专利名称：用来监视车辆周围的摄像机单元和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来监视车辆周围的摄像机单元和装置。
背景技术：
为了在车上使用并用来进行监视，单个的摄像机最好能拾取很宽的视野范围。在这种情况下，有很多种情况需要视野范围在垂直方向上要比水平方向上宽。
一个在摄像头的前端带有棱镜的摄像机单元可以用来在三个方向上拾取图像(JP-A-2000-89301)。将这样的摄像机单元安装在车辆的前端，车辆前方左右方向的视野范围A1和A2以及位于其前端的向下倾斜的视野范围A3就同时被拾取，如图33和34所示。
还有一种用来视觉确认车辆后方的装置是通过使用鱼眼透镜的摄像机单元来拾取车辆后方的图像(JP-A-285379)。
一种车辆的监视装置可以用鱼眼透镜拾取车辆周围很宽的区域，该装置可以通过图像处理来处理和抠掉所拾取图像的一部分，并将这个部分在显示部件上放大显示出来(JP-A-2003-143596)。
在JP-A-2000-89301中，如图33所示，因为视野A1到A3限制为车辆前面左右方向的部分区域以及车辆前端斜向下的部分区域，所以在车辆的前方就会产生无法被拾取的死角范围B1和B2。
在JP-A-7-285379中，因为视野仅仅通过使用鱼眼透镜放大，尽管视野是通过鱼眼透镜放大了而且车辆后面的死角也减小到很窄，但是所拾取图像的变形增加了，但是例如在图35中被虚线包围起来的区域C1，其视觉确认降低了。而且，例如在图35中被虚线包围起来的区域C2，被拾取的物体很小，那么这就成为降低视觉确认的原因。而且，还例如，在图35中被虚线包围起来的区域C3，半天球被鱼眼透镜拾取，其中不必要的光线例如日光、路灯光等都被拾取部件拾取，那么摄像机的亮度调节就失灵了(也就是说，如果摄入了一个很亮的物体，那么摄像机孔就调整到很暗)。此外，由于不必要的光线，还会引起假象、耀斑等等，其中视觉确认就变的更糟糕。
而且，在JP-A-2003-143596中，因为摄像机像素数的限制，如果图像被图像处理步骤放大，那么图像就变的很模糊，降低了视觉确认。也就是说，所拾取图像的分辨能力是由NTSC的扫描线数目所决定的。特别是，由于放大处理，图像变形在垂直方向上比在水平方向上更严重。而且，在普通的鱼眼透镜中，由于变形，所拾取的图像的周围部分小于其中间部分，其中如果所拾取图像的周边部分变大，图像的变形就变得更严重。
发明概述本发明的一个目的是提供一种用来监视车辆周围的摄像机单元和装置，其可以拾取很宽的视野范围，同时可以适当调节在水平方向和垂直方向上的视野，同时可以改善所显示图像的视觉确认。
根据本发明的一个方面，一个摄像机单元包括一个拾取部件；一个透镜系统，从特定视野范围进入到拾取部件上的光线进行成像；透镜系统包括一个广角透镜系统，其在水平方向的视野角为大于等于120度；还有一个象变率为大于等于1.5的像变透镜系统。
根据本发明的另一个方面，在水平方向的视野角为大于等于180度，小于等于270度。通过这样的结构，就可以在水平方向上拾取更宽的视野范围。
根据本发明的另一个方面，根据在拾取部件上形成的图像各个部分的图像高度和光线入射到各自的图像部分的图像角之间的关系，透镜系统的结构如此构成使得图像高度相对于图像角度变化的变化量在上述图像的边缘部分要大于图像中间部分。
根据本发明的另一个方面，透镜如此构成使得水平方向偏离在拾取部件的光线接收平面上形成的图像的图像中心的各个部分图像高度Y和入射到各个部分的光线的图像角度θ满足的关系是Y＝pf·tan(θ/p)，参数p是1＜p＜4，透镜系统在水平方向的焦距为f。
根据本发明的另一个方面，参数p设定为2。
在视野范围内的周围(特别是，水平方向上的周围)的物体的图像可以在拾取部件上放大形成，其中就可以提高在视野范围的周围的物体图像的视觉确认。
根据本发明的另一个方面，像变透镜系统使得在拾取部件上形成的图像在水平方向上缩小。
根据本发明的另一个方面，像变透镜系统使得在拾取部件上形成的图像在垂直方向上放大。
根据本发明的另一个方面，透镜系统的光轴在垂直方向上偏离了拾取部件的中心。通过这样的结构，就可以通过调整偏移量来改变拾取摄像机在垂直方向的拾取方向，其中摄像机单元的视野范围设定在一适当方向上，而透镜系统的光轴设定在一固定方向上(例如，水平方向)。例如，它就可以很容易地调节在视野范围内所容纳的天空部分的比例。
根据本发明的另一个方面，一种可以用在车辆上、用来监视车辆周围的摄像机单元和装置，其包括如权利要求1所述的摄像机单元，用来拾取车辆周围；一个显示部件，可以显示被摄像机单元所拾取的图像；一个图像处理部件，可以对摄像机单元所拾取的图像的至少一部分进行至少一项图像处理，并且可以显示该图像的至少一部分，还可以同时形成一预定的重叠图像，并且可以将所述重叠图像在进行完至少一项图像处理之后重叠到所拾取的图像上；还有一个切换控制部件，其可以控制摄像机单元所拾取的图像在显示部件上的显示时间，并且可以选择摄像机单元的视野在显示部件上的显示范围，并且能选择根据至少一个信号所进行的至少一个图像处理内容。所拾取的在车辆周围更宽视野范围内的图像可以获得比较满意的视觉确认，并且可以显示出来。因此，车辆的周围就可以被有效地监控。
根据本发明的另一个方面，摄像机单元的透镜系统的光轴相对于水平方向是向地面一侧倾斜的。通过这样的结构，就可以防止在摄像机单元的视野范围内天空部分的比例不必要地过大。
因为透镜系统是通过将广角透镜组和像变透镜系统组合形成的，其中广角透镜组在水平方向的视野角度为大于等于120度，像变透镜组的象变率为大于等于1.5，所以通过适当调整水平方向和垂直方向的视野角度就可以获得更宽的视野范围，并提高显示图像的视觉确认。例如，当广角透镜组的视野范围内的周围部分(例如，包括了上部天空的部分)有多余部分的时候，那么就可以通过调整像变透镜组的像变率(例如，通过放大在垂直方向的图像等等)来从形成在拾取部件上的图像上去除不必要的部分。因此，广角透镜组的视野范围的有效部分(例如，包括了道路和建筑的部分)就在拾取部件上以较大的图像尺寸表示，其中拾取部件的像素可以有效地利用来提高图像质量。
此外，也可以有不同的显示，例如，摄像机单元视野范围内的部分区域也可以放大并显示在显示部件上。
而且，摄像机单元所拾取的图像的显示时间等也可以根据车辆的情况进行适当的控制。
根据本发明的另一个方面，一种可以用在车辆上、用来监视车辆周围的装置，其包括一个上述的摄像机单元，用来拾取车辆周围图像；一个显示部件，可以显示被摄像机单元所拾取的图像；还有一个切换控制部件，可以将在显示部件上显示的、由摄像机单元所拾取的图像的显示模式在多个显示模式中切换；还有一个图像处理部件，可以对摄像机单元所拾取的图像的至少一部分在切换控制部件的至少一种显示模式中进行包括扩大、缩小、移动、旋转和变型等图像处理中的至少一项。因为图像是显示在显示部件上的，同时可以在很多显示模式之间进行切换。通过这种结构，就可以根据车辆的情况显示具有最佳视觉确认的、在车辆周围很宽的视野范围内所拾取的图像，这样就可以更好的监视车辆的周围。
根据本发明的另一个方面，因为显示模式包括普通显示模式，在这种模式下图像是被摄像机单元拾取的，没有经过图像处理部件的任何处理过程，并且图像是显示在显示部件上。特别是，透镜系统在水平方向上的视野角大于等于180度，就可以不仅在视野角的中心方向而且在左右方向上同时显示物体。
根据本发明的另一个方面，因为众多显示模式中的第二显示模式是可以通过图像处理部件来放大摄像机单元所拾取的图像的中心部分的显示模式，所以就可以更好的显示图像，并且比直接显示所拾取的图像更容易在显示部件中获得距离感。
根据本发明的另一个方面，因为显示模式包括多向成像合成显示模式，其可以通过图像处理部件放大被摄像机单元所拾取的图像的左右方向的至少一个，并且通过将图像左右部分的至少一个叠加并合成到显示部件的图像的特定部分区域来显示图像左右部分的至少一个。所以就可以极大地放大和显示在左右方向上的物体。
根据本发明的另一个方面，因为多向图像合成显示模式显示了由摄像机单元所拾取的至少一个图像，并且没有经过图像处理部件的任何处理过程，图像是通过图像处理部件放大了所拾取图像的包括中心部分的一部分并叠加合成在仅仅一个区域来获得。至少中心部分和左/右方向被扩大并显示在显示部件的屏幕上，大大提高了视觉确认。
根据本发明的另一个方面，因为装置带有操作部件，可以切换到很多显示模式中的至少一个。就可以根据司机自己的判断来自由地切换显示模式，非常方便。
根据本发明的另一个方面，切换控制部件控制了摄像机单元所拾取的图像在显示部件上的显示时间，切换控制部件选择摄像机单元所拾取的图像在显示部件上的显示区域，切换控制部件根据至少一个信号选择由图像处理部件对摄像机单元所拾取的图像进行处理的至少一个显示过程的内容。因此就可以根据车辆情况适当控制摄像机单元所拾取图像的显示时间。
根据本发明的另一个方面，因为图像处理部件在显示部件中显示预定的车辆信息，车辆信息包括车辆宽度、前进路径和在重叠图像上合成的距离等信息中的至少一种。所以就可以在司机停车或倒车的时候，不仅仅是根据车辆周围的图像还包括车辆本身的信息来给司机以支持。
根据本发明的另一个方面，当根据车速信号判断表明车速低于预定车速或更低的低速行驶以及根据挡位信号判断表明车辆低速倒车的时候，切换控制部件选择多向图像合成显示模式。因此在慢慢倒车或者在倒车时候停车时就可以在显示部件的屏幕上同时显示包括后面左右方向在内的多个方向的图像，非常方便。
根据本发明的另一个方面，当检测到有挡位信号表示车辆在起动后倒车的时候，切换控制部件选择普通显示模式。因此，当停车或停止后倒车(也就是，开始向相反方向移动)的时候就可以显示非常宽视野范围的图像，并且不会在显示部件上有任何死角，因此就可以实现安全倒车。
根据本发明的另一个方面，摄像机单元安装在车辆的前部，朝着前面的中心部分。
根据本发明的另一个方面，摄像机单元安装在车辆侧面，朝着侧面，如同23方面(twenty-third aspect)所述。
根据本发明的另一个方面，摄像机单元安装在车辆的角落，如同24方面所述。
根据本发明的另一个方面，因为显示部件以普通的显示模式显示拾取的图像，该图像是被图像处理处理发生像变的，所以就可以进行确定深度感觉的处理，例如，可以通过弯曲中间部分，其中可以进一步提高距离感地将所拾取的图像中显示在显示部件上。
图1是根据本发明实施例1所述的用来监视车辆周围的装置的结构图；图2是安装在图1中用来监视车辆周围的装置上的摄像机单元结构的纵向剖面图；图3是图2中的摄像机单元在车辆中安装方式的示意图；图4是图2中的摄像机单元在车辆中安装方式的示意图；图5是在图2中的摄像机单元上所安装的像变系统结构的示意图；
图6是表示在图5中像变变系统原理的示意图；图7是示意图，表示了图1中用来监视车辆周围的装置所拾取的一幅图像的显示例，并表示了在图像处理中设定的处理范围；图8是示意图，表示了图1中用来监视车辆周围的装置所拾取的一幅图像的显示例；图9是示意图，表示了由图1所示用来监视车辆周围的装置所拾取的一幅图像的图像处理的处理范围的设定例；图10是示意图，表示了图1中用来监视车辆周围的装置所拾取的一幅图像的显示例；图11是将摄像机单元安装在根据本发明的实施例2所示监视车辆周围的装置中的安装方式的示意图；图12是将摄像机单元安装在根据本发明的实施例2所示监视车辆周围的装置中的安装方式的示意图；图13是摄像机单元在根据本发明的实施例3所示的监视车辆周围的装置中的安装方式的示意图；图14是摄像机单元在根据本发明的实施例3所示的监视车辆周围的装置中的安装方式的示意图；图15是一个示意图，表示的是当车辆的周围被图13中所示的监视车辆周围的装置所监视时候的情况；图16是示意图，部分表示了图13中用来监视车辆周围的装置所拾取的一幅图像；图17是摄像机单元在根据本发明的实施例4所示的监视车辆周围的装置中的安装方式的示意图；图18是摄像机单元在根据本发明的实施例4所示的监视车辆周围的装置中的安装方式的示意图；图19是一个示意图，表示的是当车辆的周围被图17中所示的监视车辆周围的装置所监视时候的情况；图20是示意图，表示了图17中用来监视车辆周围的装置所拾取的一幅图像；
图21是摄像机单元的透镜系统的平面图，摄像机单元用在如本发明的第5实施例所述的、用来监视车辆周围的装置上；图22是图20中的透镜系统的侧视图；图23是在图21中的透镜系统中所安装的像变系统结构的示意图；图24是表示在图23中像变系统原理的示意图；图25是摄像机单元的透镜系统的平面图，摄像机单元用在如本发明的第6实施例所述的、用来监视车辆周围的装置上；图26是图25中的透镜系统的侧视图；图27是用在如本发明的第7实施例所述的、用来监视车辆周围的装置上的摄像机单元结构的示例图；图28是用在如本发明的第8实施例所述的、用来监视车辆周围的装置上的摄像机单元拾取范围的示意图；图29是用在如本发明的第8实施例所述的、用来监视车辆周围的装置所拾取的图像在第一显示模式下的显示例子；图30是用在如本发明的第8实施例所述的、用来监视车辆周围的装置所拾取的图像在第二显示模式和第三显示模式下的显示例子；图31是表示了本发明第9实施例所述的用来监视车辆周围的装置所拾取的一幅图像的示例的图；图32是表示本发明第9实施例所述的用来监视车辆周围的装置的经图像处理部分变形后的图像的图；图33是根据JP-A-2000-89301的摄像机在车上安装方式的示意图；图34是根据JP-A-2000-89301的摄像机在车上安装方式的示意图；以及图35是根据JP-A-7-285379的车辆后部确认装置所拾取图像的示意图。
具体实施例方式
(实施例1)图1是根据本发明实施例1所述的用来监视车辆周围的装置的结构图，图2是安装在图1中用来监视车辆周围的装置上的摄像机单元结构的纵向剖面图。如图1所示，监视车辆周围的装置带有一个摄像机单元1、一个显示部件3和一个控制器部件5。而且，在该实施例中，结构包括一个单独的摄像机1。但是，如图1中的虚线所示，结构也可以包括两个或更多摄像机单元。
摄像机单元1的结构如图2所示，其安装在车辆前部的中间部分，如图3和图4所示，其中摄像机单元1是用来拾取从车辆的前侧(包括从车辆的前端倾斜向下的部分)到左右两侧的很宽的视野范围A4内的图像。并且，摄像机单元1还由螺栓通过例如支架连接到车身上。
如图2所示，这样的摄像机单元1包括一个透镜系统11、一个拾取部件13和一个防水罩15，其中透镜系统11和拾取部件13位于防水罩15中。透镜系统11容纳在防水罩15中的状态是除了前端之外其整个部分都位于透镜罩17中，其中只有透镜位于前端的前侧25a暴露在防水罩15的前侧。拾取部件13可以是CCD结构的，其安装在防水罩15中的透镜系统11的后侧，与透镜系统11一起安装在基片19上。一个连接到防水插座21上的电缆23用来给摄像机单元1供电，并将控制信号传送给摄像机单元1，以及传送拾取图像信号。防水罩15通过使用O形环(未示出)来保持防水，而且摄像机单元1的内部部件可以不受风雨侵蚀。
透镜系统11带有第一到第三透镜组25、27和29。在下文中，一个透镜组可以包括至少一个透镜。透镜系统11在水平方向的视野角H可以设定为大于等于180度、小于等于270度(例如，可为190度)，在垂直方向的视野角V可以设定为例如71度，因此，在水平方向的视野角H与垂直方向的视野角V的比例，即H/V为2.7(H/V＝2.7)。因此，视野角度可以适应地与车辆周围监控图像相对应，其中在水平方向比垂直方向更宽。而且，上述水平方向和垂直方向的视野角H和V等于透镜系统11在拾取部件13的光接收平面上所形成图像的视野区域。
第一透镜组(广角透镜系统)25的结构是带有两个透镜25a和25b，这样就可以提供大于等于120度的视野，并且能提供负折射焦度。并且，其的一个特性是可以作为鱼眼转换透镜，用来将作为成像系统的第三透镜组29的视野范围转换到更宽的角度。因为第一透镜组25的结构是无焦系统，所以它就可以在如果有平行光线入射的时候在转换图像高度的同时发射出平行光线。在这里，第一透镜组25可以提供转换功能，这样图像的高度就缩短了(也就是说，这样图像角度变大了)。
第二透镜组(像变透镜)27带有两个透镜27a和27b(在这里，是柱面透镜)，它们设置在第一透镜组25的图像一侧，且构成像变系统，像变系统在水平方向和垂直方向上的放大率是不同的，其功能是在透镜系统11的长度和宽度上调整视野范围。在该实施例中，第二透镜组27在整个垂直方向上有负折射焦度，但在水平方向上没有任何折射焦度。在这里，第二透镜组27为一个无焦系统，并在长度方向和宽度方向上的象变率是大于等于1.5(例如，可以是2.0)。
更详细地说，第二透镜组27有相对于垂直方向的伽利略型部件，如图5所示，其中物体侧的透镜27a的焦距f1设定为f1＝12.7mm，图像侧透镜27b的焦距f2设定为f2＝-6.35mm，透镜27a和27b的间距设定为d＝f1-f2＝12.7-6.35＝6.35(在本表述中，f1和f2是绝对值)，因此无焦系统的放大率r为r＝f1/f2＝2.0。具体点说，如图6中所述，当光线沿着与垂直方向的入射角α1进入第二透镜组27的时候，光线的入射角α1与出射角α2之间的关系是r＝tanα2/tanα1＝2.0。结果，在拾取部件13上形成的图像被第二透镜组27在垂直方向上放大两倍。
由于这个原因，透镜系统11在垂直方向上的视野角V在不使用第二透镜组27的时候大约为142度。但是由于第二透镜组27的贡献，视野角V就变为71度。
第三透镜组(成像透镜系统)29具有三个透镜29a到29c，它们位于第一和第二透镜组25和27的图像侧。从视野区域A4中来的、并穿过第一和第二透镜组25和27的光线就成形在拾取部件13的光线接收平面上。
在本实施例中，虽然第一透镜组25是设置在第二透镜组27的物体一侧，但是也可以采用这样的结构，即第二透镜组27位于第一透镜组25的物体一侧，并构成系统11。
虽然，在透镜系统11中，考虑到在拾取部件13上形成的图像各个部分的图像高度和光线入射到各自的图像部分的图像角(相对于光轴的入射角)之间的关系，形成的结构最好使得图像高度相对于图像角度变化的变化量在上述图像的边缘部分要大于在中间部分。最好是，其结构使得当去掉第二透镜组27的时候，由透镜系统11在拾取部件13的光线接收平面上所形成的图像各个部分的图像高度Y和入射到各个部分的光线的图像角度θ满足的关系是Y＝pf·tan(θ/p)，参数p是1＜p＜4，透镜系统11的焦距为f。
详细来说，在本实施例中，由于上述参数p的值为2，并且使用了球面投影系统，所以透镜系统11使得上述图像高度Y和上述图像角度θ满足的关系是Y＝2f·tan(θ/2)。在该实施例中，因为第二透镜组27在水平方向上没有任何折射焦度，所以上述关系Y＝2f·tan(θ/2)就可以在插入了第二透镜组27的透镜系统11的水平方向上保持。也就是说，作为整个透镜系统11，在水平方向上偏离了形成在拾取部件13的光线接收平面上的图像的中心的各个图像部分的图像高度Y和与各个图像部分的光线的光轴所成的入射角满足上述关系Y＝2f·tan(θ/2)(但是，f是透镜系统11在水平方向的焦距)。因此，在水平方向上，在采集元件13的周围甚至在采集视野A4的周围可以极大地形成物体的图像被拾取部件13所拾取的视野范围A4的图像信号被输送到控制器部件5上，控制器部件通过电缆23安装在车辆的特定位置上。
显示部件3可以是一个液晶显示部件等，其安装在车辆上，通过控制控制器部件5来显示由摄像机单元1所拾取的图像。
控制器部件5的结构可以带有一个转换控制器部件5a和一个图像处理部分5b。根据司机的操作输入以及由各种输入信号所表示的车辆状态，就可以控制显示在显示部件3上的、由摄像机单元1所拾取的图像的显示时间，并可以选择在上述显示部件上所显示的摄像机单元1的视野范围A4内的显示范围，还可以选择要对上述在显示部件上所显示的图像进行处理的图像处理内容。切换控制器部件5a管理控制器部件5的控制内容。图像处理部分5b根据切换控制器部件5a所确定的内容对摄像机单元1所拾取的图像进行图像处理，同时使显示部件3显示这些内容。
如图1所示，切换控制器部件5a控制了显示部件3的显示内容等等，所依据的是由指令开关(未示出)为了操作而输入的操作信号、由车速传感器(未示出)输入的车速信号、关于换挡位置的挡位信号、用来检测点火开关状态的点火信号、由为了检测在车辆周围是否有障碍物的障碍物检测传感器(未示出)给出的障碍物检测信号、指示转向指示器工作状态的转向指示器信号和由为了检测转向角度的转向传感器(未示出)给出的转向角度信号中的至少一个。在显示部件3上显示的图像包括摄像机单元1所拾取的图像、导航装置31的导航图像和电视调谐器33所给定的电视图像，其中导航装置是用来提供到达目的地(包括操作导航装置31的图像)的路线指导，转换控制部分5a控制这些图象中的哪一个将要显示在显示单元3上。
在根据切换控制部件5a的指令图像处理部分5b所进行的图像处理中，例如，进行这样的处理，即至少摄像机单元1的视野范围A4的部分区域已经被剪切并去掉，所拾取图像的该部分至少进行了放大、收缩、移动、旋转或变形等图像处理中的至少一种，并且图像被显示在显示部件3上，同时，合成预定的重叠图像，该重叠图像在图像处理完成之后重叠到拾取图像上，并显示在显示部件3上。在这里，放大和收缩处理放大和缩小了图像的尺寸，并且图像显示在显示部件3上。在放大的情况下，执行符合放大的插值处理。移动处理移动了图像在显示部件3上的显示位置。旋转处理转换了当在显示部件3上显示图像的时候显示屏的显示角度。变形处理是对所拾取的图像的畸变进行补偿的补偿处理，该畸变是在拾取时形成的。要进行补偿的畸变包括由于例如透镜系统11的特性造成的透镜畸变。需要指出的是重叠图像包括标记等，用于相应于视野范围A4显示图像从摄像单元1的视野范围A4剪切的方向。
考虑到要详细显示摄像机单元1所拾取的图像的细节，例如，必须检查车辆前部的整个宽度，如图7所示，由摄像机单元1所拾取的视野范围A4的图像I1就要显示在显示部件3上。
而且，还必须要检查车辆前方左右的情况，跟图7中的视野范围A4的左右方向对应的两个切除区域(处理区域)D1和D2的图像就要被切掉并去除，其中放大处理和透镜畸变去除处理就要用于所切除和去掉的图像上。如图8所示，在左右方向上的处理后的图像I2和I3显示在显示部件3上。在图8所示的实施例中，在左右方向上的处理后的图像I2和I3在显示部件3的显示屏上并排显示。一个纵向直线的掩罩图像用来分割图像，该掩罩图像是被图像处理部分5b合成的，并且用特定颜色(例如，黑色)显示在图像I2和I3之间。而且，如图8所示，视野范围A4内每一个局部区域(例如，是切除区域D1和D2)的图像都被切除并去掉以便显示，图像处理部分5b合成一个以确认与视野范围A4的哪一个区域对应的重叠图像(未示出)，并叠加在相应的图象上而且显示出来。例如，当在左右方向上的图像I2和I3被切除并显示的时候，一个确认所显示的图象与在左右方向上的图像I2和I3相对应的标记重叠在图像上，并作为重叠图像显示出来。
而且，如图9的另一个实施例所示，在视野范围A4的拾取图像I1中要建立处理区域D3到D5，处理区域D3到D5的图像处理步骤彼此不同，以便图像显示。在图9所示的实施例中，视野范围A4沿着纵向被分成三个(左、中和右)处理部分D3到D5，左右两个处理区域D3和D5的图像I1a和I1c在水平方向上被放大了，并且被补偿以便去除透镜畸变。而且，中间处理区域D4的图像I1b要经过水平方向上的收缩处理，因此就提高了左右两个处理区域D3和D5的图像I1a和I1c的视觉确认。通过这个处理，如图10所示的图像I4就显示在显示部件3上。在如图10所示的图像I4中，左右两个处理区域D3和D5的图像I1a和I1c沿着水平方向被放大了，所以其视觉确认也就提高了。
下面，将详细介绍显示部件3的显示内容的控制操作的实施例。例如，在启动车辆的操作中，一个表示点火开关已经被打开的点火信号被出入到切换控制部件5a。然后，如果换挡位置被切换到D(驱动)位置，表示了切换到D位置的挡位信号被输入到转换控制部件5a上。响应点火信号和挡位信号的输入，视野范围A4所拾取的图像I1就根据控制器5的控制，按照图10所示的图像I4的显示形式显示在显示部件3上，这样，就确定了位于车辆前侧对角线下方的盲区。而且，当根据车速信号检测到车辆已经启动并且车速达到第一预定速度(例如，可以是10km每小时)，在控制单元5的控制基础上，显示部件3上的显示内容可以由所拾取的图像I1变成导航部件31的导航图像。如果在行驶过程中根据车速信号检测到车辆暂时停止或者车速降低到车速的第二预定速度(例如，可以是10km每小时)或更少，左右方向上的切除区域D1和D2的图像I2和I3就根据控制器5的控制，按照图8所示的显示形式显示在显示部件3上。
作为根据转向旋转角度信号或转向指示器信号的控制操作，一般认为，根据转向角度信号或者转向指示器信号，就可以检测到车辆是左转还是右转，所拾取的图像I1就按照图10所示的显示形式显示在显示部件3上以便检查左右方向。由于控制操作基于一个障碍物检测传感器的障碍物检测信号，例如，当安装在车辆前端(例如，位于车辆前面的左右角落上)的障碍物检测传感器检测到在车辆的周围有障碍物存在时，所拾取的图像I1就按照图10所示的显示形式显示在显示部件3上以便检查车辆的周围。由于控制操作基于一个照明信号，在夜晚，显示部件3的显示亮度可以根据照明信号而降低。
如上所述，根据本发明所述的摄像机单元1，因为透镜系统11是通过将第一透镜组(广角透镜组)25和第二透镜组(像变透镜系统)27组合形成的，其中第一透镜组在水平方向的视野角度为大于等于120度，第二透镜组的象变率为大于等于1.5，所以通过调整水平方向和垂直方向的视野角度就可以获得更宽的视野范围A4，同时，还能提高显示图像的视觉确认。例如，当第一透镜组25的视野范围内的周围部分(例如，包括了上部天空的部分)有多余部分的时候，那么就可以通过调整第二透镜组27的像变率(例如，通过放大在垂直方向的图像等等)来从形成在拾取部件13上的图像上去除多余部分(例如，上下周边部分)。因此，第一透镜组25的视野范围的有效部分(例如，包括了道路和建筑的部分)就在拾取部件13上以较大的图像尺寸表示，其中拾取部件13的像素可以有效地利用，图像质量也可以提高。
此外，通过摄像机单元1，因为在水平方向的视野角度设定为190度，所以就可以在水平方向上拾取更宽的视野范围A4。
而且，通过摄像机单元1，因为第一和第二透镜组25和27可以制成无焦系统，所以第一和第二透镜组25和27就可以结合到现有成像系统，其可以很容易地构成透镜系统11。
而且，通过摄像机单元1，因为透镜系统11的结构满足上述在水平方向上的关系Y＝2f·tan(θ/2)，所以就可以在拾取部件13上形成更大尺寸的周围物体的图像，即使在拾取的视野范围A4水平方向的周边部分。因此，就可以进一步提高目标图像在视野范围A4的水平方向上的周边部分的视觉确认。
此外，因为根据该实施例的、用于监视车辆周围的装置使用了如上所述的摄像机单元1，所以就可以获得车辆周围(也就是说，在该实施例中的车辆前面)更宽视野范围A4的拾取图像，并且该图像被以令人满意的视觉确认显示出来，这样就可以更好地监视车辆周围。
而且，可以根据车辆的情况采用各种不同的显示方法，其中摄像机单元1的拾取图像I1被部分切掉并去除，并按照图8所示的显示形式显示出来，或者是部分的缩小或放大，按照图10所示的显示形式显示出来。
还可以根据车辆的情况来适当地控制由摄像机单元1所拾取的图像在显示部件3中的显示时间。
而且，如同该实施例的变形那样，在摄像机单元1的透镜系统11结构中也可以去掉第一透镜组25。
(实施例2)图11和12是摄像机单元在根据本发明的实施例2所示的监视车辆周围的装置中的安装方式的示意图。在该实施例中，如图11和12所示，与第一实施例中的摄像机单元1几乎相同的摄像机单元1安装在车辆后部的中间，用来获取车辆后面(包括车辆后部对角线的下方)左右两侧的视野范围A5。其他结构与第一实施例中几乎相同，因此就省略对其的说明。
作为控制显示部件3显示内容转换的实施例，例如，当控制部件5根据挡位信号检测到换挡位置已经变为R(倒挡)位置的时候，显示部件3的显示内容从导航图像和电视图像转换到由摄像机单元1所拾取的图像，以便确认车辆的后部情况。这时，摄像机单元1所拾取的图像就翻转过来，并被图像处理部分5b根据左右方向进行处理，以便符合后部的镜象图像，并在显示部件3上显示出来。
因此，在该实施例中，就可以带来这样的效果，就可以拾取并显示车辆后侧更宽的视野范围A5的图像，并且视觉确认也提高了，因而可以防止与车辆后侧的障碍物发生碰撞。
(实施例3)图13和图14是摄像机单元在根据本发明的实施例3所示的监视车辆周围的装置中的安装方式的示意图。在该实施例中，如图13和14所示，与第一实施例中的摄像机单元1结构几乎相同的摄像机单元1安装在车辆角落(在该实施例中，是位于车辆前侧的左侧角落(例如，在保险杠的角部)中)，用来获取车辆角部周围的宽视野范围A6。其他结构与第一实施例中几乎相同，因此就省略对其的说明。
作为控制显示部件3显示内容转换的实施例，例如，当检测到安装在车辆后端左侧角落里的障碍物检测传感器(未示出)检测出在左侧角落部分的周围有障碍物的障碍物检测信号时，为了确认左侧角落部分周围的情况，显示部件3的显示内容被控制部分5控制从导航图像和电视图像转换到由摄像机单元1所拾取的图像。例如，如图15所示，当车辆沿着另一个车辆的后部或侧面移动的时候，如果从车辆前部左侧角落到另一车辆的距离减少到小于固定距离，那么就被障碍物检测传感器检测到，并且被通知控制部件5，这时显示部件3的显示内容就变成由摄像机单元1所拾取的图像I5，如图16所示。而且，图16表示摄像机单元1所拾取的图像I5的一部分，图16中的附图标记41表示车辆所接近的另一车辆的图像，附图标记41a表示车辆后部保险杠的图像。
在这样显示部件3中的显示内容的转变可以被指令开关(未示出)手动进行。
因此，在该实施例中，就可以拾取并显示车辆角落(在该实施例中，是车辆前端的左侧角落部分)周围更宽的视野范围A6的图像，并且也提高了视觉确认，这样就可以得到效果，即防止与车辆后侧的障碍物发生碰撞。
(实施例4)图17和图18是摄像机单元在根据本发明的实施例4所示的监视车辆周围的装置中的安装方式的示意图。在该实施例中，如图17和图18所示，结构与第一实施例中的摄像机单元1几乎相同的摄像机单元1安装在车辆侧面(在该实施例中，是位于车辆左侧的纵向中间部分(例如，在车门把手部分))，用来获取车辆侧面的宽视野范围A7。其他结构与第一实施例中几乎相同，因此就省略对其的说明。
在该实施例中，如果车辆周围的情况是如图19所示的情况(也就是说，车辆停在停车区域的情况)，因为摄像机单元1是安装在车辆的左侧面，如图20所示的图像I6被摄像机单元1拾取，并显示在显示部件3上。而且，附图20中的附图标记43表示车辆前侧轮胎的图像，附图标记45表示后侧轮胎的图像。
作为控制显示部件3显示内容转换的实施例，例如，要考虑根据指令开关(未示出)操作输入的转换控制和根据障碍物检测传感器(未示出)的障碍物检测信号的转换控制。
因此，在该实施例中，就可以拾取并显示车辆周围(在该实施例中，是车辆的左侧部分)宽视野范围A7的图像，也提高了视觉确认，并显示在显示部件上，这样就可以达到效果，即防止车轮陷落以及车辆与任何障碍物发生碰撞。
(实施例5)图21和图22是摄像机单元的透镜系统的平面图和侧视图，摄像机单元用在如本发明的第5实施例所述的、用来监视车辆周围的装置上。在本发明的用来监视车辆周围的装置与第一实施例中的用来监视车辆周围的装置的基本不同之处在于摄像机单元1的透镜系统11的结构，其中相同的部分使用相同的附图标记，并且其说明被省略。
在该实施例中，如图21和图22所示，构成了透镜系统11的第二透镜组27包括一个像变系统，其在水平方向上具有正折射焦度，但是在垂直方向上没有任何折射焦度。此外，在该实施例中，第二透镜组27包括一个无焦系统，其中长宽和宽度的象变率设定为例如大于等于1.5(例如，可以是2.0)。
更详细来说，根据该实施例的第二透镜组27在水平方向上具有一个逆伽利略结构，如图23所示，其中物体侧的透镜27a的焦距f1设定为f1＜0，图像侧的透镜27b的焦距f2设定为f2＞0，透镜27a和27b的间距设定为d＝f2-f1＞0(在本表达式中，f1和f2是绝对值)，因此无焦系统的放大率r为r＝f1/f2＜1。具体点说，如图24中所示，当光线沿着与水平方向的入射角α1进入第二透镜组27的时候，光线的入射角α1与出射角α2之间的关系是r＝tanα2/tanα1。结果，通过第二透镜组27，成形在采集元件13上的图像在水平方向上缩小。
由于这个原因，透镜系统11在水平方向上的视野角H在不使用第二透镜组27的时候相比就放大了。
与第一实施例中的第一透镜组25相同的一透镜组也可以用做第一透镜组25。但是，因为在水平方向上的视野角H被本实施例中的第二透镜组放大了，所以就可以使用一组广角转换放大率小于第一实施例中的第一透镜组25的透镜组。与上述第一实施例中的第三透镜组29相同的一透镜组可以作为第三透镜组29。
因此，在该实施例中，可以获得具有宽视野范围的显示图像，适当地相应于在水平方向和垂直方向上的区域，其需要作为视野区域，并且可以提高显示图像的视觉确认。也就是说，可以获得与上述第一实施例几乎完全相同的效果。
(实施例6)图25和图26是摄像机单元的透镜系统的平面图和侧视图，摄像机单元用在如本发明的第6实施例所述的、用来监视车辆周围的装置上。在本发明的用来监视车辆周围的装置与第一实施例中的用来监视车辆周围的装置不同之处仅在于摄像机单元1的透镜系统11的结构，其中相同的部分使用相同的附图标记，并且其说明被省略。
在本实施例中，摄像机单元1的透镜系统11带有第一和第二透镜组51和53，如图25和图26所示。
第一透镜组(像变透镜)51带有两个透镜(在这里，是柱面透镜)51a和51b，它们设置在透镜系统11的最前端且构成像变系统，其在水平方向和垂直方向上的放大率是不同的。在该实施例中，第一透镜组51整体上在水平方向上具有负折射焦度，但是在垂直方向上没有任何折射焦度。并且在长度方向和宽度方向上的象变率大于等于1.5。
第二透镜组53的功能是作为一个成像透镜系统，其带有五个透镜53a到53e，它们设置在第一透镜组51的图像一侧。第二透镜组53将来自视野范围的光线在采集元件13的光接收板上成像，该光线经过第一透镜组51。
通过这样的结构，在垂直方向上的视野角度V保持不变，而在水平方向上的视野角度H被第一透镜组51放大，其中摄像机单元1就可以在水平方向上拾取一个宽的视野范围。
因此，在该实施例中，可以获得具有宽视野范围的显示图像，适当地相应于在水平方向和垂直方向上的区域，其需要作为视野区域，同时并且可以提高显示图像的视觉确认。也就是说，可以获得与上述第一实施例几乎完全相同的效果。
(实施例7)图27是用在如本发明的第7实施例所述的、用来监视车辆周围的装置上的摄像机单元结构的示例图。在实施例7的用来监视车辆周围的装置与第一到第六实施例中的用来监视车辆周围的装置的任一个的不同之处仅在于摄像机单元1的透镜系统11和拾取部件13之间的设置关系，其中相同的部分使用相同的附图标记，并且其说明被省略。此外，图6表示的是透镜系统11等等的一种简单结构。
在根据该实施例的摄像机单元1中，透镜系统11的光轴61相对于穿过拾取部件13中心的中心法线63在垂直方向(例如，可以是向下)上移动了预定的偏离尺寸E。而且，光轴61与中心法线63保持平行。此外，形成在拾取部件13的不同视野范围A4到A7的图像是上下颠倒的。
因此，摄像机单元1的拾取方向在透镜系统11的光轴61的垂直方向上变化了。例如，在图6所示的结构中，透镜系统11的光轴61相对于拾取部件13的中心法线63向下移动，因此摄像机单元1的拾取方向就相对于透镜系统11的光轴61对角线向下翻转。结果，例如，拾取方向设定成相对于水平方向对角线向下翻转，其中透镜系统11的光轴61与水平方向保持平行。
因此，在该实施例中，可以获得具有宽视野范围的显示图像，适当地相应于在水平方向和垂直方向上的区域，其需要作为视野区域，同时可以提高显示图像的视觉确认。可以获得与上述第一到第六实施例几乎完全相同的效果。同时，还可以获得下面所述的效果。
也就是说，通过调整摄像机单元1的透镜系统11相对于拾取部件13的上述偏离尺寸E，就可以在垂直方向上改变摄像机单元1的拾取方向，因此就可以在透镜系统11的光轴61保持一固定方向(例如，水平方向)的状态下将摄像机单元1的视野范围A4到A7设定到适当的方向。例如，就可以很容易地调整天空部分在视野范围A4到A7中的比例。
此外，除了可以使得透镜系统11的光轴61相对于拾取部件13(或者是增加一个使光轴61发生偏离的结构)偏离，本实施例还可以采用以下结构作为改型，例如摄像机单元1的透镜系统11的光轴61是倾斜的，相对于水平方向朝着地面成一定的角度，拾取摄像机的拾取方向相对于水平方向是对角线向下的。
(实施例8)根据本发明的第八实施例所述用来监视车辆周围的装置的结构是可以在第一显示模式、第二显示模式和第三显示模式(多向成像显示模式)之间切换，其中第一显示模式(普通显示模式)是可以通过使用超广角透镜系统11例如鱼眼透镜等来在没有死角的很宽范围内提供视频图像，第二显示模式(放大显示模式)是在特定情景的所需范围内放大和显示视频图像，特定情景是当在车库或停车场纵向停车的时候需要距离感。而且，在该实施例中与上述实施例中类似的部件采用相同的附图标记。
如同图1所示的实施例1，监视车辆周围的装置带有一个摄像机单元1、一个显示部件3和一个控制器部件5。
在这些部件中，摄像机单元1大体固定在后部的中间，详细点说，可以通过螺栓和在图11中所显示的第二实施例中的支架(未示出)固定在例如车辆后部的中间部分上，因此就可以拾取从车辆后侧的后表面到左右方向上的很宽的视野范围。
而且，如图2所示的第一实施例中的摄像机单元1的结构是，透镜系统11在水平方向的视野角H可以设定为大于等于180度(例如，可为190度)，该光学系统就比使用普通的鱼眼透镜具有更大周围部分的信息量，这样摄像机单元1就可以在单个的图像17中同时拾取车辆后方左右两侧的视频图像和车辆后部下侧的视频图像，如图28所示，摄像机单元1所拾取图像也可以按照第一显示模式在显示部件3上显示。
整个摄像机单元1都位于防水罩15中，防水罩通过使用O形环(未示出)来使摄像机单元1不受风雨侵蚀，只有前端部分的透镜25a的前端部分伸出到防水罩15的前端之外。
例如，在透镜系统11中，在拾取部件13的光线接收平面上所形成的图像各个部分的图像高度Y和入射到各个部分的光线的图像角度θ满足的关系是Y＝pf·tan(θ/p)，参数p是1＜p＜4，透镜系统11的焦距为f，上述参数P设定成例如2，并采用立方投影法，透镜系统11的结构是，上述图像高度Y和图像角度θ满足的关系是Y＝2f·tan(θ/2)。因此，水平方向上周围的物体就可以大大地形成在拾取部件13上，并且，还可以提高靠近侧面的物体的视觉确认。
形成在拾取部件13表面上的周围图像被传送给控制部件5的图像处理部分5b上，并且进行图像处理。
而且，在上述第二显示模式中，如图28所示，通过一个拾取部件获得图像17的中心部分61被切出，并被控制部件5的图像处理部件5b去除，同时，例如通过插值象素，图像结构的中心部分被部分放大，从而相对于鱼眼透镜的透镜系统11获得的图像，可以较容易地感受到一个感观距离。图29表示的是按照第二显示模式的图像18的示例。
而且，第三显示模式不仅仅是放大了图29中车辆后部的图像，而且还放大了图30所示的透镜系统11所获得的图像的左右两端的图像I9b和I9c(车辆后侧左右两侧的图像)，同时叠加如图29所显示的第二显示模式中图I9a的左右上半部分的图像，这样司机就可以注意从车辆后侧的左右两边死角所接近的物体。同时，在显示部件3上本来应该显示的区域不显示透镜系统11所获得的图像左右两端的图像I9b和I9c，但是插值像素，会扩大这些图像，同时，它们的坐标就会变换，这样。图像I9b和I9c所拾取的物体在垂直方向上的实际坐标就会与显示部件3上垂直方向上的坐标一致。这些图像I9b和I9c的放大和它们坐标的变换是通过控制部件5的图像处理部件5b实现的。
第一显示模式或第二显示模式或第三显示模式可以被图1所示的控制部件5的切换控制部分5a控制切换。也就是说，如图1所示，切换控制部分5a根据被指令开关(未示出)输入的操作信号、车速传感器输入的车速信号、确定换挡位置的挡位信号、检测点火开关状态的点火信号、用来检测车辆周围是否有障碍物存在的障碍物传感器(未示出)的障碍物检测信号、表示转向指示器状态的方向指示信号和用来检测转向角度的转向传感器的转向角度信号等信号中的至少一个来控制显示部件3上的显示内容。
例如，当车辆的前端向前停放在车库中的时候，司机就很难直接和可视地确认车辆后方左右两侧的情况，当输入点火信号的时候，并且挡位信号从表示停车的信号变成R(倒挡)信号，包括死角在内的车辆整个后面周围的图像就被摄像机单元1拾取，并按照第一显示模式显示在显示部件3上。因此，当司机在停车或停止后开始倒车的时候，在显示部件上就可以显示车辆后面的图像，该图像以很宽的视野范围被拾取，并且在整个范围内都没有任何死角。例如，因为它可以确认靠近自己车辆的其他车辆和行人，所以就可以实现安全倒车。
而且，它还可以根据车速信号来判断车辆是否比预定车速低的车速行驶(包括前进和后退)，当低速行驶的时候是否挡位信号变为R(倒挡)，所以就可以判断车辆是否是准备停车或倒车，其中一个图像就按照第二显示模式被显示出来(图29)，其中该图像已经经过图像处理以便很容易的获得距离感，车辆后面的放大图像和经过图像处理的、车辆后面的左右两侧图像I9b和I9c都同时按照第三显示模式显示出来(图30)，这样司机就可以注意从车辆后侧的左右两边死角所接近的物体。
这样，由于显示部件3上的显示内容根据指令开关的操作信号、车速传感器的车速信号、确定换挡位置的挡位信号、点火信号、障碍物传感器的障碍物检测信号、方向指示信号和转向传感器的转向角度信号等信号中的至少一个进行控制，所以就可以根据车辆的各种情况在显示部件3中适当地自动切换。因此就非常方便。
因此，第二显示模式和第三显示模式就可以被司机的特定操作来切换。例如，用一个触摸显示部件作为显示部件3，当显示在每个图像I8和I9的一部分(例如，在右下方)上的一个切换图标被压下的时候，一个显示模式就切换成另一个显示模式。详细来说，在第二显示模式的屏幕(图29)上显示了一个切换到第三显示模式的图标63，例如表示了“三个方向”，在第三显示模式的屏幕上显示了一个切换到第二显示模式的图标65，例如表示了“宽”，当在第二显示模式和第三显示模式中的切换图标63和65被触摸操作的时候，显示模式就切换到另一种显示模式。这样，用一个触摸显示部件作为显示部件3，就可以通过触摸显示部件3的屏幕来切换显示模式。但是，如果没有用一个触摸显示部件作为显示部件3，就可以在显示部件3的旁边设置一个切换开关(未示出)，通过操作这个切换开关第二显示模式和第三显示模式就可以进行切换。通过使用例如上述切换图标或切换开关等操作部件，就可以根据司机的需要很容易地切换显示部件3上的显示模式。
也可以采用这种结构，例如车辆宽度、前进路径、距离等等的车辆本身的信息也可以作为字符信息叠加并合成在屏幕上，并作为除了摄像机单元1所获得的图像I7、I8和I9之外的图像显示在显示部件3上，因此就可以总体地帮助司机按照字符信息停车或倒车。
其他结构与第一实施例的相同，所以就省略了介绍。
而且，在该实施例中，因为使用的鱼眼透镜在透镜系统11中的水平方向上的视野角为大于等于180度，所以不仅可以在第一显示模式下拾取在水平方向上的很宽的视野范围，而且在第三显示模式下也可以在没有任何障碍的情况下拾取后面左右两侧的图像I9b和I9c。
此外，因为在第二和第三显示模式中，必需部分的图像I8和I9(I9a、I9b和I9c)被控制部件5的图像处理部分5b放大，并显示在显示部件3上，所以就可以在拾取部件上以比较大的尺寸形成物体的图像，同时提供各种显示方式，其中也可以很容易获得距离感。特别是，在第三显示模式中，因为不仅仅车辆正后方的图像I9a，而且还有后方左右两侧的图像I9b和I9c都被放大并显示，这些模式都可以在车库停车或沿着纵向一条线停车的时候被有效利用。
而且，因为显示部件3的显示内容根据指令开关的操作信号、车速传感器的车速信号、确定换挡位置的挡位信号、点火信号、障碍物传感器的障碍物检测信号、方向指示信号和转向传感器的转向角度信号等信号中的至少一个进行控制，所以就可以根据车辆的各种情况在显示部件3中适当地自动切换。因此就非常方便。
特别是，不仅仅是如果检测到发动机启动后立刻换挡位置被切换到R(倒挡)的时候车辆的整个后部都按照第一显示模式正常显示，而且预定的范围还被从视野中切掉并去除，当停车和倒车时换档位置信号转变为指示R(倒档)的信号时，则放大、旋转和插值该预定范围，图像I8按照第二显示模式被放大显示，在三个方向上的图像I9a、I9b和I9c同时按照第三显示模式被显示。因此，就可以自动显示图像I7、I8和I9，这样司机就可以方便地视觉确认车辆周围的情况。
此外，由于显示模式(第二显示模式和第三显示模式)可以通过对显示部件3上的切换图标的操作或设置在显示部件3上的切换开关的操作来选择切换，所以就可以根据司机的需要很容易地在显示部件3上切换显示模式。
而且，因为例如车辆宽度、前进路径、距离等等的车辆本身的信息也可以作为字符信息叠加并合成在屏幕上，并显示在显示部件3上，所以就可以总体地帮助司机除了按照图像I7、I8和I9之外，还可以按照字符信息停车或倒车。
而且，在第八实施例中，摄像机单元1被安装在车辆后部的大体中间，并且拾取从车辆后侧的前端到左右方向上的很宽的视野范围A5。除此之外，摄像机单元1还可以安装在车辆前部的大体中间、车辆的侧面或角落。而且在第一到第七实施例中，摄像机单元1还可以安装在可以拾取车辆周围情况的任何位置上。
而且，在第八实施例中，在三个方向上的图像I9a、I9b和I9c按照第三显示模式(多向成像显示模式)被重叠并合成在显示部件3上。但是，也可以采用两个或四个或更多方向的图像重叠、合成并显示。
此外，在第八实施例的第三显示模式(多向成像显示模式)中，左右图像I9b和I9c重叠并合成在放大图像I9a中，并显示在显示部件3上。但是后部左右图像I9b和I9c可以重叠并合成在图像I7中(图28)，图像I7被拾取部件拾取，并不经过任何处理显示正在显示部件3上。
(实施例9)在上述各个实施例中，在视野范围内边缘的物体都是显示得比普通鱼眼透镜要大。但是，在这种情况下，相反的是，中间部分物体的变形是很微小的，司机感觉这些物体比实际要远，这样就很难获得准确的距离感。
因此，在根据第九实施例的用来监视车辆周围的装置中，被摄像机单元1拾取的图像是发生象变的，这样图像的中间部分就被控制部件5的图像处理部件5b放大，同样的被显示在显示部件3上，或者所拾取的象变图像就重叠并合成在局部区域，并在上面显示出来。
例如，假设图31所显示的图像是被摄像机单元1拾取的图像，被控制部件5的图像处理部件5b进行象变处理的图像就显示在图32中。在图32中，中间部分被放大到大于周围部分。这样，因为中间部分被放大发生象变，所以当看着显示部件3的时候就很容易获得物体的距离。而且，是中间部分发生象变比仅仅扩大中间部分并显示它们要方便得多，因为司机可以有接近中间部分物体的感觉。也就是说，通过例如弯曲中间部分来得到透视感觉，就可以在显示部件3上显示拾取图像，同时更加容易获得距离感。
权利要求
1.一个摄像机单元包括一个拾取部件；一个透镜系统，从特定视野范围进入到拾取部件上的光线被成像；透镜系统包括一个第一透镜系统，其在水平方向的视野角为大于等于120度；以及一个象变率为大于等于1.5的像变透镜系统。
2.根据权利要求1所述的摄像机单元，其特征在于在水平方向的视野角为大于等于180度，小于等于270度。
3.根据权利要求1所述的摄像机单元，其特征在于根据在拾取部件上形成的图像各个部分的图像高度和光线入射到各自的图像部分的图像角之间的关系，透镜系统构造的最好使得图像高度相对于图像角度变化的变化量在上述图像的边缘部分要大于图像中间部分。
4.根据权利要求3所述的摄像机单元，其特征在于透镜系统构造的是在水平方向在拾取部件的光线接收平面上所形成的、偏离图像中心的各个部分图像高度Y和入射到各个部分的光线的图像角度θ满足的关系是Y＝pf·tan(θ/p)参数p是1＜p＜4，透镜系统在水平方向的焦距为f。
5.根据权利要求4所述的摄像机单元，其特征在于参数p设定为2。
6.根据权利要求1所述的摄像机单元，其特征在于像变透镜系统使得在拾取部件上形成的图像在水平方向上缩小。
7.根据权利要求1所述的摄像机单元，其特征在于像变透镜系统使得在拾取部件上形成的图像在垂直方向上放大。
8.根据权利要求1所述的摄像机单元，其特征在于透镜系统的一光轴在垂直方向上相对于拾取部件的中心偏离。
9.一种可以用在车辆上、用来监视车辆周围的摄像机单元和装置，其包括如权利要求1所述的摄像机单元，用来拾取车辆周围；一个显示部件，可以显示被摄像机单元所拾取的图像；一个图像处理部件，可以对摄像机单元所拾取的图像的至少一部分进行至少一项图像处理，并且可以显示图像的至少一部分，还可以同时合成一定的重叠图像，并且可以将预定重叠图像在进行完至少一项图像处理之后重叠到所拾取的图像上；以及一个切换控制部件，其可以控制摄像机单元所拾取的图像在显示部件上的显示时间，并且可以在摄像机单元的视野内选择在显示部件上的显示范围，并且能选择根据至少一个信号所进行的至少一个图像处理内容。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于摄像机单元的透镜系统的光轴相对于水平方向是向地面一侧倾斜的。
11.一种可以安装在车辆上、用来监视车辆周围的摄像机单元和装置，其包括如权利要求1所述的摄像机单元，用来拾取车辆周围；一个显示部件，可以显示被摄像机单元所拾取的图像；还有一个切换控制部件，可以将在显示部件上显示的、由摄像机单元所拾取的图像的显示模式在多个显示模式中切换；以及一个图像处理部件，可以对摄像机单元所拾取的图像的至少一部分在切换控制部件的至少一种显示模式中进行包括扩大、缩小、移动、旋转和变型等图像处理中的至少一项。
12.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于显示模式包括普通显示模式，在这种模式下图像是被摄像机单元拾取的，没有经过图像处理部件的任何处理过程，并且图像是显示在显示部件上。
13.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于显示模式包括一个放大显示模式，其通过图像处理部件可以放大一个部分，该部分包括摄像机单元所拾取的图像的中心部分。
14.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于显示模式包括多向图像合成显示模式，其可以通过图像处理部件放大被摄像机单元所拾取的图像的左右方向的至少一个，并且通过将图像左右部分的至少一个叠加并合成到显示部件的图像的特定部分区域来显示图像左右部分的至少一个。
15.根据权利要求14所述的监视车辆周围的装置，其特征在于多向图像合成显示模式显示了由摄像机单元所拾取的至少一个图像，并且没有经过图像处理部件的任何处理过程，图像是通过图像处理部件放大了所拾取图像的中心部分并叠加并合成在仅仅一个区域来获得。
16.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于还包括一个操作部件，可以切换到多个显示模式中的至少一个。
17.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于切换控制部件控制了摄像机单元所拾取的图像在显示部件上的显示时间，切换控制部件选择摄像机单元所拾取的图像在显示部件上的显示范围，以及切换控制部件根据至少一个信号选择由图像处理部件关于所拾取的图像进行的至少一个显示过程的内容。
18.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于图像处理部件通过合成为重叠图像在显示部件中显示预定的车辆信息，包括关于车辆宽度、前进路径和距离等信息中的至少一种。
19.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于摄像机单元安装在车辆的后部，朝着后面的中间部分。
20.根据权利要求19所述的监视车辆周围的装置，其特征在于当根据车速信号表明车速低于预定车速或更低以及挡位信号切换到表明车辆低速行驶倒车的时候，切换控制部件选择多向图像合成显示模式。
21.根据权利要求19所述的监视车辆周围的装置，其特征在于当检测到挡位信号表示车辆在起动后倒车的时候，切换控制部件选择普通显示模式。
22.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于摄像机单元安装在车辆的前部，朝着前面的中间部分。
23.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于摄像机单元安装在车辆侧面，朝着侧面。
24.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于摄像机单元安装在车辆的角部。
25.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于显示部件显示的拾取图像是被图像处理部件处理在普通显示模式下发生象变的。
26.根据权利要求11所述的监视车辆周围的装置，其特征在于显示部件通过在部分区域叠加和合成已经形成象变的图像来显示被图像处理部件形成象变的拾取图像。
27.根据权利要求9所述的监视车辆周围的装置，其特征在于至少一个图像处理包括放大、缩小、移动、旋转和变形。
28.根据权利要求9所述的监视车辆周围的装置，其特征在于所述至少一个信号包括车速信号、挡位信号、转向角度信号、方向指示信号、点火信号和来自障碍物检测传感器的障碍物检测信号。
29.根据权利要求17所述的监视车辆周围的装置，其特征在于所述至少一个信号包括车速信号、挡位信号、转向角度信号、方向指示信号、点火信号和来自障碍物检测传感器的障碍物检测信号。
全文摘要
在摄像机单元中，透镜系统是通过将第一透镜组(广角透镜组)、第二透镜组(像变透镜系统)和第三透镜组(成像透镜系统)组合形成的，其中第一透镜组在水平方向的视野角度为大于等于120度，第二透镜组的象变率为大于等于1.5。这样构成的透镜系统可以使得图像高度相对于图像角度变化的变化量在上述图像的边缘部分要大于图像中间部分。
文档编号B60R1/00GK1637578SQ20041008226
公开日2005年7月13日 申请日期2004年9月8日 优先权日2003年9月8日
发明者井本政善, 松井昭宪 申请人:株式会社自动车电网络技术研究所, 住友电装株式会社, 住友电气工业株式会社