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CN115220183B - 一种超广角车载全景摄像头及cms系统 - Google Patents

一种超广角车载全景摄像头及cms系统 Download PDF

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CN115220183B
CN115220183B CN202210717495.4A CN202210717495A CN115220183B CN 115220183 B CN115220183 B CN 115220183B CN 202210717495 A CN202210717495 A CN 202210717495A CN 115220183 B CN115220183 B CN 115220183B
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Guangdong Sanmu Automotive Electronics Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种超广角车载全景摄像头及CMS系统。所述超广角车载全景摄像头，沿着光轴从物侧至像侧顺次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜和第七透镜。与所述超广角车载全景摄像头搭配的CMS系统由FPGA和DSP处理器并行组成的SoC硬件平台构成，能够高速图像目标识别和跟踪处理，传输速率快，实时性强，对外接口通信灵活，有效提升车载CMS系统图像处理显示质量。

Description

一种超广角车载全景摄像头及CMS系统
技术领域
本发明涉及光学领域和系统架构领域，特别是涉及一种超广角车载全景摄像头及CMS系统。
背景技术
随着人们对行车安全意识的不断提高，以及无人驾驶技术的出现，车载辅助视觉系统在汽车电子领域得到快速发展，它能为驾乘人员提供车厢外环境的实时监控，为安全驾驶提供保障。摄像头是车载辅助系统的主要部分，车载使用摄像头对成像系统的空间分辨力有较高要求，需要较大规模的视角以和小畸变的光学镜头，同时又要求广域监控，需要使用视场大的广角镜头以避免行车过程中的视觉盲区，为此超广角摄像头成为车载摄像头采用的第一首选。由于焦距小，视场大，水平视角可超过180度，超广角摄像头近年来被广泛用于安防监控、智能交通等领域。
超广角摄像头基于非相似成像原理，采用多镜组设计结构，前后镜组分别具有绝对值极大的负光焦度和正光焦度。然而，现有的超广角摄像头在获得超大视场成像的同时，也带来了严重的成像畸变问题，图像局部宽大、边缘信息缺失、畸变校正不彻底，尤其是边缘视场的图像畸变和低分辨率极易导致驾驶员误判行车实时路况，路面警戒线的扭曲和镜头中车辆的错误放大缩小，给驾驶员带来了远近景的感官判断失误，极易造成交通事故。
随着高性能图像处理系统对图像处理速度等要求的不断提高，在高速行驶中车辆图像目标识别系统中，单独采用现场可编程门阵列芯片(FPGA)或数字信号处理芯片(DSP)已无法满足高速实时图像处理的需求。DSP处理性能强大，但是并行性不强，影响了数据传输的灵活性；FPGA具有极强的并行性，适合密集计算应用，可配置I/O和IP核支持多种数据传输接口，但FPGA的内部逻辑资源和存储资源有限，开发难度大，实现复杂算法也较困难。尤其是车载摄像头监控系统(CMS)领域，亟需能高速实时处理图像信息以及目标识别跟踪的能力，因此需要开发一种计算量大、传输速率高、实时性强的高速图像目标识别与跟踪系统。
综上所述，如何提高超广角摄像头的成像质量，改善图像畸变问题，辅以能够进行高速图像处理的车载摄像头监控系统(CMS)系统，是车载摄像头领域亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超广角车载全景摄像头及CMS系统。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种超广角车载全景摄像头，沿着光轴从物侧至像侧顺次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为平面；
所述第三透镜具有负光焦度，采用自由曲面设计，物侧面中心为凸面、像侧面为凹面；
所述第四透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；
所述第五透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第六透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第七透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面在近光轴处为凸面。
进一步地，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜中，至少包括一片玻璃材质的透镜和一片塑胶材质的透镜。
进一步地，第五透镜和第六透镜胶合。
进一步地，透镜成像公式如下：
其中，m为放大系数，u为物体到镜头的距离，f为焦距；
对于薄透镜，焦距公式如下：
其中，n为透镜材料折射率，R1和R2分别为透镜物侧面和像侧面的曲率半径，d为透镜厚度；
对于多个透镜组合成的光学透镜系统，合成焦距如下：
其中，f1、f2为两个透镜的焦距，d为两个透镜的光心间距，第一个镜片成像位置作为第二个镜片的物的位置来计算，以此类推算出最终超广角车载全景摄像头的焦距；
根据ISO 16505：2019标准和GB 15084标准，超广角车载全景摄像头优先应用于Ⅲ类车镜驾驶员侧，满足车镜视野在30°至65°之间；
根据联合国第46号法规III类车镜驾驶员侧的超广角车载全景摄像头的放大倍数m在0.29到1之间。
进一步地，超广角车载全景摄像头的光学总长TTL＜25mm；
IH/TTL＞0.25，IH为超广角车载全景摄像头的像高；
根据上述公式(1)(2)(3)，摄像头光学总长与焦距之比需满足16＜TTL/f＜19；
f为超广角车载全景摄像头的有效焦距。
进一步地，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔为3.8至4.2mm；
所述第二透镜与所述第三透镜之间的空气间隔为0.1至0.2mm；
所述第三透镜与所述第四透镜之间的空气间隔为1.2至1.6mm；
所述第四透镜与所述第五透镜之间的空气间隔为4.8至5.8mm；
所述第六透镜与所述第七透镜之间的空气间隔为0.5至1.5mm。
进一步地，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为29.5mm至29.8mm，像侧面的曲率半径为12mm至12.4mm，中心厚度为1.5mm至1.8mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.8至1.85，阿贝数为42至48，外径与镜头长度之比为0.6至0.85；
所述第二透镜的物侧面的曲率半径为30mm至32mm，中心厚度为4.2mm至4.5mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.8至1.85，阿贝数为30至35；
所述第三透镜的物侧面的中心曲率半径为20mm至23mm，物侧面边缘曲率半径为14mm至16mm，像侧面的曲率半径为10mm至10.5mm，中心厚度为2mm至2.5mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.65至1.7，阿贝数为45至50；
所述第四透镜的物侧面的曲率半径为11mm至12mm，像侧面的曲率半径为15mm至16mm，中心厚度为1.8mm至2.1mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.55至1.6，阿贝数为50至60；
所述第五透镜的物侧面的曲率半径为19mm至20mm，像侧面的曲率半径为18mm至19mm，中心厚度为1.6mm至1.8mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.6至1.65，阿贝数为45至50；
所述第六透镜的物侧面的曲率半径为18mm至19mm，像侧面的曲率半径为19mm至20mm，中心厚度为1.3mm至1.5mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.7至1.75，阿贝数为42至48；
所述第七透镜的物侧面的曲率半径为19mm至20mm，像侧面的曲率半径为22mm至23mm，中心厚度为1.6mm至1.8mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.65至1.7，阿贝数为50至55；
其中，第六镜头和第七镜头外径比为0.8至0.95。
搭配超广角车载全景摄像头的摄像头监控(CMS)系统，包括摄像头输入模块、SoC片上系统模块、闪存模块、DDR内存模块、以太网模块和VGA输出模块；
所述摄像头输入模块包括权利要求1～7任一项所述的超广角车载全景摄像头和CMOS传感器；
所述SoC片上系统模块包括并行的FPGA处理器和DSP处理器；
所述FPGA处理器和DSP处理器由4个SRIO通道、EMIF接口、I2C总线串行连接；
所述闪存模块和DDR内存模块配置连接FPGA处理器；
所述闪存模块、DDR内存模块、以太网模块、VGA输出模块配置连接DSP处理器；
所述摄像头输入模块负责捕获图像信号并配置给SoC片上系统，其中，超广角车载全景摄像头捕获外界光学信号，CMOS传感器负责接收转换图像光学信号为电学信号并传递给SoC片上系统；
所述SoC片上系统负责高速实时图像信号处理并配置给VGA输出模块，其中，FPGA处理器负责并行密集计算及外围设备接口管理；DSP处理器负责系统管理以及后端图像数据和信息处理工作；
所述SRIO通道负责嵌入式系统中串行数据高速互连；
所述EMIF接口负责FPGA处理器与DSP处理器之间的数据交换与调试；
所述I2C总线负责连接处于总线上的器件之间传送信息，实现有效的IC控制；
所述闪存模块用于数据即时存储与交换数据；
所述DDR内存模块负责提供直接寻址的存储空间，灵活突发传输控制；
所述以太网模块负责将数据按照TCP/IP传输控制/网际协议，与网络互相传递转换信息；
所述VGA输出模块负责将SoC片上系统产生的图像模拟信号传输至车载显示屏幕。
进一步地，所述超广角车载全景摄像头监控系统(CMS)流程为：SoC片上系统硬件初始化后，经由摄像头输入模块配置图像信号，以太网配置IP信号，闪存模块和DDR内存模块配置数据存储空间后，CMOS传感器启动图像信号输入至SoC片上系统的FPGA处理器，在完成输入视频图像的二值化和游程编码后，通过SRIO通道，EMIF接口和I2C总线并发送给DSP处理器进行下一步处理，预处理的视频通过DSP处理器实现目标识别、跟踪及图像增强后，注入DDR内存模块，最终输出到VGA输出模块显示图像。
进一步地，CMS系统的整体算法处理能力要求分辨率为512×512至1440×1440，数据格式为8bits至16bits，帧频120至300Hz；
所述FPGA处理器具有200k至400k个逻辑单元，500至1000个数字信号处理片(DSPSlices)，以及6至10个吉比特收发器(GTX)；
所述DSP处理器为高性能多核处理器，DSP处理器中的每个内核具有16K至32K字节L1P，16K至32KL1D，512K至1024K字节本地L2；
所述闪存模块具有4至8条串行接口，容量为128Mbit至1Gbit；
所述DDR内存模块可选择DDR3至DDR5接口，内存空间为4G至16G；
所述以太网模块可选择PHY芯片，工作在10/100/1000Mbps。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本发明通过阿贝数的限定，减小了镜头的色差的产生，增加了镜头成像质量。
本发明通过第六透镜与第七透镜相互靠近两侧曲面曲率半径的限定，减小了镜头的色差与慧差，增加镜头的成像质量。
本发明通过第六透镜与第七透镜外径的限定，增大了镜头成像边缘位置的色差与慧差，同时也增大了镜头能够使用的传感器适用范围。
本发明通过第七透镜的厚度，减小了光阑后端的光线的色差与慧差，增加镜头的成像质量。
本发明通过第五透镜与第七透镜的阿贝数的限定，减小了镜头的色差的产生，增加了镜头成像质量。
本发明通过第一透镜外径的限定，有效地限制的镜头前端的口径，继而实现了镜头的小体积，以及镜头极大的视场角。
本发明通过各个透镜折射率的限定，有效地扩大了镜头的视场角，降低了光学系统的各种像差，有效控制了镜头的畸变和色差。
本发明通过采用FPGA和多核DSP组合SoC片上系统，从并行处理和流水线操作方面进行系统优化，视频图像信息输入FPGA解析后，完成图像处理二值化和编码并发送给DSP，通过4×SRIO通道，EMIF接口，I2C总线串行进行数据传输，均衡结果与图像增强，数据位宽增大，显示质量提高，有效提升图像读写与处理速度，实现高速行驶路况的图像显示识别。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种应用于超广角车载全景摄像头的镜头的上述特性、技术特征及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明实施例提供的应用于超广角车载全景摄像头的镜头的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的CMS系统架构示意图。
图3为本发明实施例提供的CMS系统软件流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
其中，附图中各结构的厚度和形状不反映广角附加镜头的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
实施例1：
一种超广角车载全景摄像头，如图1所示，沿着光轴从物侧至像侧顺次包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑STO、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、滤光片FI和保护玻璃CG；
所述第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为平面；
所述第三透镜具有负光焦度，采用自由曲面设计，物侧面中心为凸面、像侧面为凹面；
所述第四透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；
所述第五透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第六透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第七透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面在近光轴处为凸面。
本实施例中，通过七片式光学结构及相关参数，可以使中心视场和边缘视场都能满足车载摄像头的最大分辨率，达到全景高清的效果，同时还可以基于几何光学约束上矫正图像畸变，将畸变降低至2％以下，满足摄影物镜的畸变要求，还可以矫正倍率色差和位置色差，色差基本消除。
第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜中，至少包括一片玻璃材质的透镜和一片塑胶材质的透镜。
第五透镜L5和第六透镜L6胶合。
透镜成像公式如下：
其中，m为放大系数，u为物体到镜头的距离，f为焦距；
对于薄透镜，焦距公式如下：
其中，n为透镜材料折射率，R1和R2分别为透镜物侧面和像侧面的曲率半径，d为透镜厚度；
对于多个透镜组合成的光学透镜系统，合成焦距如下：
其中，f1、f2为两个透镜的焦距，d为两个透镜的光心间距，第一个镜片成像位置作为第二个镜片的物的位置来计算，以此类推算出最终焦距；
根据ISO 16505：2019标准和GB 15084标准，超广角车载全景摄像头优先应用于Ⅲ类车镜驾驶员侧，满足车镜视野30°至65°；
根据联合国第46号法规III类车镜驾驶员侧的超广角车载全景摄像头的放大倍数m在0.29到1之间。
进一步地，超广角车载全景摄像头的光学总长TTL＜25mm；
IH/TTL＞0.25，IH为超广角车载全景摄像头的像高；
16＜TTL/f＜19；
f为超广角车载全景摄像头的有效焦距。
本实施例中，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔为4.0mm；
所述第二透镜与所述第三透镜之间的空气间隔为0.1mm；
所述第三透镜与所述第四透镜之间的空气间隔为1.5mm；
所述第四透镜与所述第五透镜之间的空气间隔为5.0mm；
所述第六透镜与所述第七透镜之间的空气间隔为1.2mm。
进一步地，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为29.68mm，像侧面的曲率半径为12.24mm，中心厚度为1.6mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.82，阿贝数为45，外径与镜头长度之比为0.75；
所述第二透镜的物侧面的曲率半径为31.868mm，中心厚度为4.35mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.82，阿贝数为32；
所述第三透镜的物侧面的中心曲率半径为21.564mm，物侧面边缘曲率半径为15.233mm，像侧面的曲率半径为10.285mm，中心厚度为2.25mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.68，阿贝数为48；
所述第四透镜的物侧面的曲率半径为11.422mm，像侧面的曲率半径为15.464mm，中心厚度为2.05mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.58，阿贝数为54；
所述第五透镜的物侧面的曲率半径为19.644mm，像侧面的曲率半径为18.786mm，中心厚度为1.75mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.62，阿贝数为46；
所述第六透镜的物侧面的曲率半径为18.854mm，像侧面的曲率半径为19.422mm，中心厚度为1.32mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.7，阿贝数为48；
所述第七透镜的物侧面的曲率半径为19.322mm，像侧面的曲率半径为22.752mm，中心厚度为1.75mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.69，阿贝数为55；
其中，第六镜头和第七镜头外径比为0.85。
搭配超广角车载全景摄像头的CMS系统，如图2所示，包括摄像头输入模块、SoC片上系统模块、闪存模块、DDR内存模块、以太网模块和VGA输出模块；
所述摄像头输入模块包括权利要求1～7任一项所述的超广角车载全景摄像头和CMOS传感器；
所述SoC片上系统模块包括并行的FPGA处理器和DSP处理器；
所述FPGA处理器和DSP处理器由4个SRIO通道、EMIF接口、I2C总线串行连接；
所述闪存模块和DDR内存模块配置连接FPGA处理器；
所述闪存模块、DDR内存模块、以太网模块、VGA输出模块配置连接DSP处理器。
所述摄像头输入模块负责捕获图像信号并配置给SoC片上系统，其中，超广角车载全景摄像头捕获外界光学信号，CMOS传感器负责接收转换图像光学信号为电学信号并传递给SoC片上系统；
所述SoC片上系统负责高速实时图像信号处理并配置给VGA输出模块，其中，FPGA处理器负责并行密集计算及外围设备接口管理；DSP处理器负责系统管理以及后端图像数据和信息处理工作；
所述SRIO通道负责嵌入式系统中串行数据高速互连；
所述EMIF接口负责FPGA处理器与DSP处理器之间的数据交换与调试；
所述I2C总线负责连接处于总线上的器件之间传送信息，实现有效的IC控制；
所述闪存模块用于数据即时存储与交换数据；
所述DDR内存模块负责提供直接寻址的存储空间，灵活突发传输控制；
所述以太网模块负责将数据按照TCP/IP传输控制/网际协议，与网络互相传递转换信息；
所述VGA输出模块负责将SoC片上系统产生的图像模拟信号传输至车载显示屏幕。
如图3所示，所述超广角车载全景摄像头监控系统(CMS)流程为：SoC片上系统硬件初始化后，经由摄像头输入模块配置图像信号，以太网配置IP信号，闪存模块和DDR内存模块配置数据存储空间后，CMOS传感器启动图像信号输入至SoC片上系统的FPGA处理器，在完成输入视频图像的二值化和游程编码后，通过SRIO通道，EMIF接口和I2C总线并发送给DSP处理器进行下一步处理，预处理的视频通过DSP处理器实现目标识别、跟踪及图像增强后，注入DDR内存模块，最终输出到VGA输出模块显示图像。
进一步地，CMS系统的整体算法处理能力要求分辨率为768×1280，数据格式为10bits，帧频220Hz；
所述FPGA处理器具有360k个逻辑单元，840个DSP Slices，以及8个GTX；
所述DSP处理器为高性能8核处理器，DSP处理器中的每个内核具有32K字节L1P，28K字节L1D，1024K字节本地L2，两个内核共享8192K字节共享SRAM；
所述闪存模块具有4条连接FPGA的SPI串行接口，容量为512Mbit，一条连接DSP的CFI并行接口，容量1Gbit，一条连接DSP的Nand Flash闪存，容量1Gbit；
所述DDR内存模块设计为DDR4接口连接FPGA，内存空间512M×8bit，DDR4连接DSP，内存空间512M×32bit；
所述以太网模块选择三速PHY芯片，工作在100Mbps，实用RJ45标准8位模块化接口。
实施例2：
本实施例中，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔为3.98mm；
所述第二透镜与所述第三透镜之间的空气间隔为0.12mm；
所述第三透镜与所述第四透镜之间的空气间隔为1.45mm；
所述第四透镜与所述第五透镜之间的空气间隔为4.95mm；
所述第六透镜与所述第七透镜之间的空气间隔为1.22mm。
进一步地，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为29.88mm，像侧面的曲率半径为12.14mm，中心厚度为1.65mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.78，阿贝数为43，外径与镜头长度之比为0.78；
所述第二透镜的物侧面的曲率半径为31.88mm，中心厚度为4.21mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.83，阿贝数为35；
所述第三透镜的物侧面的中心曲率半径为21.55mm，物侧面边缘曲率半径为15.24mm，像侧面的曲率半径为10.31mm，中心厚度为2.28mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.71，阿贝数为50；
所述第四透镜的物侧面的曲率半径为11.43mm，像侧面的曲率半径为15.47mm，中心厚度为2.02mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.61，阿贝数为52；
所述第五透镜的物侧面的曲率半径为19.63mm，像侧面的曲率半径为18.79mm，中心厚度为1.81mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.68，阿贝数为50；
所述第六透镜的物侧面的曲率半径为18.83mm，像侧面的曲率半径为19.41mm，中心厚度为1.35mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.72，阿贝数为46；
所述第七透镜的物侧面的曲率半径为19.34mm，像侧面的曲率半径为22.78mm，中心厚度为1.82mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.71，阿贝数为52；
实施例3：
本实施例中，车载全景摄像头监控系统CMS的整体算法处理能力要求分辨率为1024×1280，数据格式为8bits，帧频200Hz；
所述FPGA处理器具有400k个逻辑单元，900个数字信号处理片DSP Slices，以及12个吉比特收发器GTX；
所述DSP处理器为高性能16核处理器，DSP处理器中的每个内核具有16K字节L1P，24K字节L1D，896K字节本地L2，两个内核共享7808K字节共享SRAM；
所述闪存模块具有8条连接FPGA的SPI串行接口，容量为256Mbit，一条连接DSP的SPI并行接口，容量2Gbit，一条连接DSP的Nor Flash闪存，容量2Gbit；
所述DDR内存模块设计为DDR3接口连接FPGA，内存空间256M×16bit，DDR5连接DSP，内存空间256M×16bit；
本发明提供了一种车载全景摄像头使用的镜头，共七片透镜，该镜头沿光轴从物侧至像侧依次设置：具有负光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面、像侧面为平面；具有负光焦度的第三透镜，其采用自由曲面设计，物侧面中心为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；光阑；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面在近光轴处为凹面、像侧面为凸面；具有负光焦度的第六透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；具有正光焦度的第七透镜，其物侧面为凸面、像侧面在近光轴处为凸面。其中，第五和第六透镜胶合。通过总光学系统成像技术，采用自由曲面成像系统设计方法，分解成上述七片式光学结构组成的镜头，可以使中心视场和边缘视场都能满足车载摄像头的最大分辨率，达到全景高清的效果。通过对各个透镜折射率和外径的限定，有效地扩大了镜头的视场角，降低了光学系统的各种像差。同时还可以基于自由曲面几何光学约束上矫正图像畸变，将畸变降低至2％以下，满足摄影物镜的畸变要求。系统架构技术方案中，采用FPGA和多核DSP组合SoC片上系统，从并行处理和流水线操作方面进行系统优化，视频图像信息输入FPGA解析后，完成图像处理二值化和编码并发送给DSP，通过4×SRIO通道，EMIF接口，I2C总线串行进行数据传输，均衡结果与图像增强，数据位宽增大，显示质量提高，有效提升图像读写与处理速度，实现高速行驶路况的图像显示识别。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体与详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形与改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种超广角车载全景摄像头，其特征在于，沿着光轴从物侧至像侧顺次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为平面；
所述第三透镜具有负光焦度，采用自由曲面设计，物侧面中心为凸面、像侧面为凹面；
所述第四透镜具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；
所述第五透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第六透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第七透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面在近光轴处为凸面；
透镜成像公式如下：
其中，m为放大系数，u为物体到镜头的距离，f为焦距；
对于薄透镜，焦距公式如下：
其中，n为透镜材料折射率，R1和R2分别为透镜物侧面和像侧面的曲率半径，d为透镜厚度；
对于多个透镜组合成的光学透镜系统，合成焦距如下：
其中，f1、f2为两个透镜的焦距，d为两个透镜的光心间距，第一个镜片成像位置作为第二个镜片的物的位置来计算，以此类推算出最终超广角车载全景摄像头的焦距；
根据ISO 16505：2019标准和GB 15084标准，超广角车载全景摄像头优先应用于Ⅲ类车镜驾驶员侧，满足车镜视野在30°至65°之间；
根据联合国第46号法规III类车镜驾驶员侧的超广角车载全景摄像头的放大倍数m在0.29到1之间。
2.根据权利要求1所述的一种超广角车载全景摄像头，其特征在于，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜中，至少包括一片玻璃材质的透镜和一片塑胶材质的透镜。
3.根据权利要求1所述得一种超广角车载全景摄像头，其特征在于，第五透镜和第六透镜胶合。
4.根据权利要求1所述得一种超广角车载全景摄像头，其特征在于，超广角车载全景摄像头的光学总长TTL＜25mm；
IH/TTL＞0.25，IH为超广角车载全景摄像头的像高；
根据上述公式(1)(2)(3)，摄像头光学总长与焦距之比需满足16＜TTL/f＜19；
f为超广角车载全景摄像头的有效焦距。
5.根据权利要求1所述得一种超广角车载全景摄像头，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔为3.8至4.2mm；
所述第二透镜与所述第三透镜之间的空气间隔为0.1至0.2mm；
所述第三透镜与所述第四透镜之间的空气间隔为1.2至1.6mm；
所述第四透镜与所述第五透镜之间的空气间隔为4.8至5.8mm；
所述第六透镜与所述第七透镜之间的空气间隔为0.5至1.5mm。
6.根据权利要求1所述得一种超广角车载全景摄像头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为29.5mm至29.8mm，像侧面的曲率半径为12mm至12.4mm，中心厚度为1.5mm至1.8mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.8至1.85，阿贝数为42至48，外径与镜头长度之比为0.6至0.85；
所述第二透镜的物侧面的曲率半径为30mm至32mm，中心厚度为4.2mm至4.5mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.8至1.85，阿贝数为30至35；
所述第三透镜的物侧面的中心曲率半径为20mm至23mm，物侧面边缘曲率半径为14mm至16mm，像侧面的曲率半径为10mm至10.5mm，中心厚度为2mm至2.5mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.65至1.7，阿贝数为45至50；
所述第四透镜的物侧面的曲率半径为11mm至12mm，像侧面的曲率半径为15mm至16mm，中心厚度为1.8mm至2.1mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.55至1.6，阿贝数为50至60；
所述第五透镜的物侧面的曲率半径为19mm至20mm，像侧面的曲率半径为18mm至19mm，中心厚度为1.6mm至1.8mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.6至1.65，阿贝数为45至50；
所述第六透镜的物侧面的曲率半径为18mm至19mm，像侧面的曲率半径为19mm至20mm，中心厚度为1.3mm至1.5mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.7至1.75，阿贝数为42至48；
所述第七透镜的物侧面的曲率半径为19mm至20mm，像侧面的曲率半径为22mm至23mm，中心厚度为1.6mm至1.8mm，使用的光学玻璃材料折射率为1.65至1.7，阿贝数为50至55；
其中，第六镜头和第七镜头外径比为0.8至0.95。
7.搭配超广角车载全景摄像头的摄像头监控(CMS)系统，其特征在于，包括摄像头输入模块、SoC片上系统模块、闪存模块、DDR内存模块、以太网模块和VGA输出模块；
所述摄像头输入模块包括权利要求1～6任一项所述的超广角车载全景摄像头和CMOS传感器；
所述SoC片上系统模块包括并行的FPGA处理器和DSP处理器；
所述FPGA处理器和DSP处理器由4个SRIO通道、EMIF接口、I2C总线串行连接；
所述闪存模块和DDR内存模块配置连接FPGA处理器；
所述闪存模块、DDR内存模块、以太网模块、VGA输出模块配置连接DSP处理器；
所述摄像头输入模块负责捕获图像信号并配置给SoC片上系统，其中，超广角车载全景摄像头捕获外界光学信号，CMOS传感器负责接收转换图像光学信号为电学信号并传递给SoC片上系统；
所述SoC片上系统负责高速实时图像信号处理并配置给VGA输出模块，其中，FPGA处理器负责并行密集计算及外围设备接口管理；DSP处理器负责系统管理以及后端图像数据和信息处理工作；
所述SRIO通道负责嵌入式系统中串行数据高速互连；
所述EMIF接口负责FPGA处理器与DSP处理器之间的数据交换与调试；
所述I2C总线负责连接处于总线上的器件之间传送信息，实现有效的IC控制；
所述闪存模块用于数据即时存储与交换数据；
所述DDR内存模块负责提供直接寻址的存储空间，灵活突发传输控制；
所述以太网模块负责将数据按照TCP/IP传输控制/网际协议，与网络互相传递转换信息；
所述VGA输出模块负责将SoC片上系统产生的图像模拟信号传输至车载显示屏幕。
8.根据权利要求7所述的搭配超广角车载全景摄像头的CMS系统，其特征在于，所述超广角车载全景摄像头监控系统(CMS)流程为：SoC片上系统硬件初始化后，经由摄像头输入模块配置图像信号，以太网配置IP信号，闪存模块和DDR内存模块配置数据存储空间后，CMOS传感器启动图像信号输入至SoC片上系统的FPGA处理器，在完成输入视频图像的二值化和游程编码后，通过SRIO通道，EMIF接口和I2C总线并发送给DSP处理器进行下一步处理，预处理的视频通过DSP处理器实现目标识别、跟踪及图像增强后，注入DDR内存模块，最终输出到VGA输出模块显示图像。
9.根据权利要求7所述的搭配超广角车载全景摄像头的CMS系统，其特征在于，CMS系统的整体算法处理能力要求分辨率为512×512至1440×1440，数据格式为8bits至16bits，帧频120至300Hz；
所述FPGA处理器具有200k至400k个逻辑单元，500至1000个数字信号处理片(DSPSlices)，以及6至10个吉比特收发器(GTX)；
所述DSP处理器为高性能多核处理器，DSP处理器中的每个内核具有16K至32K字节L1P，16K至32KL1D，512K至1024K字节本地L2；
所述闪存模块具有4至8条串行接口，容量为128Mbit至1Gbit；
所述DDR内存模块可选择DDR3至DDR5接口，内存空间为4G至16G；
所述以太网模块可选择PHY芯片，工作在10/100/1000Mbps。
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