用于监控车辆周围的摄像单元和装置.pdf

在一种摄像单元中，关于成像在采集元件上图像的每个图像部分的图像高度和入射到每个图像部分光线的图像角度之间的关系，透镜系统如此构成使得图像周围部分的图像高度根据图像角度变化的变化量大于图像的中心部分。

1.  一种摄像单元，包括：
一采集元件；和
一透镜系统，其中来自视野内一预定范围的光线在采集元件上成像，
其特征在于：关于成像在采集元件上图像的每个图像部分的图像高度和入射到每个图像部分光线的图像角度之间的关系，透镜系统如此构成使得图像周围部分的图像高度根据图像角度变化的变化量大于图像的中心部分。

2.  根据权利要求1的一种摄像单元，其特征在于：透镜系统如此构成使得在水平方向上从成像在采集元件上的图像的图像中心偏移的每个图像部分的一图像高度Y和一入射到每个图像部分的光线的图像角度θ之间的关系为Y＜f·θ，其中透镜系统在水平方向上的焦距是f。

3.  根据权利要求2的一种摄像单元，其特征在于：透镜系统如此构成使得在水平方向上从成像在采集元件上的图像的图像中心偏移的每个图像部分的一图像高度Y和一入射到每个图像部分的光线的图像角度θ之间的关系为Y＜2f·tan(θ/2)，其中透镜系统在水平方向上的焦距是f。

4.  根据权利要求1的一种摄像单元，其特征在于：透镜系统如此构成使得在水平方向上从成像在采集元件上的图像的图像中心偏移的每个图像部分的一图像高度Y和一入射到每个图像部分的光线的图像角度θ之间的关系为Y＝pf·tan(θ/p)，其中所使用的参数p为1＜p＜4，透镜系统在水平方向上的焦距是f。

5.  根据权利要求4的摄像单元，其特征在于：参数p为2。

6.  根据权利要求1的一种摄像单元，其特征在于：透镜系统在水平方向上的视野角度为大于等于180°小于等于270°。

7.  一种安装在车辆上用于监控车辆周围的装置，包括：
一根据权利要求1的摄像单元，其用于采集车辆周围的图像；和
一显示单元，用于显示摄像单元采集的图像。

8.  一种摄像单元，包括：
一采集元件；
一透镜系统，其中来自视野内一预定范围的光线在采集元件上成像；
所述透镜系统包括：
一广角透镜系统，其在水平方向上的视野角度大于等于120°；以及
一变形透镜系统，其变形率大于等于1.5。

9.  根据权利要求8的摄像单元，其特征在于：在水平方向上的视野角度大于等于180°小于等于270°。

10.  根据权利要求8的摄像单元，其特征在于：关于成像在采集元件上图像的每个图像部分的图像高度和入射到每个图像部分光线的图像角度之间的关系，透镜系统如此构成使得图像周围部分的图像高度根据图像角度变化的变化量大于图像的中心部分。

11.  根据权利要求10的一种摄像单元，其特征在于：透镜系统如此构成使得在水平方向上从成像在采集元件上的图像的图像中心偏移的每个图像部分的一图像高度Y和一入射到每个图像部分的光线的图像角度θ之间的关系为Y＝pf·tan(θ/p)，其中所使用的参数p为1＜p＜4，透镜系统在水平方向上的焦距是f。

12.  根据权利要求11的摄像单元，其特征在于：参数p为2。

13.  根据权利要求12的摄像单元，其特征在于：在水平方向上变形透镜系统缩小成像在采集元件上的图像。

14.  根据权利要求8的摄像单元，其特征在于：在垂直方向上变形透镜系统放大成像在采集元件上的图像。

15.  根据权利要求8的摄像单元，其特征在于：透镜系统的一光轴在垂直方向上相对于采集元件的中心偏离。

16.  一种包含在车辆上用于监控车辆周围的装置，包括：
一根据权利要求8的摄像单元，其用于采集车辆周围的图像；
一显示单元，用于显示摄像单元采集的图像；
一图像处理部分，其对摄像单元采集的图像的至少一部分进行至少一种图像处理，显示所述至少一部分图像，同时合成一给定的重叠图像，重叠给定的重叠图像到经过至少一个图像处理后的采集图像；以及
一个转换控制单元，用于控制摄像单元采集的图像显示在显示单元上的显示时间，在摄像单元的视野范围内选择一显示范围显示在显示单元上，在至少一个信号的基础上选择至少一个图像处理内容。

17.  根据权利要求16的装置，其特征在于：摄像单元的透镜系统的一光轴相对于水平方向向地面倾斜。

18.  一种安装在车辆上用于监控车辆周围的装置，包括：
一根据权利要求8的摄像单元，其用于采集车辆周围的图像；
一显示单元，用于显示摄像单元采集的图像；
一个转换控制部分，用于根据将摄像单元采集的图像显示在显示单元上的显示方式转换多个显示模式；以及
一个图像处理部分，其在转换控制部分内在至少一种显示模式下对采集图像的至少一部分进行至少一种图像处理，包括放大、缩小、移动、旋转和变形。

19.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：显示模式包括正常显示模式，从而摄像单元采集的图像没有经过图像处理部分的任何图像处理地显示在显示单元上。

20.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：显示模式包括放大显示模式，其通过图像处理部分，放大摄像单元采集的图像的包括中心部分的部分。

21.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：显示模式包括多方向图像合成显示模式，其通过图像处理部分放大摄像单元采集图像的左和右部分的至少其中之一，且通过重叠和合成所述左和右部分的至少其中之一到显示单元预定部分区域内的图像上，显示图像的左和右部分的至少其中之一。

22.  根据权利要求21的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：多方向图像合成显示模式显示摄像单元采集的图像中的至少其中一个，该图像没有在图像处理部分进行任何图像处理，以及通过由图像处理部件放大包括采集图像的中心部分的一部分的图像，重叠和合成仅仅一部分区域所获得的图象。

23.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，还包括：一个操作元件用于转换多个显示模式的至少其中之一。

24.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：
转换控制部分控制摄像单元采集的图像在显示单元上的显示时间，
转换控制部分选择一个显示范围，在该范围内的摄像单元采集的图像显示在显示单元上，以及
转换控制部分选择至少其中之一的显示处理的内容，其是在至少一个信号的基础上，通过图像处理部分对采集的图像进行的一种处理。

25.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：在显示单元，图像处理部分通过合成重叠图像在显示单元显示预定的车辆信息，其包括至少下列其中之一的信息：车宽、行进路线和距离。

26.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：摄像单元从车辆后方朝向后部中间安装。

27.  根据权利要求26的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：当在车速信号基础上判断车辆以低速行驶时，该低速小于等于预定速度，以及换档位置信号转换为指示车辆以低速倒档的信号时，转换控制部分选择多方向图像合成显示模式。

28.  根据权利要求26的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：发动机启动后，当检测到换档位置信号转换成指示车辆倒车的信号时，转换控制部分选择正常显示模式。

29.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：摄像单元从车辆前端朝向前部中间安装。

30.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：摄像单元从车辆侧端朝向侧部安装。

31.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：摄像单元安装在车辆的一角部。

32.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：一显示单元以正常的显示模式显示采集的图像，该图像通过图像处理部分变形。

33.  根据权利要求18的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：显示单元显示变形后的采集图像，其是通过图像处理部分对采集的部分区域使之变形的图像进行重叠和合成处理。

34.  根据权利要求16的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：该至少一个图像处理包括放大、缩小、移动、旋转和变形。

35.  根据权利要求16的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：该至少一个信号包括车速信号、换档位置信号、转向器转角信号、方向指示器信号、照明信号和由障碍物检测传感器提供的障碍物检测信号。

36.  根据权利要求24的用于监控车辆周围的装置，其特征在于：该至少一个信号包括车速信号、换档位置信号、转向器转角信号、方向指示器信号、照明信号和由障碍物检测传感器提供的障碍物检测信号。

用于监控车辆周围的摄像单元和装置
发明领域
本发明涉及一种用于监控车辆周围的摄像单元和装置。
背景技术
用于车辆的监控系统，推荐使用一个单独的摄像机来采集一个宽视野范围。在这种情况下，需要的是在垂直方向上的视野范围宽于水平方向上的。
一摄像单元在其摄像机的前端具有一个棱镜，其设计用于采集三个方向的图像(JP-A-2000-89301)。通过在车辆的前部安装该摄像单元，在车辆前端的左和右方向的视野范围A1和A2以及位于其前端的对角向下倾斜的视野范围A3可以同时被采集，如图34和35所示。
已经使用一种用于视觉确认车辆后方的装置，通过使用一个鱼眼透镜，车辆的后方可以被一个摄像单元采集(JP-A-7-285379)。
已知一种用于车辆的监控装置，其通过使用一鱼眼透镜来采集车辆周围很宽范围内的图像，通过图像处理截取一部分采集的图像，且在一显示单元上放大和显示(JP-A-2003-143596)。
在JP-A-2000-89301中，如图34所示，由于视野A1到A3是限制在车辆前方左和右方的部分范围以及车辆前部对角向下倾斜的部分范围，在车辆前方形成无法采集到的死角范围B1和B2。
在JP-A-7-285379中，由于使用一鱼眼透镜简单地放大视野，虽然视野被鱼眼透镜放大，车辆后方的死角范围变窄，所采集的图像变形增加，例如，在图36中一虚线限定的部分C1中，降低了视觉确认(visualconfirmation)。还有，例如，在图36中一虚线限定的部分C2中，采集的物体很小，其成为降低视觉确认的原因。而且，例如，在图36中一虚线限定的部分C3中，半天球部分被一鱼眼透镜采集，其中例如太阳光、路灯等的不必要的光线也被采集元件采集，摄像机亮度的调节失灵(也就是说，如果一个明亮的物体被采集，摄像机的光圈被调节变暗)。另外，由于不必要的光线会导致伪影、闪耀等，进一步恶化视觉确认。
进一步，在JP-A-2003-143596中，由于摄像机象素的限制，经过图像处理放大的图像变得模糊，降低了视觉确认。也就是说，被采集图像的清晰度由NTSC(美国国家电视系统委员会)的扫描线数量决定。具体地说，放大处理后的图像变形在水平方向上比垂直方向上显著。还有，在普通的鱼眼透镜中，由于变形被采集图像的周围部分小于中心部分，如果采集的图像的周围部分被放大，图像变形就会变得尤其显著。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于监控车辆周围的装置和摄像单元，其可以采集一宽视野范围内的图像且适当地调节水平方向和垂直方向的视野，同时，提高了所显示图像的视觉确认。
根据本发明的一个方面，一摄像单元包括：一采集元件和一透镜系统，来自特定视野范围内的光线在采集元件上成像，其中考虑成像在采集元件上图像的每个图像部分的图像高度和入射到每个图像部分光线的图像角度之间的关系，透镜系统如此构成使得图像周围部分的图像高度根据图像角度变化的变化量大于图像的中心部分。
根据本发明的另一个方面，透镜系统如此构成使得从形成在采集元件上的图象的图象中心在水平方向偏移的每个图像部分的一图像高度Y和一入射到每个图像部分的光线的图像角度θ之间的关系为
Y＜f·θ
其中透镜系统在水平方向上的焦距为f。
根据本发明的另一个方面，透镜系统如此构成使得从形成在采集元件上的图象的图象中心在水平方向偏移地每个图像部分的一图像高度Y和一入射到每个图像部分的光线的图像角度θ之间的关系为
Y＜2f·tan(θ/2)
其中透镜系统在水平方向上的焦距为f。
根据本发明的另一个方面，透镜系统如此构成使得从形成在采集元件上的图象的图象中心在水平方向偏移的每个图像部分的一图像高度Y和一入射到每个图像部分的光线的图像角度θ之间的关系为
Y＝pf·tan(θ/p)
其中所使用的参数p为1＜p＜4，透镜系统在水平方向上的焦距为f。
根据本发明的另一个方面，参数p为2。
通过这样的结构，由于在视野范围内周围部分(特别的，水平方向的周围部分)的物体的图像可以放大地成像在一采集元件上，从而可以提高在视野范围内周围部分的物体图像的视觉确认。
根据本发明的另一个方面，在透镜系统中，在水平方向上的视野角度为大于等于180°和小于等于270°。通过这样的结构，可以采集水平方向上一宽视野范围内的图像。
根据本发明的另一个方面，一种安装在车辆上的监控车辆周围的装置包括：上述的摄像单元，其用于采集车辆周围的图像；和一显示单元，其用于显示摄像单元采集的图像。
通过这样的结构，在车辆周围一宽视野范围内收集的图像可以获得满意的视觉确认，图像还可以被显示，这样就可以满意地监控车辆周围。
根据本发明的另一个方面，一摄像单元包括：一采集元件和一透镜系统，光线从一预定的视野范围内入射到采集元件上并成像；透镜系统包括：一广角透镜系统，其在水平方向上的视野角度为大于等于120°；一变形透镜系统，其变形率大于等于1.5。
根据本发明的另一个方面，在水平方向上的视野角度大于等于180°小于等于270°。通过这样的结构，可以采集水平方向上一宽视野范围内的图像。
根据本发明的另一个方面，考虑到成像在采集元件上图像的每个图像部分的图像高度和入射到每个图像部分光线的图像角度之间的关系，透镜系统如此构成使得图像周围部分的图像高度根据图像角度变化的变化量大于图像的中心部分。
根据本发明的另一个方面，透镜系统如此构成使得从形成在采集元件上的图象的图象中心在水平方向偏移的每个图像部分的一图像高度Y和一入射到每个图像部分的光线的图像角度θ之间的关系为
Y＝pf·tan(θ/p)
其中所使用的参数p为1＜p＜4，透镜系统在水平方向上的焦距假定为f。根据本发明的另一个方面，参数p为2。
在视野范围内周围部分(特别的，水平方向的周围部分)的物体的图像可以放大地成像在一采集元件上，可以提高在视野范围内周围部分的物体图像的视觉确认。
根据本发明的另一个方面，变形透镜系统在水平方向上缩小成像在采集元件上的图像。
根据本发明的另一个方面，变形透镜系统在垂直方向上放大成像在采集元件上的图像。
根据本发明的另一个方面，透镜系统的光轴在垂直方向上相对于采集元件的中心偏离。通过这样的结构，可以通过调节偏移量来改变采集摄像机在垂直方向上的采集方向，其中摄像单元的视野范围可以设定在适当的方向上，透镜系统的光轴位于一固定方向(例如，水平方向)。例如，可以很容易地调节包含天空部分的视野范围的比率。
根据本发明的另一个方面，一种装配到车辆上的用于监控车辆周围的装置，包括：根据权利要求1的采集车辆周围图像的摄像单元、一个显示摄像单元采集的图像的显示单元、一个图像处理部分，其对摄像单元采集的至少一部分图像进行至少一种图像处理，显示至少一部分图像，同时合成一给定的重叠图像，覆盖给定的重叠图像到经过至少一个图像处理后的采集图像；以及
一个转换控制部件，用于控制摄像单元采集的图像显示在显示单元上的显示时间，在摄像单元的视野范围内选择一显示范围显示在显示单元上，在至少一个信号的基础上选择至少一个图像处理内容。在车辆周围视野范围内采集的图像可以获得，同时具有满意地视觉确认，且被显示。因此，车辆周围可以满意地被监控。
根据本发明的另一个方面，摄像单元的透镜系统的一光轴相对于水平方向向地面倾斜。通过这种结构，可以防止天空部分在摄像单元视野范围内的比率不必要地变大。
由于透镜系统是由一广角透镜系统和一变形透镜系统构成的，广角透镜系统在水平方向上的视野角度大于等于120°，变形透镜系统的变形率大于等于1.5，所以可以采集一宽视野范围内的图像，还可以在水平方向和垂直方向上适当地调节视野角度，提高显示图像的视觉确认。例如，当不必要的部分包含在广角透镜系统的视野范围内的周围部分(例如天空部分)中时，通过调节变形透镜系统的变形比(例如，通过在垂直方向上放大图像)，可以从在采集元件上成像的图像中去除不必要部分。从而，广角透镜系统视野范围的有效部分(例如，马路、建筑等的部分)在采集元件上成像出大尺寸图像，可以有效的利用采集元件的象素来提高图像质量。
另外，可以进行不同的显示，例如，摄像单元视野范围内部分范围内的图像可以被放大和显示在显示单元上。
进一步，根据车辆的位置，可以适当地控制摄像单元的采集图像的显示时间。
根据本发明的另一个方面，一种安装在车辆上的用于监控车辆周围的装置，包括：一个上述的摄像单元，用于采集车辆周围的图像；一个显示单元，用于显示摄像单元采集的图像；一个转换控制部件，用于关于摄像单元采集的图像显示在显示单元上的显示方式转换多个显示模式；和一个图像处理部分，其在转换控制部分在至少一种显示模式下对采集图像的至少一部分进行至少一种图像处理，包括放大、缩小、移动、旋转和变形。由于图像在转换多个显示模式时显示在显示单元上。通过这种结构，可以根据车辆的位置，具有最佳视觉确认地显示车辆周围视野范围内采集的图像，可以很好地监控车辆的周围。
根据本发明的另一个方面，由于显示模式包括正常显示模式，从而摄像单元采集的图像没有经过图像处理部分的任何图像处理地显示在显示单元上。特别的，透镜系统在水平方向上的视野角度大于等于180°，可以同时显示视野角度中心方向、左和右方向上的物体。
根据本发明的另一个方面，由于多个显示模式的第二显示模式是一种显示模式，其通过图像处理部分放大摄像单元采集图像的包括中心部分的部分，所以可以很好的显示图像，在显示单元显示采集的图像时易于感受到距离感。
根据本发明的另一个方面，由于显示模式包括多方向图像合成显示模式，其通过图像处理部分放大摄像单元采集图像的左和右部分的至少其中之一，且通过重叠和合成显示单元预定部分区域内图像的左和右部分的至少其中之一，显示图像的左和右部分的至少其中之一。通过放大显示左和右方向的物体可以显著提高可视确认。
根据本发明的另一个方面，由于多方向图像合成显示模式显示摄像单元采集的至少其中一个图像，该图像没有在图像处理部分进行任何图像处理，以及通过重叠和合成仅仅一部分区域，放大包括图像处理部件采集图像的中心部分的一部分的图像。至少中心部分和左/右方向可以放大显示在显示单元的屏幕上，显著地提高视觉确认。
根据本发明的另一个方面，由于装置具有一个操作元件，其用于转换多个显示模式的至少一个。从而根据驾驶员的判断可以自由地改变显示模式，非常方便。
根据本发明的另一个方面，转换控制部分控制显示摄像单元采集的图像在显示单元上的显示时间，转换控制部分选择一个显示范围，在该范围内的摄像单元采集的图像显示在显示单元上，以及转换控制部分选择至少其中之一的显示处理的内容，其是在至少一个信号的基础上，通过图像处理部分对采集的图像进行的一种处理。因此，可以根据车辆的情形适当地控制摄像单元采集的图像的显示时间。
根据本发明的另一个方面，由于图像处理部分通过合成重叠图像在显示单元显示预定的车辆信息，其包括下列其中之一的信息：车宽、行进方向和距离。不但在车辆周围图像的基础上还在本车辆信息的基础上，共同帮助驾驶员停车和倒车。
根据本发明的另一个方面，当在车速信号基础上判断车辆以低速行驶时，该低速小于等于预定速度，以及换档位置信号转换为指示车辆以低速倒档的信号时，转换控制部分选择多方向图像合成显示模式。因此，当低速倒车或倒车停车时，可以在显示单元的屏幕上同时显示多方向的图像，包括后方、左和右方，很方便。
根据本发明的另一个方面，发动机启动后，当检测到换档位置信号转换成指示车辆倒车的信号时，转换控制部分选择正常显示模式。从而当停车后(也就是说，开始倒车)开始倒车时，可以在显示单元上显示一宽视野范围内的图像且没有死角，可以进行安全倒车。
根据本发明的另一个方面，摄像单元可以从车辆前部朝向前中心部安装。
根据本发明的另一个方面，摄像单元可以从车辆侧部朝向侧面安装。
根据本发明的另一个方面，摄像单元可以安装在上述车辆的角部分。
根据本发明的另一个方面，由于显示单元以正常模式显示采集的图像，该图像通过图像处理部分变形，可以进行提高深度感的处理，例如，弯曲中心部分，从而在显示单元显示采集的图像时可以进一步提高距离感。
附图说明
图1是根据本发明实施例1的用于监控车辆周围的一个装置的框图；
图2是一个摄像单元结构的纵向截面图，其安装在图1所示的用于监控车辆周围的装置中；
图3表示图2所示的摄像单元在车辆上的安装模式；
图4表示图2所示的摄像单元在车辆上的安装模式；
图5表示装配在图2所示摄像单元中的一个变形系统的结构；
图6表示图5所示变形系统的原理；
图7表示图1所示用于监控车辆周围的装置采集的图像的一个显示实例，以及表示在图像处理中处理范围的实例；
图8表示图1所示用于监控车辆周围的装置采集的图像的显示实例；
图9表示图1所示用于监控车辆周围的装置采集的图像在图像处理中处理范围的实例；
图10表示图1所示用于监控车辆周围的装置采集的图像的显示实例；
图11表示摄像单元在根据本发明实施例2的用于监控车辆周围的装置中的安装模式；
图12表示摄像单元在根据本发明实施例2的用于监控车辆周围的装置中的安装模式；
图13表示摄像单元在根据本发明实施例3的用于监控车辆周围的装置中的安装模式；
图14表示摄像单元在根据本发明实施例3的用于监控车辆周围的装置中的安装模式；
图15举例地表示了当图13所示用于监控车辆周围的装置监控车辆周围时的状态；
图16部分地表示了图13所示的用于监控车辆装置所采集的图像；
图17表示摄像单元在根据本发明实施例4的用于监控车辆周围的装置中的安装模式；
图18表示摄像单元在根据本发明实施例4的用于监控车辆周围的装置中的安装模式；
图19举例地表示了当图17所示用于监控车辆周围的装置监控车辆周围时的状态；
图20表示了图17所示的用于监控车辆周围装置采集的图像；
图21表示根据本发明实施例5的用于监控车辆周围的装置中摄像单元的透镜系统的平面图；
图22表示图20所示的透镜系统的侧视图；
图23表示装配在图21所示的透镜系统中的变形系统的结构；
图24表示图23所示的变形系统的原理；
如25表示根据本发明实施例6的用于监控车辆周围的装置中摄像单元的透镜系统的平面图；
图26表示图25所示的透镜系统的侧视图；
图27举例地表示了装配在根据本发明实施例7的用于监控车辆周围的装置中的摄像单元的结构；
图28表示根据本发明实施例8的用于监控车辆周围的装置的摄像单元的采集范围；
图29表示根据本发明实施例8的用于监控车辆周围的装置在第一显示模式下显示采集图像的实例；
图30表示根据本发明实施例8的用于监控车辆周围的装置在第二显示模式和第三显示模式下显示采集图像的实例；
图31表示根据本发明实施例9的用于监控车辆周围的装置的采集图像的实例；
图32表示根据本发明实施例9的用于监控车辆周围的装置的图像处理部分制造的变形图像；
图33表示根据本发明实施例10的透镜系统的特性；
图34表示根据JP-A-2000-89301的摄像单元在车辆上的安装模式；
图35表示根据JP-A-2000-89301的摄像单元在车辆上的安装模式；以及
图36表示根据JP-A-7-285379的车辆后方确认部件所采集的图像。
具体实施方式
[实施例1]
图1是根据本发明实施例1的用于监控车辆周围的装置的框图，图2表示装配在图1所示的用于监控车辆周围装置中的一个摄像单元结构的纵向截面图。如图1所示，用于监控车辆周围的装置具有一个摄像单元1、一个显示单元3和一个控制单元5。在该实施例中，结构上还包括一个单个摄像机1。然而如图1中虚线所示，在结构上可以包括两个或多个摄像单元。
摄像单元1具有如图2所示的结构，且被安装在如图3和4所示的车辆前端的中间，其中摄像单元1可以采集车辆前端(包括车辆前端斜向下的部分)从左到右的一个宽视野范围A4内的图像。摄像单元1借助螺钉通过例如一个支架被安装在车体上。
如图2所示，摄像单元1具有一个透镜系统11、一个采集元件13、和一个防水壳体15，透镜系统11和采集元件13容纳在防水壳体15中。容纳在防水壳体15中的透镜系统11除了前端部分之外其余部分均被覆盖在透镜壳体17中，其中只有位于前端部分的透镜25a的前侧部分暴露在防水壳体15前侧外。采集元件13是例如CCD，且被安装在防水壳体15中透镜系统11后侧的一个基片19上。一个防水连接器21连接的一个电缆23用于提供电源和控制信号到摄像单元1，以及从那采集图像信号。防水壳体15通过使用一个O形密封环(未示出)防水，从而防止摄像单元1的内部元件受到风和水的侵袭。
透镜系统11具有第一到第三透镜组25、27和29，在下文中，一个透镜组至少包括一个透镜。透镜系统11在水平方向上的视野角度H为大于等于180°和小于等于270°(例如，190°)，在垂直方向上的视野角度V为例如71°，在水平方向上的视野角度H与在垂直方向上的视野角度V的比率，即H/V是2.7(H/V＝2.7)。因此，视野角度可以很好地与车辆周围监控用图像相对应，在水平方向上需要比在垂直方向上较宽范围。另外，上述在图像视野范围内的视野角度H和V通过透镜系统11成像在采集元件13的光接收平面上。
第一透镜组25(广角透镜系统)具有两个透镜25a和25b，这样视野角度可以大于等于120°，且具有负折射力。其充当一个鱼眼转换透镜，用于将第三透镜组29的视野范围变宽，该第三透镜组充当一个成像系统。由于第一透镜组25是一个无焦系统，如果入射一个平行光线，在转换图像高度时其发射一个平行光线。在这里，第一透镜组25进行转换，从而缩小图像高度(也就是说，图像角度变大)。
第二透镜组(变形透镜系统)27具有两个透镜27a和27b(这里为柱面透镜)，其布置在第一透镜组25的图像侧且构成一个变形系统，其中在水平方向上和垂直方向上的放大率彼此不同，其起到调节透镜系统11的长度和宽度的视野范围的作用。在该实施例中，第二透镜组27在垂直方向上全部具有负折射力，但在水平方向上没有任何折射力。这里，第二透镜组27构成一个无焦系统，这样长度和宽度的变形图像率大于等于1.5(例如2.0)。
进一步详细说明，第二透镜组27关于垂直方向是一个伽利略型组合(Galilei type)，如图5所示，其中物侧透镜27a焦距f1＝12.7mm，像侧透镜27b焦距f2＝-6.35mm，透镜27a和27b之间的距离为d＝f1-f2＝12.7-6.35＝6.35(在这里，f1和f2是绝对数值)，从而无焦系统的放大率r＝f1/f2＝2.0。进一步说明，如图6所示，当一束光线以相对于垂直方向的入射角α1入射到第二透镜组27时，光线的入射角α1与出射角α2的关系变为r＝tanα2/tanα1＝2.0。结果通过第二透镜组27，成像在采集元件13上的图像在垂直方向上放大两倍。
由于这个原因，在没有使用第二透镜组27的情况下，透镜系统11在垂直方向上的视野角度V大约是142°。而使用了第二透镜组27后视野角度V变成71°。
第三透镜组(成像透镜系统)29具有三个透镜29a到29c，其布置在第一和第二透镜组25和27的图像侧。来自视野范围A4的光线穿过第一和第二透镜组25和27成像在采集元件13的光接收平面上。
在该实施例中，虽然第一透镜组25布置在第二透镜组27的物体侧，还可以采用这样的结构构成系统11，即第二透镜组27布置在第一透镜组25的物体侧。
还有在透镜系统11中，关于在采集元件13上的图像的每个图像部分的图像高度和入射到每个图像部分的光线的图像角度(相对于光轴的入射角)之间的关系，构造使得图像高度相对于图像角度变量的改变量在上述图像的周围部分比中间部分要大。更好地，在去除第二透镜组27的情况下，通过透镜系统11在采集元件13的光线接收平面上成像的图像的每个图像部分的图像高度Y与入射到每个部分的光线的图像角度θ之间的关系式为Y＝pf·tan(θ/p)，参数p为1＜p＜4，透镜系统11的焦距是f。
详细说明，在该实施例中，由于上述参数p的数值为2，以及使用了一个立体投影系统，透镜系统11如此构成使得上述图像高度Y与上述图像角度θ之间的关系式变成Y＝2f·tan(θ/2)。在实施例中，由于第二透镜组27在水平方向上没有任何折射力，在使用第二透镜组27的情况下，透镜系统11在水平方向上仍然适用上述关系式Y＝2f·tan(θ/2)。也就是说，作为整个透镜系统11，在水平方向上，在采集元件13的光接收平面上成像的图像的每个图像部分远离中心的图像高度Y与入射到每个图像部分的光线相对于光轴的入射角度θ之间的关系适用上述关系式Y＝2f·tan(θ/2)(然而，f是透镜系统11在水平方向上的焦距)。因此在水平方向上，在采集元件13的周围甚至在采集视野A4的周围可以较大地形成物体的图像。
采集元件13的采集的视野范围A4内的图像信号被传递到控制单元5，控制单元5通过电缆23安装在车辆中的预定位置。
显示单元3是一个液晶显示单元等，且被安装在车辆中，通过控制器5的控制显示摄像单元1采集的图像。
控制单元5具有一个转换控制部分5a和一个图像处理部分5b。根据驾驶员的操作输入以及指示车辆情形的不同形式的输入信号，控制摄像单元1采集的图像在显示单元3上的显示时间，在摄像单元的视野范围A4内，选择显示到上述显示单元上的显示范围，根据将要显示在显示单元上的采集的图像，选择图像处理的内容。转换控制部分5a监控控制单元5的控制内容。转换控制部分5a在摄像单元1采集的图像基础上决定内容，图像处理部分5b根据该内容进行图像处理，使显示单元3显示图像。
如图1所示，转换控制部分5a在至少其中一个操作信号的基础上控制显示单元3的显示内容等，操作信号为指示开关(未示出)为了操作而输入的信号，其包括一个由车速传感器(未示出)输入的车速信号、一个关于换档位置的换档位置信号、一个用于检测点火开关状态的点火信号、一个由障碍物检测传感器(未示出)提供的障碍物检测信号，该信号用于检测汽车周围的任何障碍物、一个用于指示方向指示器操作状态的方向指示器信号、和一个用于检测转向器转角的转向器转角信号，该信号由一个转向器传感器(未示出)提供。显示在显示单元3上的图像包括一个由摄像单元1采集的图像、一个导航部件31的用于导航的图像，导航部件为到达目的地进行路线导航(包括用于操作导航部件31的图像)、和由电视调谐器33提供的电视图像，转换控制部分5a控制其中哪一种图像将要显示在显示单元3上的。
在图像处理部分5b根据转换控制部分5a的指示进行图像处理的过程中，例如，进行这样的过程，至少摄像单元1的视野范围A4的一部分范围被剪切，关于所在部分的采集图象，进行至少例如放大、缩小、移动、旋转和变形的图像处理，在显示单元3上显示，同时，图像处理后，将预定的重叠图像合成以及覆盖采集的图像，且在显示单元3上显示。这里，放大和缩小处理放大和缩小图像的尺寸，将图像显示在显示单元3上。在放大的情况下，执行符合放大的插值处理。移动处理移动图像在显示单元3上的显示位置。当在显示单元3上显示图像时旋转处理改变在显示屏上的转角。变形处理是一个补偿处理过程，用于补偿采集图像的变形。弥补的变形包括例如透镜系统11由于特性导致的变形。需要指出的是重叠图像包括标记等，用于显示图像从摄像单元1的视野范围A4剪切的方向。
关于摄像单元1采集图像的一个详细显示实例，例如，需要全面检测车辆前端的一个宽范围，如图7所示，由摄像单元1采集的视野范围A4内的图像I1显示在显示单元3上。
还有，需要检测车辆前端左右方向的状态，在两个剪切范围(处理范围)D1和D2内的图像被剪切，其相应于图7中视野范围A4内的左右方向的范围，其中对剪切的图像进行一个放大处理和透镜变形去除处理。如图8所示，处理后的在左右方向上的图像I2和I3显示在显示单元3上。在图8中的显示实例中，左右方向上的图像I2和I3并列地显示在显示单元3的屏幕上。起分割作用的纵向线标记图像被图像处理部分5b合成，且使用特定颜色(例如黑色)显示在图像I2和I3之间。还有如图8所示，每个包含在视野范围A4中的部分范围(例如剪切范围D1和D2)的图像被剪切显示，与视野范围A4中部分范围的图像相同的重叠图像(未示出)被图像处理部分5b合成，覆盖相应的图像且显示。例如，在左和右方向上的图像I2和I3被剪切、处理和显示，一个用于识别与左和右方向上的图像I2和I3相应的显示图像的标记被覆盖以及作为重叠图像显示。
还有另一个实例，如图9所示，在视野范围A4内采集的图像I1中建立处理范围D3到D5，在彼此不同的处理范围D3到D5内进行不同的图像处理。在图9所示的实例中，视野范围A4在纵向分割成三个(左、中和右)处理部分D3到D5，左和右处理范围D3和D5的图像I1a和I1c在水平方向上放大，且被补偿以去掉透镜变形的影响。进一步，中间处理范围D4的图像I1b在水平方向上进行缩小处理，从而提高左和右处理范围D3和D5的图象I1a和I1c的视觉确认。通过处理，如图10所示的图像I4显示在显示单元3上。在图10所示的图像I4中，左和右处理范围D3和D5的图像I1a和I1b在水平方向上被放大，提高了视觉确认。
下面详细说明显示单元3的显示内容的控制操作的实例。例如，在启动车辆的操作实例中，表示点火开关已经打开的点火信号被输入到转换控制部分5a中。然后，如果换档位置转变成D(驱动)范围，表示转变到D范围的换档位置信号被输入到转换控制部分5a中。响应点火信号和换档位置信号的输入，在控制单元5的控制基础上，视野范围A4内采集的图像I1以图10所示的图像I4显示格式显示在显示单元3上，这样可以确认车辆前端向下倾斜的死区。还有在车辆速度信号的基础上检测到车辆已经启动，且车速达到第一规定速度(例如，10km每小时)，在控制单元5的控制基础上，显示单元3的显示内容从采集图像I1改变为导航部件31的导航图像。在车辆车速信号的基础上检测到车辆在运行、临时停车或车速降低到第二规定速度(例如，10km每小时)或更低，在控制单元5的控制基础上，左右方向上剪切范围D1和D2的图像I2和I3以图8所示显示格式显示在显示单元3上。
当控制操作是基于转向器转角信号或方向指示器信号时，也就是以转角信号或方向指示器信号为基础，检测到车辆左转或右转，采集图像I1以图10所示的显示格式显示在显示单元3上，以检测左方和右方。由于控制操作基于一个障碍物探测传感器的障碍物检测信号，例如，位于车辆前端(例如，车辆前端左和右角部)的障碍物检测传感器检测到在车辆周围存在一个障碍物，采集的图像I1以图10所示的显示格式显示在显示单元3上，以检测车辆周围。由于控制操作基于一个照明信号，在夜间在照明信号的基础上显示单元3的显示亮度降低。
如上所述，根据本发明的摄像单元1，由于透镜系统11是由第一透镜组(广角透镜系统)25和第二透镜组(变形透镜系统)27构成，第一透镜组25在水平方向上的视野角度为大于等于120°，第二透镜组27的变形率大于等于1.5，在调节水平方向和垂直方向的视野角度时，可以采集一个宽视野范围A4，同时，可以提高显示图像的视觉确认。例如，当不必要的部分包含在第一透镜组25的视野范围的周围部分时(例如，上面的天空部分)，通过调节第二透镜组27的变形率(例如通过在垂直方向上放大图像等)，将该不必要的部分(例如上下周围部分)从成像在采集元件13上的图像中去除。进行图像采集。因此，第一透镜组25视野范围内的有效部分(例如具有马路和建筑的部分)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，提高图像质量。
另外，在摄像单元1中，由于水平方向上的视野角度为190°，其可以在水平方向上采集一个宽视野范围A4。
进一步，在摄像单元1中，第一和第二透镜组25和27是无焦系统，第一和第二透镜组25和27可以结合到已有的成像透镜系统，据此可以方便地构成透镜系统11。
又进一步，在摄像单元1中，由于透镜系统11在水平方向上具有上述关系式Y＝2f·tan(θ/2)，甚至在采集视野A4水平方向上的周围部分，在周围部分的物体在采集元件13上形成的图像具有一大尺寸。结果，可以提高在视野范围A4水平方向上的周围部分物体图像的视觉确认。
另外，由于根据该实施例的用于监控车辆周围的装置具有一个如上所述的摄像单元1，宽视野范围A4在车辆周围(即，在本实施例中车辆的前方)采集的图像可以获得且以满意地视觉确认显示，从而可以较好地监控车辆周围。
还有，根据车辆的位置可以使用不同形式的显示模式，其中摄像单元1的采集图像I1部分地被剪切，以图8所示的格式显示在显示器上，或部分地被缩小或放大，以图10所示的格式显示在显示器上。
还可以根据车辆情形，适当地控制摄像单元1采集的图像在显示单元3上的显示时间等。
作为本实施例的一个变形，可以从摄像单元1的透镜系统11中去除第一透镜组25。
[实施例2]
图11和图12表示摄像单元在根据本发明实施例2的用于监控车辆周围的装置中的安装模式。在该实施例中，如图11和12所示，摄像单元1安装在车辆后端的中间部分，该摄像单元1的结构与实施例1中的摄像单元1大致相同，这样在车辆后侧(包括车辆后侧向下倾斜部分)从左侧到右侧具有一个宽视野范围A5。其他结构与实施例1大致相同，这里就省略说明。
举例说明显示单元3的显示内容转换的控制，例如，当控制单元5在换档位置信号的基础上检测到换档位置移动到R(倒档)，显示单元3的显示内容从导航图像和电视图像改变成摄像单元1采集的图像以确认车辆的后侧。这时，摄像单元1采集的左侧和右侧的图像被图像处理部件5b转化和处理，以与室内后视镜采集的后侧图像相一致，且显示在显示单元3上。
因此，在本实施例中，具有这样一个效果，即采集和显示车辆后侧一个宽视野范围A5内的图像，提高视觉确认，防止与车辆后侧的障碍物相撞。
[实施例3]
图13和图14表示一个摄像单元在根据本发明实施例3的用于监控车辆周围装置中的安装模式。在本实施例中，如图13和14所示，一个摄像单元安装在车辆的角部(在本实施例中，在车辆前端的左侧角部(例如在保险杠角部))，该摄像单元1的结构与实施例1中的摄像单元1大致相同，其可以采集角部周围的一个宽视野范围A6内的图像。其他结构与实施例1大致相同，这里就省略说明。
举例说明控制显示单元3的显示内容的改变，例如，通过一个安装在车辆前端左侧角部的障碍物检测传感器(未示出)的障碍物检测信号检测倒在左角部周围存在障碍物，为了确认左角部的周围，显示单元3的显示内容由控制单元5控制从导航图像和电视图像改变成摄像单元1采集的图像。例如，如图15所示，当沿着另一车辆的后部或侧部行驶时，从车辆前方左侧角部到另一车辆的距离减小到小于固定距离，其被障碍物检测传感器检测到并通知控制单元5，显示单元3的显示内容改变为图16所示的摄像单元1采集的图像I5。进一步，图16仅仅表示了一部分摄像单元1采集的图像I5，图16中的附图标记41表示与本车接近的另一车的图像，附图标记41a表示车辆后部保险杠的图像。
显示单元3中显示内容的转变可以通过指示开关(未示出)手动进行。
因此，在本实施例中，可以采集以及显示车辆角部(在本实施例中，其为车辆前端左侧角部)周围宽视野范围A6的图像，提高视觉确认，其中具有这样的效果，即可以防止与车辆周围的障碍物相撞。
[实施例4]
图17和图18表示一个摄像单元在根据本发明实施例4的用于监控车辆周围装置中的安装模式。在该实施例中，如图17和18所示，一个摄像单元1安装在车辆侧面(在本实施例中，在车辆左侧纵向中间部分(例如车门手柄部分))，该摄像单元1的结构与实施例1中的摄像单元1大致相同，这样其可以采集车辆的一个宽视野范围A7内的图像。其他结构与实施例1大致相同，这里就省略说明。
在本实施例中，如果车辆周围的情况为如图19所示的那样(即，车辆停在停车区域)，由于摄像单元1位于车辆的左侧部分，如图20所示的图像I6被摄像单元1采集且显示在显示单元3上。还有，在图20中附图标记43表示车辆的前胎的图像，附图标记45表示后胎的图像。
作为控制显示单元3的显示内容的转换的例子，例如，可以考虑转换控制响应于信号开关(未示出)的操作输入，以及障碍物检测传感器(未示出)的障碍物检测信号。
从而，在本实施例中，采集车辆侧部(在本实施例中，表示车辆的左侧)周围的一个宽视野范围A7内的图像，提高视觉确认，且显示在显示单元上，其中具有这样的效果，即可以防止车轮掉落以及防止车辆与任何障碍物接触。
[实施例5]
图21和图22是装配到根据本发明实施例5的用于监控车辆周围的装置中的透镜系统的平面图和侧视图。根据本发明的用于监控车辆周围的装置与根据实施例1的用于监控车辆周围的装置的不同之处仅仅是摄像单元1的透镜系统11不同，其中彼此相应的部件使用相同的附图标记，且省略了其说明。
在本实施例中，如图21和22所示，构成透镜系统11的第二透镜组27是一个变形系统，其在水平方向上具有正折射力，但在垂直方向上没有任何折射力。另外，在本实施例中，第二透镜组27是一个无焦系统，其中长度和宽度的变形率为大于等于1.5(例如2.0)。
进一步说明，根据本实施例的第二透镜组27如图23所示在水平方向上是一个逆伽利略型，其中物体侧的透镜27a的焦距f1为f1＜0，图像侧的透镜27b的焦距f2为f2＞0，透镜27a和27b之间的间距d＝f2-f1＞0(在这里，f1和f2是绝对数值)，其中无焦系统的放大率r＝f1/f2＜1。进一步说明，如图24所示，如果一束光线以相对于水平方向的入射角α1入射到第二透镜组27中，光线的入射角α1与出射角α2的关系变为r＝tanα2/tanα1。结果通过第二透镜组27，成像在采集元件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度H与没有使用第二透镜组27相比放大了。
一与上述实施例1的第一透镜组25相同的透镜组作为第一透镜组25。然而，由于在水平方向上的视野角度H被本实施例的第二透镜组放大了，可以使用一广角转换放大率小于实施例1的第一透镜组25的透镜组。可以使用一等同于上述实施例1的第三透镜组29的透镜组作为第三透镜组29。
因此，在本实施例中，可以获得一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视野范围区域，可以提高显示图像的视觉确认。也就是说，可以获得与上述实施例1等同的效果。
[实施例6]
图25和图26是装配到根据本发明实施例6的用于监控车辆周围的装置中的透镜系统的平面图和侧视图。根据本发明的用于监控车辆周围的装置与根据实施例1的用于监控车辆周围的装置的实质不同之处仅仅是摄像单元1的透镜系统11不同，其中彼此相应的部件使用相同的附图标记，且省略了其说明。
在本实施例中，摄影部件1的透镜系统11具有第一和第二透镜组51和53，如图25和26所示。
第一透镜组(变形透镜系统)51具有两个透镜(这里为柱面透镜)51a和51b，其布置在透镜系统11的最前端部且构成变形系统，其在垂直方向上的放大率与水平方向上的不同。在本实施例中，第一透镜组51在水平方向上全部具有负折射力，但是在垂直方向上没有任何折射力，其中长度和宽度的变形率大于等于1.5。
第二透镜组53是一个图像成像透镜系统，其具有五个透镜53a到53e，且布置在第一透镜组51的图像侧。第二透镜组53将来自垂直视野范围的光线在采集元件13的光接收平面上成像，该光线经过第一透镜组51。
具有这样一个结构，使得在垂直方向上的视野角度V不变，而通过第一透镜组51在水平方向上的视野角度H放大，其中可以通过摄像单元1采集水平方向上的一宽视野范围内的图像。
因此，在本实施例中，可以获得一宽视野范围的显示图像，同样适当地相应于所需的水平方向和垂直方向的视野范围区域，同时，提高显示图像的视觉确认，其可以获得等同于上述实施例1的效果。
[实施例7]
图27是装配在根据本发明实施例7的用于监控车辆周围装置的一个摄像单元的结构图。根据上述实施例7的用于监控车辆周围的装置与根据实施例1到实施例6中任何一个的用于监控车辆周围的装置相比，实质性不同仅仅是摄像单元1中的透镜系统11与采集部件13之间的布置关系，其中彼此相应的部件使用相同的附图标记，且省略了其说明。另外，图6示出了透镜系统11等的一个简化的结构。
在根据本实施例的摄像单元1中，透镜系统11的光轴61在垂直方向上相对于穿过采集元件13的中心法线63偏离一预定尺寸E(例如，在向下方向上)。而且，光轴61保持平行于中心法线63。另外，每个视野范围A4到A7的图像颠倒地成像在采集元件13上。
从而，摄像单元1的采集方向在垂直方向相对于透镜系统11的光轴61改变。例如，在图6所示的结构中，透镜系统11的光轴61相对于采集元件13的中心法线63向下移动，从而摄像单元1的采集方向相对于透镜系统11的光轴61向下倾斜。结果，例如，在透镜系统11的光轴61保持平行于水平方向时，采集方向相对于水平方向向下倾斜。
因此，在本实施例中，可以获得一宽视野范围的显示图像，同样适当地相应于所需的水平方向和垂直方向的视野范围区域，同时，提高显示图像的视觉确认，其可以获得等同于上述实施例1到实施例6的效果。同时，还可以获得下列效果。
即，通过调节摄像单元1的透镜系统11相对于采集元件13的上述偏离尺寸E，可以改变摄像单元1在垂直方向上的采集方向，从而在透镜系统11的光轴61保持一固定方向(例如，水平方向)的状态下，将摄像单元1的视野范围A4到A7设定到一适合的方向。例如，可以很容易地调节包含在视野范围A4到A7的天空部分的比率。
另外，取代将透镜系统11的光轴61相对于采集元件13偏离(或增加一个光轴61偏心的结构)，可以使用这样一个结构作为本实施例的变形，即摄像单元1的透镜系统11的光轴61相对于水平方向朝地面倾斜一预定角度，且摄像单元1的采集方向相对于水平方向向下倾斜。
[实施例8]
根据本发明实施例8的一种用于监控车辆周围的装置具有这样的结构，即第一显示模式(正常显示模式)、第二显示模式(放大显示模式)和第三显示模式(多方向图像合成显示模式)可以被转换，其中第一显示模式用于通过使用一超广角透镜系统11，例如鱼眼透镜等，在宽范围内没有死角地提供视频图像，第二显示模式用于当将车辆停放在车库或停在纵向方向上时，在需要距离感的预定场景的必需范围内放大和显示视频图像。另外，在本实施例中，与上述各实施例中具有相似功能的部件使用同一附图标记。
如图1所示的实施例1，用于监控车辆周围的装置具有一个摄像单元1、一个显示单元3和一个控制单元5。
其中，摄像单元1大致固定在后部的中间，具体说，例如由螺钉通过例如图11所示的实施例2示出的一支架(未示出)固定在车辆后端的中间格栅中，从而可以采集车辆后端从左方到右方的后部表面的一宽视野范围内的图像。
摄像单元1的结构如例如图2所示的实施例1，透镜系统11水平方向上的视野角度H大于等于180°(例如190°)，采用一个在周围部分具有比通常使用的鱼眼透镜要多的信息的光线系统，从而摄像单元1可以在如图28所示的单一图像17中同时采集位于车辆后端左侧和右侧以及车辆后端下侧的视频图像，此模式中摄像单元1采集的图像如在第一显示模式中那样显示在显示单元3上。
整个摄像单元1容纳在一个防水壳体15中，该壳体由一个O形密封环(未示出)密封以防止摄像单元1受到雨和风的侵袭，仅仅前端部分的透镜25a的前侧部分暴露在防水壳体15的前端。
例如，在透镜系统11中，成像在采集元件13的光接收平面上的图像的每个部分的图像高度Y和一束入射到每个部分的图像角度θ具有下列关系，即Y＝pf·tan(θ/p)，使用的参数p为1＜p＜4，透镜系统11的焦距是f，将上述参数p的数值设定为例如2，且使用一立体投影方法，这样的透镜系统11构成使得上述图像高度Y与上述图像角度θ之间的关系式变成Y＝2f·tan(θ/2)。因此，周围物体在采集元件13上的图像在水平方向上要大，提高了从侧面接近的物体的视觉确认。
成像在采集元件13表面上的周围图像被传递到控制单元5的图像处理部分5b，进行图像处理。
在上述第二显示模式中，如图28所示的包括图像17的中心部分的部分61通过一个采集部件获得，且被控制单元5的图像处理部分5b剪切，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距离感。在图29中示出了以第二显示模式显示的图像18。
进一步，第三显示模式不仅显示如图29中第二显示模式的车辆后部的一放大图像，还显示如图30所示的由透镜系统11获得的图像中位于左端和右端的图像(即车辆后部左和右侧图像)I9b和I9c，覆盖如图29所示的第二显示模式的图像I9a的左和右上部，从而迫使驾驶员注意在车辆左和右后部从死角接近的物体。这时，不在显示单元3的预定区域中显示由透镜系统11获得的图像中位于左端和右端的图像I9b和I9c，但是通过增加象素被放大，同时，那里的坐标被改变，这样图像I9b和I9c中的被采集的物体在垂直方向上的实际坐标与在显示单元3的垂直方向上的坐标一致。图像I9b和I9c的放大以及坐标的改变通过控制单元5的图像处理部分5b来执行。
第一显示模式和第二显示模式或第三显示模式通过改变图1所示的控制单元5的控制部分5a来转换，也就是说，如图1所示，在至少其中一个信号的基础上，控制部分5a的改变控制显示单元3的显示内容，这些信号包括从指示开关(未示出)输入的用于操作的操作信号、从车速传感器输入的车速信号、关于换档位置的换档位置信号、检测点火开关状态的点火信号、由障碍物检测传感器(未示出)提供的障碍物检测信号，用于检测车辆周围障碍物的存在、一个显示方向指示器动作状态的方向指示器信号、和一个由转向器传感器提供的转向器转角信号，其用于检测转向器的转角。
例如，当车辆的前端朝前停靠在车库的情况下，驾驶员很难直接地和视觉确认车辆后方的左和右侧，当输入点火信号后，换档位置信号从指示停车的信号转变成一指示R(倒档)范围的信号，车辆整个后方周围的包括死角图像的图像被摄像单元1采集，且以第一显示模式显示在显示单元3上。因此，当驾驶员停车后开始倒车时(即开始倒车)，表示车辆后方的图像显示在显示单元上，该被采集的图像在一个宽视野范围内且覆盖了全部范围，没有遗漏视野内的任何角度。例如，由于可以确认其他接近自己的车辆和行人，可以实现安全倒车。
还有，通过车速信号判断车辆是否以低于一预定的速度行驶(包括前进和倒退)，以及当车辆低速行驶时换档位置信号是否改变为R(倒车)，这样可以判断车辆想要停车或是倒车，其中一经过图像处理的很容易被感受到距离感的放大图像以第二显示模式(图29)显示，不但经过图像处理的车辆后方的一放大的图像而且后方左和右侧的图像I9b和I9c可以同时以第三模式(图30)显示，迫使驾驶员注意来自后方左和右侧死角的接近物体。
于是，由于显示单元3的显示内容根据至少其中一个信号被控制，这些信号包括来自指示开关的操作信号、来自车速传感器的车速信号、关于换档位置的换档位置信号、点火信号、来自障碍物检测传感器的障碍物检测信号、方向指示器信号和来自转向器传感器的转向器转角信号，可以根据车辆的不同状态自动适当地改变显示单元3的显示。并且很方便。
在这里，第二显示模式和第三显示模式通过驾驶员执行的一预定操作来转换。例如，一触摸式显示单元作为显示单元3，其中当触摸和按压显示在每个图像I8和I9的一部分上的转换图标时(例如右下部分)，从一种显示模式转换到另一种显示模式。具体地说，用于转换到第三显示模式的图标63，例如用“3方向(3directions)”表示，显示在第二显示模式(29)的屏幕上，用于转换到第二显示模式的图标65，例如用“宽度(wide)”表示，显示在第三模式的屏幕上，其中当触摸位于各自第二和第三显示模式的转换图标63或65时，就会从一种显示模式转换到另一种显示模式。于是就使用一种触摸板型显示单元来作为显示单元3，通过触摸显示单元3的屏幕可以转换显示模式。然而如果不使用一种触摸板型显示单元来作为显示单元3，可以在显示单元3的附近设计一转换开关(未示出)，通过操作该转换开关来转换第二显示模式和第三显示模式。通过使用上述例如转换图标或转换开关的操作元件，可以很容易地根据驾驶员的需求等在显示单元3上转换显示模式。
可以使用这样一种结构，即除了摄像单元1获取的图像I7、I8和I9，某人车辆的例如车宽、行进方向、距离等的车辆信息也可作为文字信息在屏幕上被覆盖和合成，以及作为图像被显示在显示单元3上，其可以共同帮助驾驶员根据文字信息停车和倒车。
另一种结构大致等同于实施例1，这里就省略了其说明。
还有，在本实施例中，由于鱼眼透镜在透镜系统11的水平方向上的视野角度大于等于180°，不但可以第一显示模式采集水平方向上一宽视野范围内的图像，还可以无障碍地以第三显示模式采集后面的左和右图像I9b和I9c。
另外，由于在第二显示模式和第三显示模式中，必要部分的图像I8和I9(I9a、I9b和I9c)被控制单元5的图像处理部分5b放大，且显示在显示单元3上，在使用不同的显示模式时，可能在采集元件上形成大尺寸的物体图像。其中可以容易地感受距离感。特别的，在第三显示模式中，由于不但直接位于车辆后端的图像I9a，而且后面左和右侧图像I9b和I9c可以被放大显示，在车库或在纵向线内停车时可以有效地使用这些模式。
还有，由于显示单元3的显示内容根据至少其中一个信号被控制，这些信号包括来自指示开关的操作信号、来自车速传感器的车速信号、关于换档位置的换档位置信号、点火信号、来自障碍物检测传感器的障碍物检测信号、方向指示器信号和来自转向器传感器的转向器转角信号，可以根据车辆的不同状态自动适当地改变显示单元3的显示。并且很方便。
特别的，发动机启动后如果检测到换档位置改变到R(倒档)，不但车辆的全部后方以第一显示模式正常显示，而且视野范围内的一预定范围被剪切，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，一放大后的图像I8以第二模式显示，三个方向的图像I9a、I9b和I9c同时以第三模式显示。因此，可以自动显示图像I7、I8和I9，这样驾驶员可以根据车辆情形很容易地进行视觉确认。
另外，由于显示模式(第二显示模式和第三显示模式)可以通过操作显示在显示单元3上的转换图标或布置在显示单元3周围的转换开关可选择地转换，可以很容易地根据驾驶员的需要等转换显示单元3的显示模式。
还有，由于例如车宽、行进方向和距离等的车辆信息在屏幕上被覆盖和合成为特定信息，且显示在显示单元3上，驾驶员不但可以根据图像I7、I8和I9还可以根据文字信息停车和倒车。
还有，在实施例8中，摄像单元1被安装在车辆后方大致中间的位置，采集车辆后方从左到右一宽视野范围A5内的图像。另外，摄像单元1可以被安装在车辆前部大致中间的位置、侧面或角部。还有，在实施例1到实施例7中，摄像单元1可以安装在任何位置，可以采集车辆周围的图像。
还有在实施例8中，三个方向的图像I9a、I9b和I9c被重叠和合成以第三显示模式(多方向图像合成显示模式)显示在显示单元3上。然而，两个或四个或更过方向上的图像被覆盖、合成和显示也是没有问题的。
另外，在实施例8的第三显示模式上(多方向图像合成显示模式)，后方左和右图像I9b和I9c被覆盖和合成为放大的图像I9a且显示在显示单元3上。然而，左和右侧图像I9b和I9c可以覆盖和合成为图像I7(图28)，其由采集单元采集且不经任何处理地显示在显示单元3上。
[实施例9]
在上述的各个实施例中，视野周围的物体被放大显示，比使用普通鱼眼透镜要大。然而相反，物体中间部分的变形微小，驾驶员会觉得物体比实际要远，很难感受实际的距离。
因此，在根据实施例9的用于监控车辆周围的装置中，使摄像单元1采集的图像变形，从而图像中间部分被控制单元5的图像处理部分5b放大，其被正常显示在显示单元3上，或变形图像被覆盖和合成在一部分区域且被显示。
例如，假设如图31所示的图像是被摄像单元1采集的图像，图像被控制单元5的图像处理部分5b变形，如图32所示。在图32中，中间部分被放大且大于周围部分。这样，由于中间部分变形被放大，当观看显示单元3时，可以容易地感受与物体的距离感。而且，使中间部分变形比仅仅放大中间部分并显示要方便，因为驾驶员具有接近物体中间部分的感觉，也就是说，通过执行一个处理过程，例如，弯曲中间部分，来产生立体感，被采集的图像显示在显示单元3上，同时具有距离感。
[实施例10]
在根据本发明实施例10的用于监控车辆周围的装置中，透镜系统11的结构大致与根据上述实施例1到实施例9的用于监控车辆周围的装置相同。然而，透镜系统11特性被调节，这样图像周围部分与中间部分相比，图像高度相对于图像角度的改变量要大。下面将要说明根据实施例10的透镜系统11的主要特性。还有，由于除了透镜系统11特性以外，其结构与根据上述实施例1到实施例9的用于监控车辆周围的装置相似，所以彼此相应的部件使用相同的附图标记，且省略其说明。
根据实施例10的用于监控车辆周围环境的装置与图1所示的实施例1一样，具有一个摄像单元1、一个显示单元3和一个控制单元5。
摄像单元1的结构与例如图2所示的摄像单元1相似。例如，如图3和4所示，摄像单元1安装在车辆前端的中间部分，这样可以采集车辆前侧(包括车辆斜向下的方向)从左到右的一个宽视野范围A4内的图像。摄像单元1由螺钉通过例如一个支架被安装在车辆上。
为了防止摄像单元1受到雨和风的侵袭，摄像单元1的全部被容纳在一个由O型密封环(未示出)密封的防水壳体15中，其中仅仅位于前端的透镜25a的前表面部分暴露在防水壳体15的前侧。
一个采集元件13由例如CCD构成。下面的描述都是基于假设采集元件13具有一个1/4英寸的采集平面，其尺寸为水平方向3.6mm，垂直方向2.8mm。
与上述实施例1到实施例9一样，根据实施例10的透镜系统11水平方向上的视野角度H为大于等于180°和小于等于270°(例如190°)。
图33是根据实施例10的透镜系统11在水平方向上的特性图。图33表示了一个曲线L4(黑虚线)，其表示成像在采集元件13上的每个图像部分的图像高度和入射到每个图像部分的光线的图像角度(相对于光轴的倾斜角度)之间的关系(在下文中称为“图像角/图像高度特性”)。还有，在图33中，曲线L0(虚线)表示普通鱼眼透镜的图像角度/图像高度特性，作为比较，示出的曲线L1(粗线)表示上述根据实施例1的透镜系统11的图像角度/图像高度特性。另外，在图33中，纵坐标表示成像在采集元件13上的图像每个图像部分的图像高度，而横坐标表示入射到每个图像部分的光线的图像角度(相对于光轴的入射角)。
例如，如图33中的曲线L4示出，根据实施例10的透镜系统11整体如此构成使得每个图像部分的图像高度Y和图像角度θ之间的关系为Y＜2f·tan(θ/2)，图像高度Y为从成像在采集元件上图像的图像中心水平移动的每个图像部分的图像高度，图像角度为入射到每个图像部分的光线的图像角度，透镜系统在水平方向上的焦距为f(这里，f为透镜系统11在水平方向上的焦距)。
具体地说，例如，除了第二透镜组27，通过透镜系统11，成像在采集元件13的光接收平面上的图像的每个部分的图像高度Y与入射到每个部分的光线角度之间的关系为Y＜2f·tan(θ/2)，其中透镜系统11在水平方向上的焦距为f。
还有，普通的鱼眼透镜(使用一种被称为“等距投影”的系统)在水平方向上的特性如图33中曲线L0所示，这样在水平方向上，关于上述水平方向的图像高度Y、图像角度θ和透镜系统11的焦距f之间的关系为：Y＝f·θ。
根据实施例1的透镜系统(使用一种被称为“立体投影系统”的系统)在水平方向上的特性如图33中曲线L1所示，关于上述水平方向的图像高度Y、图像角度θ和透镜系统11在水平方向上的焦距f之间的关系为：Y＝2f·tan(θ/2)。
这里，假设暂时地使用普通鱼眼透镜的图像角度/图像高度特性(曲线L0)作为透镜系统11的图像角度/图像高度特性，如图36所示，在水平方向上的周围的物体C2被采集的很小，驾驶员很难识别车辆前方左侧和右侧接近车辆的物体。还有，假设在实施例1的透镜系统中暂时地使用图像角度/图像高度特性(曲线L1)，在水平方向上的周围的物体相对大一些，与使用普通鱼眼透镜的图像角度/图像高度特性相比，驾驶员较容易识别车辆前方左侧和右侧接近车辆的物体。然而，与JP-A-2000-89301公开的透镜相比，在JP-A-2000-89301中从车辆侧面接近的车辆被位于如图34和35所示的摄像单元前侧的一镜子和一棱镜等采集，在识别从前方左侧和右侧接近的车辆时，仅仅注意到简单的，在水平方向上被采集的周围的物体很小，驾驶员很难识别从车辆前方左侧和右侧接近的车辆。
因此，在根据实施例10的透镜系统1中，透镜系统11的外面周围部分的图像角度/图像高度特性与根据实施例1的透镜系统的图像角度/图像高度特性不同，这样在水平方向上的周围的物体可以被采集的大一些。
具体地说，例如，如图33的曲线L4所示，设计透镜系统11使得当图像角度θ等于80°时，图像高度Y为1.00，当图像角度θ等于90°时，图像高度Y为1.6mm。设计透镜系统11在水平方向上，在图像角度为80°到90°的范围的图像角度/图像高度特性，目的在于具有下列特性，即物体可以与在左和右方的视野与在JP-A-2000-89301中的每个范围总共变为60°时相同的尺寸被采集，如图34和35所示。
于是，根据本实施例的透镜系统11具有这样的结构，使得在图像周围部分与在中间部分相比，图像高度相对于图像角度改变量的改变量进一步地增加，而不使用根据实施例1的透镜系统的图像角度/图像高度特性(曲线L1)。因此，在采集视野范围A4水平方向上的周围部分(图3)，周围部分的物体的图像可以放大地成像在采集元件13上。也就是说，可以提高视野范围内的周围部分的物体图像的视觉确认。
还有，在图34和35所示的JP-A-2000-89301中，例如，使用这样一种结构，左和右方视野的每个范围都变成85°，可以提高从左和右方接近车辆的视觉确认。因此，设计实施例10的透镜系统11在水平方向上，在图像角度为80°到90°的范围的图像角度/图像高度特性，目的在于具有下列特性，即物体可以与在左和右方的视野与在JP-A-2000-89301中的每个范围总共变为85°时相同的尺寸被采集，如图34和35所示。关于透镜系统水平方向的图像角度/图像高度特性如图33中曲线L3(双黑虚线)所示。另外，尽管透镜系统11的图像角度/图像高度特性这样设置，透镜系统11具有这样的结构，关于水平方向的图像高度Y、图像角度θ和透镜系统11关于水平方向的焦距f具有下列关系：Y＜2f·tan(θ/2)，如图33中曲线L1和L3所示。
也就是说，使用如图33中曲线L4所示的特性作为根据本实施例的透镜系统11关于水平方向的图像角度/图像高度特性。然而，不必将特性限定到上述特性。如果透镜系统11具有这样的结构，使得关于水平方向的图像高度Y、图像角度θ和透镜系统11关于水平方向的焦距f具有下列关系：Y＜2f·tan(θ/2)，在视野范围A4水平方向的周围，与使用实施例1的透镜系统的图像角度/图像高度特性(曲线L1)的情况下相比，周围物体的图像可以进一步放大地成像。结果，可以进一步提高从左和右侧接近的车辆的视觉确认。
另外，如上所述，如果使用普通鱼眼透镜的图像角度/图像高度特性(曲线L0)，图像中间部分和周围部分的图像高度相对于图像角度变化量的变化量相同，其中恶化了从左和右侧接近的车辆的视觉确认。因此，透镜系统11这样构成，使得图像中间部分的图像高度相对于图像角度变化量的变化量要大于图像周围部分。也就是说，仅通过这样构成透镜系统11，使得水平方向的图像高度Y、图像角度θ和透镜系统11关于水平方向的焦距f具有下列关系：Y＜f·θ，与在透镜系统11中使用普通鱼透镜的图像角度/图像高度特性相比，就可以在采集元件13上在周围部分，甚至在视野范围A4(图4)的在水平方向的周围部分上较大地成像物体的图像，提高视野范围内周围部分的物体图像的视觉确认。
也就是说，为了提高视野范围内周围部分的物体图像的视觉确认，优选的，透镜系统11如此构成使得水平方向的图像高度Y、图像角度和透镜系统11关于水平方向的焦距f具有下列关系：Y＜f·θ。
另外，进一步优选的，透镜系统11如此构成使得关系式为Y＜2f·tan(θ/2)。
如上面实施例1到实施例9所述的，成像在采集元件13平面上的周围图像被传递到控制单元5的图像处理部分5b，通过改变控制部分5a的指示来处理图像。然后，该被采集的和处理的图像显示在显示单元3上。
还有，在本实施例中，如上所述，虽然举例说明了摄像单元1被安装在如图3和4所示实施例1的车辆前端部分，摄像单元1还可以安装在车辆的不同位置，例如在实施例2、4、8和9所示的车辆的后侧。
进一步，被采集的图像在图像处理部分5b中进行图像处理的内容和在显示单元3中被采集的图像被详细列出，其与上述实施例1到实施例9相似。另外，图像在位于车辆后部的采集摄像机1采集的图像的基础上被显示，其显示模式相似于在上述实施例8和实施例9中关于车辆后侧的显示模式。
进一步，如上述实施例5和实施例6所述，透镜系统11的结构为，例如，不断改变包含在透镜系统11中的每个透镜组的结构，这样关于水平方向的图像高度Y、图像角度θ和透镜系统11关于水平方向的焦距f具有下列关系：Y＜f·θ，进一步优选的，透镜系统11如此构成使得关系式为Y＜2f·tan(θ/2)。
如上所述，如在根据实施例1的透镜系统11中，根据本实施例的摄像单元1中，由于透镜系统11这样构成使得图像周围部分与中间部分相比，图像高度的改变量相对于图像角度的改变量要大，其可以提高视野范围内周围部分的物体图像的视觉确认。详细地说，透镜系统11如此构成使得水平方向的图像高度Y、图像角度θ和透镜系统11关于水平方向的焦距f具有下列关系：Y＜f·θ，其可以提高视野范围内水平方向周围部分的物体图像的视觉确认。还有，如在JP-A-2000-89301中，由于不需要任何特定部件，例如一个棱镜等，可以简化摄像单元1的结构。
进一步，如果透镜系统11这样构成使得图像周围部分与中间部分相比，图像高度的改变量相对于图像角度的改变量要大，可以进一步提高视野范围内周围部分的物体图像的视觉确认。详细地说，透镜系统11如此构成使得水平方向的图像高度Y、图像角度θ和透镜系统11关于水平方向的焦距f具有下列关系：Y＜2f·tan(θ/2)，其可以进一步提高视野范围内周围部分的物体图像的视觉确认。
另外，由于在水平方向上透镜系统11产生的视野角度H如上述实施例1到实施例9所述为大于等于180°小于等于270°，可以采集水平方向上的一个宽视野范围。
还有，虽然在上述实施例10中，透镜系统11如此构造，使得在水平方向上，图像周围部分与中间部分相比，图像高度的改变量相对于图像角度的改变量要大，但是透镜系统11还可以如此构成，以提高视野范围内周围部分的物体图像的视觉确认，不但在水平方向和垂直方向上而且在所有方向，图像周围部分与中间部分相比，图像高度的改变量相对于图像角度的改变量要大。
进一步，为了提高视野范围内周围部分的物体图像的视觉确认，透镜系统11可以如此构成，使得图像高度Y、图像角度θ和透镜系统11的焦距f优选的具有下列关系：Y＜f·θ，进一步优选的，透镜系统11如此构成使得关系式为Y＜2f·tan(θ/2)。