CN102346358A - 相机中的优化的可移动红外滤光器 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及相机中的优化的可移动IR滤光器。本发明的实施例包含一种相机，其具有两种模式：可见光成像模式(白天模式)及IR成像模式(夜晚模式)。在所述可见光成像模式中，IR滤光器与镜头组合件成一直线。在所述IR成像模式中，以机械方式移除所述IR滤光器，且允许IR光传递到传感器。在一个实施例中，在所述IR成像模式中，由所述相机上的IR LED提供IR照明来照射场景。在一个实施例中，各种组件经选择、平衡及优化使得使用可见光捕获的图像及使用非可见光捕获的图像两者均为对焦的。在一个实施例中，一种算法确定何时存在充足的可见光及何时不存在充足的可见光，且因此确定何时将所述相机从一种模式切换到另一种模式。

Description

相机中的优化的可移动红外滤光器

技术领域

本发明大体来说涉及相机，且更特定来说涉及用于在变化的照明条件中产生可接受质量的视频数据的相机。

背景技术

对于成像捕获装置的挑战之一是在多种照明条件中捕获可接受质量的图像。大多数图像捕获装置受到极低可见光或无可见光条件的挑战。

一些常规相机具有可用于在低光条件中捕获图像的“夜晚模式”。然而，这些常规相机中的一些相机在“夜晚模式”中仅增加曝光时间，以便在低光条件中采集充足的光。存在关于此类相机的数个问题。首先，曝光时间的增加意味着其捕获每一图像要花费更长时间。此在一些情形下是不可接受的或不合意的，例如在其中捕获图像的延迟可导致遗漏的信息的安全/监控相机中。如果正捕获视频串流，此也可为不合意的，因为此导致较低的帧速率。此外，仅靠此解决方案仍需要存在某一量的可见光，且因此在真正低的可见光或无可见光环境中将不发挥作用。其它常规相机可使用其它解决方案，这些解决方案也具有数个问题且同样需要至少某一量的可见光且在极其低的可见光或无可见光环境中将不工作。

存在其中昼夜不停地产生图像(视频及/或静止)数据的是关键的一些应用。一种此类应用是视频监控相机系统。在24小时的周期中，照明条件从夜晚到白天地改变且接着又从白天到夜晚地改变。视频监控相机通常定位于其中可见照明在夜晚时间非常低或不存在的环境中。因此，在夜晚条件中产生良好的视频尤其困难。此外，在监控相机上使用可见光源是不合意的-此可使侵入者警觉、干扰邻居等。

一些现有监控相机具有非可见光源，例如使用红外(IR)LED的IR照明。人眼看不见IR照明，因此相机可保持隐秘的，且对邻居将造成少得多的妨碍。然而，此类现有相机具有非常大的像素以便在使用IR时不具有图像质量的严重降级。因此，此类相机具有非常差的分辨率且因此在许多照明环境中(包含当存在可见光时)产生不良质量的图像。

IR光在正常(可见)照明条件中造成若干问题。在正常照明条件中，相机中的镜头及传感器(成像器)对红外(IR)光非常敏感。成像器由于较长波长而对IR照明非常敏感，所述较长波长比可见光更深地穿透到成像器装置衬底中且使场景中的色彩褪去，从而形成黑白图片。此尤其成问题，因为在自然光中，所有的可见光均与大量的IR光包含在一起。

在高质量的相机中，在足够的光中(例如，在日间)捕获的图像应以良好的色彩及锐度而对于用产来说看上去是自然的，而同时在低或无可见光条件(例如，不具有充足可见光的夜间)中捕获的图像也应具有可接受的质量。在于极低光情形下或在无光情形下(例如，在暗照射环境或夜晚的无照明环境中)使用的相机(例如，监控相机)中，这些相机不仅在亮照明环境中良好地工作且还在此类低光环境中良好地工作是尤其重要的。

因此，需要一种不仅在良好照明环境中良好地发挥作用且还在极低可见光或无可见光环境中良好地发挥作用且其中不论是否存在可见光所捕获的图像均保持对焦的相机。此外，需要具有一种可在可见光环境的色域中发挥作用且可以简单且直观的方式从充足可见光模式切换到不充足可见光模式的相机。此外，需要一种确定是否存在借助可见光的充足照射及何时不存在充足照射的算法。此外，此相机需要具有紧凑的形状因数。另外，此相机需要对可见光与非可见光的不同波长及穿透性质进行补偿。

发明内容

本发明的实施例包含一种相机，其不仅在良好照明的环境中良好地发挥作用且还在非常低的可见光或无可见光环境中良好地发挥作用，且其中不论是使用可见光还是使用非可见(例如，IR)光来捕获图像所述图像均保持对焦。此外，根据本发明的实施例的相机可在可见光环境的色域中发挥作用且可以简单且直观的方式从充足可见光模式切换到红外光模式。此外，根据本发明的实施例的算法确定何时存在充足的可见光及何时不存在充足的可见光。

根据本发明的实施例的相机在存在充足的可见光时使用可见光来捕获图像且在不存在充足的可见光时使用非可见(例如，IR)光来捕获图像。在一个实施例中，此相机包含阻挡IR光的IR滤光器。视情况，IR滤光器可放置于传感器的前方或可从所述传感器的前方移除。由于可见光包含大量的IR光且由于当也存在可见光时IR光不产生高质量的图像，因此在一个实施例中，在存在可见光的情况下使用IR滤光器来防止图像的额外曝光。也就是说，在存在充足的可见光的情况下，IR光被镜头组合件上的位于传感器前方的IR滤光器阻挡，因此防止IR光到达所述传感器，同时允许可见光到达所述传感器。然而，当此IR阻挡滤光器处于适当位置时，低或无可见光条件会成问题，如上文所论述。因此，在一个实施例中，IR滤光器可从透镜堆叠移除。因此，当不存在充足量的可用可见光时，将所述IR滤光器从透镜堆叠移除，使得IR光到达所述传感器且使用IR光来捕获图像。在一个实施例中，使用一个或一个以上IR光源来提供IR光。接通IR光源维持环境中的低可见照明。此在一些情形中是重要的。举例来说，在安全相机的情景下，不更改光环境是重要的以便不使入侵者警觉。其它实例可包含在低光条件中观看电影/TV，其中用户不想要额外的可见光。

根据本发明的实施例，相机具有两种模式：可见光成像模式(也称为“白天模式”或“充足可见光模式”)及IR成像模式(也称为“夜晚模式”、“非可见模式”或“不充足可见光模式”)。在一个实施例中，在可见光成像模式中，IR滤光器与镜头组合件成一直线及/或是透镜堆叠的位于传感器前方的一部分。在IR成像模式中，将IR滤光器从透镜堆叠以机械方式移除，且允许IR光传递到传感器。在一个实施例中，在IR成像模式中，所述相机上的IR LED的阵列提供IR照明以照射场景。这两种模式允许所述相机既在存在充足可见光时发挥作用又在不存在充足可见光但非可见光(例如，IR光)光是可用的(或可使得IR光可用)时发挥作用。

在一个实施例中，所述IR滤光器以可旋转方式耦合到框架，使得可将其旋转于所述传感器前方的位置中及从所述位置中旋转出来。此可旋转机构允许IR滤光器是可移除的，同时仍占据非常小的空间且因此允许所述相机的紧凑形状因数。此外，在一个实施例中，所述相机中的光圈使得其容纳f#2镜头及1/3″成像器。

在一个实施例中，系统经优化使得使用可见光及非可见光两者捕获的图像均为对焦的。应注意，IR光与可见光具有影响相机系统的光学配置的不同性质。举例来说，IR光在镜头后面的不同点处聚焦。此外，在微观上，IR光对传感器中的硅的穿透量不同于可见光的穿透。根据本发明的各种实施例，进行数个调整以计及性质上的这些差异。在一个实施例中，调整IR滤光器的厚度以对波长差异进行补偿。在一个实施例中，当提供非可见(例如，IR)光源时，适当地选择这些光源的波长。在一个实施例中，适当地选择IR滤光器的厚度及IR光源的波长两者以确保使用可见光及使用IR光两者时捕获的图像均保持聚焦。在一个实施例中，将数个像素装箱在一起以计及IR光的不同穿透性质。

在一个实施例中，用户可确定何时可见光是不充足的(或充足的)且移除(或放置)IR滤光器及/或接通(或关断)IR光源。在一个实施例中，使用一种算法来确定何时可见光不足以捕获可接受质量及速度的图像。在一个此类实施例中，向用户提供此信息，且用户可接着决定是否移除IR滤光器及/或接通IR光源。在一个实施例中，使用所述算法的结果来自动且无缝地移除IR滤光器及/或接通IR光源而无需用户干预。在一个实施例中，当所述相机处于可见光成像模式中时，所述算法读取所述传感器的寄存器，且当所述寄存器记录小于某一阈值时，确定不能获得充足的可见光。接着将所述相机切换到IR成像模式。当处于IR成像模式中时，所述算法评估图像是否为对焦的。当图像显现为离焦时，做出存在充足可见光的确定。在一个实施例中，所述图像必须保持离焦达规定的时间量之后才将所述相机切换到可见光成像模式中。

此发明内容及以下详细说明中描述的特征及优点并非包含全部，且特定来说，鉴于图示、说明书及其权利要求书，所属领域的技术人员将明了许多额外特征及优点。此外，应注意，说明书中所使用的语言主要是针对可读性及指导性目的来选择，且可能并非选择成界定或者限制本发明标的物，本发明标的物需要借助权利要求书来确定。

附图说明

本发明具有其它优点及特征，结合附图阅读对本发明的以下详细说明及所附权利要求书将更容易明了这些其它优点及特征，附图中：

图1A显示根据本发明的实施例的相机100的框图。

图1B显示根据本发明的实施例的相机的视图。

图1C显示根据本发明的实施例的相机的另一视图。

图1D显示根据本发明的实施例的相机的另一视图。

图1E显示根据本发明的实施例的相机的另一视图。

图2图解说明色差。

图3A显示正被聚焦到传感器上的IR光。

图3B显示在IR滤光器处于适当位置时正被聚焦到传感器上的可见光。

图3C显示在IR滤光器未处于适当位置时可见光在传感器上是离焦的。

图4是显示如何根据本发明的实施例优化相机的流程图。

图5图解说明成像器的硅中的吸收深度随波长变化。

图6是显示根据本发明的实施例的算法的流程图。

图7显示根据本发明的实施例的用于在可见光成像模式(或“白天模式”)与IR成像模式(或“夜晚模式”)之间切换的算法的状态图表示。

图8是根据本发明的实施例的系统的框图。

具体实施方式

所述图(或图式)仅出于图解说明的目的来描绘本发明的实施例。应注意，各图中的类似或相似参考编号可指示类似或相似功能性。依据以下论述，所属领域的技术人员将容易认识到，可在不背离本发明原理的前提下采用本文中所揭示的结构及方法的替代实施例。

应注意，此处术语“相机”是指任一种类的图像捕获装置。此装置可仅捕获视频、仅捕获静止图像或捕获两者。另外，此相机还可捕获音频。此外，此相机可以是独立装置或集成到另一装置中，例如智能电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、平板计算机、机顶盒、遥控装置等等。此外，此相机可包含位于相同物理装置内的所有所需处理器或可与定位于其它装置(例如，用户的PC、远程定位的服务器等)中的处理器通信。此外，术语“图像”可以是指静止图像、视频或两者。

还应注意，尽管在本文中的数个实施例中论述IR光的使用，但替代或除了IR光也可使用其它类型的非可见光(例如，紫外光等)，此并不背离本发明的范围。此外，还有可能使用符合本发明的各种实施例的范围的其它类型的电磁辐射(例如，微波、X射线、γ射线等)。

本发明的实施例适用于其中的一个实例是在安全/监控相机中。在安全/监控设定中，夜晚的暗照明或无照明的环境是常见的。此外，在此类应用中，用可见光照射用于捕获的场景通常不是可行的选项。此可能出于各种原因。例如，住宅附近的此可见光可能是对邻居的干扰。此外，此可见光可能不必要地使入侵者警觉视频记录正在进行中。此外，在此视频监控环境中，不论照明条件如何均以不中断的方式继续捕获图像信息通常是非常重要的。

本发明的实施例适用于其中的另一实例是在用户正在观看电影/TV等且他/她不想要许多的可见光时。例如，用户可能已调暗灯以在他的计算机或他的TV上观看某一内容(在家庭房间或起居室中)，且在这样做的同时接收到视频呼叫。此视频呼叫可以画中画型实施方案进展，其中所述视频呼叫在一窗口中进行同时正在观看的内容在另一窗口中继续。或者，用户可暂停所述内容且接受所述视频呼叫，但仍可能不期望增加房间中的照度级。在又一情形下，用户可能希望经由视频呼叫共享正在观看的内容。又一些实例包含军事应用及科学应用。应注意，上文仅为其中可使用本发明的实施例的情形的实例，且本发明的实施例决不应限于这些实例。

优化的可移动IR滤光器

图1A显示根据本发明的实施例的相机100的框图。所述相机包含镜头110、IR滤光器120、传感器140、处理器150及IR光源160。

镜头110可以是收集光并将其引导到传感器140的任一装置。所述镜头可以是单个透镜或可由数个透镜(透镜堆叠)构成。在一个实施例中，镜头110为f#2镜头。

本发明的一些实施例的一个方面涉及放置于传感器140前方(即，在所述传感器与正成像/记录的对象/场景中间)且从传感器140前方移除的IR滤光器120。当将IR滤光器120放置于所述传感器前方时，其阻挡IR光到达传感器140。传感器140接收可见光且基于此所接收的可见光来捕获图像。然而，当不将IR滤光器120放置于传感器140前方时，IR光可到达传感器140。此通常是在存在的可见光不足以产生可接受质量的图像时进行。

在一个实施例中，IR滤光器120由玻璃衬底构成。在一个实施例中，所述玻璃衬底涂覆有阻挡IR光的材料。视情况，将IR滤光器120添加到透镜堆叠或从透镜堆叠移除。在一个实施例中，可使用一个以上滤光器，及/或所述滤光器可以是各种滤光器、透镜等的组合。下文论述选择IR滤光器120来优化相机100以保持所捕获的图像对焦而不论是使用可见光还是使用IR光来捕获其的具体细节。

传感器或成像器140可以是任一传感器，例如CCD传感器、CMOS传感器、VGA传感器、高分辨率传感器(例如，HD传感器)等。在一个实施例中，传感器140为1/3″成像器。

处理器150可以是具有执行所需处理而需要的智能的任一处理器。

在一个实施例中，包含一个或一个以上IR光源160。这些IR光源160经接通以产生IR光。在一个实施例中，两个强力IR光源提供用于多达30英尺半径的IR照射。在一个实施例中，这些IR光源160是例如LED的非相干光源。在一个实施例中，IR光源160是例如激光器的相干光源。在一个实施例中，选择所使用的光源160的波长以优化相机100从而确保所捕获的图像保持对焦，而不论是使用可见光还是使用IR光来捕获所述图像。特定来说，在一个实施例中，所述IR光源经选择以便对IR滤光器120的厚度及其它因数进行补偿，使得IR光最终聚焦于所述传感器上。以下是对此的进一步论述。例如，IR光的波长从约800nm到1000nm地变化，且因此结合所选择的IR滤光器的厚度来适当地选择此范围中的波长(如下文所论述)。在一个实施例中，使用850nm的LED作为IR光源160。如上文所提及，如果使用不同类型的电磁辐射，那么将从适当的可用范围中适当地选择所述波长。

在一个实施例中，还可包含可见光源(未显示)。在一个实施例中，相机100以通信方式耦合到计算机180。参考图8对此进行更详细的论述。

图1B到1E是根据本发明的实施例的相机100的各种视图。可看出，此相机包含镜头110、传感器(未显示)及IR滤光器120。在所显示的实施例中，IR滤光器120位于臂135上，所述臂以可旋转方式耦合到所述相机的框架130。此可旋转耦合可使用例如铰链137的任何构件来完成。在一个实施例中，镜头110安装于此框架中。在另一实施例中，镜头110安装于与所述IR滤光器以可旋转方式耦合到的框架不同的框架中。在一些实施例中，盖138保护相机100中的各种元件不受外来元件、尘埃粒子等的影响。图1D显示IR滤光器120处于第一位置中，其中其在所述传感器与正成像的对象/场景中间，而图1E显示IR滤光器120处于第二位置中，其中其不在所述传感器与正成像的对象/场景中间。

IR滤光器120的可旋转耦合允许相机100的非常紧凑的形状因数。在一个实施例中，IR滤光器120的线性移动是可能的，但此需要更多的空间。

用户可根据本发明的实施例使用开关、操纵杆或某一此类其它机构来手动地完成这些功能(例如，IR滤光器的移除或放置、IR光源的接通或关断等)中的一者或一者以上。在一个实施例中，用户可使用软件选择来控制这些功能。在一个实施例中，电子地/自动地完成这些功能中的一者或一者以上。在一个此类实施例中，一种算法构成确定何时适于放置或移除IR滤光器120、接通及/或关断IR源160等的基础。下文论述关于一种此类算法的细节。在一个实施例中，可自动地及/或通过用户选择来实施这些功能中的一者或一者以上。在一个此类实施例中，此可取决于由用户选择的模式等等。

尽管此处所显示的实施例显示IR滤光器120是放置于镜头110与传感器140之间，但在其它实施例中IR滤光器120位于镜头110前方-也就是说，位于镜头110与正成像的对象之间。

在一个实施例中，根据本发明的实施例的相机100具有两种模式-可见光成像模式(也称为“白天模式”或“充足可见光模式”)及IR成像模式(也称为“夜晚模式”、“非可见模式”或“不充足可见光模式”)。在可见光成像模式中，IR滤光器120与镜头组合件110成一直线及/或是透镜堆叠的位于传感器前方的一部分。在IR成像模式中，将IR滤光器120从透镜堆叠110以机械方式移除，且允许IR光传递到传感器140。在一个实施例中，在IR成像模式中，所述相机上的IR LED 160的阵列提供IR照明以照射场景。这两种模式允许所述相机既在存在充足可见光时发挥作用又在不存在充足可见光但IR光是可用的(或可使得IR光可用)时发挥作用。

在一个实施例中，镜头110、IR滤光器120及传感器140安装于框架130中的光圈125内。在一个实施例中，光圈125经确定大小以容纳f#2镜头及1/3″成像器。

在一些实施例中，在根据本发明的一些实施例的相机100中，考虑到可见光与IR光的不同性质以通过确保相机100使用可见光及IR光两者捕获可接受质量的图像来优化相机100。

存在影响其中IR光不同于可见光的图像捕获的两个主要方面。第一方面是可见光与IR光之间的波长差异。可见光(其通常由紫色到红色波长构成)具有比IR光短得多的波长。第二方面是IR光比可见光远得多地穿透到传感器中的硅中。尽管考虑到这些光学性质中的一些性质且设计仅借助可见光或仅借助IR光工作的相机可相对容易，但这些方面中的每一者均使得具有使用可见光及IR光两者来充分地发挥作用的相机100具有挑战性。现在详细地论述这些方面中的每一者。

图2图解说明色差。此图显示每一波长的光如何具有不同的焦距且因此如何在相同镜头后面的不同距离处聚焦。图2显示红色、绿色及蓝色可见光。如从表1可看出，甚至在可见光谱内的不同色彩的光的波长也是相当不同的。

色彩	波长(nm)
		红色	650
绿色	530
		蓝色	460
IR	850到1000

表1

一些相机镜头是针对红色、绿色及蓝色可见波长优化的。在一些情况下，镜头由六元件玻璃透镜堆叠构成，其在可见波长下给出非常良好的分辨率。此类镜头经设计以使可见三原色的焦平面尽可能地靠近且因此借助可见光良好地工作。然而，如从表1可看出，IR光的波长甚至比可见红色光的波长都长得多，且因此为将IR光聚焦于与可见光相同之处(在传感器上)需要采取若干步骤。

根据本发明的不同实施例，存在优化根据本发明的实施例的系统使得使用IR光形成的图像及使用可见光形成的图像两者均可由传感器对焦地捕获的许多方式。此外，应注意，为完成此，可将以下方式中的任一者与所描述的技术或其它技术中的任一者组合。图3A显示正由镜头110引导到传感器140的焦平面上的IR光(虚线)。在此图中，传感器140的前方不存在IR滤光器。图3B显示正由镜头110引导的可见光。在图3B中，IR光被IR滤光器120阻挡。IR滤光器120使所述可见光折射进入其以及使所述可见光折射离开其且确保使所述可见光聚焦于传感器140的焦平面处。假如不存在IR滤光器120，那么可见光将不聚焦于所述传感器的焦平面处，如图3C中所显示。

在一个实施例中，将IR滤光器120的厚度选择为恰当厚度以补偿可见光的聚焦，使得在IR滤光器120位于所述传感器的前方时可见光焦平面匹配IR光焦平面。在一个实施例中，滤光器为衬底(如玻璃)上的涂层。(在一个实施例中，替代或除了所述涂层，所述衬底(例如玻璃)中的杂质也提供滤光。)选择所述衬底厚度以提供适合光学路径长度移位从而使可见光聚焦于与IR光相同的距离处。

在一个实施例中，还适当地选择IR光源160的波长，使得在IR滤光器120位于传感器140的前方时可见光聚焦于传感器140上，且在IR滤光器120不位于传感器140的前方时IR光聚焦于传感器140上。如上文在表1中所显示，IR光具有从约800nm到约1000nm的波长范围。在一个实施例中，使用具有850nm的波长的IR光源。在另一实施例中，使用具有950nm的波长的IR光源。

图4是显示如何根据本发明的实施例优化相机100的流程图。在一个实施例中，通过以下步骤来确定焦路径移位：用可见光照射场景并使镜头聚焦以在传感器上获得所聚焦的图像(步骤410)；及接着仅用来自IR光源的IR光照射相同场景(步骤420)；以及重新定位所述镜头以再次在所述传感器上获得所聚焦的图像(步骤430)。测量所需要的对镜头的重新定位量指示当从可见光变为IR光时焦路径长度的移位(步骤440)。在一个实施例中，拧转所述镜头，且通过查看使IR场景匹配可见光场景的聚焦需要使拧转的镜头旋转多少来测量此重新定位。螺距是已知的，且因此可准确地计算光学/焦平面移位。接着可计算用以提供必需焦平面移位的IR滤光器厚度(步骤450)。在一个实施例中，基于已知衬底的折射率来计算IR滤光器120的此厚度。在一个实施例中，选择IR光源以计及焦距的改变。在一个实施例中，选择各种组件以提供借助可见光及IR光两者捕获对焦图像的优化的相机100。

根据本发明的实施例，对例如传感器140、镜头组合件120、IR滤光器110的各种组件及IR照射(IR光源160)的效应进行调谐及平衡使得无论是相机正在使用可见光操作还是正在使用IR光操作场景均保持对焦。

现在转到上文所论述的第二方面，其与IR光比可见光远得多地穿透到传感器中的硅中有关。成像器的硅中的吸收深度随着波长变化。此图解说明于图5中。如蓝色光(4600A)的短波长(高能量)光通常吸收于硅的前几微米或更少的微米内。对于一些CCD传感器，蓝色光甚至不能到达硅，因为CCD传感器的栅极在光子甚至到达收集区之前就吸收了能量。

相比之下，IR光子在其产生电子之前深得多地(多达15微米)行进到硅中。一旦产生电子，就通常形成电子云。自然地，此电子云为排斥性(由于同种电荷排斥)，且因此所述电子随着其行进到集电极而散布，在集电极中所述电子被捕获以用于读出。电子云在硅中的散布称为“空间电荷扩宽”。电子云到其被捕获时在直径上为约15微米。在一个实施例中，此在直径上为来自所聚焦的IR场景的大约6个像素。此导致波长相依的调制传递函数(MTF)的模糊或降级。(MTF是成像器可再现场景的良好程度及所述场景中的细节可被分辨的精细程度的度量)。

具有较大像素的成像器具有较佳的IR成像性能，这是因为较大像素受空间电荷扩宽的影响较小。大多数VGA图像传感器通常为5.8微米像素，此使得其在使用IR光捕获图像时优于高分辨率的较小像素。因此，在根据本发明的一个实施例的相机中使用VGA图像传感器。在一个实施例中，使用具有小像素的高分辨率传感器(例如，HD传感器)。在一个此类实施例中，这些非常小的像素经“装箱”以形成超级像素。装箱是非常有用的，尤其是对于低光应用，且一般来说在改进IR成像性能方面且特定来说在改进IR MTF方面非常有用。在一个实施例中，在IR成像模式中接通装箱且在可见光成像模式中关断装箱。在一个实施例中，接通/关断装箱可通过软件来选择。在另一实施例中，用户可进行此选择。

在一些实施例中，传感器/成像器由具有不同穿透性质的不同材料(除了硅以外)制成。

用于确定何时使用IR光来成像的算法：

根据本发明的实施例，使用一种算法来确定何时将使用可见光捕获图像及何时将使用非可见辐射(例如，IR光)。在一个实施例中，使用此算法来确定何时将相机从可见光成像模式切换成IR成像模式及何时再切换回去。一种此类算法是基于以下前提：当充足可见光为可用时，应使用可见光来捕获图像，因为使用可见光捕获的图像对于用户通常是优选的。然而，当可见光不充足时(例如，于无可见光照射的夜晚在室外)，则使用IR光来捕获图像。

显示根据本发明的实施例的此算法的流程图显示于图6中。根据此实施例的相机在可见光成像模式(或“白天模式”)中通电或重启动(步骤602)。在此模式中，IR滤光器120位于传感器与正成像的对象/场景中间，且正阻挡IR光到达传感器。在IR滤光器120处于适当位置时，传感器(成像器)140容易地检测所述场景中存在的可见光的级别。在此可见光成像模式中，读取传感器140的寄存器以确定(步骤610)是否存在足够的可见光。在一个实施例中，通过将所述寄存器的读数与(预定的)阈值进行比较来做出此确定。如果所述寄存器显示大于阈值的值，那么确定(步骤610)存在充足量的可见光来使相机继续以令人满意的方式发挥作用，且所述相机保持(步骤620)在可见光成像模式中。

如果在所述寄存器上读取的值小于阈值，那么确定(步骤610)不存在充足可见光，且进入IR成像模式(或“夜晚模式”)(步骤630)。将IR滤光器120从传感器与正成像的场景中间移除。在一些实施例中，还接通IR光源160。现在需要做出关于何时充足可见光可用以重新进入可见光成像模式的确定(步骤640)。此确定不像在相机处于可见光成像模式中时的先前确定那么简单。问题出现是因为当相机处于IR成像模式中且IR滤光器120不阻挡IR光时，传感器140看到大量的IR光。因此，仅查询传感器的寄存器将始终导致在场景中大量的光(在此情况下为IR)为可用的确定。由于正读取IR光，因此读取这些寄存器不提供现在场景中是否存在足够的可见光的指示(例如，因为现在是上午、因为已接通可见光源(例如，灯泡)等)。因此，是否切换回到可见光成像模式中的确定需要采用不同的方法。

如上文所论述，IR光具有比可见光长的波长，且因此IR光与可见光具有不同的焦点。调谐镜头组合件110以在无IR滤光器120时借助IR照明来对焦地形成图像，如图3A中所显示。在此IR成像模式配置中，具有较短波长的可见光产生离焦图片。此显示于图3C中。(在IR滤光器120处于适当位置时可见光是对焦的，因为IR滤光器120的折射性质使可见光返回成聚焦，如图3B中所显示。)因此，当相机处于IR成像模式中时，且当场景中存在充足可见光时，所产生的图像变得离焦。在一个实施例中，此用于确定(步骤640)何时存在充足可见光。在一个实施例中，为确定(步骤640)图像是否对焦，系统具有确定/测量场景的聚焦/锐度的能力。在一个实施例中，相机中的各种光学组件经布置使得

1.在IR滤光器120位于透镜堆叠中时且当存在充足可见光时，由相机捕获的图像为对焦的。

2.在无IR滤光器120且场景中主要为IR照明时，由相机捕获的图像为对焦的。

3.成像器/传感器140提供关于场景的聚焦级的信息。

返回参考图6，如果确定(步骤640)在IR成像模式中图像是对焦的，那么相机保持(步骤650)在IR成像模式中。在一个实施例中，将当前聚焦值与初始聚焦值进行比较。当此差小于(预定的)阈值时，确定图像为对焦的。(参考图7更详细地论述图像是否对焦的确定)。另一方面，如果确定图像是离焦的(例如，因为当前聚焦值与初始聚焦值之间的差大于或等于阈值)，那么在一个实施例中系统继续检查图像是否保持离焦达大于某一时间量。在一个实施例中，此某一时间量是预定的。此等待防止短暂条件(例如来自过往汽车的前灯)将相机置于可见光成像模式中。

在一个实施例中，在未完成检测到图像为离焦的之后，等待达某一时间量(步骤660)。而是，当做出图像为离焦的确定(步骤540)时，进入可见光成像模式(步骤570)。

根据本发明的实施例的相机基于此算法从一种模式自动地切换到另一种模式。在一个实施例中，基于此算法，向用户提供相机的模式应从一种模式切换到另一种模式的指示。

图7显示根据本发明的实施例的用于在可见光成像模式(或“白天模式”)与IR成像模式(或“夜晚模式”)之间切换的算法的状态图表示。

白天到夜晚模式

以状态710开始，其中相机处于白天模式中。在一个实施例中，当所述相机通电时，其在白天模式中启动，其中将IR滤光器120插入于镜头组合件中且关断IR光源(例如，IR LED照射器)160。所述算法周期性地读取传感器140所感测的光级。在IR滤光器120就位时，仅测量可见光的量且将其与光阈值进行比较。当可见光的量降到低于低光阈值时，所述算法将切换到夜晚模式，其中IR LED 160接通且将IR滤光器120从透镜堆叠移除。此对应于状态720。

夜晚模式

一旦处于夜晚模式中(状态720)，所述算法就将等待数秒以允许成像器140稳定并调整到新条件。在成像器140已稳定之后，将来自成像器的聚焦级的读数存储于变量中。称此变量为initFocus。在夜晚模式已稳定且已存储初始聚焦值之后，所述算法移动到下一状态，其为状态730。此下一状态730经设计以周期性地读取聚焦值且执行当前聚焦值(currFocus)与初始聚焦值(initFocus)的差运算。将currFocus与initFocus的差和聚焦余量(FocusMargin)进行比较。当所述差大于FocusMargin时，则所述算法移动到下一状态(状态740)。当聚焦改变超过FocusMargin时，此指示可见光增加到相机可能够从夜晚模式中切换出来的点。

夜晚到白天模式

然而，在完全离开夜晚模式之前，确保光改变是持续的条件而不是非常短暂的条件(例如经过场景的汽车灯)是重要的。因此，根据本发明的实施例，在此状态(740)中存在达数秒的等待周期，从而继续读取当前聚焦级并执行与先前状态中相同的差测试。如果所述差降到低于FocusMargin，那么返回到夜晚模式样本状态(状态730)。另一方面，如果所述差保持高于FocusMargin达多于等待周期，那么所述算法将当前状态设定回到日间闲置状态(710)。在返回到此日间状态(710)之后，即刻关断IRLED 160，且将IR滤光器120移动成与透镜堆叠成一直线。所述相机现在处于白天模式中。

上文参考图6及7所论述的算法可在系统的任一组件中实施，例如在相机100、计算机等中实施。下文论述根据本发明的实施例的此系统的实例。

图8是根据本发明的实施例的系统的框图。可看出，此系统包含相机100、网络810及计算机820。

替代单个相机100，可存在连接到一个或一个以上计算机810及/或网络820的多个相机100。举例来说，一个以上相机100可与计算机810a通信。相机100可以是任一种类的图像捕获装置。此装置可仅捕获视频、仅捕获静止图像或捕获两者。另外，此相机还可捕获音频。此外，此相机可以是独立装置或作为另一装置(例如智能电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、平板计算机、机顶盒、遥控装置等等)的一部分的装置。作为实例，相机100可以是视频监控相机。webcam作为另一实例，相机100可以是网络相机。在一个实施例中，相机100在物理上集成到计算机810a中及/或是计算机810a的一部分。

网络810a及810b(共同地称为“810”)可以是任一网络，例如广域网络(WAN)或局域网络(LAN)或任一其它网络。WAN可包含因特网、因特网2及类似网络。LAN可包含企业内部网，其可以是属于某一组织的可仅由组织成员、雇员或其它具有授权者接入的基于(例如)TCP/IP的网络。LAN还可以是例如来自诺威尔公司(NovellCorporation)(犹他州普洛佛(Provo，Utah))的NetwareTM或来自微软公司(华盛顿雷蒙德(Redmond，Wash.))的Windows NT等网络。网络810可以是家庭网络，可以是有线的或无线的，可基于以太网、WiFi，经由蜂窝式网络、经由电力线、经由卫星等等。网络810还可包含市售的基于订阅的服务，例如来自美国在线公司(AmericaOnline，Inc.)(弗吉尼亚州杜勒斯(Dulles，VA))的AOL或来自微软公司(华盛顿雷蒙德)的MSN。应注意，相机100可不借助网络与计算机820通信。例如，相机100可使用红外(IR)协议、蓝牙协议(BT)、USB协议、火线协议等等与计算机810通信。应注意，本发明独立于所使用的具体网络及协议。此外，可能的情形是相机实际上嵌入到计算机820中且因此包括单个物理装置而非如图8中所显示的两个单独装置。如图8中所显示，在一个实施例中，存在两个网络或协议-第一网络或协议，相机100经由其与经定位而接近于相机100的计算机820通信；及第二网络(例如，因特网)，计算机820a经由其与另一计算机820b通信。在一个实施例中，相机100经由计算机820a与计算机820b通信。在另一实施例中，相机100直接经由网络810b与计算机820b通信。

计算机820a及820b(共同地称为“820”)各自可为各种装置中的任一者。此类装置可包含(但不限于)个人计算机(基于Windows的计算机、Macs计算机等)、智能电话(例如，iphone等)、膝上型计算机、平板计算机、机顶盒、远程服务器等等。在一个实施例中，计算机820b为可在其上聚合并分析来自各种不同定位的相机100的数据的远程服务器。在一个实施例中，计算机820b为智能电话。在一个实施例中，计算机820a为用户的个人桌上型计算机或膝上型计算机。应注意，计算机820可以是能够执行所需要的处理/再现等功能的任一装置。

举例来说，在一个实施例中，相机100经由家庭电力线810a与用户的计算机820a通信，且用户的计算机820a又可经由因特网810b或蜂窝式网络810b与远程计算机820b通信。在一个实施例中，相机100捕获视频(例如，监控视频)并将其显示于智能电话820b上。在一个实施例中，相机810a用于与使用计算机820b的第二用户(其可具有用以捕获他的/她的视频的第二相机)进行基于视频的通信(例如，视频聊天)。

尽管已图解说明及描述本发明的特定实施例及应用，但应理解，本发明并不限于本文所揭示的精确构造及组件。举例来说，本发明的不同功能性可处于所述系统的不同部分中。例如，运行用于确定是否从一种模式切换到另一种模式的处理器可定位于相机本身中或所述计算机中的一者中的远程处理器中。例如，运行此算法的处理器可位于本地计算机、远程服务器、智能电话、平板计算机等中。作为另一实例，这些功能中的数个功能可以软件、固件、硬件或这些的任一组合来实施。作为又一实例，本文中所描述的技术中的任一者可在无限制的情况下彼此组合，及/或可与其它已知的技术组合，例如增加曝光时间以计及低照明条件。此外，除了上文所提出的那些情景以外，根据本发明的实施例的相机也可用于不同的情景中。在不背离本发明的如以上权利要求书所界定的精神及范围的前提下，可在本文所揭示的本发明方法及设备的布置、操作及细节上做出各种其它修改、改变及变化形式，所属领域的技术人员将明了这些修改、改变及变化形式。

Claims (24)

1.一种图像捕获设备，其包括：

框架，其具有光圈；

镜头，其用于收集由所述光圈允许穿过的光；

传感器，其用于接收所述所收集的光；及

红外滤光器，其耦合到所述框架，所述红外滤光器用于阻挡住红外光，所述红外滤光器可从第一位置移动到第二位置，其中在所述第一位置中，所述红外滤光器位于所述传感器的前方以便不允许红外光到达所述传感器，且在所述第二位置中，所述红外滤光器不位于所述传感器的前方以便允许红外光到达所述传感器，

其中所述镜头及所述红外滤光器使得在所述红外滤光器处于所述第一位置中时可见光聚焦于所述传感器上，且在所述红外滤光器处于所述第二位置中时红外光聚焦于所述传感器上。

2.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其中所述红外滤光器安装于摆动臂上，所述摆动臂以可旋转方式耦合到所述框架。

3.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其中所述图像捕获设备为相机。

4.根据权利要求3所述的图像捕获设备，其中所述相机为视频监控相机。

5.根据权利要求3所述的图像捕获设备，其中所述相机为网络相机。

6.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其进一步包括红外光源。

7.根据权利要求6所述的图像捕获设备，其中所述红外光源为红外LED。

8.根据权利要求6所述的图像捕获设备，其中所述红外光源的波长经选择以在所述红外滤光器处于所述第二位置中时使红外光聚焦于所述传感器上。

9.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其中所述相机具有其中红外传感器处于所述第一位置中的第一模式及其中所述红外传感器处于所述第二位置中的第二模式。

10.根据权利要求9所述的图像捕获设备，其中在所述第二模式中红外光源是接通的。

11.根据权利要求1所述的图像捕获设备，其中所述红外滤光器的厚度经选择使得当所述红外滤光器处于所述第一位置中时使所述可见光聚焦于所述传感器上，且当所述红外滤光器处于所述第二位置中时使红外光聚焦于所述传感器上。

12.一种用于视情况而使用红外光或可见光来捕获图像的方法，所述方法包括：

在第一模式中确定是否存在充足量的可见光来捕获可接受质量的图像；

响应于存在充足量的可见光的所述确定，保持于所述第一模式中，其中使用可见光在传感器上捕获图像；

响应于不存在充足量的可见光的所述确定，切换到第二模式，其中使用非可见辐射在所述传感器上捕获图像；

在所述第二模式中，确定是否存在充足量的可见光；及

响应于当处于所述第二模式中时存在充足量的可见光的所述确定，切换到所述第一模式。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述非可见辐射为红外光。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述切换到所述第二模式的步骤包括：

将红外滤光器从所述传感器的前方移除，以便允许红外光到达所述传感器。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：

接通红外光源。

16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：

接通装箱以将由所述传感器上的数个像素捕获的光组合到单个箱中。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述切换到所述第一模式的步骤包括：

从所述传感器的前方定位红外滤光器，其中所述红外滤光器阻挡红外光到达所述传感器。

18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：

关断红外光源。

19.根据权利要求12所述的方法，其中所述在第一模式中确定是否存在充足量的可见光来捕获可接受质量的图像的步骤包括：

读取所述传感器的寄存器以确定所寄存的光量是否高于阈值。

20.根据权利要求12所述的方法，其中所述在所述第二模式中确定是否存在充足量的可见光的步骤包括：

将所述图像的聚焦值与初始聚焦值进行比较；及

响应于所述聚焦值与所述初始值相差大于阈值，确定所述图像为离焦的。

21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括：

响应于所述聚焦值与所述初始值相差小于阈值，确定所述图像为对焦的。

22.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括：

在预定的时间量内，检查所述图像是否保持离焦。

23.一种包含用于使计算机实施方法的指令的计算机可读媒体，所述方法包括：

在第一模式中确定是否存在充足量的可见光来捕获可接受质量的图像；

响应于存在充足量的可见光的所述确定，保持于所述第一模式中，其中使用可见光在传感器上捕获图像；

响应于不存在充足量的可见光的所述确定，切换到第二模式，其中使用非可见辐射在所述传感器上捕获图像；

在所述第二模式中，确定是否存在充足量的可见光；及

响应于当处于所述第二模式中时存在充足量的可见光的所述确定，切换到所述第一模式。

24.根据权利要求23所述的计算机可读媒体，其中所述在所述第二模式中确定是否存在充足量的可见光的步骤包括：

将所述图像的聚焦值与初始聚焦值进行比较；及

响应于所述聚焦值与所述初始值相差大于阈值，确定所述图像为离焦的。

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