 차량 주위의 영역은, 개별적인 나라 및 영토/영역의 대응하는 법적 요구 조건에서 정의/규정되어 있다. 통상적으로, 소위 "시야"는, 차량 주위의 도로의 편평하면서 수평인 부분을 지정하고, 차량 운전자에 대하여 언제든지 실시간이면서 영구적으로 가시적이어야 하는 것으로 정의된다.
승용차의 내부 미러의 시야는, 예를 들어, ECE-R46에서, 차량 운전자가, 차량의 중앙 종단면을 중심으로 위치하고 20 m의 폭을 가지며 차량 운전자의 시점 너머 수평선으로부터 60 m까지 연장되는 도로의 편평하면서 수평인 부분을 볼 수 있도록 정의된다. 승용차의 주 외부 미러의 시야는, 차량의 운전자 측에 대하여, 차량 운전자가, 차량의 중앙 종단면에 평행하고 차량의 운전자 측의 가장 외부에 있는 점을 통하여 연장되는 평면에 의해 차량 측으로 제한되면서, 차량 운전자의 시점 너머 수평선으로부터 30 m까지 연장되며 5 m의 폭을 가진, 도로의 편평하면서 수평인 부분을 볼 수 있도록 정의된다. 주 외부 미러의 시야는, 차량의 수직인 중앙 종단면에 평행하면서 차량의 운전자 측의 가장 외부에 있는 점을 지나는 평면에 의해 차량 측으로 제한되면서, 차량 운전자의 시점을 통과하는 수직면 너머 4 m에서 시작하며 1 m의 폭을 가진, 도로의 스트립(strip)을 더 포함한다. 승객 측의 주 미러의 시야는 차량의 승객 측에서 유사하게 정의된다.
상업용 차량의 운전자 측(동일한 사항이 승객 측에 대하여 적용됨)의 주 미러(주 외부 미러)의 시야는, 예를 들어, ECE-R46에서, 차량 운전자가, 적어도, 차량의 수직인 중앙 종단면에 평행하고 차량의 운전자 측의 가장 외부에 있는 점을 통하여 연장되는 평면에 의해 차량 측으로 제한되면서, 차량 운전자의 시점 너머 수평선으로부터 20 m까지 연장되며 4 m의 폭을 가진, 도로의 편평하면서 수평인 부분을 볼 수 있도록 정의된다. 시야는, 차량의 수직인 중앙 종단면에 평행하면서 차량의 운전자 측의 가장 외부에 있는 점을 지나는 평면에 의해 차량 측으로 제한되면서, 차량 운전자의 시점을 통과하는 수직면 너머 4 m에서 시작하며 1 m의 폭을 가진, 도로의 스트립을 더 포함한다. 통상적으로 승용차가 아닌 상업용 차량에만 제공되는 광각 미러의 시야는, 차량 운전자가, 적어도, 차량의 수직인 중앙 종단면에 평행하면서 차량의 운전자 측의 가장 외부에 있는 점을 지나는 평면에 의해 차량 측으로 제한되면서, 운전자의 시점 너머 적어도 10 m 내지 25 m 연장되며 15 m의 폭을 가진, 도로의 편평하면서 수평인 부분을 볼 수 있도록 정의된다. 광각 미러의 시야는, 차량의 수직인 중앙 종단면에 평행하면서 차량의 운전자 측의 가장 외부에 있는 점을 지나는 평면에 의해 차량 측으로 제한되면서, 운전자의 시점을 통과하는 수직면 너머 1.5 m에서 시작하며 4.5 m의 폭을 가진, 도로의 스트립을 더 포함한다.
ECE-R46에 따르면, 근접 범위 또는 접근 미러의 시야는, 예를 들어, 차량 운전자가, 적어도, 차량의 수직인 중앙 종단면에 평행하면서 차량의 승객 측의 가장 외부에 있는 점을 지나는 평면; 이에 평행하게 연장하면서 이러한 평면으로부터 2 m의 간격을 둔 평면; 차량 운전자의 시점을 통과하는 수직면에 평행하게 연장되면서 1.75 m의 거리를 둔 평면; 차량 운전자의 시점을 통과하는 수직면에 평행하면서 이러한 수직면의 전방 1 m에서 연장되는 수직면; 또는 차량 운전자의 시점을 통과하는 수직면의 전방 1 m보다 더 가깝게 연장된다면, 차량의 범퍼의 최외측 점을 통과하는 평면에 의해 제한되는, 차량 외부의 도로의 편평하면서 수평인 부분을 볼 수 있도록 제공된다. 근접 범위 또는 접근 미러의 시야가 땅으로부터 2.4 m보다 더 멀게 부착된 미러에 의해 캡쳐되거나 대응하는 캡쳐 장치에 의해 캡쳐되는 차량에 있어서, 상술한 시야는, 위에서 정의된 근접 범위 또는 접근 미러의 시야 바깥으로, 운전자가, 차량 측면의 전방 4.5 m 거리에서 횡 방향으로 연장되는 평면에 의한 라인; 차량 운전자의 시점을 통과하며 연장되는 수직면과 평행하게 1.75 m 거리를 두면서 후방에서 연장되는 평면에 의한 라인; 운전자의 시점을 통과하며 연장되는 수직면과 평행하게 3 m 거리를 두면서 전방에서 연장되는 평면에 의한 라인에 의해 제한되고, 2 m의 반경으로 전방이 둥글 수 있는, 차량의 측부를 따르는 도로의 편평하고 수평인 부분을 볼 수 있도록 연장된다.
ECE-R46에 따르면, 전방 미러의 시야는, 차량 운전자가, 차량 전방부의 최전방측 점을 통과하는 수직 횡방향 면(perpendicular transverse plane); 이 수직 횡방향 면의 전방 2 m에서 연장되는 수직 횡방향 면; 차량의 수직인 중앙 종단면에 평행하면서 차량의 운전자 측의 최외측 점을 통과하는 평면; 및 차량의 수직인 중앙 종단면에 평행하면서 차량의 운전자 측의 최외측 점으로부터 2 m의 거리에서 연장되는 평면에 의해 제한되는, 도로의 편평하면서 수평인 부분을 볼 수 있도록 제공되어야 하다.
본 명세서에서, 주 미러, 광각 미러, 내부 미러, 근접 범위 미러, 전방 미러 등의 시야가 언급된다면, 상술한 미러의 시야에 대응하는 국가의 이용가능한 규정에서 각각 정의된 대응하는 시야를 의미하는 것으로 한다. 시야에 대하여 이용가능한 대응하는 국가의 규정 또는 정의가 없다면, 상술한 치수가 각각의 시야에 대한 정의로 고려되어야 한다.
바람직하게는, 카메라 시스템에 의해 캡쳐된 데이터를 위한 처리 유닛 이외에, 바람직하게는 운전자를 위한 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐된 정보를 가시적으로 표시하는 디스플레이 유닛을 포함하는 미러 대체 시스템은, 디스플레이 유닛이 차량 운전자에게 가시적인 데이터를 표시하도록 디자인된다. 이는, 예를 들어, 차량의 내부 또는 외부에 위치한 모니터에 의해 또는 차량 부품 상의 프로젝션에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는, 미러 대체 시스템은 차량 운전자에게 가시적인 적어도 하나의 시야를 디스플레이 유닛에 표시한다. 구체적으로, 이러한 시야는 상술한 시야 중 하나일 수 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 미러 대체 시스템은 접합/공통 이미지 센서, 즉, 단일의 이미지 센서를 가진 카메라 시스템이 접합/공통 캡쳐 시스템에 의해 차량의 동일한 측부에서 주 미러의 시야 및 광각 미러의 시야를 캡쳐하고, 운전자에게 가시적인 디스플레이 유닛에 주 미러의 시야 및 광각 미러의 시야를 표시한다. 구체적으로, 주 미러의 시야 및 광각 미러의 시야에 대하여 접합/공통 단일의 캡쳐 유닛인 캡쳐 유닛의 광학 요소의 특징적인 왜곡 커브에 기인하여, 상업용 차량의 광각 미러의 시야에 대하여 필요한 상대적으로 넓은 각도가 표시되는 것, 및 주 미러의 시야와 관련된 적절한 해상도, 즉, 주 미러의 시야가 상업용 차량을 따라 후방으로 연장될 때의 심도를 가지는 것, 양자를 가능하게 한다.
이와 동일한 사항은, 주 미러의 시야 및 광각 미러의 시야 대신에, 근접 범위/접근 미러의 시야 및 전방 미러의 시야가 접합/공통 카메라 시스템, 구체적으로, 단일의 캡쳐 유닛에 의해 동시에 캡쳐되더라도, 적용된다.
바람직한 실시형태에 따르면, 차량 주위의 적어도 2개의 시야가 운전자에게 가시적으로 표시되고 동일한 캡쳐 유닛, 즉, 동일한 광학 요소 및 동일한 이미지 센서에 의해 캡쳐된다면, 제 1 시야는 디스플레이 유닛의 제 1 영역에 가시적으로 표시되고, 제 2 시야는, 제 1 영역으로부터 광학적으로 분리된 디스플레이 유닛의 제 2 영역에 가시적으로 표시된다. 이러한 광학적 분리는, 예를 들어, 스플리트 스크린(split screen) 방법에 의해, 공통된 모니터, 즉, 공통된 디스플레이 유닛의 2개의 분리된 영역에 제 1 및 제 2 시야를 각각 표시함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 주 미러의 시야 및 광각 미러의 시야가 캡쳐된다면, 주 미러의 시야는 제 1 영역에 표시될 수 있고, 광각 미러의 시야는 제 1 영역의 아래 또는 위에 위치한 제 2 영역에 표시될 수 있고, 여기서, 바람직하게는, 예를 들어, 바(bar) 형태의 고정 분리, 또는 예를 들어, 라인(line) 형태의 포개지는 광학적 분리가 제공된다. 즉, 캡쳐된 이미지 데이터로부터, 처리 유닛은 제 1 영역에 표시될 데이터 및 제 2 영역에 표시될 데이터를 추출한다. 따라서, 차량 운전자는 각각의 시야가 표시되는 곳을 명확히 인식할 수 있다. 디스플레이 유닛 상의 제 1 및 제 2 영역에서의 시야의 표시는, 바람직하게는, 각각의 시야가 표시되는 곳에 대한 의문과 관련하여, 차량이 동작하는 동안 변화하지 않는다.
처리 유닛은 캡쳐 유닛으로부터 수신된 데이터를, 디스플레이 유닛의 제 1 영역에 표시될 데이터와 디스플레이 유닛의 제 2 영역에 표시될 데이터로 분리하거나 추출하는 것이 바람직하다. 물론, 예를 들어, 추가적인 정보가 쌓이거나, 위험을 가리키거나, 항상 가시적으로 표시될 시야 전체와 관련하여 진행 방향 및/또는 속도에 따라 시야가 각각의 영역에서 확대되거나 축소되는 것과 같은 추가적인 이미지 처리는, 처리 유닛에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 제 1 영역에 대한 데이터 및 제 2 영역에 대한 데이터가 이미지 센서 상의 중첩된 영역으로부터 추출되는 것, 즉, 제 1 영역에 대한 정보가 추출되는 이미지 센서 상의 영역 및 제 2 영역에 대한 정보가 추출되는 이미지 센서 상의 영역이, 예를 들어, 수평 방향으로 중첩되는 것이 가능하다. 이미지 센서로부터 정보를 추출한 이후에, 추출된 영역은 디지털적으로 확대될 수 있고, 필요하다면 서로 다른 축척 계수로 확대될 수 있다.
디스플레이 유닛 상에 2개의 분리된 영역을 표시하는 대신에, 2개의 시야는 또한 단일의, 이음매 없이 인접한 이미지(전경; panoramic view)로 디스플레이 유닛에 표시될 수 있다. 이는, 표시될 데이터가 공통의 이미지 센서에 의해 캡쳐되기 때문에 가능하고, 이에 따라, 다른 왜곡을 가진 서로 다른 광학 요소를, 상당한 추가적인 조정과 계산 노력이 있어야 가능한 이음매 없는 이미지를 위하여 결합할 필요 없이, 동일한 광학 요소가 2개의 시야를 캡쳐하는 데에 사용된다. 그럼에도 불구하고, 2개의 영역은, 적어도 이들의 (가상적인) 계면에 직교하는 방향으로 서로 다른 축척 계수에 의해, 예를 들어, 수직 방향으로는 동일한 축척 계수에 의하지만 수평 방향으로는 다른 축척 계수에 의해 확대되거나 축소될 수 있다.
바람직하게는, 처리 유닛은, 센서에 의해 캡쳐되고 처리 유닛에 의해 전송되는, 예를 들어 차량의 진행 방향과 같은, 정보에 따라, 이미지 센서에서 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐된 이미지에서의 위치와 관련하여 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐된 데이터로부터 추출되는 제 1 및/또는 제 2 영역에 대한 정보를 조정한다. 예를 들어, 상업용 차량의 광각 미러 및 주 미러의 시야가 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐된다면, 예를 들어, 진행 방향 센서, 즉, 스티어링 각도를 캡쳐하는 센서는, 처리 유닛이 디스플레이 유닛에서 운전자에게 표시되는 정보가 추출되는 영역을 조정하도록 유발하는 데이터를 제공할 수 있다. 예를 들어, 직진하는 동안, 표시되는 정보는 주 미러의 시야에 대한 이미지 센서 표면의 제 1 영역에서 제공될 수 있고, 커브를 따라 진행할 때, 즉, 회전할 때, 이러한 정보는 이미지 센서 표면의 제 2 영역에서 제공될 수 있다. 따라서, 원하는 가시적 영역은 캡쳐 유닛을 실제로 조정하지 않아도 조정/갱신된다. 이미지 센서 표면의 영역에서 전향 점을 가진 왜곡 커브는, 추출되는 영역이 이미지 센서 상에서 시프트되는 경우에도, 가능한한 가장 양호하면서 적절한 선예도를 가진 이미지를 확보할 수 있게 한다. 구체적으로, 이미지 센서 표면의 판독 부분은, 운전자가 시야를 더 좋게 볼 수 있도록 시프트(소위, 패닝(panning))되고, 캡쳐 유닛의 왜곡 커브에 기인하여, 이미지 센서 표면의 판독 부분은 또한 실질적인 왜곡 정정 또는 이미지 처리 없이도 사용될 수 있도록 시프트될 수 있다. 따라서, 캡쳐 유닛의 기계적 조정은 더 이상 필요하지 않다.
이는, 또한, 차량 운전자가 미러와 유사한 카메라 모니터 시스템에 의해 구현되는 가상적인 미러를 수동으로 조정하길 원하는 경우에도 사용될 수 있다.
요구 조건에 따라, 단일의 차량 센서가 센서로서 사용될 수 있고, 또는 예를 들어, 차량의 서로 다른 측부에서 기능적으로 동일한 센서(예를 들어, 휠 센서) 또는 다른 센서와 같은 적어도 2개의 차량 센서의 조합이 사용될 수 있다.
또한, 차량의 진행 방향을 가리키는 센서와 다른 센서가, 이미지 센서 표면에서 추출되는 정보 영역의 이동을 유발할 수 있다.
바람직한 실시형태에 따르면, 미러 대체 시스템에 있어서, 캡쳐 유닛, 구체적으로, 캡쳐 유닛의 광학 요소의 광 축의 배열은 시야 또는 시야 중 하나와 교차하도록 방향 설정되어 있다. 바람직하게는, 캡쳐되고 표시되는 시야가 주 미러 및 광각 미러의 시야라면, 광 축은, 차량의 최외측 점 또는 측부 최외측 점을 통과하면서 차량의 중앙 종단면에 평행한 평면의 교차 라인인, 차량의 측부 경계 라인으로부터 최대 5 m의 거리를 가진 교차 지점에서 도로의 편평하면서 수평인 부분의 시야와 교차한다. 따라서, 이러한 교차 지점을 통과하고 주 미러의 시야의 경계에 의해 제한되는 직선-시야 부분은, 우측으로 휘어진, 즉, 왜곡 커브의 2차 미분이 0보다 작은(r" = f"(α) < 0) 왜곡 커브의 영역에 위치되는 것이 가능하다. 여기서, 왜곡 커브의 전향 점은 바람직하게는 이러한 직선-시야 부분 너머에 위치된다. 따라서, 통상적인 왜곡 커브와 비교하면, 이러한 영역은 입사되는 광 빔의 각도 α에 대하여 이미지 센서 상의 상대적으로 큰 면적을 덮을 수 있고, 이에 따라, 높은 해상도를 가지고 표시될 수 있다.
바람직한 실시형태에 따르면, 미러 대체 시스템은 캡쳐 유닛에 의해 차량의 일부분을 캡쳐하고, 차량 운전자에게 가시적인 디스플레이 유닛 상에서 이러한 차량의 일부분을 표시한다. 이는, 운전자가 자신을 용이하게 방향 설정할 수 있게 하고, 특히, 상업용 차량에서, 상업용 차량의 공간적 상황 및 가능한 장애물을 양호하게 조망할 수 있게 한다.
선택적으로 또는 미러 대체 시스템에 추가하여, 카메라 시스템은 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS; Advanced Driver Assistance System)에 사용될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 차선, 교통 표지판, 다른 도로 사용자 등의 존재와 같은 다른 차량 환경 정보와 관련하여 캡쳐된 정보를 평가하는 것, 이러한 정보를, 첨단 운전자 보조 시스템의 일부인 또는 이를 구성하는, 어댑티브 크루즈 제어 시스템(Adaptive Cruise Control system; ACC, ADR, STA), 긴급 브레이크 보조기(emergency brake assistant; ABA), 능동 차선 유지 보조기(active Lane Keep Assistant; LKA, LKAS), 차선 변경 보조기 등에 제공하는 것, 및 제어 유닛에 의해 다른 차량 부품에 대응하는 출력을 제공하는 것이 가능하다.
구체적인 바람직한 실시형태에 있어서, 카메라는, 차량의 전진 방향으로 봤을 때, 전방을 향한다. 이는 특히 자동 거리 제어 등에 유리하다. 추가적으로, 운전자 보조 시스템에 의해 캡쳐된 정보는 미러 대체 시스템 또는 또 다른 보조 시스템과 관련하여 운전자에게 출력될 수 있고 그리고/또는 표시될 수 있다. 예를 들어, 위험 상황에 대하여, 음향 신호, 스티어링 휠의 진동과 같은 햅틱 신호 등에 의해 대응하는 경고 신호를 운전자에게 출력하는 것 및 운전자에게 경고하는 것이 가능하다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 의해 예시적으로 설명된다:
도 1은 본 발명에 따른 카메라 시스템을 이용한 미러 대체 시스템의 개략도이고;
도 2는 본 발명에 따른 카메라 시스템을 가진 상업용 차량의 사시도이며;
도 3은 카메라 시스템의 필수적인 구성요소의 개략 단면도이고;
도 4는 도 3에 따른 카메라 시스템의 필수적인 구성요소의 사시도이며;
도 5는 일 실시형태에 따른 카메라 시스템의 캡쳐 유닛의 광학 요소의 구조의 개략적인 사시 단면도이고;
도 6은 또 다른 실시형태에 따른 카메라 시스템의 캡쳐 유닛의 광학 요소의 세부적인 구조이 개략적인 사시 단면도이며;
도 7은 α, r 좌표 시스템에 있어서 캡쳐 유닛의 광학 요소의 왜곡 커브를 도시하고;
도 8은 카메라 시스템의 캡쳐 유닛의 광학 요소의 왜곡 커브의 1차 미분을 도시하며;
도 9는 카메라 시스템의 캡쳐 유닛의 광학 요소의 왜곡 커브의 2차 미분을 도시하고;
도 10a는 통상적인 왜곡 커브와 비교하여 카메라 시스템의 캡쳐 유닛의 광학 요소의 왜곡 커브를 도시하며;
도 10b는 도 10a에 도시된 왜곡 커브의 원점 주위의 왜곡 커브에 대한 세부적인 도면이고;
도 11은 도 2에 따른 주 미러 및 광각 미러의 시야가 보여지는 캡쳐 유닛의 이미지 센서의 개략도이며;
도 12는 도 11에 도시된 실시형태의 카메라 시스템의 캡쳐 유닛의 왜곡 커브의 세부 사항을 도시하고;
도 13은 차량의 운전 상황에 따라 보여지는 영역의 움직임을 개략적으로 도시한, 상업용 차량의 개략 평면도이며;
도 14는 도 13에 따른 관심 영역의 이미지 센서 표면에서의 시프트/이동을 보여주는, 카메라 시스템의 캡쳐 유닛의 이미지 센서 표면의 개략도이다.
도 1은 예를 들어, 상업용 차량의 미러 대체 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 미러 대체 시스템(100)은 운전 보조 시스템 내에 통합될 수 있거나, 분리된 미러 대체 시스템(100)으로서 사용될 수 있다. 미러 대체 시스템(100)은 카메라 시스템(130), 처리 유닛(120), 및 디스플레이 유닛(110)을 포함한다. 카메라 시스템(130)에 의해 캡쳐된 이미지 데이터는, 적절한 처리 이후에, 차량 운전자에게 가시적으로 표시하기 위한 디스플레이 유닛(110)으로 이러한 이미지 데이터를 공급하는 처리 유닛(120)으로 공급된다. 미러 대체 시스템(100)은, 예를 들어, 카메라 시스템으로부터 수신된 데이터를 처리할 때 처리 유닛(120)에 의해 고려되는 차량의 현재 운전 상태(스티어링 각도, 운전 속도, 운전 방향)와 같은 데이터를 처리 유닛(120)으로 공급하는 하나 이상의 차량 센서(140)와 추가적으로 결합할 수 있다. 선택적으로, 차량 센서(140)는, 카메라 시스템이 차량 센서(140)에 의해 수신된 데이터에 따라 직접 제어되도록, 카메라 시스템(130)과 직접 결합될 수 있다. 이에 따라, 처리 유닛(120)은 또한 카메라 시스템(130)을 제어하기 위한 데이터를 카메라 시스템(130)으로 출력할 수 있다.
처리 유닛(120)은, 예를 들어, 차량의 온-보드 컴퓨터의 형태로 카메라 시스템으로부터 분리된 처리 유닛으로서 제공될 수 있거나, 선택적으로, 카메라 시스템(130)에 통합될 수 있다. 디스플레이 유닛(110)은, 예를 들어, 처리 유닛(120)으로부터 공급된 데이터가 차량 운전자에게 가시적으로 표시되는 차량 내에 제공되는 모니터이다. 선택적으로, 차량 내에 제공되는 모니터 대신에, 예를 들어, 통상의 차량 미러의 영역과 같은 차량의 외부에 부착된 디스플레이 유닛이 제공될 수 있다. 또한, 디스플레이 유닛은 차량 내부에서 차량의 구조적 부품 상의 프로젝션의 형태로 구현될 수 있다. 디스플레이 유닛(110)과 관련하여, 처리 유닛(120)에 의해 공급된 데이터를 표시하기 위한 하나의 모니터가 제공되는 예시적 실시형태 이외에, 복수의 개별적인 모니터 또는 디스플레이 유닛이 디스플레이 유닛을 구성할 수 있다. 요구 조건에 따라서, 이들 모니터는 서로 동일하게 형성되거나 서로 다르게 형성될 수 있다.
특히, 운전자 보조 시스템과 관련하여 사용된다면, 미러 대체 시스템(100) 및 특히 이의 처리 유닛(120)은, 필요하다면, 예를 들어 음향 메시지 유닛과 같은 운전자를 위한 디스플레이 유닛, 또는 예를 들어 스티어링 보조기와 같은 차량을 직접 제어하는 부품일 수 있는 차량(150)의 추가적인 정보 또는 제어 부품과 연결된다.
카메라 시스템(130)은 이하에서 상세히 설명될 적어도 하나의 캡쳐 유닛(30)을 포함한다; 그러나, 카메라 시스템은 위에서 설명된 유형의 복수의 캡쳐 유닛(30)을 포함할 수도 있다. 또한, 캡쳐 유닛(30)에 부여된 요구 조건을 충족할 필요가 없는 추가적인 캡쳐 유닛(31)이 제공될 수 있다. 따라서, 처리 유닛(120)은, 도 1에 도시된 것처럼, 일반적인 카메라 시스템(130)으로부터 이미지 데이터를 수신하는 대신에, 개별적인 캡쳐 유닛(30, 31) 각각으로부터 이미지 데이터를 직접 수신하는 것이 가능하다. 이에 따라, 제어 유닛(120)은 또한 제어 신호를 직접 개별적인 캡쳐 유닛(30, 31)에 공급할 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 미러 대체 시스템(100)이 제공된 상업용 차량(10)의 사시도를 보여준다. 이에 따라, 하나 이상의 캡쳐 유닛(30)은 상업용 차량(10)에 실장된다. 도 2에 도시된 것처럼, 차량에 실장된 예시적인 미러 대체 시스템(100)은, 캡쳐 유닛(30)에 의해 주 미러의 시야(11) 및 광각 미러의 시야(12)를 캡쳐하고, 상업용 차량(10)의 운전자에게 가시적으로 차량(10)의 운전실 내에/운전실 자체에 이를 표시한다. 도 2에서, 주 미러의 시야(11) 및 광각 미러의 시야(12)는 차량(10) 이외의 편평한 도로 표면에 점선(주 미러의 시야(11)는 긴 점선, 광각 미러의 시야(12)는 짧은 점선)에 의해 개략적으로 도시되어 있다.
또한, 도 2에서, 전진 방향은 화살표(D)에 의해 표시된다. 본 명세서에서 특정된 모든 방향, 즉, 전방, 후방, 좌측, 우측 등은 차량의 전진 방향(D)을 참조한다.
도 2에 도시된 주 미러의 시야(11)는 차량의 측부 경계 라인(13)으로부터, 차량으로부터 멀어지는 측 방향과 후방으로 연장된다. 측부 경계 라인(13)은, 차량의 중앙 종단면(도시되지 않음)에 평행하면서 차량의 측 방향에 있어서 최외측 점을 통과하는 평면과, 편평한 수평적 도로가 교차하는 라인이다.
예를 들어, 카메라에 의해 제공되는 캡쳐 유닛(30)의 광학 요소(301; 도 3 및 4)의 광 축(302)은, 도로 표면에서의 주 미러의 시야(11)와 교차하도록, 차량의 중앙 종단면 및 도로 표면과 각도를 가지며 측 방향으로 연장된다. 이는, 광 축(302)과 도로 표면의 교차 지점(S)이 도 2에 도시된 실시형태의 주 미러의 시야(11) 내에 있음을 의미한다. 바람직하게는, 교차 지점(S)은, 차량의 종방향으로 보았을 때, 캡쳐 유닛(30) 너머 최대 6 m에 위치되고, 보다 바람직하게는 4 내지 5 m의 범위에 있다.
또한, 직선-시야 부분(14)은 도 2에서 얇은 점선에 의해 도시되고, 직선-시야 부분은, 측부 경계 라인(13)에 직교하면서 광 축(302)과 도로 표면의 교차 지점(S)을 통과하는 라인 중 주 미러의 시야(11)의 영역 내에 위치하는 라인 부분에 의해 정의된다.
이하에서, 카메라 시스템(130)의 캡쳐 유닛(31)은, 광학 요소의 구조의 실시형태를 개략적으로 도시하는 도 5 및 6뿐만 아니라, 단면도 및 (절단) 사시도에서 개략적으로 도시된 광학 요소를 통과하는 빔 경로를 개략적으로 도시하는 도 3 및 4를 참조하여 보다 상세히 설명된다.
광학 요소(301) 및 이미지 센서(302)는 자동차의 카메라 시스템에 대한 캡쳐 유닛(30)의 필수적인 구성요소를 형성한다. 도 3 및 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 광학 요소(301)는 광 축(302)에 대하여 실질적으로 회전 대칭이다. 이는, 광 축(302)에 대하여 예를 들어 α1과 같은 동일한 각도로, 표시될 객체 지점으로부터 캡쳐 유닛(30)에 입사하는 어떠한 광 빔이라도, 동일한 왜곡을 가지며 광 축에 대하여 회전 대칭하게 이미지 센서 표면(304)에 표시됨을 의미한다. 이하에서 객체 각도 α를 의미하는 각도 α는, 광 축(302)에 직교하는 입사면(가상적으로 도시되지 않음)을 가진 광학 요소(301)로의 광 빔의 입사각인 각도에 대응한다. 이에 따라, 객체 각도 α1으로 입사하는 광 빔은 광 축(302)에 대하여 거리(r1)를 가지면서 이미지 센서 표면(304)에 표시된다. 여기서, 이미지 센서 표면(304)은 광학 요소(301)의 전체 이미지 조리개 각도 내에서 실제로 표시하도록 제공되는 표면이고, 즉, 이미지 센서(302)의 표면은 표시하기에 적합하고 광학 요소(301)와 마주보고 있다.
도 3 및 4는, 다른 객체 각도(α1, α2,...αn)에 대한 거리(r1, r2,...rn)에 있어서, 이미지 센서(303)의 이미지 센서 표면(304)에 광학 요소(301) 및 각각의 디스플레이를 통한 빔 경로를 개략적으로 도시한다. 도시된 실시형태에 있어서 광학 요소(301)가 회전 대칭이기 때문에, 광학 요소(301)를 통한 거리(r1, r2,...rn) 및 빔 경로는 광 축(302)에 대하여 또한 회전 대칭이다. α = α0 = 0°, r = r0 = 0인 광 축(302)은 α, r 좌표 시스템의 왜곡 커브의 원점(α = 0°, r = 0)에서 이미지 센서 표면(304)에 부딪친다.
도 5 및 6에 개략적으로 도시된 것처럼, 렌즈 시스템 및 필요하다면 추가적인 광학 부품으로 구성되고, 서로 일렬로 배열된 복수의 회전 대칭 렌즈를 포함하는 광학 요소(301)는, 이미지 축척의 국소적 변화를 유발하는 광학 요소의 기하학적 이미지 오차를 가지는 소위 왜곡 커브 r = f(α)를 가진다. 광학 요소(301)의 회전 대칭에 기인하여, 도 3 및 4에 도시된 실시형태의 왜곡 커브 r = f(α)는 또한 광 축(302)에 대하여 회전 대칭이다.
렌즈 배열의 일 실시형태가 도 5에 도시된다. 여기서, 7개의 렌즈(314 내지 320)는 입사 광의 경로(도 5에서 좌측으로부터 우측으로)에 있어서 일렬로 배열된다. 렌즈(314)는 구면 볼록-오목 렌즈이고, 렌즈(315)는 구면 볼록-오목 렌즈이다. 렌즈(316)는 구면 오목-볼록 렌즈에 의해 형성되고, 렌즈(317)는 볼록-오목 표면 및 볼록 표면을 가지는 자유 형태 렌즈(비구면 렌즈)에 의해 형성되며, 렌즈(318)는 구면 양쪽-볼록 렌즈이고, 렌즈(319)는 볼록 표면 및 볼록-오목 표면을 가지는 비구면 렌즈이며, 렌즈(320)는 오목 표면 및 볼록-오목 표면을 가지는 비구면 렌즈이다. 렌즈(317, 320)의 자유 형태 표면은, 7개의 렌즈에 의해 형성되는 도 5의 실시형태의 광학 요소(301)가 광 축(302)에 대하여 회전 대칭이 되도록, 또한 회전 대칭이다. 도 6의 실시형태에 있어서, 센서 보호 유리(305) 및 적외선 필터(329)는 이미지 센서(303)의 전방에 제공될 수 있다(도 6의 실시형태 참조). 또한, 이러한 경우에, 광학 요소(301)는, 영역 0 < r < rmax에서 전향 점을 가지는 왜곡 커브 r = f(α)뿐만 아니라 개략적으로 표시된 빔 경로를 가진다.
도 6에 도시된 광학 요소(301)의 선택적 실시형태에 있어서, 광학 요소(301)는 입사 광의 빔 경로(도 6에서 좌측으로부터 우측으로)를 따라 일렬로 배열된 8개의 렌즈(306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313)를 포함한다. 입사 광이 이미지 센서(303)까지의 경로에서 렌즈를 통과하는 순서에 있어서, 렌즈(306)는 구면 볼록-오목 렌즈이고, 렌즈(307)는 구면 볼록-오목 렌즈이며, 렌즈(308)는 구면 오목-볼록 렌즈이고, 렌즈(309, 310)는 각각 구면 양쪽-볼록 렌즈이며, 렌즈(311)는 구면 양쪽-오목 렌즈이고, 렌즈(312)는 회전 대칭 볼록-오목 표면 및 볼록 표면을 갖는 자유 형태 렌즈(비구면 렌즈)이며, 렌즈(313)는 비구면 오목-비구면 볼록 렌즈이다. 또한, 적외선 필터(329)뿐만 아니라 센서 보호 유리(305)는 이미지 센서(303)의 전방에 추가적인 광학 부품으로서 제공된다. 이러한 렌즈 배열에 의해, 입사 광은, 도 6에서 일부 빔에 대하여 예시적으로 도시된 것처럼 광학 요소(301)에 의해 안내되고 방향전환된다. 따라서, 각각의 렌즈 배열에 기인하여, 광학 요소(301)는 전체적으로 이미지 센서 표면(304)의 영역 0 < r < rmax에서 전향 점을 가지는 왜곡 커브 r = f(α)를 가진다.
도 5에 도시된 광학 시스템 및 도 6에 도시된 광학 시스템은 모두 추가적인 부품으로서 조리개(303)를 포함한다. 추가적인 필터, 조리개 등은 필요하면 제공될 수 있다. 렌즈는 예를 들어, 유리(특히, 구면 렌즈) 또는 합성 물질로 형성될 수 있다. 서로 다른 물질이 필요한 곳에서 결합될 수 있다. 또한, 렌즈는, 예를 들어, 통상적으로 광 굴절에 영향이 없지만, 스캐터링(scattering)에 영향을 주거나 원하지 않는 반사를 제거하도록 기능하는 증착 금속 코팅 또는 다른 코팅이 제공될 수 있다.
도 5 및 6에 도시된 실시형태의 렌즈(307 내지 320)의 대부분은 적어도 부분적으로 구면을 갖는 렌즈이다. 그러나, 예시적으로, 렌즈(312, 317, 320)는, 부분적으로 구면이 아닌 적어도 하나의 표면을 갖는 소위 비구면 렌즈이다. 도 5 및 6에 도시되지 않았지만, 광 축(302)에 대하여 회전 대칭이 아닌 적절한 렌즈를 선택함으로써, 광학 요소가 광 축에 대하여 회전 대칭이 아닌 왜곡 커브를 갖도록 광학 요소(301)를 애너모픽하게 형성할 수도 있다.
도 5 및 6에 도시된 예시적인 렌즈 배열에 의하면, 이미지 센서 표면(304)에서의 광 축(302)에 대하여 이미지 센서 표면(304) 상의 점의 최대 거리 rmax 이내에 전향 점(αw; rw)을 가진 함수 r = f(α)인, 광학 요소의 회전 대칭 왜곡 커브 r = f(α)가 생성될 수 있다. rmax보다 작은 이미지 센서 표면(304)에서의 반경 rw에 대응하는 αw에 대하여, 왜곡 커브 r = f(α)에 대한 0 < r(α) < rmax의 영역 내에서 전향 점을 얻기 위해, 다음의 사항이 적용된다: r" = f"(αw) = d2r/dα2(α=αw) = 0; 0°< α <αw일 때, r" = f"(α) < 0; αw < α <αmax일 때, r" = f"(α) > 0. 예를 들어, 도 5 및 6에 따른 광학 요소의 렌즈 배열에 의해 얻어질 수 있는 이러한 유형의 왜곡 커브는 개략적으로 도 7에 도시되어 있다. 1차 미분은 도 8에 도시되어 있고, 2차 미분은 도 9에 도시되어 있다.
도 7에 도시된 것처럼, α, r 좌표 시스템에 있어서, 전향 점(αw; rw)은 영역 [0; rmax] 내에 존재한다. 또한, 특정 객체 각도 α = α2 = αw에서, 왜곡 커브의 2차 미분(도 9)은 0이고, 즉, αw에서 교차하는 0을 가진다. 도 9에 도시된 것처럼, 전향 점의 전방, 즉, 영역 0°< α <αw에서, 왜곡 커브 r = f(α)의 2차 미분은 음이고; 영역 αw < α <αmax에서, 왜곡 커브 r = f(α)의 2차 미분은 양이다. 이는, 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 왜곡 커브 r(α)는 제 1 영역 0°< α <αw에서 우측으로 휘어지고, 제 2 영역 αw < α <αmax에서 좌측으로 휘어짐을 의미한다.
도 7의 α, r 좌표 시스템의 원점, 즉, r = 0 mm, α = 0°는 이미지 센서 상의 광 축(302)의 점에 대응한다. rmax는 이미지 센서 상의 점이 광 축(302)으로부터 가질 수 있는 최대 거리이다. 직사각형 이미지 센서에 있어서 광 축이 중심에 배열되고, 직사각형 이미지 센서가 가장자리 길이 a, b를 가진다면,
Figure pat00002
이 적용된다. 광 축이 이미지 센서 상에서 중심에 배열되지 않는다면, 최대 거리 rmax는 이미지 센서 표면(304)에서의 광 축(302)으로부터 이미지 센서 표면(304)의 가장 먼 모서리까지의 거리이다.
도 10a 및 10b는, α, r 좌표 시스템에 있어서, 종래 기술의 수개의 왜곡 커브와 비교하여 캡쳐 유닛(30)의 광학 요소(301)에 대한 왜곡 커브 r = f(α)를 보여준다. 도 10b는 α, r 좌표 시스템의 원점의 영역에서 확대되는 구획(Z)을 보여준다. 영역 0< α <αmax에서 전향 점(αw; rw)을 가진 왜곡 커브 r = f(α)는 f1으로 명명된 실선에 의해 도시된다. f2는 그노몬(gnomonic) 왜곡 커브(왜곡 없음)를 명명하고, f3은 입체형(stereographic) 왜곡 커브, 즉, 등각(conformal) 왜곡 커브를 명명하며, f4는 등거리(equidistant) 왜곡 커브를 명명하고, f5는 등면적(equal-area) 왜곡 커브를 명명하며, f6은 정사영(orthographic) 왜곡 커브를 명명한다. 왜곡 커브에 관한 초점 길이는, 모든 왜곡 커브가 전향 점(αw; rw)을 통과하도록 선택된다.
도 10a 및 10b로부터 알 수 있는 바와 같이, 왜곡 커브(f1)는, 왜곡 커브의 곡률이 (0°< α <αw에서) 우측으로 휘다가 (영역 αw < α <αmax에서) 좌측으로 휘도록, (αw; rw)에서 전향 점을 갖는다. 또한, 특히, 도 10b로부터 알 수 있는 바와 같이, α, r 좌표 시스템의 원점 근처의 범위에서의 왜곡 커브(f1)의 기울기는, 특히 다른 왜곡 커브와 비교하여 크다. 이는, 상대적으로 작은 각도에 대한 상대적으로 큰 공간이 이미지 센서(303)에 제공되어, 이러한 범위에서의 영역은 높은 해상도로 표시될 수 있는 효과가 있다. 또한, 왜곡 커브 r = f1(α)의 기울기는 전향 점(αw; rw)에서 최소가 되고, 즉, 전향 점 자체 및 이에 근접한 곳에서, 상대적으로 낮은 기울기가 존재한다. 마지막으로, 도 10a로부터 알 수 있는 바와 같이, 왜곡 커브의 기울기는 αmax에서 바람직하게는 최대 또는 상대적으로 크다.
도 7 내지 10b에 도시된 왜곡 커브는, 예를 들어, 다항 함수
Figure pat00003
에 의해 기술된다. 선택적으로, 스플라인 함수(spline function)가 왜곡 커브를 기술할 수 있으며, 상기 스플라인 함수는 복수의 다항식 조각/단위로 구성된 함수인 부분적인 다항 함수, 또는 수학적으로 표현된 커브(숫자로 표시되어 생성된 커브)인 베지어 커브이다.
도 11 및 12를 참조하여, 카메라 시스템(103)에 의해 캡쳐된 상업용 차량(10; 도 2)의 시야의 이미지 센서 표면(304)에서의 표시가 설명된다. 도 11에 도시된 이미지 센서(303)의 이미지 센서 표면(304)은 직사각형의 변 길이 a 및 b를 가진 직사각형 모양을 가진다. 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 도시된 실시형태에서, 광 축(302)은 이미지 센서 표면(304)에 대하여 편심상태로, 즉, 이미지 센서 표면(304)의 중심 너머에 배열된다. 구체적으로, 광 축(302)은 직사각형 이미지 센서 표면(304)의 변 a에 대하여 중심을 달리한다. 이는, 이미지 센서 표면(304)에서의 광 축(302)으로부터 이미지 센서(304)의 가장 먼 모서리까지의 최대 거리 r3 = rmax를 야기한다. 또한, 도 10a 및 10b에 따르면, 광 축(302)을 중심으로 하는 반경은 왜곡 커브 r = f(α)의 전향 점(r2 = rw)을 통과하고, 반경 rSB는 광 축(302)으로부터 변 a에 평행한 이미지 센서 표면의 가장자리까지 최대 거리에 대응하며; 반경 rSH는 이미지 센서 표면(304)에서의 광 축(302)으로부터 센서 가장자리 b에 평행한 이미지 센서 표면의 가장자리까지의 최대 거리에 대응하고; 반경 r1은 각도 α1(도 10a 및 10b에 도시됨)에서의 제 1 반경(r1)에 대응한다. 또한, 도 11에, 주 미러의 시야(11; 도 2 참조)의 표시되는 이미지(11'), 광각 미러의 시야(12; 도 2 참조)의 표시되는 이미지(12'), 및 수평선의 표시되는 이미지(15')가 도시되어 있다. 보여지는 바와 같이, 주 미러의 시야(11)의 표시되는 이미지(11')는, 반경 r1 이내의 영역이 종래 기술의 통상적인 왜곡 커브와 비교하여 증가된 해상도로 표시되도록, 반경 r1 이내의 영역 이내에 대부분 위치한다. 또한, 광각 미러의 시야(12)의 전체의 표시되는 이미지(12')는 동일한 광학 요소와 함께 동일한 이미지 센서 상에서 달성될 수 있다. 제 2 광학 요소 및/또는 제 2 이미지 센서를 제공하는 것과 연이어 표시를 위한 이미지를 결합하는 것이 필요하지 않다.
또한, 도 11에서, 직선-시야 부분(14; 도 2 참조)의 표시되는 이미지(14')가 도시되어 있다. 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 직선-시야 부분은 이미지 센서 표면(304)의 측부 가장자리(측부 가장자리 a)에 실질적으로 평행하게 연장된다.
도 12에서, 이러한 직선-시야 부분의 표시되는 이미지(14')가, α, r 좌표 시스템에서 왜곡 커브 r = f1(α)의 표시되는 이미지에 추가하여 표현된다. 주 미러의 시야(11)의 표시되는 이미지의 전체 폭은, 우측으로 휘어지는 왜곡 커브 r = f(α)의 영역인 영역 0°< α <αw 이내에 있고, 이에 따라, (구체적으로 통상적인 광학 시스템의 왜곡 커브와 비교하여) 높은 해상도를 수반한다.
카메라 시스템(130)이 차량의 미러 대체 시스템(100)에서 사용되는 본 실시형태에 있어서, 미러 대체 시스템(100)의 처리 유닛(120)은 이미지 센서(303)에 의해 캡쳐된 이미지 데이터를 연속적으로 평가할 수 있고, 예를 들어, 상업용 차량의 운전실 내에 위치되며 운전자에게 가시적인 모니터 상에, 이러한 이미지 데이터를 표시할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 주 미러의 시야(11) 및 광각 미러의 시야(12)에 대하여 분리된 영역이 판독되고, 바람직한 실시형태(도시되지 않음)에 있어서, 디스플레이 유닛(110)의 서로 분리된 영역 내에서 운전자에게 표시된다. 분리된 영역은 공통된 모니터 또는 분리된 모니터 상에서 제공될 수 있다. 따라서, 상업용 차량의 운전자에게 주 미러 및 광각 미러의 통상적인 외관을 모델링하는 것이 가능하다. 카메라 시스템(130)이 예를 들어 운전자 보조 시스템과 관련하여 사용된다면, 이미지 센서 표면(304)의 관심 영역은 처리 유닛에 의해 특정 환경 정보(예를 들어, 차선, 교통 표지판, 다른 도로 사용자 등)와 관련하여 평가될 수 있고, 캡쳐되고 판단된 정보에 따라, 운전 제어 시스템 내에서 조정될 수 있고, 주의 또는 정보가 운전자에게 표시될 수 있다.
상술된 미러 대체 시스템(100)에 있어서, 예를 들어, 상업용 차량(10)과 같은 차량의 운전 상황에 따라, 이미지 센서 표면(304)의 서로 다른 영역으로부터 디스플레이 유닛(100) 상에서 운전자에게 표시될 데이터를 추출하는 것, 즉, 운전 동작 동안 다른 시간에 이미지 센서 표면(304)의 다른 부분을 평가하는 것이 또한 가능하다. 이는 도 13 및 14를 참조하여 예시적으로 설명된다.
도 13은, 주 미러의 시야(11) 및 광각 미러의 시야(12)가 개략적으로 도시된, 전방 또는 직진 운전 동안의 상업용 차량의 평면도를 도시한다. 도 14는, 직진 운전 동안의, 시야(11)의 표시되는 이미지(11') 및 시야(12)의 표시되는 이미지(12')와 함께 이미지 센서 표면(304)을 도시한다. 위에서 이미 설명된 바와 같이, 통상적인 직진 운전 동안, 주 미러의 시야(11)를 표시하면서 주 미러의 시야(11)를 운전자에게 보여주기 위한 영역(21')은 이미지 센서 표면(304)에서의 특정 제 1 영역 내의 데이터로부터 추출된다. 운전 상황이 변화한다면, 차량의 캡쳐 유닛(30)의 배열이 변화하지 않더라도 관심 영역은 본래의 관심 영역(21)으로부터 이동된/시프트된 영역(22)으로 시프트된다. 이는, 차량, 특히 트레일러와 같은 상업용 차량이 커브를 따라 진행하거나, 조심하여 움직이는 처리를 수행하는 경우일 수 있다. 이러한 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 주 미러의 시야(11)에 대응하는 관심 영역은 영역(22)으로 시프트된다. 상술한 유형의 왜곡 커브 r = f(α)를 가지는 광학 요소(301)를 구비하는 캡쳐 유닛(30)을 포함하는 카메라 시스템(130)에 의해, 도 14에 도시된 것처럼, 이미지 센서 표면(304)의 영역(22')의 이미지 데이터가 추출되도록, 이미지 센서 데이터가 추출되는, 이미지 센서 표면(304)의 영역을 시프트하는 것이 또한 가능하다. 이는, 왜곡 커브 r = f(α)가 데이터 사후 처리를 요구하지 않으면서 데이터가 추출될 수 있는 모든 영역에서 요구되는 해상도 및 왜곡을 제공할 수 있기 때문에, 이미지 데이터의 필요한 정밀도, 즉, 특히 해상도의 손실 없이 가능하다. 따라서, 시야(11) 및 이의 표시되는 이미지(11')는 운전 상황에 대응하여 갱신될 수 있다. 캡쳐 유닛(30)의 기계적인 조정은 필요하지 않다. 오히려, 조정은 오로지 선택된 영역에서 이미지 센서(304)의 이미지 데이터를 추출함으로써 달성될 수 있다.
이러한 장점은, 이미지 센서 표면(304)에서의 광 축(302)으로부터 이미지 센서 표면(304)의 점의 최대 거리 이내에 전향 점을 가지는 왜곡 커브 r = f(α)를 가지는 광학 요소(301)를 포함하는 적어도 하나의 캡쳐 유닛(30)을 이용함으로써 달성된다.
발명의 설명 및/또는 청구범위에 개시된 모든 특징은, 실시형태 및/또는 청구범위의 특징의 구성과 독립적으로 청구된 발명을 한정하는 목적뿐만 아니라 본래의 개시 목적을 위하여 서로 분리되며 독립적으로 개시되는 것으로 의도됨을 분명히 밝혀둔다.
10: 상업용 차량
11: 주 미러의 시야
12: 광각 미러의 시야
13: 측부 경계 라인
14: 직선-시야 부분
11': 시야(11)의 (표시되는) 이미지
12': 시야(12)의 (표시되는) 이미지
14': 직선-시야 부분(14)의 (표시되는) 이미지
15': 수평선의 (표시되는) 이미지
21': 추출되는 영역
22': 추출되는 영역
30: 캡쳐 유닛
31: 캡쳐 유닛
301: 광학 요소
302: 광 축
303: 이미지 센서
304: 이미지 센서 표면
305: 센서 보호 유리
306: 렌즈
307: 렌즈
308: 렌즈
309: 렌즈
310: 렌즈
311: 렌즈
312: 렌즈
313: 렌즈
314: 렌즈
315: 렌즈
316: 렌즈
317: 렌즈
318: 렌즈
319: 렌즈
320: 렌즈
329: 적외선 필터
330: 조리개
100: 미러 대체 시스템
110: 디스플레이 유닛
120: 처리 유닛
130: 카메라 시스템
140: 차량 센서
150: 제어 장치
f: 왜곡 커브
f1: 왜곡 커브
f2: 왜곡 커브 (왜곡 없음, 그노몬)
f3: 왜곡 커브 (등각, 입체형)
f4: 왜곡 커브 (등거리)
f5: 왜곡 커브 (등면적)
f6: 왜곡 커브 (정사영)
fβi: 왜곡 커브
a: 이미지 센서 표면의 측부 가장자리
b: 이미지 센서 표면의 측부 가장자리
D: 차량의 전진 방향
S: 교차 지점
α: 입사 광의 객체 각도
β: 광 축을 중심으로 한 회전 각도
r: 이미지 센서 표면의 점으로부터 광 축까지의 거리

Claims (35)

  1. 광학 요소(301) 및 이미지 센서 표면(304)을 가지는 이미지 센서(303)를 구비하며 차량 환경의 구획을 캡쳐하는 캡쳐 유닛(30)을 포함하는, 차량(10)을 위한 카메라 시스템(130)으로서,
    상기 광학 요소(301)는 왜곡 커브(distortion curve) r = f(α)를 갖는 왜곡을 가지며, 상기 왜곡 커브에서, r은 상기 이미지 센서 표면(304)에 표시되는 객체 지점으로부터 상기 광학 요소(301)의 광 축(302)과 상기 이미지 센서 표면(304)의 교차 지점까지의 거리이며, α는 상기 광학 요소(301)의 상기 광 축(302)과 상기 객체 지점으로부터 상기 광학 요소(301)로 입사되는 빔 간의 각도이고,
    상기 왜곡 커브 r = f(α)는,
    rw = f(αw)에 대하여, r" = f"(αw) = d2r/dα2(αw) = 0이 적용되는 0 < r < rmax 영역의 전향 점(turning point)(αw; rw)을 가지며, 여기서, rmax는 상기 이미지 센서 표면(304)에서 상기 광 축(302)으로부터 상기 이미지 센서 표면(304)의 가장 먼 경계 점까지의 거리 r = f(αmax)이고,
    상기 왜곡 커브의 곡률에 대하여,
    0°< α <αw일 때, r" = f"(α) < 0
    αw < α <αmax일 때, r" = f"(α) > 0 가 적용되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 왜곡 커브 r = f(α)는, 0 < r < rmax 영역에서 오로지 하나의 전향 점(αw; rw)을 가지는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 왜곡 커브 r = f(α)의 기울기 r' = dr/dα는 상기 왜곡 커브의 영 점(zero point) r = f(0) = 0에서 0°< α <αw 영역에서의 최대값을 갖는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 왜곡 커브 r = f(α)의 기울기 r' = dr/dα는 상기 왜곡 커브의 전향 점 r = f(αw) = rw에서 최소값을 갖는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 왜곡 커브 r = f(α)의 기울기 r' = dr/dα는 상기 왜곡 커브의 αmax(r = f(αmax) = rmax)에 대해 αw < α <αmax 영역에서의 최대값을 갖는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 왜곡 커브 r = f(α)는 다항 함수
    Figure pat00004
    인 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 왜곡 커브 r = f(α)는 스플라인 함수(spline function)인 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 왜곡 커브 r = f(α)는 베지어 커브(Bezier curve)인 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이미지 센서 표면(304)의 중심, 및 상기 이미지 센서 표면(304)과 상기 광 축(302)의 교차 지점은 일치하지 않고, 특히, 상기 광 축 (302)은 상기 이미지 센서 표면(304)에 대하여 편심상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 요소(301)는 부분적인 구(partial sphere)와 다른 모양을 가진 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 요소(301)는 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 요소(301)는 서로 다른 적어도 2개의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 요소(301)는, 상기 왜곡 커브 r = f(α)가 상기 광학 요소(301)의 상기 광 축(302)을 중심으로 한 각각의 회전 각도 β에 대하여 동일하도록, 상기 광 축(302)에 대하여 회전 대칭인 왜곡을 가지는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 요소(301)는, 상기 광학 요소(301)의 상기 광 축(302)을 중심으로 한 회전 각도 β1에 대한 제 1 왜곡 커브 r1 = f(α)가 상기 광 축(302)을 중심으로 한 회전 각도 β2에 대한 제 2 왜곡 커브 r2 = f(α)와 다르도록, 상기 광 축(302)에 대하여 회전 대칭이 아닌 왜곡을 가지는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 광학 요소(301)는 애너모픽(anamorphic)한 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 캡쳐 유닛(30)의 데이터를 처리하기 위한 처리 유닛(120) 및/또는 차량 운전자에게 가시적이며, 상기 캡쳐 유닛(30)에 의해 캡쳐된 정보를 표시하기 위한 디스플레이 유닛(110)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템(130).
  17. 적어도 제 16 항에 따른 카메라 시스템(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 미러 대체 시스템은, 상기 차량 운전자에게 가시적인 상기 디스플레이 유닛(110)에, 상기 캡쳐 유닛(30)에 의해 캡쳐된 정보를 시각적으로 표시하고, 적어도 상기 차량 주위의 도로의 수평면 부분에 위치한 시야를 더 표시하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 미러 대체 시스템은 상업용 차량(10)의 일부분이고,
    상기 캡쳐 유닛(30)은 상기 상업용 차량의 측부의 주 미러의 시야(11), 광각 미러의 시야(12), 근접 미러의 시야, 또는 전방 미러(front mirror)의 시야 중 적어도 하나를 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 미러 대체 시스템은 상기 상업용 차량(10)의 일부분이고,
    상기 캡쳐 유닛(30)은 상기 상업용 차량의 동일 측부의 상기 주 미러의 시야(11) 및 상기 광각 미러의 시야(12) 양자를 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 미러 대체 시스템은 상업용 차량(10)의 일부분이고,
    상기 캡쳐 유닛은 상기 근접 미러의 시야 및 상기 전방 미러의 시야 양자를 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 미러 대체 시스템은 승용차의 일부분이고,
    상기 캡쳐 유닛(30)은 상기 승용차의 내부 미러 및/또는 일 측부의 주 미러의 시야를 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 미러 대체 시스템은 상기 차량 운전자에게 가시적인, 상기 차량 주위의 적어도 2개의 시야를 표시하고,
    바람직하게는, 제 1 시야는 상기 디스플레이 유닛의 제 1 영역에서 가시적이며, 제 2 시야는 상기 제 1 영역으로부터 광학적으로 분리된 상기 디스플레이 유닛의 제 2 영역에서 가시적인 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 미러 대체 시스템은 상기 카메라 시스템(130)의 접합/공통 캡쳐 유닛(joint/common capturing unit; 30)에 의해 2개의 시야(11, 12)의 정보를 캡쳐하고,
    상기 처리 유닛(120)은 상기 접합/공통 캡쳐 유닛(30)으로부터 수신된 데이터를, 상기 디스플레이 유닛의 제 1 영역 및 상기 디스플레이 유닛의 제 2 영역에 표시되는 정보로 각각 분리하고 추출하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  25. 제 19 항에 있어서, 상기 미러 대체 시스템은 상기 차량 운전자에게 가시적인, 상기 차량 주위의 적어도 2개의 시야를 표시하고, 또한, 상기 적어도 2개의 시야를 상기 디스플레이 유닛에 접합/공통의 이음매 없는 인접하는 이미지 표시로 표시하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 제 1 시야를 상기 디스플레이 유닛의 제 1 영역에 표시하고, 제 2 시야를 상기 제 1 영역의 바로 옆에 이음매 없는 인접한 상기 디스플레이 유닛의 제 2 영역에 표시하며, 또한, 적어도 하나의 이미지 방향에 있어서 상기 제 2 시야의 축척 계수와 다른 축척 계수로 상기 제 1 시야의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 처리 유닛(120)은, 센서에 의해 캡쳐되고 상기 처리 유닛(120)에 의해 전송되는 상기 차량의 진행 방향에 따라, 상기 캡쳐 유닛(30)에 의해 캡쳐된 이미지 내의 상기 제 1 및/또는 제 2 영역에 대하여, 상기 제1 및/또는 제 2 영역의 위치와 관련하여 상기 캡쳐 유닛에 의해 캡쳐된 데이터로부터 추출된 정보를 조정하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  28. 제 20 항에 있어서, 상기 캡쳐 유닛(3)의 광학 요소(301)의 상기 광 축(302)은 상기 시야(11, 12) 또는 상기 시야(11, 12) 중 하나와 교차하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 광학 요소(301)의 상기 광 축(301)은, 상기 차량의 측부 경계 라인까지 최대 5m 거리의 교차 지점(S)에서 상기 시야(11, 12) 중 하나와 교차하고,
    상기 측부 경계 라인(13)은, 상기 차량의 측부의 최외측 점을 통과하며 상기 차량의 중앙 종단면에 평행한 면과 수평면 도로가 교차하는 라인인 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 교차 지점(S)을 통과하며 상기 주 미러의 시야의 제한에 의해 제한되고, 상기 측부 경계 라인(13)에 수직인 직선-시야 부분(14)은, 0°< α <αw 에 대하여 r" = f"(α) < 0을 가진 상기 왜곡 커브 r = f(α)의 영역 내에 있는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 전향 점(αw; rw)은 상기 직선-시야 부분(14)의 너머에 있는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  32. 제 17 항에 있어서, 상기 미러 대체 시스템은 상기 캡쳐 유닛(30)에 의해 상기 차량(10)의 일부분을 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 미러 대체 시스템.
  33. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 카메라 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 보조 시스템.
  34. 제 17 항에 따른 미러 대체 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자 보조 시스템.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 카메라 시스템(130)은, 상기 차량의 전진 방향으로 봤을 때, 전방을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 운전자 보조 시스템.
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