CN101197938A - 根据温度控制摄像机的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本文档涉及根据温度控制摄像机的装置和方法。根据本文档的一个实施例的装置包括摄像机，所述摄像机包括：具有聚焦透镜的镜头；光圈；透镜镜筒；控制镜头和光圈的位置的电机驱动器；CCD；测量摄像机的温度的温度传感器；存储器，所述存储器用来存储关于温度和镜头位置之间关系以及摄像机状态的信息；以及控制器，用来控制摄像机捕获图像，通过温度传感器测量当前状态和前一状态之间的温度变化，基于温度和镜头的位置的关系信息计算聚焦透镜因为温度变化移动的位置，并确定是否对聚焦透镜移动过的位置进行补偿。

Description

根据温度控制摄像机的装置和方法
本非临时申请要求基于35U.S.C.§119(a)于2006年12月7日在韩国提交的10-2006-123725号专利申请的优先权，其全部内容被援引包含于此。
技术领域
文文档涉及根据温度控制摄像机的装置和方法。
背景技术
近年来，随着数字视频录像机(DVR)的普及，多个监控摄像机如图1所示被安装在需要安全性的场所。监控图像由摄像机捕获并随后被发送和记录到位于远端的DVR中。
由于诸如隐私等敏感性问题，监控摄像机一般被安装在室内或室外的开放场所。具体地说，工作在室外的摄像机被暴露在外部温度变化下并因此它们的操作和性能受到这种温度变化的影响。这种温度变化特别对光学系统具有很大的影响。
在这种情形下，用于固定或支承变焦透镜、聚焦透镜等的透镜镜筒的长度，镜头的位置，镜头的折射系数等随温度改变。例如，如图2所示，当温度降低时，透镜镜筒的长度被缩短。在以手动聚焦模式聚焦到所要求对象的情形下，聚焦位置随温度的变化而变化，因此可能无法聚焦于所要求对象上。
此外，当摄像机中的温度突然改变或处于超低温状态下时，摄像机可能无法执行正常的摄像操作。例如，当摄像机的内部温度处于-40摄氏度的超低温状态下时，各电子器件、设备和光学组件的性能降低，由此妨碍正常的摄像操作。
发明内容
因此，该文档鉴于相关技术中发生的上述问题，该文档的一个方面是提供一种在非常低的温度下正常地运作摄像机的方法。
本文档的另一方面是提供一种响应温度变化控制摄像机工作的方法和装置。
一方面，根据温度控制摄像机的方法包括：测量当前状态和前一状态之间的温度变化；计算摄像机透镜根据温度变化移动的位置；并确定是否对透镜所移动的位置进行补偿。
根据温度控制摄像机的装置包括摄像机，所述摄像机包括：包括聚焦透镜的镜头；控制入射光量的光圈；支承镜头的透镜镜筒；控制镜头和光圈的位置的电机驱动器；CCD；测量摄像机的温度的温度传感器；存储器，所述存储器用来存储关于之前通过实验或仿真得到的温度和镜头的位置之间关系以及摄像机状态的信息；以及控制器，用来控制摄像机捕获图像，通过温度传感器测量当前状态和之前状态之间的温度变化，基于存储在存储器中的温度和镜头的位置的关系信息计算聚焦透镜由于温度变化移动的位置，并确定是否对聚焦透镜已移动的位置进行补偿。
附图说明
参照下面的附图对本文档的实施例进行详细说明，在附图中相同的附图标号表示相同部件。
图1是示出多个摄像机连接于DVR的状态的图；
图2是示出其中透镜镜筒的长度和透镜位置随温度变化而改变的一个实例的图；
图3示出本文档所适用的一种摄像机的结构；
图4是示出本文档的一个实施例的根据温度控制摄像机的方法的流程图；
图5示出摄像机中的电机转动以进行热机操作的实施例。
图6A-6C示出关于透镜镜筒的每个位置的数据和关于每个透镜位置根据温度变化而变化的数据；以及
图7是示出本文档另一实施例的根据温度控制摄像机的方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本文档的实施例进行详细说明。
图3示出本文档所适用的摄像机的结构。例如，连接于DVR的监控摄像机包括变焦透镜10、聚焦透镜11、光圈12、电容耦合器件(CCD)13、自动增益控制器(AGC)14、信号处理器15、控制器16、电机驱动器17、存储器18、接口单元19等，并且还包括用来感测摄像机的内部温度的温度传感器20。
存储器18(原文28，错)中存储摄像机摄像操作无法正常进行的基准温度。基准温度可通过实验确定。当由温度传感器20检测到的摄像机内当前温度低于基准温度，则控制器16确定摄像机不能执行正常的摄像操作并因此执行自动热机操作以提高摄像机的内部温度。这将在下面详细说明。
图4是示出本文档的一个实施例的根据温度控制摄像机的方法的流程图。
在步骤S10，当摄像机的电源被接通时，控制器16执行一系列初始化操作以使摄像机中的各电路器件和光学组件正常工作。
控制器16在步骤S11通过温度传感器20检测摄像机中的当前温度并随后在步骤S12判断检测到的当前温度是否低于存储在存储器18中的基准温度。例如，如果当前温度是-25摄氏度而基准温度是-20摄氏度，则在步骤S13控制器16判定由于超低温状态正常操作是不可能的。
根据判断结果，控制器16在步骤S14控制信号处理器15不输出不正常捕获的不稳定图像并同时输出指导消息的图像，通知自动热机模式。
控制器16在步骤S15检测变焦透镜10和聚焦透镜11的位置并将它们临时存储在存储器18中。控制器16在步骤S16控制电机驱动器17以驱动设置在摄像机中的电机并同时监控由温度传感器20检测到的当前温度。
例如，如图5所示，控制器16可执行自动热机操作以控制设置在摄像机内以产生热量的电机驱动器17驱动变焦透镜电机ZM、聚焦透镜电机FM和/或光圈电机IM，同时在步骤S17判断由温度传感器20检测到的当前温度是否高于存储器18中存储的基准温度。
如果，步骤S17的判断结果为当前温度与基准温度相同，则控制器16在步骤S18读取暂存于存储器18中的变焦透镜和聚焦透镜的位置并将变焦透镜和聚焦透镜的位置恢复至其最初位置。
控制器16控制信号处理器15输出指导消息，通知中止自动热机操作，并随后在步骤S19执行正常摄像机摄像操作。因此，能够防止摄像机摄像操作在超低温度状态下非正常地进行，并且使摄像机达到正常工作所花费的时间减少。
同时，如前面提到的那样，当透镜镜筒的长度因为温度变化而改变时，则变焦透镜、聚焦透镜等的位置也改变。由此，手动聚焦模式中的聚焦位置发生改变并因此无法聚焦到所要求的对象上。
此外，聚焦深度，即所谓的焦距的深度根据光圈开启的程度改变。如果光圈开启很大，则聚焦深度变浅。因此，当聚焦透镜的位置略为改变时，透镜不被聚焦。当光圈强烈收紧时，聚焦深度变深。因此，尽管聚焦透镜的位置改变很多，聚焦透镜能一定范围实现聚焦。
此外，聚焦位置很大程度地根据变焦状态而改变。例如，在远端对象被放大的远视状态(放大)中，即使当聚焦透镜的位置略为改变时聚焦位置也很大程度地改变。在拍摄广域对象的广角状态(缩小)下，聚焦透镜聚焦在广域(距离摄像机的距离很近或很远的范围)，而不管聚焦透镜的位置改变如何。
因此，在本文档的另一实施例中，根据温度变化的聚焦位置的变化被校正，并且可另行考虑摄像机的状态(即光圈值和/或变焦状态)。
为了根据温度变化校正聚焦位置，沿图6A所示透镜镜筒的长度方向选择特定数量“n”个位置。在这种状态下，根据温度改变的每个位置的数量或每个位置和CCD之间的距离可通过实验测得或通过仿真计算，并随后被存储在存储器中。如图6B和6C所示，能够相关于透镜镜筒的长度方向上各位置，根据基于基准温度值(例如10摄氏度)的温度变化，从相应位置至该CCD的距离(或相应位置的移动值)变化能够被管理。
或者，仅将那些根据处于离CCD最远位置的温度变化而有的变化(最远位置和CCD之间的距离的变化)存储在存储器中，并且依据CCD和相应位置之间的距离以及CCD和最远位置之间的距离的比获得其它位置基于温度的变化。
例如，聚焦距离可通过对象和透镜之间的距离以及透镜和形成图像的(CCD)位置之间的距离确定。对象和透镜之间的距离远大于透镜和CCD之间的距离。因此，根据温度变化的透镜移动几乎不对对象和透镜之间的距离造成影响，但却很大程度地影响透镜和CCD之间的距离。结果，当根据温度变化考虑透镜的移动时，尽管仅将透镜和CCD之间的距离考虑在内也没什么问题。
下面，基于测得的温度变化、透镜的位置、透镜镜筒每个位置根据温度的移动值(或每个位置和CCD之间的距离的变化)等来校正聚焦透镜的位置。
当另行考虑变焦状态和/或光圈值时，聚焦透镜的位置被校正或保持不变。此时，能够根据变焦状态和光圈值计算聚焦深度，并且已根据温度变化移动的聚焦透镜保持不动，或者聚焦透镜沿相反方向移动等于或小于聚焦透镜已根据温度变化移动的距离。
例如，在由于光圈被强烈收紧以致聚焦深度变深并因此根据温度变化的聚焦透镜的移动位置落在计算得到的聚焦深度内的情形下，聚焦透镜可以不移动或者沿相反方向作出小于基于温度变化的位移的移动。相反，在由于变焦状态处于远视状态导致大范围光圈开启或者聚焦深度浅的情形下，聚焦透镜根据温度变化的移动位置可从聚焦深度推导出。因此，聚焦透镜沿相反当方向作出与基于温度变化的位移相同的位移。
该实施例可应用于结合图3所述的摄像机。图3中的摄像机的存储器18中存储关于温度和透镜温度之间关系的信息，并存储关于前一状态中的温度、透镜位置、光圈和变焦状态等的信息。控制器16通过温度传感器20测量当前温度，计算存储在存储器18中的前一状态的温度和测得的当前温度之间的差，基于前述关系信息计算根据温度差的透镜位置的变化，基于有关光圈和/或变焦状态的信息计算聚焦深度，将透镜位置变化与聚焦深度比较，并判断是否要对聚焦透镜的位置作出补偿或计算聚焦透镜将要移动的方向和数量。
存储器18可在其中存储每个温度下的移动位置或存储相关于透镜镜筒的长度方向的每个特定数量的位置的根据相对于基准温度的温度变化的相应位置的变化。控制器16根据通过温度传感器20测得的温度变化来计算前一状态中的聚焦透镜的位置“c”已移动多少。控制器16可对靠近位置“c”的两个位置“a”和“b”搜索存储在存储器中的信息，并基于相关于搜索得到的位置“a”和“b”的根据温度变化的两个位置变化的相关的信息，根据测得的温度变化来计算聚焦透镜的位置“c”的变化。
或者，存储器18可在其中存储在每个温度下基准位置移动的位置，或根据相关于透镜镜筒的长度方向上的仅仅一个基准位置的相对于基准温度的每个温度变化来存储基准位置的变化。基准位置可作为从CCD至相应位置的基准距离进行管理。在这种情形下，控制器16基于前一状态中聚焦透镜的位置“c”(即从CCD至相应位置的距离)和存储在存储器18中的基准位置(即基准距离)之间的关系(即两个离开CCD的距离之比)计算位置“c”由于温度传感器20测得的温度变化而移动多少距离。
此后，控制器16控制电机驱动器17以使聚焦透镜沿与聚焦透镜已移动的方向相反的方向移动与使用上述方法计算得到的距离相同的距离。
在聚焦透镜沿相反方向移动由于温度变化而已移动的距离相同的距离的情形下，由于不仅聚焦透镜还有其它镜头也因为温度变化而移动，因此CCD处的聚焦位置略为改变。因此，可将其它镜头的移动考虑在内以修正聚焦透镜的移动量。
图7是示出本文档另一实施例的根据温度控制摄像机的方法的流程图。
通过实验测得或通过仿真计算得到的关于温度和透镜的位置之间关系的信息被存储在存储器18中。
控制器16在步骤S20中将当前温度、包括聚焦透镜的各镜头的位置、变焦状态、光圈值等存储在存储器18中，并随后在步骤S21基于上述参数计算在聚焦透镜的位置基础上聚焦的范围(即聚焦的深度)。
控制器16在步骤S22通过温度传感器20按确定时间间隔测量当前温度，在步骤S23基于存储在存储器18中的透镜温度和透镜位置之间的关系信息计算聚焦透镜因为计算得到的温度差而已经移动的位置(或者移动方向和移动量)。
控制器16在步骤S24判断聚焦透镜已移动的位置是否位于在步骤S21中计算得到的聚焦深度的范围内。如果，步骤S24的判断结果是聚焦透镜落在聚焦深度内，则控制器16重复步骤S22-S24。
如果步骤S24的判断结果是聚焦透镜落在聚焦深度外，则控制器16在步骤S25控制电机驱动器17使聚焦透镜沿与聚焦透镜移动方向相反的方向移动与步骤S23中计算得到的距离相同的距离，在步骤S26将存储在存储器18中的温度和透镜的位置更新为步骤S22中测得的温度和透镜移动后所在的位置，并将更新后的信息存储在存储器18中。
或者，只有当步骤S22测得的当前温度和存储在存储器18中的前一温度之间的差大于特定温度差(例如10摄氏度或更高)时，聚焦透镜沿相反方向移动与它已移动的距离相等的距离，不管聚焦深度为何。
或者，当步骤S23计算得到的聚焦透镜的移动量大于它可通过电机驱动器17驱动的最小移动量时，聚焦透镜可沿相反方向移动它已移动距离相同的距离，不管聚焦深度为何。
如上所述，尽管摄像机的透镜镜筒的长度、透镜位置等在手动聚焦模式中因为温度变化而改变，仍然能够对所要求的对象准确地聚焦。
因此，能够防止摄像机摄像操作在非常低的温度下被不正常地执行，并节省摄像机达到正常工作所花费的时间。此外，能够补偿聚焦位置由于温度变化引起的改变。
尽管已结合被认为是实践性实施例的实例对本文档进行了说明，然而应当理解本文档不仅限于所公开的实施例，相反，本文档旨在覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效结构。

Claims (23)

1.一种根据温度控制摄像机的方法，所述方法包括：
测量当前状态和前一状态之间的温度变化；
根据所述温度变化计算摄像机透镜移动到的位置；以及
确定是否针对所述透镜所移动到的位置进行补偿。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤基于所述透镜根据所述温度变化所移动到的位置是否落在聚焦深度内，来确定是否针对所述透镜移动到的位置进行补偿。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚焦深度是基于所述前一状态下所述摄像机的光圈值和/或变焦状态来计算得到的。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
如果所述透镜根据所述温度变化所移动到的位置落在所述聚焦深度内，则不针对所述透镜的位置进行补偿；并且
如果所述透镜根据所述温度变化所移动到的位置落在所述聚焦深度之外，则将所述透镜在与所述透镜已被移动的方向相反的方向上移动与从所移动到的位置与所述前一状态下的位置计算得到的移动距离等量的距离。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤基于所述温度变化是否大于特定温度差，来确定是否针对所述透镜移动到的位置进行补偿。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤基于所述透镜根据所述温度变化已被移动的量是否大于所述透镜能被驱动的最小移动量，来确定是否针对所述透镜移动到的位置进行补偿。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透镜移动到的位置是基于与之前通过实验或模拟得到的温度与所述透镜的位置之间的关系有关的信息计算得到的。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述温度与透镜的位置之间的关系信息，包括对于在基准温度下位于支承所述透镜的透镜镜筒的长度方向上的特定数目的基准位置而言每个基准位置在温度从所述基准温度改变至特定数目的其它温度中的每一个时移动的位移有关的信息，并且
所述透镜移动到的位置是基于与相对于最靠近所述透镜在所述前一状态所处位置的两个基准位置的移动位移有关信息而计算得到的。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述温度与透镜的位置之间的关系信息，包括当温度从基准温度改变至特定数目的其它温度中的每一个时一个基准位置所改变的位移的信息，所述一个基准位置在所述基准温度下位于支承所述透镜的透镜镜筒的长度方向上；以及
所述透镜移动到的位置是基于所述透镜在所述前一状态下所在的位置和CCD之间的距离与所述基准位置和所述CCD之间的距离之比，以及与相对于所述基准位置的移动位移有关的信息计算得到的。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述与位移有关的信息包括位移量和移动方向。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述与位移有关的信息包括位移量和移动方向。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，最远离所述CCD的位置被选择作为所述基准位置。
13.一种根据温度控制摄像机的装置，所述摄像机包括：具有聚焦透镜的镜头；配置成控制入射光量的光圈；配置成支承所述镜头的透镜镜筒；配置成控制所述镜头和所述光圈的位置的电机驱动器；以及CCD；所述装置包括：
温度传感器，配置成测量所述摄像机的温度；
存储器，配置成用来存储关于之前得到的各个温度与所述镜头的各个位置之间的关系，以及所述摄像机状态的信息；以及
控制器，配置成控制所述摄像机捕获图像，通过所述温度传感器测量当前状态与前一状态之间的温度变化，基于存储在所述存储器中的所述温度与透镜的位置的关系信息计算所述聚焦透镜根据所述温度变化所移动到的位置，并确定是否针对所述聚焦透镜移动到的位置进行补偿。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述控制器基于所述透镜根据所述温度变化而移动到的位置是否落在聚焦深度之内，来确定是否针对所述聚焦透镜移动到的位置进行补偿，所述聚焦深度是基于所述前一状态下所述摄像机的光圈值和/或变焦状态计算得到的。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制器在所述聚焦透镜根据所述温度变化而移动到的位置落在所述聚焦深度之内时，不针对所述聚焦透镜的位置进行补偿，并且在所述聚焦透镜根据所述温度变化而移动到的位置落在所述聚焦深度之外时，使所述聚焦透镜在与所述聚焦透镜已被移动的方向相反的方向上移动与从所移动到的位置与所述前一状态下的位置计算得到的移动距离等量的距离。
16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述控制器基于所述温度变化是否大于特定温度差或基于所述聚焦透镜根据所述温度变化已被移动的量是否大于所述聚焦透镜通过所述电机驱动器能被驱动的最小移动量，来确定是否针对所述聚焦透镜移动到的位置进行补偿。
17.如权利要求13所述的装置，其特征在于：
所述温度与镜头的位置之间的关系信息，包括对于在基准温度下位于支承所述透镜的透镜镜筒的长度方向上的特定数目的基准位置而言每个基准位置在温度从所述基准温度改变至特定数目的其它温度中的每一个时移动的位移有关的信息；以及
所述控制器基于相对于最接近所述聚焦透镜在所述前一状态所处位置的两个基准位置的移动位移的信息，来计算所述聚焦透镜移动到的位置。
18.如权利要求13所述的装置，其特征在于：
所述温度与镜头的位置之间的关系信息，包括当温度从所述基准温度改变至特定数目的其它温度中的每一个时一个基准位置被改变的位移的信息，所述一个基准位置在所述基准温度下位于支承所述透镜的透镜镜筒的长度方向上；以及
所述控制器基于所述聚焦透镜在所述前一状态下所在的位置和所述CCD之间的距离与所述基准位置和所述CCD之间的距离之比，以及相对于所述基准位置的移动位移的信息，来计算所述聚焦透镜移动到的位置。
19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述关于位移的信息包括位移量和移动方向。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述关于位移的信息包括位移量和移动方向。
21.如权利要求18所述的装置，其特征在于，最远离所述CCD的位置被选作所述基准位置。
22.一种摄像机，包括：
温度传感器，配置成检测所述摄像机的内部温度；
至少一个电机，配置成驱动至少一个透镜；
控制器，配置成在所述温度传感器检测到所述摄像机的内部温度低于基准温度的情况下，驱动所述至少一个电机，以提高所述摄像机的内部温度，并且在所述摄像机提高后的内部温度到达或高于所述基准温度时，执行摄像操作。
23.如权利要求22所述的摄像机，其特征在于，所述控制器被配置成，在驱动所述至少一个电机以提高所述摄像机的内部温度之前存储镜头的位置，并且被配置成在执行所述摄像操作之前，将所述透镜恢复到所存储的位置。
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