CN103347180A - 无源图像采集传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无源图像采集传输系统，包括：图像采集装置，通过光学成像方法采集现场图像；图像提取装置，与所述图像采集装置之间形成光学传输路径，远距离提取所述图像采集装置采集到的现场图像；图像传感器，接收所述图像提取装置提取到的现场图像并将其转换为电信号；处理器，接收所述图像传感器输出的电信号，将所述电信号处理后传输至上位机供上位机使用。本发明中在现场采用光学成像方法无需外加供电电源，也就无需电源线。所以通过本发明的上述方法，在采集现场只需要光学成像装置即可，现场不需要电源线，有效降低了布线带来的施工困难及额外成本、现场不需要电源供电、延长设备的使用寿命。

Description

无源图像采集传输系统

技术领域

本发明涉及一种图像采集传输系统，具体是一种在采集现场通过无源设备采集图像并且在图像传输过程中也无需其他介质的图像采集系统，属于光电应用技术领域。

背景技术

现有技术中的图像采集传输系统，采用摄像头等设备采集现场的图像或者视频画面，将图像或者视频画面处理为电信号后通过电缆、光纤等传输线传输至监控室内的上位机，在上位机中内置有一系列的功能芯片将电信号还原为图像或者视频画面以供使用。

摄像头在工作时，必须外接供电电源，就必然有与摄像头连接的电源线。而且，要将电信号传输至监控室，必须借助电缆、光纤等传输介质，因此在采集现场，需要考虑如何布置电源线、传输线，给现场施工带来诸多不便。尤其当在现场需要多个摄像头进行全方位监控时，需要更多的电源线和传输线，导致系统的成本也大大增加。

现有专利文献CN 101093346A公开了一种隐蔽型监视摄像头，其包括：固定在墙面上可照射前方的反射镜；在固定在上述墙面的反射镜下方安装的物体；隐藏安装在上述物体里，可以将上述反射镜反射的拍摄对象拍摄下来的监视摄像头。上述方案中的隐蔽型监视摄像头，将摄像头与反射镜设置在同一墙面上。因此可以毫无疑问地得出，在被监控的现场，依然需要对摄像头的供电线路以及信号传输线路进行布置。而且根据该方案所要实现的目的是将摄像头隐蔽起来，所以所有与摄像头相连的线路也必须以隐蔽的方式设置，如其中记载的“监视摄像头引出的电源沛县埋设在墙面或者支柱里，或者利用配线管道进行保护，向拍摄部提供电源或者将拍摄下来的影响向控制中心的监视器传送”（说明书第4页第2段），因此，该技术方案中并没有解决如何减少在采集现场减少布线反而更进一步加大了布线的难度。并且，针对上述技术方案，现有技术中的摄像机只能够得到一米之内的清晰的图像，而当摄像机与反射镜的距离大于一米之后就不能得到清晰的图像了。

发明内容

本发明所要解决的技术是现有技术中的图像采集传输系统在现场需要布置摄像头的电源线，施工困难成本高、信号损耗大以及设备寿命短的问题，提供一种在采集现场采用光学系统采集图像，无需设置电源线的无源图像采集传输系统。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种无源图像采集传输系统，包括：

图像采集装置，通过光学成像方法采集现场图像；

图像提取装置，与所述图像采集装置之间形成光学传输路径，远距离提取所述图像采集装置采集到的现场图像；

图像传感器，接收所述图像提取装置提取到的现场图像并将其转换为电信号；

处理器，接收所述图像传感器输出的电信号，将所述电信号处理后传输至上位机供上位机使用。

所述处理器对所述电信号的处理包括：

所述处理器将所述电信号还原为现场图像后压缩为图像数据压缩包，所述处理器将所述图像数据压缩包传输至所述上位机；或者，

所述处理器将所述电信号压缩后传输至所述上位机。

所述光学成像方法为反射成像、折射成像、小孔成像中的任一种或者它们的任意组合。

所述图像采集装置为由至少一片光学镜片组成的光学系统，且每一所述光学镜片的至少一个表面镀有适于特定工作频段的反光膜。

所述光学系统包括一块平面反射镜，所述反射镜固定设置于现场图像所在的区域的上方直接呈现现场图像；

图像提取装置直接提取所述反射镜呈现的现场图像。

所述光学系统包括一块非平面反射镜和一块平面反射镜，固定设置于现场图像所在的区域；

所述非平面反射镜对现场图像所在的区域反射成像；

所述平面反射镜直接呈现所述非平面反射镜反射的图像。

所述光学系统包括至少两块平面反射镜；现场图像经过每一平面反射镜的多次反射后在最后一块平面反射镜上呈现出来，所述图像提取装置直接提取最后一块反射镜呈现的现场图像。

所述光学系统包括至少两块平面反射镜和至少两块非平面反射镜；现场图像经过每一平面反射镜和非平面反射镜的多次反射后在最后一块平面反射镜或非平面反射镜上呈现出来，所述图像提取装置直接提取最后一块反射镜或非平面反射镜呈现的现场图像。

还包括光源，与所述图像提取装置相邻设置，所述光源发的光经由光学镜片折射或者反射后照射现场图像所在的区域，所述光源发出的光的频段与镀在所述光学镜片上的反光膜的工作频段相同。

所述图像提取装置为长焦距镜头，所述长焦距镜头的视角范围：0-30度。

所述长焦距镜头的视角范围：0-1度。

所述长焦距镜头的焦距为1-1000mm。

所述图像采集装置采集到现场图像后经过调制凸透镜聚焦后形成的光信号输入至光导纤维的一端进行传输；所述光导纤维的另一端将光信号输出至解调凸透镜解调后还原为现场图像信息输入至所述图像提取装置。

所述图像采集装置与所述图像提取装置之间的距离大于1米。

所述图像采集装置与所述图像提取装置间的距离在5米至500米之间。

所述图像采集装置与所述图像提取装置间的距离为50米。

所述处理器内置有消除图像畸变的算法，在将所述图像传感器输出的电信号还原为现场图像时消除图像采集和传输过程中产生的畸变。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明所述的无源图像采集传输系统，图像采集装置通过光学成像方法采集现场图像，由图像提取装置直接提取。光学成像方法无需外加供电电源，也就无需电源线，在采集现场只需要光学成像装置即可，可以降低现场布线的施工难度。

（2）本发明所述的无源图像采集传输系统，所述图像提取装置直接通过光学方法提取所述图像采集装置采集到的现场图像，光学信号的传输在空气中即可完成，无需传输线辅助。因此在采集现场只需要光学成像装置即可，完全不需要任何线缆，更进一步的消除了布线带来的施工困难及额外成本。除此之外，本发明所述的无源图像采集传输系统，在传输现场图像的过程中，直接通过空气传输光学信号，完全不存在信号带宽的问题，能够最大程度上的降低信号传输过程中的损耗。

（3）本发明所述的无源图像采集传输系统，采用视角范围为0-30度的长焦距镜头作为图像提取装置，优选视角范围0-1度的长焦距镜头，且焦距为1-1000mm，这一视角比传统的望远镜的视角要小很多，具有较深的景深、适当的放大功能，能够获得远距离的清晰的图像。

（4）本发明所述的无源图像采集传输系统，还可以通过光导纤维作为传输介质，图像采集装置采集到现场图像后，后经过调制凸透镜聚焦后形成的光信号输入至光导纤维的一端进行传输；所述光导纤维的另一端将光信号输出至解调凸透镜解调后还原为现场图像信息输入至所述图像提取装置。通过光导纤维实现图像传输具有信号传输速度快，不需要电源线、失真小的优点。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明一个实施例所述无源图像采集系统的原理框图；

图2是本发明一个实施例中所述无源图像采集传输系统的结构示意图；

图3是本发明一个实施例中所述无源图像采集传输系统的结构示意图；

图4是本发明一个实施例中所述无源图像采集传输系统的结构示意图；

图5是本发明一个实施例中所述无源图像采集传输系统的结构示意图；

图6是本发明一个实施例中所述无源图像采集传输系统的结构示意图；

图7是本发明一个实施例中所述无源图像采集传输系统的结构示意图；

图8是本发明一个实施例中所述无源图像采集传输系统的结构示意图；

图9是本发明一个实施例中现场对光源光束进行发散处理的光学系统的结构示意图；

图10是本发明一个实施例中现场对光源光束进行发散处理的光学系统的结构示意图；

图11是本发明一个实施例中现场对光源光束进行发散处理的光学系统的结构示意图；

图12是本发明一个实施例中所述长焦距镜头的结构示意图；

图13是本发明一个实施例中所述长焦距镜头的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种无源图像采集传输系统，如图1所示，包括图像采集装置，图像提取装置，图像传感器，和处理器。其中，所述图像采集装置通过光学成像方法采集现场图像。所述图像提取装置与所述图像采集装置之间形成光学传输路径，远距离提取所述图像采集装置采集到的现场图像。所述图像传感器接收所述图像提取装置提取到的现场图像并将其转换为电信号。处理器，接收所述图像传感器输出的电信号，将所述电信号处理后传输至上位机供上位机使用。

作为可选的实施方式，所述处理器对所述电信号的处理包括：所述处理器接收所述图像传感器输出的电信号，将所述电信号还原为现场图像后压缩为图像数据压缩包，所述处理器将所述图像数据压缩包传输至后端上位机供上位机使用。

需要说明的是，本实施例中所说的处理器将图像传感器发送的电信号还原为现场图像的方法并不唯一，其可以利用如下方法实现：所述处理器接收所述图像传感器输出的Raw（未经处理的）原始信号，经过插值法处理后形成彩色图像，然后压缩为图像数据压缩包，所述处理器将所述图像数据压缩包传输至后端上位机，后端上位机可直接播放，播放出来的便是监控现场的图像信息。除了本实施例中所述的插值法之外，现有技术中的其他处理方式也可以应用，只要能够将电信号还原为现场图像即可，由于这并不是本发明的要点，因此不再详细说明。

本实施例中，所述图像提取装置远距离提取所述图像采集装置采集到的现场图像，其中的远距离只是一个相对的概念，相对于一般的室内环境，十几米或者几十米的距离就可以称为远距离。而对于室外应用环境，几百米或者一公里以上的距离可以称为远距离。

 

另外，为了减少处理器的工作量，提高处理器的处理效率，所述处理器对所述电信号的处理还可以是：所述处理器将所述（原始信号）电信号压缩后传输至所述上位机。采用这种方法，处理器的可以不对图像传感器发送的电信号进行插值还原处理，而直接将图像传感器发送的原始电信号进行压缩，然后传输至后端的上位机，由后端上位机再利用插值法等方式对其进行处理，处理后再经播放器等播放出来即为现场图像。由此一来，处理器的工作压力减缓很多，不经过插值数据缩小了3倍。这样前端只有图像传感器采集图像然后经过处理器压缩、传输，降低前端设备的成本，也更符合云构架的模式。

另外，在本实施例中，所述无源并不是指整个系统均不需要电源，而是指在采集图像的现场不需要电源。所述的光学成像方法其实质含义是通过光学器件直接对现场图像进行采集，而光学器件均无需电源从而也就不需要设置电源线。由此对于整个系统来说，现场采集图像的过程均采用无源装置，在现场不需要布置电源线，系统安装方便，成本低、寿命长。

作为可选择的实施方式，所述光学成像方法为反射成像、折射成像、小孔成像中的任一种或者它们的任意组合。

其中，所述图像采集装置为由至少一片光学镜片组成的光学系统，且每一所述光学镜片的至少一个表面镀有适于特定工作频段的反光膜。针对不同工作频段，每一光学镜片采用真空镀膜技术镀上不同材料的膜。镀膜后的光学镜片还能够滤除杂散波的干扰、适应不同的成像波段。表1中给出了常用的几种镀膜材料所针对不同工作频段时的光反射率。

表1

材料	800nm	650nm	500nm
				铝	86.7%	90.5%	91.8%
银	99.2%	98.8%	97.9%
				金	98.0%	95.5%	47.7%
铜	98.1%	96.6%	60.0%

如表1所示，给出的均为在可见光波段一些可选的镀膜材料。例如当选择银作为镀膜材料时，对于波长为800nm的光其具有最佳的反射率。可以理解，除了可见光波段之外，有一些特定的材料对于非可见光波段也具有很好的反射效果，例如可以选择对红外波段具有良好反射效果的材料，这样就能够探测到非可见光波段。

下面结合附图给出几种图像采集传输系统的具体实施方式。

如图2所示，所述光学系统包括一块平面反射镜，所述平面反射镜02固定设置于现场图像所在的区域的上方直接呈现现场图像；图像提取装置01直接提取所述反射镜02呈现的现场图像。这种单镜片现成的无源前端图像采集系统使用简洁，隐蔽性好，寿命长。射镜02在安装固定时的角度选择，也可以根据应用的环境而定，如针对地平面进行监控的话，可以选择所述反射镜02与水平方向呈45度角。

如图3所示，所述光学系统包括一块非平面反射镜03和一块平面反射镜02，固定设置于现场图像所在的区域。所述非平面反射镜03对现场图像所在的区域反射成像；所述平面反射镜02直接呈现所述非平面反射镜03反射的图像。图像提取装置01直接提取所述平面反射镜02呈现的现场图像。通过所述非平面反射镜03、所述平面反射镜02形成的二次反射成像，利用所述非平面反射镜03可以有比较宽的成像视角，不过所成图像会产生一定程度的畸变，所产生的畸变由后台软件矫正，该矫正方法可采用现有技术中的矫正方法，并且矫正方法不是本申请的发明要点，此不详述。

如图4所示，所述光学系统包括两块平面反射镜02，固定设置于现场图像所在的区域。第一块平面反射镜对现场图像所在的区域反射成像；第二块平面反射镜对直接呈现第一块平面反射镜反射的图像，图像提取装置01直接提取第二块反射镜呈现的现场图像。由两片平面反光镜组成的图像采集设备，得到的图像没有畸变，第二块平面反射镜可以垂直、水平旋转。这样现场使用的时候非常方便调整角度。作为本实施方式的扩展，所述光学系统还可以包括更多的平面反射镜或者非平面反射镜，当在光线传输的光路上有障碍物遮挡时，可以通过设置反射镜来改变光线传输的方向避免遮挡，如图7所示。

如图5所示，所述光学系统包括两块平面反射镜02，并且两块平面反射镜呈一定角度设置，两块平面反射镜02分别用于对两个区域进行成像，相当于对被监控区域的两个方向直接成像，该种结构非常适用于走廊、围墙等直线监控的环境。图5所示的两块平面反射镜02呈90度角设置，但在实际应用时根据环境可以调整两块平面反射镜的角度。当图像提取装置01提取到两个平面反射镜02上呈现的图像时，需要做拼接处理，使最终呈现的图像为两个平面反射镜呈现的图像的和，而拼接处理的方法现有技术中也有成熟的应用，此不详述。

如图6所示，所述光学系统包括非球面反射镜10和平面反射镜02，所述非球面反射镜10可以获取360度全景画面，没有死角。所述非球面反射镜10将360度全景画面反射给所述平面反射镜02成像，所述图像提取装置01直接提取所述平面反射镜02上呈现的图像。当然，在这一过程中也存在畸变的情况需要在后台软件中对畸变进行处理。

如图8所示，所述光学系统直接采用非平面反射镜03，所述非平面反射镜可以采用凸面镜，凸面镜可以形成简单实用的大角度图像采集装置，但是在形成图像之后，需要处理器内的校正软件来消除由于凸面镜反射过程中带来的畸变。

作为本实施例的其他实施方式，现场图像经过每一平面反射镜的多次反射后在最后一块平面反射镜上呈现出来，所述图像提取装置直接提取最后一块反射镜呈现的现场图像。或者所述光学系统包括至少两块平面反射镜和至少两块非平面反射镜。现场图像经过每一平面反射镜和非平面反射镜的多次反射后在最后一块平面反射镜或非平面反射镜上呈现出来，所述图像提取装置直接提取最后一块反射镜或非平面反射镜呈现的现场图像。

当光路传输过程中有遮挡物时，还可以根据需要增加或者减少平面反射镜的个数，改变光被反射的角度和次数，进而改变光路传输的方向，避免被遮挡物遮挡。

当然所述光学系统的组成并不限于本实施例的上述方式，还可以选择其他光学器件来组建，在此不予赘述。

显然，本实施例所提供的无源图像采集传输系统，在采集现场只需要光学成像装置即可，完全不需要任何线缆，消除了布线带来的施工困难及额外成本、延长了现场设备的寿命。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上做如下改进，考虑到光线较暗时会影响到图像采集装置对现场图像的采集，因此本实施例中还包括光源，与所述图像提取装置相邻设置，所述光源发的光经由光学镜片折射或者反射后照射现场图像所在的区域，所述光源发出的光的频段与镀在所述光学镜片上的反光膜的工作频段相同。根据光路可逆原理，只要现场图像能够被所述图像提取装置提取到，则光源发出的光就能够经过光学镜片的反射或者折射照射到现场图像所在的区域。

所述光源选择可见光、或者红外波段的非可见光，为了光源的光远距离传播不会严重发散，损耗小，可以采用激光作为光源。另外，所述光源的光传播至现场时，希望能够较大面积的照射现场区域，因此现场可以通过透镜，凸面镜把光打散，进行现场照明。

如图9所示，光源传输至现场时，在现场设置反射镜和凸透镜，反射镜可以用于改变光源光线的传输方向，凸透镜可以用于将平行光的方向变为发散的光，用于对现场进行照明。

或者如图10所示，光源传输至现场，在现场设置两个或者更多个平面反射镜，经过多次反射后在经过透镜把光束打散，对现场进行照明。

再或者如图11所示，在现场的平面反射镜02上设置一小型的弧形凸起，当光源的光传输至该小型凸起的弧形凸起上时，经过该弧形凸起将光束反射到不同的方向，打散光束，对现场进行照明。

对于上述的反射镜和凸透镜，可以选择设置于现场的合适位置。而不影响到对现场图像的采集及传输。

实施例3

本实施例中的无源图像采集传输系统是在实施例1或实施例2的基础上，对所述图像提取装置进一步的优化。所述图像提取装置为长焦距镜头，所述长焦距镜头的视角范围：0-30度。更为优选地，所述长焦距镜头的视角范围：0-1度。例如0.5度、0.8度等。优选所述长焦距镜头的焦距为1-1000mm。采用上述视角和焦距，使得长焦距镜头具有较深的景深，能够获得远距离的清晰的图像。

本实施例中的上述长焦距镜头可以选择现有市场上出售的符合条件的产品，也可以是通过一些光学器件组合而成。如图12和图13所示，给出了一种通过主镜04和副镜05的二次反射成像技术来实现长焦距、小视角功能的结构示意图。

选择本实施例提供的长焦距镜头，能够对远距离的图像进行捕获，并且完全不影响清晰度。

实施例4

本实施例与实施例3不同，本实施例所述的无源图像采集传输系统，还可以通过光导纤维作为传输介质，图像采集装置采集到现场图像后，后经过调制凸透镜聚焦后形成的光信号输入至光导纤维的一端进行传输；所述光导纤维的另一端将光信号输出至解调凸透镜解调后还原为现场图像信息输入至所述图像提取装置。通过光导纤维实现图像传输具有信号传输速度快，失真小的优点。

实施例5

本实施例在上述任一实施例的基础上，做出进一步的优化，所述图像采集装置与所述图像提取装置间的距离在1米以上，可选在5米至500米之间，如50米，80米，100米，200米，300米，500米等。主要根据系统所用的环境来确定。

例如将该系统应用于室内监控时，可以选择适于被监控的室内环境的距离，一般在50米左右。

将该系统应用于室外监控时，例如交通监控等，可以根据实际设置的路段来确定这一距离，一般在五百米之内。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (17)

1.一种无源图像采集传输系统，其特征在于，包括：

图像采集装置，通过光学成像方法采集现场图像；

图像提取装置，与所述图像采集装置之间形成光学传输路径，远距离提取所述图像采集装置采集到的现场图像；

图像传感器，接收所述图像提取装置提取到的现场图像并将其转换为电信号；

处理器，接收所述图像传感器输出的电信号，将所述电信号处理后传输至上位机供上位机使用。

2.根据权利要求1所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述处理器对所述电信号的处理包括：

所述处理器将所述电信号还原为现场图像后压缩为图像数据压缩包，所述处理器将所述图像数据压缩包传输至所述上位机；或者，

所述处理器将所述电信号压缩后传输至所述上位机。

3.根据权利要求1或2所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述光学成像方法为反射成像、折射成像、小孔成像中的任一种或者它们的任意组合。

4.根据权利要求1-3任一所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述图像采集装置为由至少一片光学镜片组成的光学系统，且每一所述光学镜片的至少一个表面镀有适于特定工作频段的反光膜。

5.根据权利要求4所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述光学系统包括一块平面反射镜，所述反射镜固定设置于现场图像所在的区域的上方直接呈现现场图像；

图像提取装置直接提取所述反射镜呈现的现场图像。

6.根据权利要求4所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述光学系统包括一块非平面反射镜和一块平面反射镜，固定设置于现场图像所在的区域；

所述非平面反射镜对现场图像所在的区域反射成像；

所述平面反射镜直接呈现所述非平面反射镜反射的图像。

7.根据权利要求4所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述光学系统包括至少两块平面反射镜；现场图像经过每一平面反射镜的多次反射后在最后一块平面反射镜上呈现出来，所述图像提取装置直接提取最后一块反射镜呈现的现场图像。

8.根据权利要求4所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述光学系统包括至少两块平面反射镜和至少两块非平面反射镜；现场图像经过每一平面反射镜和非平面反射镜的多次反射后在最后一块平面反射镜或非平面反射镜上呈现出来，所述图像提取装置直接提取最后一块反射镜或非平面反射镜呈现的现场图像。

9.根据权利要求1-8任一所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

还包括光源，与所述图像提取装置相邻设置，所述光源发的光经由光学镜片折射或者反射后照射现场图像所在的区域，所述光源发出的光的频段与镀在所述光学镜片上的反光膜的工作频段相同。

10.根据权利要求1-9任一所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述图像提取装置为长焦距镜头，所述长焦距镜头的视角范围：0-30度。

11.根据权利要求10所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述长焦距镜头的视角范围：0-1度。

12.根据权利要求10或11所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述长焦距镜头的焦距为1-1000mm。

13.根据权利要求1-4任一所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述图像采集装置采集到现场图像后经过调制凸透镜聚焦后形成的光信号输入至光导纤维的一端进行传输；所述光导纤维的另一端将光信号输出至解调凸透镜解调后还原为现场图像信息输入至所述图像提取装置。

14.根据权利要求1-13任一所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述图像采集装置与所述图像提取装置之间的距离大于1米。

15.根据权利要求14所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述图像采集装置与所述图像提取装置间的距离在5米至500米之间。

16.根据权利要求15所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述图像采集装置与所述图像提取装置间的距离为50米。

17.根据权利要求1-16任一所述的无源图像采集传输系统，其特征在于：

所述处理器内置有消除图像畸变的算法，在将所述图像传感器输出的电信号还原为现场图像时消除图像采集和传输过程中产生的畸变。

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