专利名称：用于提供车辆周围环境图像的广角成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于提供车辆、尤其是机动车辆周围环境图像的广角成像系统。
背景技术：
本发明涉及用于提供车辆、尤其是机动车辆周围环境图像，以使这种图像可以显 示给驾驶者并用于进一步的评估的广角成像系统，该系统具有用于记录周围环境的相机， 相机包含透镜装置(lens arrangement)和至少一个成像传感器(CXD)，透镜装置将周围环 境的广角图像投射到传感器上，该系统还具有显示器，其用于将相机所记录的以及由透镜 装置投射到传感器上的周围环境显示给驾驶者，并且该系统还具有数据处理单元，其用于 处理来源于成像传感器的数据，用于进一步评估。美国第6，922，292B2号专利公开了用于提供车辆周围环境图像的基本的广角成 像系统(例如，倒车图像显示设备)。在这种情况下，插入到车辆前方或后方的相机与其下 游的透镜装置一起使用，用于在车辆内部的显示屏等向驾驶者显示由相机所记录的周围环 境的画面。图像通过折射和衍射透镜以及失真补偿的校正方式来制备。在这种情况下，所 使用的成像设备(CCD)具有两个不同分辨率的区域。因此，边缘区域具有更高的分辨率，使 得因广角发生的失真可以进一步降低，因为，与成像设备具有两个不同分辨率不同，显示屏 具有统一的分辨率。在DE 10 2004 053 416 Al号专利中公开了进一步拓展的通用类型的广角成像系 统。DE 10 2004 053 416 Al号专利公开了使用于机动车辆的立体距离测量系统，其具有按 指定顺序设置于虚拟光束的光路的下述元件a)相机，最好为具有成像光学元件的数字相 机，具有成像光学元件的相机具有划定从相机发出的虚拟光束界限的孔径立体角范围；b) 至少一个偏转镜元件，该至少一个偏转镜元件全部或部分地偏转从相机发出的虚拟光束； 以及c)至少一个像场分割元件，该至少一个像场分割元件具有至少一个分割镜元件，该至 少一个分割镜元件至少偏转从相机发出的虚拟光束的第一组成光束，该第一组成光束在受 限制的空间区域中至少与从相机发出的虚拟光束的第二组成光束重叠。按照关于图5的说 明，相应的CCD元件分开至末端成为一个在另一个上面的两个单独的区域，其中下区域(驾 驶者随后可见)用于驾驶者信息(图像再现)。这个区域和上区域(驾驶者不可见)一起 用于立体评估，两个区域具有相同的分辨率。对于驾驶者显示器和立体评估采用相同的分辨率来说，这里存在一个问题。
发明内容
相比之下，本发明的目的在于提供用于车辆、尤其是机动车辆的周围环境图像供 应的广角成像系统，在该系统中，对驾驶者显示器和立体评估的要求的范围可以互相独立 地优化。另外，系统可用于允许进一步评估，同样地，该进一步评估的基础可以独立于其它 评估或显示来优化。这个目的通过权利要求1限定的广角成像系统实现。
由于透镜系统配置有至少两个独立的透镜子系统，用于将周围环境在成像传感器 上投射为两个光学不同的区域，其中第一区域与驾驶者显示器相关联，第二区域与数据处 理单元相关联(用于评估)，可能的是使区域适应不同的要求，并使其优化。因此，可以为 了区域的各自用途互相独立地优化透镜子系统。这涉及它们的失真、分辨率等。因此，用于 驾驶者显示器的区域可以是周围环境投射在传感器上的高分辨率的虚拟图像的大的中央 区域。因此，可以向驾驶者提供中央的更有效解析的图像，且可以优化其它区域用于评估， 尤其是通过图像处理探测移动。传感器上的周围环境图像的下段图像优选用于这个目的， 其以有利的方式允许这样，这是因为观察到的区域包含道路的底层，其进而包括结构(线 等)，其允许简单确定路线和/或从该路线的偏离。该图像区域的评估还允许确定车辆的纵 向和横向速度。透镜系统配置有三个独立的透镜子系统，以便在成像传感器上将周围环境投射为 三个光学上不同的区域时(其中第二和第三区域与数据处理单元相关联，用于立体评估)， 这些图像区域可以优化用于立体评估，尤其涉及到其失真和互相之间的间距。准确地说，间 距对于借助于按顺序存储的周围环境的图像或其来自传感器的数据进行立体评估非常重 要。重点是此处的准立体评估通过单个相机并借助于(基于车辆的运动的)不同相机位置 实现。这个间距越大，随后的评估越有效或越精确。传感器上周围环境图像的两个区域之间 的差别可以用来确定观察到的物体之间的角度差别，并且用来计算离它们的像素位移。两 个区域之间的间距本身是已知的，并且对于通过计算机进行进一步评估是重要的。透镜系统甚至配置有另一个透镜子系统，以便借助于附加的(即第四个)光学区 域将周围环境投射在成像传感器上，并且该附加的区域与数据处理单元相关联，用于进行 探测移动的评估时，除驾驶者显示器和确定距离的立体评估以外，还可能提供基于图像处 理单元的方向探测单元。因此，在成像传感器的边缘区域中设置用于进一步评估的区域是明智的。具体地，左手和右手侧边缘区域适合用于立体评估，并且下边缘区域适合用于探 测移动。因此，对驾驶者重要的中间区域仍然与驾驶者显示器相关联。根据本发明可以认识到，周围环境的成像可以分为多个区域，因为这些区域包含 不同的画面和/或信息。因此，传感器上周围环境的成像目前在传感器上特别优选分为四个光学不同的区 域。在这种情况下，第一区域优选位于图像的中间区域，驾驶者通常对该第一区域最 感兴趣，因此所述区域与显示屏上的驾驶者显示器相关联，并且通过驾驶者显示器被加以 利用。此外，驾驶者感兴趣的信息，例如关于路线和距离的数据等，可以交叉淡化到这些数 据的显示上。再者，在驾驶者显示器的主要功能不受影响的前提下，这个区域还可以用于图 像校准，甚至用于探测与物体的碰撞。第二区域优选位于中下边缘。如果合适，这个区域也已经用在第一区域中或与其 重叠。在图像的这个区域中，道路直接包括在车辆前方或后方，以使展现在那里(与上述相 比)的结构可以用来评估移动，也就是说，通过图像处理来探测车辆的路线。第三和第四区域优选分别位于中间区域外侧的左手和右手侧边缘。如上所述，这 些区域可以用于立体评估。而且，它们还适合用于监测死角，以及用于通过图像处理方法来确定车辆的转动(角度和角速度)。因此，同样优选的是，透镜系统和/或各个透镜子系统具有棱镜和/或镜子，用于 放大光学区域的虚拟间距，用于评估和降低发生的失真。因此同样实现了增加立体观察 (stereoscopy)的分辨率。为了进一步评估传感器提供的数据，权宜之计是数据处理单元具有用于传感器的 数据的缓冲器，以使所述数据可以顺序地处理，例如在图像处理的时候，用于探测移动和路 线或者确定立体距离。
本发明的其它详细说明、特征和优点体现在下述的借助于单个附图的示例性实施 例的说明中，其中图1是具有广角成像系统的一个实施例的车辆的全景示意图；图2是成像传感器分区的示意图；图3是透镜系统的一个实施例的设计示意图；以及图4是透镜系统的一个可选择的实施例的设计示意图。
具体实施例方式图1是车辆1的示意图，其具有广角成像系统2，用于提供车辆1的周围环境U的 图像；旨在能够在屏幕上向驾驶者显示该图像，并能够使用它用于进一步的评估。广角成像系统2包含单个数字相机3，用于记录周围环境U，此处具体指在车辆1 前方或后方的道路S,所述相机包含透镜系统4和单个成像CCD传感器5，透镜系统4将周 围环境的广角图像投射到传感器5上。广角成像系统2进一步包含显示器或显示屏6，用于向驾驶者显示相机3所记录的 以及由透镜系统4投射到传感器5上的周围环境。因此使得驾驶者在倒车时能够以公知的 方式在显示屏上从周围环境中搜索物体等。广角成像系统2另外包含数据处理单元7，用于处理来自于成像传感器5的数据， 用于进一步的评估。数据处理单元7在传感器5和显示器6之间逻辑“转换”，并且可以通 过目前任意情况下的车载电子器件中的微处理器以适当的适用性来体现。所使用的透镜系统4配置有4个独立的透镜子系统4a、4b、4c、4d，用于将周围环 境在成像传感器5上投射为4个光学上不同的区域5a、5b、5c、5d(参照图2)。第一区域5a 与驾驶者显示器6相关联。相比之下，其它区域5b、5c、5d与数据处理单元7相关联，用于 评估。因此，透镜子系统4a、4b、4c、4d可以为了区域的各自用途互相独立地优化。这涉 及它们的失真、分辨率等。因此，用于驾驶者显示器的区域可以是周围环境投射在传感器上 的高分辨率的虚拟图像的大的中间区域。从而可以向驾驶者提供中央的更有效解析的图 像，并且可能的是，通过图像处理优化其它区域，用于探测方向和移动以及用于立体评估。这如图2所示。位于驾驶者自己车辆后方的车辆11不失真地示于区域5a中。直 接在驾驶者自己车辆后方的车道示于区域5b中，具有高度失真，用于探测障碍物。在驾驶 者自己车辆后方的区域示于区域5c和5d中，具有宽度失真，在每种情况下分辨率相同，用
5于立体评估。透镜子系统可以互相独立地设计，也就是说，每个透镜子系统具有其自己的透镜。 但是还可能的是，组合透镜子系统，此处示出的是示例性实施例，使透镜子系统4a和4b形 成组合的透镜8a/b，该组合的透镜8a/b由两个透镜子系统4a和4b组成，而两个透镜子系 统4c和4d分别具有两个独立的透镜8c和8d。在这种情况下，第一区域5a位于图像或传感器5的中间区域，这通常是驾驶者最 感兴趣的区域，因此第一区域5a和显示屏6上的驾驶者显示器相关联，并且通过驾驶者显 示器被加以利用。此外，这些数据的显示可以与驾驶者感兴趣的信息(例如，路线和距离数 据等)交叉淡化。在不影响驾驶者显示器的主要功能的前提下，这个区域还可以用于图像 校准，甚至用于探测与物体的碰撞。区域5a的数据还可以由数据处理单元7来决定。第二区域5b位于第一区域5a下方的中下边缘。如果合适的话，这个区域还可以 与第一区域5a —起用于驾驶者显示器。图像或传感器5的这个区域5b包括直接在车辆前方或后方的道路，并且因此展现 在那里的结构(与上述相比)用来评估移动，也就是说通过图像处理来探测车辆的路线。传 感器5a上周围环境图像的下段优先用于这个目的，其以有利的方式允许这样，这是因为观 察到的区域包含道路的底层，其进而包括结构(线等)，其允许简单地确定路线或路线的偏 离，和/或确定纵向和横向速度。第三和第四区域5c、5d分别位于中间区域5a和5b外侧的的左手和右手侧边缘。 如上所述，区域5c、5d用于立体评估。而且，它们还适合用于监测死角，以及适于通过图像 处理方法确定车辆的转动(角度和角速度)。这里(参照图3和图4)，透镜系统配置有独立的透镜子系统4a、4b、4c、4d，以便在 成像传感器5上的三个或四个光学不同的区域5a、5b、5c、5d中投射周围环境。具体地，区域5c和5d之间的间距A对于借助于按顺序存储的周围环境图像或它 们来自传感器的数据进行立体评估非常重要。重点是此处的准立体评估通过单个相机并借 助于(基于车辆的运动的)不同相机位置实现。这个间距A越大，随后的评估越有效或越 精确。传感器5上周围环境U图像的两个区域5c、5d之间的差别在这种情况下用来确定区 域中观察到的物体之间的角度差别，并且用来计算离它们的像素位移。两个区域之间的间 距A本身是已知的，并且对于通过计算机进行进一步评估是重要的。为了放大间距，透镜系统4‘或各个透镜子系统4‘c、4' d具有镜子9c、9d和10c、 10d，用于放大光学区域之间的虚拟间距(参照图4)，用于立体评估。由此实现了增加立体 观察的分辨率。
权利要求
一种用于提供车辆周围环境图像的广角成像系统，以使该图像可以显示给驾驶者并用于进一步评估，该系统具有单个数字相机，用于记录周围环境，其包含透镜系统和单个成像传感器(CCD)，透镜系统将周围环境的广角图像投射到传感器上，显示器，其用于向驾驶者显示相机所记录的以及由透镜系统投射到传感器上的周围环境，以及数据处理单元，其用于处理来源于成像传感器的数据，用于进一步评估，其中，所述透镜系统配置有至少两个独立的透镜子系统，用于将周围环境在成像传感器上投射为两个光学不同的区域，其中第一区域与驾驶者显示器相关联，第二区域与数据处理单元相关联用于评估。
2.根据权利要求1所述的广角成像系统，其特征在于，所述透镜系统配置有三个独立 的透镜子系统，用于将周围环境在成像传感器上投射为三个光学不同的区域，其中第二和 第三区域与数据处理单元相关联，用于立体评估。
3.根据权利要求1或2所述的广角成像系统，其特征在于，所述透镜系统配置有另一个 透镜子系统，用于借助于附加的光学区域将周围环境投射在成像传感器上，该附加的光学 区域与数据处理单元相关联，用于进行探测移动的评估。
4.根据上述任一权利要求所述的广角成像系统，其特征在于，用于进一步评估的区域 设置在成像传感器的边缘区域。
5.根据权利要求4所述的广角成像系统，其特征在于，左手和右手侧边缘区域与数据 处理单元相关联，用于评估，同时下边缘区域与数据处理单元相关联，用于探测移动。
6.根据上述任一权利要求所述的广角成像系统，其特征在于，中间区域与驾驶者显示 器相关联。
7.根据上述任一权利要求所述的广角成像系统，其特征在于，透镜系统具有棱镜和/ 或镜子，用于放大光学区域的虚拟间距，用于评估。
8.根据上述任一权利要求所述的广角成像系统，其特征在于，数据处理单元具有用于 传感器的数据的缓冲器，以使所述数据可以顺序地处理。
全文摘要
用于提供车辆、尤其是机动车辆周围环境图像的广角成像系统，以使该图像可以显示给驾驶者，并用于进一步评估，该系统具有单个数字相机，用于记录周围环境，其包含透镜系统和单个成像传感器(CCD)，透镜系统将周围环境的广角图像投射到传感器上；显示器，用于将相机所记录的以及由透镜系统投射到传感器上的周围环境显示给驾驶者；和数据处理单元，用于处理来自成像传感器的数据，用于进一步评估。本发明这样定义透镜系统配置有至少两个独立的透镜子系统，以便将周围环境在成像传感器上投射为两个光学不同的区域，其中第一区域与驾驶者显示器相关联，第二区域与数据处理单元相关联用于评估。因此，有可能提供节省空间和成本效益好的图像传感器。
文档编号G03B37/00GK101881923SQ201010100130
公开日2010年11月10日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年2月2日
发明者克里斯多夫·阿恩特, 厄斯·克里斯丁, 海克·克莱恩施密特 申请人:福特全球技术公司