DE10028233A1 - Colour camera has slide with infrared or optical filters provides day and night modes - Google Patents
Colour camera has slide with infrared or optical filters provides day and night modesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Farbkameraanordnung mit einem photosensitiven ladungsgekoppelten Bildwandler (CCD) für den wahlweisen Betrieb im sichtbaren und infraroten Bereich des Spektrums, umfassend ein Kameragehäuse, ein Objektiv, ein optisches Tiefpassfilter, ein Infrarot(IR)-Sperrfilter sowie eine Vorrichtung zum mechanischen Bewegen optischer Komponenten bezüglich des Kamera-Strahlengangs gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a color camera arrangement with a Photosensitive charge coupled image converter (CCD) for the optional operation in the visible and infrared range of the Spectrum, comprising a camera housing, a lens, a optical low pass filter, an infrared (IR) cut filter and a device for the mechanical movement of optical components regarding the camera beam path according to the preamble of Claim 1.
Aus der JP-06292213 A ist eine Anordnung zur Farbseparation für Videokameras vorbekannt, wobei dort ein rotierender Träger vorgesehen ist, welcher ein Blaufilter und ein IR-Filter auf weist. Die einfallende Strahlung gelangt dann auf eine Prismen- Strahlteileranordnung, welche einen blauen, einen grünen und einen roten Kanal bildet. Jedem Kanal ist ein Bildwandler in Form einer ladungsgekoppelten Anordnung (CCD) zugeordnet.JP-06292213 A is an arrangement for color separation for Previously known video cameras, where there is a rotating carrier is provided, which has a blue filter and an IR filter has. The incident radiation then reaches a prism Beam splitter arrangement, which a blue, a green and forms a red channel. Each channel is an image converter in Assigned shape of a charge-coupled device (CCD).
Durch rotatorische Bewegung kann entweder das Blaufilter oder das IR-Filter in den Kamerastrahlengang geschwenkt werden, so dass zwischen einem Infrarot-Betrieb oder einem Tageslicht- Betrieb umgeschaltet werden kann. In dem Fall, wenn das Infra rot-Filter gewählt ist, wird die Kamera im üblichen Betrieb der einzelnen Kanäle rot, grün und blau eingesetzt. Mit Hilfe der dort gezeigten Videokamera soll ein Einsatz also sowohl im Tag- als auch im Nacht-Betrieb, z. B. zur Verbrechensbekämpfung oder -vorbeugung, möglich sein. Offen bleibt, ob und inwieweit in Abhängigkeit von einfallender Strahlung die jeweilige Be triebsart der Kamera automatisch gewählt wird, um z. B. sicher zustellen, dass ein künstliches Überblenden und Stören des Betriebs der Kamera vermieden werden kann.Rotatory movement can either be the blue filter or the IR filter can be swung into the camera beam path, so that between infrared operation or daylight Operation can be switched. In the case when the infra red filter is selected, the camera will operate normally individual channels red, green and blue. With the help of Video camera shown there should therefore be used both in daytime as well as in night mode, e.g. B. to fight crime or -prevention, be possible. It remains open whether and to what extent in Depending on the incident radiation, the respective Be drive mode of the camera is selected automatically to z. B. sure to deliver that an artificial crossfading and disturbing of the Operation of the camera can be avoided.
Bei der Kameraanordnung gemäß EP 0 658 788 A2 ist eine Filter einrichtung für Tag- und Nachtsicht vorgesehen, wobei zusätz lich Spiegel in Wirkverbindung mit einem Strahlteiler stehen. Eine übliche Tageslichtsensorik ist mit einer Nachtsichteinheit verbunden, wobei die Nachtsichteinheit einen IR-Empfänger auf weist. Darüber hinaus ist in der Verbindungsvorrichtung eine Einheit zum Umwandeln des IR-Strahlungsbilds in sichtbares Licht vorgesehen. Das so erzeugte Bild im sichtbaren Spek tralbereich wird mit dem erwähnten Spiegel und dem Strahlteiler in die Tageslicht-Kameraeinheit eingeblendet. Eine Öffnung ermöglicht darüber hinaus in Verbindung mit einer beweglichen Blende einen unmittelbaren Eintritt von Strahlung im sichtbaren Bereich, so dass der Tagbetrieb der Kameraanordnung uneinge schränkt möglich ist. Im Bereich der Öffnung der Kamera für den sichtbaren Spektralbereich sind Filter angeordnet, um eine unterschiedliche Selektivität je nach Einsatzgebiet zu er reichen.In the camera arrangement according to EP 0 658 788 A2 there is a filter facility for day and night vision provided, with additional Lich mirrors are operatively connected to a beam splitter. A common daylight sensor system is with a night vision unit connected, the night vision unit having an IR receiver has. In addition, in the connecting device Unit for converting the IR radiation image into a visible one Light provided. The image created in this way is visible tralbereich is with the mirror and the beam splitter mentioned faded into the daylight camera unit. An opening also enables in conjunction with a movable Aperture an immediate entry of radiation in the visible Area, so daytime operation of the camera assembly is uneven is possible. In the area of the opening of the camera for the visible spectral range are arranged around a filter different selectivity depending on the application pass.
Weiterhin ist unter der Produktbezeichnung VCC-4372P der Firma Sanyo, Japan, eine CCD-Tag/Nacht-Kamera vorbekannt, die eine automatische oder Hand-Umschaltung für den jeweiligen Betrieb ermöglicht. Die Umschaltempfindlichkeit im Automatikbetrieb ist in verschiedenen Stufen regelbar. Es hat sich jedoch aus Untersuchungen gezeigt, dass bei Abnahme der Helligkeit die dortige Kamera zwar in den Schwarz/Weiß-Modus umschaltet, jedoch dann, wenn ein Beleuchten der Szene mit einem Infrarot- Scheinwerfer erfolgt, die dort vorgesehene Automatik wiederum den Farbbetrieb wählt. In diesem Fall gelangt kein verwertbares Ausgangssignal mehr auf den dortigen CCD-Sensor, so dass die Kamera wieder in den ursprünglichen Modus zurückschaltet, und so weiter. Furthermore, the company's product name is VCC-4372P Sanyo, Japan, previously known a CCD day / night camera, the one automatic or manual switching for the respective operation allows. The switchover sensitivity in automatic mode is adjustable in different levels. However, it has turned out Studies have shown that when the brightness decreases, the the camera there switches to black and white mode, however, when illuminating the scene with an infrared Headlights occur, the automatic system provided there in turn chooses the color mode. In this case there is no usable Output signal more on the local CCD sensor so that the Switches back to the original mode, and so on.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Farbkameraanordnung, insbesondere 1-Chip- Farbkamera für Tag- und Nachteinsatz anzugeben, welche zum einen ein automatisches Umschalten je nach einfallender Strah lung ermöglicht und die andererseits Farblängsfehler vermeiden hilft, die sich als Unschärfe bei der Abbildung im IR-Betrieb zeigen.From the above, it is therefore an object of the invention to further developed color camera arrangement, especially 1-chip Color camera for day and night use to specify which an automatic switchover depending on the incident beam and enables avoidance of longitudinal color errors helps, which turns out to be blurring when imaging in IR mode demonstrate.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Farb kameraanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.The object of the invention is achieved by a color camera arrangement according to the features of claim 1, the subclaims being at least useful configurations and training.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt demgemäß darin, von einer an sich bekannten Farbkameraanordnung, insbesondere 1-Chip- Farbkamera auszugehen, welche eine Objektiv-Korrekturplatte aufweist und wobei auf der dem Bildwandler zugewandten Seite der Korrekturplatte ein reflektierendes Tageslicht-Sperrfilter aufgebracht oder angeordnet ist. Die Objektiv-Korrekturplatte steht nun mit einer Bewegungsvorrichtung in Wirkverbindung, die ein Hineinbewegen der Platte in den Strahlengang und ein gleichzeitiges Herausbewegen eines IR-Sperrfilters sowie eines optischen Tiefpassfilters ermöglicht.The basic idea of the invention is accordingly one of Color camera arrangement known per se, in particular 1-chip Color camera going out, which is a lens correction plate has and wherein on the side facing the image converter a reflective daylight blocking filter on the correction plate applied or arranged. The lens correction plate is now in active connection with a movement device that moving the plate into the beam path and a simultaneous moving out of an IR cut filter and one optical low-pass filter enables.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Tageslichtsensor im Refle xionsbereich des Tageslicht-Sperrfilters befindlich, so dass mit zunehmender Strahlung im sichtbaren Bereich die Kamera wieder in einen Tageslicht-Farbmodus schalten kann.Furthermore, according to the invention, a daylight sensor is in the Refle area of the daylight cut-off filter so that with increasing radiation in the visible range the camera can switch back to a daylight color mode.
Mit Hilfe der Objektiv-Korrekturplatte, welche bei einem Ausführungsbeispiel aus optischem Glas besteht, kann die IR- Schärfeverzerrung von im IR nicht korrigierten herkömmlichen Objektiven ausgeglichen werden, so dass auch im Nachtbetrieb qualitativ hochwertige Aufnahmem erfolgen können.With the help of the lens correction plate, which in a Example consists of optical glass, the IR Sharpness distortion of conventional ones not corrected in the IR Lenses are balanced, so that even in night mode high quality recordings can be made.
Im Nachtmodus arbeitet die Kamera im Schwarz/Weiß-Betrieb, so dass in diesem Fall der für die Farbdarstellung nötige Farb hilfsträger abgeschaltet werden kann. In night mode, the camera works in black and white mode, see above that in this case the color necessary for the color representation auxiliary carrier can be switched off.
Wie erwähnt, ist auf der dem Sensor zugewandten Seite der Korrekturplatte ein Tageslicht-Sperrfilter aufgebracht, welches einfallendes, für das Auge sichtbares Licht reflektiert und auf den Tageslichtsensor spiegelt, der dieses Licht detektiert. Über das Detektorausgangssignal veranlaßt wird der IR-Sperr filter wiederum vor den Strahlengang mit der Bewegungsvorrich tung verbracht und die Kamera in den Farbmodus umgeschaltet.As mentioned, is on the side facing the sensor Correction plate a daylight blocking filter applied, which incident light that is visible to the eye is reflected and reflected reflects the daylight sensor, which detects this light. The IR block is triggered by the detector output signal filter in front of the beam path with the movement device spent and the camera switched to color mode.
Im Falle des Erreichens oder Unterschreitens eines Pegels von Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums wird die Kamera in den IR-Modus überführt. Hierbei kann über einen zusätzlichen Schaltausgang ein Signal zum Aktivieren einer IR-Lichtquelle geliefert werden.In the event of reaching or falling below a level of The camera is in light in the visible range of the spectrum transferred to IR mode. Here, an additional Switch output a signal to activate an IR light source to be delivered.
Bevorzugt im Randbereich des Strahlengangs ist ein Spiegel angeordnet, um vom Tageslicht-Sperrfilter reflektierte Strahlung auf den bereits erwähnten Tageslichtsensor zu leiten. Der Tageslichtsensor selbst ist bevorzugt außerhalb des Strahlengangs, z. B. in der Ebene des CCD-Chip angeordnet.A mirror is preferred in the edge region of the beam path arranged to reflect off the daylight cut filter To direct radiation to the already mentioned daylight sensor. The daylight sensor itself is preferably outside the Beam path, e.g. B. arranged in the plane of the CCD chip.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Tageslichtsensor über eine Öffnung im Kameragehäuse bei Betrieb im sichtbaren Bereich des Spektrums mit Umgebungsstrahlung beaufschlagt ist, so dass dieser Sensor zum aktiven Umschalten auch beim Übergang vom Tag- in den IR-Betrieb Verwendung finden kann.There is also the possibility that the daylight sensor via an opening in the camera housing when operating in the visible Area of the spectrum is exposed to ambient radiation, so that this sensor for active switching even during the transition can be used from day to day IR operation.
Die Objektiv-Korrekturplatte ist bevorzugt unmittelbar vor dem Bildwandler angeordnet. Für die Vorrichtung zum mechanischen Bewegen der optischen Komponenten bezüglich des Strahlengangs kommt beispielsweise ein elektromagnetischer Aktor zum Einsatz. Hier besteht die Möglichkeit, ein Linearverschieben von Tief passfilter mit IR-Filter einerseits und Objektiv-Korrektur platte mit Tageslicht-Sperrfilter andererseits zu realisieren oder aber auch, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, selbige Filter auf einer rotierenden Trägerscheibe anzuordnen. The lens correction plate is preferably immediately before Image converter arranged. For the device for mechanical Moving the optical components with respect to the beam path for example, an electromagnetic actuator is used. Here there is the possibility of a linear shift from low pass filter with IR filter on the one hand and lens correction plate with daylight blocking filter on the other hand or else, as is known from the prior art, arrange the same filter on a rotating carrier disc.
Insbesondere durch die Anordnung des Tageslichtsensors, welcher über das Objektiv einfallende, auf das Tageslicht-Sperrfilter gelangende Strahlung erkennt, kann mit zunehmender Taghellig keit, d. h. mit zunehmenden Werten von Strahlung im sichtbaren Bereich, vom IR-Betrieb wieder auf den Tag-Betrieb der Kamera umgeschaltet werden.In particular by the arrangement of the daylight sensor, which incident on the daylight blocking filter through the lens Detects incoming radiation, can be bright with increasing daylight speed, d. H. with increasing values of radiation in the visible Range, from IR operation back to day operation of the camera can be switched.
Mit vorstehender Erfindung gelingt es in besonders einfacher Weise, eine Farbkameraanordnung zu erhalten, die sowohl im Tag- als auch im Nacht-, d. h. IR-Betrieb funktionsfähig ist und welche durch das Vorsehen eines Farblängsfehler-Korrektur filters in der Lage ist, auch mit herkömmlichen Objektiven im IR-Betrieb Aufnahmen hoher Schärfe zu liefern. Durch einen in die Kamera integrierten Tageslichtsensor, der im Reflexions bereich des im IR-Betrieb eingeschwenkten Tageslicht-Sperr filters befindlich ist, besteht die Möglichkeit, die Kamera im automatischen Betrieb mit zunehmender Strahlung im sichtbaren Bereich entsprechend in den Tag-Betrieb zu überführen.The above invention is particularly easy Way to get a color camera arrangement that works both in daytime as well as at night, i.e. H. IR operation is functional and which by providing a color longitudinal error correction filters is able to work with conventional lenses in the IR operation to deliver high definition images. By an in the camera integrated daylight sensor, which is in the reflection area of the daylight barrier swiveled in IR mode filters is located, there is the possibility of the camera in the automatic operation with increasing radiation in the visible To convert the area into day mode accordingly.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels sowie unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.The invention is described below with reference to an embodiment game and explained with the help of a figure become.
Die Figur zeigt hierbei einen prinzipiellen Aufbau der Farb kamera mit wahlweise in den Strahlengang hineinbeweg- oder -verschwenkbaren Filter- bzw. Korrektureinrichtungen.The figure shows a basic structure of the colors camera with either moving into the beam path or pivotable filter or correction devices.
Über ein Kameraobjektiv 1 gelangt Strahlung bei Tag-Betrieb auf einen IR-Sperrfilter 2 sowie einen optischen Tiefpass 3. Dieser optische Tiefpass 3 ist bei 1-Chip-Farbkameras notwendig, um sogenannte Moiré-Effekte zu vermeiden. Das IR-Sperrfilter 2 verhindert ein Überblenden des CCD-Sensors 4 durch den auch im Tageslicht vorhandenen IR-Anteil.Radiation reaches a IR cut filter 2 and an optical low pass 3 via a camera lens 1 during daytime operation. This optical low pass 3 is necessary in 1-chip color cameras in order to avoid so-called moiré effects. The IR cut filter 2 prevents the CCD sensor 4 from being blended by the IR component that is also present in daylight.
Um die Farbkamera auch nachts bei gleichzeitiger Beleuchtung der Objekte mit Infrarot-Licht einsetzen zu können, wird nun der IR-Sperrfilter 2 einschließlich Tiefpassfilter 3 über eine nicht gezeigte Vorrichtung zum mechanischen Bewegen aus dem Strahlengang entfernt.In order to be able to use the color camera even at night while simultaneously illuminating the objects with infrared light, the IR blocking filter 2 including the low-pass filter 3 is now removed from the beam path by a device for mechanical movement, not shown.
Mit dem Herausbewegen der optischen Komponenten 2 und 3 wird gleichzeitig eine Objektiv-Korrekturplatte 5 in den Strahlen gang hinein bewegt. Mit Hilfe dieser Objektiv-Korrekturplatte 5 können Farblängsfehler korrigiert werden, die bei üblichen Objektiven auftreten, die für Strahlung im infraroten Bereich nicht korrigiert sind. Unerwünschte Unschärfen bei Nacht- Betrieb der Kamera werden hierdurch vermieden.When the optical components 2 and 3 are moved out , a lens correction plate 5 is simultaneously moved into the beam path. With the help of this objective correction plate 5 , longitudinal color errors can be corrected which occur with conventional objectives which are not corrected for radiation in the infrared range. This avoids unwanted blurring when the camera is operated at night.
Mit Übergang der Kamera in den Nacht-Betrieb wird bei der zugehörigen Steuerschaltung (nicht gezeigt) der Farbhilfsträger abgeschaltet.When the camera switches to night mode, the associated control circuit (not shown) of the color subcarrier off.
Auf der dem CCD-Sensor 4 zugewandten Seite der Objektiv- Korrekturplatte 5 ist darüber hinaus ein Tageslicht-Sperrfilter 6 aufgebracht, welches einfallendes, für das Auge sichtbares Licht reflektiert und auf einen Tageslichtsensor 7 führt. Beim Ausführungsbeispiel ist zum Umlenken der reflektierten Strah lung ein Spiegel 8 vorhanden, der bevorzugt im Randbereich außerhalb des Strahlengangs befindlich ist.On the side of the lens correction plate 5 facing the CCD sensor 4 , a daylight blocking filter 6 is also applied, which reflects incident light that is visible to the eye and leads to a daylight sensor 7 . In the exemplary embodiment, a mirror 8 is provided for deflecting the reflected radiation, which is preferably located in the edge region outside the beam path.
Mit Erreichen oder Unterschreiten eines Schwellwerts von ein fallender Strahlung im sichtbaren Bereich führt die Bewegungs vorrichtung Tiefpassfilter 3 und IR-Sperrfilter 2 aus dem Strahlengang heraus und die Objektiv-Korrekturplatte 5 mit Tageslicht-Sperrfilter 6 in den Strahlengang hinein. Mit zunehmender Intensität und/oder Erreichen oder Überschreiten eines Schwellwerts vom Tageslichtsensor 7 detektierter Strahlung im sichtbaren Bereich wird ein Rückverschieben oder Rückverschwenken der optischen Komponenten vorgenommen, so dass auf diese Weise zwischen Tag- und Nacht-Betrieb umgeschaltet werden kann.When reaching or falling below a threshold value of a falling radiation in the visible range, the movement device low-pass filter 3 and IR blocking filter 2 leads out of the beam path and the lens correction plate 5 with daylight blocking filter 6 into the beam path. With increasing intensity and / or reaching or exceeding a threshold value of radiation detected by the daylight sensor 7 in the visible range, the optical components are moved back or swiveled back, so that it is possible to switch between day and night operation in this way.
Der Tageslichtsensor 7 kann über eine nicht gezeigte Öffnung im Kameragehäuse bei Betrieb im sichtbaren Bereich des Spektrums mit Umgebungsstrahlung beaufschlagt werden, um Veränderungen in der Intensität zu erfassen, so dass auf diese Weise mit abfallender Strahlung im sichtbaren Bereich der IR- bzw. Nachtmodus aktivierbar ist.The daylight sensor 7 can be exposed to ambient radiation via an opening (not shown) in the camera housing during operation in the visible region of the spectrum in order to detect changes in intensity, so that the IR or night mode can be activated in this way with falling radiation in the visible region ,
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, mit Erreichen oder Unter schreiten des Schwellwerts von einfallender Strahlung im sichtbaren Spektralbereich über einen nicht gezeigten Schalt ausgang ein Signal zum Aktivieren einer IR-Lichtquelle, z. B. eines IR-Scheinwerfers, abzuleiten.There is also the option of reaching or under exceed the threshold value of incident radiation in the visible spectral range over a switch, not shown output a signal to activate an IR light source, e.g. B. of an IR headlight.
Der optische Tiefpass 3 und die Objektiv-Korrekturplatte 5 können bezüglich des CCD-Sensors 4 linear verschieblich angeordnet oder aber auch mit Hilfe eines rotierenden Trägers abwechselnd bzw. nacheinander in den Strahlengang verbracht werden.The optical low-pass filter 3 and the lens correction plate 5 can be arranged so as to be linearly displaceable with respect to the CCD sensor 4 or can alternatively or successively be brought into the beam path with the aid of a rotating carrier.
11
Kameraobjektiv
camera lens
22
IR-Sperrfilter
IR cut filter
33
optisches Tiefpassfilter
optical low pass filter
44
CCD-Sensor
CCD sensor
55
Objektiv-Korrekturplatte
Lens correction plate
66
Tageslicht-Sperrfilter
Daylight cut filter
77
Tageslichtsensor
Daylight sensor
88th
Spiegel
mirror
Claims (8)
eine Objektiv-Korrekturplatte mit der Bewegungsvorrichtung verbunden oder von dieser angetrieben ist, wobei auf der dem Bildwandler zugewandten Seite der Korrekturplatte ein reflek tierendes Tageslicht-Sperrfilter aufgebracht oder angeordnet ist;
ein Tageslichtsensor im Reflexionsbereich des Tageslicht- Sperrfilters befindlich ist, wobei mit Erreichen oder Unter schreiten eines Schwellwerts von einfallender Strahlung im sichtbaren Bereich die Bewegungsvorrichtung Tiefpassfilter und IR-Sperrfilter aus dem Strahlengang heraus und die Objektiv- Korrekturplatte mit Tageslicht-Sperrfilter in den Strahlengang hinein verschiebt oder verschwenkt und mit zunehmender Inten sität und/oder Erreichen oder Überschreiten eines Schwellwerts vom Tageslichtsensor detektierter Strahlung im sichtbaren Bereich ein Rückverschieben oder -schwenken der optischen Komponenten erfolgt.1. Color camera arrangement with a photosensitive, charge-coupled image converter (CCD) for optional operation in the visible and infrared region of the spectrum, comprising a camera housing, a lens, an optical low-pass filter, an IR cut filter and a device for mechanically moving optical components with respect to the Beam path , characterized in that
a lens correction plate is connected to or driven by the movement device, a reflecting daylight blocking filter being applied or arranged on the side of the correction plate facing the image converter;
a daylight sensor is located in the reflection area of the daylight blocking filter, the moving device low-pass filter and IR blocking filter being moved out of the beam path and the lens correction plate with daylight blocking filter being moved into the beam path when a threshold value of incident radiation is reached or fallen below or pivoted and with increasing intensity and / or reaching or exceeding a threshold value of radiation detected by the daylight sensor in the visible range, the optical components are moved back or pivoted.
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