專利名稱：監(jiān)控?cái)z像機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)，用于向例如物體施加紅外線輻射以捕捉物體的圖像。
背景技術(shù)：
迄今，已經(jīng)提供了監(jiān)控?cái)z像機(jī)，用于在商店中、在大街上、在停車場中或者在各種其他地方捕捉可疑物體或可疑人員的圖像，以防止犯罪。一些監(jiān)控?cái)z像機(jī)被與用于向物體投射紅外線輻射的紅外線投影儀組合。該紅外線投影儀被安裝在監(jiān)控?cái)z像機(jī)附近，以向監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像捕捉范圍施加紅外線輻射。監(jiān)控?cái)z像機(jī)捕捉使用紅外線輻射照射的物體的圖像。因此，與紅外線投影儀組合的監(jiān)控?cái)z像機(jī)甚至能夠在夜晚或在黑暗的環(huán)境中監(jiān)控物體并且記錄其圖像。
還使用具有攝像機(jī)頭的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，所述攝像機(jī)頭可為了擴(kuò)大的圖像捕捉范圍而前后和上下擺動。也可以將這樣的監(jiān)控?cái)z像機(jī)與多個紅外線投影儀組合，以覆蓋攝像機(jī)頭的擺動角，以便在寬圖像捕捉范圍中捕捉圖像。還提供了包含小尺寸紅外線投影儀的監(jiān)控?cái)z像機(jī)。
日本專利公開第2004-220147號公開了一種配備有照明紅外線光源的監(jiān)控?cái)z像機(jī)。
具有投影儀的傳統(tǒng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)不能被遠(yuǎn)程控制以調(diào)整其照射角度。因此，投影儀本身需要具有足夠大的照射范圍。如果投影儀要保持監(jiān)控?cái)z像機(jī)捕捉期望圖像所需要的輻射通量密度，則要求投影儀具有大的輸出電平。但是，為了使投影儀具有大的輸出電平，則投影儀必須在尺寸上較大。但是，難以將大尺寸投影儀安裝在具有受到尺寸限制的、電動機(jī)驅(qū)動的可擺動攝像機(jī)頭的監(jiān)控?cái)z像機(jī)上。
如果將監(jiān)控?cái)z像機(jī)與安裝在其攝像機(jī)頭上的小尺寸投影儀組合，則所述投影儀只能在短距離內(nèi)提供足夠的照明，這是因?yàn)橥队皟x本身尺寸較小。當(dāng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)使其變焦透鏡向攝遠(yuǎn)(telephoto)端移動以捕捉遠(yuǎn)處位置上的物體的圖像時，如果投影儀具有固定的投射角度，則施加到物體上的輻射量往往不夠。因此，投影儀的紅外線輻射施加能力限制了監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像捕捉范圍。

發(fā)明內(nèi)容
期望提供一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)，它能夠適當(dāng)?shù)叵蛭矬w施加輻射，以捕捉物體的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)，包括圖像捕捉單元，用于捕捉其中的物體的圖像，所述圖像捕捉單元具有可通過變焦光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整的圖像捕捉視場角；光源，它具有用于發(fā)射照明輻射的發(fā)光二極管；透鏡單元，用于在與圖像捕捉單元捕捉圖像的方向基本相同的方向上施加照明輻射；以及照射移動單元，用于可變地設(shè)置照明輻射的照射范圍，以便照射與圖像捕捉單元的圖像捕捉視場角基本相同的區(qū)域。
使用上述的布置，可以改變所述照明輻射的照射范圍，以照射與圖像捕捉單元的圖像捕捉視場角基本相同的區(qū)域，并且可以在改變的照射范圍中捕捉物體的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)，包括圖像捕捉單元，用于通過光學(xué)系統(tǒng)來捕捉其中的物體的圖像；光源，它具有用于發(fā)射照明輻射的多個發(fā)光二極管；以及控制器，用于與圖像捕捉單元的圖像捕捉定時間隔同步地控制所述發(fā)光二極管的激勵模式。
使用上述的布置，可以與圖像捕捉單元的圖像捕捉定時間隔同步地控制發(fā)光二極管的激勵模式，并且當(dāng)正在使用根據(jù)所控制的激勵模式而發(fā)射的輻射照射物體時，可以捕捉該物體的圖像。
因?yàn)榭梢愿淖冋彰鬏椛涞恼丈浞秶哉丈渑c圖像捕捉單元的圖像捕捉視場角基本相同的區(qū)域，并且可以在改變的照射范圍中捕捉物體的圖像，因此有可能施加適當(dāng)?shù)妮椛淞恳哉樟廖矬w以便捕捉其圖像。
此外，因?yàn)榭梢耘c圖像捕捉單元的圖像捕捉定時間隔同步地控制發(fā)光二極管的激勵模式，并且當(dāng)正在使用根據(jù)所控制的激勵模式而發(fā)射的輻射來照射物體時可以捕捉該物體的圖像，因此發(fā)光二極管不需要始終被激勵，從而可以消耗數(shù)量減少的電力。


圖1是示出其中安裝了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的示例的視圖；圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)和中央控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖；圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的示例的橫截面圖；圖4A和4B是示出根據(jù)第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的紅外線輻射施加范圍和圖像捕捉視場角如何聯(lián)動(gange)的視圖；圖5是根據(jù)第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的另一示例的橫截面圖；圖6A和6B是示出用于使用根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)來獲得不同照射狀態(tài)的不同光源激勵模式的示例的視圖；圖7是示出根據(jù)第二實(shí)施例的僅在有效幀中的間歇照射的示例的曲線圖；圖8是示出根據(jù)第二實(shí)施例的捕捉圖像所需的照射區(qū)域的示例的圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的示例的橫截面圖，所述監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用光纖來提高定位光源的自由度；圖10是示出根據(jù)第三實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的另一示例的橫截面圖，所述監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用反射鏡來收集用于光纖的光；圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的另一示例的橫截面圖，所述監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用多層反射器和透鏡陣列來收集用于光纖的光；圖12是示出根據(jù)第三實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的另一示例的橫截面圖，所述監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用會聚光源；以及圖13A、13B和13C是根據(jù)本發(fā)明其他實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的透視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照圖1-5來描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)。根據(jù)第一實(shí)施例，本發(fā)明的原理被應(yīng)用到具有變焦功能的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，所述監(jiān)控?cái)z像機(jī)在其中合并了光源，用于向物體施加紅外線輻射以便甚至在夜晚也捕捉物體的圖像。
下面將首先參照圖1來描述根據(jù)第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的外部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。圖1示出了其中安裝根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的示例。在所圖解的示例中，以100表示的監(jiān)控?cái)z像機(jī)主要采用長方體的形式，并且向物體施加紅外線輻射以便甚至在夜晚也捕捉所述物體的圖像。監(jiān)控?cái)z像機(jī)100被安裝在建筑物的外墻上。監(jiān)控?cái)z像機(jī)100在其中合并了光源，所述光源包括用于發(fā)射紅外線輻射的多個發(fā)光二極管(LED)。監(jiān)控?cái)z像機(jī)100還具有菲涅耳(Fresnel)透鏡14，它是平面透鏡，用于發(fā)射來自監(jiān)控?cái)z像機(jī)100中的光源的紅外線輻射。菲涅耳透鏡14在與監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的圖像捕捉視場角51基本相同的范圍內(nèi)施加來自監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的照明光(紅外線輻射)。從光源發(fā)射的紅外線輻射穿過菲涅耳透鏡14，并且被施加在照射范圍50中以照射物體55。菲涅耳透鏡14具有中央通孔14a，在其中布置了用于捕捉物體圖像的攝像機(jī)鏡頭1。攝像機(jī)鏡頭1包括具有可變圖像捕捉視場角的變焦透鏡。因此，監(jiān)控?cái)z像機(jī)100具有變焦功能。照明光的照射范圍50照射與監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的攝像機(jī)鏡頭1在其中捕捉圖像的圖像捕捉視場角51基本相同的區(qū)域。
由監(jiān)控?cái)z像機(jī)100捕捉的圖像被發(fā)送到控制監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的操作的中央控制器30，并且被記錄在中央控制器30中。中央控制器30具有視頻輸出端，它連接到用于顯示圖像的顯示監(jiān)控器40。中央控制器30實(shí)時地在顯示監(jiān)控器40上顯示從監(jiān)控?cái)z像機(jī)100直接發(fā)送的所捕捉的圖像，或者在顯示監(jiān)控器40上顯示從中央控制器30中的硬盤驅(qū)動器讀取的所記錄的圖像數(shù)據(jù)。中央控制器30還可以在顯示監(jiān)控器40上作為分割的圖像屏幕來顯示從安裝在不同位置上的多個監(jiān)控?cái)z像機(jī)100提供的所捕捉的圖像。中央控制器30根據(jù)用戶在具有各種開關(guān)的控制板33上的動作或自動定時器設(shè)置來產(chǎn)生控制信號，并且向監(jiān)控?cái)z像機(jī)100發(fā)送所產(chǎn)生的控制信號。使用該控制信號，中央控制器30可以基于監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的變焦功能而改變圖像捕捉視場角和照明光的照射范圍50。
下面將參照圖2來描述監(jiān)控?cái)z像機(jī)100和中央控制器30的內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。監(jiān)控?cái)z像機(jī)100通過攝像機(jī)鏡頭1來捕捉圖像捕捉范圍中的圖像，所述攝像機(jī)鏡頭1包括諸如多個變焦透鏡的光學(xué)組件。被施加到攝像機(jī)鏡頭1的入射光通過光圈2以進(jìn)行孔徑控制，并且被聚焦在CCD(電荷耦合器件)圖像捕捉設(shè)備4的圖像捕捉表面上。光圈2基于由控制器10產(chǎn)生的控制信號來控制用于使入射光穿過其中的孔徑的大小，所述控制器10控制監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的各個部分。CCD圖像捕捉設(shè)備4根據(jù)聚焦在其捕捉表面上的物體圖像來輸出圖像信號。
從CCD圖像捕捉設(shè)備4輸出的圖像信號被施加到模擬信號處理器5，模擬信號處理器5對所述圖像信號執(zhí)行模擬信號處理。具體地說，模擬信號處理器5對所述圖像信號執(zhí)行采樣/保持處理和自動增益控制(AGC)處理，并且輸出處理后的模擬圖像信號。該模擬圖像信號被施加到模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器6，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器6通過以預(yù)定的采樣率采樣該模擬圖像信號來將該模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號。然后，將該數(shù)字圖像信號從A/D轉(zhuǎn)換器6輸出到數(shù)字信號處理器7，所述數(shù)字信號處理器7對該數(shù)字圖像信號執(zhí)行數(shù)字信號處理。具體地說，數(shù)字信號處理器7通過這樣的數(shù)字信號處理而從所述數(shù)字圖像信號產(chǎn)生成幀、靜止圖像捕捉等所需的各種信號。攝像機(jī)鏡頭1、光圈2、CCD圖像捕捉設(shè)備4、模擬信號處理器5、A/D轉(zhuǎn)換器6和數(shù)字信號處理器7也將被統(tǒng)稱為攝像機(jī)塊17。監(jiān)控?cái)z像機(jī)100具有未示出的紅外線截止濾光器(cutoff filter)，它可以被選擇性地定位在通向CCD圖像捕捉設(shè)備4的光路的內(nèi)外。對于白天的監(jiān)控，將紅外線截止濾光器放置在CCD圖像捕捉設(shè)備4的光路中，以根據(jù)可見光來捕捉圖像。對于夜晚的監(jiān)控，將紅外線截止濾光器放置在CCD圖像捕捉設(shè)備4的光路外，以根據(jù)紅外線輻射來捕捉圖像。
通過控制器10來控制監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的各種處理和操作序列?？刂破?0根據(jù)需要從可寫存儲器11讀取用于控制各個部分的處理程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)，執(zhí)行各種處理過程，并且將所需要的參數(shù)和數(shù)據(jù)存儲到存儲器11中?？刂破?0還控制發(fā)射驅(qū)動器16激勵光源15以發(fā)射紅外線輻射。
監(jiān)控?cái)z像機(jī)100在其中合并了用于發(fā)射紅外線輻射的光源15。光源15包括被安裝在板20(參見圖3)上的多個發(fā)光二極管的發(fā)光二極管陣列，所述板20與齒條(rack)18整體地相組合。從齒條18上的光源15發(fā)射的紅外線輻射被作為照明輻射而通過菲涅耳透鏡14發(fā)送，所述菲涅耳透鏡14具有基本上處于攝像機(jī)塊17捕捉圖像所遵循的方向上的光軸。齒條18與在操作上連接到電動機(jī)13的齒輪保持嚙合。當(dāng)激勵電動機(jī)13時，齒輪被旋轉(zhuǎn)以使得齒條18沿著攝像機(jī)鏡頭1的光軸移動板20，以便改變照明輻射的照射范圍。通過如此改變照明輻射的照射范圍，移動光源15以便照射與攝像機(jī)塊17的圖像捕捉視場角基本相同的區(qū)域。
中央控制器30具有用于控制中央控制器30的各個部分的控制器32。基于用戶在控制板33(也參見圖1)上的動作，控制器32從可寫存儲器36讀取用于控制各個部分的處理程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行各種處理過程。中央控制器30具有通信接口31，它可以連接到監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的通信接口9，用于向監(jiān)控?cái)z像機(jī)100發(fā)送數(shù)據(jù)和從監(jiān)控?cái)z像機(jī)100接收數(shù)據(jù)。當(dāng)連接通信接口9、31時，中央控制器30通過通信接口31向監(jiān)控?cái)z像機(jī)100發(fā)送由此產(chǎn)生的控制信號，以便遠(yuǎn)程控制監(jiān)控?cái)z像機(jī)100執(zhí)行攝像機(jī)塊17的變焦操作，并且調(diào)整照明輻射的照射范圍。中央控制器30還通過通信接口31從監(jiān)控?cái)z像機(jī)100接收所捕捉的圖像。
控制器32基于從具有定時功能的時鐘單元37讀取的時間信息來向接收到的所捕捉的圖像添加圖像捕捉時刻，并且將具有所添加的圖像捕捉時刻的所捕捉的圖像記錄在作為大容量存儲記錄介質(zhì)的硬盤驅(qū)動器35中?？刂破?2也可以從時鐘單元37讀取時刻，并且在預(yù)設(shè)的圖像捕捉開始和結(jié)束時刻開始和結(jié)束使用監(jiān)控?cái)z像機(jī)100捕捉圖像。控制器32在連續(xù)的圖像捕捉時刻在硬盤驅(qū)動器35中記錄所捕捉的圖像。中央控制器30具有圖像輸出單元34，用于向顯示監(jiān)控器40提供從硬盤驅(qū)動器35讀取的所捕捉的圖像?？刂破?2控制圖像輸出單元34將所捕捉的圖像輸出到顯示監(jiān)控器40，以便在其上顯示所捕捉的圖像。
下面將參照圖3來進(jìn)一步描述監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。圖3以橫截面示出了監(jiān)控?cái)z像機(jī)100。如圖3所示，沿著攝像機(jī)鏡頭1的光軸將直線導(dǎo)軌19安裝在監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的外殼的內(nèi)壁表面上。齒條18可以通過能夠在激勵電動機(jī)13時啟動的齒輪等的功率傳送機(jī)構(gòu)來在直線導(dǎo)軌19上和沿著直線導(dǎo)軌19而直線移動。根據(jù)本實(shí)施例，光源15具有被安裝在板20上的多個紅外線發(fā)射二極管21，所述板20與菲涅耳透鏡14基本平行地延伸。其上安裝了紅外線發(fā)射二極管21的板20可響應(yīng)于電動機(jī)13的激勵而朝著和遠(yuǎn)離菲涅耳透鏡14地移動。當(dāng)這樣移動板20時，監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的圖像捕捉視場角在監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的正向在從3°到60°的范圍中變化。紅外線發(fā)射二極管21的每一個具有范圍例如從20°到30°的照射角度。照明輻射的照射范圍是可變的，使得從紅外線發(fā)射二極管21發(fā)射的紅外線輻射通過穿過菲涅耳透鏡14而照射與攝像機(jī)塊17的圖像捕捉視場角基本相同的區(qū)域。齒條18可根據(jù)攝像機(jī)塊17的變焦比而通過電動機(jī)13沿著直線導(dǎo)軌19移動。照明輻射的照射范圍可基于菲涅耳透鏡14和光源15之間的位置關(guān)系而變化。
下面將參照圖4A和4B來描述監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的紅外線輻射施加范圍和圖像捕捉視場角之間的聯(lián)動操作關(guān)系。具有變焦功能的監(jiān)控?cái)z像機(jī)100可被選擇性地設(shè)置為廣角模式和攝遠(yuǎn)模式。圖4A示出了在廣角模式中紅外線輻射施加范圍和圖像捕捉視場角的示例，圖4B示出了在攝遠(yuǎn)模式中紅外線輻射施加范圍和圖像捕捉視場角的示例。選擇監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的照射范圍50以便照射略大于圖像捕捉視場角51的區(qū)域。但是，由于紅外線輻射的照射角度受所施加的照明輻射的分布特性控制，因此即使照射范圍50落入圖像捕捉視場角51內(nèi)，當(dāng)要捕捉物體55的圖像時，照射范圍50也可以足夠大以識別物體55。
如果如圖4A所示的那樣擴(kuò)展圖像捕捉視場角51，則將光源15向菲涅耳透鏡14移動，以加寬照明輻射的照射范圍50。另一方面，如果如圖4B所示的那樣壓窄圖像捕捉視場角51，則將光源15遠(yuǎn)離菲涅耳透鏡14而移動，以壓窄照明輻射的照射范圍50。因此，照明輻射的照射范圍50可以與攝像機(jī)鏡頭1的變焦動作成聯(lián)動關(guān)系地變化，以改變圖像捕捉視場角51。
因此，有可能改變照明輻射的照射范圍50，以便照射與監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的圖像捕捉視場角51基本相同的區(qū)域，以捕捉物體55的圖像。
根據(jù)本實(shí)施例，監(jiān)控?cái)z像機(jī)100能夠以與圖像捕捉視場角51基本相同的方式來改變照明輻射的照射范圍50，其中當(dāng)攝像機(jī)塊17在攝遠(yuǎn)模式和廣角模式之間進(jìn)行變焦動作時，所述圖像捕捉視場角51改變。結(jié)果，監(jiān)控?cái)z像機(jī)100可以根據(jù)要成像的物體55的位置和大小來施加適當(dāng)?shù)募t外線輻射量。即使在物體55遠(yuǎn)離監(jiān)控?cái)z像機(jī)100時，監(jiān)控?cái)z像機(jī)100也可以可靠地捕捉物體55的圖像，而不缺乏照明輻射。
在上述第一實(shí)施例中，從在平面板20上安裝的紅外線發(fā)射二極管21發(fā)射紅外線輻射。但是，如圖5所示，可以從安裝在向外(即向菲涅耳透鏡14)凸起的曲面板20’上的多個紅外線發(fā)射二極管21發(fā)射紅外線輻射。除了曲面板20’以外，在圖5中示出的監(jiān)控?cái)z像機(jī)的細(xì)節(jié)與在圖3中示出的監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的細(xì)節(jié)相同。因?yàn)楣庠赐ㄟ^改變紅外線發(fā)射二極管的布局來改變其輻射分布特性，因此可以為了更寬的照射范圍而改變所施加的照明輻射的分布特性。
下面將參照圖6A、6B、7和8來描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)200。監(jiān)控?cái)z像機(jī)200能夠通過改變光源激勵模式來改變照明輻射的照射范圍。
首先，將在下面描述監(jiān)控?cái)z像機(jī)200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。監(jiān)控?cái)z像機(jī)200具有用于發(fā)射紅外線輻射的光源24，所述光源24包括總共9個紅外線發(fā)射二極管21a到21i，它們被排列在三個垂直列和三個水平行中，并且被安裝在板20上。監(jiān)控?cái)z像機(jī)200還具有微透鏡陣列22，其被布置在板20的前面，用于將從相應(yīng)的紅外線發(fā)射二極管21a到21i發(fā)射的紅外線輻射轉(zhuǎn)換為平行光束；以及投影儀光學(xué)系統(tǒng)透鏡23，它被布置微透鏡陣列22的前面，用于放大來自微透鏡陣列22的照明輻射的照射范圍。監(jiān)控?cái)z像機(jī)200具有與在圖2中示出的根據(jù)第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的信號處理系統(tǒng)相同的信號處理系統(tǒng)。監(jiān)控?cái)z像機(jī)200與監(jiān)控?cái)z像機(jī)100不同之處在于控制器10控制第二實(shí)施例特有的光源激勵模式。
下面將描述監(jiān)控?cái)z像機(jī)200的光源激勵模式的示例。當(dāng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)200檢測到移動物體55時，監(jiān)控?cái)z像機(jī)200改變光源24的激勵模式以跟蹤該物體，以便向該物體施加照明輻射，或者以給定的發(fā)射間隔間歇地激勵光源24，以便向該物體施加照明輻射。監(jiān)控?cái)z像機(jī)200的這些功能是在控制器10的控制下實(shí)現(xiàn)的，所述控制器10根據(jù)來自中央控制器30的控制命令而操作。當(dāng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)200檢測到移動物體55時，控制器10也可以根據(jù)從存儲器11讀取的全部或部分激勵模式而獨(dú)立地激勵紅外線發(fā)射二極管21a到21i。
圖6A作為示例示出了第一光源激勵模式。根據(jù)第一光源激勵模式，激勵板20上的紅外線發(fā)射二極管的對角線陣列。具體地說，當(dāng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)200檢測到如圖6A所示沿對角線移動的移動物體55時，控制器10激勵紅外線發(fā)射二極管21a、21e、21i，并且關(guān)斷(de-energize)其他紅外線發(fā)射二極管。從紅外線發(fā)射二極管21a、21e、21i發(fā)射的紅外線輻射通過微透鏡陣列22和光學(xué)系統(tǒng)透鏡23，并且照亮在所捕捉的圖像52的對角線上的照射區(qū)域53a、53e、53i。
圖6B作為示例示出了第二光源激勵模式。根據(jù)第二光源激勵模式，激勵板20上的紅外線發(fā)射二極管的下方陣列。具體地說，當(dāng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)200檢測到如圖6B所示的水平移動的移動物體55時，控制器10激勵紅外線發(fā)射二極管21g、21h、21i，并且關(guān)斷其他紅外線發(fā)射二極管以跟蹤物體55。從紅外線發(fā)射二極管21g、21h、21i發(fā)射的紅外線輻射通過微透鏡陣列22和光學(xué)系統(tǒng)透鏡23，并且照亮在所捕捉的圖像52的下水平線上的照射區(qū)域53g、53h、53i。
在圖6A和6B中，同時激勵三個紅外線發(fā)射二極管。但是，可以同時激勵僅僅一個或兩個紅外線發(fā)射二極管。
在圖6A和6B中示出的第二實(shí)施例中，控制光源激勵模式。可以將這些光源激勵模式與將在下面描述的間歇光源激勵模式相組合，以更有效地產(chǎn)生照明輻射。下面將參照圖7來描述根據(jù)第二實(shí)施例的、僅在有效幀中的間歇紅外線照射的示例。圖7示出了具有表示時間的水平軸和表示所發(fā)射的紅外線輻射的水平(level)的垂直軸的曲線圖。在這個示例中，監(jiān)控?cái)z像機(jī)200使其紅外線發(fā)射二極管不被連續(xù)激勵，而是與攝像機(jī)塊17的圖像捕捉定時間隔同步地被間歇激勵。
傳統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)使其紅外線發(fā)射二極管被連續(xù)地激勵以進(jìn)行監(jiān)控。在圖7中，傳統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)在時刻t1到t4從紅外線發(fā)射二極管連續(xù)地發(fā)射水平L2的紅外線輻射。在圖7中示出的根據(jù)本實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)200使其紅外線發(fā)射二極管與圖像捕捉定時間隔同步地在選通脈沖發(fā)射周期T＝t4-t1內(nèi)被激勵以進(jìn)行選通脈沖發(fā)射。從時刻t2到時刻t3的圖像捕捉定時間隔表示有效幀，并且從時刻t3到時刻t5的定時間隔表示無效幀。時間t5-t4等于時間t2-t1。監(jiān)控?cái)z像機(jī)200在時刻t2到t3間歇地從紅外線發(fā)射二極管發(fā)射水平L1的紅外線輻射。如果在時刻t2到t3由水平L1的紅外線輻射產(chǎn)生的發(fā)射能量的量等于從時刻t1到t4由水平L2的紅外線輻射的產(chǎn)生的發(fā)射能量的量，則紅外線發(fā)射二極管可以與圖像捕捉定時間隔同步地發(fā)射更強(qiáng)水平的紅外線輻射，以便向遠(yuǎn)處的物體提供捕捉該物體的圖像所需的紅外線輻射量。
下面將參照圖8來描述僅僅與圖像捕捉定時間隔同步地照射捕捉圖像所需的區(qū)域的示例。圖8示出了具有表示時間的水平軸的圖，并且所捕捉的圖像52的陣列被排列在各個時刻上。圖8所示的根據(jù)本實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)200使其紅外線發(fā)射二極管與攝像機(jī)塊17的圖像捕捉定時間隔同步地被激勵以用于選通脈沖發(fā)射，并且還改變紅外線發(fā)射二極管的激勵模式以便跟蹤移動物體。具體地說，監(jiān)控?cái)z像機(jī)200控制光源24根據(jù)一模式以間隔T1(秒)發(fā)射紅外線輻射，或者根據(jù)另一模式以間隔T2(秒)發(fā)射紅外線輻射，其中間隔T1比間隔T2長(T1＞T2)。類似地，監(jiān)控?cái)z像機(jī)200控制攝像機(jī)塊17以圖像捕捉定時間隔T1(秒)來捕捉圖像，或者以圖像捕捉定時間隔T2(秒)來捕捉圖像，其中間隔T1比間隔T2長(T1＞T2)。如果在從攝像機(jī)塊17輸出的所捕捉的圖像52中未檢測到移動物體55，則監(jiān)控?cái)z像機(jī)200控制光源24以間隔T1發(fā)射紅外線輻射?？刂破?0選擇較低的幀速率以便增大紅外線輻射發(fā)射間隔，并且向整個圖像捕捉范圍施加照明輻射。如果在從攝像機(jī)塊17輸出的所捕捉的圖像52中檢測到移動物體55，則監(jiān)控?cái)z像機(jī)200控制光源24以間隔T2來發(fā)射紅外線輻射，并且還控制攝像機(jī)塊17以圖像捕捉定時間隔T2來捕捉圖像。控制器10選擇較高的幀速率以減小紅外線輻射發(fā)射間隔，并且向整個圖像捕捉范圍的包括物體55的部分施加照明輻射以改變光源激勵模式，以便跟蹤移動物體55。所述間隔T1的每一個可以是1秒，并且所述間隔T2的每一個可以是1/30秒。
以這種方式，監(jiān)控?cái)z像機(jī)200能夠通過改變圖像捕捉定時間隔和光源激勵模式來捕捉圖像。
根據(jù)第二實(shí)施例，當(dāng)間歇地激勵光源時，減小了電功耗，并且還減小了由監(jiān)控?cái)z像機(jī)產(chǎn)生的熱量。但是，光源可以與攝像機(jī)塊的圖像捕捉定時間隔同步地施加強(qiáng)照明輻射。結(jié)果，監(jiān)控?cái)z像機(jī)在遠(yuǎn)離監(jiān)控?cái)z像機(jī)的位置上獲得足夠水平的照明以使得所捕捉的圖像非常亮，并且可以在夜晚捕捉位于距監(jiān)控?cái)z像機(jī)更遠(yuǎn)的距離處的圖像。當(dāng)檢測到物體時，縮短圖像捕捉定時間隔以便以較高的幀速率來捕捉物體的圖像。因此，即使物體快速移動，也能可靠地捕捉物體的圖像。因?yàn)楣庠窗t外線發(fā)射二極管，因此它可以在激勵狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間瞬間轉(zhuǎn)換，從而允許根據(jù)物體的運(yùn)動來捕捉物體的圖像。
當(dāng)通常地監(jiān)控圖像捕捉范圍而沒有檢測到物體時，以較低的幀速率來捕捉其圖像。因此，即使在較長的時間段內(nèi)監(jiān)控圖像捕捉范圍，要記錄的所捕捉的圖像的數(shù)據(jù)量也可能較小。因此，可以在延長的時間段中在諸如硬盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器等的記錄設(shè)備中記錄所需要的數(shù)據(jù)量。如果在磁帶驅(qū)動器中記錄圖像，則可以較不頻繁地更換磁帶驅(qū)動器中的磁帶。
在圖6A和6B中，分別同時激勵紅外線發(fā)射二極管的對角線陣列和紅外線發(fā)射二極管的下方陣列。但是，要激勵的紅外線發(fā)射二極管不限于圖6A和6B所示的模式。如果在圖像捕捉范圍52的相對端處檢測到多個物體55，則可以僅僅向所述物體55施加所發(fā)射的紅外線輻射。以這種方式，進(jìn)一步減小了光源的電功耗，并且增大了在照射范圍之間切換的自由度。
在圖6A和6B中，光源包括被排列在三個垂直列和三個水平行中的總共9個紅外線發(fā)射二極管21a到21i。但是，可以使用的紅外線發(fā)射二極管的數(shù)量不限于九個，而是光源可以根據(jù)使用監(jiān)控?cái)z像機(jī)的情況而包括更多或更少的紅外線發(fā)射二極管。
在圖7中，在時刻t2到t3由水平L1的紅外線輻射產(chǎn)生的發(fā)射能量的量等于從時刻t1到t4由水平L2的紅外線輻射產(chǎn)生的發(fā)射能量的量。但是，存在這樣的情況在該情況中，當(dāng)通常地監(jiān)控圖像捕捉范圍而未檢測到物體時，可以不需要高水平的紅外線輻射。在這樣的情況下，可以增大紅外線輻射發(fā)射間隔，以減小在時刻t2到t3由水平L1的紅外線輻射產(chǎn)生的發(fā)射能量的量，以便由此降低電功耗。如果通過諸如電池等的有限電源來給監(jiān)控?cái)z像機(jī)供電，則增大的紅外線輻射發(fā)射間隔有效地延長了電池的使用壽命。
下面將參照圖9到12來描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)300。監(jiān)控?cái)z像機(jī)300采用光纖形式的光導(dǎo)(light guide)來增大定位光源的自由度。監(jiān)控?cái)z像機(jī)300具有與圖2所示的根據(jù)第一實(shí)施例的監(jiān)控?cái)z像機(jī)100的信號處理系統(tǒng)相同的信號處理系統(tǒng)。監(jiān)控?cái)z像機(jī)300與監(jiān)控?cái)z像機(jī)100不同之處在于它具有第三實(shí)施例特有的光源。
首先，將在下面描述監(jiān)控?cái)z像機(jī)300的內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。圖9以橫截面示出了監(jiān)控?cái)z像機(jī)300，它采用光纖63將來自光源25的紅外線發(fā)射二極管的紅外線輻射引導(dǎo)到菲涅耳透鏡14’。具體地說，通過具有朝著光纖63的第一終端63a成圓形地彎曲的內(nèi)反射表面的反射器64來收集來自光源25的紅外線發(fā)射二極管的紅外線輻射。光纖63能夠通過其向與第一終端63a相對的第二終端63b發(fā)送被施加到第一終端63a的紅外線輻射，并且從第二終端63b發(fā)射所發(fā)送的紅外線輻射而無任何實(shí)質(zhì)損耗。被施加到第一終端63a的紅外線輻射通過光纖63，并且被從第二終端63b發(fā)射。所發(fā)射的紅外線輻射被擴(kuò)散板62從會聚光束轉(zhuǎn)換為發(fā)散光束。從擴(kuò)散板62發(fā)射的紅外線輻射通過變焦透鏡61和菲涅耳透鏡14’，并且被施加到監(jiān)控?cái)z像機(jī)300的圖像捕捉范圍。雖然根據(jù)第一實(shí)施例的光源15是可移動的，但是第三實(shí)施例的光源25不可移動，但是變焦透鏡61是可移動的，以便在紅外線輻射通過菲涅耳透鏡14并且作為照明輻射而被施加到圖像捕捉范圍之前放大或縮小從光纖63的第二終端63b發(fā)射的紅外線輻射光束。
根據(jù)第三實(shí)施例，可以將照明輻射的光源25定位在與監(jiān)控?cái)z像機(jī)300隔開的位置上。
例如，光纖63使得光源25可以與監(jiān)控?cái)z像機(jī)300的菲涅耳透鏡14’隔開。因此，如圖9所示，光源25可以被布置在監(jiān)控?cái)z像機(jī)300的外殼中的攝像機(jī)塊17的后面。因此，可以減小監(jiān)控?cái)z像機(jī)300自己的大小。可替換地，可以不將光源25置于監(jiān)控?cái)z像機(jī)300的外殼中，而是可以將其置于監(jiān)控?cái)z像機(jī)300的外殼外部，以便通過光纖63將紅外線輻射發(fā)送到監(jiān)控?cái)z像機(jī)300中。該替換布置使得有可能進(jìn)一步減小監(jiān)控?cái)z像機(jī)300的大小。
在第三實(shí)施例中，通過反射器64來收集來自光源25的紅外線輻射。但是，可以通過各種其他結(jié)構(gòu)中的任一種來將來自光源25的紅外線輻射引導(dǎo)到光纖63。圖10到12示出了用于將來自光源的紅外線輻射引導(dǎo)或收集到光纖63的這種其他結(jié)構(gòu)。
圖10示出了通過兩個彼此面對的反射鏡來收集從光源發(fā)射的紅外線輻射的結(jié)構(gòu)。光源包括紅外線發(fā)射二極管芯片26。從紅外線發(fā)射二極管芯片26發(fā)射的紅外線輻射被凹面反射鏡66反射，并且被聚焦到處于反射鏡66的焦點(diǎn)處的位置。光纖63的第一終端63a被布置在反射鏡66的焦點(diǎn)附近。另一更小直徑的凹面反射鏡65與反射鏡66相面對地位于紅外線發(fā)射二極管芯片26附近，用于將從紅外線發(fā)射二極管芯片26發(fā)射的紅外線輻射引導(dǎo)到反射鏡66。使用圖10所示的布置，從紅外線發(fā)射二極管芯片26發(fā)射的紅外線輻射被反射鏡65、66收集到光纖63的第一終端63a。通過光纖63發(fā)送所收集的紅外線輻射，然后從第二終端63b發(fā)射該紅外線輻射。
圖11示出了通過多反射器來收集從光源27發(fā)射的紅外線輻射的結(jié)構(gòu)。具體地說，用于產(chǎn)生平行光束的微透鏡陣列67被布置在光源27的多個紅外線發(fā)射二極管的前面。從光源27發(fā)射的紅外線輻射被微透鏡陣列67轉(zhuǎn)換為平行光束，其被凹面多反射器68反射，并被聚焦到光纖63的第一終端63a上。被施加到第一終端63a的紅外線輻射光束穿過光纖63，然后被從第二終端63b發(fā)射。
圖12示出了從多個光源發(fā)射紅外線輻射的結(jié)構(gòu)。具體地說，凹面反射器69被分別布置在光源28周圍，并且具有位于光纖63的第一終端63a處的各自的焦點(diǎn)。從光源28發(fā)射的紅外線輻射被相應(yīng)的反射器69反射，并被聚焦到光纖63的第一終端63a上。被施加到第一終端63a的紅外線輻射光束穿過光纖63，然后被從第二終端63b發(fā)射。
在上述第三實(shí)施例中，將光纖63用作光導(dǎo)。但是，可以采用能夠從其另一端發(fā)射施加到其一端上的輻射的各種其他元件的任一種作為光導(dǎo)。
根據(jù)上述第一到第三實(shí)施例，因?yàn)楸O(jiān)控?cái)z像機(jī)可以采用各種不同的光源和發(fā)射模式，所以可以向位于圖像捕捉范圍內(nèi)的物體施加有效的照明輻射，以捕捉該物體的圖像?？梢酝ㄟ^與小尺寸光源組合的單個監(jiān)控?cái)z像機(jī)來捕捉以前除非使用大尺寸投影儀和大尺寸的電動機(jī)驅(qū)動的攝像機(jī)平臺的組合否則難以在夜晚捕捉的物體的圖像。根據(jù)本發(fā)明，可以以減小的安裝成本將監(jiān)控?cái)z像機(jī)安裝在減小的安裝空間中?？梢砸月?lián)動的方式來自由控制監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像捕捉視場角和照射范圍。由于可以有效地將從光源發(fā)射的紅外線輻射引導(dǎo)到照相機(jī)塊附近的位置，因此可以減小光源的大小。即使采用發(fā)光二極管形式的光源消耗了少量電力，它也能夠發(fā)射所需要的量的輻射，因此可以具有低電力要求。
在上述第一到第三實(shí)施例中，光源包括紅外線發(fā)射二極管。但是，光源可以包括用于發(fā)射可見光的發(fā)光二極管?？商鎿Q地，紅外線發(fā)射二極管和發(fā)光二極管可被互相組合，并且可替換地可被激勵以選擇性地發(fā)射紅外線輻射和可見光。白光發(fā)射二極管容易并且便于使用，因?yàn)榧词乖陂L時間段內(nèi)使用時它們也不易于變差，并且在被瞬時激勵時高度耐用。用于發(fā)射可見光的光源可以包括鹵素?zé)?、熒光燈管等?br> 可以以各種可能組合的任一種來組合如上面根據(jù)第一到第三實(shí)施例描述的用于根據(jù)圖像捕捉視場角改變照射角度的布置、用于改變光源激勵模式以間歇地激勵光源的布置、以及用于通過光導(dǎo)來引導(dǎo)紅外線輻射的布置。
在所說明的實(shí)施例中，被合并在中央控制器30中的記錄設(shè)備包括硬盤驅(qū)動器35。但是，可以在包括光盤、磁盤、磁光盤、快閃存儲器等的各種記錄介質(zhì)中的任一種中記錄所捕捉的圖像。
在上述第一到第三實(shí)施例中，光源和攝像機(jī)塊被容納在長方體形式的監(jiān)控?cái)z像機(jī)外殼中。但是，監(jiān)控?cái)z像機(jī)可以有具有另一形狀的外殼。圖13A到13C示出了電動機(jī)驅(qū)動的可擺動PTZ(搖攝-傾斜-變焦)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，它具有紅外線發(fā)射器，用于從合并在其中的光源發(fā)射紅外線輻射。在圖13A到13C中示出的電動機(jī)驅(qū)動的可擺動PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的每一個包括具有攝像機(jī)塊和投影儀的圓頂形狀的攝像機(jī)，并且能夠圍繞垂直和水平軸(未示出)旋轉(zhuǎn)。
具體地說，圖13A示出了監(jiān)控?cái)z像機(jī)400，它具有攝像機(jī)鏡頭和紅外線發(fā)射器，其各自的軸彼此成一條直線。具體地說，監(jiān)控?cái)z像機(jī)400被固定安裝在基座71上。監(jiān)控?cái)z像機(jī)400包括可水平移動的單元72，它被布置在基座71上，用于通過水平角度旋轉(zhuǎn)；以及可垂直移動單元73，它被布置在可水平移動的單元72中，用于通過垂直角度旋轉(zhuǎn)?？纱怪币苿拥膯卧?3在其中安置了紅外線發(fā)射器75，所述紅外線發(fā)射器75具有與紅外線發(fā)射器75同軸的菲涅耳透鏡和攝像機(jī)鏡頭1。
圖13B示出了監(jiān)控?cái)z像機(jī)410，它具有攝像機(jī)鏡頭和紅外線發(fā)射器，其各自的軸彼此隔開，并且彼此平行地延伸。具體地說，監(jiān)控?cái)z像機(jī)410被固定安裝在基座71上。監(jiān)控?cái)z像機(jī)410包括被布置在基座71上的可水平移動的單元72、以及被布置在可水平移動的單元72中的可垂直移動的單元73。可垂直移動的單元73在其中安置了紅外線發(fā)射器75和攝像機(jī)鏡頭1，其各自的軸彼此隔開，并且彼此平行地延伸。
圖13C示出了具有攝像機(jī)鏡頭和四個紅外線發(fā)射器的監(jiān)控?cái)z像機(jī)420，所述紅外線發(fā)射器具有被布置在攝像機(jī)鏡頭周圍的各自的軸。具體地說，監(jiān)控?cái)z像機(jī)420被固定安裝在基座71上。監(jiān)控?cái)z像機(jī)420包括被布置在基座71上的可水平移動的單元72、以及被布置在可水平移動的單元72中的可垂直移動的單元73?？纱怪币苿拥膯卧?3在其中安置了攝像機(jī)鏡頭1和被布置在攝像機(jī)鏡頭1周圍的四個紅外線發(fā)射器76a到76d。紅外線發(fā)射器76a到76d具有與攝像機(jī)鏡頭1的光軸平行的各自的軸。
監(jiān)控?cái)z像機(jī)400、410、420可以電連接到用于設(shè)置擺動角度和擺動模式的中央控制器，以便根據(jù)攝像機(jī)變焦動作來改變圖像捕捉范圍和調(diào)整照射角度。因此，在其頭部合并了投影儀的電動機(jī)驅(qū)動的可擺動監(jiān)控?cái)z像機(jī)能夠提供要投射所述輻射的足夠距離、以及在該距離上的足夠照明水平，以由此獲得提高的監(jiān)控能力。
雖然已經(jīng)詳細(xì)示出和描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下，可以在其中進(jìn)行各種改變和修改。
相關(guān)申請交叉引用本發(fā)明包含與2006年2月28日在日本專利局提交的日本專利申請JP2006-053285有關(guān)的主題，其全部內(nèi)容通過引用而被合并于此。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)，包括圖像捕捉單元，其被配置用于捕捉其中的物體的圖像，所述圖像捕捉單元具有可通過變焦光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整的圖像捕捉視場角；光源，其包括被配置用于發(fā)射照明輻射的發(fā)光二極管；透鏡單元，其被配置用于在與所述圖像捕捉單元捕捉圖像的方向基本相同的方向上施加所述照明輻射；照射移動單元，其被配置用于可變地設(shè)置所述照明輻射的照射范圍，以便照射與所述圖像捕捉單元的所述圖像捕捉視場角基本相同的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，其中，所述光源具有光導(dǎo)，所述光導(dǎo)被配置用于將來自所述發(fā)光二極管的照明輻射引導(dǎo)到所述透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，其中，所述發(fā)光二極管包括被配置用于發(fā)射紅外線輻射的紅外線發(fā)射二極管。
4.一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)，包括圖像捕捉單元，其被配置用于通過光學(xué)系統(tǒng)來捕捉其中的物體的圖像；光源，其包括被配置用于發(fā)射照明輻射的多個發(fā)光二極管；控制器，其被配置用于與所述圖像捕捉單元的圖像捕捉定時間隔同步地控制所述發(fā)光二極管的激勵模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，其中，所述控制器具有被配置用于在所述控制器檢測到物體在運(yùn)動時改變所述發(fā)光二極管的激勵模式以跟蹤該物體的部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，其中，所述控制器將第一間隔和短于所述第一間隔的第二間隔設(shè)置為所述光源的發(fā)射間隔；并且所述控制器具有這樣的部件，該部件被配置用于如果在由所述圖像捕捉單元捕捉的圖像中沒有檢測到移動物體，則控制所述光源將所述照明輻射全部施加到所述圖像捕捉單元的圖像捕捉范圍，并且如果在由所述圖像捕捉單元捕捉的圖像中檢測到移動物體，則控制所述光源將所述照明輻射施加到圖像捕捉范圍的一部分，該圖像捕捉范圍的所述部分包括所述移動物體。
全文摘要
在此公開了一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)，包括圖像捕捉單元，其被配置用于捕捉其中的物體的圖像，所述圖像捕捉單元具有可通過變焦光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整的圖像捕捉視場角；以及光源，其具有被配置用于發(fā)射照明輻射的發(fā)光二極管。該攝像機(jī)還包括；透鏡單元，其被配置用于在與所述圖像捕捉單元捕捉圖像的方向基本相同的方向上施加照明輻射；以及照射移動單元，其被配置用于可變地設(shè)置所述照明輻射的照射范圍，以便照射與所述圖像捕捉單元的圖像捕捉視場角基本相同的區(qū)域。
文檔編號F21V33/00GK101031072SQ200710005878
公開日2007年9月5日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者今野上知郎, 宇佐美真, 石橋規(guī)男 申請人:索尼株式會社