專利名稱：用于監(jiān)控車輛周圍的攝像單元和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控車輛周圍的攝像單元和裝置。
背景技術(shù)：
用于車輛的監(jiān)控系統(tǒng)，推薦使用一個單獨的攝像機來采集一個寬視野范圍。在這種情況下，需要的是在垂直方向上的視野范圍寬于水平方向上的。
一攝像單元在其攝像機的前端具有一個棱鏡，其設(shè)計用于采集三個方向的圖像(JP-A-2000-89301)。通過在車輛的前部安裝該攝像單元，在車輛前端的左和右方向的視野范圍A1和A2以及位于其前端的對角向下傾斜的視野范圍A3可以同時被采集，如圖34和35所示。
已經(jīng)使用一種用于視覺確認車輛后方的裝置，通過使用一個魚眼透鏡，車輛的后方可以被一個攝像單元采集(JP-A-7-285379)。
已知一種用于車輛的監(jiān)控裝置，其通過使用一魚眼透鏡來采集車輛周圍很寬范圍內(nèi)的圖像，通過圖像處理截取一部分采集的圖像，且在一顯示單元上放大和顯示(JP-A-2003-143596)。
在JP-A-2000-89301中，如圖34所示，由于視野A1到A3是限制在車輛前方左和右方的部分范圍以及車輛前部對角向下傾斜的部分范圍，在車輛前方形成無法采集到的死角范圍B1和B2。
在JP-A-7-285379中，由于使用一魚眼透鏡簡單地放大視野，雖然視野被魚眼透鏡放大，車輛后方的死角范圍變窄，所采集的圖像變形增加，例如，在圖36中一虛線限定的部分C1中，降低了視覺確認(visualconfirmation)。還有，例如，在圖36中一虛線限定的部分C2中，采集的物體很小，其成為降低視覺確認的原因。而且，例如，在圖36中一虛線限定的部分C3中，半天球部分被一魚眼透鏡采集，其中例如太陽光、路燈等的不必要的光線也被采集元件采集，攝像機亮度的調(diào)節(jié)失靈(也就是說，如果一個明亮的物體被采集，攝像機的光圈被調(diào)節(jié)變暗)。另外，由于不必要的光線會導(dǎo)致偽影、閃耀等，進一步惡化視覺確認。
進一步，在JP-A-2003-143596中，由于攝像機象素的限制，經(jīng)過圖像處理放大的圖像變得模糊，降低了視覺確認。也就是說，被采集圖像的清晰度由NTSC(美國國家電視系統(tǒng)委員會)的掃描線數(shù)量決定。具體地說，放大處理后的圖像變形在水平方向上比垂直方向上顯著。還有，在普通的魚眼透鏡中，由于變形被采集圖像的周圍部分小于中心部分，如果采集的圖像的周圍部分被放大，圖像變形就會變得尤其顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于監(jiān)控車輛周圍的裝置和攝像單元，其可以采集一寬視野范圍內(nèi)的圖像且適當?shù)卣{(diào)節(jié)水平方向和垂直方向的視野，同時，提高了所顯示圖像的視覺確認。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一攝像單元包括一采集元件和一透鏡系統(tǒng)，來自特定視野范圍內(nèi)的光線在采集元件上成像，其中考慮成像在采集元件上圖像的每個圖像部分的圖像高度和入射到每個圖像部分光線的圖像角度之間的關(guān)系，透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得圖像周圍部分的圖像高度根據(jù)圖像角度變化的變化量大于圖像的中心部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得從形成在采集元件上的圖象的圖象中心在水平方向偏移的每個圖像部分的一圖像高度Y和一入射到每個圖像部分的光線的圖像角度θ之間的關(guān)系為Y＜f·θ其中透鏡系統(tǒng)在水平方向上的焦距為f。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得從形成在采集元件上的圖象的圖象中心在水平方向偏移的每個圖像部分的一圖像高度Y和一入射到每個圖像部分的光線的圖像角度θ之間的關(guān)系為Y＜2f·tan(θ/2)
其中透鏡系統(tǒng)在水平方向上的焦距為f。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得從形成在采集元件上的圖象的圖象中心在水平方向偏移的每個圖像部分的一圖像高度Y和一入射到每個圖像部分的光線的圖像角度θ之間的關(guān)系為Y＝pf·tan(θ/p)其中所使用的參數(shù)p為1＜p＜4，透鏡系統(tǒng)在水平方向上的焦距為f。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，參數(shù)p為2。
通過這樣的結(jié)構(gòu)，由于在視野范圍內(nèi)周圍部分(特別的，水平方向的周圍部分)的物體的圖像可以放大地成像在一采集元件上，從而可以提高在視野范圍內(nèi)周圍部分的物體圖像的視覺確認。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，在透鏡系統(tǒng)中，在水平方向上的視野角度為大于等于180°和小于等于270°。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可以采集水平方向上一寬視野范圍內(nèi)的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種安裝在車輛上的監(jiān)控車輛周圍的裝置包括上述的攝像單元，其用于采集車輛周圍的圖像；和一顯示單元，其用于顯示攝像單元采集的圖像。
通過這樣的結(jié)構(gòu)，在車輛周圍一寬視野范圍內(nèi)收集的圖像可以獲得滿意的視覺確認，圖像還可以被顯示，這樣就可以滿意地監(jiān)控車輛周圍。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一攝像單元包括一采集元件和一透鏡系統(tǒng)，光線從一預(yù)定的視野范圍內(nèi)入射到采集元件上并成像；透鏡系統(tǒng)包括一廣角透鏡系統(tǒng)，其在水平方向上的視野角度為大于等于120°；一變形透鏡系統(tǒng)，其變形率大于等于1.5。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，在水平方向上的視野角度大于等于180°小于等于270°。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可以采集水平方向上一寬視野范圍內(nèi)的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，考慮到成像在采集元件上圖像的每個圖像部分的圖像高度和入射到每個圖像部分光線的圖像角度之間的關(guān)系，透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得圖像周圍部分的圖像高度根據(jù)圖像角度變化的變化量大于圖像的中心部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得從形成在采集元件上的圖象的圖象中心在水平方向偏移的每個圖像部分的一圖像高度Y和一入射到每個圖像部分的光線的圖像角度θ之間的關(guān)系為Y＝pf·tan(θ/p)其中所使用的參數(shù)p為1＜p＜4，透鏡系統(tǒng)在水平方向上的焦距假定為f。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，參數(shù)p為2。
在視野范圍內(nèi)周圍部分(特別的，水平方向的周圍部分)的物體的圖像可以放大地成像在一采集元件上，可以提高在視野范圍內(nèi)周圍部分的物體圖像的視覺確認。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，變形透鏡系統(tǒng)在水平方向上縮小成像在采集元件上的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，變形透鏡系統(tǒng)在垂直方向上放大成像在采集元件上的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，透鏡系統(tǒng)的光軸在垂直方向上相對于采集元件的中心偏離。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可以通過調(diào)節(jié)偏移量來改變采集攝像機在垂直方向上的采集方向，其中攝像單元的視野范圍可以設(shè)定在適當?shù)姆较蛏?，透鏡系統(tǒng)的光軸位于一固定方向(例如，水平方向)。例如，可以很容易地調(diào)節(jié)包含天空部分的視野范圍的比率。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種裝配到車輛上的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1的采集車輛周圍圖像的攝像單元、一個顯示攝像單元采集的圖像的顯示單元、一個圖像處理部分，其對攝像單元采集的至少一部分圖像進行至少一種圖像處理，顯示至少一部分圖像，同時合成一給定的重疊圖像，覆蓋給定的重疊圖像到經(jīng)過至少一個圖像處理后的采集圖像；以及一個轉(zhuǎn)換控制部件，用于控制攝像單元采集的圖像顯示在顯示單元上的顯示時間，在攝像單元的視野范圍內(nèi)選擇一顯示范圍顯示在顯示單元上，在至少一個信號的基礎(chǔ)上選擇至少一個圖像處理內(nèi)容。在車輛周圍視野范圍內(nèi)采集的圖像可以獲得，同時具有滿意地視覺確認，且被顯示。因此，車輛周圍可以滿意地被監(jiān)控。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，攝像單元的透鏡系統(tǒng)的一光軸相對于水平方向向地面傾斜。通過這種結(jié)構(gòu)，可以防止天空部分在攝像單元視野范圍內(nèi)的比率不必要地變大。
由于透鏡系統(tǒng)是由一廣角透鏡系統(tǒng)和一變形透鏡系統(tǒng)構(gòu)成的，廣角透鏡系統(tǒng)在水平方向上的視野角度大于等于120°，變形透鏡系統(tǒng)的變形率大于等于1.5，所以可以采集一寬視野范圍內(nèi)的圖像，還可以在水平方向和垂直方向上適當?shù)卣{(diào)節(jié)視野角度，提高顯示圖像的視覺確認。例如，當不必要的部分包含在廣角透鏡系統(tǒng)的視野范圍內(nèi)的周圍部分(例如天空部分)中時，通過調(diào)節(jié)變形透鏡系統(tǒng)的變形比(例如，通過在垂直方向上放大圖像)，可以從在采集元件上成像的圖像中去除不必要部分。從而，廣角透鏡系統(tǒng)視野范圍的有效部分(例如，馬路、建筑等的部分)在采集元件上成像出大尺寸圖像，可以有效的利用采集元件的象素來提高圖像質(zhì)量。
另外，可以進行不同的顯示，例如，攝像單元視野范圍內(nèi)部分范圍內(nèi)的圖像可以被放大和顯示在顯示單元上。
進一步，根據(jù)車輛的位置，可以適當?shù)乜刂茢z像單元的采集圖像的顯示時間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種安裝在車輛上的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，包括一個上述的攝像單元，用于采集車輛周圍的圖像；一個顯示單元，用于顯示攝像單元采集的圖像；一個轉(zhuǎn)換控制部件，用于關(guān)于攝像單元采集的圖像顯示在顯示單元上的顯示方式轉(zhuǎn)換多個顯示模式；和一個圖像處理部分，其在轉(zhuǎn)換控制部分在至少一種顯示模式下對采集圖像的至少一部分進行至少一種圖像處理，包括放大、縮小、移動、旋轉(zhuǎn)和變形。由于圖像在轉(zhuǎn)換多個顯示模式時顯示在顯示單元上。通過這種結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)車輛的位置，具有最佳視覺確認地顯示車輛周圍視野范圍內(nèi)采集的圖像，可以很好地監(jiān)控車輛的周圍。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，由于顯示模式包括正常顯示模式，從而攝像單元采集的圖像沒有經(jīng)過圖像處理部分的任何圖像處理地顯示在顯示單元上。特別的，透鏡系統(tǒng)在水平方向上的視野角度大于等于180°，可以同時顯示視野角度中心方向、左和右方向上的物體。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，由于多個顯示模式的第二顯示模式是一種顯示模式，其通過圖像處理部分放大攝像單元采集圖像的包括中心部分的部分，所以可以很好的顯示圖像，在顯示單元顯示采集的圖像時易于感受到距離感。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，由于顯示模式包括多方向圖像合成顯示模式，其通過圖像處理部分放大攝像單元采集圖像的左和右部分的至少其中之一，且通過重疊和合成顯示單元預(yù)定部分區(qū)域內(nèi)圖像的左和右部分的至少其中之一，顯示圖像的左和右部分的至少其中之一。通過放大顯示左和右方向的物體可以顯著提高可視確認。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，由于多方向圖像合成顯示模式顯示攝像單元采集的至少其中一個圖像，該圖像沒有在圖像處理部分進行任何圖像處理，以及通過重疊和合成僅僅一部分區(qū)域，放大包括圖像處理部件采集圖像的中心部分的一部分的圖像。至少中心部分和左/右方向可以放大顯示在顯示單元的屏幕上，顯著地提高視覺確認。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，由于裝置具有一個操作元件，其用于轉(zhuǎn)換多個顯示模式的至少一個。從而根據(jù)駕駛員的判斷可以自由地改變顯示模式，非常方便。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，轉(zhuǎn)換控制部分控制顯示攝像單元采集的圖像在顯示單元上的顯示時間，轉(zhuǎn)換控制部分選擇一個顯示范圍，在該范圍內(nèi)的攝像單元采集的圖像顯示在顯示單元上，以及轉(zhuǎn)換控制部分選擇至少其中之一的顯示處理的內(nèi)容，其是在至少一個信號的基礎(chǔ)上，通過圖像處理部分對采集的圖像進行的一種處理。因此，可以根據(jù)車輛的情形適當?shù)乜刂茢z像單元采集的圖像的顯示時間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，由于圖像處理部分通過合成重疊圖像在顯示單元顯示預(yù)定的車輛信息，其包括下列其中之一的信息車寬、行進方向和距離。不但在車輛周圍圖像的基礎(chǔ)上還在本車輛信息的基礎(chǔ)上，共同幫助駕駛員停車和倒車。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，當在車速信號基礎(chǔ)上判斷車輛以低速行駛時，該低速小于等于預(yù)定速度，以及換檔位置信號轉(zhuǎn)換為指示車輛以低速倒檔的信號時，轉(zhuǎn)換控制部分選擇多方向圖像合成顯示模式。因此，當?shù)退俚管嚮虻管囃＼嚂r，可以在顯示單元的屏幕上同時顯示多方向的圖像，包括后方、左和右方，很方便。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，發(fā)動機啟動后，當檢測到換檔位置信號轉(zhuǎn)換成指示車輛倒車的信號時，轉(zhuǎn)換控制部分選擇正常顯示模式。從而當停車后(也就是說，開始倒車)開始倒車時，可以在顯示單元上顯示一寬視野范圍內(nèi)的圖像且沒有死角，可以進行安全倒車。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，攝像單元可以從車輛前部朝向前中心部安裝。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，攝像單元可以從車輛側(cè)部朝向側(cè)面安裝。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，攝像單元可以安裝在上述車輛的角部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，由于顯示單元以正常模式顯示采集的圖像，該圖像通過圖像處理部分變形，可以進行提高深度感的處理，例如，彎曲中心部分，從而在顯示單元顯示采集的圖像時可以進一步提高距離感。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例1的用于監(jiān)控車輛周圍的一個裝置的框圖；圖2是一個攝像單元結(jié)構(gòu)的縱向截面圖，其安裝在圖1所示的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中；圖3表示圖2所示的攝像單元在車輛上的安裝模式；圖4表示圖2所示的攝像單元在車輛上的安裝模式；圖5表示裝配在圖2所示攝像單元中的一個變形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖6表示圖5所示變形系統(tǒng)的原理；圖7表示圖1所示用于監(jiān)控車輛周圍的裝置采集的圖像的一個顯示實例，以及表示在圖像處理中處理范圍的實例；圖8表示圖1所示用于監(jiān)控車輛周圍的裝置采集的圖像的顯示實例；圖9表示圖1所示用于監(jiān)控車輛周圍的裝置采集的圖像在圖像處理中處理范圍的實例；圖10表示圖1所示用于監(jiān)控車輛周圍的裝置采集的圖像的顯示實例；圖11表示攝像單元在根據(jù)本發(fā)明實施例2的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的安裝模式；圖12表示攝像單元在根據(jù)本發(fā)明實施例2的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的安裝模式；圖13表示攝像單元在根據(jù)本發(fā)明實施例3的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的安裝模式；圖14表示攝像單元在根據(jù)本發(fā)明實施例3的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的安裝模式；圖15舉例地表示了當圖13所示用于監(jiān)控車輛周圍的裝置監(jiān)控車輛周圍時的狀態(tài)；圖16部分地表示了圖13所示的用于監(jiān)控車輛裝置所采集的圖像；圖17表示攝像單元在根據(jù)本發(fā)明實施例4的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的安裝模式；圖18表示攝像單元在根據(jù)本發(fā)明實施例4的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的安裝模式；圖19舉例地表示了當圖17所示用于監(jiān)控車輛周圍的裝置監(jiān)控車輛周圍時的狀態(tài)；圖20表示了圖17所示的用于監(jiān)控車輛周圍裝置采集的圖像；圖21表示根據(jù)本發(fā)明實施例5的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中攝像單元的透鏡系統(tǒng)的平面圖；圖22表示圖20所示的透鏡系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖23表示裝配在圖21所示的透鏡系統(tǒng)中的變形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖24表示圖23所示的變形系統(tǒng)的原理；如25表示根據(jù)本發(fā)明實施例6的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中攝像單元的透鏡系統(tǒng)的平面圖；圖26表示圖25所示的透鏡系統(tǒng)的側(cè)視圖；
圖27舉例地表示了裝配在根據(jù)本發(fā)明實施例7的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的攝像單元的結(jié)構(gòu)；圖28表示根據(jù)本發(fā)明實施例8的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置的攝像單元的采集范圍；圖29表示根據(jù)本發(fā)明實施例8的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置在第一顯示模式下顯示采集圖像的實例；圖30表示根據(jù)本發(fā)明實施例8的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置在第二顯示模式和第三顯示模式下顯示采集圖像的實例；圖31表示根據(jù)本發(fā)明實施例9的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置的采集圖像的實例；圖32表示根據(jù)本發(fā)明實施例9的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置的圖像處理部分制造的變形圖像；圖33表示根據(jù)本發(fā)明實施例10的透鏡系統(tǒng)的特性；圖34表示根據(jù)JP-A-2000-89301的攝像單元在車輛上的安裝模式；圖35表示根據(jù)JP-A-2000-89301的攝像單元在車輛上的安裝模式；以及圖36表示根據(jù)JP-A-7-285379的車輛后方確認部件所采集的圖像。
具體實施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例1的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置的框圖，圖2表示裝配在圖1所示的用于監(jiān)控車輛周圍裝置中的一個攝像單元結(jié)構(gòu)的縱向截面圖。如圖1所示，用于監(jiān)控車輛周圍的裝置具有一個攝像單元1、一個顯示單元3和一個控制單元5。在該實施例中，結(jié)構(gòu)上還包括一個單個攝像機1。然而如圖1中虛線所示，在結(jié)構(gòu)上可以包括兩個或多個攝像單元。
攝像單元1具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)，且被安裝在如圖3和4所示的車輛前端的中間，其中攝像單元1可以采集車輛前端(包括車輛前端斜向下的部分)從左到右的一個寬視野范圍A4內(nèi)的圖像。攝像單元1借助螺釘通過例如一個支架被安裝在車體上。
如圖2所示，攝像單元1具有一個透鏡系統(tǒng)11、一個采集元件13、和一個防水殼體15，透鏡系統(tǒng)11和采集元件13容納在防水殼體15中。容納在防水殼體15中的透鏡系統(tǒng)11除了前端部分之外其余部分均被覆蓋在透鏡殼體17中，其中只有位于前端部分的透鏡25a的前側(cè)部分暴露在防水殼體15前側(cè)外。采集元件13是例如CCD，且被安裝在防水殼體15中透鏡系統(tǒng)11后側(cè)的一個基片19上。一個防水連接器21連接的一個電纜23用于提供電源和控制信號到攝像單元1，以及從那采集圖像信號。防水殼體15通過使用一個O形密封環(huán)(未示出)防水，從而防止攝像單元1的內(nèi)部元件受到風(fēng)和水的侵襲。
透鏡系統(tǒng)11具有第一到第三透鏡組25、27和29，在下文中，一個透鏡組至少包括一個透鏡。透鏡系統(tǒng)11在水平方向上的視野角度H為大于等于180°和小于等于270°(例如，190°)，在垂直方向上的視野角度V為例如71°，在水平方向上的視野角度H與在垂直方向上的視野角度V的比率，即H/V是2.7(H/V＝2.7)。因此，視野角度可以很好地與車輛周圍監(jiān)控用圖像相對應(yīng)，在水平方向上需要比在垂直方向上較寬范圍。另外，上述在圖像視野范圍內(nèi)的視野角度H和V通過透鏡系統(tǒng)11成像在采集元件13的光接收平面上。
第一透鏡組25(廣角透鏡系統(tǒng))具有兩個透鏡25a和25b，這樣視野角度可以大于等于120°，且具有負折射力。其充當一個魚眼轉(zhuǎn)換透鏡，用于將第三透鏡組29的視野范圍變寬，該第三透鏡組充當一個成像系統(tǒng)。由于第一透鏡組25是一個無焦系統(tǒng)，如果入射一個平行光線，在轉(zhuǎn)換圖像高度時其發(fā)射一個平行光線。在這里，第一透鏡組25進行轉(zhuǎn)換，從而縮小圖像高度(也就是說，圖像角度變大)。
第二透鏡組(變形透鏡系統(tǒng))27具有兩個透鏡27a和27b(這里為柱面透鏡)，其布置在第一透鏡組25的圖像側(cè)且構(gòu)成一個變形系統(tǒng)，其中在水平方向上和垂直方向上的放大率彼此不同，其起到調(diào)節(jié)透鏡系統(tǒng)11的長度和寬度的視野范圍的作用。在該實施例中，第二透鏡組27在垂直方向上全部具有負折射力，但在水平方向上沒有任何折射力。這里，第二透鏡組27構(gòu)成一個無焦系統(tǒng)，這樣長度和寬度的變形圖像率大于等于1.5(例如2.0)。
進一步詳細說明，第二透鏡組27關(guān)于垂直方向是一個伽利略型組合(Galilei type)，如圖5所示，其中物側(cè)透鏡27a焦距f1＝12.7mm，像側(cè)透鏡27b焦距f2＝-6.35mm，透鏡27a和27b之間的距離為d＝f1-f2＝12.7-6.35＝6.35(在這里，f1和f2是絕對數(shù)值)，從而無焦系統(tǒng)的放大率r＝f1/f2＝2.0。進一步說明，如圖6所示，當一束光線以相對于垂直方向的入射角α1入射到第二透鏡組27時，光線的入射角α1與出射角α2的關(guān)系變?yōu)閞＝tanα2/tanα1＝2.0。結(jié)果通過第二透鏡組27，成像在采集元件13上的圖像在垂直方向上放大兩倍。
由于這個原因，在沒有使用第二透鏡組27的情況下，透鏡系統(tǒng)11在垂直方向上的視野角度V大約是142°。而使用了第二透鏡組27后視野角度V變成71°。
第三透鏡組(成像透鏡系統(tǒng))29具有三個透鏡29a到29c，其布置在第一和第二透鏡組25和27的圖像側(cè)。來自視野范圍A4的光線穿過第一和第二透鏡組25和27成像在采集元件13的光接收平面上。
在該實施例中，雖然第一透鏡組25布置在第二透鏡組27的物體側(cè)，還可以采用這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)成系統(tǒng)11，即第二透鏡組27布置在第一透鏡組25的物體側(cè)。
還有在透鏡系統(tǒng)11中，關(guān)于在采集元件13上的圖像的每個圖像部分的圖像高度和入射到每個圖像部分的光線的圖像角度(相對于光軸的入射角)之間的關(guān)系，構(gòu)造使得圖像高度相對于圖像角度變量的改變量在上述圖像的周圍部分比中間部分要大。更好地，在去除第二透鏡組27的情況下，通過透鏡系統(tǒng)11在采集元件13的光線接收平面上成像的圖像的每個圖像部分的圖像高度Y與入射到每個部分的光線的圖像角度θ之間的關(guān)系式為Y＝pf·tan(θ/p)，參數(shù)p為1＜p＜4，透鏡系統(tǒng)11的焦距是f。
詳細說明，在該實施例中，由于上述參數(shù)p的數(shù)值為2，以及使用了一個立體投影系統(tǒng)，透鏡系統(tǒng)11如此構(gòu)成使得上述圖像高度Y與上述圖像角度θ之間的關(guān)系式變成Y＝2f·tan(θ/2)。在實施例中，由于第二透鏡組27在水平方向上沒有任何折射力，在使用第二透鏡組27的情況下，透鏡系統(tǒng)11在水平方向上仍然適用上述關(guān)系式Y(jié)＝2f·tan(θ/2)。也就是說，作為整個透鏡系統(tǒng)11，在水平方向上，在采集元件13的光接收平面上成像的圖像的每個圖像部分遠離中心的圖像高度Y與入射到每個圖像部分的光線相對于光軸的入射角度θ之間的關(guān)系適用上述關(guān)系式Y(jié)＝2f·tan(θ/2)(然而，f是透鏡系統(tǒng)11在水平方向上的焦距)。因此在水平方向上，在采集元件13的周圍甚至在采集視野A4的周圍可以較大地形成物體的圖像。
采集元件13的采集的視野范圍A4內(nèi)的圖像信號被傳遞到控制單元5，控制單元5通過電纜23安裝在車輛中的預(yù)定位置。
顯示單元3是一個液晶顯示單元等，且被安裝在車輛中，通過控制器5的控制顯示攝像單元1采集的圖像。
控制單元5具有一個轉(zhuǎn)換控制部分5a和一個圖像處理部分5b。根據(jù)駕駛員的操作輸入以及指示車輛情形的不同形式的輸入信號，控制攝像單元1采集的圖像在顯示單元3上的顯示時間，在攝像單元的視野范圍A4內(nèi)，選擇顯示到上述顯示單元上的顯示范圍，根據(jù)將要顯示在顯示單元上的采集的圖像，選擇圖像處理的內(nèi)容。轉(zhuǎn)換控制部分5a監(jiān)控控制單元5的控制內(nèi)容。轉(zhuǎn)換控制部分5a在攝像單元1采集的圖像基礎(chǔ)上決定內(nèi)容，圖像處理部分5b根據(jù)該內(nèi)容進行圖像處理，使顯示單元3顯示圖像。
如圖1所示，轉(zhuǎn)換控制部分5a在至少其中一個操作信號的基礎(chǔ)上控制顯示單元3的顯示內(nèi)容等，操作信號為指示開關(guān)(未示出)為了操作而輸入的信號，其包括一個由車速傳感器(未示出)輸入的車速信號、一個關(guān)于換檔位置的換檔位置信號、一個用于檢測點火開關(guān)狀態(tài)的點火信號、一個由障礙物檢測傳感器(未示出)提供的障礙物檢測信號，該信號用于檢測汽車周圍的任何障礙物、一個用于指示方向指示器操作狀態(tài)的方向指示器信號、和一個用于檢測轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角信號，該信號由一個轉(zhuǎn)向器傳感器(未示出)提供。顯示在顯示單元3上的圖像包括一個由攝像單元1采集的圖像、一個導(dǎo)航部件31的用于導(dǎo)航的圖像，導(dǎo)航部件為到達目的地進行路線導(dǎo)航(包括用于操作導(dǎo)航部件31的圖像)、和由電視調(diào)諧器33提供的電視圖像，轉(zhuǎn)換控制部分5a控制其中哪一種圖像將要顯示在顯示單元3上的。
在圖像處理部分5b根據(jù)轉(zhuǎn)換控制部分5a的指示進行圖像處理的過程中，例如，進行這樣的過程，至少攝像單元1的視野范圍A4的一部分范圍被剪切，關(guān)于所在部分的采集圖象，進行至少例如放大、縮小、移動、旋轉(zhuǎn)和變形的圖像處理，在顯示單元3上顯示，同時，圖像處理后，將預(yù)定的重疊圖像合成以及覆蓋采集的圖像，且在顯示單元3上顯示。這里，放大和縮小處理放大和縮小圖像的尺寸，將圖像顯示在顯示單元3上。在放大的情況下，執(zhí)行符合放大的插值處理。移動處理移動圖像在顯示單元3上的顯示位置。當在顯示單元3上顯示圖像時旋轉(zhuǎn)處理改變在顯示屏上的轉(zhuǎn)角。變形處理是一個補償處理過程，用于補償采集圖像的變形。彌補的變形包括例如透鏡系統(tǒng)11由于特性導(dǎo)致的變形。需要指出的是重疊圖像包括標記等，用于顯示圖像從攝像單元1的視野范圍A4剪切的方向。
關(guān)于攝像單元1采集圖像的一個詳細顯示實例，例如，需要全面檢測車輛前端的一個寬范圍，如圖7所示，由攝像單元1采集的視野范圍A4內(nèi)的圖像I1顯示在顯示單元3上。
還有，需要檢測車輛前端左右方向的狀態(tài)，在兩個剪切范圍(處理范圍)D1和D2內(nèi)的圖像被剪切，其相應(yīng)于圖7中視野范圍A4內(nèi)的左右方向的范圍，其中對剪切的圖像進行一個放大處理和透鏡變形去除處理。如圖8所示，處理后的在左右方向上的圖像I2和I3顯示在顯示單元3上。在圖8中的顯示實例中，左右方向上的圖像I2和I3并列地顯示在顯示單元3的屏幕上。起分割作用的縱向線標記圖像被圖像處理部分5b合成，且使用特定顏色(例如黑色)顯示在圖像I2和I3之間。還有如圖8所示，每個包含在視野范圍A4中的部分范圍(例如剪切范圍D1和D2)的圖像被剪切顯示，與視野范圍A4中部分范圍的圖像相同的重疊圖像(未示出)被圖像處理部分5b合成，覆蓋相應(yīng)的圖像且顯示。例如，在左和右方向上的圖像I2和I3被剪切、處理和顯示，一個用于識別與左和右方向上的圖像I2和I3相應(yīng)的顯示圖像的標記被覆蓋以及作為重疊圖像顯示。
還有另一個實例，如圖9所示，在視野范圍A4內(nèi)采集的圖像I1中建立處理范圍D3到D5，在彼此不同的處理范圍D3到D5內(nèi)進行不同的圖像處理。在圖9所示的實例中，視野范圍A4在縱向分割成三個(左、中和右)處理部分D3到D5，左和右處理范圍D3和D5的圖像I1a和I1c在水平方向上放大，且被補償以去掉透鏡變形的影響。進一步，中間處理范圍D4的圖像I1b在水平方向上進行縮小處理，從而提高左和右處理范圍D3和D5的圖象I1a和I1c的視覺確認。通過處理，如圖10所示的圖像I4顯示在顯示單元3上。在圖10所示的圖像I4中，左和右處理范圍D3和D5的圖像I1a和I1b在水平方向上被放大，提高了視覺確認。
下面詳細說明顯示單元3的顯示內(nèi)容的控制操作的實例。例如，在啟動車輛的操作實例中，表示點火開關(guān)已經(jīng)打開的點火信號被輸入到轉(zhuǎn)換控制部分5a中。然后，如果換檔位置轉(zhuǎn)變成D(驅(qū)動)范圍，表示轉(zhuǎn)變到D范圍的換檔位置信號被輸入到轉(zhuǎn)換控制部分5a中。響應(yīng)點火信號和換檔位置信號的輸入，在控制單元5的控制基礎(chǔ)上，視野范圍A4內(nèi)采集的圖像I1以圖10所示的圖像I4顯示格式顯示在顯示單元3上，這樣可以確認車輛前端向下傾斜的死區(qū)。還有在車輛速度信號的基礎(chǔ)上檢測到車輛已經(jīng)啟動，且車速達到第一規(guī)定速度(例如，10km每小時)，在控制單元5的控制基礎(chǔ)上，顯示單元3的顯示內(nèi)容從采集圖像I1改變?yōu)閷?dǎo)航部件31的導(dǎo)航圖像。在車輛車速信號的基礎(chǔ)上檢測到車輛在運行、臨時停車或車速降低到第二規(guī)定速度(例如，10km每小時)或更低，在控制單元5的控制基礎(chǔ)上，左右方向上剪切范圍D1和D2的圖像I2和I3以圖8所示顯示格式顯示在顯示單元3上。
當控制操作是基于轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角信號或方向指示器信號時，也就是以轉(zhuǎn)角信號或方向指示器信號為基礎(chǔ)，檢測到車輛左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，采集圖像I1以圖10所示的顯示格式顯示在顯示單元3上，以檢測左方和右方。由于控制操作基于一個障礙物探測傳感器的障礙物檢測信號，例如，位于車輛前端(例如，車輛前端左和右角部)的障礙物檢測傳感器檢測到在車輛周圍存在一個障礙物，采集的圖像I1以圖10所示的顯示格式顯示在顯示單元3上，以檢測車輛周圍。由于控制操作基于一個照明信號，在夜間在照明信號的基礎(chǔ)上顯示單元3的顯示亮度降低。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的攝像單元1，由于透鏡系統(tǒng)11是由第一透鏡組(廣角透鏡系統(tǒng))25和第二透鏡組(變形透鏡系統(tǒng))27構(gòu)成，第一透鏡組25在水平方向上的視野角度為大于等于120°，第二透鏡組27的變形率大于等于1.5，在調(diào)節(jié)水平方向和垂直方向的視野角度時，可以采集一個寬視野范圍A4，同時，可以提高顯示圖像的視覺確認。例如，當不必要的部分包含在第一透鏡組25的視野范圍的周圍部分時(例如，上面的天空部分)，通過調(diào)節(jié)第二透鏡組27的變形率(例如通過在垂直方向上放大圖像等)，將該不必要的部分(例如上下周圍部分)從成像在采集元件13上的圖像中去除。進行圖像采集。因此，第一透鏡組25視野范圍內(nèi)的有效部分(例如具有馬路和建筑的部分)以放大尺寸成像在采集元件13上，其中可以有效地使用采集元件13的象素，提高圖像質(zhì)量。
另外，在攝像單元1中，由于水平方向上的視野角度為190°，其可以在水平方向上采集一個寬視野范圍A4。
進一步，在攝像單元1中，第一和第二透鏡組25和27是無焦系統(tǒng)，第一和第二透鏡組25和27可以結(jié)合到已有的成像透鏡系統(tǒng)，據(jù)此可以方便地構(gòu)成透鏡系統(tǒng)11。
又進一步，在攝像單元1中，由于透鏡系統(tǒng)11在水平方向上具有上述關(guān)系式Y(jié)＝2f·tan(θ/2)，甚至在采集視野A4水平方向上的周圍部分，在周圍部分的物體在采集元件13上形成的圖像具有一大尺寸。結(jié)果，可以提高在視野范圍A4水平方向上的周圍部分物體圖像的視覺確認。
另外，由于根據(jù)該實施例的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置具有一個如上所述的攝像單元1，寬視野范圍A4在車輛周圍(即，在本實施例中車輛的前方)采集的圖像可以獲得且以滿意地視覺確認顯示，從而可以較好地監(jiān)控車輛周圍。
還有，根據(jù)車輛的位置可以使用不同形式的顯示模式，其中攝像單元1的采集圖像I1部分地被剪切，以圖8所示的格式顯示在顯示器上，或部分地被縮小或放大，以圖10所示的格式顯示在顯示器上。
還可以根據(jù)車輛情形，適當?shù)乜刂茢z像單元1采集的圖像在顯示單元3上的顯示時間等。
作為本實施例的一個變形，可以從攝像單元1的透鏡系統(tǒng)11中去除第一透鏡組25。
圖11和圖12表示攝像單元在根據(jù)本發(fā)明實施例2的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的安裝模式。在該實施例中，如圖11和12所示，攝像單元1安裝在車輛后端的中間部分，該攝像單元1的結(jié)構(gòu)與實施例1中的攝像單元1大致相同，這樣在車輛后側(cè)(包括車輛后側(cè)向下傾斜部分)從左側(cè)到右側(cè)具有一個寬視野范圍A5。其他結(jié)構(gòu)與實施例1大致相同，這里就省略說明。
舉例說明顯示單元3的顯示內(nèi)容轉(zhuǎn)換的控制，例如，當控制單元5在換檔位置信號的基礎(chǔ)上檢測到換檔位置移動到R(倒檔)，顯示單元3的顯示內(nèi)容從導(dǎo)航圖像和電視圖像改變成攝像單元1采集的圖像以確認車輛的后側(cè)。這時，攝像單元1采集的左側(cè)和右側(cè)的圖像被圖像處理部件5b轉(zhuǎn)化和處理，以與室內(nèi)后視鏡采集的后側(cè)圖像相一致，且顯示在顯示單元3上。
因此，在本實施例中，具有這樣一個效果，即采集和顯示車輛后側(cè)一個寬視野范圍A5內(nèi)的圖像，提高視覺確認，防止與車輛后側(cè)的障礙物相撞。
圖13和圖14表示一個攝像單元在根據(jù)本發(fā)明實施例3的用于監(jiān)控車輛周圍裝置中的安裝模式。在本實施例中，如圖13和14所示，一個攝像單元安裝在車輛的角部(在本實施例中，在車輛前端的左側(cè)角部(例如在保險杠角部))，該攝像單元1的結(jié)構(gòu)與實施例1中的攝像單元1大致相同，其可以采集角部周圍的一個寬視野范圍A6內(nèi)的圖像。其他結(jié)構(gòu)與實施例1大致相同，這里就省略說明。
舉例說明控制顯示單元3的顯示內(nèi)容的改變，例如，通過一個安裝在車輛前端左側(cè)角部的障礙物檢測傳感器(未示出)的障礙物檢測信號檢測倒在左角部周圍存在障礙物，為了確認左角部的周圍，顯示單元3的顯示內(nèi)容由控制單元5控制從導(dǎo)航圖像和電視圖像改變成攝像單元1采集的圖像。例如，如圖15所示，當沿著另一車輛的后部或側(cè)部行駛時，從車輛前方左側(cè)角部到另一車輛的距離減小到小于固定距離，其被障礙物檢測傳感器檢測到并通知控制單元5，顯示單元3的顯示內(nèi)容改變?yōu)閳D16所示的攝像單元1采集的圖像I5。進一步，圖16僅僅表示了一部分攝像單元1采集的圖像I5，圖16中的附圖標記41表示與本車接近的另一車的圖像，附圖標記41a表示車輛后部保險杠的圖像。
顯示單元3中顯示內(nèi)容的轉(zhuǎn)變可以通過指示開關(guān)(未示出)手動進行。
因此，在本實施例中，可以采集以及顯示車輛角部(在本實施例中，其為車輛前端左側(cè)角部)周圍寬視野范圍A6的圖像，提高視覺確認，其中具有這樣的效果，即可以防止與車輛周圍的障礙物相撞。
圖17和圖18表示一個攝像單元在根據(jù)本發(fā)明實施例4的用于監(jiān)控車輛周圍裝置中的安裝模式。在該實施例中，如圖17和18所示，一個攝像單元1安裝在車輛側(cè)面(在本實施例中，在車輛左側(cè)縱向中間部分(例如車門手柄部分))，該攝像單元1的結(jié)構(gòu)與實施例1中的攝像單元1大致相同，這樣其可以采集車輛的一個寬視野范圍A7內(nèi)的圖像。其他結(jié)構(gòu)與實施例1大致相同，這里就省略說明。
在本實施例中，如果車輛周圍的情況為如圖19所示的那樣(即，車輛停在停車區(qū)域)，由于攝像單元1位于車輛的左側(cè)部分，如圖20所示的圖像I6被攝像單元1采集且顯示在顯示單元3上。還有，在圖20中附圖標記43表示車輛的前胎的圖像，附圖標記45表示后胎的圖像。
作為控制顯示單元3的顯示內(nèi)容的轉(zhuǎn)換的例子，例如，可以考慮轉(zhuǎn)換控制響應(yīng)于信號開關(guān)(未示出)的操作輸入，以及障礙物檢測傳感器(未示出)的障礙物檢測信號。
從而，在本實施例中，采集車輛側(cè)部(在本實施例中，表示車輛的左側(cè))周圍的一個寬視野范圍A7內(nèi)的圖像，提高視覺確認，且顯示在顯示單元上，其中具有這樣的效果，即可以防止車輪掉落以及防止車輛與任何障礙物接觸。
圖21和圖22是裝配到根據(jù)本發(fā)明實施例5的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的透鏡系統(tǒng)的平面圖和側(cè)視圖。根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置與根據(jù)實施例1的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置的不同之處僅僅是攝像單元1的透鏡系統(tǒng)11不同，其中彼此相應(yīng)的部件使用相同的附圖標記，且省略了其說明。
在本實施例中，如圖21和22所示，構(gòu)成透鏡系統(tǒng)11的第二透鏡組27是一個變形系統(tǒng)，其在水平方向上具有正折射力，但在垂直方向上沒有任何折射力。另外，在本實施例中，第二透鏡組27是一個無焦系統(tǒng)，其中長度和寬度的變形率為大于等于1.5(例如2.0)。
進一步說明，根據(jù)本實施例的第二透鏡組27如圖23所示在水平方向上是一個逆伽利略型，其中物體側(cè)的透鏡27a的焦距f1為f1＜0，圖像側(cè)的透鏡27b的焦距f2為f2＞0，透鏡27a和27b之間的間距d＝f2-f1＞0(在這里，f1和f2是絕對數(shù)值)，其中無焦系統(tǒng)的放大率r＝f1/f2＜1。進一步說明，如圖24所示，如果一束光線以相對于水平方向的入射角α1入射到第二透鏡組27中，光線的入射角α1與出射角α2的關(guān)系變?yōu)閞＝tanα2/tanα1。結(jié)果通過第二透鏡組27，成像在采集元件13上的圖像在水平方向上縮小。
由于這個原因，透鏡系統(tǒng)11在水平方向上的視野角度H與沒有使用第二透鏡組27相比放大了。
一與上述實施例1的第一透鏡組25相同的透鏡組作為第一透鏡組25。然而，由于在水平方向上的視野角度H被本實施例的第二透鏡組放大了，可以使用一廣角轉(zhuǎn)換放大率小于實施例1的第一透鏡組25的透鏡組。可以使用一等同于上述實施例1的第三透鏡組29的透鏡組作為第三透鏡組29。
因此，在本實施例中，可以獲得一寬視野范圍的顯示圖像，適當?shù)叵鄳?yīng)于在水平方向和垂直方向上的視野范圍區(qū)域，可以提高顯示圖像的視覺確認。也就是說，可以獲得與上述實施例1等同的效果。
圖25和圖26是裝配到根據(jù)本發(fā)明實施例6的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中的透鏡系統(tǒng)的平面圖和側(cè)視圖。根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置與根據(jù)實施例1的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置的實質(zhì)不同之處僅僅是攝像單元1的透鏡系統(tǒng)11不同，其中彼此相應(yīng)的部件使用相同的附圖標記，且省略了其說明。
在本實施例中，攝影部件1的透鏡系統(tǒng)11具有第一和第二透鏡組51和53，如圖25和26所示。
第一透鏡組(變形透鏡系統(tǒng))51具有兩個透鏡(這里為柱面透鏡)51a和51b，其布置在透鏡系統(tǒng)11的最前端部且構(gòu)成變形系統(tǒng)，其在垂直方向上的放大率與水平方向上的不同。在本實施例中，第一透鏡組51在水平方向上全部具有負折射力，但是在垂直方向上沒有任何折射力，其中長度和寬度的變形率大于等于1.5。
第二透鏡組53是一個圖像成像透鏡系統(tǒng)，其具有五個透鏡53a到53e，且布置在第一透鏡組51的圖像側(cè)。第二透鏡組53將來自垂直視野范圍的光線在采集元件13的光接收平面上成像，該光線經(jīng)過第一透鏡組51。
具有這樣一個結(jié)構(gòu)，使得在垂直方向上的視野角度V不變，而通過第一透鏡組51在水平方向上的視野角度H放大，其中可以通過攝像單元1采集水平方向上的一寬視野范圍內(nèi)的圖像。
因此，在本實施例中，可以獲得一寬視野范圍的顯示圖像，同樣適當?shù)叵鄳?yīng)于所需的水平方向和垂直方向的視野范圍區(qū)域，同時，提高顯示圖像的視覺確認，其可以獲得等同于上述實施例1的效果。
圖27是裝配在根據(jù)本發(fā)明實施例7的用于監(jiān)控車輛周圍裝置的一個攝像單元的結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)上述實施例7的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置與根據(jù)實施例1到實施例6中任何一個的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置相比，實質(zhì)性不同僅僅是攝像單元1中的透鏡系統(tǒng)11與采集部件13之間的布置關(guān)系，其中彼此相應(yīng)的部件使用相同的附圖標記，且省略了其說明。另外，圖6示出了透鏡系統(tǒng)11等的一個簡化的結(jié)構(gòu)。
在根據(jù)本實施例的攝像單元1中，透鏡系統(tǒng)11的光軸61在垂直方向上相對于穿過采集元件13的中心法線63偏離一預(yù)定尺寸E(例如，在向下方向上)。而且，光軸61保持平行于中心法線63。另外，每個視野范圍A4到A7的圖像顛倒地成像在采集元件13上。
從而，攝像單元1的采集方向在垂直方向相對于透鏡系統(tǒng)11的光軸61改變。例如，在圖6所示的結(jié)構(gòu)中，透鏡系統(tǒng)11的光軸61相對于采集元件13的中心法線63向下移動，從而攝像單元1的采集方向相對于透鏡系統(tǒng)11的光軸61向下傾斜。結(jié)果，例如，在透鏡系統(tǒng)11的光軸61保持平行于水平方向時，采集方向相對于水平方向向下傾斜。
因此，在本實施例中，可以獲得一寬視野范圍的顯示圖像，同樣適當?shù)叵鄳?yīng)于所需的水平方向和垂直方向的視野范圍區(qū)域，同時，提高顯示圖像的視覺確認，其可以獲得等同于上述實施例1到實施例6的效果。同時，還可以獲得下列效果。
即，通過調(diào)節(jié)攝像單元1的透鏡系統(tǒng)11相對于采集元件13的上述偏離尺寸E，可以改變攝像單元1在垂直方向上的采集方向，從而在透鏡系統(tǒng)11的光軸61保持一固定方向(例如，水平方向)的狀態(tài)下，將攝像單元1的視野范圍A4到A7設(shè)定到一適合的方向。例如，可以很容易地調(diào)節(jié)包含在視野范圍A4到A7的天空部分的比率。
另外，取代將透鏡系統(tǒng)11的光軸61相對于采集元件13偏離(或增加一個光軸61偏心的結(jié)構(gòu))，可以使用這樣一個結(jié)構(gòu)作為本實施例的變形，即攝像單元1的透鏡系統(tǒng)11的光軸61相對于水平方向朝地面傾斜一預(yù)定角度，且攝像單元1的采集方向相對于水平方向向下傾斜。
根據(jù)本發(fā)明實施例8的一種用于監(jiān)控車輛周圍的裝置具有這樣的結(jié)構(gòu)，即第一顯示模式(正常顯示模式)、第二顯示模式(放大顯示模式)和第三顯示模式(多方向圖像合成顯示模式)可以被轉(zhuǎn)換，其中第一顯示模式用于通過使用一超廣角透鏡系統(tǒng)11，例如魚眼透鏡等，在寬范圍內(nèi)沒有死角地提供視頻圖像，第二顯示模式用于當將車輛停放在車庫或停在縱向方向上時，在需要距離感的預(yù)定場景的必需范圍內(nèi)放大和顯示視頻圖像。另外，在本實施例中，與上述各實施例中具有相似功能的部件使用同一附圖標記。
如圖1所示的實施例1，用于監(jiān)控車輛周圍的裝置具有一個攝像單元1、一個顯示單元3和一個控制單元5。
其中，攝像單元1大致固定在后部的中間，具體說，例如由螺釘通過例如圖11所示的實施例2示出的一支架(未示出)固定在車輛后端的中間格柵中，從而可以采集車輛后端從左方到右方的后部表面的一寬視野范圍內(nèi)的圖像。
攝像單元1的結(jié)構(gòu)如例如圖2所示的實施例1，透鏡系統(tǒng)11水平方向上的視野角度H大于等于180°(例如190°)，采用一個在周圍部分具有比通常使用的魚眼透鏡要多的信息的光線系統(tǒng)，從而攝像單元1可以在如圖28所示的單一圖像17中同時采集位于車輛后端左側(cè)和右側(cè)以及車輛后端下側(cè)的視頻圖像，此模式中攝像單元1采集的圖像如在第一顯示模式中那樣顯示在顯示單元3上。
整個攝像單元1容納在一個防水殼體15中，該殼體由一個O形密封環(huán)(未示出)密封以防止攝像單元1受到雨和風(fēng)的侵襲，僅僅前端部分的透鏡25a的前側(cè)部分暴露在防水殼體15的前端。
例如，在透鏡系統(tǒng)11中，成像在采集元件13的光接收平面上的圖像的每個部分的圖像高度Y和一束入射到每個部分的圖像角度θ具有下列關(guān)系，即Y＝pf·tan(θ/p)，使用的參數(shù)p為1＜p＜4，透鏡系統(tǒng)11的焦距是f，將上述參數(shù)p的數(shù)值設(shè)定為例如2，且使用一立體投影方法，這樣的透鏡系統(tǒng)11構(gòu)成使得上述圖像高度Y與上述圖像角度θ之間的關(guān)系式變成Y＝2f·tan(θ/2)。因此，周圍物體在采集元件13上的圖像在水平方向上要大，提高了從側(cè)面接近的物體的視覺確認。
成像在采集元件13表面上的周圍圖像被傳遞到控制單元5的圖像處理部分5b，進行圖像處理。
在上述第二顯示模式中，如圖28所示的包括圖像17的中心部分的部分61通過一個采集部件獲得，且被控制單元5的圖像處理部分5b剪切，同時，例如通過插值象素，圖像結(jié)構(gòu)的中心部分被部分放大，從而相對于魚眼透鏡的透鏡系統(tǒng)11獲得的圖像，可以較容易地感受到一個距離感。在圖29中示出了以第二顯示模式顯示的圖像18。
進一步，第三顯示模式不僅顯示如圖29中第二顯示模式的車輛后部的一放大圖像，還顯示如圖30所示的由透鏡系統(tǒng)11獲得的圖像中位于左端和右端的圖像(即車輛后部左和右側(cè)圖像)I9b和I9c，覆蓋如圖29所示的第二顯示模式的圖像I9a的左和右上部，從而迫使駕駛員注意在車輛左和右后部從死角接近的物體。這時，不在顯示單元3的預(yù)定區(qū)域中顯示由透鏡系統(tǒng)11獲得的圖像中位于左端和右端的圖像I9b和I9c，但是通過增加象素被放大，同時，那里的坐標被改變，這樣圖像I9b和I9c中的被采集的物體在垂直方向上的實際坐標與在顯示單元3的垂直方向上的坐標一致。圖像I9b和I9c的放大以及坐標的改變通過控制單元5的圖像處理部分5b來執(zhí)行。
第一顯示模式和第二顯示模式或第三顯示模式通過改變圖1所示的控制單元5的控制部分5a來轉(zhuǎn)換，也就是說，如圖1所示，在至少其中一個信號的基礎(chǔ)上，控制部分5a的改變控制顯示單元3的顯示內(nèi)容，這些信號包括從指示開關(guān)(未示出)輸入的用于操作的操作信號、從車速傳感器輸入的車速信號、關(guān)于換檔位置的換檔位置信號、檢測點火開關(guān)狀態(tài)的點火信號、由障礙物檢測傳感器(未示出)提供的障礙物檢測信號，用于檢測車輛周圍障礙物的存在、一個顯示方向指示器動作狀態(tài)的方向指示器信號、和一個由轉(zhuǎn)向器傳感器提供的轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角信號，其用于檢測轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)角。
例如，當車輛的前端朝前?？吭谲噹斓那闆r下，駕駛員很難直接地和視覺確認車輛后方的左和右側(cè)，當輸入點火信號后，換檔位置信號從指示停車的信號轉(zhuǎn)變成一指示R(倒檔)范圍的信號，車輛整個后方周圍的包括死角圖像的圖像被攝像單元1采集，且以第一顯示模式顯示在顯示單元3上。因此，當駕駛員停車后開始倒車時(即開始倒車)，表示車輛后方的圖像顯示在顯示單元上，該被采集的圖像在一個寬視野范圍內(nèi)且覆蓋了全部范圍，沒有遺漏視野內(nèi)的任何角度。例如，由于可以確認其他接近自己的車輛和行人，可以實現(xiàn)安全倒車。
還有，通過車速信號判斷車輛是否以低于一預(yù)定的速度行駛(包括前進和倒退)，以及當車輛低速行駛時換檔位置信號是否改變?yōu)镽(倒車)，這樣可以判斷車輛想要停車或是倒車，其中一經(jīng)過圖像處理的很容易被感受到距離感的放大圖像以第二顯示模式(圖29)顯示，不但經(jīng)過圖像處理的車輛后方的一放大的圖像而且后方左和右側(cè)的圖像I9b和I9c可以同時以第三模式(圖30)顯示，迫使駕駛員注意來自后方左和右側(cè)死角的接近物體。
于是，由于顯示單元3的顯示內(nèi)容根據(jù)至少其中一個信號被控制，這些信號包括來自指示開關(guān)的操作信號、來自車速傳感器的車速信號、關(guān)于換檔位置的換檔位置信號、點火信號、來自障礙物檢測傳感器的障礙物檢測信號、方向指示器信號和來自轉(zhuǎn)向器傳感器的轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角信號，可以根據(jù)車輛的不同狀態(tài)自動適當?shù)馗淖冿@示單元3的顯示。并且很方便。
在這里，第二顯示模式和第三顯示模式通過駕駛員執(zhí)行的一預(yù)定操作來轉(zhuǎn)換。例如，一觸摸式顯示單元作為顯示單元3，其中當觸摸和按壓顯示在每個圖像I8和I9的一部分上的轉(zhuǎn)換圖標時(例如右下部分)，從一種顯示模式轉(zhuǎn)換到另一種顯示模式。具體地說，用于轉(zhuǎn)換到第三顯示模式的圖標63，例如用“3方向(3directions)”表示，顯示在第二顯示模式(29)的屏幕上，用于轉(zhuǎn)換到第二顯示模式的圖標65，例如用“寬度(wide)”表示，顯示在第三模式的屏幕上，其中當觸摸位于各自第二和第三顯示模式的轉(zhuǎn)換圖標63或65時，就會從一種顯示模式轉(zhuǎn)換到另一種顯示模式。于是就使用一種觸摸板型顯示單元來作為顯示單元3，通過觸摸顯示單元3的屏幕可以轉(zhuǎn)換顯示模式。然而如果不使用一種觸摸板型顯示單元來作為顯示單元3，可以在顯示單元3的附近設(shè)計一轉(zhuǎn)換開關(guān)(未示出)，通過操作該轉(zhuǎn)換開關(guān)來轉(zhuǎn)換第二顯示模式和第三顯示模式。通過使用上述例如轉(zhuǎn)換圖標或轉(zhuǎn)換開關(guān)的操作元件，可以很容易地根據(jù)駕駛員的需求等在顯示單元3上轉(zhuǎn)換顯示模式。
可以使用這樣一種結(jié)構(gòu)，即除了攝像單元1獲取的圖像I7、I8和I9，某人車輛的例如車寬、行進方向、距離等的車輛信息也可作為文字信息在屏幕上被覆蓋和合成，以及作為圖像被顯示在顯示單元3上，其可以共同幫助駕駛員根據(jù)文字信息停車和倒車。
另一種結(jié)構(gòu)大致等同于實施例1，這里就省略了其說明。
還有，在本實施例中，由于魚眼透鏡在透鏡系統(tǒng)11的水平方向上的視野角度大于等于180°，不但可以第一顯示模式采集水平方向上一寬視野范圍內(nèi)的圖像，還可以無障礙地以第三顯示模式采集后面的左和右圖像I9b和I9c。
另外，由于在第二顯示模式和第三顯示模式中，必要部分的圖像I8和I9(I9a、I9b和I9c)被控制單元5的圖像處理部分5b放大，且顯示在顯示單元3上，在使用不同的顯示模式時，可能在采集元件上形成大尺寸的物體圖像。其中可以容易地感受距離感。特別的，在第三顯示模式中，由于不但直接位于車輛后端的圖像I9a，而且后面左和右側(cè)圖像I9b和I9c可以被放大顯示，在車庫或在縱向線內(nèi)停車時可以有效地使用這些模式。
還有，由于顯示單元3的顯示內(nèi)容根據(jù)至少其中一個信號被控制，這些信號包括來自指示開關(guān)的操作信號、來自車速傳感器的車速信號、關(guān)于換檔位置的換檔位置信號、點火信號、來自障礙物檢測傳感器的障礙物檢測信號、方向指示器信號和來自轉(zhuǎn)向器傳感器的轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角信號，可以根據(jù)車輛的不同狀態(tài)自動適當?shù)馗淖冿@示單元3的顯示。并且很方便。
特別的，發(fā)動機啟動后如果檢測到換檔位置改變到R(倒檔)，不但車輛的全部后方以第一顯示模式正常顯示，而且視野范圍內(nèi)的一預(yù)定范圍被剪切，當停車和倒車時換檔位置信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹甘綬(倒檔)的信號時，則放大、旋轉(zhuǎn)和插值該預(yù)定范圍，一放大后的圖像I8以第二模式顯示，三個方向的圖像I9a、I9b和I9c同時以第三模式顯示。因此，可以自動顯示圖像I7、I8和I9，這樣駕駛員可以根據(jù)車輛情形很容易地進行視覺確認。
另外，由于顯示模式(第二顯示模式和第三顯示模式)可以通過操作顯示在顯示單元3上的轉(zhuǎn)換圖標或布置在顯示單元3周圍的轉(zhuǎn)換開關(guān)可選擇地轉(zhuǎn)換，可以很容易地根據(jù)駕駛員的需要等轉(zhuǎn)換顯示單元3的顯示模式。
還有，由于例如車寬、行進方向和距離等的車輛信息在屏幕上被覆蓋和合成為特定信息，且顯示在顯示單元3上，駕駛員不但可以根據(jù)圖像I7、I8和I9還可以根據(jù)文字信息停車和倒車。
還有，在實施例8中，攝像單元1被安裝在車輛后方大致中間的位置，采集車輛后方從左到右一寬視野范圍A5內(nèi)的圖像。另外，攝像單元1可以被安裝在車輛前部大致中間的位置、側(cè)面或角部。還有，在實施例1到實施例7中，攝像單元1可以安裝在任何位置，可以采集車輛周圍的圖像。
還有在實施例8中，三個方向的圖像I9a、I9b和I9c被重疊和合成以第三顯示模式(多方向圖像合成顯示模式)顯示在顯示單元3上。然而，兩個或四個或更過方向上的圖像被覆蓋、合成和顯示也是沒有問題的。
另外，在實施例8的第三顯示模式上(多方向圖像合成顯示模式)，后方左和右圖像I9b和I9c被覆蓋和合成為放大的圖像I9a且顯示在顯示單元3上。然而，左和右側(cè)圖像I9b和I9c可以覆蓋和合成為圖像I7(圖28)，其由采集單元采集且不經(jīng)任何處理地顯示在顯示單元3上。
在上述的各個實施例中，視野周圍的物體被放大顯示，比使用普通魚眼透鏡要大。然而相反，物體中間部分的變形微小，駕駛員會覺得物體比實際要遠，很難感受實際的距離。
因此，在根據(jù)實施例9的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中，使攝像單元1采集的圖像變形，從而圖像中間部分被控制單元5的圖像處理部分5b放大，其被正常顯示在顯示單元3上，或變形圖像被覆蓋和合成在一部分區(qū)域且被顯示。
例如，假設(shè)如圖31所示的圖像是被攝像單元1采集的圖像，圖像被控制單元5的圖像處理部分5b變形，如圖32所示。在圖32中，中間部分被放大且大于周圍部分。這樣，由于中間部分變形被放大，當觀看顯示單元3時，可以容易地感受與物體的距離感。而且，使中間部分變形比僅僅放大中間部分并顯示要方便，因為駕駛員具有接近物體中間部分的感覺，也就是說，通過執(zhí)行一個處理過程，例如，彎曲中間部分，來產(chǎn)生立體感，被采集的圖像顯示在顯示單元3上，同時具有距離感。
在根據(jù)本發(fā)明實施例10的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置中，透鏡系統(tǒng)11的結(jié)構(gòu)大致與根據(jù)上述實施例1到實施例9的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置相同。然而，透鏡系統(tǒng)11特性被調(diào)節(jié)，這樣圖像周圍部分與中間部分相比，圖像高度相對于圖像角度的改變量要大。下面將要說明根據(jù)實施例10的透鏡系統(tǒng)11的主要特性。還有，由于除了透鏡系統(tǒng)11特性以外，其結(jié)構(gòu)與根據(jù)上述實施例1到實施例9的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置相似，所以彼此相應(yīng)的部件使用相同的附圖標記，且省略其說明。
根據(jù)實施例10的用于監(jiān)控車輛周圍環(huán)境的裝置與圖1所示的實施例1一樣，具有一個攝像單元1、一個顯示單元3和一個控制單元5。
攝像單元1的結(jié)構(gòu)與例如圖2所示的攝像單元1相似。例如，如圖3和4所示，攝像單元1安裝在車輛前端的中間部分，這樣可以采集車輛前側(cè)(包括車輛斜向下的方向)從左到右的一個寬視野范圍A4內(nèi)的圖像。攝像單元1由螺釘通過例如一個支架被安裝在車輛上。
為了防止攝像單元1受到雨和風(fēng)的侵襲，攝像單元1的全部被容納在一個由O型密封環(huán)(未示出)密封的防水殼體15中，其中僅僅位于前端的透鏡25a的前表面部分暴露在防水殼體15的前側(cè)。
一個采集元件13由例如CCD構(gòu)成。下面的描述都是基于假設(shè)采集元件13具有一個1/4英寸的采集平面，其尺寸為水平方向3.6mm，垂直方向2.8mm。
與上述實施例1到實施例9一樣，根據(jù)實施例10的透鏡系統(tǒng)11水平方向上的視野角度H為大于等于180°和小于等于270°(例如190°)。
圖33是根據(jù)實施例10的透鏡系統(tǒng)11在水平方向上的特性圖。圖33表示了一個曲線L4(黑虛線)，其表示成像在采集元件13上的每個圖像部分的圖像高度和入射到每個圖像部分的光線的圖像角度(相對于光軸的傾斜角度)之間的關(guān)系(在下文中稱為“圖像角/圖像高度特性”)。還有，在圖33中，曲線L0(虛線)表示普通魚眼透鏡的圖像角度/圖像高度特性，作為比較，示出的曲線L1(粗線)表示上述根據(jù)實施例1的透鏡系統(tǒng)11的圖像角度/圖像高度特性。另外，在圖33中，縱坐標表示成像在采集元件13上的圖像每個圖像部分的圖像高度，而橫坐標表示入射到每個圖像部分的光線的圖像角度(相對于光軸的入射角)。
例如，如圖33中的曲線L4示出，根據(jù)實施例10的透鏡系統(tǒng)11整體如此構(gòu)成使得每個圖像部分的圖像高度Y和圖像角度θ之間的關(guān)系為Y＜2f·tan(θ/2)，圖像高度Y為從成像在采集元件上圖像的圖像中心水平移動的每個圖像部分的圖像高度，圖像角度為入射到每個圖像部分的光線的圖像角度，透鏡系統(tǒng)在水平方向上的焦距為f(這里，f為透鏡系統(tǒng)11在水平方向上的焦距)。
具體地說，例如，除了第二透鏡組27，通過透鏡系統(tǒng)11，成像在采集元件13的光接收平面上的圖像的每個部分的圖像高度Y與入射到每個部分的光線角度之間的關(guān)系為Y＜2f·tan(θ/2)，其中透鏡系統(tǒng)11在水平方向上的焦距為f。
還有，普通的魚眼透鏡(使用一種被稱為“等距投影”的系統(tǒng))在水平方向上的特性如圖33中曲線L0所示，這樣在水平方向上，關(guān)于上述水平方向的圖像高度Y、圖像角度θ和透鏡系統(tǒng)11的焦距f之間的關(guān)系為Y＝f·θ。
根據(jù)實施例1的透鏡系統(tǒng)(使用一種被稱為“立體投影系統(tǒng)”的系統(tǒng))在水平方向上的特性如圖33中曲線L1所示，關(guān)于上述水平方向的圖像高度Y、圖像角度θ和透鏡系統(tǒng)11在水平方向上的焦距f之間的關(guān)系為Y＝2f·tan(θ/2)。
這里，假設(shè)暫時地使用普通魚眼透鏡的圖像角度/圖像高度特性(曲線L0)作為透鏡系統(tǒng)11的圖像角度/圖像高度特性，如圖36所示，在水平方向上的周圍的物體C2被采集的很小，駕駛員很難識別車輛前方左側(cè)和右側(cè)接近車輛的物體。還有，假設(shè)在實施例1的透鏡系統(tǒng)中暫時地使用圖像角度/圖像高度特性(曲線L1)，在水平方向上的周圍的物體相對大一些，與使用普通魚眼透鏡的圖像角度/圖像高度特性相比，駕駛員較容易識別車輛前方左側(cè)和右側(cè)接近車輛的物體。然而，與JP-A-2000-89301公開的透鏡相比，在JP-A-2000-89301中從車輛側(cè)面接近的車輛被位于如圖34和35所示的攝像單元前側(cè)的一鏡子和一棱鏡等采集，在識別從前方左側(cè)和右側(cè)接近的車輛時，僅僅注意到簡單的，在水平方向上被采集的周圍的物體很小，駕駛員很難識別從車輛前方左側(cè)和右側(cè)接近的車輛。
因此，在根據(jù)實施例10的透鏡系統(tǒng)1中，透鏡系統(tǒng)11的外面周圍部分的圖像角度/圖像高度特性與根據(jù)實施例1的透鏡系統(tǒng)的圖像角度/圖像高度特性不同，這樣在水平方向上的周圍的物體可以被采集的大一些。
具體地說，例如，如圖33的曲線L4所示，設(shè)計透鏡系統(tǒng)11使得當圖像角度θ等于80°時，圖像高度Y為1.00，當圖像角度θ等于90°時，圖像高度Y為1.6mm。設(shè)計透鏡系統(tǒng)11在水平方向上，在圖像角度為80°到90°的范圍的圖像角度/圖像高度特性，目的在于具有下列特性，即物體可以與在左和右方的視野與在JP-A-2000-89301中的每個范圍總共變?yōu)?0°時相同的尺寸被采集，如圖34和35所示。
于是，根據(jù)本實施例的透鏡系統(tǒng)11具有這樣的結(jié)構(gòu)，使得在圖像周圍部分與在中間部分相比，圖像高度相對于圖像角度改變量的改變量進一步地增加，而不使用根據(jù)實施例1的透鏡系統(tǒng)的圖像角度/圖像高度特性(曲線L1)。因此，在采集視野范圍A4水平方向上的周圍部分(圖3)，周圍部分的物體的圖像可以放大地成像在采集元件13上。也就是說，可以提高視野范圍內(nèi)的周圍部分的物體圖像的視覺確認。
還有，在圖34和35所示的JP-A-2000-89301中，例如，使用這樣一種結(jié)構(gòu)，左和右方視野的每個范圍都變成85°，可以提高從左和右方接近車輛的視覺確認。因此，設(shè)計實施例10的透鏡系統(tǒng)11在水平方向上，在圖像角度為80°到90°的范圍的圖像角度/圖像高度特性，目的在于具有下列特性，即物體可以與在左和右方的視野與在JP-A-2000-89301中的每個范圍總共變?yōu)?5°時相同的尺寸被采集，如圖34和35所示。關(guān)于透鏡系統(tǒng)水平方向的圖像角度/圖像高度特性如圖33中曲線L3(雙黑虛線)所示。另外，盡管透鏡系統(tǒng)11的圖像角度/圖像高度特性這樣設(shè)置，透鏡系統(tǒng)11具有這樣的結(jié)構(gòu)，關(guān)于水平方向的圖像高度Y、圖像角度θ和透鏡系統(tǒng)11關(guān)于水平方向的焦距f具有下列關(guān)系Y＜2f·tan(θ/2)，如圖33中曲線L1和L3所示。
也就是說，使用如圖33中曲線L4所示的特性作為根據(jù)本實施例的透鏡系統(tǒng)11關(guān)于水平方向的圖像角度/圖像高度特性。然而，不必將特性限定到上述特性。如果透鏡系統(tǒng)11具有這樣的結(jié)構(gòu)，使得關(guān)于水平方向的圖像高度Y、圖像角度θ和透鏡系統(tǒng)11關(guān)于水平方向的焦距f具有下列關(guān)系Y＜2f·tan(θ/2)，在視野范圍A4水平方向的周圍，與使用實施例1的透鏡系統(tǒng)的圖像角度/圖像高度特性(曲線L1)的情況下相比，周圍物體的圖像可以進一步放大地成像。結(jié)果，可以進一步提高從左和右側(cè)接近的車輛的視覺確認。
另外，如上所述，如果使用普通魚眼透鏡的圖像角度/圖像高度特性(曲線L0)，圖像中間部分和周圍部分的圖像高度相對于圖像角度變化量的變化量相同，其中惡化了從左和右側(cè)接近的車輛的視覺確認。因此，透鏡系統(tǒng)11這樣構(gòu)成，使得圖像中間部分的圖像高度相對于圖像角度變化量的變化量要大于圖像周圍部分。也就是說，僅通過這樣構(gòu)成透鏡系統(tǒng)11，使得水平方向的圖像高度Y、圖像角度θ和透鏡系統(tǒng)11關(guān)于水平方向的焦距f具有下列關(guān)系Y＜f·θ，與在透鏡系統(tǒng)11中使用普通魚透鏡的圖像角度/圖像高度特性相比，就可以在采集元件13上在周圍部分，甚至在視野范圍A4(圖4)的在水平方向的周圍部分上較大地成像物體的圖像，提高視野范圍內(nèi)周圍部分的物體圖像的視覺確認。
也就是說，為了提高視野范圍內(nèi)周圍部分的物體圖像的視覺確認，優(yōu)選的，透鏡系統(tǒng)11如此構(gòu)成使得水平方向的圖像高度Y、圖像角度和透鏡系統(tǒng)11關(guān)于水平方向的焦距f具有下列關(guān)系Y＜f·θ。
另外，進一步優(yōu)選的，透鏡系統(tǒng)11如此構(gòu)成使得關(guān)系式為Y＜2f·tan(θ/2)。
如上面實施例1到實施例9所述的，成像在采集元件13平面上的周圍圖像被傳遞到控制單元5的圖像處理部分5b，通過改變控制部分5a的指示來處理圖像。然后，該被采集的和處理的圖像顯示在顯示單元3上。
還有，在本實施例中，如上所述，雖然舉例說明了攝像單元1被安裝在如圖3和4所示實施例1的車輛前端部分，攝像單元1還可以安裝在車輛的不同位置，例如在實施例2、4、8和9所示的車輛的后側(cè)。
進一步，被采集的圖像在圖像處理部分5b中進行圖像處理的內(nèi)容和在顯示單元3中被采集的圖像被詳細列出，其與上述實施例1到實施例9相似。另外，圖像在位于車輛后部的采集攝像機1采集的圖像的基礎(chǔ)上被顯示，其顯示模式相似于在上述實施例8和實施例9中關(guān)于車輛后側(cè)的顯示模式。
進一步，如上述實施例5和實施例6所述，透鏡系統(tǒng)11的結(jié)構(gòu)為，例如，不斷改變包含在透鏡系統(tǒng)11中的每個透鏡組的結(jié)構(gòu)，這樣關(guān)于水平方向的圖像高度Y、圖像角度θ和透鏡系統(tǒng)11關(guān)于水平方向的焦距f具有下列關(guān)系Y＜f·θ，進一步優(yōu)選的，透鏡系統(tǒng)11如此構(gòu)成使得關(guān)系式為Y＜2f·tan(θ/2)。
如上所述，如在根據(jù)實施例1的透鏡系統(tǒng)11中，根據(jù)本實施例的攝像單元1中，由于透鏡系統(tǒng)11這樣構(gòu)成使得圖像周圍部分與中間部分相比，圖像高度的改變量相對于圖像角度的改變量要大，其可以提高視野范圍內(nèi)周圍部分的物體圖像的視覺確認。詳細地說，透鏡系統(tǒng)11如此構(gòu)成使得水平方向的圖像高度Y、圖像角度θ和透鏡系統(tǒng)11關(guān)于水平方向的焦距f具有下列關(guān)系Y＜f·θ，其可以提高視野范圍內(nèi)水平方向周圍部分的物體圖像的視覺確認。還有，如在JP-A-2000-89301中，由于不需要任何特定部件，例如一個棱鏡等，可以簡化攝像單元1的結(jié)構(gòu)。
進一步，如果透鏡系統(tǒng)11這樣構(gòu)成使得圖像周圍部分與中間部分相比，圖像高度的改變量相對于圖像角度的改變量要大，可以進一步提高視野范圍內(nèi)周圍部分的物體圖像的視覺確認。詳細地說，透鏡系統(tǒng)11如此構(gòu)成使得水平方向的圖像高度Y、圖像角度θ和透鏡系統(tǒng)11關(guān)于水平方向的焦距f具有下列關(guān)系Y＜2f·tan(θ/2)，其可以進一步提高視野范圍內(nèi)周圍部分的物體圖像的視覺確認。
另外，由于在水平方向上透鏡系統(tǒng)11產(chǎn)生的視野角度H如上述實施例1到實施例9所述為大于等于180°小于等于270°，可以采集水平方向上的一個寬視野范圍。
還有，雖然在上述實施例10中，透鏡系統(tǒng)11如此構(gòu)造，使得在水平方向上，圖像周圍部分與中間部分相比，圖像高度的改變量相對于圖像角度的改變量要大，但是透鏡系統(tǒng)11還可以如此構(gòu)成，以提高視野范圍內(nèi)周圍部分的物體圖像的視覺確認，不但在水平方向和垂直方向上而且在所有方向，圖像周圍部分與中間部分相比，圖像高度的改變量相對于圖像角度的改變量要大。
進一步，為了提高視野范圍內(nèi)周圍部分的物體圖像的視覺確認，透鏡系統(tǒng)11可以如此構(gòu)成，使得圖像高度Y、圖像角度θ和透鏡系統(tǒng)11的焦距f優(yōu)選的具有下列關(guān)系Y＜f·θ，進一步優(yōu)選的，透鏡系統(tǒng)11如此構(gòu)成使得關(guān)系式為Y＜2f·tan(θ/2)。
權(quán)利要求
1.一種攝像單元，包括一采集元件；和一透鏡系統(tǒng)，其中來自視野內(nèi)一預(yù)定范圍的光線在采集元件上成像，其特征在于關(guān)于成像在采集元件上圖像的每個圖像部分的圖像高度和入射到每個圖像部分光線的圖像角度之間的關(guān)系，透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得圖像周圍部分的圖像高度根據(jù)圖像角度變化的變化量大于圖像的中心部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種攝像單元，其特征在于透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得在水平方向上從成像在采集元件上的圖像的圖像中心偏移的每個圖像部分的一圖像高度Y和一入射到每個圖像部分的光線的圖像角度θ之間的關(guān)系為Y＜f·θ，其中透鏡系統(tǒng)在水平方向上的焦距是f。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種攝像單元，其特征在于透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得在水平方向上從成像在采集元件上的圖像的圖像中心偏移的每個圖像部分的一圖像高度Y和一入射到每個圖像部分的光線的圖像角度θ之間的關(guān)系為Y＜2f·tan(θ/2)，其中透鏡系統(tǒng)在水平方向上的焦距是f。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種攝像單元，其特征在于透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得在水平方向上從成像在采集元件上的圖像的圖像中心偏移的每個圖像部分的一圖像高度Y和一入射到每個圖像部分的光線的圖像角度θ之間的關(guān)系為Y＝pf·tan(θ/p)，其中所使用的參數(shù)p為1＜p＜4，透鏡系統(tǒng)在水平方向上的焦距是f。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的攝像單元，其特征在于參數(shù)p為2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種攝像單元，其特征在于透鏡系統(tǒng)在水平方向上的視野角度為大于等于180°小于等于270°。
7.一種安裝在車輛上用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，包括一根據(jù)權(quán)利要求1的攝像單元，其用于采集車輛周圍的圖像；和一顯示單元，用于顯示攝像單元采集的圖像。
8.一種攝像單元，包括一采集元件；一透鏡系統(tǒng)，其中來自視野內(nèi)一預(yù)定范圍的光線在采集元件上成像；所述透鏡系統(tǒng)包括一廣角透鏡系統(tǒng)，其在水平方向上的視野角度大于等于120°；以及一變形透鏡系統(tǒng)，其變形率大于等于1.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的攝像單元，其特征在于在水平方向上的視野角度大于等于180°小于等于270°。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的攝像單元，其特征在于關(guān)于成像在采集元件上圖像的每個圖像部分的圖像高度和入射到每個圖像部分光線的圖像角度之間的關(guān)系，透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得圖像周圍部分的圖像高度根據(jù)圖像角度變化的變化量大于圖像的中心部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的一種攝像單元，其特征在于透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得在水平方向上從成像在采集元件上的圖像的圖像中心偏移的每個圖像部分的一圖像高度Y和一入射到每個圖像部分的光線的圖像角度θ之間的關(guān)系為Y＝pf·tan(θ/p)，其中所使用的參數(shù)p為1＜p＜4，透鏡系統(tǒng)在水平方向上的焦距是f。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的攝像單元，其特征在于參數(shù)p為2。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的攝像單元，其特征在于在水平方向上變形透鏡系統(tǒng)縮小成像在采集元件上的圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的攝像單元，其特征在于在垂直方向上變形透鏡系統(tǒng)放大成像在采集元件上的圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的攝像單元，其特征在于透鏡系統(tǒng)的一光軸在垂直方向上相對于采集元件的中心偏離。
16.一種包含在車輛上用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，包括一根據(jù)權(quán)利要求8的攝像單元，其用于采集車輛周圍的圖像；一顯示單元，用于顯示攝像單元采集的圖像；一圖像處理部分，其對攝像單元采集的圖像的至少一部分進行至少一種圖像處理，顯示所述至少一部分圖像，同時合成一給定的重疊圖像，重疊給定的重疊圖像到經(jīng)過至少一個圖像處理后的采集圖像；以及一個轉(zhuǎn)換控制單元，用于控制攝像單元采集的圖像顯示在顯示單元上的顯示時間，在攝像單元的視野范圍內(nèi)選擇一顯示范圍顯示在顯示單元上，在至少一個信號的基礎(chǔ)上選擇至少一個圖像處理內(nèi)容。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其特征在于攝像單元的透鏡系統(tǒng)的一光軸相對于水平方向向地面傾斜。
18.一種安裝在車輛上用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，包括一根據(jù)權(quán)利要求8的攝像單元，其用于采集車輛周圍的圖像；一顯示單元，用于顯示攝像單元采集的圖像；一個轉(zhuǎn)換控制部分，用于根據(jù)將攝像單元采集的圖像顯示在顯示單元上的顯示方式轉(zhuǎn)換多個顯示模式；以及一個圖像處理部分，其在轉(zhuǎn)換控制部分內(nèi)在至少一種顯示模式下對采集圖像的至少一部分進行至少一種圖像處理，包括放大、縮小、移動、旋轉(zhuǎn)和變形。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于顯示模式包括正常顯示模式，從而攝像單元采集的圖像沒有經(jīng)過圖像處理部分的任何圖像處理地顯示在顯示單元上。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于顯示模式包括放大顯示模式，其通過圖像處理部分，放大攝像單元采集的圖像的包括中心部分的部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于顯示模式包括多方向圖像合成顯示模式，其通過圖像處理部分放大攝像單元采集圖像的左和右部分的至少其中之一，且通過重疊和合成所述左和右部分的至少其中之一到顯示單元預(yù)定部分區(qū)域內(nèi)的圖像上，顯示圖像的左和右部分的至少其中之一。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于多方向圖像合成顯示模式顯示攝像單元采集的圖像中的至少其中一個，該圖像沒有在圖像處理部分進行任何圖像處理，以及通過由圖像處理部件放大包括采集圖像的中心部分的一部分的圖像，重疊和合成僅僅一部分區(qū)域所獲得的圖象。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，還包括一個操作元件用于轉(zhuǎn)換多個顯示模式的至少其中之一。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于轉(zhuǎn)換控制部分控制攝像單元采集的圖像在顯示單元上的顯示時間，轉(zhuǎn)換控制部分選擇一個顯示范圍，在該范圍內(nèi)的攝像單元采集的圖像顯示在顯示單元上，以及轉(zhuǎn)換控制部分選擇至少其中之一的顯示處理的內(nèi)容，其是在至少一個信號的基礎(chǔ)上，通過圖像處理部分對采集的圖像進行的一種處理。
25.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于在顯示單元，圖像處理部分通過合成重疊圖像在顯示單元顯示預(yù)定的車輛信息，其包括至少下列其中之一的信息車寬、行進路線和距離。
26.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于攝像單元從車輛后方朝向后部中間安裝。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于當在車速信號基礎(chǔ)上判斷車輛以低速行駛時，該低速小于等于預(yù)定速度，以及換檔位置信號轉(zhuǎn)換為指示車輛以低速倒檔的信號時，轉(zhuǎn)換控制部分選擇多方向圖像合成顯示模式。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于發(fā)動機啟動后，當檢測到換檔位置信號轉(zhuǎn)換成指示車輛倒車的信號時，轉(zhuǎn)換控制部分選擇正常顯示模式。
29.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于攝像單元從車輛前端朝向前部中間安裝。
30.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于攝像單元從車輛側(cè)端朝向側(cè)部安裝。
31.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于攝像單元安裝在車輛的一角部。
32.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于一顯示單元以正常的顯示模式顯示采集的圖像，該圖像通過圖像處理部分變形。
33.根據(jù)權(quán)利要求18的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于顯示單元顯示變形后的采集圖像，其是通過圖像處理部分對采集的部分區(qū)域使之變形的圖像進行重疊和合成處理。
34.根據(jù)權(quán)利要求16的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于該至少一個圖像處理包括放大、縮小、移動、旋轉(zhuǎn)和變形。
35.根據(jù)權(quán)利要求16的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于該至少一個信號包括車速信號、換檔位置信號、轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角信號、方向指示器信號、照明信號和由障礙物檢測傳感器提供的障礙物檢測信號。
36.根據(jù)權(quán)利要求24的用于監(jiān)控車輛周圍的裝置，其特征在于該至少一個信號包括車速信號、換檔位置信號、轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角信號、方向指示器信號、照明信號和由障礙物檢測傳感器提供的障礙物檢測信號。
全文摘要
在一種攝像單元中，關(guān)于成像在采集元件上圖像的每個圖像部分的圖像高度和入射到每個圖像部分光線的圖像角度之間的關(guān)系，透鏡系統(tǒng)如此構(gòu)成使得圖像周圍部分的圖像高度根據(jù)圖像角度變化的變化量大于圖像的中心部分。
文檔編號G03B15/00GK1607452SQ20041009819
公開日2005年4月20日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者井本政善 申請人:株式會社自動車電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所, 住友電裝株式會社, 住友電氣工業(yè)株式會社