CN1848919B - 用于控制隐避掩模显示的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制隐避掩模显示的方法和设备包括监视照相机，当显示遮蔽拍摄图像帧中特定目标物的隐避掩模时，如果监视照相机倾斜并且其倾斜角大于90°，则在帧中的图像和隐避掩模就相对CCD中心轴旋转180°，并将存储在设备中的光学中心轴也相对CCD中心轴旋转180°。然后，如果监视照相机的变焦率变化，则相对于关于CCD中心轴旋转180°的光学中心轴来调整隐避掩模的尺寸和位置。因此，即使在监视照相机的光学中心轴和CCD中心轴不重合的情况下，也能自由地进行变焦和倾斜操作，而没有暴露保护隐私目标物的危险。

Description

用于控制隐避掩模显示的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于照相机的方法和设备，更具体地说，涉及用于控制隐避掩模(privacy mask)显示的方法和设备。
背景技术
为了在重点安全区拍摄被监视的目标物图像，可以安装监视照相机、照相机或摄像机。所拍摄的监视图像可以存储在近年来在市场上可买到的数字录像机(DVR)中。由监视照相机拍摄的监视图像可以包含涉及隐私的数据，诸如非特定人员的面部图像，从而生成的图像涉及侵犯隐私。图1a图示了具有摇摄和倾斜能力的监视照相机的实例。
为了保护可能由于拍摄监视的图像所暴露的非特定人员的隐私，提出将隐避掩模(或遮蔽板)诸如马赛克图像覆盖监视图像的目标物的方法。这种方法将含有隐避掩模的图像覆盖监视图像，并同时显示两个图像，从而隐避掩模选择性地遮蔽监视图像中要保护隐私的目标物。
当以大约60°的倾斜角拍摄或录像区域A时，监视照相机100可以沿如图1b所示的摇摄方向旋转180°，或沿如图1c所示的倾斜方向旋转大约60°，以拍摄相对监视照相机100与区域A相对的区域B。
但是，如果通过摇摄操作改变监视照相机100的监视方向，如前面的情形，旋转摇摄电机180°要花相当长的时间。如果通过倾斜操作改变监视照相机100的监视方向，如后面的情形，因为较小的旋转角，所以旋转倾斜电机大约共60°要花比较短的时间。但是，监视照相机100沿倾斜方向一超过垂直面的90°角位置(图1d)，由于监视照相机100的顶部和底部倒置，就会颠倒用监视照相机拍摄图像的顶部和底部。因此，在前面的情形，图像不会颠倒，而在后面的情形，图像颠倒。
如果倾斜角大于90°，如图1d所示，图像上下和左右颠倒，相对CCD中心轴旋转监视图像180°。
此时，监视照相机100还能够进行变焦，以调整监视或拍摄图像的尺寸。根据监视照相机100是推向目标/移离目标，监视或拍摄的图像可以放大/缩小。因此，根据用户的要求或自动基于传感器、检测器和/或监视安装监视照相机位置的规定程序，监视照相机100能够独立地摇摄、倾斜和变焦，以观察安装位置的各个区，诸如安全区。
对于这种监视照相机100，预定尺寸的隐避掩模在适当区域覆盖监视图像，从而要求隐私保护的特定目标物不暴露到所拍摄的图像帧中，其中所拍摄的图像可以是照片或录像之一。
当隐避掩模覆盖在监视图像或在拍摄图像帧或监视图像中所包含的特定目标物时，如果监视照相机100沿摇摄或倾斜方向旋转，或推向目标或移离目标，那么在拍摄图像帧中特定目标物的监视图像对应于旋转和变焦来移动和/或放大/缩小。对应于这种情况，当监视图像移动和/或放大/缩小时，调整隐避掩模的位置和/或尺寸。
但是，尽管响应监视照相机100的旋转或变焦，调整隐避掩模的位置和/或尺寸，但所调整的隐避掩模会不精确地遮蔽移动和/或放大/缩小的监视图像。特别是，当监视照相机100推向目标或移离目标(变焦率的变化)时，会经常出现隐避掩模的不精确调整。
关于监视照相机100的变焦率的变化，由于CCD中心轴与透镜光学中心轴不重合会产生隐避掩模的不精确调整。因为在印刷电路板(PCB)上CCD的不正确安装、透镜的未对准等，监视照相机100的CCD中心轴和透镜光学中心轴可能物理地不重合。
为了减轻由CCD中心轴和透镜光学中心轴之间不重合产生的问题，当变焦率变化时，监视照相机100的微型计算机15放大或缩小隐避掩模，同时相对透镜中心轴移动隐避掩模，而不是相对CCD中心轴。
但是，如果监视照相机沿倾斜方向旋转，倾斜角为大于90°，从而产生图像的倒置，当变焦率也变化时，那么所拍摄图像的旋转中心变成不同于隐避掩模的移动中心。因此，隐避掩模会不精确地调整，不能完全遮蔽监视图像和/或特定目标物。
上述参考文献在此引入作为参考，其适于附加或可替换细节、特征和/或技术背景的正确教导。
发明内容
本发明的目的是至少解决上述问题和/或缺陷，和至少提供下文所述的优点。
本发明的目的是提供隐避掩模显示的精确控制。
本发明的另一目的是提供至少对监视照相机的倾斜角超过90°或变焦率变化之一的补偿。
本发明的另一目的是补偿CCD中心轴与透镜光学中心轴的不重合。
根据本发明的一方面，通过提供用于控制隐避掩模显示的方法可以实现上述和其它目的，其包括：如果监视照相机倾斜并且其当前倾斜角大于预定角，则相对CCD中心轴旋转掩模180°，所述掩模覆盖监视帧并在监视帧中显示，并补偿存储在监视照相机中的光学中心轴；如果监视照相机的变焦率变化，则相对补偿的光学中心轴调整旋转掩模的尺寸和位置。
优选地，如果当前倾斜角大于预定角，则光学中心轴相对CCD中心轴旋转180°。预定角可以是90°，利用与CCD中心轴的偏移量可以存储光学中心轴。
根据本发明的另一方面，提供用于控制掩模显示的设备，其包括：信号处理器，用于将监视照相机的CCD输出信号处理成图像；掩模发生器，用于在图像区产生要覆盖和显示的掩模；存储器，用于存储监视照相机的光学中心轴；和控制器，如果监视照相机的倾斜角大于预定角，其用于相对CCD中心轴旋转掩模180°和补偿光学中心轴，如果监视照相机的变焦率变化，其用于控制掩模发生器，以根据倾斜角不同地调整掩模的位置。
在下面的说明书部分阐述本发明的其它优点、目的和特征，并且根据下面的验证，对本领域的普通技术人员来说显而易见，或从本发明的实施可以得知。可以实现和获得在附加的权利要求中特别指出的本发明的目的和优点。
附图说明
参照以下的附图详细描述本发明，其中相同的附图标记指相同的元件，其中：
图1a-1d是表示用摇摄/倾斜机构进行普通监视照相机的摇摄和倾斜的实例的视图；和
图2是表示监视照相机的结构和摇摄/倾斜机构的框图；
图3a、3b、4a和4b是表示根据本发明的隐避掩模显示控制方法的图像转换的视图。
具体实施方式
图2示出监视照相机和摇摄/倾斜机构的结构。监视照相机100包括变焦透镜10、聚焦透镜11、光阑12、电荷耦合装置(CCD)13、数字信号处理器14、微型计算机15、界面16、和掩模发生器17。摇摄/倾斜机构200包括摇摄电机20、倾斜电机21、步进电机驱动器22、和摇摄/倾斜机构微型计算机23。
摇摄电机20和倾斜电机21的每一个都是步进电机。为了定位监视照相机100，使得它以用户期望的角度拍摄目标物，摇摄/倾斜机构微型计算机23控制步进电机驱动器22，以旋转摇摄电机20和倾斜电机21，并检测摇摄(水平)旋转角和倾斜(垂直)旋转角，或当前的摇摄角和倾斜角。
因此，监视照相机100可以通过移动来监视安装监视照相机100的所有位置，以通过摇摄/倾斜机构200的摇摄操作(水平旋转)和倾斜操作(垂直旋转)观察安装位置的各个区。摇摄/倾斜机构200可以沿摇摄方向旋转360°和沿倾斜方向旋转180°。
在这种照相机中，将要解释在变焦率变化期间用于遮蔽目标物的隐避掩模的尺寸和位置变化的原理。在监视照相机100中的变焦透镜10和聚焦透镜11可以是组合透镜。当该透镜的变焦率是1时，透镜的焦距、从透镜到目标物的距离、和从透镜到沿目标物的相反方向通过透镜形成目标物的实像的距离分别设为f，a和b。
在f，a和b之间，具有等式1/a+1/b＝1/f，因此b＝(a·f)/(a-f)。因为CCD 13位于透镜和目标物的实像之间，所以在CCD 13上形成的目标物图像的尺寸与距离b成比例。因为通常焦距f比距离a小得多(f＜＜a)，所以b≈(a·f)/a＝f，意谓着距离b与焦距f成比例。因此，在CCD 13上形成的图像尺寸与透镜的焦距f成比例。
如果透镜的变焦率为n，焦距为n·f。因为n·f的值也比距离a小得多(n·f＜＜a)，b＝(n·a·f)/(a-n·f)≈(n·a·f)/a＝n·f。这意谓着b的值近似为变焦率1的情况下的n倍。因此，通常，可以假定，如果变焦率为n，在CCD 13上形成的图像尺寸变成在变焦率1的情况下的n倍。如果变焦率为n，不仅在CCD 13上形成的图像尺寸，即，在监视图像中目标物的尺寸，为n倍大，而且在监视图像中的目标物的位置也移动。
与变焦率成比例，在监视图像中包含的目标物不仅尺寸变得更大，而且离透镜光学中心轴的距离变得更远。例如，构成变焦率2的监视图像中目标物的像素，在离光学中心轴的距离比构成变焦率1的监视照相机中目标物的对应像素的另一位置大两倍的位置显示。即，如果变焦率从1变到n，则在监视图像中的目标物离透镜光学中心轴的距离比变焦率变化之前的大两倍。
如果变焦率从Z1变到Z2，则在变焦率Z1的监视图像中的点P1移到变焦率Z2的监视图像中的点P2，其中点P2满足等式：P2＝Z2(P1-Pc)/Z1+Pc(等式1)，Pc是光学中心点。如果P2的表示不同于P1，P2＝(Z2-Z1)×(P1-Pc)/Z1+P1(等式2)。此外，在变焦率Z1的监视图像中用每点表示的目标物的尺寸变成Z2/Z1(等式3)，其是变焦率之间的比率。
因此，如果变焦率从Z1变到Z2，设置成遮蔽变焦率Z1的监视图像的目标物的隐避掩模就必须利用上述等式变化。例如，如果隐避掩模呈矩形形式，则矩形的两对角线相对点，即左上端点和右下端点、或左下端点和右上端点可以利用等式转换，以响应变焦率变化重新调整隐避掩模。矩形的中心点和顶点也可以用于重新调整隐避掩模，其中通过等式(即，等式1或2)转换中心点，顶点与中心点的水平和垂直位移分别乘以变焦率之间的比率(即，等式3)。
隐避掩模还必须响应变焦率变化而相对光学中心轴改变尺寸和位置。因此，如果CCD中心轴和透镜的光学中心轴不重合，则透镜光学中心轴的位置或偏移量必须事先测量和操纵。
也就是说，如果倾斜角超过90°，拍摄图像帧(或监视图像)中的图像需要相对CCD中心轴旋转，即，拍摄图像帧(或监视图像)的中心需要相对中心轴旋转。如果出现这种旋转，那么光学中心轴的位置也需要相对拍摄图像帧的中心旋转。因此，如果倾斜角超过90°，本发明就操纵通过相对拍摄图像帧的中心旋转光学中心轴的位置180°而获得的新光学中心轴，并根据任何出现的变焦率变化来控制隐避掩模的位置。
在下文中，解释用于控制根据本发明的隐避掩模的方法。首先指出，在组装监视照相机100过程中，事先测量光学中心轴的位置，并存储在存储器(未示出)中。
当监视照相机100投入使用时，根据用户的要求，摇摄/倾斜机构200通过垂直旋转监视照相机100进行倾斜操作，并通过水平旋转监视照相机100进行摇摄操作。此时，根据用户的要求，监视照相机100的微型计算机15也控制掩模发生器17，以在适当区域将预定尺寸的隐避掩模覆盖拍摄图像帧，从而要求隐私保护的特定目标物不暴露到拍摄图像帧中。
根据用户的要求，为了在变焦率变化时控制隐避掩模，微型计算机15控制掩模发生器17，以根据最近变化的变焦率调整隐避掩模的尺寸，如上所述，从存储器读取存储的光学中心轴的位置，并相对读取的光学中心轴移动隐避掩模的位置。例如，如果变焦率从Z1变到Z2，位于掩模边缘两相对点的对(例如，对角相对点)可以利用等式P2＝Z2(P1-Pc)/Z1+Pc或P2＝(Z2-Z1)×(P1-Pc)/Z1+P1来转换，其中P1是在Z1变焦率的点位置，P2是在Z2变焦率中的移动点，Pc是所使用的光学中心点。另外，仅仅掩模的中心点可以利用用于P2的等式1或2来转换，同时用从掩模中心点到边缘点的距离乘以变焦率之间的比率Z2/Z1来产生掩模边缘点与掩模中心点的水平和垂直位移。用类比来说，该方法可以认为与移动织物时的伸长弹性织物一样。
为了控制隐避掩模，当通过摇摄/倾斜机构200的倾斜操作而使倾斜角度变成大于90°时，监视照相机100的微型计算机15控制数字信号处理器14，以相对CCD中心轴旋转拍摄图像帧中的图像180°，同时，控制掩模发生器17相对CCD中心轴旋转隐避掩模。
在下文中，解释当除了变焦率变化之外，倾斜角大于90°时用于控制隐避掩模的方法，或反之亦然。为了在变焦率变化时控制隐避掩模，由于大于90°的倾斜角，在拍摄图像帧中的图像和隐避掩模相对CCD中心轴旋转后，监视照相机100的微型计算机15进行如下适当的动作，如图3(a)和3(b)所示。微型计算机15从存储器读取光学中心轴的存储位置，通过相对CCD中心轴将存储光学中心轴的读取位置旋转180°来计算新的光学中心轴，控制掩模发生器17，以根据最近变化的变焦率调整隐避掩模的尺寸，如上所述，和/或相对新的光学中心轴的位置移动隐避掩模的位置，如上所述。
图3(a)表示光学中心相对CCD中心旋转180°。光学中心最初位于右下象限。用字母“A”表示的掩模与存储或初始中心相关。在图3(a)中，掩模表示为正方形。但是，任何其它形状的掩模也是可能的，包括矩形、椭圆形、圆形、星形、图片、图像和/或轮廓。一旦倾斜角超过90°，光学中心就相对CCD中心旋转180°，并且位于左上象限的位置。然后，掩模相应地移动。绕CCD中心轴旋转180°，用(o，o)→(x，y)；(x，o)→(o，y)；(x，y)→(o，o)；和(o，y)→(x，o)的转换来表示。
图3(b)表示根据变化的变焦率调整掩模的尺寸。如图所示，一旦光学中心轴和掩模移动，如图3(a)所示，掩模的尺寸就变化，在这种情况下，按变焦率之间的比率(等式3)增大，如上所述。同时，掩模的位置也利用等式1或2转换，以移动掩模的中心点，在这种情况下，远离新的光学中心点。即，通过上述可替换的方法进行尺寸调整和掩模移动。当然，掩模的尺寸也可以减小，如果用上述可替换方法变焦减小，掩模的移动更靠近新光轴。
另一方面，为了在倾斜角大于90°时控制隐避掩模，在隐避掩模相对从存储器读取的存储光学中心轴调整尺寸和位置后，微型计算机15进行适当的动作，如下面在图4(a)和图4(b)所示。微型计算机15控制掩模发生器17，以根据最近变化的变焦率调整隐避掩模的尺寸和移动隐避掩模，如上所述，控制数字信号处理器14，以相对CCD中心轴旋转拍摄图像帧的图像，同时，控制掩模发生器17，以相对CCD中心轴旋转调整的隐避掩模，和/或通过相对CCD中心轴旋转存储光学中心轴的位置来计算新的光学中心轴位置。
如图4(a)所示，掩模最初位于右下象限。在这种情况下，通过增大变焦率之间的比率(等式3)改变掩模的尺寸。同时，在这种情况下，远离光学中心轴移动掩模的位置。通过上述方法进行掩模的尺寸调整和移动。
因此，如果倾斜角超过90°，如图4(b)所示，光学中心轴相对CCD中心轴旋转180°，从而计算新的光轴并相对CCD中心轴旋转180°，并定位于左上象限。绕CCD中心轴旋转180°，用各个点的转换诸如(o，o)→(x，y)；(x，o)→(o，y)；(x，y)→(o，o)；和(o，y)→(x，o)来表示。
然后，如果倾斜角变成小于或等于90°，监视照相机100的微型计算机15显示在具有另一旋转的拍摄图像帧中包含的图像，并控制掩模发生器17，以重新旋转隐避掩模和相对CCD中心轴旋转180°的光学中心轴，从而隐避掩模返回到原始位置。重新旋转隐避掩模和光学中心轴的旋转方法与旋转隐避掩模和光学中心轴的方法相同。
因此，即使在监视照相机的光学中心轴和CCD中心轴不重合的条件下，因为隐避掩模被控制成覆盖目标物，所以本发明使监视照相机能够自由进行变焦和倾斜操作，而没有暴露保护隐私目标物的危险。
虽然出于解释的目的，公开了本发明的优选实施例，但本领域的普通技术人员将理解，在不脱离附加权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种变形、附加和替换都是可能的。
前述实施例和优点仅仅是示例性的，不构成本发明的限制。本教导容易应用于其它类型的设备。本发明的描述是说明性的，不限制权利要求的范围。许多替换、改形和变化对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。在权利要求中，装置加功能的条款用于覆盖在此描述实现所述功能的结构，不仅是结构等同，而且是等同结构。

Claims (14)

1.一种用于控制掩模显示的方法，包括：
如果监视照相机倾斜并且其当前的倾斜角大于预定角，则相对电荷耦合器件CCD的中心轴将覆盖监视帧并在监视帧中显示的掩模旋转180°，并将存储的监视照相机的光学中心轴相对于电荷耦合器件CCD的中心轴旋转180°；和
如果监视照相机的变焦率变化，则相对补偿的光学中心轴调整旋转掩模的尺寸和位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中预定角是0。
3.如权利要求1所述的方法，其中基于从CCD中心轴的偏移量来存储光学中心轴。
4.如权利要求1所述的方法，还包括如果监视照相机倾斜并且其当前倾斜角返回到小于预定角的角度，则相对CCD中心轴将所旋转的掩模旋转180°，并将补偿的光学中心轴恢复到原始值。
5.一种用于控制掩模显示的设备，包括：
信号处理器，用于将监视照相机的电荷耦合器件CCD的输出信号处理成图像帧；
掩模发生器，用于生成要覆盖图像帧的一区域并在图像帧的一区域显示的掩模；
存储器，用于存储监视照相机的光学中心轴；和
控制器，如果监视照相机的倾斜角大于预定角，其用于相对CCD的中心轴旋转掩模180°并旋转所述光学中心轴180°，如果监视照相机的变焦率变化，其用于控制掩模发生器，以根据倾斜角不同地调整掩模的尺寸和位置。
6.如权利要求5所述的设备，其中预定角是90°。
7.如权利要求6所述的设备，其中如果监视照相机的倾斜角大于预定角，则控制器控制信号处理器相对CCD中心轴旋转图像帧180°。
8.如权利要求6所述的设备，其中当监视照相机的倾斜角小于预定角时，如果变焦率变化，则相对于存储在存储器中的光学中心轴调整掩模的尺寸和位置，当倾斜角大于预定角时，如果变焦率变化，则相对于关于CCD中心轴旋转180°的光学中心轴调整掩模的尺寸和位置。
9.如权利要求5所述的设备，其中基于从CCD中心轴的偏移量存储光学中心轴。
10.如权利要求5所述的设备，其中如果监视照相机的倾斜角变成小于预定角，则控制器控制掩模发生器相对CCD中心轴旋转所旋转的掩模另一180°，并将补偿的光学中心轴恢复到最初设定值。
11.如权利要求1所述的方法，其中利用Z2/Z1的比率调整掩模的尺寸，其中Z1是在图像尺寸变化之前照相机的变焦率，Z2是在图像尺寸变化之后照相机的变焦率。
12.如权利要求1所述的方法，其中通过将掩模的中心点移到点P2＝Z2(P1-Pc)/Z1+Pc来移动掩模，其中Pc是图像的中心点，Z1是在图像尺寸变化之前照相机的变焦率，Z2是在图像尺寸变化之后照相机的变焦率，P1是在图像尺寸变化之前掩模中心点的位置。
13.如权利要求1所述的方法，其中通过将掩模的中心点移到点P2＝(Z2-Z1)×(P1-Pc)/Z1+P1来移动掩模，其中Pc是图像的中心点，Z1是在图像尺寸变化之前照相机的变焦率，Z2是在图像尺寸变化之后照相机的变焦率，P1是在图像尺寸变化之前掩模中心点的位置。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，通过将掩模的至少一个边缘的至少一点到中心点的距离乘以比率Z2/Z1以对其进行水平的或者垂直的置换，从而调整掩模的尺寸。
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