CN108234861A - 监视场景的相机的聚焦 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及监视场景的相机的聚焦。具有白日和黑夜功能的监视相机(100)的聚焦包括基于相机处于白日模式或黑夜模式来选择白日聚焦模式或黑夜聚焦模式。在白日聚焦模式下，IR激光测距仪(110)将连续地测量参考距离，并且在黑夜聚焦模式下，IR激光测距仪将仅响应于聚焦触发信号被激活而在预定时间段期间测量参考距离。基于测量到的参考距离设置相机的聚焦距离。

Description

监视场景的相机的聚焦
技术领域
本发明涉及监视相机的领域。具体地，本发明涉及此类相机的聚焦。
背景技术
监视相机用于室内和室外两者的各种场景中。在多个情形中，能够快速地聚焦相机以使得可以提供描绘场景中的任意感兴趣对象的清晰和有用的图像是有价值的。
用于设置监视相机的焦点的自动聚焦、自对焦(autofocus或AF)的方法可以划分为两个主要组：被动AF方法与主动AF方法。一些普通的被动AF方法基于针对聚焦透镜系统的不同设置来分析由相机捕获到的图像的对比度，并且随后选择给出最高(或至少较高)对比度数值的焦点位置。还存在基于检测相位差(例如，使用特殊设计的焦点像素)的其他被动AF方法。
主动AF方法基于使用诸如雷达测距仪或激光测距仪之类的测距仪设备对被监视的场景中的对象执行距离测量。相机被设置为在由测距仪测量到的距离处聚焦。主动AF方法通常比被动的基于对比度的AF方法快很多，并且它们在低光照(图像的对比度较低)环境中也能较好地发挥作用。
如果使用激光测距仪，通常选择在红外IR光谱中操作的低影响激光器，提供能量高效且安全的选项。由于已经为监视相机提供了用于滤除IR光的滤光器，即所谓的IR截止滤光器，因此可以使用在由相机捕获到的图像中不可见的激光。
一些监视相机提供白日功能和黑夜功能两者，诸如被设计为在室外装置中或具有不佳光照的室内环境中使用的那些监视相机。当处于白日模式下时，相机IR截止滤光器滤除IR光以使得当人眼看它们时不扭曲图像的颜色，但是当相机处于黑夜模式下时，移除IR截止滤光器，由此允许相机的光灵敏度降低至0.001勒克斯(lux)或更低。从700nm一直到大约1000nm的近红外光超出了人眼可见的范围，但是大多数相机传感器可以对其进行检测并利用。
因此，当处于白日模式下时，即，当场景中的光高于特定水平时，相机输送有色图像。当光减弱低于特定水平时，相机切换至黑夜模式以利用近红外(IR)光来输送高质量的黑白图像。
然而，当具有白日和黑夜功能的装备有使用IR激光测距仪的主动AF时，会存在当移除IR截止滤光器时来自IR激光器的光在图像中可见的问题。这容易地通过当以黑夜模式操作相机时禁止IR激光测距仪来解决。然而，可能希望以不同的方式解决该问题，这尤其是因为，如上所述，基于对比度进行测量的被动AF方法在低光照环境中效率较低。
发明内容
考虑到以上，因此本发明的目的在于提供一种聚焦相机的方法，该方法使得能够针对具有白日功能和黑夜功能的相机使用主动AF。
根据本发明的第一特征方面，由使监视场景的相机聚焦的方法来实现以上目的，相机可以以白日模式和黑夜模式操作，其中，红外IR截止滤光器在白日模式下阻止IR光到达相机，并且在黑夜模式下允许IR光到达相机，其中，该方法包括：
i)接收关于相机以白日模式操作还是以黑夜模式操作的输入，
ii)如果相机以白日模式操作则选择白日聚焦模式，并且如果相机以黑夜模式操作则选择黑夜聚焦模式，其中
a)白日聚焦模式包括控制IR激光测距仪连续地测量参考距离，并且
b)黑夜聚焦模式包括控制IR激光测距仪仅响应于聚焦触发信号被激活而在预定时间段期间测量参考距离，
iii)基于测量到的参考距离设置相机的聚焦距离。
以这种方式，可以在相机的白日操作和黑夜操作两者期间通过使用IR激光测距仪来采用主动AF，IR光不以任意主要方式影响由相机捕获到的图像。这转而大大地加速了在黑夜期间实现正确的聚焦的时间。
该方法可以进一步包括测量场景的光照水平的步骤，并且可以在光照水平高于预定的阈值的情况下控制相机以白日模式操作，并且在光照水平低于预定的阈值的情况下控制相机以黑夜模式操作。
可以通过对由相机或者由执行对场景中的光照水平的测量的照度计捕获到的图像的亮度进行估计来测量光照水平。以这种方式，相机可以接收相关输入，以便于选择正确操作模式以在变化的光照条件中捕获高质量图像。
IR激光测距仪可以通过发射具有900至910nm波长并且优选地具有905nm波长的IR激光脉冲来测量参考距离。使用IR光谱的此部分有助于保证激光器不会发射任意有害的辐射，而仍然允许激光测距仪能够在大多数普通监视场景中感兴趣的距离范围内执行距离测量。此外，使用IR光明显意味着在白日模式期间激光在由相机捕获到的图像中不可见。
预定时间段(在此期间激光测距仪测量黑夜聚焦模式期间的参考距离)可以是0.1至0.5秒。在此时间期间中，激光测距仪通常会能够找到参考距离，但是对由相机捕获到的图像的影响将是微小的。使用这样短的时间段还意味着相机没有时间开始适配参数以用于图像捕获以及基于在这样短的时间段期间捕获到的图像来对图像进行编码。
相机可以选择性地丢弃在预定时间段期间捕获到的图像。作为示例，相机可以替代地使用恰好在预定时间段开始之前捕获到的图像。来自相机的图像将看起来被冻结，但是因为这仅是非常短的时间，所以对于观察者是几乎不可察觉的。这进一步减小了相机适配任意参数以用于图像捕获并且基于包括来自IR激光测距仪的光的图像来对图像进行编码的风险。
聚焦触发信号的激活可以基于以下项中的一个或多个：指示相机移动的停止的输入，来自用户界面的请求相机重新聚焦的输入，来自图像分析器的指示场景中的预定变化的输入，以及来自被配置为根据预定时间进度表触发相机的重新聚焦的重新聚焦调度单元的输入。
指示相机的移动停止的输入转而可以包括以下项中的一个或多个：从相机移动传感器(优选地从加速度计和陀螺仪传感器中的一个或多个)接收指示相机的移动已经停止的输入，从摇摄倾斜传感器接收指示相机的摇摄倾斜移动已经停止的输入，从图像分析器接收指示相机相对于场景的移动已经停止的输入。
所有这些选项是其中很有可能需要调节相机的焦点并且其中能够使用IR激光测距仪以获得参考距离是有价值的情形的示例。各种输入基于已经可用或容易提供的相机功能和特征而容易找到。
聚焦的方法可以包括基于由相机捕获到的图像的对比度测量来执行对相机的聚焦距离的调节。换言之，被动的基于对比度的AF算法可以用于进一步改善相机的焦点设置，基于由激光测距仪对参考距离的测量基于聚焦距离设置。由于这种被动的基于对比度的聚焦方法将给出更精确的焦点设置，因此此布骤将甚至进一步改进由相机所捕获的图像的清晰度、并且由此改进其质量。
根据本发明的第二特征方面，由被布置为监视场景的相机实现以上目的，该相机包括：
红外IR截止滤光器，被布置为在白日模式阻止IR光到达相机，并且被布置为在黑夜模式允许IR光到达相机，
聚焦单元，用于设置相机的聚焦距离，聚焦单元包括IR激光测距仪，
其中，聚焦单元被布置为：
接收关于相机以白日模式操作还是以黑夜模式操作的输入，以及
如果相机以白日模式操作则选择白日聚焦模式，并且如果相机以黑夜模式操作则选择黑夜聚焦模式，其中
在白日聚焦模式下，聚焦单元被布置为控制IR激光测距仪连续地测量参考距离，并且
在黑夜聚焦模式下，聚焦单元被布置为控制IR激光测距仪仅响应于聚焦触发信号被激活而在预定时间段期间测量参考距离，
基于测量到的参考距离设置相机的聚焦距离。
相机可以进一步包括摇摄倾斜电机，被布置为移动相机以使得沿摇摄方向和倾斜方向中的至少一个方向移动相机的视场。
第二特征方面可以通常具有与第一特征方面相同的特征和优点。应该进一步注意的是本发明涉及特征的所有可能组合，除非另外明确地陈述。
通常，权利要求中使用的所有术语应该根据本领域通常含义来解释，除非本文另外明确限定。对于“一/一个/该[单元、事件、信号、步骤等]”的所有引用开放地解释为涉及所述单元、事件、信号、步骤等的至少一个实例，除非另外明确陈述。
附图说明
通过本发明的优选实施例的以下示意性和非限定性的具体实施方式、参考附图将更好理解本发明的以上以及额外的目的、特征和优点，其中，相同的参考数字将用于类似的元件，其中：
图1图示了装备有激光测距仪和IR截止滤光器的相机，以及
图2图示了使相机聚焦的方法。
具体实施方式
现在下文中将参照其中示出了本发明实施例的附图更完整地描述本发明。将描述本文所公开的操作期间的系统和设备。
图1示意性地图示了监视相机100。相机被布置为监视场景，并且包括图像捕获单元102和图像处理单元104。由图像处理单元104处理由图像捕获单元102捕获到的图像。图像处理单元104可被布置为提供：图像的噪声滤波以及其他增强，并且可以执行诸如视频运动检测之类的图像分析，以及图像的编码。图像处理单元的元件可以以软件或硬件方式实施。
图像捕获单元102包括聚焦单元106和图像传感器108。聚焦单元包括IR激光测距仪110。还提供了一个或多个聚焦透镜(为了清楚并未示出)。聚焦单元进一步包括以软件或硬件实施的用于控制聚焦单元的操作的元件。
图像捕获单元还包括IR截止滤光器112。IR截止滤光器是滤除红外IR光的光学滤波器。IR截止滤光器112处的双头箭头象征其可以在阻挡IR光到达相机(或更确切地图像传感器108)的第一位置与允许IR光到达相机(或更确切地图像传感器108)的第二位置之间移动。在图1中，IR截止滤波器112示出为放置在聚焦单元106的前方，但是在其他配置中，IR截止滤波器可以放置在聚焦单元106与图像传感器108之间。替代滤光器在阻挡位置和非阻挡位置之间物理地移动，IR截止滤光器还可以实施为可调的光学滤波器，其可以电子地控制以允许所选波长穿过或不穿过。
相机100具有白日功能和黑夜功能，即，其可以以白日模式操作以及以黑夜模式操作。当相机以白日模式操作时，IR截止滤光器将阻挡IR光到达相机，意味着由相机所输送的图像将使得任意IR输入不可见。在黑夜模式下，另一方面，将设置IR滤光器以允许IR光到达相机，由此使得相机输送包括IR输入的图像。如之前所提到的，在黑夜模式下相机对于光远远更敏感，但是另一方面将仅输送黑白图像。
相机将通常能够基于场景中光的量在白日模式和黑夜模式之间自动地切换，以使得在光的量高于阈值时选择白日模式，否则将选择黑夜模式。可以基于捕获到图像的通常由图像处理单元确定的亮度来确定场景中光的量、或者通过使用专用照度计测量光照水平来确定场景中光的量。照度计可以是相机的一部分，诸如由照度计116示意性地图示的，或者在相机的外部，例如放置在被监视场景的相关部分中。还可以提供在白日模式和黑夜模式之间切换的其他切换机制，诸如基于预定时间表的切换模式、基于用户输入或其他事件的切换模式。
聚焦单元106被布置为使相机聚焦，通常通过移动一个或多个聚焦透镜来设置允许相机捕获场景的清晰图像或者至少捕获图像的所选择的部分的聚焦距离。如之前所讨论的，相机可以使用诸如基于对比度的被动聚焦方法、或者主动聚焦方法、或者两者的组合。在本申请中，相机装备有IR激光测距仪110，其通过发射IR激光脉冲并且测量被反射的脉冲的传播时间来测量至场景中的对象的参考距离。随后由聚焦单元使用参考距离来设置聚焦距离。聚焦单元中的聚焦透镜的设置具有关于聚焦距离的预定关系，并且通常调节聚焦透镜的位置以使得将聚焦距离设置为参考距离。
应当注意的是，IR激光测距仪110通常被设置为朝相机的当前视场的中心区域中的场景部分发射激光脉冲，这是因为该场景部分通常是场景中的用户最感兴趣的部分。IR激光脉冲的波长的通常选择为900至910nm，其中905nm是最通常的选择。
基于相机以白日模式还是黑夜模式操作，聚焦单元选择白日聚焦模式或黑夜聚焦模式以进行其操作。聚焦单元还可以基于参考距离在所设置的聚焦距离周围执行额外的聚焦精调。这可以基于被动AF方法，诸如在稍微离开聚焦距离之处获取图像中的对比度测量。
当相机以黑夜模式操作时，聚焦单元将选择黑夜聚焦模式。在此模式下将仅在预定时间段期间响应于聚焦触发信号来操作激光器。当预定时间段结束时，只要没有激活新的聚焦触发信号，IR激光测距仪就不发射激光脉冲，即，相机聚焦单元就不从IR激光测距仪接收新的参考距离，直至再次激活聚焦触发信号。
这种操作IR激光器的方式将意味着来自激光器的IR光将尽可能小地影响捕获到的图像，而同时相比于仅使用被动的基于对比度的AF方法，在很可能需要相机重新聚焦的情形中仍然保持相机的更快速聚焦的优点。用于在黑夜聚焦模式下测量参考距离的预定时间段优选地非常短，诸如0.1至0.5秒。在30fps帧速率的情况下，IR光将仅存在于3至15个图像帧中，换言之，仅存在于非常低数目的帧中。
作为选项，相机可被设置为丢弃在IR激光器发射激光脉冲时的时间段期间捕获到的图像帧。从相机发送的图像流将随后在非常短的时间内看起来被冻结，用户很可能不会察觉。相机可以例如被设置为简单地重新发送恰好在预定时间段开始之前捕获到的图像帧。
相机100进一步包括摇摄倾斜电机114，其被布置为移动相机100以使得相机的视场沿摇摄(通常是水平的)或倾斜(通常是垂直的)方向中的至少一个方向移动。摇摄倾斜电机的控制可以例如经由用户界面发生，其中用户可以指导相机查看所选择的场景的部分。另一选项是控制摇摄倾斜电机以根据预定的电子巡更(guard tour)来移动相机的视场，诸如在多个预设位置之间移动相机的视场或者根据任意其他类型的预先指定的时间表的指令来移动相机的视场。摇摄倾斜电机还可以被设置为基于来自外部传感器(诸如检测场景一部分中的移动的PIR传感器)的触发信号来移动相机。
可以基于相机移动(通常相机视场沿摇摄方向或倾斜方向中的至少一个方向的移动)的停止来激活聚焦触发信号。通常的情形是摇摄倾斜电机已经移动了相机并随后停止，因此视场覆盖了场景的新部分。移动之前的焦点设置在该情形中通常不再正确，即，相机输送不清晰的图像。在该情形中重要的是快速再次聚焦，并且因此当检测到摇摄倾斜电机的移动已经停止时可以激活聚焦触发信号。聚焦触发信号可以因此基于指示相机的移动(通常是摇摄倾斜移动)已经停止的输入。IR激光测距仪随后在预定时间段期间快速地测量参考距离并且该距离用于设置聚焦距离。额外的被动的基于对比度的聚焦可以随后发生。
即使由于较短的可用时间而可能小于由IR激光测距仪所获得的优选参考距离，与仅使用基于对比度AF方法设置焦点相比，具有任意的参考距离测量显著降低了获得清晰图像的时间。能够基于此来设置可能小于优选参考距离的近似正确的聚焦距离还将在以下情形中具有显著优点：场景中的强光源使得基于对比度的聚焦基本不可能。
可以从摇摄倾斜电机自身(诸如从摇摄倾斜电机的控制器)接收关于摇摄倾斜电机已停止移动的输入，但是还可以由感测相机的移动的移动传感器(例如，加速度计或陀螺仪传感器)来检测这种移动和停止。另一选项是使用来自图像处理单元的输入，更具体地根据确定是否存在相机相对于场景的移动以及该移动是否已经停止的图像分析。执行这种分析的图像处理单元的部分可被表示为图像分析器，并且可以以硬件或软件方式实施，并且可以基于多个连续图像帧之间的比较来确定移动和移动的停止。
除指示相机停止移动之外的其他输入也可以用于激活聚焦触发信号。输入可以从用户界面接收，其中用户可以输入重新聚焦相机的请求。另一选项是基于场景图像的分析来激活聚焦触发信号，该分析指示一些种类的预定的改变或事件已经发生。图像处理单元可以执行此分析，再次使用表示为图像分析器的单元来检测此改变或事件。此单元可以以硬件或软件方式实施，并且此单元可以与用于检测相机相对于场景的已停止的移动所使用的单元相同或不同。预定的改变可以例如是对象进入当前并未聚焦于此的场景的一部分中。额外的输入还可以用于激活聚焦触发信号，诸如来自位于相机外部的传感器(例如，检测对象移动的PIR传感器)的输入。
图2图示了根据本发明实施例的方法200。在步骤202中，接收指示相机处于白日模式还是黑夜模式的输入。如果相机处于白日模式则在步骤204中选择白日聚焦模式，并且如果相机处于黑夜模式则在步骤206中选择黑夜聚焦模式。如果选择白日聚焦模式，IR激光测距仪则将在步骤208中连续地测量参考距离，并且如果选择黑夜聚焦模式，在步骤210中，IR激光测距仪则将仅响应于激活聚焦触发信号在预定时间段期间测量参考距离。最后，在步骤212中将基于测量到的参考距离来设置相机的聚焦距离。如上所述，还可以发生由被动的基于对比度的AF方法精调相机的焦点设置的额外步骤。
将理解的是本领域技术人员可以以多个方式修改上述实施例并且仍然使用如以上实施例中所示的本发明的优点。因此，本发明不应限定于所示实施例而是应该仅由所附权利要求限定。此外，如本领域技术人员所理解的，可以组合所示的实施例。

Claims (11)

1.一种使监视场景的相机(100)聚焦的方法，所述相机以白日模式和黑夜模式可操作，其中，红外IR截止滤光器(112)在所述白日模式下阻挡IR光到达所述相机，并且在所述黑夜模式下允许IR光到达所述相机，其中，所述方法包括：
i)接收(202)关于所述相机以所述白日模式操作还是以所述黑夜模式操作的输入，
ii)如果所述相机以所述白日模式操作则选择(204)白日聚焦模式，并且如果所述相机以所述黑夜模式操作则选择(206)黑夜聚焦模式，其中，
a)所述白日聚焦模式包括控制(208)IR激光测距仪(110)连续地测量参考距离，并且
b)所述黑夜聚焦模式包括控制(210)所述IR激光测距仪仅响应于聚焦触发信号被激活而在预定时间段期间测量所述参考距离，
iii)基于测量到的参考距离设置(212)所述相机的聚焦距离。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：测量所述场景的光照水平，并且在所述光照水平高于预定阈值的情况下控制所述相机以所述白日模式操作，并且在所述光照水平低于所述预定阈值的情况下控制所述相机以所述黑夜模式操作。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过对由所述相机或者由执行所述场景中的光照水平的测量的照度计(116)捕获到的图像的亮度进行估计来测量所述光照水平。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：所述IR激光测距仪通过发射具有900至910nm波长并且优选地具有905nm波长的IR激光脉冲来测量所述参考距离。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定时间段是0.1至0.5秒。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：所述相机丢弃在所述预定时间段期间捕获到的图像。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于以下项中的一个或多个来激活所述聚焦触发信号的步骤：
指示所述相机的移动停止的输入，
来自用户界面的请求所述相机的重新聚焦的输入，
来自图像分析器的指示所述场景中的预定改变的输入，以及
来自被配置为根据预定时间进度表触发所述相机的重新聚焦的重新聚焦调度单元的输入。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，基于指示所述相机的摇摄倾斜移动停止的输入来激活所述聚焦触发信号的步骤包括以下项中的一个或多个：
从相机移动传感器，优选地从加速度计和陀螺仪传感器中的一个或多个接收指示所述相机的移动已经停止的输入，
从摇摄倾斜电机(114)接收指示所述相机的移动已经停止的输入，
从图像分析器接收指示所述相机相对于所述场景的移动停止的输入。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于由所述相机捕获到的图像的对比度测量来执行对所述相机的聚焦距离的调节。
10.一种被布置为监视场景的相机(100)，包括：
红外IR截止滤光器(112)，被布置为在白日模式下阻挡IR光到达所述相机，并且被布置为在黑夜模式下允许IR光到达所述相机，
聚焦单元(106)，用于设置所述相机的聚焦距离，所述聚焦单元包括IR激光测距仪(110)，
其中，所述聚焦单元被布置为：
接收关于所述相机以所述白日模式操作还是以所述黑夜模式操作的输入，并且
如果所述相机以所述白日模式操作则选择白日聚焦模式，并且如果所述相机以所述黑夜模式操作则选择黑夜聚焦模式，其中
在所述白日聚焦模式下，所述聚焦单元被布置为控制所述IR激光测距仪连续地测量参考距离，并且
在所述黑夜聚焦模式下，所述聚焦单元被布置为控制所述IR激光测距仪仅响应于聚焦触发信号被激活而在预定时间段期间测量所述参考距离，
基于测量到的参考距离设置所述相机的所述聚焦距离。
11.根据权利要求10所述的相机，进一步包括：摇摄倾斜电机，被布置为移动所述相机以使得所述相机的视场沿摇摄方向和倾斜方向中的至少一个方向移动。
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