CN110785999B - 摄像系统以及移动体 - Google Patents

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Abstract

期望能够提高可拆卸地连接不同种类的图像传感器的摄像系统的便利性。摄像系统可以包含主体部。摄像系统可以包含支撑部，其可旋转地支撑主体部。摄像系统可以包含摄像部，其可拆卸地设置在主体部上。摄像部可以包含保持部，其可拆卸地保持镜头部。摄像部可以包含传感器部，其将经由镜头部成像的光学图像转换为电信号。主体部可以包含图像处理部，其对来自传感器部的电信号进行图像处理。

Description

摄像系统以及移动体
技术领域
本发明涉及一种摄像系统以及移动体。
背景技术
专利文献1公开了一种模块式照相机系统。
专利文献1：日本特开2015-136128号公报
发明内容
期望能够提高可拆卸地连接不同种类的图像传感器的摄像系统的便利性。
本发明的一个方面所涉及的摄像系统可以包含主体部。摄像系统可以包含支撑部，其可旋转地支撑主体部。摄像系统可以包含摄像部，其可拆卸地设置在主体部上。摄像部可以包含保持部，其可拆卸地保持镜头部。摄像部可以包含传感器部，其将经由镜头部成像的光学图像转换为电信号。主体部可以包含图像处理部，其对来自传感器部的电信号进行图像处理。
主体部可以包含指定部，其在主体部安装有摄像部的情况下，指定摄像部或传感器部的种类。图像处理部可以对来自传感器部的电信号进行与摄像部或传感器部的种类相对应的预定的图像处理。
摄像部可以包含存储部，其存储用于识别摄像部或传感器部的种类的识别信息。指定部可以基于识别信息来指定摄像部或传感器部的种类。
传感器部可以包含以预定排列布置的多个像素。指定部可以将传感器部的预定排列指定为摄像部或传感器部的种类。图像处理部可以对从多个像素的每一个输出的电信号进行与预定排列相对应的图像处理。
传感器部可以是包含以将1个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第一传感器部，或包含以将2行2列4个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第二传感器部。指定部可以指定连接到主体部的摄像部的传感器部是第一传感器部还是第二传感器部。当连接到主体部的摄像部的传感器部是第二传感器部时，图像处理部可以进行将从2行2列4个像素的每一个输出的电信号以预定的加权相加的图像处理。
本发明的一个方面所涉及的摄像系统可以包含主体部。摄像系统可以包含摄像部，其可拆卸地设置在主体部上。摄像部可以包含传感器部，其将光学图像转换为电信号。主体部可以包含指定部，其在主体部安装有摄像部的情况下，指定摄像部或传感器部的种类。主体部可以包含图像处理部，其对来自传感器部的电信号进行与摄像部或传感器部的种类相对应的预定的图像处理。
本发明的一个方面所涉及的移动体可以是搭载上述摄像系统并进行移动的移动体。
根据本发明的一个方面，能够提高可拆卸地连接不同种类的图像传感器的摄像系统的便利性。
另外，上述发明内容中没有穷举本发明的所有必要特征。此外，这些特征组的子组合也可以构成发明。
附图说明
图1是示出了摄像系统的示意图的一个示例的图。
图2是示出了用于说明摄像系统的示意图的一个示例的图。
图3是示出了摄像系统的功能块的一个示例的图。
图4是示出了像素的排列的一个示例的图。
图5是示出了像素的排列的一个示例的图。
图6是示出了像素的排列的一个示例的图。
图7是示出了像素的排列的一个示例的图。
图8是示出了像素的排列的一个示例的图。
图9是示出了像素的排列的一个示例的图。
图10是示出了无人驾驶航空器及远程操作装置的外观的一个示例的图。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式来对本发明进行说明，但是以下实施方式并不限制权利要求书所涉及的发明。此外，实施方式中说明的特征的所有组合未必是发明的解决方案所必须的。
权利要求书、说明书、附图以及摘要中包含作为著作权所保护对象的事项。任何人只要如专利局的文档或者记录所表示的那样进行这些文件的复制，著作权人就无法异议。但是，在除此以外的情况下，保留一切的著作权。
图1示出了本实施方式所涉及的摄像系统500的示意图的一个示例。摄像系统500包括主体部100、摄像部200、镜头部300和支撑部400。
支撑部400可旋转地支撑主体部100。支撑部400是通过相互正交的3个轴可旋转地支撑主体部100的万向支架。支撑部400包含第一旋转部401、第一支撑部402、第二旋转部403、第二支撑部404以及第三旋转部405。第一旋转部401、第二旋转部403以及第三旋转部405包括致动器。第一支撑部402在一端经由第一旋转部401以第一轴(X轴：俯仰轴)为中心可旋转地支撑主体部100。第二支撑部404在一端经由第二旋转部403以第二轴(Y轴：翻滚轴)为中心可旋转地支撑第一支撑部402。第三旋转部405与第二支撑部404的另一端连接，使第二支撑部404以第三轴(Z轴：偏航轴)为中心旋转。
摄像部200可拆卸地设置在主体部100上。主体部100包含保持部150，其可拆卸地保持摄像部200。保持部150可以是与摄像部200电连接并机械连接的连接器。镜头部300可拆卸地设置在摄像部200上。摄像部200包含保持部250，其可拆卸地保持镜头部300。保持部250可以是与镜头部300电连接并机械连接的镜头卡口。摄像部200包含传感器部210，其将经由镜头部300成像的光学图像转换为电信号。传感器部210是图像传感器。传感器部210可以由CCD或CMOS构成。主体部100包含图像处理部120，其对来自传感器部210的电信号进行图像处理。
摄像系统500在主体部100上可拆卸地连接有摄像部200和镜头部300。由此，例如，如图2所示，能够在主体部100上连接不同种类的摄像部200和镜头部300。例如，在将摄像部200和主体部100一体化构成的壳体可旋转地连接在支撑部400时，能够将不同种类的镜头部300连接到摄像部200。但是，当摄像部200与支撑部400和主体部100一体化构成时，为了使用不同种类的摄像部200，例如包含不同像素数的传感器部210的摄像部200，也需要更换支撑部400和主体部100。与此相对，除了镜头部300之外，通过可拆卸地构成传感器部210，能够容易地更换不同种类的传感器部210。由于主体部100包含图像处理部120，所以能够与不同种类的传感器部210共用图像处理部120。通过将传感器部210的功能限制在最小限度，并将可通用的功能设置于主体部100，能够廉价地提供传感器部210。不需要针对不同种类的每个传感器部210准备主体部100和支撑部400，提高了用户的便利性。
支撑部400优选设计成支撑主体部100，使得包括镜头部300、摄像部200以及主体部100的物体系统的重心位于从第一轴(X轴)起的预定范围。支撑部400更优选设计成支撑主体部100，使得包括镜头部300、摄像部200以及主体部100的物体系统的重心位于第一轴(X轴)。当镜头部300的重量变化时，包括镜头部300、摄像部200以及主体部100的物体系统的重心也会移动。
根据本实施方式所涉及的摄像系统500，能够共用比较昂贵的摄像部200。通过独立地提供摄像部200，也能够在考虑了镜头部300的重量的位置按镜头部300的重量比较廉价地提供支撑主体部100的支撑部400。支撑部400通过支撑主体部100使被支撑的物体系统的重心位于第一轴(X轴)上，从而能够使支撑部400的旋转控制省电化和高速化。
图3示出了摄像系统500的功能块的一个示例。镜头部300包含镜头控制部310、镜头驱动部312、镜头314以及存储器320。镜头314可以起到变焦镜头、可变焦距镜头和聚焦镜头的作用。镜头314可以由多个光学元件构成。镜头314沿着光轴可移动地布置。镜头部300可以是可拆卸地设置在摄像部200上的交换镜头。
镜头驱动部312经由凸轮环等机构构件使镜头314沿着光轴移动。镜头驱动部312可以包括致动器。致动器可以包括步进马达。镜头控制部310按照来自主体部100和摄像部200的镜头控制命令来驱动镜头驱动部312，以经由机构构件使镜头314沿着光轴方向移动。镜头控制指令例如为变焦控制指令及聚焦控制指令。镜头控制部310通过使镜头314沿着光轴移动，来执行变焦动作和聚焦动作中的至少一个。
镜头部300还包含存储器320。存储器320存储经由镜头驱动部312而移动的镜头314的控制值。存储器320可以包括SRAM、DRAM、EPROM、EEPROM、USB存储器及固态硬盘(SSD)等闪存中的至少一个。
摄像部200包含传感器部210、摄像控制部220和存储器230。传感器部210将经由镜头314成像的光学图像转换为电信号，并输出到主体部100。摄像控制部220控制传感器部210。存储器230可以为计算机可读记录介质，可以包括SRAM、DRAM、EPROM、EEPROM、USB存储器及固态硬盘(SSD)等闪存中的至少一个。存储器230存储摄像控制部220对传感器部210等进行控制所需的程序等。存储器230存储用于识别摄像部200或传感器部210的种类的识别信息。
传感器部210包括像素阵列212、垂直选择电路214、水平选择电路216以及列处理部218。像素阵列212包含多个像素，其以包含生成并累积与受光光量相对应的电荷的光电转换部的预定排列布置。多个像素在行方向(水平方向)和列方向(垂直方向)二维地布置。
像素阵列212经由与像素的行相对应的多个像素驱动线215与垂直选择电路214连接。像素驱动线215传送驱动信号，其用于进行从像素读出信号时的驱动。
垂直选择电路214由移位寄存器和地址解码器等构成，并以全部像素同时或行单位等驱动像素阵列212的各像素。垂直选择电路214与控制垂直选择电路214的摄像控制部220一起构成控制像素阵列212的各像素的动作的驱动部。
垂直选择电路214进行读出扫描和清除扫描。垂直选择电路214在读出扫描中以行单位依次选择并扫描像素阵列212的各像素。垂直选择电路214在清除扫描中对于进行读出扫描的读出行，先于该读出扫描曝光时间量地进行清除扫描。垂直选择电路214通过进行读出扫描和清除扫描来执行所谓的电子快门。
从由垂直选择电路214扫描的行的各像素输出的信号经由垂直信号线219被逐列输入至列处理部218。列处理部218对于像素阵列212的各列，对经由垂直信号线219从所选择的行的各像素中输出的信号进行预定的信号处理，并输出各像素的电信号。
列处理部218执行噪声去除处理，例如CDS(相关双采样)处理、DDS(Double DataSampling)处理作为信号处理。通过执行CDS处理，去除复位噪声等。
水平选择电路216由移位寄存器和地址解码器等构成，依次选择并扫描与列处理部218的列相对应的电路部分。通过水平选择电路216的扫描，依次输出经列处理部218逐列信号处理过的各像素的电信号。
支撑部400包含支撑控制部410。支撑控制部410控制第一旋转部401、第二旋转部403以及第三旋转部405各自的致动器的驱动，并将主体部100维持在期望的姿势。
主体部100包含主体控制部110、图像处理部120以及存储器130。主体控制部110控制主体部100的动作。主体控制部110包括指定部112。在主体部100上安装有摄像部200的情况下，指定部112对摄像部200或传感器部210的种类进行指定。指定部112可以从摄像部200的存储器230读出用于识别摄像部200或传感器部210的种类的识别信息，并基于该识别信息对摄像部200或传感器部210的种类进行指定。指定部112还可以将传感器部210的预定排列指定为摄像部200或传感器部210的种类。识别信息可以是唯一地指定图像传感器的种类的型号信息。识别信息还可以是对应该由图像处理部120执行的图像处理进行指定的信息。识别信息还可以是对构成传感器部210的各像素的排列进行指定的信息。
例如，通过以不同的排列构成布置于各像素的滤色器，传感器部210能够作为不同种类的图像传感器而发挥作用。例如，如图4所示，传感器部210能够以构成像素阵列212的各像素中的每一个像素700作为单位像素，并作为以拜耳排列构成的8K的图像传感器而发挥作用。另外，如图5所示，传感器部210能够以相同像素结构的像素阵列212的各像素、即以2行2列4个像素作为单位像素702，并作为以拜耳排列构成的4K的图像传感器而发挥作用。另外，传感器部210存在包含光学低通滤波器的情况。光学低通滤波器是基于像素阵列212的像素间距设计的。其中，在将2行2列4个像素作为单位像素时，将2行2列4个像素作为像素间距来设计光学低通滤波器。
如图6所示，传感器部210能够作为在2行2列4个像素中的1个像素中布置了ND滤波器704的4K的图像传感器而发挥作用。如图7所示，传感器部210能够作为在2行2列4个像素中的2个像素中布置了ND滤波器704的4K的图像传感器而发挥作用。如图8所示，传感器部210能够作为将2行2列4个像素中的1个像素710作为像面相位差检测用的对像素中的1个使用的4K图像传感器而发挥作用。如图9所示，传感器部210能够作为将由2行2列4个像素构成的单位像素中的、相邻的任意两个单位像素720中的单个像素722作为像面相位差检测用的对像素中的1个使用的4K的图像传感器而发挥作用。另外，像面相位差检测用的像素可以布置于B成分的像素或R成分的像素。
这样，即使像素阵列212的像素结构相同，由于布置于各像素的滤波器不同，也能够构成作为包含不同功能的图像传感器的传感器部210。而且，对从传感器部210输出的电信号进行的图像处理，需要根据单位像素的构成的不同实施不同的处理。通常，传感器部210和图像处理部120由一个单元构成，因此图像处理部120执行与传感器部210的单位像素的结构对应的预定的图像处理即可。然而，本实施方式中的传感器部210和图像处理部120并不是由一个单元构成。即，根据与主体部100连接的摄像部200或传感器部210的种类不同，图像处理部120需要进行不同的图像处理。
因此，图像处理部120对来自传感器部210的电信号进行与摄像部200或传感器部210的种类相对应的预定的图像处理。传感器部210包含以预定排列布置的多个像素。指定部112还可以将传感器部210的预定排列指定为摄像部200或传感器部210的种类。图像处理部120可以对从多个像素的每一个输出的电信号进行与预定排列对应的图像处理。
如上所述，传感器部例如是包含以将1个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第一传感器部(8K传感器)，或包含以将2行2列4个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第二传感器部(2×2 4K传感器)。并且，当连接到主体部100的摄像部200的传感器部210是第二传感器部时，图像处理部120进行将从2行2列4个像素各自输出的电信号以预定的加权相加的图像处理。
图像处理部120包括合成处理部122、切换部124以及去马赛克处理部126。切换部124根据摄像部200或传感器部210的种类，对是将从传感器部210输出的电信号输入到合成处理部122还是绕过合成处理部122进行切换。
在传感器部210是包含以将2行2列4个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第二传感器部时，合成处理部122将从传感器部210输出的构成单位像素的2行2列4个像素相加后进行平均，作为1个像素的电信号而输出。图像处理部120可以将从合成处理部122输出的电信号作为RAW数据存储在存储器130中。另外，在传感器部210是包含以将一个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第一传感器部(8K传感器)时，图像处理部120可以不经由合成处理部122而将从传感器部210输出的电信号直接作为RAW数据存储在存储器130中。
去马赛克处理部126对从传感器部210输出的RAW数据或者从合成处理部122输出的RAW数据执行去马赛克处理。图像处理部120可以将由去马赛克处理部126进行了去马赛克处理后的数据以JPEG、TIFF等图像格式存储在存储器130中。
当在构成单位像素的2行2列4个像素中存在缺陷像素时，合成处理部122利用4个像素中的缺陷像素以外的像素，补充缺陷像素的电信号，并将补充后的4个像素的电信号相加后，进行平均，作为1个像素的电信号输出。在4个像素中的所有像素均为缺陷像素时，合成处理部122可以基于相邻的单位像素的电信号，对该4个像素的电信号进行补充、然后相加并平均后，作为1个像素的电信号输出。
缺陷像素是不能输出正常的电信号的像素。缺陷像素是针对受光光量产生异常的像素信号的像素。缺陷像素例如是成为所谓的白缺陷、黑缺陷的像素。例如，也可以在制造时，在像素阵列212上形成均匀照明状态，将未得到预定水平的电信号的像素作为缺陷像素，并将该位置信息(地址信息)存储在存储器230中。合成处理部122可以从存储器230获取缺陷像素的位置信息，以进行缺陷像素的补充。
在单位像素的4个像素的电信号中存在成为奇点(噪声)的像素的电信号时，合成处理部122将剩余的像素的电信号相加后，进行平均，作为1个像素的电信号输出。
在构成单位像素的4个像素中存在布置有ND滤光片的像素，并在没有ND滤光片的像素饱和时，合成处理部122可以对有ND滤光片的一个像素的电信号进行增益补正，以作为一个像素的电信号输出。
在构成单位像素的4个像素中存在布置有ND滤光片的像素，并在没有ND滤光片的像素未饱和时，合成处理部122可以在对有ND滤光片的像素的电信号进行增益补正后，并在将4个电信号相加并平均后，作为1个像素的电信号输出。
在构成单位像素的4个像素中存在布置有ND滤光片的像素，在有ND滤光片的像素为缺陷像素且无ND滤光片的像素饱和时，可以基于邻接的单位像素的电信号，对该4个像素的电信号进行补充，然后进行相加并平均，以作为1个像素的电信号输出。
合成处理部122可以在对构成单位像素的4个像素的每一个乘以不同的增益后，进行相加并平均后，作为1个像素的电信号输出。由此，能够扩大动态范围，降低噪声。
传感器部210可以将2行2列4个像素作为单位像素，不输出任何像素的电信号，仅驱动4个像素中的1个或2个像素，仅对每个单位像素输出1个或2个像素的电信号。此时，合成处理部122可以对每个单位像素输出1个像素的电信号，或者将每个单位像素与2个像素的电信号相加并进行平均后，作为1个像素的电信号输出。通过减少要驱动的像素的数量，可以实现摄像处理的高速化。
上述那样的摄像系统500也可以搭载于移动体。摄像系统500可以搭载于如图10所示的无人驾驶航空器(UAV)上。UAV10可以包含UAV主体20和摄像系统500。摄像系统500可以包含支撑部400、主体部100、摄像部200以及镜头部300。UAV10为由推进部推进的移动体的一个示例。移动体是指除UAV之外，包括在空中移动的其他飞机等飞行体、在地面上移动的车辆、在水上移动的船舶等的概念。
UAV主体20包含多个旋翼。多个旋翼为推进部的一个示例。UAV主体20通过控制多个旋翼的旋转而使UAV10飞行。UAV主体20使用例如四个旋翼来使UAV10飞行。旋翼的数量不限于四个。此外，UAV10也可以是没有旋翼的固定翼机。
多个摄像装置60是为了控制UAV10的飞行而对UAV10的周围进行拍摄的传感用相机。两个摄像装置60可以设置于UAV10的机头、即正面。并且，其它两个摄像装置60可以设置于UAV10的底面。正面侧的两个摄像装置60可以成对，起到所谓的立体相机的作用。底面侧的两个摄像装置60也可以成对，起到立体相机的作用。可以基于由多个摄像装置60拍摄的图像来生成UAV10周围的三维空间数据。UAV10所包含的摄像装置60的数量不限于四个。UAV10只要包含至少一个摄像装置60即可。UAV10也可以在UAV10的机头、机尾、侧面、底面及顶面分别包含至少一个摄像装置60。摄像装置60中可设定的视角可大于摄像系统500中可设定的视角。摄像装置60也可以包含单焦点镜头或鱼眼镜头。
远程操作装置600与UAV10通信，以远程操作UAV10。远程操作装置600可以与UAV10进行无线通信。远程操作装置600向UAV10发送表示上升、下降、加速、减速、前进、后退、旋转等与UAV10的移动有关的各种指令的指示信息。指示信息包括例如使UAV10的高度上升的指示信息。指示信息可以表示UAV10应该位于的高度。UAV10移动以位于从远程操作装置600接收的指示信息所表示的高度。指示信息可以包括使UAV10上升的上升指令。UAV10在接受上升指令的期间上升。UAV10的高度已达到上限高度时，即使接受上升指令，UAV10也可以限制上升。
以上使用实施方式对本发明进行了说明，但是本发明的技术范围并不限于上述实施方式所描述的范围。对本领域普通技术人员来说，显然可对上述实施方式加以各种变更或改良。从权利要求书的描述显而易见的是，加以了这样的变更或改良的方式都可包含在本发明的技术范围之内。
应该注意的是，权利要求书、说明书以及说明书附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的动作、顺序、步骤以及阶段等各项处理的执行顺序，只要没有特别明示“在…之前”、“事先”等，且只要前面处理的输出并不用在后面的处理中，则可以任意顺序实现。关于权利要求书、说明书以及说明书附图中的操作流程，为方便起见而使用“首先”、“接着”等进行了说明，但并不意味着必须按照这样的顺序实施。
符号说明
10 UAV
20 UAV主体
60 摄像装置
100 主体部
110 主体控制部
112 指定部
120 图像处理部
122 合成处理部
124 切换部
126 去马赛克处理部
130 存储器
150 保持部
102 摄像部
210 传感器部
212 像素阵列
214 垂直选择电路
215 像素驱动线
214 水平选择电路
218 列处理部
219 垂直信号线
220 摄像控制部
230 存储器
250 保持部
300 镜头部
310 镜头控制部
312 镜头驱动部
314 镜头
130 存储器
400 支持部
401 第一旋转部
402 第一支持部
403 第二旋转部
404 第二支持部
405 第三旋转部
410 支撑控制部
500 摄像系统
600 远程操作装置。

Claims (7)

1.一种摄像系统，其包含：
主体部；
支撑部，其可旋转地支撑所述主体部；以及
摄像部，其可拆卸地设置在所述主体部上；
所述摄像部包含：
保持部，其可拆卸地保持镜头部；以及
传感器部，其将经由所述镜头部成像的光学图像转换为电信号；
所述主体部包含：
图像处理部，其对来自所述传感器部的所述电信号进行图像处理，其中，不同种类的所述传感器部共用所述图像处理部，所述传感器部是包含以将1个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第一传感器部，或包含以将2行2列4个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第二传感器部，当连接到所述主体部的所述摄像部的所述传感器部是所述第二传感器部时，所述图像处理部进行将从2行2列4个像素的每一个输出的所述电信号以预定的加权相加的图像处理。
2.如权利要求1所述的摄像系统，其中，所述主体部还包含：
指定部，其在所述主体部安装有所述摄像部的情况下，指定所述摄像部或所述传感器部的种类；
所述图像处理部对来自所述传感器部的所述电信号进行与所述摄像部或所述传感器部的种类相对应的预定的图像处理。
3.如权利要求2所述的摄像系统，其中，
所述摄像部包含：
存储部，其存储用于识别所述摄像部或所述传感器部的种类的识别信息；
所述指定部可以基于所述识别信息来指定所述摄像部或所述传感器部的种类。
4.如权利要求2所述的摄像系统，其中，所述传感器部包含以预定排列布置的多个像素；
所述指定部将所述传感器部的所述预定排列指定为所述摄像部或所述传感器部的种类；
所述图像处理部对从所述多个像素的每一个输出的所述电信号进行与所述预定排列相对应的图像处理。
5.如权利要求4所述的摄像系统，其中，
所述指定部指定连接到所述主体部的所述摄像部的所述传感器部是所述第一传感器部还是所述第二传感器部。
6.一种摄像系统，其包含：
主体部；以及
摄像部，其可拆卸地设置在所述主体部上；
所述摄像部包含：
传感器部，其将光学图像转换为电信号；
所述主体部包含：
指定部，其在所述主体部安装有所述摄像部的情况下，指定所述摄像部或所述传感器部的种类；
图像处理部，其对来自所述传感器部的所述电信号进行与所述摄像部或所述传感器部的种类相对应的预定的图像处理，使不同种类的所述传感器部共用所述图像处理部；
所述传感器部是包含以将1个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第一传感器部，或包含以将2行2列4个像素作为单位像素的排列布置的多个像素的第二传感器部，当连接到所述主体部的所述摄像部的所述传感器部是所述第二传感器部时，所述图像处理部进行将从2行2列4个像素的每一个输出的所述电信号以预定的加权相加的图像处理。
7.一种移动体，其搭载如权利要求1～6中任一项所述的摄像系统，并进行移动。
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