CN108574824A - 成像系统及监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像系统及监控系统，属于监控技术领域。该成像系统包括：并列设置的第一成像装置和第二成像装置，第一成像装置包括前后依次设置的第一镜头和第一图像传感器；第二成像装置包括前后依次设置的第二镜头、第三镜头和第二传感器；且第三镜头还连接有运动元件，运动元件控制第三镜头在保持第三镜头的物方焦平面与第二镜头的虚拟靶面共面的情况下平移。第一成像装置用于呈现目标区域的整体图像，第二成像装置用于呈现目标区域的局部图像，且第一成像装置和第二成像装置相对独立，因此当目标区域中不存在预设对象时不再记录局部高清图像，进而有效提高图片信息处理效率；对镜头中图像传感器的像素数没有过高的要求，节省设备投资。

Description

成像系统及监控系统

技术领域

本发明涉及监控技术领域，特别涉及一种成像系统及监控系统。

背景技术

随着人们安全意识的逐步提升，能够有效监督生产秩序和生活环境的监控系统已经成为城市建设中的重要组成部分。常用监控系统包括图像采集装置、图像显示装置以及存储装置。通过在街道、商场、银行等场所架设监控摄像机，对目标区域进行图像采集，之后由电缆等传输装置将所采集的图像数据传送至图像显示装置并呈现图像以供监视，实现了对目标区域的监控。更具体地，在图像采集过程中，监控摄像机通过一系列光学元件在图像传感器上成像，图像传感器将光信号转化为电子信号实现后续数据传输。在使用监控系统时，除了对动态事件的监控，通常还需要对监控系统所采集到的图像进行放大分析，例如嫌疑犯面部识别、违章车辆车牌号码识别等。监控系统的这一功能为侦破犯罪行为保留了强有力证据，也使得监控系统具有极高的应用价值。但由于镜头的物理性质存在一定局限性，具体而言，镜头的视场角与焦距成反比。进一步地，由于镜头的视场角决定了该镜头可拍摄到的区域范围，而镜头的焦距决定了该距离下像的大小，因此不难发现，监控系统的镜头往往能够对较大观测范围内的活动进行监控，但却难以清晰记录整个观测区域内事物(例如人脸、车牌等)的具体特征，且目标所占的像素数固定，导致放大后的图片模糊不清，无法对细节进行取证，使得监控视频失去了本来应有的价值。

针对以上问题现有技术提供了一种广角监控镜头，该广角监控镜头在使用时可全程录制高像素图像，因此兼顾了高像素以及大视场角。具体而言，大视场角是广角镜头的原有优势，而高像素则是通过提高广角监控镜头中所配备的图成像传感器的像素来实现。

实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

上述现有技术中的广角监控镜头在使用时由于所录制的监控图像全程均为高像素图像，因此明显增加了数据处理的难度，同时所录制的视频占用较大的存储空间。

发明内容

为了解决现有技术中监控用镜头生成图像数据处理难度大的问题，本发明实施例提供了一种可同时实现大范围监控与清晰局部监控的成像系统和监控系统，所述技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种成像系统，所述成像系统包括：并列设置的第一成像装置和第二成像装置，其中，所述第一成像装置包括前后依次设置的第一镜头和第一图像传感器；所述第二成像装置包括前后依次设置的第二镜头、第三镜头和第二传感器；所述第二镜头的虚拟靶面位于所述第三镜头的物方焦平面，所述第二镜头的虚拟靶面所成的图像范围与所述第一图像传感器所成的图像范围对应，所述第三镜头在其物方焦平面上的物方尺寸小于所述虚拟靶面的尺寸，且所述第三镜头在所述第二图像传感器上的像方尺寸大于所述第三镜头的所述物方尺寸；所述第三镜头还连接有运动元件，所述运动元件用于使得所述第三镜头移动而使其物方焦平面在所述第二镜头的虚拟靶面上移动。

优选地，所述第一成像装置与所述第二成像装置之间的间距小于等于20cm；和/或所述第二镜头的视场角比所述第一镜头的视场角大至少5°。

优选地，所述第三镜头的像方尺寸对应的面积为所述第三镜头的物方尺寸对应的面积的2～10倍。

优选地，所述虚拟靶面的尺寸对应的面积是所述第三镜头的物方尺寸对应的面积的20倍以上。

优选地，所述运动元件可控制所述第三镜头沿水平和竖直两个方向平移。

优选地，所述第二成像装置包括至少两个第三镜头，且所述至少两个第三镜头的光轴彼此平行设置。

优选地，所述系统还包括控制器，所述第一图像传感器、第二图像成像传感器、运动元件与所述控制器信号相连，所述控制器用于接收所述第一图像传感器所成的第一图像，并通过图像分析获取预定对象的图像在所述第一图像中的位置，根据所述位置控制所述位移元件将所述第三镜头平移，从而使所述第二传感器所成的第二图像中包括所述预定对象的图像。

优选地，所述成像系统还包括控制器，所述控制器与所述运动元件信号相连，用于控制所述运动元件使得所述第三镜头平移，且所述第三镜头循环采集所述虚拟靶面上不同区域的成像。

优选地，所述第一镜头为广角镜头。

优选地，所述第二镜头为像方远心镜头，所述第三镜头为物方远心镜头。

优选地，所述第一成像装置为摄像装置，所述第二成像装置为照相装置。

第二方面，本发明实施例还提供了一种监控系统，所述监控系统包括：图像采集装置、显示装置以及存储装置，且所述图像采集装置包括第一方面中所述的成像系统。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过第一成像装置采集目标区域的整体图像，第二成像装置采集目标区域的局部图像，进一步地通过不同功能的成像装置间相互配合实现了对目标区域整体监控的同时还可提供目标区域局部的清晰图像。且第一成像装置和第二成像装置相对独立，因此当目标区域中没有预设对象出现时无需持续记录高清图像，即无需采集没有观测价值的信息，从而有效提高了图片信息处理效率，且对镜头中图像传感器的像素数没有过高的要求，节省设备投资。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种镜头组结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种监控系统示意图。

附图中各个标记分别为：

1.第一成像装置；11.第一镜头；12.第一传图像传感器；

2.第二成像装置；21.第二镜头；211.虚拟靶面；22.第三镜头；221.运动元件；23.第二图像传感器；

Ⅰ.图像采集装置；Ⅱ.显示装置；Ⅲ.存储装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种成像系统，具体参见图1，该成像系统包括：并列设置的第一成像装置1和第二成像装置2，其中，第一成像装置1用于呈现目标区域的整体图像，包括前后依次设置的第一镜头11和第一图像传感器12；第二成像装置2用于呈现目标区域的局部图像，包括前后依次设置的第二镜头21、第三镜头22和第二传感器23；第二镜头21的虚拟靶面211所成的图像范围与第一图像传感器12所成的图像范围对应，且第二镜头21的虚拟靶面211位于第三镜头22的物方焦平面，第三镜头22在其物方焦平面上的物方尺寸小于虚拟靶面的尺寸，且第三镜头22在第二图像传感器23上的像方尺寸大于第三镜头22的物方尺寸；

第三镜头22还连接有运动元件221，运动元件221用于使得第三镜头22移动而使其物方焦平面在第二镜头21的虚拟靶面上移动。

需要说明的是，此处虚拟靶面211为第二镜头21的虚拟成像面。通常将与镜头配合的图像传感器的感光面称之为靶面，镜头在图像传感器的靶面上成像，之后图像传感器将光信号转化为电子信号。在本发明实施例中，第二镜头21与第三镜头22之间以光信号的形式传递信息，因此在第二镜头21和第三镜头22之间没有设置图像传感器。但为了清楚、简洁地描述本发明实施例所提供技术方案，将第二镜头21原本应设置靶面的位置称之为第二镜头21的虚拟靶面211，且第二镜头21在该虚拟靶面211上光学成像。

在工作时，第一镜头11以及第二镜头21均可采集目标区域的整体图像，其中，第一镜头11所采集图像呈现在第一图像传感器12上，为第一图像。第二镜头21所采集图像呈现在虚拟靶面211上；进一步地，该虚拟靶面211上的成像作为第三镜头22的观测物，并由第三镜头22将图像呈现在第二图像传感器23上，为第二图像。通过观察第一成像装置1采集的图像，当目标区域中出现预定对象时，例如行人、车辆等，控制第二成像装置2中的运动元件221将第三镜头22移动至合适位置，使得第三镜头22的观测范围包括预定对象，并进行图像采集。最终第三图像传感器23将光信号转变为电子信号，并传输至数据处理装置进行显示或存储。当需要对目标区域的局部进行图像分析时，通过第二成像装置2采集的局部图像进行分析即可。

综上本发明实施例所提供的成像系统通过不同功能的成像装置间相互配合实现了对目标区域整体监控的同时还可提供目标区域局部清晰图像的技术效果。且第一成像装置1和第二成像装置2相对独立，因此当目标区域中没有预设对象出现时无需顺利记录高清图像，即无需采集没有观测价值的信息，从而有效提高了图片信息处理效率，对镜头中图像传感器的像素数也没有过高要求，例如可选用市场上像素数普通的图像传感器而不需要选用超高像素的图像传感器，因而节省设备投资。

其中，对于第一镜头11的类型不做具体限定，作为本发明实施例的一种可选方式，第一镜头11采用视场角较大的广角镜头，与常规镜头相比，广角镜头能够监控更大范围的目标区域。

此外需要说明的是，为了使得第二成像装置2能够呈现第一成像装置1所采集图像中的某一局部，需保证第二镜头21的虚拟靶面211所成的图像范围与第一成像装置1中第一图像传感器12所成的图像范围对应。换言之，第二镜头21的虚拟靶面211上所成的图像包括或基本包括了第一图像传感器12上的第一图像，因此通过第三镜头22可以将目标区域中不同的部分图像放大并在第二图像传感器23上形成第二图像，该第二图像的部分或者全部包含于第一图像中。为了实现这一技术效果，可对第一成像装置1和第二成像装置2做出如下限定：

1、第一成像装置1与第二成像装置2之间的间距小于等于20cm；

2、第二镜头21的视场角比第一镜头11的视场角大至少5°。

本领域技术人员可以理解的是，在本发明实施例中，由于第一成像装置1与第二成像装置2并列设置，即第一镜头11和第二镜头21的光轴不重合。因此为了保证虚拟靶面211上成像的范围包括第一图像传感器12第一图像的成像范围，需尽可能缩小第一成像装置1与第二成像装置2之间的间距，二者间距越小，所能采集到的图像区域范围重合越多。进一步地，第二镜头21的视场角大于第一镜头11的视场角，同样保证了第二镜头21的观测范围尽可能包括第一镜头11的观测范围。

第二成像装置2作为局部图像采集装置，是本发明实施例所提供的成像系统中的重要组件。该第二成像装置2包括前后依次设置的第二镜头21、第三镜头22和第二传感器23。其中，第二镜头21对目标区域进行整体图像采集，并在虚拟靶面211上成像；第三镜头22使得虚拟靶面211上光线通过，即第三镜头22将虚拟靶面211上的成像作为观测物，进一步将其成像显示在第二图像传感器23上。需要说明的是，该虚拟靶面211所在平面为第二镜头21的像方焦平面，此时虚拟靶面211上的成像最为清晰；同时将第三镜头22的物方焦平面同样设置在虚拟靶面211处，可保证第三镜头22在第二图像传感器23上的呈现清晰的局部图像。

进一步地，第三镜头22在其物方焦平面上的物方尺寸小于虚拟靶面的尺寸，且第三镜头22在第二图像传感器23上的像方尺寸大于第三镜头22的物方尺寸。物方尺寸指镜头在物方拍摄的范围，在本发明实施例中，第三镜头22的物方尺寸为第三镜头22在第三镜头22的物方焦平面上拍摄范围的尺寸；像方尺寸指镜头在像方成像的范围，在本发明实施例中，第三镜头22的像方尺寸为第三镜头22在第二图像传感器23上的成像尺寸。并且此处需要说明的是，一个尺寸小于另一个尺寸，具体是指前者的长、宽和面积均小于后者。但特别地，当前者的面积小于后者的面积时，包含了前者的长或宽与后者相等的情况。

因此本领域技术人员可以理解的是，在本发明实施例中，一方面，第三镜头22一次只可观测虚拟靶面211上成像的一部分；另一方面，第三镜头22将虚拟靶面211上的某一部分放大后成像在第二图像传感器23上。更具体地，第三镜头22的物方尺寸与虚拟靶面211的尺寸之比小于等于0.05，即第三镜头22每次可观测的区域范围最大为虚拟靶面211上的成像范围的1/20。且对于第三镜头22的放大倍率不做具体限定，可以为2～10倍之间。综合这两点限定，不难看出通过该第二成像装置2将目标区域中的局部进行了放大成像，进而得到局部图像。并且第二成像装置2中第二镜头21和第三镜头22之间以光信号的形式进行信息传递，有效避免信息遗漏，使得该第二成像装置2可以完整、全面地呈现出目标区域的局部图像。

在本发明实施例所提供的成像系统的工作过程中，第三镜头22的移动由运功控制元件23控制实现。具体地，运动元件221使得第三镜头22在保持第二镜头21的虚拟靶面211位于第三镜头22的物方焦平面的情况下平移。更具体地，第三镜头22通过沿水平和竖直两个方向平移，如此第三镜头22能够移动至虚拟靶面211的任一位置，进而观测、放大虚拟靶面211上不同的区域。并且与转动等移动形式相比，平移的运动方式更易控制，在制动和制停时不易出现第三镜头22移位不足或移位过度的情况，保证第三镜头22运动准确，呈现包含有预定对象的局部图像。并且该第二成像装置2可以包含至少两个第三镜头22，例如2个、3个、4个等，至少两个第三镜头22的光轴彼此平行设置，且每个第三镜头22均连接有运动元件221。进一步地，对于第三镜头22与运动元件221的对应关系不做限定，例如多个第三镜头22共用一个运动元件221，或者每个第三镜头22均对应有唯一的运动元件221。其中对于运动元件221的类型不做具体限定，例如采用马达。

进一步地，关于运动元件221的控制方式，具有多种形式，例如人工控制、软件控制等。作为本发明实施例的一种可选方式，该成像系统还包括控制器，第一图像传感器12、第二图像成像传感器23、运动元件221与控制器信号相连，控制器用于接收第一图像传感器所成的第一图像，并通过图像分析获取预定对象的图像在第一图像中的位置，根据位置控制位移元件221将第三镜头22平移，从而使第二传感器所成的第二图像中包括预定对象的图像。不难看出，通过配备控制器有助于建立起第一图像和虚拟靶面211上成像的对应关系，便于定位预设对象，进而实现准确移动第三镜头22至合适位置，使得第二图像传感器23上的第二图像包含有预设对象。

作为本发明实施例的另一种可选方式，该成像系统还包括控制器，该控制器与运动元件221信号相连，用于控制运动元件221使得第三镜头22平移，且第三镜头22循环采集虚拟靶面211上不同区域的成像，并放大呈现在第二图像传感器23上。其中，对第二镜头23的循环周期不做具体限定，例如2min、4min、6min等。进一步地，对于第三镜头22的图像采集顺序同样不做具体限定，例如以从左至右的顺序采集虚拟靶面211上的成像，或以从上到下的顺序采集虚拟靶面211上的成像，且第三镜头23可采集虚拟靶面211上的部分成像或全部成像。通过控制器控制第三镜头22进行循环式图像采集，可相对全面地记录下目标区域的局部情况，且该操作形式较为简单，易于实现。与现有技术中全程录制高清视频的监控方式相比，循环采集图像的方式同样在一定程度上减少了低利用价值图像的采集和存储，便于图像信息的后期处理。

综上，通过移动第三镜头22使得该第二成像装置2可以完整、全面地呈现目标区域中的某一局部，且该第三镜头22便于控制、操作可靠。

进一步地，由于第二成像装置2所采集的图像往往用于比对、识别，因此如何保证图像准确显示出预设对象的细节同样是本发明实施例所提供的技术方案关注的问题。作为本发明实施例的一种可选方式，对第二成像装置2中的镜头类型进行限定。具体地，第二镜头21采用像方远心镜头，像方远心镜头为在镜头的物方焦平面上设置有孔径光阑的光学装置，像方远心镜头的出射光线为平行光线，因此其成像的照度均匀性更佳，所成图像上不易出现阴影，因此可有效避免第二成像装置2所采集的图像因图像照度差异过大造成不易辨别的情况。第三镜头22采用物方远心镜头，物方远心镜头为在镜头的像方焦平面上设置有孔径光阑的光学装置，与传统镜头相比，物方远心镜头的成像畸变小、影像质量好，保证呈现在第二图像传感器23上的第二图像能够真实客观地反映目标区域的局部细节。

在实用本发明实施例所提供的成像系统时，作为一种可选方式，第一成像装置1为摄像装置，第二成像装置2为照相装置。具体地，由第一成像装置1记录目标区域的动态情况，并将图像信息传送至数据处理装置且呈现在显示器上。通过第一成像装置1所呈现的动态图像，确定预定对象是否进入目标区域，当预定对象出现时，启动运动元件221使得第三镜头22移动到合适位置。

综上，本发明实施例所提供的成像系统通过不同功能的成像装置相互配合，实现了在整体监控的同时提供局部图像的目的，并且第一成像装置和第二成像装置相对独立，因此仅需在目标区域中出现预设对象时记录局部高清图像，节省了无效图像信息所占空间，进而有效提高图片信息处理效率。进一步地，该成像系统通过改善硬件实现上述技术效果，因此对镜头中图像传感器的像素数没有过高要求，节省设备投资。同时该装置便于操作，定位效果良好，可提供准确的局部图像。

第二方面，本发明实施例还提供了一种应用有第一方面所提供成像装置的监控系统，参见图2，该监控系统包括：图像采集装置Ⅰ、显示装置Ⅱ以及存储装置Ⅲ，其中，图像采集装置Ⅰ包括了第一方面所提供的成像系统。具体地，该监控系统在使用时，通过图像采集装置Ⅰ对目标区域进行图像采集，并将图像信息传输至显示装置Ⅱ进行显示以供工作人员进行监控，同时该监控系统可将采集整体图像和局部图像存储在存储装置Ⅲ中，以便后续调取。

该监控系统可以广泛地安装在街道、商场等公共区域，在对目标区域进行动态监控的同时还可以提供目标区域的清晰局部图像，且所述局部图像可供实时或后续比对、识别。例如，该监控系统记录下某嫌疑犯经过的画面以及该嫌疑犯的面部清晰图像，通过比对面部图像，有助于确定该嫌疑犯的身份；或者该监控系统记录下某疑似肇事车辆驶过的画面，通过局部清晰图像可以识别车牌号码，为侦破案件提供有力证据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：并列设置的第一成像装置和第二成像装置，其中，

所述第一成像装置包括前后依次设置的第一镜头和第一图像传感器；

所述第二成像装置包括前后依次设置的第二镜头、第三镜头和第二图像传感器；

所述第二镜头的虚拟靶面位于所述第三镜头的物方焦平面，所述第二镜头的虚拟靶面所成的图像范围与所述第一图像传感器所成的图像范围对应，所述第三镜头在其物方焦平面上的物方尺寸小于所述虚拟靶面的尺寸，且所述第三镜头在所述第二图像传感器上的像方尺寸大于所述第三镜头的所述物方尺寸；

所述第三镜头还连接有运动元件，所述运动元件用于使得所述第三镜头移动而使其物方焦平面在所述第二镜头的虚拟靶面上移动。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第一成像装置与所述第二成像装置之间的间距小于等于20cm；和/或所述第二镜头的视场角比所述第一镜头的视场角大至少5°。

3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第三镜头的像方尺寸的对应面积为所述第三镜头的物方尺寸的对应面积的2～10倍。

4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述虚拟靶面的面积是所述第三镜头的物方尺寸的对应面积的20倍以上。

5.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述运动元件可控制所述第三镜头沿水平和竖直两个方向平移。

6.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第二成像装置包括至少两个第三镜头，且所述至少两个第三镜头的光轴彼此平行设置。

7.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述系统还包括控制器，所述第一图像传感器、第二图像成像传感器、运动元件与所述控制器信号相连，

所述控制器用于接收所述第一图像传感器所成的第一图像，并通过图像分析获取预定对象的图像在所述第一图像中的位置，根据所述位置控制所述位移元件将所述第三镜头平移，从而使所述第二传感器所成的第二图像中包括所述预定对象的图像。

8.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括控制器，所述控制器与所述运动元件信号相连，用于控制所述运动元件使得所述第三镜头平移，且所述第三镜头循环采集所述虚拟靶面上不同区域的图像。

9.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第二镜头为像方远心镜头，所述第三镜头为物方远心镜头。

10.根据权利要求9所述的成像系统，其特征在于，所述第一镜头为广角镜头。

11.根据权利要求1～10其中任一项所述的成像系统，其特征在于，所述第一成像装置为摄像装置，所述第二成像装置为照相装置。

12.一种监控系统，所述监控系统包括：图像采集装置、显示装置以及存储装置，其特征在于，所述图像采集装置包括权利要求1～11其中任一项所述的成像系统。