CN116489482A - 一种车载摄像头自清洁系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载摄像头自清洁系统及方法，所述系统包括摄像头组件，摄像头组件包括具有采光口的壳体，还包括沿光路方向自所述采光口向所述壳体内部依次布设的透明防护片、镜头、感光模块及电源模块；还包括压电陶瓷片和谐振驱动电路，所述压电陶瓷片避开所述光路贴设于所述透明防护片的内侧，所述谐振驱动电路响应一谐振驱动信号并驱动所述压电陶瓷片谐振，所述压电陶瓷片谐振时带动所述透明防护片振动。本发明通过谐振驱动电路响应谐振驱动信号并驱动压电陶瓷片谐振，压电陶瓷片谐振时带动所述透明防护片振动，能够短时间内清除摄像头组件的透明防护片上的水滴、结霜、泥污等，本发明能耗低，响应快，控制方式多样化，大大提高了驾驶安全性。

Description

一种车载摄像头自清洁系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆及影像采集的技术领域，具体涉及一种车载摄像头自清洁系统及方法。

背景技术

现如今，车载摄像头已被广泛应用于各款式车辆中，是辅助驾驶员观察车辆四周环境、判断是否安全的重要设备。例如，高级驾驶辅助系统(ADAS)中，借助摄像头采集的图像感知周围道路环境，实现性路标识别、车道线感应、行人识别、车辆识别等特殊功能。

但目前安装在车外的摄像头容易受到泥泞、雨水、凝露等环境影响，镜头表面容易受到污染，导致采光被部分或全部遮挡，从而导致视野受到影响，也会影响ADAS等类似系统的功能的实现，甚至导致安全事故发生。

目前，车载摄像头的透明防护片表面去除雨雾和冰霜的方式主要是采用加热方式，但加热方式速度较慢，且有损坏摄像头的风险，会缩短生命周期的耐久性。

发明内容

本发明旨在提供一种车载摄像头自清洁系统及方法，能够有效清洁摄像头透明防护片上的雨水、凝露等物质。本发明采用如下技术方案：

一种车载摄像头自清洁系统，包括摄像头组件，所述摄像头组件包括具有采光口的壳体，还包括沿光路方向自所述采光口向所述壳体内部依次布设的透明防护片、镜头、感光模块及电源模块；其特征在于：还包括压电陶瓷片和谐振驱动电路，所述压电陶瓷片避开所述光路贴设于所述透明防护片的内侧，所述谐振驱动电路响应一谐振驱动信号并驱动所述压电陶瓷片谐振，所述压电陶瓷片谐振时带动所述透明防护片振动。

优选地，上述车载摄像头自清洁系统还包括车辆的中控控制器，所述谐振驱动电路通过线路与所述中控控制器电连接；所述谐振驱动信号由所述中控控制器生成并发送给所述谐振驱动电路。

优选地，上述车载摄像头自清洁系统还包括指令输入单元，与所述中控控制器电连接；所述中控控制器根据所述指令输入单元接收的用户指令生成所述谐振驱动信号。

优选地，上述车载摄像头自清洁系统还包括信号处理模块，所述信号处理模块分别与所述感光模块及谐振驱动电路电连接；所述信号处理模块对所述感光模块采集的影像进行分析处理，根据所述影像受所述透明防护片自身清洁度的影响程度，生成所述谐振驱动信号并发送至所述谐振驱动电路。

优选地，所述信号处理模块设置于所述摄像头组件的壳体内或集成于车辆的中控控制器。

优选地，上述车载摄像头自清洁系统还包括感测所述摄像头组件工作环境或状态的工况传感器，与所述中控控制器或所述信号处理模块电连接；所述车辆中控控制器或所述信号处理模块根据所述工况传感器的感测信号生成所述谐振驱动信号。

优选地，所述工况传感器包括如下至少一种传感器：湿度传感器、温度传感器、雨量传感器、雨刮频率传感器。

优选地，所述壳体包括密封连接一起的前外壳和后外壳，所述前外壳的端面上开设所述采光口，所述透明防护片固定安装于所述采光口；所述压电陶瓷片为环形片状，贴设于所述透明防护片的内侧周缘；所述壳体内设置有驱动板、支架组件、主控板和电源板，所述支架组件包括彼此固定连接并形成一密封空间的主体前盖和主体后盖，所述主控板及电源板设置于密封空间内，所述感光模块及信号处理模块设置于主控板上，所述电源模块设置于电源板上；所述谐振驱动电路设置于所述驱动板上，所述驱动板固定连接在所述前外壳内壁；所述镜头安装于所述主体前盖上，所述驱动板中部设有通孔。

一种车载摄像头自清洁方法，包括：通过一谐振驱动电路响应一谐振驱动信号并驱动一压电陶瓷片谐振，所述压电陶瓷片谐振时带动所述透明防护片振动以清洁所述透明防护片。

优选地，所述谐振驱动信号根据接收的用户指令而生成；和或，所述谐振驱动信号根据所述感光模块采集的影像受所述透明防护片自身清洁度的影响程度而生成；和或，所述谐振驱动信号根据所述摄像头组件工作环境或状态的感测信号而生成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过谐振驱动电路响应谐振驱动信号并驱动压电陶瓷片谐振，压电陶瓷片谐振时带动所述透明防护片振动，能够短时间内雾化摄像头组件的透明防护片上的水滴、去除结霜，以达到清洁摄像头组件的透明防护片的效果。本发明能耗低，响应快，控制方式多样化，大大提高驾驶安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图做简单说明。

图1是本发明实施例一提供的车载摄像头自清洁系统的构造示意图。

图2是本发明实施例一中摄像头组件的透明防护片表面有水滴的示意图。

图3是本发明实施例一中摄像头组件的透明防护片表面有水滴被清洁时的示意图。

图4是本发明实施例一提供的车载摄像头自清洁系统的控制原理图。

图5是本发明实施例二提供的车载摄像头自清洁系统的前视图。

图6是本发明实施例二提供的车载摄像头自清洁系统的后视图。

图7是本发明实施例二提供的车载摄像头自清洁系统的侧视图。

图8是本发明实施例二提供的车载摄像头自清洁系统的俯视图。

图9是本发明实施例二提供的车载摄像头自清洁系统的剖视图。

图10是本发明实施例二提供的车载摄像头自清洁系统的立体分解图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限值本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。而且，在实施例彼此间不冲突的前提下，实施例之间可以共用技术特征。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的车载摄像头自清洁系统，包括摄像头组件和车辆的中控控制器(ECU)。其中，摄像头组件包括具有采光口的壳体103，还包括沿光路方向自所述采光口向所述壳体内部依次布设的透明防护片102、镜头组件105，镜头组件105包括镜头、感光模块及电源模块。

本实施例提供的车载摄像头自清洁系统还包括压电陶瓷片101和谐振驱动电路106，压电陶瓷片101避开所述光路贴设于透明防护片102的内侧。谐振驱动电路106设置于一驱动板上，用于响应一谐振驱动信号并驱动压电陶瓷片101谐振，压电陶瓷片101谐振时带动透明防护片102振动。

本实施例提供的车载摄像头自清洁系统还包括安装支架104，安装支架104为环形筒，其内筒壁上设有卡扣1041，外筒壁上设有外螺纹。壳体103包括圆形的面板1031、沿面板1031呈圆周设置的连接壁1032和在面板1031上设置的采光口1033。安装支架104的卡扣1041与镜头组件105的外壁卡接，安装支架104的外螺纹与连接壁1032螺纹连接。面板1031与透明防护片102贴合，采光口1033与压电陶瓷片101的中空结构位置对应。通过面板1031和安装支架104，将透明防护片102和压电陶瓷片101的轴向进行位置限定，使压电陶瓷片101的振动模式主要为径向振动。

谐振驱动电路106用于接收中控控制器产生的谐振驱动信号并产生谐振激励信号，压电陶瓷片101基于谐振激励信号通过压电效应驱使透明防护片102产生高频振动从而雾化水滴。其中，压电陶瓷片101是一种发射器，相比于超声波测距的传感器，其不需要考虑接收，所以采用机电耦合系数k值较大，能量转换效率高。压电陶瓷片101应兼顾雾化效果与自身工作时的温度(不能过热)、硬度(不能在工作过程中产生裂痕)，故采用硬型压电陶瓷PZT-4。因为压电陶瓷片101不能遮挡镜头的视野，其极化方向与电极方向均为轴向。且正负极分别在压电陶瓷片101的上下表面时，雾化效果最好。另外，所述压电陶瓷片101在外形和尺寸方面，为了给镜头预留视野空间，采用中空的同心圆环结构。再有，压电陶瓷片101的厚度影响谐振频率和振幅。压电陶瓷片101装在镜头上应保证镜头视野清晰，且压电陶瓷片101的内径、外径、厚度都应符合车载镜头的安装要求。

结合图2及图3所示，透明防护片102随同压电陶瓷片101的振动带动水滴7振动，使其雾化。透明防护片102除具有雾化功能外，还能够对压电陶瓷片101和镜头起保护作用。其中，透明防护片102选用高透光率材料的透明防护片，以保证镜头视野清晰。

本实施例中，所述透明防护片102振动频率满足以下公式：

其中，D为微粒直径，σ为水的表面张力系数，ρ为水的密度，F为振动频率。将水的参数带入可得到D与F的关系。由此得到所述压电陶瓷,101的谐振频率为20KHz以上时，够达到较好的雾化效果。

所述谐振激励信号的参数选择对雾化效果有重要影响，其还需考虑压电陶瓷片101和电路的承受能力。限制主要来自于长时间工作后，压电陶瓷片101过热以及振裂的风险，电路也会被击穿。因此，谐振激励信号应选用合适信号，其包括激励电压、雾化一次时间、激励频率、间隔周期等。

此外，透明防护片102兼顾雾化效果、耐撞击能力以及高透光率，需要选用合适的材料与厚度。将透明防护片102上的水滴依据其体积大小归类为A型和B型两种水滴。为了更好的达到除雨雾的效果，所述透明防护片102的外表面设有用于去除A型水滴的疏水涂层，A型水滴在疏水涂层上自动下滑。所述透明防护片102的外表面上剩余的B型水滴则通过振动雾化。所述A型水滴的直径大于所述B型水滴的直径。在本实施中，A型水滴为体积≥5μL的大液滴，B型水滴为体积<5μL的小液滴。

本实施例中，中控控制器根据车辆雨刮频率传感器感测的信号来生成所述谐振驱动信号。如图4所示，相应的车载摄像头自清洁系统包括：设定镜头清洁启动指令，并将该指令与雨刮动作频率相匹配形成设定值；实时检测雨刮动作信号；当接收到雨刮动作信号时，获取雨刮动作频率；根据获得的雨刮动作频率与设定值比较，以判定是否启动镜头清洁；若获得的雨刮动作频率小于设定值，不启动镜头清洁；若获得的雨刮动作频率大于或等于设定值，则输出驱动信号，启动镜头清洁；输出的驱动信号通过放大电路使功率达到雾化标准进而以声波振动的方式将水滴雾化。最终使压电陶瓷片1带动透明防护片2振动，使透明防护片2上的水滴雾化。

可以理解的是，本实施例还可以设置一个于中控控制器电连接的指令输入单元，中控控制器根据所述指令输入单元接收的用户指令生成所述谐振驱动信号。另外，雨刮频率传感器可以由其他类型工况传感器来替代或者多个、多种工况传感器彼此结合。所述的工况传感器用来感测所述摄像头组件工作环境或状态的工况传感器，可以包括湿度传感器、温度传感器、雨量传感器、雨刮频率传感器等，与所述中控控制器电连接，中控控制器根据所述工况传感器的感测信号生成所述谐振驱动信号。

本实施例提供的车载摄像头自清洁系统及方法可以用于电子后视镜、倒车摄像头及全景车载摄像头中，其能够实现清洁速度快(几毫秒便能完成一次清洁)、能源消耗低、高度集成、不依靠发热工作、不影响摄像头寿命等优点。

实施例二

参见图5至图10，本实施例的车载摄像头自清洁系统，包括前外壳1、透明防护片2、压电陶瓷片3、驱动板4、驱动板螺丝5、镜头6、主体前盖7、主控板8、主控板固定螺母9、遮阳板10、主体后盖11、外壳密封圈12、后外壳13、外壳螺丝14、线束15、线束螺丝16、线束密封圈18、主体固定螺丝17和19、主体密封圈20、固定调节支架21、角度螺丝22、电源板24、电源板螺丝23。

前外壳1通过外壳密封圈12、外壳螺丝14与后外壳13组装为密封结构。前外壳1的端面上开设采光口，透明防护片2固定安装于所述采光口；压电陶瓷片3为环形片状，贴设于透明防护片2的内侧周缘；壳体内设置驱动板4、支架组件、主控板8和电源板24。

支架组件包括主体前盖7、主体后盖11、主体固定螺丝、主体密封圈20，主体前盖7通过主体固定螺丝17和19、主体密封圈20与主体后盖11固定连接形成一密封空间，主控板8及电源板24设置于密封空间内，主控板24上设置有感光模块及信号处理模块，电源板24上设置有电源模块，用于给驱动板4、主控板8提供电源；驱动板4上设置有谐振驱动电路，驱动板4通过驱动板螺丝5固定连接在前外壳1内壁；镜头6安装于主体前盖7上，驱动板4中部设有通孔，以避免遮挡镜头6的光路。

其中，驱动板用于输出谐振激励信号至压电陶瓷片3，压电陶瓷片3用于将谐振激励信号转换为机械振，通过施加谐振激励信号使得压电陶瓷片3产生设定频率范围的超声波震动，进而带动透明防护片2震动，达到清洁效果。其中，主控板与镜头6组件的位置相对应，其上的感光模块用于感应穿过镜头6组件的光线。在本实施例中，透明防护片2表面上设有超疏水材料涂层，且透明防护片2表面与水平面呈一定角度，利用重力使雨水滑落，这样更便于雨水的去除。

在本实施例中，主控板8通过主控板固定螺母9固定连接在主体前盖7上，主控板8上的感光模块用于环境图像信息采集，并将采集结果发至信号处理模块，信号处理模块对所述感光模块采集的影像进行分析处理，根据所述影像受所述透明防护片自身清洁度的影响程度，生成谐振驱动信号并发送至谐振驱动电路。也就是说，信号处理模块根据环境图像信息判断透明防护片2上是否存在脏污，并根据脏污的形态尺寸特征判断脏污程度或类型，并发送预设等级电压指令至驱动板4，驱动板4根据等级电压指令发送对应电压至压电陶瓷片3。可以理解的是，所述信号处理模块也可以集成于车辆的中控控制器。

在本实施例中，还包括固定调节支架21以及角度螺丝22，固定调节支架21用于固定放置摄像头装置，通过旋拧调节角度螺丝22提供与轴向平行的位移，产生对镜头6的推力和拉力，通过调节角度螺丝22的轴向位移就可以调节摄像头装置的俯仰角度。在本实施例中，还包括线束组件，线束组件外接于壳体外侧，用于外接设备。其中，线束组件包括线束15、线束密封圈18以及线束螺丝16。在本实施例中，还包括遮阳板10。

本实施例的信号处理模块可以是DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)控制器、工业电脑、行车电脑、ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)或者VCU(Vehicle Control Unit，整车控制器)等，本实施例不做严格限定。

当外界的液体或凝露粘在透明防护片2导致成像模糊时，信号处理模块可以判断并通过驱动板4输出谐振激励信号至压电陶瓷片3，压电陶瓷片3将谐振激励信号转换为机械振，带动透明防护片2在1～3MHz范围的超声波震动，把液体或凝露打散成微小漂浮颗粒，在行车所产生的气流下漂离透明防护片2表面，从而达到清除液体或凝露的功能。

在本实施例中，外界的液体或凝露粘在透明防护片2导致成像模糊时的判断条件包括：

通过感光元件对外界的环境图像信息进行采集，并将采集结果发至感光控制电路，感光控制电路根据环境图像信息判断透明防护片2上是否存在脏污，并根据脏污的形态尺寸特征判断脏污类别，并发送预设等级电压指令至驱动板4，驱动板4根据等级电压指令发送对应电压至压电陶瓷片3。

同时，本实施例还可以在透明防护片2的压板上设有湿度传感器，用于获取透明防护片2面外的湿度，以及设置于透明防护片2的内面上的温度传感器，用于获取摄像头的镜头6的透明防护片2面内的温度，当然，温度传感器也可以设置在摄像头外壳腔体内的其他位置，本实施例不做严格限定。

当确定透明防护片2上存在脏污时，检测透明防护片2的温度和湿度；根据透明防护片2的温度和湿度确定遮挡透明防护片2的附着物类型；根据确定的遮挡透明防护片2的附着物类型，采用相应的方法对透明防护片2进行清洁控制。

例如，控制器根据透明防护片2的温度和湿度确定遮挡透明防护片2的附着物类型，具体实现可如下：判断透明防护片2的温度是否大于第一预设温度阈值；若不大于第一预设温度阈值，则确定遮挡透明防护片2的附着物类型为低温固态附着物；若大于第一预设温度阈值，则进一步判断透明防护片2的湿度是否大于预设湿度阈值；若大于预设湿度阈值则确定遮挡透明防护片2的附着物类型为液态附着物；若不大于预设湿度阈值，则确定遮挡透明防护片2的附着物类型为非低温固态附着物。

当为液态附着物时，可以确认外界的液体或凝露粘在透明防护片2导致成像模糊，通过触发开关信号，通过驱动板组件输出电能至压电陶瓷片3，压电陶瓷片3将谐振激励信号转换为机械振，带动透明防护片2在1～3MHz范围的超声波震动，把液体或凝露打散成微小漂浮颗粒，在行车所产生的气流下漂离透明防护片2表面，从而达到清除液体或凝露的功能。

由此可见，本实施例提供的车载摄像头自清洁系统及方法，能在车辆行驶过程中，可以根据接收的用户指令而生成所述谐振驱动信号；和或，根据所述感光模块采集的影像受所述透明防护片自身清洁度的影响程度而生成所述谐振驱动信号；和或，根据所述摄像头组件工作环境或状态的感测信号而生成所述谐振驱动信号。然后，通过压电陶瓷片3将谐振激励信号转换为机械振，进而将透明防护片2上的凝露水珠，打散成5微米左右的微小漂浮粒，在车辆行驶所产生的气流下与镜片分离，从而达到清除凝露效果。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车载摄像头自清洁系统，包括摄像头组件，所述摄像头组件包括具有采光口的壳体，还包括沿光路方向自所述采光口向所述壳体内部依次布设的透明防护片、镜头、感光模块及电源模块；其特征在于：还包括压电陶瓷片和谐振驱动电路，所述压电陶瓷片避开所述光路贴设于所述透明防护片的内侧，所述谐振驱动电路响应一谐振驱动信号并驱动所述压电陶瓷片谐振，所述压电陶瓷片谐振时带动所述透明防护片振动。

2.根据权利要求1所述的车载摄像头自清洁系统，其特征在于：还包括车辆的中控控制器，所述谐振驱动电路通过线路与所述中控控制器电连接；所述谐振驱动信号由所述中控控制器生成并发送给所述谐振驱动电路。

3.根据权利要求2所述的车载摄像头自清洁系统，其特征在于：还包括指令输入单元，与所述中控控制器电连接；所述中控控制器根据所述指令输入单元接收的用户指令生成所述谐振驱动信号。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的车载摄像头自清洁系统，其特征在于：还包括信号处理模块，所述信号处理模块分别与所述感光模块及谐振驱动电路电连接；所述信号处理模块对所述感光模块采集的影像进行分析处理，根据所述影像受所述透明防护片自身清洁度的影响程度，生成所述谐振驱动信号并发送至所述谐振驱动电路。

5.根据权利要求4所述的车载摄像头自清洁系统，其特征在于：所述信号处理模块设置于所述摄像头组件的壳体内或集成于车辆的中控控制器。

6.根据权利要求5所述的车载摄像头自清洁系统，其特征在于：还包括感测所述摄像头组件工作环境或状态的工况传感器，与所述中控控制器或所述信号处理模块电连接；所述车辆中控控制器或所述信号处理模块根据所述工况传感器的感测信号生成所述谐振驱动信号。

7.根据权利要求6所述的车载摄像头自清洁系统，其特征在于：所述工况传感器包括如下至少一种传感器：湿度传感器、温度传感器、雨量传感器、雨刮频率传感器。

8.根据权利要求6所述的车载摄像头自清洁系统，其特征在于：所述壳体包括密封连接一起的前外壳和后外壳，所述前外壳的端面上开设所述采光口，所述透明防护片固定安装于所述采光口；所述压电陶瓷片为环形片状，贴设于所述透明防护片的内侧周缘；所述壳体内设置有驱动板、支架组件、主控板和电源板，所述支架组件包括彼此固定连接并形成一密封空间的主体前盖和主体后盖，所述主控板及电源板设置于密封空间内，所述感光模块及信号处理模块设置于主控板上，所述电源模块设置于电源板上；所述谐振驱动电路设置于所述驱动板上，所述驱动板固定连接在所述前外壳内壁；所述镜头安装于所述主体前盖上，所述驱动板中部设有通孔。

9.一种车载摄像头自清洁方法，用于对摄像头组件进行自清洁，所述摄像头组件包括具有采光口的壳体，还包括沿光路方向自所述采光口向所述壳体内部依次布设的透明防护片、镜头、感光模块及电源模块；其特征在于，所述车载摄像头自清洁方法包括：通过一谐振驱动电路响应一谐振驱动信号并驱动一压电陶瓷片谐振，所述压电陶瓷片谐振时带动所述透明防护片振动以清洁所述透明防护片。

10.根据权利要求9所述的车载摄像头自清洁方法，其特征在于：所述谐振驱动信号根据接收的用户指令而生成；和或，所述谐振驱动信号根据所述感光模块采集的影像受所述透明防护片自身清洁度的影响程度而生成；和或，所述谐振驱动信号根据所述摄像头组件工作环境或状态的感测信号而生成。