本公開一般涉及集成的攝像機(jī)、環(huán)境光檢測以及雨傳感器組件，尤其涉及成像器設(shè)備，該成像器設(shè)備具有配備有紅色/可見/可見/可見(RVVV)濾波器的中間部分、配備有紅色/綠色/藍(lán)色/近紅外(RGBN)濾波器的外圍部分以及可選地配置成將光引導(dǎo)至該外圍部分上的多個(gè)反射折射元件。

背景技術(shù)：

在車輛上提供攝像機(jī)以檢測接近(例如，前方的)車輛的物體是已知的。將攝像機(jī)安裝在車輛的內(nèi)部中后視鏡和擋風(fēng)玻璃之間，即在擋風(fēng)玻璃后面是有利的。此位置是有利的，因?yàn)樗峁┝塑囕v前方道路的提高的立體圖，未進(jìn)一步模糊操作者的視覺因?yàn)檫@個(gè)位置早已被后視鏡遮蓋了，利用擋風(fēng)玻璃來保護(hù)攝像機(jī)，并且允許擋風(fēng)玻璃雨刮器配置成使攝像機(jī)“看”過去的擋風(fēng)玻璃部分保持干凈。

由于關(guān)于模糊操作者視覺的相同的原因，將雨傳感器定位在此位置也是有利的。雨傳感器可由車輛用于自動(dòng)地操作擋風(fēng)玻璃雨刮器，以既給操作者道路的清晰視野，且保持?jǐn)z像機(jī)的視場清晰。然而，將攝像機(jī)和雨傳感器兩者定位在相同的位置，可能結(jié)合諸如雷達(dá)單元和/或環(huán)境光傳感器的其他設(shè)備的現(xiàn)有嘗試已導(dǎo)致結(jié)合的模塊包裝尺寸，該模塊包裝尺寸安裝起來笨重，且延伸超出已被后視鏡遮蓋的區(qū)域，從而不期望地進(jìn)一步模糊操作者的道路視野。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在此描述的是結(jié)合集成的攝像機(jī)、環(huán)境光檢測以及雨傳感器的組件。該組件克服了上述問題。該組件的一個(gè)方面是攝像機(jī)的成像設(shè)備(例如，集成電路)的外圍部分中在其他方面未使用的像素用于檢測車輛的擋風(fēng)玻璃上的水(例如，雨滴)，并確定環(huán)境光強(qiáng)度，而成像設(shè)備的中間部分用于捕獲圖像。在此描述的組件的配置將對(duì)結(jié)合的攝像機(jī)、雨傳感器及環(huán)境光傳感器的封裝要求最小化。在替代實(shí)施例中，反射折射的棱柱類型的環(huán)形透鏡安裝在現(xiàn)有的前視攝像機(jī)主透鏡上。此實(shí)施例的光學(xué)設(shè)計(jì)允許該主透鏡與輔助的反射折射棱柱的環(huán)形透鏡合作以在寬視場上對(duì)光進(jìn)行聚焦以用于環(huán)境光收集。該配置也允許紅外或者近紅外LED被放置在靠近擋風(fēng)玻璃表面以用于高信號(hào)反射，并由此將對(duì)雨感應(yīng)的LED功率/成本要求最小化。

形成該成像器設(shè)備的像素是用定制的成像器光譜濾波器掩模單獨(dú)地濾波并隔離的。此配置有利地實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)功能以在該成像器設(shè)備的中間部分上使用常規(guī)可見的RVVV(紅色，可見x3)光譜濾波器，而外圍部分配備有RGBN(紅色，綠色，藍(lán)色，以及近紅外)以通過近紅外濾波器(阻擋可見光并消除噪音)實(shí)現(xiàn)雨感應(yīng)，并通過可見RGB(紅色-綠色-藍(lán)色)光譜濾波器實(shí)現(xiàn)環(huán)境光感應(yīng)來匹配人類眼睛光譜。進(jìn)一步的優(yōu)勢是：攝像機(jī)和雨傳感器的集成；集成的但獨(dú)立于主透鏡結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件(例如，傳統(tǒng)的，可回流的等)；比傳統(tǒng)的光學(xué)傳感器更低的成本；比使用攝像機(jī)圖像處理算法的常見雨傳感器更靈活；較大的檢測區(qū)域(3-5x光學(xué)傳感器)；沒有因灰塵/小蟲/鹽剩余物所導(dǎo)致的持久的錯(cuò)誤檢測，因?yàn)榛覊m被記憶且被減去同時(shí)檢測區(qū)域損失可忽略。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供適合安裝在車輛的擋風(fēng)玻璃后面的集成的攝像機(jī)、環(huán)境光檢測以及雨傳感器組件。該組件包括由像素的陣列形成的成像器設(shè)備，該像素的陣列被配置成定義該成像器設(shè)備的中間部分和外圍部分。像素的陣列的每個(gè)像素包括多個(gè)子像素。中間部分中的每個(gè)像素配備有紅色/可見/可見/可見濾波器(RVVV濾波器)，排布成使得中間部分中的每個(gè)像素包括一個(gè)紅色子像素以及三個(gè)可見光子像素。外圍部分中的每個(gè)像素配備有紅色/綠色/藍(lán)色/近紅外濾光器(RGBN濾光器)，排布成使得外圍部分中的每個(gè)像素包括紅色子像素、綠色子像素、藍(lán)色子像素以及近紅外子像素。在閱讀優(yōu)選實(shí)施例的下列詳細(xì)描述后，進(jìn)一步的特征和優(yōu)勢將更清楚地呈現(xiàn)，這些優(yōu)選實(shí)施例僅作為非限定性的示例且結(jié)合附圖而給出。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖借助示例來描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的配備有集成的攝像機(jī)、環(huán)境光檢測以及雨傳感器組件的車輛的俯視圖；

圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的組件的側(cè)剖視圖；

圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在圖2的組件中使用的成像器設(shè)備的正視圖；

圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖2的組件的一部分的示圖；

圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在圖2的組件中使用的環(huán)形透鏡的一部分；以及

圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖2的組件的環(huán)形透鏡的設(shè)計(jì)參數(shù)表。

具體實(shí)施方式

圖1示出集成的攝像機(jī)、環(huán)境光檢測以及雨傳感器組件的非限制性示例，下文稱為組件20，其適合安裝在車輛10的擋風(fēng)玻璃12后面(即在車輛10的里面)。如將在下文中更詳細(xì)描述的，組件20通常配置成確定靠近車輛10的視場14的圖像16(圖2)。在此非限制性示例中，視場14通常在車輛10的前方。組件20也通常被配置成確定車輛10外面的環(huán)境光18的環(huán)境光強(qiáng)度22，并確定擋風(fēng)玻璃12上的水24(例如，雨滴)的存在。

圖2和圖3進(jìn)一步示出了組件20的非限制性細(xì)節(jié)。組件20包括成像器設(shè)備26(圖2：側(cè)視圖；圖3：正視圖)的單個(gè)實(shí)例，其可基于商業(yè)可購得的CMOS圖像傳感器。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，成像器設(shè)備26由像素的陣列28形成，且像素(30，36)的每個(gè)實(shí)例包括多個(gè)子像素；在此非限制性示例中每個(gè)像素包括四個(gè)子像素。作為示例而非限制，成像器設(shè)備26可具有1280x 960個(gè)像素。

成像器設(shè)備26不同于圖像傳感器等的現(xiàn)有示例，因?yàn)槌上衿髟O(shè)備26獨(dú)特地配置成定義成像器設(shè)備26的中間部分32和外圍部分34.中間部分32中的像素30的每個(gè)實(shí)例都配備有紅色/可見/可見/可見濾波器(下文稱作RVVV濾光器38)，排列該濾波器從而使得中間部分32中的像素30的每個(gè)實(shí)例包括一個(gè)紅色子像素30A和三個(gè)可見光子像素30B、30C、30D。與成像器設(shè)備的現(xiàn)有示例相反，外圍部分34中的像素36的每個(gè)實(shí)例配備有紅色/綠色/藍(lán)色/近紅外濾波器(下文稱作RGBN濾波器40)，排布成使得外圍部分34中的每個(gè)像素包括紅色子像素36A、綠色子像素36B、藍(lán)色子像素36C以及近紅外子像素36D。

如稍后將做更詳細(xì)描述的，RVVV濾波器38良好地適用于中間部分32，以使用三種可見光子像素30B、30C、30D作為黑白類型攝像機(jī)，而紅色子像素30A允許組件20對(duì)將其他車輛的紅色尾燈與其他車輛的白色頭燈和諸如路燈的非紅色光的其他光源區(qū)分開來是有用的。如稍后也將做更詳細(xì)描述的，外圍部分34的RGBN濾波器40允許近紅外子像素36D用于檢測或感測擋風(fēng)玻璃12上的水(例如雨)，而紅色子像素36A、綠色子像素36B以及藍(lán)色子像素36C合作以利用對(duì)應(yīng)于人類眼睛的顏色檢測平衡來提供確定環(huán)境光強(qiáng)度22的手段，這樣有利于控制車輛儀表板亮度以及其他車輛內(nèi)部照明/顯示功能。參考圖2，組件20可包括配置成將光從視場14聚焦至成像器設(shè)備26的中間部分32上的主透鏡42。如將被本領(lǐng)域人員理解的，主透鏡42的配置或設(shè)計(jì)是基于諸如期望的視角(即視場14的角度)、焦距、景深、孔徑等多個(gè)已知特征而確定或選擇的。主透鏡42的合適示例是來自陽光光學(xué)技術(shù)(集團(tuán))有限公司(Sunny Optical Technology(Group)Company Limited)的模型4067，該公司總部在中國浙江。

組件20也可包括配置成捕獲視場14外面的光的環(huán)形透鏡44，并將該光引導(dǎo)穿過主透鏡并至外圍部分34上。并不要求環(huán)形透鏡44只捕獲來自視場外面的光。即，除了來自視場14的外面的光，或者作為來自視場14的外面的光的替代，環(huán)形透鏡44也可配置成捕獲來自視場14內(nèi)的光。僅出于簡化示圖的目的，圖2建議環(huán)形透鏡44只捕獲來自視場外面的光。

可提供諸如紅外發(fā)光二極管(LED)的光源46來照明擋風(fēng)玻璃上的水24的實(shí)例。如果成像器設(shè)備26的外圍部分34中的近紅外子像素36D檢測到對(duì)應(yīng)于由光源46發(fā)出的近紅外光，那么那可能是水24存在于擋風(fēng)玻璃12上的指示。優(yōu)選的是，光源46是組件20的一部分，并靠近環(huán)形透鏡44以將充分地照明該水24所必須的電能的量最小化。僅出于簡化示圖的目的，圖2示出光源46位于與環(huán)形透鏡44隔開。

組件20可包括與成像器設(shè)備26通信的控制器48。控制器48可包括諸如微處理器的處理器(未示出)或諸如模擬和/或數(shù)字控制電路的其它控制電路，包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)熟知的用于處理來自成像器設(shè)備26的數(shù)據(jù)/信號(hào)的專用集成電路(ASIC)。控制器48可包括存儲(chǔ)器(未示出)，包括非易失性存儲(chǔ)器，例如電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，用以存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)例程、閾值以及捕獲的數(shù)據(jù)?？捎商幚砥鲌?zhí)行一個(gè)或多個(gè)例程來執(zhí)行步驟以確定是否來自成像器設(shè)備26的由控制器48接收到的信號(hào)指示例如在擋風(fēng)玻璃12上有雨滴或者諸如其他車輛(未顯示)的物體出現(xiàn)在車輛10的前面。

為此目的，控制器48通常配置成基于由中間部分32中的像素的紅色子像素30A以及三個(gè)可見光子像素30B、30C、30D檢測到的光來確定車輛10前面的視場14的圖像16。可將來自三個(gè)可見光子像素30B、30C、30D的信號(hào)進(jìn)行結(jié)合，以增加由中間部分32提供的攝像機(jī)功能的低環(huán)境光靈敏度。來自紅色子像素30A的信號(hào)可與來自三個(gè)可見光子像素30B、30C、30D的信號(hào)進(jìn)行比較，以確定視場14中的光是否為車輛的紅色尾燈，并由此將其他車輛的紅色尾燈與前燈以及其他非紅色燈區(qū)分開。將紅色尾燈與其他燈區(qū)分開的能力對(duì)于操作者輔助系統(tǒng)以及自動(dòng)駕駛車輛(例如，自治車輛)系統(tǒng)是有用的，以檢測何時(shí)在車輛10前面的物體是在與車輛10相同的方向行進(jìn)的其他車輛，并檢測何時(shí)該其他車輛正在制動(dòng)，這是由紅色尾燈發(fā)出的光強(qiáng)度的增加來指示的。同樣地，控制器48配置成基于由紅色子像素30A指示的光強(qiáng)度與由選定像素的三個(gè)可見光子像素30B、30C、30D指示的光強(qiáng)度的比較來確定中間部分32的哪些像素檢測其他車輛(未示出)的紅色尾燈(未示出)。

控制器48通常也配置成基于由外圍部分34中的像素的紅色子像素36A、綠色子像素36B、以及藍(lán)色子像素36C檢測到的光來確定環(huán)境光18的環(huán)境光強(qiáng)度22。通過基于紅色、綠色以及藍(lán)色光的強(qiáng)度確定環(huán)境光強(qiáng)度22，該環(huán)境光強(qiáng)度22可更好地對(duì)應(yīng)由人類眼睛感知到的內(nèi)容。例如，如果由彩色燈照明的大型廣告牌是由不區(qū)分光的不同顏色的環(huán)境光檢測器檢測到的，則未通過考慮三個(gè)不同顏色的強(qiáng)度而確定環(huán)境光強(qiáng)度的環(huán)境光探測器可能會(huì)高估環(huán)境光強(qiáng)度。

控制器48通常也配置成基于由外圍部分34中像素的近紅外子像素36D檢測到的光，確定擋風(fēng)玻璃12上的水24的存在。通過檢測紅外光來檢測水24是有利的，因?yàn)楣庠?6可配置成發(fā)出紅外光，這避免打擾或干擾車輛10的操作者的視野。

確定擋風(fēng)玻璃上水的存在的雨傳感器的現(xiàn)有示例使用很少數(shù)量的光探測器來檢測如圖2中所示的由水24散射/反射的紅外光。通過使用成像器設(shè)備26的外圍部分34來檢測水24，控制器48可配置成確定外圍部分34的哪些像素對(duì)應(yīng)于擋風(fēng)玻璃12上的永久障礙，并在控制器48確定水24的存在時(shí)忽略那些像素。如本文使用的，術(shù)語永久障礙用于指示由成像器設(shè)備26檢測到的擋風(fēng)玻璃12上的某物體，該物體通過操作擋風(fēng)玻璃雨刷器無法被移除，例如，而擋風(fēng)玻璃雨刷器會(huì)移除水24。永久障礙50的非限制性示例包括但不限于：飛濺在擋風(fēng)玻璃上的干的小蟲、灰塵、焦油，和/或擋風(fēng)玻璃12的損壞(諸如形成擋風(fēng)玻璃12的玻璃里的石頭嵌片或裂縫)。

圖4、5和6示出環(huán)形透鏡44的可能的配置的非限制性細(xì)節(jié)。在這個(gè)例子中，環(huán)形透鏡44由多個(gè)反射折射元件有利地形成，下文稱作CD元件52(圖5)。環(huán)形透鏡44配置成將來自視場14外面的和/或里面的光進(jìn)行引導(dǎo)，并將該光引導(dǎo)穿過主透鏡42并至外圍部分34上。在這個(gè)示例中，假定成像器設(shè)備26具有4:3的長寬比。透鏡制造領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解如何將本文呈現(xiàn)的示例適配成其他長寬比，例如16:9。

圖4建議如何將環(huán)形透鏡44隔離成四個(gè)區(qū)域，從而光54可被投射或聚焦至成像器設(shè)備26的外圍部分34的相應(yīng)部分上。以下是當(dāng)CD元件52用于將光54引導(dǎo)至外圍部分34的多個(gè)部分上時(shí)用于設(shè)計(jì)環(huán)形透鏡44的設(shè)計(jì)過程的描述。

對(duì)外圍部分34使用過掃描角度容差(例如，成像器設(shè)備26周圍的邊界+/-3.5°)。過掃描角度容差是在要求的視場外面的成像器的部分，并典型地分配給安裝和對(duì)準(zhǔn)容差。

基于過掃描角度容差確定主透鏡42的場位置。主透鏡視場被映射至成像器像素位置。成像器上的像素位置隨后與過掃描容差匹配，從而使用正確的外圍像素。例如，陽光(Sunny)4067透鏡產(chǎn)生66度對(duì)角線視場(或從中心+/-33度)，產(chǎn)生52度水平視場(或從中心+/-26度)，并產(chǎn)生39度垂直視場(或從中心+/-19.5度)。通過從水平和垂直視場中減去3.5度并從對(duì)角線減去5度，相應(yīng)的成像器像素位置代表外圍部分34的邊界定義。對(duì)于頂部，中間(TM1，TM2)—16°到19.5°場位置窗口，像素位置映射至垂直場角位置。TM1對(duì)應(yīng)于16°位置，且TM2對(duì)應(yīng)于19.5°位置。對(duì)于頂部，邊緣(TE1，TE2)—28.0°到33°場位置窗口*(TE1＝SE1,TE2＝SE2)，像素位置映射至對(duì)角線場角位置。TE1對(duì)應(yīng)于28°位置，且TE2對(duì)應(yīng)于33°位置。在成像器的對(duì)角線角落處，側(cè)面和頂部合并在一起。對(duì)于側(cè)面部分，中間(SM1，SM2)–22.5°到26°場位置窗口，像素位置映射至水平場角位置。SM1對(duì)應(yīng)于22.5°位置，且SM2對(duì)應(yīng)于26°位置。對(duì)于側(cè)面部分，邊緣(SE1，SE2)—28.0°到33°場位置窗口*(TE1＝SE1,TE2＝SE2)，SE1對(duì)應(yīng)于28°位置，且SE2對(duì)應(yīng)于33°位置。在成像器的對(duì)角線角落處，側(cè)面和頂部合并在一起，且他們的角位置重合。由于對(duì)面的邊緣及側(cè)面的對(duì)稱性，僅要求這六個(gè)設(shè)計(jì)位置。場位置為CD透鏡定義了角窗口以使離軸光折射。CD透鏡設(shè)計(jì)成將離軸光聚焦至主透鏡內(nèi)，然后聚焦至成像器焦平面周長上。

基于中間和末端位置(例如，TM1、TM2、TE1、TE2、SM1、SM2、SE1、SE2)為光折射確定TIR形狀。每個(gè)TIR部分的形狀基于棱鏡角的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角等于角位置(例如，SM1的偏轉(zhuǎn)角＝22.5度)。因此，從TIR折射，如果CD透鏡由具有折射率＝1.4915的丙烯酸透鏡材料制成，則對(duì)于SM1，棱鏡角＝64.14度。SM2的棱鏡角(其偏轉(zhuǎn)角是＝26.0度)＝63.53度。對(duì)于每個(gè)區(qū)域形狀，兩個(gè)TIR棱鏡從邊緣到中間到邊緣(例如，區(qū)域2，SE1-SE2到SM1-SM2到SE1-SE2)合并(或混合)。復(fù)合棱鏡形狀(例如，從SM1到SM2)穿過寬度結(jié)合，從而棱鏡形狀是連續(xù)變化的棱鏡角，該棱鏡角同樣地在端點(diǎn)位置之間變化。為了將不需要的眩光最小化，偏轉(zhuǎn)角等于場位置(例如，SM1偏轉(zhuǎn)角＝22.5度)。每個(gè)TIR形狀旋轉(zhuǎn)至初始的外圍部分場角，從而折射光線以與成像器設(shè)備26的外圍部分34的起點(diǎn)相匹配的場角進(jìn)入主透鏡。例如，對(duì)于SM1-SM2部分，棱鏡形狀從中心旋轉(zhuǎn)開22.5度。TIR復(fù)合形狀通過同樣地在CD透鏡的寬度(例如2mm厚度)上的兩個(gè)TIR角度之間改變的連續(xù)改變的棱鏡角中混合而得到。按照中間和邊緣定義，TIR復(fù)合形狀從中心到關(guān)于中心線軸(水平和垂直)對(duì)稱的邊緣混合起來。每個(gè)部分的長度基于區(qū)域弧度尺寸以及CD透鏡到主透鏡的圓周。這對(duì)所有四個(gè)區(qū)域重復(fù)，且棱鏡形狀在邊界位置相稱地合并(或混合)(例如，頂部和底部每個(gè)為103度，而中間部分(左邊和右邊)為77度)一起形成360度CD透鏡形狀。CD環(huán)形透鏡是對(duì)準(zhǔn)的，從而其以主透鏡光學(xué)軸以及成像器取向?yàn)橹行?，以確保環(huán)形透鏡44的CD透鏡與主透鏡42一致折射至成像器焦點(diǎn)。因此，提供了集成的攝像機(jī)、環(huán)境光檢測和雨傳感器組件(組件20)以及用于該組件20的控制器48。成像器設(shè)備26對(duì)于中間部分32以及外圍部分34具有不同的濾波器配置，從而成像器設(shè)備26的單個(gè)實(shí)例的兩個(gè)部分可用于不同的功能(攝像機(jī)、環(huán)境光檢測以及雨傳感器)。RVVV及RGBN光譜濾波器以1:1的濾波的像素與成像器子像素之比的基礎(chǔ)對(duì)準(zhǔn)。即，對(duì)于中間RVVV部分，有一個(gè)紅色濾波的成像器子像素與三個(gè)可見濾波的子像素映射至每個(gè)成像器像素。同樣地利用RGBN外圍部分。由于CD類型的環(huán)形透鏡為雨感應(yīng)以及環(huán)境光強(qiáng)度確定提供了擴(kuò)展的覆蓋區(qū)域，還提供了由多個(gè)反射折射元件(CD元件52)組成的環(huán)形透鏡44。

盡管已針對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而本發(fā)明不旨在如此限制，而是僅受所附權(quán)利要求書中給出的范圍限制。