CN110393003B - 用于乘员监控系统的紧凑型相机模块 - Google Patents
用于乘员监控系统的紧凑型相机模块 Download PDFInfo
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Abstract
公开了一种用于乘员监控系统的相机模块。相机模块包括壳体,壳体具有内部腔体和一个表面上的孔。图像传感器位于腔室内并与孔对准。透镜沿光轴定位在图像传感器和孔之间,以将进入孔的光聚焦到图像传感器上。为了将光从不沿光轴的视野反射到孔中,相机模块包括平面反射器,该平面反射器从壳体的表面并且在孔的上方以一定角度延伸。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年1月9日提交的美国临时申请No.62/443,880的权益,其通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开一般涉及用于车辆的乘员监控系统。更具体地,本公开涉及用于对乘员成像的紧凑型相机模块。
背景技术
各种先进的驾驶员辅助系统包括视觉、声学和/或传感器警告。这些警告中的一些警告响应于外部危险(例如,接近另一个物体)。然而,近来,驾驶员的潜在干扰的数量已经增加(例如,移动电话,mp3播放器,内部显示器等)。对于包含在车辆中的乘员监控系统(例如,驾驶员监控系统,操作员监控系统)变得越来越受欢迎,例如,当检测到驾驶员处于非警惕状态时发出警告。
在各种实施方式中,乘员监控系统(OMS)包括相机模块(例如,成像单元、相机组件),其具有指向车辆驾驶室的视野,例如,在车辆中的一个或多个乘员的方向上。视野可以配置为封装乘员的预期位置。OMS还包括与成像单元电通信的一个或多个处理单元,其接收并处理来自相机模块的图像信号以确定乘员状态,并且在一些实施中,基于所确定的乘员状态提供反馈(例如,输出)。在名称为“乘员监控系统和方法”的美国专利编号9,533,687中进一步详细描述了上述OMS类型的实施方式,其通过引用整体并入本文。
在先前的实施方式中,由于对乘员成像的对准要求,用于成像和处理的电路部分地设置在不同的印刷电路板(PCB)上。一种这样的先前的实施方式如附图(图)1所示。
图1示出了用于OMS的相机模块101的侧视图。相机模块包括通过柔性电缆104连接的用于成像的电路102和用于处理的电路103。壳体105支撑并定位成像电路102以指向车辆中的一个或多个乘员的方向106。
在一些实施方式中,使用刚挠电路制造用于成像的电路、用于处理的电路和柔性电缆。刚挠电路通过利用粘合在两个或更多个刚性多层电路的层内的柔性电路层,消除了对柔性电缆的需要,以在两个或更多个刚性电路板之间形成柔性连接。柔性连接允许电路板彼此成某一角度定位。这种方法比通过柔性电缆连接电路板更方便,但是增加了制造的复杂性和成本。
因此,需要一种相机模块,其(i)包括结合在同一刚性电路板上的成像电路和处理电路,以及(ii)保持紧凑的封装尺寸,同时仍然适应捕获车辆乘员图像的定位要求。
发明内容
因此,在一个方面,本公开包括用于乘员监控系统的相机模块。相机模块包括壳体,其具有内部腔室(即腔室)和在一个表面(例如,顶部表面)上的孔。图像传感器位于腔室内并与孔对准。透镜沿光轴(例如,由图像传感器和孔限定的轴)定位在图像传感器和孔之间,以将进入孔的光聚焦到图像传感器上。为了将光从不沿光轴的视野反射到孔中,相机模块包括平面反射器,平面反射器从壳体表面以一定角度延伸并延伸至孔的上方。
在相机模块的实施方式中,图像传感器设置成(例如,电连接,焊接等)与安装在壳体的腔室内的(例如,刚性的)印刷电路板(PCB)的表面齐平。
在相机模块的另一实施方式中,透镜架机械地连接到壳体,以支撑并将镜头定位在图像传感器上方一定距离(例如对应于透镜的焦距)。在一些实施方式中,在壳体中可以调节透镜架,以改变透镜和图像传感器之间的距离。
在相机模块的另一实施方式中,相机模块包括将光投射到平面反射器上(例如,沿光轴)以照亮视野的照明器。
在相机模块的另一实施方式中,平面反射器具有滤波特性,使其能够反射特定频带波长,该特定频带波长大于不在特定频带内的波长。
在相机模块的另一实施方式中,相机模块包括反射器安装件,以与光轴成某一角度(在零和90度之间)支撑和定位平面反射器。反射器安装件可以由壳体限定(例如,模制成壳体的一部分),或者可以机械地连接(例如,粘接,固定等)到壳体的表面。在一些实施方式中,可以调节反射器安装件,以允许改变平面反射器(与光轴相关)的角度。
在另一方面,本公开包括用于车辆的乘员监控系统(OMS)。OMS包括转向柱壳体,其具有内部腔室(即,转向柱腔室)和孔(即,转向柱孔)。如上所述,相机模块定位在转向柱腔室内,使得相机模块的平面反射器延伸穿过转向柱孔,以将来自包含车辆乘员的视野的光引导到相机模块的孔(即模块孔)中,将引导到孔的光由相机模块的镜头聚焦到图像传感器上。
在OMS的实施方式中,图像传感器布置成(例如,电连接,焊接等)与安装在相机模块壳体的腔室(即模块腔室)内的(例如,刚性的)印刷电路板(PCB)的表面齐平。
在OMS的另一实施方式中,透镜架机械地联接到模块壳体,以支撑并将透镜定位在图像传感器上方一定距离处(例如,对应于透镜的焦距)。在一些实施方式中,在模块壳体中可以调节透镜架(例如,通过螺纹),以改变透镜和图像传感器之间的距离。
在OMS的另一实施方式中,相机模块包括将光投射到平面反射器上(例如,沿着光轴)以照亮包含乘员的视野的照明器。
在相机模块的另一实施方式中,平面反射器具有滤波特性,使其能够反射特定频带波长,该特定频带波长大于不在特定频带内的波长。
在OMS的另一实施方式中,相机模块包括反射器安装件,以与光轴成某一角度(在零和90度之间)支撑和定位平面反射器。反射器安装件可以由模块壳体限定(例如,模制成壳体的一部分),或者可以机械地连接(例如,粘接,固定等)到模块壳体的表面(例如,顶表面)。在一些实施方式中,可以调节反射器安装件,以允许改变平面反射器(与光轴相关)的角度(例如,重新定位由图像传感器成像的视野)。
在另一方面,本公开包括一种用于捕获车辆驾驶员的图像的方法。该方法包括将PCB装配到车辆的转向柱壳体中,该PCB具有与其表面齐平安装的图像传感器。使用平面反射器将来自驾驶员的光引导到转向柱(例如,在转向柱的顶部上)中的孔中。然后使用透镜将来自驾驶员的定向光聚焦到图像传感器上。
在一种实施方式中,该方法还包括用车内的光照亮驾驶员。
在以下详细描述及其附图中进一步解释了前述说明性概述,以及本公开的其他示例性目标和/或优点,以及实现其的方式。
附图的简要说明
图1以图形方式示出了根据先前实施方式的用于OMS的相机模块的侧视图。
图2以图形方式描绘了车辆中的操作者的侧视图,该图示示出了根据本公开的一个实施方式的用于成像的几何结构。
图3以图形方式示出了根据本公开的一个实施方式的相机模块的侧剖视图。
图4以图形方式示出了根据本公开的一个实施方式的用于车辆的乘员监测系统的侧视图。
附图中的部件不必按比例绘制,并且在一些视图中,相同的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
本公开包括用于乘员监控系统(OMS)的相机模块,其不需要与刚性印刷电路板(PCB)齐平安装的图像传感器,以与乘员的方向对准,以便对乘员成像。
乘员监控系统包括一个或多个数字相机,其在驾驶时对乘员(例如,操作员)进行成像。OMS系统中的处理器配置成(例如,通过软件)分析数字图像(例如,眼睛跟踪、眼睑监控、面部识别等)以寻找驾驶员参与潜在不安全行为的迹象(例如,缺乏注意、昏昏欲睡、睡觉等)。当检测到行为时,OMS可以警告驾驶员(例如,通过灯、信息和/或声音)。如果行为持续存在,OMS可采取其他措施来防止事故(例如,施加制动)。
用于OMS的相机(例如,相机模块、相机组件)通常与转向柱壳体集成,因为从该视角拍摄的图像提供了驾驶员面部的详细、未失真和无障碍的视图。
因许多因素使得相机与转向柱外壳集成变得复杂。首先,转向柱区域的可用空间有限。因此,摄像机必须紧凑,以适应有限的空间,并且不会妨碍驾驶员对车辆仪器的视野。第二,相机必须适应与环境(例如,光、暗等)、乘员(例如,高、矮)或成像几何结构(例如,座椅位置,方向盘位置等)相关的变化,以获得合适的图像进行分析。因此,相机可以具有视野和焦深以适应一系列驾驶员和几何结构,并且可以具有用于夜间成像的照明控制、自动增益控制或快门控制。第三,OMS受成本限制。例如,添加到相机以解决上述一个或多个因素的复杂性通常非常昂贵。
图2示出了OMS的典型环境和几何结构。如图2所示,车辆201包括乘员(例如,驾驶员)202,其使用安装到转向柱的方向盘208来操作车辆,该方向盘208包含在转向柱壳体204内。转向柱通常布置在所示的驾驶员的符合人体工程学的位置。
为了对包含驾驶员(例如,驾驶员的面部)的视野203进行成像,可以将与转向柱壳体204集成的相机模块的图像传感器和透镜定位成直接指向驾驶员(例如,如图1所示)。但是,这种方法可能违反上述空间和/或成本因素。
相反,本公开包括利用相机模块,该相机模块利用平面反射器对乘员进行成像,而图像传感器和透镜不直接指向乘员。该方法允许图像传感器和透镜方便地定位在转向柱壳体204内并且仍然使乘员成像。此外,该方法不需要任何特殊的电路板技术(例如,刚挠)并且不需要对转向柱壳体设计进行显着改变。平面反射器的一个优点是图像在反射时不被压缩或以其他方式变形。
如图2所示,相机模块可以机械地连接到转向柱壳体204,使得图像传感器和透镜形成光轴206(例如,光路、成像轴、成像方向、成像路径等),光轴206由反射器折叠角度207以指向朝向乘员202的方向106。换句话说,反射器允许相机模块对包含乘员202的视野203成像而不是指向乘员。
图3示出了用于OMS的示例性相机模块301的侧视图。相机模块包括壳体302(即模块壳体)。壳体可以由各种不透明材料(例如,金属、塑料等)形成(例如,模制、机械加工等),以限定腔室303和孔304。壳体可以包括两个或更多个机械联接(例如,粘合、紧固)的部件,使得光可以仅通过孔304进入腔室303。通常具有固定焦距和光圈值的透镜305(例如,平凸、双凸、弯月面等)或透镜组(例如,物镜)将进入孔304的光聚焦到图像传感器306上(例如,CCD、CMOS等)以形成视野203的实像(例如,包含乘员)。在一些实施方式中,透镜305安装(例如,粘合)在透镜架中,透镜架机械地联接(例如,螺纹连接)到壳体。进一步地,在某种实施方式中,可以通过调节透镜架相对于图像传感器的位置(例如,高度)来调节透镜焦点。壳体为相机模块提供模块化面貌,这对于实施是有利的。例如,模块化面貌可以简化测试、修理、更换和/或与不同转向柱壳体的集成。
如图3所示,图像传感器306与印刷电路板(PCB)307的表面齐平地机械联接和电联接(例如,焊接)。印刷电路板可以是单个或多层刚性(例如,FR-4)平面电路板,其包括必要的电迹线、通孔和部件以为图像传感器供电并将来自图像传感器的电子信号处理成数字图像。在一些实施方式中,PCB还包括如上所述分析数字图像所需的处理。例如,处理器和图像传感器可以使用传统技术机械地和电气地联接到相同的PCB,从而消除了连接这些元件的信号线(例如,电缆)的需要。
PCB机械地耦合(例如,粘合或紧固)到壳体302,使得图像传感器与模块孔304对准。孔304和图像传感器306(和透镜305)限定光轴206。平面反射器309将光从不同于沿光轴206的方向重定向到孔304中,在孔中光由透镜305聚焦到图像传感器306上。
平面反射器309通常是传统的镜子(例如,前表面、金属、玻璃上的金属等),并且可以将来自所有可见(和近红外波长(NIR))的光重定向成(即,反射)大致相同。然而,在某些实施方式中,反射器309可以具有过滤相,该过滤相反射特定波长频带中的光,该特定波长频带的光具有比不在特定波长频带中的波长的光更多的光。该过滤相可以使用与反射器集成的吸收式滤光器(例如,有色玻璃滤光器)来实现,或者可以使用沉积在基板(例如,玻璃、晶体等)上的多个薄膜(例如,介电)层(即,光学涂层)作为反射器(例如,介质镜、布拉格反射镜、二向色滤光器、二向色镜、薄膜分束器、热/冷镜等)来实现。
在一些实施方式中,发光器(例如,一个或多个LED)可与印刷电路板307集成(例如,与图像传感器相邻)且指向反射器309以照射视野203。在这些实施方式中,反射器有两个目的。反射器(i)将来自照明器的光引导到视野203,并且(ii)将来自视野203的光引导到图像传感器306。在进一步的实施方式中,可以基于由图像传感器306检测到的光条件来激活/不激活来自照明器的光。用于照明的光通常是一个或多个近红外波长。在一些实施方式中,可选择用于照明的光的波长以与反射器的过滤方面匹配。
反射器通常机械地联接(例如,粘合、紧固)到反射器安装件310。如图3所示,反射器安装件在一端机械地连接到壳体的顶表面,并且以某一角度(例如,大约45度)远离表面延伸至孔304上。反射器和反射器安装件之间的机械联接可以包括调节机构(例如,翻倒/倾斜),以微调由图像传感器306成像的视野的位置。另外,反射器安装件和壳体之间的机械联接可以包括调节机构,以相对于孔304调节反射器位置或者调节反射器相对于光轴206的角度。
图4示出了利用上述相机模块的车辆的乘员监控系统401。相机模块301设置(例如,机械地联接)在转向柱壳体204内(例如,在转向柱壳体腔室中)。相机模块301定位成使得至少平面反射器309延伸穿过转向柱孔403。平面反射器309将来自包含乘员202的视野203的光402反射到模块孔304中。反射到模块孔径中的光由透镜聚焦到图像传感器上以产生乘员的数字图像。
OMS可以包括处理以分析由相机模块301产生的图像以检测危险的驾驶行为(例如,注意力不集中、困倦等)。OMS还可以包括指示器、传感器以及控制器,以基于检测到的行为采取动作(例如,警报、制动等)。因此,图4中所示的用于OMS 401的相机模块301可以与其他传感器(例如,方向盘传感器)、照明器(例如,机舱照明器)、控制器(例如,制动控制器)以及处理器通信地联接用于监控乘员(例如,驾驶员)并产生促进安全驾驶的动作。
在说明书和/或附图中,已经公开了典型的实施方式。本公开不限于这样的示例性实施方式。术语“和/或”的使用包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。附图是示意性表示,因此不一定按比例绘制。除非另有说明,否则特定术语已用于通用和描述性意义,而非用于限制的目的。
Claims (15)
1.一种用于乘员监控系统(OMS)的相机模块,所述相机模块包括:
壳体,其限定腔室和在所述壳体的表面上的孔,所述孔允许光进入所述腔室;
图像传感器,其位于所述腔室内并与所述孔对准,其中,所述图像传感器和所述孔限定光轴;
透镜,其沿所述光轴定位在所述图像传感器和所述孔之间;所述透镜使进入所述孔的光聚焦到所述图像传感器;以及
平面反射器,其从所述壳体的所述表面延伸至所述孔上,所述平面反射器从不沿所述光轴的视野将光反射到所述孔中;
反射器安装件,其机械地联接到所述壳体的所述表面,所述反射器安装件支撑所述平面反射器并将所述平面反射器定位成与所述光轴成某一角度,其中,所述角度大于零度且小于90度;
其中,所述平面反射器联接到所述反射器安装件。
2.根据权利要求1所述的相机模块,其中,所述图像传感器与位于所述腔室内的印刷电路板(PCB)齐平地设置。
3.根据权利要求1所述的相机模块,还包括:透镜架,其机械地联接到所述壳体,所述透镜架在所述图像传感器上方一定距离处支撑所述透镜。
4.根据权利要求3所述的相机模块,其中,在所述壳体中可调节所述透镜架,以改变所述透镜和所述图像传感器之间的距离。
5.根据权利要求1所述的相机模块,还包括:照明器,其沿着所述光轴投射光并且投射到所述平面反射器上以照亮视野。
6.根据权利要求1所述的相机模块,其中,所述平面反射器反射波长频带并且不反射不在所述波长频带中的波长。
7.根据权利要求1所述的相机模块,其中,可调节所述反射器安装件,以改变所述平面反射器与所述光轴的角度。
8.一种用于车辆的乘员监控系统,包括:
转向柱壳体,所述转向柱壳体限定转向柱孔和转向柱腔室;
相机模块,包括:
模块壳体,限定模块腔室和所述模块壳体的表面上的模块孔,所述模块孔允许光进入所述模块腔室,
图像传感器,位于所述模块腔室内并与所述模块孔对准,
其中,所述图像传感器和所述模块孔限定光轴,
透镜,沿所述光轴定位在所述图像传感器和所述模块孔之间;
所述透镜使进入所述模块孔的光聚焦到所述图像传感器,
平面反射器,其从所述模块壳体的所述表面延伸至所述模块孔上,所述平面反射器从不沿所述光轴的视野将光反射到所述孔中,以及
反射器安装件,其机械地连接到所述模块壳体的表面,所述反射器安装件支撑所述平面反射器并将所述平面反射器定位成与所述光轴成某一角度,其中,所述角度大于零度且小于90度;
其中,所述平面反射器联接到所述反射器安装件;
其中,所述相机模块设置在所述转向柱腔室中,使得所述平面反射器延伸通过所述转向柱孔并且使得视野包含车辆中的乘员。
9.根据权利要求8所述的乘员监控系统,其中,所述图像传感器与位于所述模块腔室内的印刷电路板(PCB)齐平地设置。
10.根据权利要求8所述的乘员监控系统,还包括:透镜架,其机械地联接到所述模块壳体,所述透镜架在所述图像传感器上方一定距离处支撑所述透镜。
11.根据权利要求10所述的乘员监控系统,其中,在所述模块壳体中可调节所述透镜架,以改变所述透镜和所述图像传感器之间的距离。
12.根据权利要求8所述的乘员监控系统,还包括:照明器,其沿所述光轴投射光并投射到所述平面反射器上,以照亮包含乘员的视野。
13.根据权利要求8所述的乘员监控系统,其中,所述平面反射器反射波长频带并且不反射不在所述波长频带中的波长。
14.根据权利要求8所述的乘员监控系统,其中,可调节所述反射器安装件,以改变所述平面反射器与所述光轴的角度。
15.根据权利要求8所述的乘员监控系统,其中,所述乘员是所述车辆的驾驶员。
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