CN109756651A - 低温环境高速摄像设备及其成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中所述低温环境高速摄像设备被适用于在至少一低温环境下获取至少一动态被测物体的图像，包括至少一图像获取单元，其中所述图像获取单元包括至少一镜头，至少一全局曝光式图像传感器以及至少一线路板，其中所述全局曝光图像传感器以全局曝光的方式将该被测物体转化为至少一图像信息，以此方式使得所述低温环境高速摄像设备特别适用于在低温环境下连续清晰地拍摄该动态被测物体。

Description

低温环境高速摄像设备及其成像方法

技术领域

本发明涉及一摄像领域，特别是一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中所述低温环境高速摄像设备特别适用于在低温环境下连续清晰地拍摄快速移动的物体。

背景技术

随着人工智能的不断发展，机器视觉系统作为人工智能的一重要分支也正在不断地被应用于人们的生产生活中。机器视觉系统是用机器代替人眼对物体进行测量和判断的一种实际应用系统，具体而言，机器视觉系统通过机器视觉产品(图像摄取设备)将被测物体转化为图像信息，并将所述图像信息传送给专门的图像处理系统，所述图像处理系统根据像素分析和亮度、颜色等图像信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判断结果来控制现场的设备动作。综上所述，机器视觉系统的一大特点就是替代人工视觉来对被测物体进行测量、引导、检测和识别，特别适用于一些不适合人工作业的环境或者人工视觉难以满足测试条件的场合，以应用于实际生产生活中一些特殊场景。

由于机器视觉系统不仅仅是人眼的延伸，更具有人脑的一部分功能，故使得机器视觉系统被广泛地应用于各种领域。比如当机器视觉系统被应用于机械领域的部件识别和在线质量检测中，被应用于汽车领域的部件装配和测试中，被应用于食品领域的包装检测和分别识别中等等，在机器视觉系统的众多应用领域当中，不得不提及的就是机器视觉系统在生活中的应用。

早在先前，亚马逊工作向外推出“Amazon go”，“Amazon go”其实就是一种无人便利店的概念，这种无人便利店的概念完全推翻了传统便利店、超市的运营模式，使用计算机视觉、深度学习以及传感器融合等技术，彻底跳过传统收银结账的过程。具体而言，Amazon的商业模式就是消费者在购买物品时不需要再拿出钱包或者银行卡，消费者只需要随意挑选物品后就能完成物品结算，然而正是机器视觉系统的应用才使得这种便捷的消费模式得以实施。消费者在选择物品时，专属的机器视觉系统的图像摄取设备获取物品信息，并分析该物品信息，再联通至少一终端实现物品结账等一系列动作。

而机器视觉系统完成以上一系列动作的前提就是要在短时间内连续清晰地捕获到消费者拿取物品的过程。举例来说，比如消费者需要购置一瓶冰可乐，消费者打开冰柜取出冰可乐冰关闭冰柜，整个动作可能只需要短短两秒时间就可以实现，而设置在冰柜中的摄像头需要获取到相应的图像，所述机器视觉系统才可以准确识别冰可乐并且完成后续的操作。然而在冰柜这个应用场景当中，由于摄像头举例商品的距离很近，故对于摄像头来说，消费者拿取物品的过程都是十分迅速的，这就需要摄像头能在非常短暂的时间内获取清晰的图像。然而现有应用于冰柜或其他低温环境下的摄像头依旧采用的是卷帘快门的摄取方式，卷帘快门在拍摄快速移动的物体的影像时会出现失真模糊等问题，从而使得机器视觉系统获取的图像并不清晰，进而很大程度地影响机器视觉系统对物体的识别。另外，由于冰柜或其他低温环境于外界环境的温差较大，这样会引起常温摄像头在低温环境下使用性能下降，镜头表面容易起雾影响成像等问题。

再或者，随着人们对生活品质的不断追求，越来越多的冰柜往智能冰柜的方向发展。这些智能冰柜大多也结合机器视觉系统，以提高使用者的使用体验性。比如，可在一些智能冰柜中设置摄像头以记录消费者平时的饮食习惯，这些冰柜摄像头拍摄获取冰柜内的存储物，并且联通于大数据库以获取专属使用者的个人服务。具体而言，所述摄像头可通过拍摄冰柜的存储物以及拿取情况，来判断使用者个人的喜好，并且根据使用者个人的喜好定制专属的消费者服务。比如通过设置于冰柜的摄像头可判断使用者的个人饮食习惯是否健康，并针对性地给出健康提示，再比如可通过设置于冰柜的摄像头来提醒或者帮助使用者的需要购置的冰柜物品，以实现冰柜管家的功能，再比如可通过设置于冰柜的摄像头来监管存储于冰柜的食物是否变质等。当然，很多特殊场合，比如影视作品，综艺节目的录制当中，也需要在冰柜等低温环境设置摄像头以获取清晰的摄取图像，但这些低温环境摄像头存在不能在低温环境下获取高清的运动物品的图像的问题。

综上所述，越来越多的生活应用需要在类似冰柜等低温环境下设置摄像头，以在短时间内获取清楚的图像，然而现在市场上的低温环境摄像头多采用传统的卷帘式快门摄像头，从而导致传统的低温环境摄像头并不能在低温环境下连续清楚地获取物品图像。

发明内容

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述低温环境高速摄像设备被适用于在低温环境下清晰地拍摄快速移动的被测物体，以获取所述被测物体的清晰图像。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述低温环境高速摄像设备的曝光时间缩短，以在短时间内快速获取所述被测物体的图像，换言之，所述低温环境高速摄像设备可高速获取所述被测物体的图像，特别适用于获取移动的所述被测物体的图像。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述低温环境高速摄像设备不仅可以在短时间内捕获所述被测物体的图像，并且可获取所述被测物体的高清图像，以此方式提高所述被测物体的图像清晰度。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述低温环境高速摄像设备采用全局曝光的方式，以在短时间内快速获取清晰的移动物体的图像，通过缩短曝光时间的方式满足高速摄像的要求。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述低温环境高速摄像设备包括一图像处理单元，以处理所述被测物体的图像，并基于所述被测物体的清楚图像获取高精度的物体分析结果。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述图像处理单元根据清楚的所述被测物体的图像对所述被测物体进行物相分析，以准确地获取所述被测物体的物体信息。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述图像处理单元联通于多系统，所述低温环境高速摄像设备获取的所述被测物体的图像可以多种方式被应用，以达到不同的应用效果，换言之，所述低温环境高速摄像设备的应用范围广。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述低温环境高速摄像设备设置至少一温度传感器，以实时获取所述低温环境高速摄像设备的使用温度，从而保障所述低温高速摄像设备的使用特性以及使用寿命。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述低温环境高速摄像设备设置至少一加热元件，所述加热元件加热所述低温环境高速摄像设备，以使得所述低温环境高速摄像设备在低温环境下可正常使用。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述温度传感器联通于所述加热元件，所述温度传感器可控制所述低温环境高速摄像设备的工作温度保持在一定的合适范围内，从而使得所述低温环境高速摄像设备在低温环境下保持良好的工作特性，并且延长所述低温环境高速摄像设备的使用寿命。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述低温环境高速摄像设备并无改变正常摄像设备的其他元件，以此方式大大地减小了所述低温环境高速摄像设备的生产成本。

本发明的目的在于提供一低温环境高速摄像设备及其成像方法，其中，所述低温环境高速摄像设备特别适用于冰柜，冰箱等特殊低温环境，并且在所述低温环境下保持良好的工作特性。

为了实现以上任一所述的发明目的，本发明提供一低温环境高速摄像设备，一低温环境高速摄像设备，被适用于在至少一低温环境下获取至少一动态被测物体的图像，包括：至少一图像获取单元，其中所述图像获取单元包括至少一镜头，至少一全局曝光式图像传感器以及至少一线路板，其中所述全局曝光式传感器被设置于所述线路板，所述镜头被设置于所述全局曝光式传感器的感光路径；其中所述全局曝光图像传感器以全局曝光的方式将该被测物体转化为至少一图像信息，以使所述低温环境高速摄像设备在该低温环境下快速获取该动态被测物体的图像。

在一些实施例中，其中所述全局曝光图像传感器包括一系列像素点，其中每像素点设置至少一像素存储器，其中所述全局曝光图像传感器的所述像素点同时开始曝光并且同时结束曝光，并且产生至少一光电信息，所述光电信息被存储于所述像素存储器。

在一些实施例中，其中，所述低温环境高速摄像设备进一步包括至少一图像处理单元，其中所述图像处理单元通信地连接于所述图像获取单元，以将所述图像信息转化为至少一识别信息。

在一些实施例中，其中，所述图像处理单元进一步包括至少一图像收集模块以及至少一识别模块，所述识别模块通信地连接于所述图像收集模块，其中所述图像收集模块收集所述图像信息，所述识别模块分析所述图像信息并获取所述识别信息。

在一些实施例中，其中，所述低温环境高速摄像设备进一步包括至少一图像输出单元，其中所述图像输出单元通信地连接于所述图像处理单元，所述图像输出单元将所述识别信息向外传输。

在一些实施例中，其中，所述低温环境高速摄像设备通信地连接于至少一终端，所述图像输出单元将所述识别信息传送给所述终端，从而使得所述终端获取所述识别信息。

在一些实施例中，其中，所述图像获取单元包括一温度传感器，其中所述温度传感器被设置于所述图像获取单元以实时感应所述图像获取单元的温度。

在一些实施例中，其中，所述图像获取单元进一步包括一加热元件，其中所述加热元件被设置于所述镜头的周围以加热所述镜头的温度，以防止镜头表面出现水雾。

在一些实施例中，其中，所述温度传感器联通于所述加热元件，并且所述温度传感器控获取制所述加热元件镜头的温度，并控制所述加热元件对所述镜头的加热。

在一些实施例中，其中，所述温度传感器以及所述加热元件控制所述镜头的温度维持在40℃～60℃。

在一些实施例中，其中，所述全局曝光传感器的单帧曝光时间选自1/8000秒～1/30秒的范围。

在一些实施例中，其中，所述图像获取单元进一步包括一保持架以及一滤光元件，其中所述保持架设置于所述线路板以支撑所述镜头以及所述全局曝光式图像传感器，所述滤光元件设置于所述镜头以及所述全局曝光式图像传感器之间以滤去杂光。

在一些实施例中，其中，所述低温环境选自冰箱，冰柜以及冷藏柜的一种或其组合。

在一些实施例中，其中，所述低温环境的温度环境为0℃～10℃。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一低温环境高速摄像设备的成像方法，其中所述成像方法包括如下步骤：

(a)在被一动态被测物体反射的光线自一低温环境高速摄像设备的一镜头进入所述低温环境高速摄像设备的内部后，被所述低温环境高速摄像设备的一全局曝光式图像传感器接收；和

(b)所述全局曝光式图像传感器的所有像素点同时开始曝光和同时结束曝光以产生对应于所述被测物体的光电信息，其中所述光电信息被存储于每个像素点的像素存储器，以得到关于所述被测物体的图像。

在一些实施例中，其中，在所述步骤(a)之前进一步包括步骤：

通过一温度传感器获取所述低温环境高速摄像设备的一图像获取单元的温度；和

通过被连接于所述温度传感器的一加热元件加热所述图像获取单元的一镜头的温度，以防止所述镜头的表面出现水雾。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例的低温环境高速摄像设备的实际应用图，所述低温环境高速摄像设备被设置于一冰柜、冰箱或冷藏柜的一种或其组合。

图2是根据本发明的上述实施例的低温环境高速摄像设备的组成框图示意图。

图3是根据本发明的上述实施例的低温环境高速摄像设备的工作过程的框图示意图。

图4是根据本发明的上述实施例的低温环境高速摄像设备的一图像采集单元的爆炸示意图。

图5是根据本发明的上述实施例的低温环境高速摄像设备的上述图像采集单元的截面示意图。

图6是现有技术的卷帘曝光图像传感器的工作原理图。

图7是根据本发明的上述实施例的低温环境高速摄像设备的全局曝光图像传感器的工作原理图。

图8是根据本发明的所述卷帘曝光图像传感器的像素块示意图。

图9是根据本发明的所述全局曝光图像传感器的像素块示意图。

图10是根据本发明的上述实施例的低温环境高速摄像设备的图像处理单元的组成框图示意图。

图11是根据本发明的上述实施例的低温环境高速摄像设备的温度传感器以及加热元件的示意图。

图12是根据本发明的上述实施例的低温环境高速摄像设备的温度传感器控制所述加热元件的过程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“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是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1所示，根据本发明的一实施例的一低温环境高速摄像设备10被应用于一低温环境20的实际应用图，值得一提的是，所述低温环境20被实施为温度低于一定设置值的环境，在本发明的实施例中，所述低温环境20被实施为一冰箱21，此时所述低温环境高速摄像设备10被设置于所述冰箱21，但熟悉该项技术的人应该明白，所述冰箱21仅为所述低温环境20的一实施方式而不作为本发明的限制。

所述低温环境高速摄像设备10被设置于所述低温环境20，以拍摄所述低温环境20下的静态图像或者动态图像，从而满足所述低温环境20的摄像需求。与传统的摄像设备不同的是，所述低温环境高速摄像设备10可在所述低温环境20下连续清晰地拍摄快速移动的被测物体，从而获取所述被测物体的清楚图像，并且根据获取的所述清楚图像对所述被测物体进行分析处理，以满足机器视觉系统的应用，从而使得所述低温环境高速摄像设备10在诸多领域都有广泛的应用。

当然，不得不提的是，由于消费者或者使用者获取所述冰箱物体是一个短时间内快速完成的动作，故与传统的冰箱摄像设备不同的是，传统的冰箱摄像设备在这种情况下获取的图像存在失真变形模糊等问题，从而影响对所述被测物体的识别，所述低温环境高速摄像设备10可在短时间内获取该被测物体的清楚图像，从而提高对所述被测物体的识别效率以及识别准确性，从而使得所述低温环境高速摄像设备10在所述低温环境20下有良好的工作性能，也使得所述低温环境高速摄像设备10有广泛的应用前景。

举例而言，在本发明的一实施例中，所述低温环境高速摄像设备10可被适用于无人零售冰箱的应用。具体而言，当所述低温环境高速摄像设备10被应用于所述冰箱21，并且所述冰箱21被实施为一无人零售冰箱时，所述低温环境高速摄像设备10可获取消费者获取的消费物品的详细信息，并实现无人零售的效果。比如，当消费者打开所述冰箱21并且从所述冰箱21中获取至少一被测物体，所述低温环境高速摄像设备10获取该所述被测物体的清楚图像，并且根据所述被测物体的清楚图像高效地识别该被测物体，从而得知该消费者消费的所述被测物体的详细信息。值得一提的是，所述低温环境高速摄像设备10联通于至少一终端30，所述终端30可根据所述被测物体的详细信息，而实现对该被测物体的销售。

再比如，在本发明的另一实施例中，所述低温环境高速摄像设备10被适用于智能冰箱的应用。具体而言，当所述低温环境高速摄像设备10被应用于所述冰箱21，并且所述冰箱21被实施为一智能冰箱时，所述低温环境高速摄像设备10可获取使用者获取的使用物品的详细信息，以实现智能家居的效果。比如，所述低温环境高速摄像设备10可通过获取使用者取用冰箱物体的数据的方式，获取使用者的个人喜好以及个人习惯等个人信息数据，所述低温环境高速摄像设备10联通于所述终端30，所述终端30针对使用者的所述个人信息数据对使用者作出针对性的个人服务。比如通过所述低温高速摄像设备10获取的所述冰箱物体的数据，所述终端30可获知使用者的饮食习惯，并且根据该使用者的饮食健康并且针对性地对使用者作出健康指示。再比如，通过所述低温高速摄像设备10获取的所述冰箱物体的数据，所述终端30可获知所述冰箱物体的详细信息，并且判断该冰箱物体的使用情况，所述终端30还可获知所述冰箱物体的零售以及配送方式，以及时地补给所述冰箱21的存储物。

再或者，在本发明的另一实施例中，所述低温环境高速摄像设备10被适用于影视作品的设置。在此实施例中，所述低温环境高速摄像设备10被设置于所述冰箱21中以拍摄观察者的使用情况，具体而言，所述低温环境高速摄像设备10可清楚地拍摄观察者打开所述冰箱21，取用所述冰箱21内的存储物体，关闭所述冰箱21等多场景的图像，以实现在所述低温环境20下依旧正常摄像的目的。

当然，熟悉该项技术的人应该明白，以上所述实施例仅为所述低温环境高速摄像设备10被应用于所述冰箱21的几个举例说明，而不作为本发明的限制。

为了实现以上实施例的具体实施例，如图2所示，所述低温环境高速摄像设备10包括一图像获取单元11，一图像处理单元12以及一图像输出单元13，其中所述图像获取单元11被适用于获取所述被测物体的图像，所述图像处理单元13通信地连接于所述图像获取单元11以将对所述被测物体的图像进行物相分析后获取该被测物体的详细信息，并且所述图像处理单元13通信地连接于所述图像输出单元13，所述被测物体的详细信息通过所述图像输出单元13向外输出，以方便后续处理软件对所述详细信息进行分析处理。值得一提的是，在本发明的一实施例中，所述图像输出单元13通信地连接于所述终端30，所述终端30的类型并无限制，当所述终端30被实施为不同类型时，所述图像输出单元13输出的所述被测物体的详细信息被不同处理。

换言之，所述低温环境高速摄像设备10被设置于所述低温环境20中，所述图像获取单元11获取在所述低温环境20下快速运动的所述被测物体，并且得到所述被测物体的清楚图像，比如在本发明的一实施例中，所述被测物体可以是使用者通过所述冰箱21获取的存储于冰箱的任何物体，也可以是使用者放入所述冰箱21的任何物体，还可以单纯是使用者从所述冰箱21拿取物体的动作。

当然，所述图像获取单元11可设置一启动感应器，所述启动感应器适用于感应所述低温环境20的情况，以启动或者停止所述图像获取单元11的图像获取动作。在本发明的实施例中，当所述低温环境20被实施为所述冰箱21时，所述启动感应器可被实施为光感感应器或者红外感应器，以感应所述冰箱21的开启与闭合，并且根据所述冰箱21的开启和闭合信号控制所述图像获取单元11的工作。具体而言，当使用者开启所述冰箱21时，所述冰箱发出的光亮被所述启动感应器感应，所述启动感应器根据所述启动信号控制所述图像获取单元11及时获取此时所述冰箱21的图像。或者，所述启动感应器感应所述使用者的红外，以判断所述冰箱21被开启，并且控制所述图像获取单元11及时地获取此时所述冰箱21的图像。当然，熟悉该项技术的人应该明白，所述启动感应器的类型仅仅作为举例说明而不作为本发明的限制。综上所示，所述启动感应器通过感应所述低温环境20的变化来控制所述低温环境高速摄像设备10工作。

当所述图像获取单元11在所述低温环境20下获取所述被测物体的清楚图像后，所述清楚图像被传送给所述图像处理单元12。在这值得一提的是，所述图像获取单元11可在短时间内快速获取所述被测物体的清楚图像，从而使得所述图像处理单元12更好地根据所述清楚图像分析所述被测物体。

如图10所示，所述图像获取单元12包括一图像收集模块121，一识别模块122以及一输出模块123，其中所述图像收集模块121与所述图像获取单元11通信地连接以获取所述被测物体的清楚图像，所述图像收集模块121通信地连接于所述识别模块122，所述识别模块122可根据所述清楚图像识别所述被测物体，并且得到至少一关于所述被测物体的识别信息，所述输出模块123通信地连接于所述识别模块122以接收所述识别信息，并且将所述识别信息传送给所述图像输出单元13。

具体而言，所述图像收集模块121收集所述图像获取单元11获取的所述被测物体的清楚图像，所述识别模块122分析所述清楚图像的像素分布，亮度，颜色等信号信息，并对所述信号信息进行各种运算来计算所述被测物体的特征，从而获得所述被测物体的所述识别信息。由于所述识别模块122根据所述被测物体的图像识别所述被测物体，故所述被测物体的图像清晰度对于所述被测物体的识别十分重要，换言之，一旦所述图像获取单元11获取到的所述被测物体的图像不够清楚，就会极大程度地影响所述识别模块122的识别过程，从而降低所述识别模块122的识别效率以及识别准确度。

所述识别模块122对所述被测物体的识别过程就类似于人眼对物体的识别，假设人眼看不清楚所述被测物体，那么就更不要说准确识别该被测物体。相对应地，所述识别模块122也需要识别所述被测物体的清楚图像，才可准确识别所述被测物体。在本发明的一实施例中，假设使用者通过所述冰箱21取用一苹果，所述图像获取单元11获取该苹果的清楚图像，所述识别模块122根据所述清楚图像识别该被测物体为一苹果，换言之，所述识别信息将显示该被测物体为一苹果。

所述输出模块123将所述识别信息输出给所述图像输出单元13，所述图像输出单元13再将所述识别信息输出给所述终端30，所述终端30被设置不同程序以以不同的方式利用所述识别信息。具体而言，当所述低温环境高速摄像设备10可被适用于无人零售冰箱的应用时，所述终端30可被实施为零售设备，即所述终端30获知所述被测物体的所述识别信息，并根据所述被测物体的价格对该被测物体实现零售，从而达到无人零售的标准。当所述低温环境高速摄像设备10被适用于智能冰箱时，所述终端30被实施为智能设备，比如所述终端30可被实施为一健康设备，此时所述终端30根据所述被测物体的所述识别信息，判断使用者的饮食习惯，并根据所述饮食习惯针对使用者作出健康指示。

所述终端30需要获取所述被测物体的识别信息后才可针对所述被测物体进行后续操作，而所述被测物体的识别信息需要所述图像处理单元12获取所述被测物体的清楚图像，这就需要所述图像处理单元11采取清楚的清楚图像。本发明提供的所述图像处理单元11的结构如图4和5所示，所述图像处理单元11可在短时间内快速获取所述被测物体的清楚图像。

具体而言，所述图像获取单元11包括至少一镜头111，一图像传感器114以及一线路板115，换言之，所述图像获取单元11可被实施为一光学系统，以拍摄所述被测物体并且将所述被测物体转化为图像信息。所述镜头111被设置于所述图像传感器114的感光路径上，以保证进入所述镜头111中的光线可抵达所述图像传感器114，其中所述图像传感器114被设置于所述线路板115，以保证所述图像传感器114接收到的光学信息可被处理为所述图像获取单元11可用的光学信息。换言之，所述镜头111，所述图像传感器114以及所述线路板115依次排布并依据光学设计路径组成所述图像获取单元11，所述镜头111以及所述图像传感器114均设置于所述线路板115的感光路径上，从而使得进入到所述镜头111中的光线可无偏移抵达所述图像传感器114，所述图像传感器114对所述光线进行处理后生成光学信息，所述光学信息通过所述线路板115接收，以此方式所述被测物体10被所述图像获取单元11摄取而得到图像信息。

另外，所述图像获取单元11进一步包括一滤光元件113，所述滤光元件113可被实施为红外滤光片或者其他滤光片，其中所述滤光元件113被安置在所述镜头111以及所述图像传感器114之间用于截止滤去杂光。另外，为了支撑所述滤光元件113以及所述镜头111，所述图像获取单元11进一步包括一保持架112，所述保持架112被设置于所述线路板115以包围所述图像传感器114，并且支撑所述滤光元件113以及所述镜头111。以这样的方式，进入到所述镜头111中的光线经过所述滤光元件113抵达所述图像传感器114被感应，从而完成所述图像获取单元11对所述被测物体的简单成像过程。

当然，所述图像获取单元11可另外包括一驱动器，此时，所述驱动器可调整所述镜头111到所述图像传感器114之间的距离。另外，所述驱动器可被实施为热动驱动、微动机等形式，进而实现对所述图像获取单元11的自动控制。值得一提的是，本发明的所述图像获取单元11可被实施为定焦光学摄像模组，也可被实施为变焦光学摄像模组，或者自动变焦光学摄像模组或其他类型的光学摄像模组。熟悉该项技术的人应该明白所述图像获取单元11的类型对本发明的实质发明内容并无影响。

在本发明的实施例中，所述低温环境高速摄像设备10通过所述图像获取单元11获取所述被测物体的清楚图像，特别值得一提的是，传统的冰柜摄像头中的所述图像传感器以卷帘曝光方式获取图像，本发明的所述低温环境摄像设备10以全局曝光方式获取图像，故本发明对比传统的冰柜摄像头曝光时间短，从而可在较短时间内获取所述被测物体的清楚图像。

图6到图7分别是所述卷帘曝光式图像传感器以及所述全局曝光式图像传感器的工作原理示意图，图8是所述卷帘曝光式图像传感器与所述全局曝光式图像传感器的区别示意图。

传统的冰柜摄像头采用卷帘曝光式图像传感器114P，所述卷帘式曝光式图像传感器114P的工作原理如图所示。具体而言，所述卷帘式曝光式图像传感器114P利用行复位以及行读出两个扫描来控制曝光时间。如图所示，所述卷帘曝光式图像传感器114P设置一系列规则排布的像素点1141P，其中至少一像素点1141P同行排布组成至少一像素行1142P，或者可以说所述卷帘曝光式图像传感器114P包括至少一像素行1142P，所述像素行1142P由一系列规则排布的所述像素点1141P整行排布行程，其中所述卷帘曝光式图像传感器114P以所述像素行1142P为运行单位，以行复位和行读出两个扫描来控制曝光时间。在所述卷帘曝光式图像传感器114P的曝光过程中，实现行复位的快门脉冲在行读出之前将某一所述像素行1142P复位，快门和读出脉冲的时间间隔决定了曝光时间。然而不同所述像素行1142P的曝光是在不同时间点进行的，因为所述卷帘曝光式图像传感器114P拍摄快速移动的静态影像时会出现图像失真。换言之，所述卷帘曝光式图像传感器114P通过垂直或者水平扫描整个画面来捕获连续的所述像素行1142P，而无法在同一时间点记录整个画面，导致所述卷帘曝光式图像传感器114P在拍摄快速移动的静态影像会出现图像失真。

与传统的卷帘曝光式图像传感器114P不同的是，所述低温环境高速相机10采用全局曝光式图像传感器114，其中所述全局曝光式图像传感器114的工作原理如图7所示。所述全局曝光式图像传感器114也排布一系列的像素点1141，所述像素点1141以一定的次序规则地排布于所述全局曝光式图像传感器114，每所述像素点1141上设置一像素存储器1142，从而使得所述全局曝光式图像传感器114可在一个时间点同时记录整个画面，进而缩短所述图像获取单元11的曝光时间。换言之，当所述图像获取单元11需要获取所述被测物体的图像时，所述像素点1141同时曝光，从而使得所述低温环境高速摄像设备10存在理论上最小的曝光时间。

更具体地来说，所述卷帘曝光式图像传感器114P在拍摄物体时会出现运动失真和闪光失真，在所述卷帘曝光式图像传感器114P中，所述像素行1142P在不同的时间点开始和结束曝光。如果所述被测物体在曝光过程中高速行动时，整副图像在完成曝光的过程中，所述被测物体已经发生位移，先曝光的画面部分和后曝光的同一画面部分在不同的相对空间位置上，使得所述被测物体的成像出现图像失真。然而所述全局曝光式图像传感器114就是使得所述像素点1141同时开始曝光并且同时结束曝光，在曝光完成后把每个像素点1141捕获的光电信号同时存储在各自的所述像素存储器1142中，然后从所述像素存储器1142中读取所述光电信号，故所述全局曝光式图像传感器114可在短时间内快速获取所述被测物体的清楚图像。

在本实施例中，所述低温环境高速摄像设备10采用所述全局曝光式图像传感器114，并且在本发明的一实施例中，所述全局曝光式图像传感器114的单帧曝光时间选自1/8000秒～1/30秒的范围。

另外，值得注意的是，所述低温环境高速摄像设备10被适用于所述低温环境20下使用。以所述低温环境高速设备10被应用于所述冰箱21为例，当使用者开启所述冰箱21时，所述低温环境高速设备10就被忽然置于常温环境下，换言之，所述冰箱21的开启和闭合导致所述低温环境高速设备10置于所述低温环境20以及一常温环境之间变化，而当所述低温环境高速设备10从所述低温环境20忽然转化为所述常温环境时，所述低温环境高速设备10的所述镜头111表面会产生雾气，而影响所述镜头111的正常成像。再者，所述低温环境高速设备10被置于所述低温环境20中使用时，所述图像获取单元11的工作性能也会受到一定程度的影响。

为了使得所述低温环境高速摄像设备10在所述低温环境20下正常使用，也为了防止所述低温环境高速摄像设备10的所述镜头111起雾，所述图像获取单元11另外包括至少一温度传感器117以及至少一加热元件116，所述温度传感器117实时获取所述低温环境高速摄像设备10的温度，具体而言，所述温度传感器117实时获取所述镜头111的温度，并且根据所述温度判断所述镜头111是否需要加热。

具体而言，所述图像获取单元11包括所述温度传感器117，所述温度传感器117被设置于所述图像处理单元11，以实时获取所述低温环境高速摄像设备10的工作温度。所述温度传感器117可被设置于所述图像获取单元11的任意位置，以感应所述图像获取单元11的温度。一般而言，所述图像获取单元11在一定的温度范围内正常工作，所述温度传感器117实时检测所述图像获取单元11的温度，以判断所述图像获取单元11是否依旧处于正常工作温度范围内。在一些实施例中，所述温度传感器117可联通于至少一警报设备，当所述温度传感器117检测到所述图像获取单元11不在正常工作范围内，可触发所述警报设备报警，从而使得使用者可第一时间获知所述低温环境高速摄像设备10的使用状态。

另外，所述图像获取单元11包括所述加热元件116，所述加热元件116被设置于所述镜头111的周边以加热所述镜头111，从而防止所述镜头111表面由于温度差异过大而导致起雾，并且所述加热元件116加热所述镜头111也可使得所述镜头111在正常工作温度范围内工作，从而延长所述低温环境高速摄像设备10的使用寿命。值得一提的是，所述加热元件116可被实施为电热丝116，所述电热丝116环绕所述镜头111以加热所述镜头111，当然所述电热丝116的设置不影响所述镜头111的正常工作。

值得一提的是，所述温度传感器117联通于所述加热元件116，从而所述加热元件116可根据所述温度传感器117的实时感应温度控制对所述镜头111的加热。具体而言，所述温度传感器117感应所述镜头111的实时温度，当所述温度传感器117感应到所述镜头111的工作温度小于一设定值δ1，所述温度传感器117控制使得所述加热元件116对所述镜头111进行加热，所述镜头111被所述加热元件116加热，当所述温度传感器117检测到所述镜头111的温度大于一设定值δ2，则控制所述加热元件116停止对所述镜头111的加热，以这样的方式保持所述镜头111不会由于表面温度差异过大而起雾。

在本发明的一实施例中，所述加热元件116由一电路控制，所述温度传感器117控制该电路的开关，即当所述温度传感器117检测到所述镜头111的温度小于δ1时，所述温度传感器117控制所述加热元件116的电路闭合，故所述加热元件116开始对所述镜头111加热。然而当所述温度传感器117感应到所述镜头111的温度大于δ2时，所述温度传感器117控制所述加热元件116的电路开启，从而所述加热元件116停止对所述镜头111的加热。

在本实施例中，所述镜头111的工作温度被控制40℃～60℃。以避免过低温度或者过高温度引起的镜头性能改变。

综上所述，所述低温环境高速摄像设备10采用全局曝光式图像传感器114，通过全局曝光的方式在短时间内快速获取所述被测物体的清楚图像，并且在一些实施例中，所述低温环境高速摄像设备10的所述图像处理单元12根据所述清楚图像识别该被测物体，获取该被测物体的识别信息。另外，在一些实施例中，所述低温环境高速摄像设备10设置所述温度传感器117以及所述加热元件116，从而防止所述镜头111表面由于温度差异而形成水雾。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一低温环境高速摄像设备的成像方法，其中所述成像方法包括如下步骤：

(a)在被一动态被测物体反射的光线自一低温环境高速摄像设备的一镜头111进入所述低温环境高速摄像设备的内部后，被所述低温环境高速摄像设备的一全局曝光式图像传感器114接收；和

(b)所述全局曝光式图像传感器114的所有像素点同时开始曝光和同时结束曝光以产生对应于所述被测物体的光电信息，其中所述光电信息被存储于每个像素点的像素存储器，以得到关于所述被测物体的图像。

优选地，在所述步骤(a)之前进一步包括步骤：

通过一温度传感器117获取所述低温环境高速摄像设备的一图像获取单元11的温度；和

通过被连接于所述温度传感器117的一加热元件116加热所述图像获取单元的一镜头的温度，以防止所述镜头的表面出现水雾。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (22)

1.一低温环境高速摄像设备，被适用于在至少一低温环境下获取至少一动态被测物体的图像，其特征在于，所述低温环境高速摄像设备包括：

至少一图像获取单元，其中所述图像获取单元包括至少一镜头，至少一全局曝光式图像传感器以及至少一线路板，其中所述全局曝光式传感器被设置于所述线路板，所述镜头被设置于所述全局曝光式传感器的感光路径；

所述全局曝光图像传感器以全局曝光的方式将该被测物体转化为至少一图像信息，以使所述低温环境高速摄像设备在该低温环境下快速获取该动态被测物体的图像。

2.根据权利要求1所述的低温环境高速摄像设备，其中所述全局曝光图像传感器包括一系列像素点，其中每像素点设置至少一像素存储器，其中所述全局曝光图像传感器的所述像素点同时开始曝光并且同时结束曝光，并且产生至少一光电信息，所述光电信息被存储于所述像素存储器。

3.根据权利要求1或2所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述低温环境高速摄像设备进一步包括至少一图像处理单元，其中所述图像处理单元通信地连接于所述图像获取单元，以将所述图像信息转化为至少一识别信息。

4.根据权利要求3所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述图像处理单元进一步包括至少一图像收集模块以及至少一识别模块，所述识别模块通信地连接于所述图像收集模块，其中所述图像收集模块收集所述图像信息，所述识别模块分析所述图像信息并获取所述识别信息。

5.根据权利要求4所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述低温环境高速摄像设备进一步包括至少一图像输出单元，其中所述图像输出单元通信地连接于所述图像处理单元，所述图像输出单元将所述识别信息向外传输。

6.根据权利要求5所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述低温环境高速摄像设备通信地连接于至少一终端，所述图像输出单元将所述识别信息传送给所述终端，从而使得所述终端获取所述识别信息。

7.根据权利要求1或2所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述图像获取单元包括一温度传感器，其中所述温度传感器被设置于所述图像获取单元以实时感应所述图像获取单元的温度。

8.根据权利要求7所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述图像获取单元进一步包括一加热元件，其中所述加热元件被设置于所述镜头的周围以加热所述镜头的温度，以防止镜头表面出现水雾。

9.根据权利要求8所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述温度传感器联通于所述加热元件，所述温度传感器获取所述镜头的温度，并控制所述加热元件对所述镜头的加热。

10.根据权利要求4到6任一所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述图像获取单元包括一温度传感器，其中所述温度传感器被设置于所述图像获取单元以实时感应所述图像获取单元的温度。

11.根据权利要求10所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述图像获取单元进一步包括一加热元件，其中所述加热元件被设置于所述镜头的周围以加热所述镜头的温度，以防止镜头表面出现水雾。

12.根据权利要求11所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述图像获取单元进一步包括一加热元件，其中所述加热元件被设置于所述镜头的周围以加热所述镜头的温度，以防止镜头表面出现水雾。

13.根据权利要求12所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述温度传感器联通于所述加热元件，所述温度传感器获取所述镜头的温度，并控制所述加热元件对所述镜头的加热。

14.根据权利要求9所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述加热元件控制所述镜头的温度维持在40℃～60℃。

15.根据权利要求13所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述加热元件控制所述镜头的温度维持在40℃～60℃。

16.根据权利要求2所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述全局曝光传感器的单帧曝光时间选自1/8000秒～1/30秒的范围。

17.根据权利要求13所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述全局曝光传感器的单帧曝光时间选自1/8000秒～1/30秒的范围。

18.根据权利要求1到17任一所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述图像获取单元进一步包括一保持架以及一滤光元件，其中所述保持架设置于所述线路板以支撑所述镜头以及所述全局曝光式图像传感器，所述滤光元件设置于所述镜头以及所述全局曝光式图像传感器之间以滤去杂光。

19.根据权利要求1到17任一所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述低温环境选自冰箱，冰柜以及冷藏柜的一种或其组合。

20.根据权利要求1到17任一所述的低温环境高速摄像设备，其中，所述低温环境的温度被实施为0～10℃。

21.一低温环境高速摄像设备的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括如下步骤：

(a)在被一动态被测物体反射的光线自一低温环境高速摄像设备的一镜头进入所述低温环境高速摄像设备的内部后，被所述低温环境高速摄像设备的一全局曝光式图像传感器接收；和

(b)所述全局曝光式图像传感器的所有像素点同时开始曝光和同时结束曝光以产生对应于所述被测物体的光电信息，其中所述光电信息被存储于每个像素点的像素存储器，以得到关于所述被测物体的图像。

22.根据权利要求21所述的成像方法，其中在所述步骤(a)之前进一步包括步骤：

通过一温度传感器获取所述低温环境高速摄像设备的一图像获取单元的温度；和

通过被连接于所述温度传感器的一加热元件加热所述图像获取单元的一镜头的温度，以防止所述镜头的表面出现水雾。