CN109120830B - 一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法，通过设置镜头、图像传感器以及线路板的连接形式、材料与尺寸，使得镜头安装面与图像传感器成像面之间的距离在任意工作温度下均保持不变，实现对镜头的机械后焦进行自适应补偿。本发明利用材料的固有温度特性，镜头的机械后焦补偿量是随温度变化自动匹配，视频在任何工作温度下均是清晰的，实用性强；本发明利用材料的固有温度特性，镜头的机械后焦补偿量是随温度变化自动发生，无需人工干预控制，主动性好；本发明利用材料的温度特性，省去了电机等传动调整元器件，大大降低了成本。

Description

一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法

技术领域

本发明属于安防视频监控领域，尤其是涉及一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法。

背景技术

随着安防监控领域对摄像机产品要求的提高，尤其是道路监控、人脸识别等一些特殊应用场景，不仅需要常规的视频监控，更需要比较清晰的视频及图像以进行智能分析，比如车牌识别、车辆违法识别(未系安全带、打电话等)、人脸识别等智能分析，为特殊客户提供专业的服务。但现有的摄像机产品在工作的环境温度变化后，视频普遍会变得不清晰，相关的一些视频智能分析功能有效性大大降低，甚至功能失效。

温度变化引起视频变得不清晰，其根本原因是因为材料热胀冷缩引起镜头的机械后焦发生了较大变化，进而导致图像传感器无法获得合适的视频源信号。对此问题，现有产品基本上有3种应对技术措施：

1、镜头的机械后焦是固定值，无法调整，通过选择性能良好的镜头或图像传感器，使得温度变化后的视频清晰度即使有降低，但还在可接受的范围内。这种措施的缺点是成本高，未从根本上解决视频清晰度降低的问题，只是减轻了模糊现象。

2、镜头的机械后焦是固定值，无法调整，其使用镜头或图像传感器也非特殊选择，温度变化后的视频清晰度降低，此时需要终端客户在此情况下对镜头进行重新聚焦操作。这种措施的缺点是给终端客户的使用带来巨大麻烦，需要在使用过程中频繁对镜头进行聚焦操作，非常不便。

3、镜头的机械后焦是可调整的，但需要终端客户人工干预控制，不是自动调节。这种措施虽然实施起来已经是非常方便，但缺点是成本高，而且是被动控制，即在发现视频模糊后进行人为控制下的自动调整。

综上，现有产品针对温度引起的视频模糊问题，存在以下问题：①成本高；②被动调节；③机械后焦会改变。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法，以解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法，通过设置镜头、图像传感器以及线路板的连接形式、材料与尺寸，使得镜头安装面与图像传感器成像面之间的距离在任意工作温度下均保持不变，实现对镜头的机械后焦进行自适应补偿。

进一步的，所述镜头固定在镜头安装面板上，图像传感器设置在线路板上，线路板支撑柱前端与线路板后端连接，线路板前端与镜头安装面板之间设有弹簧，弹簧套接在镜头安装面板的带螺纹固定柱上，螺钉依次穿过线路板支撑柱、线路板、弹簧，最终旋紧固定在镜头安装面板的带螺纹固定柱上；当线路板支撑柱尺寸发生变化，图像传感器及线路板在弹簧力的作用下，相对于镜头的安装面移动，使得镜头的安装面与线路板支撑柱后端之间的距离变化值与线路板支撑柱后端与图像传感器成像面之间的距离变化值相等，则镜头安装面与图像传感器成像面之间的距离保持不变。

进一步的，所述镜头固定在镜头安装面板上，图像传感器设置在线路板上，线路板通过线路板支撑板以及线路板固定底座安装在镜头安装面板上，当温度发生变化时，镜头的安装面与线路板支撑板后端之间的距离变化值与图像传感器成像面与线路板支撑板后端之间的距离变化值相等，则镜头安装面与图像传感器成像面之间的距离保持不变。

进一步的，所述镜头固定在镜头安装面板上，图像传感器设置在线路板上，线路板通过连接支架、线路板固定板连接固定在镜头安装面板上，当温度变化时，镜头的安装面与镜头安装面板前端之间的距离变化值与镜头安装面板前端与图像传感器成像面之间的距离变化值相等，则镜头安装面与图像传感器成像面之间的距离保持不变。

相对于现有技术，本发明所述的一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法具有以下优势：

(1)本发明利用材料的固有温度特性，镜头的机械后焦补偿量是随温度变化自动匹配，视频在任何工作温度下均是清晰的，实用性强；

(2)本发明利用材料的固有温度特性，镜头的机械后焦补偿量是随温度变化自动发生，无需人工干预控制，主动性好；

(3)本发明利用材料的温度特性，省去了电机等传动调整元器件，大大降低了成本。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是镜头与图像传感器之间的位置关系图；

图2是实施方式I图；

图3是实施方式II图；

图4是实施方式III图；

附图标记说明：1-镜头；2-线路板；3-图像传感器；4-第一镜头安装面板；5-线路板支撑柱；6-螺钉；7-弹簧；8-第二镜头安装面板；9-线路板支撑板；10-线路板固定底座；11-连接支架；12-线路板固定板；13-第三镜头安装面板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法，利用材料的热涨冷缩特性，且材料的收缩量或膨胀量与温度变化值是严格匹配的，因此可通过准确设计镜头与图像传感器之间各连接结构的材料与尺寸，使得摄像机在任意的工作温度下，镜头与图像传感器之间的距离(镜头机械后焦值)保持不变。从而使得在任意的工作温度下，摄像机输出的视频或图像均是清晰的。

如图1所示，镜头安装面A与图像传感器成像面C之间的距离，即为镜头的机械后焦值。本发明使用的机械后焦自适应补偿方法，其实施原理为通过准确设计镜头1、图像传感器3与线路板2之间的连接形式、材料与尺寸大小，利用的是材料的温度固有属性——膨胀系数，使得镜头安装面A与图像传感器成像面C之间的距离在任意工作温度下，均保持不变。从而实现在任意工作温度下，摄像机产品均可提供清晰的视频或图像。

具体的实施过程中，有I、II、III共三种实施方式，均可达到补偿镜头机械后焦值的目的。

实施方式I：如图2所示，镜头1固定在第一镜头安装面板4上，图像传感器3及线路板2通过线路板支撑柱5、螺钉6、弹簧7弹性固定在第一镜头安装面板4上。在线路板支撑柱5尺寸发生变化时，图像传感器3及线路板2可在弹簧力的作用下，相对于基准面A可做移动。在温度发生变化时，基准面A与及基准面B之间的距离变化了ΔAB(变大时ΔAB为正值，变小时ΔAB为负值)，基准面B与基准面C之间的距离变化了ΔBC(变大时ΔBC为正值，变小时ΔBC为负值)。根据连接关系可知只要使得ΔAB＝ΔBC，基准面A与基准面C之间的距离就会保持不变。

实施方式I的具体的设计过程如下：镜头1的机械后焦高度L_AC为已知的标准值,假设已经确定了镜头安装面板4的AD间高度尺寸为L_AD，镜头安装面板4制作原材料的线膨胀系数为ε₄；线路板2的CE间的高度尺寸为L_CE，线路板2制作原材料的线膨胀系数为ε₂；螺钉6制作原材料的线膨胀系数为ε₆,线路板支撑柱5制作原材料的线膨胀系数为ε₅，待确定的线路板支撑柱5的BE间的高度尺寸为L_BE。根据连接关系可知螺钉6的CD间的高度尺寸为L_CD＝L_AC-L_AD,螺钉6的BD间的高度尺寸为L_BD＝L_BE+L_CE+(L_AC-L_AD)。

假设工作温度变化了Δt(单位为℃)，则基准面A、B之间的热涨冷缩距离变化值ΔAB是镜头安装面板4的AD间热涨冷缩值与螺钉6的BD间的热胀冷缩值之和，即：

ΔAB＝L_AD·ε₄·Δt+L_BD·ε₆·Δt

ΔAB＝L_AD·ε₄·Δt+[L_BE+L_CE+(L_AC-L_AD)]·ε₆·Δt

基准面B、C之间的热涨冷缩距离变化值ΔBC是线路板支撑柱5的BE间热涨冷缩值与线路板2的CE间的热胀冷缩值之和，即：

ΔBC＝L_BE·ε₅·Δt+L_CE·ε₂·Δt

令ΔAB＝ΔBC,即可求出线路板支撑柱5的BE间的高度尺寸L_BE，即：

实施方式II：如图3所示，镜头1固定在第二镜头安装面板8上，图像传感器3及线路板2通过线路板支撑板9、线路板固定底座10连接固定在第二镜头安装面板8上。在温度发生变化时，基准面A与及基准面F之间的距离变化了ΔAF(变大时ΔAF为正值，变小时ΔAF为负值)，基准面F与基准面C之间的距离变化了ΔFC(变大时ΔFC为正值，变小时ΔFC为负值)。根据连接关系可知只要使得ΔAF＝ΔFC，基准面A与基准面C之间的距离就会保持不变。

实施方式II的具体的设计过程如下：镜头1的机械后焦高度L_AC为已知的标准值,假设已经确定了第二镜头安装面板8的AG间高度尺寸为L_AG，第二镜头安装面板8制作原材料的线膨胀系数为ε₈；线路板2的CE间的高度尺寸为L_CE，线路板2制作原材料的线膨胀系数为ε₂；线路板支撑板9制作原材料的线膨胀系数为ε₉,线路板固定底座10制作原材料的线膨胀系数为ε₁₀，待确定的线路板支撑板9的FE间的高度尺寸为L_FE。根据连接关系可知线路板固定底座10的FG间的高度尺寸为L_FG＝L_AC+L_CE+L_FE-L_AG。

假设工作温度变化了Δt(单位为℃)，则基准面A、F之间的热涨冷缩距离变化值ΔAF是第二镜头安装面板8的AG间热涨冷缩值与线路板固定底座10的FG间的热胀冷缩值之和，即：

ΔAF＝L_AG·ε₈·Δt+L_FG·ε₁₀·Δt

ΔAF＝L_AG·ε₈·Δt+[L_AC+L_CE+L_FE-L_AG]·ε₁₀·Δt

基准面F、C之间的热涨冷缩距离变化值ΔFC是线路板支撑板9的FE间热涨冷缩值与线路板2的CE间的热胀冷缩值之和，即：

ΔFC＝L_FE·ε₉·Δt+L_CE·ε₂·Δt

令ΔAF＝ΔFC,即可求出线路板支撑板9的FE间的高度尺寸L_FE，即：

实施方式III：如图4所示，镜头1固定在第三镜头安装面板13上，图像传感器3及线路板2通过连接支架11、线路板固定板12连接固定在第三镜头安装面板13上。在温度发生变化时，基准面A与及基准面H之间的距离变化了ΔAH(变大时ΔAH为正值，变小时ΔAH为负值)，基准面H与基准面C之间的距离变化了ΔHC(变大时ΔHC为正值，变小时ΔHC为负值)。根据连接关系可知只要使得ΔAH＝ΔHC，基准面A与基准面C之间的距离就会保持不变。

实施方式III的具体的设计过程如下：镜头1的机械后焦高度L_AC为已知的标准值,假设已经确定了线路板固定板12的CJ间高度尺寸为L_CJ，线路板固定板12制作原材料的线膨胀系数为ε₁₂；连接支架11制作原材料的线膨胀系数为ε₁₁,第三镜头安装面板13制作原材料的线膨胀系数为ε₁₃，待确定的第三镜头安装面板13的AH间的高度尺寸为L_AH。根据连接关系可知零件11的HJ间的高度尺寸为L_HJ＝L_AH+L_AC-L_CJ。

假设工作温度变化了Δt(单位为℃)，则基准面A、H之间的热涨冷缩距离变化值ΔAH是第三镜头安装面板13的AH间热涨冷缩值，即：

ΔAH＝L_AH·ε₁₃·Δt

基准面H、C之间的热涨冷缩距离变化值ΔHC是线路板固定板12的CJ间热涨冷缩值与连接支架11的HJ间的热胀冷缩值之和，即：

ΔHC＝L_CJ·ε₁₂·Δt+L_HJ·ε₁₁·Δt

ΔHC＝L_CJ·ε₁₂·Δt+(L_AH+L_AC-L_CJ)·ε₁₁·Δt

令ΔAH＝ΔHC,即可求出第三镜头安装面板13的AH间的高度尺寸L_AH，即：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (3)

1.一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法，其特征在于：通过设置镜头、图像传感器以及线路板的连接形式、材料与尺寸，使得镜头安装面与图像传感器成像面之间的距离在任意工作温度下均保持不变，实现对镜头的机械后焦进行自适应补偿；

所述镜头固定在镜头安装面板上，图像传感器设置在线路板上，线路板支撑柱前端与线路板后端连接，线路板前端与镜头安装面板之间设有弹簧，弹簧套接在镜头安装面板的带螺纹固定柱上，螺钉依次穿过线路板支撑柱、线路板、弹簧，最终旋紧固定在镜头安装面板的带螺纹固定柱上；

当温度发生变化时，线路板支撑柱尺寸发生变化，图像传感器及线路板在弹簧力的作用下，相对于镜头的安装面移动，使得镜头的安装面与线路板支撑柱后端之间的距离变化值与线路板支撑柱后端与图像传感器成像面之间的距离变化值相等，则镜头安装面与图像传感器成像面之间的距离保持不变；

镜头的机械后焦高度L_AC为已知的标准值,假设已经确定了镜头安装面板的AD间高度尺寸为L_AD，镜头安装面板制作原材料的线膨胀系数为ε₄；线路板的CE间的高度尺寸为L_CE，线路板制作原材料的线膨胀系数为ε₂；螺钉制作原材料的线膨胀系数为ε₆,线路板支撑柱制作原材料的线膨胀系数为ε₅，待确定的线路板支撑柱的BE间的高度尺寸为L_BE；根据连接关系可知螺钉的CD间的高度尺寸为L_CD＝L_AC-L_AD,螺钉的BD间的高度尺寸为L_BD＝L_BE+L_CE+(L_AC-L_AD)；

假设工作温度变化了Δt(单位为℃)，则基准面A、B之间的热涨冷缩距离变化值ΔAB是镜头安装面板的AD间热涨冷缩值与螺钉的BD间的热胀冷缩值之和，即：

ΔAB＝L_AD·ε₄·Δt+L_BD·ε₆·Δt

ΔAB＝L_AD·ε₄·Δt+[L_BE+L_CE+(L_AC-L_AD)]·ε₆·Δt

基准面B、C之间的热涨冷缩距离变化值ΔBC是线路板支撑柱的BE间热涨冷缩值与线路板的CE间的热胀冷缩值之和，即：

ΔBC＝L_BE·ε₅·Δt+L_CE·ε₂·Δt

令ΔAB＝ΔBC,即可求出线路板支撑柱的BE间的高度尺寸L_BE，即：

2.一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法，其特征在于：所述镜头固定在镜头安装面板上，图像传感器设置在线路板上，线路板通过线路板支撑板以及线路板固定底座安装在镜头安装面板上，当温度发生变化时，镜头的安装面与线路板支撑板后端之间的距离变化值与图像传感器成像面与线路板支撑板后端之间的距离变化值相等，则镜头安装面与图像传感器成像面之间的距离保持不变；

镜头的机械后焦高度L_AC为已知的标准值,假设已经确定了第二镜头安装面板的AG间高度尺寸为L_AG，第二镜头安装面板制作原材料的线膨胀系数为ε₈；线路板的CE间的高度尺寸为L_CE，线路板制作原材料的线膨胀系数为ε₂；线路板支撑板制作原材料的线膨胀系数为ε₉,线路板固定底座制作原材料的线膨胀系数为ε₁₀，待确定的线路板支撑板的FE间的高度尺寸为L_FE，根据连接关系可知线路板固定底座的FG间的高度尺寸为L_FG＝L_AC+L_CE+L_FE-L_AG；

假设工作温度变化了Δt(单位为℃)，则基准面A、F之间的热涨冷缩距离变化值ΔAF是第二镜头安装面板的AG间热涨冷缩值与线路板固定底座的FG间的热胀冷缩值之和，即：

ΔAF＝L_AG·ε₈·Δt+L_FG·ε₁₀·Δt

ΔAF＝L_AG·ε₈·Δt+[L_AC+L_CE+L_FE-L_AG]·ε₁₀·Δt

基准面F、C之间的热涨冷缩距离变化值ΔFC是线路板支撑板的FE间热涨冷缩值与线路板的CE间的热胀冷缩值之和，即：

ΔFC＝L_FE·ε₉·Δt+L_CE·ε₂·Δt

令ΔAF＝ΔFC,即可求出线路板支撑板的FE间的高度尺寸L_FE，即：

3.一种镜头机械后焦变化的温度自适应补偿方法，其特征在于：所述镜头固定在镜头安装面板上，图像传感器设置在线路板上，线路板通过连接支架、线路板固定板连接固定在镜头安装面板上，当温度变化时，镜头的安装面与镜头安装面板前端之间的距离变化值与镜头安装面板前端与图像传感器成像面之间的距离变化值相等，则镜头安装面与图像传感器成像面之间的距离保持不变；

镜头的机械后焦高度L_AC为已知的标准值,假设已经确定了线路板固定板的CJ间高度尺寸为L_CJ，线路板固定板制作原材料的线膨胀系数为ε₁₂；连接支架制作原材料的线膨胀系数为ε₁₁,第三镜头安装面板制作原材料的线膨胀系数为ε₁₃，待确定的第三镜头安装面板的AH间的高度尺寸为L_AH，根据连接关系可知零件的HJ间的高度尺寸为L_HJ＝L_AH+L_AC-L_CJ；

假设工作温度变化了Δt(单位为℃)，则基准面A、H之间的热涨冷缩距离变化值ΔAH是第三镜头安装面板的AH间热涨冷缩值，即：

ΔAH＝L_AH·ε₁₃·Δt

基准面H、C之间的热涨冷缩距离变化值ΔHC是线路板固定板的CJ间热涨冷缩值与连接支架的HJ间的热胀冷缩值之和，即：

ΔHC＝L_CJ·ε₁₂·Δt+L_HJ·ε₁₁·Δt

ΔHC＝L_CJ·ε₁₂·Δt+(L_AH+L_AC-L_CJ)·ε₁₁·Δt

令ΔAH＝ΔHC,即可求出第三镜头安装面板的AH间的高度尺寸L_AH，即：

Images