一种摄像头及摄像头除雾方法与流程

1.本发明涉及摄像头技术领域，具体讲的是一种摄像头及摄像头除雾方法。


背景技术：

2.随着智能驾驶技术的不断发展，汽车搭载的摄像头模组不断增加，如adas辅助系统、cms后视系统、倒车影像摄像头、驾驶员记录摄像头等，其中位于汽车外侧的摄像头常常面临寒冷、潮湿天气的考验，会存在镜头起雾的问题，尤其是在雨雪天或是寒冷天气，水汽极易凝结在镜头上。
3.针对水汽极易凝结在镜头上的缺陷，现有技术公开了一种自主除雾型车载摄像头，通过在摄像头本体镜头前端嵌设安装除雾环套，除雾环套侧壁上环形分布多个延伸至环形加热腔内侧的吸附管，吸附管内部嵌设有吸湿纤维棉，当镜头前存在水雾、水滴时，吸湿纤维棉对水分吸附，位于环形加热腔内侧的湿度传感器检测到吸湿纤维棉的湿度变化，将信号传递给加热丝以及换气机构，多个加热丝启动加热，环形加热腔内部温度升高，高温使得感温形变体弯曲收缩，拉动吸湿纤维棉向环形加热腔内侧运动，裸露出吸附管的外端部，此时利用换气机构对环形加热腔内进行供气，被加热后的气体通过多个通风孔向外溢出，以实现对镜头前的水雾、水滴进行干燥处理。
4.采用上述方式除水汽或水雾还存在以下缺陷：1、加热丝加热不均匀，且加热丝仅在摄像头的镜头侧面围了一圈，加热面与镜头面是法向垂直的关系；因此采用加热丝加热的过程中，由于镜头中心距离发热面最远，最容易残留水雾，残留的水雾也会影响摄像头的成像效果；2、若加热温度太高则会影响摄像头的成像效果(普通摄像头工作温度是-20～70℃，车载摄像头-40～85℃)，加热丝加热的温度往往会高达95℃，甚至超过95℃，因此对成像影响很大，容易出现掉帧、画面模糊的情况。


技术实现要素：

5.为解决上述缺陷，本发明提供一种自动除雾除霜且不影响摄像头成像的摄像头。
6.一种摄像头，所述摄像头包括壳体、设置在壳体底部的控制模块、设置在壳体内并与所述控制模块电连接的温湿度传感器、设置在壳体内并与所述控制模块电连接的镜头组件以及设置在镜头组件上方并与控制模块电连接的加热模块，所述温湿度传感器用于监测温度值和湿度值，所述镜头组件用于拍摄画面，加热模块包括设置在镜头组件上方与所述控制模块电连接的透明加热膜，所述透明加热膜用于摄像头的加热烘干。
7.本发明的摄像头的优点和有益效果：镜头组件实时拍摄画面并将画面传输至控制模块，控制模块会对拍摄的画面进行成像模糊判断，当判断该成像处于模糊的时候，就会下达命令给透明加热膜，透明加热膜开始加热烘干，防止因特殊天气或是极端天气导致的水雾或水汽；温湿度传感器可以实时检测摄像头的温度值和湿度值变化，当温度值或湿度值达到相应的阈值时，也会触发透明加热膜工作，成像模糊判断和温湿度检测判断的双保险检测，大大减少了摄像头水雾或水汽的出现，透明加热膜为整面加热，加热均匀，因此该摄
像头在烘干消除水雾或水汽的同时也不会影响摄像头的最终成像。
8.优选地，所述加热模块还包括设置在透明加热膜一侧的fpc，所述fpc的一端与所述透明加热膜电连接，所述fpc的另一端与所述控制模块电连接，所述透明加热膜包括第一保护膜层、设置在第一保护膜层下表面的第一微电路层、设置在第一微电路层下表面的基材层、设置在基材层下表面的第二微电路层以及设置在第二微电路层下表面的第二保护膜层。这样设置，加热模块具有对摄像头内部环境进行加热烘干以达到去除水雾或水汽的效果，fpc用于透明加热膜的电连接，相对于普通线束，fpc具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点；第一微电路层和第二微电路层用于通电加热，基材层用于承载第一微电路层和第二微电路层，同时用第一保护膜层和第二保护膜层贴付保护第一微电路层和第二微电路层，防止安装过程、震动或其他因素导致第一微电路层和第二微电路层损坏，增加透明加热膜的使用寿命。
9.优选地，所述第一微电路层和所述第二微电路层均采用金属蚀刻形成，且金属线宽小于1μm，单层线路密度低于50％。这样设置，可实现透明加热膜85％至90％以上的透过率，大大减少了透明加热膜对摄像头成像的影响。
10.优选地，所述基材层的材料为柔性薄膜材料。这样设置，可以减少透明加热膜对摄像头成像的影响。
11.优选地，所述基材层的材料为pet或pi。这样设置，pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯，俗称涤纶树脂)可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小，pi(聚酰亚胺)耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，可以很好适配摄像头的工作温度。
12.优选地，所述壳体包括外壳、设置在外壳下端用于镜头组件调焦的音圈马达以及设置在音圈马达下端的镜座，所述外壳上表面中部设有贯穿外壳的放置孔，所述放置孔内设置有盖板玻璃，所述透明加热膜设置在所述盖板玻璃的下表面，所述镜头组件设置在音圈马达内并位于所述透明加热膜下方。这样设置，由于是在摄像头内部进行加热，且透明加热膜设置在镜头组件的上方，并位于盖板玻璃的下表面，因此两个容易产生水雾的面都距离透明加热膜很近，这种方式加热效果最好，除雾和除水汽的效率最高，加热时也不需要太高的温度。
13.本发明还提供一种摄像头除雾方法，应用上述摄像头，包括：
14.s1、摄像头实时拍摄画面，同时温湿度传感器实时监测摄像头内部环境的温度值和湿度值，并进入步骤s2；
15.s2、控制模块对实时获取的画面进行成像模糊判断，若画面清楚则进入步骤s3，若画面模糊则进入步骤s4；
16.s3、进行温湿度检测，控制模块实时获取温度值和湿度值，获取的温度值对比温度阈值，同时获取的湿度值对比湿度阈值，若温度值大于温度阈值，同时湿度值小于湿度阈值，返回步骤s1，若温度值小于温度阈值或湿度值大于湿度阈值，则进入步骤s4；
17.s4、设置在盖板玻璃下表面且位于镜头组件上方的透明加热膜开始加热，进入步骤s5；
18.s5、加热过程中进行温湿度检测，若温度值大于温度阈值，同时湿度值小于湿度阈值，则透明加热膜停止工作并返回步骤s1，若温度值大于温度阈值或湿度值小于湿度阈值，
则返回步骤s4；
19.所述温度阈值为预设的温度值，所述湿度阈值为预设的湿度值。
20.本发明方法的优点和有益效果：步骤s1中，将摄像头实时拍摄的画面、摄像头的温度值以及摄像头的湿度值同时作为是否进行加热的判断依据，可以更有效的保证摄像头水雾或水汽的清除，水雾或水汽的产生一方面是受当下常规天气的影响，当环境温度低(例如10摄氏度以下时)或环境湿度高(例如湿度高于95％)时就会产生水汽或水雾，这时只要获取温度值或湿度值，然后对其进行对比检测就能判断水雾或水汽是否即将形成，水雾或水汽即将形成时通过对环境加热烘干的方式来进行消除，另一方面摄像头也会受到一些特殊天气的影响，例如一些极端天气，温度值没有达到温度阈值或湿度值没有达到湿度阈值，摄像头就开始起雾，如果只是通过温度值或湿度值来判断是否需要加热的话，就会达不到最终除雾或除水汽的效果。
21.步骤s2中，将拍摄的画面进行成像模糊判断作为判断是否进行加热的条件之一，这样可以保证摄像头在极端环境下或特殊环境下也能正常使用。
22.步骤s3中，通过温湿度传感器来检测摄像头内部环境的温度值和湿度值，并传输给控制模块，控制模块将获取的温度值对比设定的温度阈值，判断摄像头内部温度是否达到需要加热除雾或除水汽的要求；步骤s4则是通过透明加热膜开始对摄像头进行加热，通过加热烘干的方式来去除水汽或水雾。
23.步骤s5是加热过程中进行温湿度检测，采用加热的方式将摄像头内部进行加热烘干，以达到去除镜头上的水雾或水汽的效果，加热工程中控制模块会继续通过温湿度传感器采集摄像头内部环境的温度值和湿度值，只有当温度值大于温度阈值且湿度值小于湿度阈值的时候，加热模块才会停止加热，否则会持续加热；采用该摄像头除雾方法不仅可以有效去除摄像头的水汽和水雾，通过将摄像头实时拍摄的画面和摄像头内部环境的温度值以及湿度值同时作为是否进行加热的判断依据，这样可以保证摄像头在极端环境下或特殊环境下也能正常使用而不会出现画面模糊的情况。
24.优选地，所述摄像头采用主动对焦摄像头，步骤s2包括如下步骤：s21、控制模块对获取的画面进行成像模糊判断，若画面模糊，则进入步骤s22，若画面清楚则进入步骤s3；s22、自动对焦摄像头自动调整焦距，调整焦距后自动对焦摄像头拍摄二次画面，进入步骤s23；s23、进行成像模糊判断，控制模块对获取的二次画面进行成像模糊判断，若二次画面清楚则进入步骤s3，若二次画面模糊，则进入步骤s4。这样设置，主动对焦摄像头会根据拍摄的画面模糊程度自动调整镜头的焦距，从而使画面变得清晰，主要是通过内置在控制芯片的算法来进行计算和控制，由于对拍摄的画面进行了两次模糊判断，可以进一步增加判断的精度。
25.优选地，所述步骤s3中，若温度值大于温度阈值，同时湿度值小于湿度阈值，间隔5-60秒后返回步骤s1；所述步骤s5中，若温度值大于温度阈值，同时湿度值小于湿度阈值，则透明加热膜停止工作后间隔5-60秒返回步骤s1。这样设置，步骤s3中判断温度值和湿度值均未达到形成水雾或水汽的条件时会间隔5-60秒返回步骤s1，,步骤s4中加热膜完成加热动作后也会间隔5-60秒后返回步骤1，不同场景的水汽或水雾的产生时间大概在5-60秒，因此这样设置后可以在水雾或水汽形成的过程中及时加热，以达到去除水雾或水汽的效果。
附图说明
26.图1为本发明的摄像头除雾方法的流程图；
27.图2为本发明的摄像头除雾方法的详细流程图；
28.图3为本发明的摄像头的除雾方法用于车载时的详细流程图；
29.图4为本发明的加热模块的结构图；
30.图5为本发明的透明加热膜的截面剖视图；
31.图6为本发明的加热模块与温湿度传感器的配合图；
32.图7为本发明的摄像头的轴测图；
33.图8为本发明的摄像头的爆炸图；
34.图9为本发明的摄像头的半剖视图。
35.1、外壳；2、音圈马达；3、镜座；4、盖板玻璃；5、透明加热膜；6、fpc；7、温湿度传感器；8、镜头组件；9、总线fpc；10、连接器；101、放置孔；501、第一保护膜层；502、第一微电路层；503、基材层；504、第二微电路层；505、第二保护膜层。
具体实施方式
36.如图7、图8和图9所示，本发明公开了一种自动除雾除霜且不影响成像的摄像头，包括壳体、设置在壳体底部的控制模块、设置在壳体内并与控制模块电连接的温湿度传感器7、设置在壳体内并与控制模块电连接的镜头组件8以及设置在镜头组件8上方并与控制模块电连接的加热模块，温湿度传感器7用于监测温度值和湿度值，镜头组件8用于拍摄画面，加热模块包括设置在镜头组件8上方与控制模块电连接的透明加热膜5，透明加热膜5用于摄像头的加热烘干。
37.镜头组件8实时拍摄画面并将画面传输至控制模块，控制模块会对拍摄的画面进行成像模糊判断，当判断该成像处于模糊的时候，就会下达命令给透明加热膜5，透明加热膜5开始加热烘干，防止因特殊天气或是极端天气导致的水雾或水汽；温湿度传感器7可以实时检测摄像头的温度值和湿度值变化，当温度值或湿度值达到相应的阈值时，也会触发透明加热膜5工作，成像模糊判断和温湿度检测判断的双保险检测，大大减少了摄像头水雾或水汽的出现，透明加热膜5为整面加热，因此加热均匀，因此该摄像头在烘干消除水雾或水汽的同时也不会影响摄像头的最终成像。
38.如图4所示，加热模块包括透明加热膜5和设置在透明加热膜5一侧的fpc6，fpc6的一端与透明加热膜5电连接，fpc6用于透明加热膜5的电连接，相对于普通线束，fpc6具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点，透明加热膜5包括第一保护膜层501、设置在第一保护膜层501下表面的第一微电路层502、设置在第一微电路层502下表面的基材层503、设置在基材层503下表面的第二微电路层504以及设置在第二微电路层504下表面的第二保护膜层505；第一微电路层502和第二微电路层504采用pct材料、纳米银、石墨烯、分散剂、粘结剂等材料混合，通过涂布、蚀刻的工艺形成微电路层即可，上述材料形成的平面涂层自身透过率便可达到70％以上，给第一微电路层502和第二微电路层504通电，通过焦耳定律将电能转化为热能，以实现加热的功能，从而达到消除镜头水雾的目的；通过基材层503用于承载第一微电路层502和第二微电路层504，同时用第一保护膜层501和第二保护膜层505贴付保护第一微电路层502和第二微电路层504，防止安装过程、震动或其他因素导致第一微电路层
502和第二微电路层504损坏，增加透明加热膜5的使用寿命，第一微电路层502和第二微电路层504上有蚀刻的金属丝，通过金属丝的通电发热来达到最终的烘干加热效果温湿度传感器7电连接在fpc6的一端，fpc6的另一端与控制模块电连接，充分利用fpc6的配线密度高、重量轻、厚度薄的特点，减少线束的使用，节约成本。
39.如图5所示，为进一步优化上述方案，第一微电路层502和第二微电路层504均采用金属蚀刻形成，且金属线宽小于1μm，单层线路密度低于50％，金属线宽不超过1μm，单层线路密度低于50％，即可实现85％至90％以上的透过率，保证了透明加热膜5的可通过率，避免大部分的光被遮挡以影像成像效果，大大减少了透明加热膜5对摄像头成像的影响。
40.为进一步优化上述方案，基材层503的材料为透明、耐高温的柔性薄膜材料，采用透明、耐高温的柔性薄膜材料制作的基材层503，可以减少透明加热膜5对摄像头成像的影响。
41.为进一步优化上述方案，基材层503的材料为pet或pi，pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯，俗称涤纶树脂)可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小，pi(聚酰亚胺)耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，可以很好适配摄像头的工作温度。
42.如图8和图9所示所示，为进一步优化上述方案，壳体包括外壳1、设置在外壳1下端用于镜头调焦的音圈马达2以及设置在音圈马达2下端的镜座3，摄像头还包括设置在镜座3下端的总线fpc9和设置在总线fpc9一侧的连接器10，总线fpc9用于电连接上位机或上位控制模块，连接器10用来电连接上位机或上位控制模块，摄像头的控制模块电链接在总线fpc9的一端，总线fpc9的另一端电连接连接器10，可以通过连接器10与上位机或上位控制模块电连接，将摄像头处理的数据上传至上位控制模块或上位机。
43.本发明的摄像头还具有异物提醒的功能，摄像头还包括与控制模块电连接的加热提醒模块，加热提醒模块包括蜂鸣器，当透明加热膜累计的加热时间超过预设的报警时间时就会触发蜂鸣器动作，这个时候司机或维保人员就要检查该摄像头是否有其他异物遮挡镜头，若有就需要手动清除，直到摄像头实时获取的画面清楚后才会关闭蜂鸣器。
44.外壳1的上表面的中部设有放置孔101，盖板玻璃4设置在放置孔101内，透明加热膜5设置在盖板玻璃4的下表面，镜头组件8设置在音圈马达2内并位于透明加热膜5下方，加热温度一般维持在60℃左右，由于是在摄像头内部进行加热，且透明加热膜5设置在镜头组件8的上方，并位于盖板玻璃4的下表面，因此两个容易产生水雾的面都距离透明加热膜5很近，透明加热膜平行设置在镜头组件的上方，在平行的情况下进行的均匀加热，这样的加热方式效果最好，除雾和除水汽的效率最高；加热时也不需要太高的温度(现有技术加热丝的温度都达到了95℃，对成像影响很大)；而且60℃处于摄像头正常工作温度范围之内(普通摄像头-20℃～70℃，车载摄像头-40℃～85)，因此不会对摄像头产生影响，相较于现有技术，本方案加热膜温度更低、功耗低、除雾效率高，可同时除去镜头组件8上和盖板玻璃4上的水雾，且不会对摄像头成像产生影响。
45.如图1所示，一种自动除雾除霜且不影响摄像头成像的除雾方法，应用如上述摄像头；步骤s1是控制模块实时获取摄像头拍摄的画面，控制模块获取温度传感器检测到的摄像头内部环境的温度值和湿度值，将摄像头拍摄的画面和摄像头内部环境的温度值以及湿度值同时作为是否进行加热的判断依据，可以更有效的保证摄像头水雾或水汽的清除，水
雾或水汽的产生一方面是受当下常规天气的影响，当环境温度低(例如10摄氏度以下时)或环境湿度高(例如湿度高于95％)时就会产生水汽或水雾，这时只要获取温度值或湿度值的检测就能判断水雾或水汽是否即将形成，水雾或水汽即将形成时通过加热烘干来进行消除，另一方面摄像头也会受到一些特殊天气的影响，例如一些极端天气，温度值没有达到温度阈值或湿度值没有达到湿度阈值，摄像头就开始起雾，如果只是通过温度值或湿度值来判断是否需要加热的话，就会达不到最终除雾或除水汽的效果。
46.步骤s2是控制模块对获取的画面进行成像模糊判断，若画面清楚就表示无水雾或水汽的遮挡，可以进入步骤s3进行温湿度检测，若画面模糊则跳过温湿度检测直接对摄像头内部环境进行加热处理，将拍摄的画面进行成像模糊判断作为判断是否进行加热的条件之一，这样可以保证摄像头在极端环境下或特殊环境下也能正常使用。
47.步骤s3是对摄像头进行温湿度检测，控制模块实时获取温湿度传感器7检测到的摄像头内部环境的温度值和湿度值，温度值对比温度阈值同时湿度值对比湿度阈值，若温度值大于温度阈值且湿度值小于湿度阈值，返回步骤s1，若温度值小于温度阈值或湿度值大于湿度阈值，则进入步骤s4进行加热；通过温湿度传感器7来实时检测摄像头的温度值和湿度值，并传输给控制模块，控制模块将获取的温度值对比设定的温度阈值，判断摄像头温度是否达到需要加热除雾或除水汽的要求，温度阈值设定为10℃，湿度阈值设定为95％，当温度值小于10℃或湿度值大于95％的时候，进入步骤s4，若温度值大于10℃且湿度值小于95％，两者同时满足的时候，就会返回步骤s1。
48.步骤s4是透明加热膜开始对摄像头进行加热,同时控制模块继续获取摄像头的温度值和湿度值；加热的同时实时监控摄像头内部环境的温度值和湿度值，并进入步骤s5。
49.步骤s5是进行温湿度检测，若温度值大于温度阈值且湿度值小于湿度阈值，则加热模块停止工作并返回步骤s1，若温度值小于温度阈值或湿度值大于湿度阈值，则返回步骤s4继续加热；采用加热的方式对摄像头内部进行加热烘干，以达到去除镜头上的水雾或水汽的效果，加热工程中控制模块会继续通过温湿度传感器7采集摄像头内部环境的温度值和湿度值，只有当温度值大于温度阈值且湿度值小于湿度阈值的时候，透明加热膜才会停止加热，否则会持续加热，加热模块停止加热后会重新返回步骤s1，控制模块重新获取摄像头拍摄的画面，并对画面进行成像模糊判断。
50.如图2所示，为进一步优化上述方案，摄像头采用主动对焦摄像头，步骤s2包括如下步骤：s21、进行摄像头遮挡检测，控制模块对获取的画面进行成像模糊判断，若画面模糊，则进入步骤s22，若画面清楚则进入步骤s3；s22、自动对焦摄像头自动调整焦距，调整焦距后自动对焦摄像头拍摄二次画面，进入步骤s23；s23、进行成像模糊判断，控制模块对获取的二次画面进行成像模糊判断，若二次画面清楚则进入步骤s3，若二次画面模糊，则进入步骤s4；主动对焦摄像头会根据拍摄的画面模糊程度自动调整镜头的焦距，从而使画面变得清晰，是目前市面上通用的技术，主要是通过内置在控制芯片的算法来进行计算和控制；控制模块的算法得出画面模糊的结论后，主动对焦摄像头首先会进行焦距的调整，当调整过程中拍摄的二次画面持续模糊时，会进入步骤s4进行加热处理，而当二次画面清晰就会直接进入步骤s3进行温湿度检测。
51.如图2所示，为进一步优化上述方案，当所述步骤s3和所述步骤s5返回所述步骤s1时需要间隔5-60秒，结合不同场景水雾或水汽的形成时间，控制模块每5-60秒循环监控一
次摄像头拍摄的画面和温湿度数据，以便在产生水雾或水汽后能及时开始加热去除水雾或水汽；若将摄像头应用在汽车上，如电子后视镜(cms)、倒车影像、a柱b柱智能摄像头等汽车相关场景时，出于对使用的安全性考虑，将时间间隔最优选为10秒，5-10秒的时间会使控制模块的成像模糊判断过于频繁，使控制模块过载，导致其使用寿命大大减少，而10秒的间隔时间刚好可以在水雾或水汽还未完全形成时将其去除，既不影响司机，也不会使控制模块过载。而应用于其他低温高湿环境，如智能贩卖机、智能冰箱、户外监控摄像头等场景，就可以将间隔时间设置在20-60秒，由于环境比较固定，因此不用担心水雾或水汽的短时间附着，完全可以通过对比温度值与温度阈值的大小以及湿度值与湿度阈值的大小来进行加热处理。
52.为进一步优化上述方案，步骤s4还包括如下步骤，s41、加热提醒，透明加热膜5开始对摄像头进行加热，同时累计加热时间，若累计的加热时间超过报警时间时，触发蜂鸣器报警，若累计的加热时间未超过报警时间时，则进入步骤s5。这样设置的好处是可以消除因其他异物导致的摄像头持续加热。
53.为进一步优化上述方案，步骤s23中进行成像模糊判断，控制模块对获取的二次画面进行成像模糊判断，若二次画面清楚则进入步骤s3同时报警时间清零，若二次画面模糊，则进入步骤s4。
54.如图3所示，本发明的一种摄像头用于车载时的除雾方法流程，设定温度阈值为10℃，设定湿度阈值为95％，当汽车启动后，汽车的主控芯片开始工作，同时对摄像头进行供电，摄像头的控制模块开始对摄像头拍摄到的画面进行监测，并同步获取温湿度传感器7读取的数据，当发现拍摄的画面成像模糊、拍摄的画面被水雾遮挡、读取的温度值低于10℃或者读取的湿度值大于95％时，控制模块发出加热信号至加热模块，加热模块开始工作，透明加热膜5开始发热，加热的同时，控制模块控制摄像头拍摄画面，持续判断是否除掉水雾。当拍摄的画面清晰、温度值大于10℃和湿度值小于95％时，透明加热膜停止加热，同时主控芯片每10秒监控一次摄像头画面、温度值和湿度值，以便在即将产生水雾的时候可以及时开始加热去除，将水汽或水雾消除在诞生初期。
55.以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。