CN206559476U - 一种双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机 - Google Patents

Abstract

一种双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，其包括:快装底座、环形连接部件、万向球壳组件；万向球壳组件包括：第一电动变焦镜头、第二电动变焦镜头、第一图像传感器板、第二图像传感器板、网络编码处理主板、红外灯电路板以及万向球形外壳套件；第一电动变焦镜头通过镜头座安装于第一图像传感器板上，第二电动变焦镜头通过镜头座安装于第二图像传感器板上，第一电动变焦镜头设置于第二电动变焦镜头正上方，呈轴向对称，第一图像传感器板和第二图像传感器板通过线缆连接至网络编码处理主板，红外灯电路板也通过线缆连接至网络编码主板；快装底座固定于天花板或墙上，万向球壳组件放入环形连接部件内，环形连接部件固定到快装底座上。

Description

一种双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机

技术领域

本实用新型属于视频监控领域，特别涉及一种双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机。

背景技术

对公共区域的监控视频，可实现相关的视频结构化分析，如边界入侵、行为分析、人流量统计等，具有重要的事后查证、事前预警作用，如何实现监控范围或重要监控目标的全景拍摄是非常重要的问题。

目前市场上主流应用的低成本监控电动变焦镜头，由于存在固有的光学系统设计技术门槛，难于突破4倍光学变倍这一特定数值。在这一类镜头里，国产光学镜头在最近几年内基本占领了整个市场，日系厂家镜头由于价格高、产品种类少、不能快速响应市场需求变化等原因而应用很少。出于市场推广宣传目的，也有所谓达到4倍以上变焦的单镜头摄像机，实测焦距达不到标称值。这里所指的低成本电动变焦镜头，不包含大体积、长焦距的电动3可变镜头，也不包括球机内常用的10倍、22倍、30倍这类一体机镜头。通常，最为广泛应用的是3倍变焦，短焦焦距段有2.8-8mm、2.8-10mm、3-11mm、3-8mm、3-9mm等；中焦焦距段有6-22mm、7-22mm、8-16mm、8-33mm等，如果需要更大倍数只能选一体机镜头。后者缺点是开发门槛高和成本高，镜头本身价格高、做光轴校正等调试使用的平行光管等专业设备也较昂贵。其次，单镜头设计无法满足短焦和中长焦兼顾。已有的全景摄像机，达到同样兼顾广角和图像细节的效果需要选用超高分辨率的图像传感器，且需最大限度消除鱼眼镜头带来的畸变和图像细节损失。鱼眼镜头制造工艺特殊，对摄像机外壳设计、制造加工方面要求都比较高。三是采用2个及以上单独的摄像机安装在不同的位置来覆盖整个监控场景的拍摄需求，其缺点是布线施工成本高，传输线路带宽利用率稍低，即开销大一点。四是其他同行业友商的双目摄像机，不具备变焦距拼接、红外夜视功能和万向调节功能，用户体验较差，不能满足越发复杂和精细的监控需求。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，通过2个不同焦距段的电动可变焦镜头进行平滑拼接而拓展摄像机整体焦距的可变长度，转动调节万向球壳，还可以方便地调整摄像机的监控视场。

解决上述问题的技术方案是：这种双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，其包括:快装底座(01)、环形连接部件(02)、万向球壳组件；

万向球壳组件包括：第一电动变焦镜头(04)、第二电动变焦镜头(06)、第一图像传感器板、第二图像传感器板、网络编码处理主板、红外灯电路板(07)以及万向球形外壳套件(03)；第一电动变焦镜头(04)通过镜头座安装于第一图像传感器板上，第二电动变焦镜头(06)通过镜头座安装于第二图像传感器板上，第一电动变焦镜头(04)设置于第二电动变焦镜头(06)正上方，呈轴向对称，第一图像传感器板和第二图像传感器板通过线缆连接至网络编码处理主板，红外灯电路板(7)也通过线缆连接至网络编码主板；

快装底座(01)固定于天花板或墙上，万向球壳组件放入环形连接部件(02)内，环形连接部件(02)固定到快装底座(01)上。

本实用新型通过两个电动变焦镜头的焦距拼接，拓展了摄像机的光学变倍倍数，丰富了摄像机的拍摄应用，利用图像拼接技术和万向调节结构设计实现了更灵活的场景监控，红外补光结合双滤光片切换装置，实现白天图像不偏色，夜晚自动开启红外补光，无需额外增加补光设备，可以完全覆盖一天24小时的监控需求。另外，由于本实用新型的可万向调节的双镜头变焦距拼接摄像机外壳的防护等级为IP66级，能够实现必要的防水防尘功能，保证了摄像机运行可靠性，适应室外恶劣环境也没问题，拓宽了摄像机的环境适应范围。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实例中或现有技术中的技术方案，下面对本申请实例说明描述所需要的附图作简单的介绍。

图1为本实用新型的整机正视图。

图2为本实用新型的镜头焦距拼接示意图。

图3为本实用新型的自动焦距标定方法示意图。

具体实施方式

这种双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，其包括:快装底座(01)、环形连接部件(02)、万向球壳组件；

万向球壳组件包括：第一电动变焦镜头(04)、第二电动变焦镜头(06)、第一图像传感器板、第二图像传感器板、网络编码处理主板、红外灯电路板(07)以及万向球形外壳套件(03)；第一电动变焦镜头(04)通过镜头座安装于第一图像传感器板上，第二电动变焦镜头(06)通过镜头座安装于第二图像传感器板上，第一电动变焦镜头(04)设置于第二电动变焦镜头(06)正上方，呈轴向对称，第一图像传感器板和第二图像传感器板通过线缆连接至网络编码处理主板，红外灯电路板(7)也通过线缆连接至网络编码主板；

快装底座(01)固定于天花板或墙上，万向球壳组件放入环形连接部件(02)内，环形连接部件(02)固定到快装底座(01)上。

双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机通过两个电动变焦镜头的焦距拼接，拓展了摄像机的光学变倍倍数，丰富了摄像机的拍摄应用，利用图像拼接技术和万向调节结构设计实现了更灵活的场景监控，提升了用户体验。

优选地，该变焦摄像机还包括：人机交互界面，其与网络编码主板连接。

优选地，所述万向球形外壳套件(03)包括:半球形下壳、半球形上壳、保护玻璃透明视窗(08)、内部金属支架，内部金属支架通过螺柱固定于半球形下壳内，红外灯电路板(07)固定于半球形上壳内，第一图像传感器板和第二图像传感器板通过螺丝固定于内部金属支架的同一侧；网络编码处理主板通过螺丝固定于内部金属支架的另一侧。

优选地，所述第一电动变焦镜头(04)和第二电动变焦镜头(06)各自内置一个双滤光片切换装置ICR，每个双滤光片切换装置ICR均包含IR-CUT滤片和黑夜滤片，第一电动变焦镜头(04)为短焦焦距段的镜头，第二电动变焦镜头(06)为中长焦焦距段的镜头。

优选地，所述红外灯电路板(07)包括光敏IC器件(05)和红外补光LED，红外灯电路板(07)设置在第一图像传感器板、第二图像传感器板和保护玻璃视窗(08)之间。

优选地，半球形下壳设置有防水接头，保护玻璃透明视窗(08)通过防水密封胶粘到半球形上壳上，万向球形外壳套件的防护等级为IP66级。

本实用新型通过两个电动变焦镜头的焦距拼接，拓展了摄像机的光学变倍倍数，丰富了摄像机的拍摄应用，利用图像拼接技术和万向调节结构设计实现了更灵活的场景监控，红外补光结合双滤光片切换装置，实现白天图像不偏色，夜晚自动开启红外补光，无需额外增加补光设备，可以完全覆盖一天24小时的监控需求。另外，由于本实用新型的可万向调节的双镜头变焦距拼接摄像机外壳的防护等级为IP66级，能够实现必要的防水防尘功能，保证了摄像机运行可靠性，适应室外恶劣环境也没问题，拓宽了摄像机的环境适应范围。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

应说明的是，本申请中所述的“连接”和用以表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既可以包括某一部件与另一部件直接连接，也可以包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

如图1所示，本实用新型提供了一种双镜头实现光学倍数拓展的变焦摄像机，包括快装底座(01)、环形连接部件(02)、万向球壳组件(03-08)。施工时先将快装底座(01)固定于天花板或墙上，再将万向球壳组件(03-08)放入环形连接部件(02)内，通过环形连接部件(02)连接固定到快装底座(01)上。转动调节万向球壳，可以方便地调整摄像机的监控视场。万向球壳组件(03-08)包括第一电动变焦镜头(04)、第二电动变焦镜头(06)、第一图像传感器板、第二图像传感器板、网络编码处理主板和红外灯电路板(07)以及万向球形外壳套件(03)。

所述万向球形外壳套件从上至下依次包括半球形下壳、半球形上壳、保护玻璃透明视窗(08)，还包括固定各个电路板的内部金属支架。内部各电路板和组件的连接安装关系是这样的：第一电动变焦镜头(04)通过镜头座安装于第一图像传感器板上，第二电动变焦镜头(06)通过镜头座安装于第二图像传感器板上，第一电动变焦镜头(04)设置于第二电动变焦镜头(06)正上方，呈轴向对称。两块图像传感器板使用螺丝固定于金属支架的同一侧，金属支架的另一侧固定网络编码处理主板。使用螺柱将金属支架固定到半球形下壳内，红外灯电路板(07)固定于半球形上壳内。各电路板之间使用线缆连接。

结合图1和图3所示，入射光线从上述保护玻璃透明视窗(08)进入第一电动变焦镜头(04)和第二电动变焦镜头(06)，分别在第一和第二图像传感器上进行光学成像，两路原始视频图像数据传送到网络编码处理主板中完成图像信号处理(ISP)。具体地，ISP处理模块对原始图像进行LSC、AWB、颜色校正、LDC、AE等处理，使图像效果更符合人眼观看特性。优选地，双路视频图像在网络编码处理主板的视频拼接模块进行参数标定，PMF几何变换，利用“透视投影模式”进行图像拼接，把双路图像投影到同一个合适的平面，再根据共同特征点匹配进行双路图像位置对齐，实现拼接。优选地，为了使拼接效果最优，第一和第二图像传感器选择同样型号的器件。

为了达到降低视频传输码流的目的，本实用新型采用了H.264或H.265视频编码技术，对拼接后的视频图像进行编码压缩，然后通过网络打包模块进行打包发送。H.264和H.265是当前主流的2大视频编码算法，在监控视频领域里已经得到了普及应用。尤其H.265，使用其压缩后的码流可以比H.264码流在同等图像质量下节省40％-50％的带宽。但本实用新型对使用何种视频编码算法不限制，在此只是提供较佳实施例而已。

为了更好说明双镜头变焦距拼接摄像机的实现原理，结合图2所示，优选地，所述的第一电动变焦镜头(04)焦距段和第二电动变焦镜头(06)焦距段不同，通过焦距拓展拼接技术使摄像机的光学变焦倍数实现累积增加。优选地，第一电动变焦镜头(04)选择短焦焦距段的镜头，第二电动变焦镜头(06)选择中长焦焦距段的镜头。假设第一电动变焦镜头(04)焦距段为(f1-f2)mm，第二电动变焦镜头(06)焦距段为(f3-f4)mm，则必须满足f4>f2>f3>f1，则焦距拓展拼接后的摄像机可变焦距为(f1-f4)mm。进一步地，考虑监控镜头的标称焦距公差为±5％，应满足(f2*95％)>(f3*105％)，且考虑第一电动变焦镜头(04)和第二电动变焦镜头(06)的空间固有间距，为了平滑拼接焦距效果和最大程度减少重叠焦距，优选地，f2≥f3*1.2。如第一电动变焦镜头(04)焦距段为2.8-10mm，第二电动变焦镜头(06)焦距段为8-33mm，则焦距拓展拼接后的摄像机可变焦距为2.8-33mm。

优选地，通过人机交互界面来实现远程控制摄像机在整个可变焦距段内的变焦和聚焦操作，具体地，所述的人机交互界面可设置为单视频画面模式和双视频画面模式。

结合图3所示，在单视频画面模式下，操作人员可以通过人机交互界面设置某个光学倍数值，如f1为1倍，可选变倍倍数值为1……n，其中nf1＝(f4/f1)的整数倍。根据需要，这个倍数值可以进一步细化为1/2、1、3/2……。优选地，操作人员也可以通过人机交互界面设置为某个具体的焦距值，所设参数保存后以预设传输协议通过网络传输到摄像机上，摄像机内网络编码处理主板进行协议解析，按照聚焦曲线查表后控制电动变焦镜头进行相应的变焦和自动聚焦动作，变化了视场的视频图像经过编码后通过网络传输到远端进行解码显示。在摄像机内对每个电动变焦镜头预设了多条聚焦曲线，根据需要来选择，由于自动聚焦算法及聚焦曲线并非本实用新型的重点，因此不在此赘述。

在双视频画面模式下，第一电动变焦镜头(04)所对应的画面更广角，可以实现全景监控，操作人员通过人机交互界面可以设置控制第二电动变焦镜头(06)进行变焦和聚焦，以看到监控画面中监控对象的细节。同理，设置参数通过网络传输到摄像机端进行协议解析并在网络编码处理主板上完成相应的控制操作。

优选地，操作人员还可以进行手动聚焦，解决特殊场景下自动聚焦效果不如预期或特殊景深下的聚焦期望。

由于实际生产制造过程中，光学镜头的各项指标存在公差，为了保证单视频画面模式下f1-f4焦距段内平滑变倍而不会导致两个镜头画面切换时出现画面场景突变的情况，优选地，使用自动焦距标定方法来补偿两种镜头批次性差异带来的公差。具体标定步骤如下，结合图3所示：

A)选取f2-f3焦距范围内的一个值f5，优选地，f5为f2+(f2-f3)/2无限接近于f5/f1＝n(n为整数)的一个值，或根据经验值选一个合适的值。

B)预设特定图案的测试卡片，所述图案具有清晰的可识别边缘，如为一个规则的方形，保持摄像机两个镜头之间的中心点与方形图案的中心重合，固定被测摄像机和测试卡片的相对位置。

C)方形的线条宽度无严格要求，但其外边缘或内边缘的尺寸大小以及测试卡片与摄像机镜头的距离必须满足如下的计算公式，以方形的外边缘为例。

方形的水平方向总长W＝(镜头到测试卡的距离L)*(图像传感器的水平尺寸w)/焦距f5。

方形的垂直方向总长H＝(镜头到测试卡的距离L)*(图像传感器的垂直尺寸h)/焦距f5。

D)进入双视频画面模式下的调试界面，操作人员首先进行第一电动变焦镜头(04)的远程手动变焦和自动聚焦，使画面中出现方形，并且方形的外边缘基本与显示画面的边缘重合，进行确定。调试程序会自动记录此时的第一电动变焦镜头(04)的变焦步进电机的步数值，其对应的镜头焦距值即记录为f5。同理，再进行第二电动变焦镜头(06)的远程手动变焦和自动聚焦，同样记录第二电动变焦镜头(06)对应焦距f5的变焦步进电机的步数值。

E)通过步骤A-D，实现了不同摄像机内镜头公差的补偿标定，标定过后所有摄像机都具有同样的焦距f5，且对应的视场是一致的。同样方法也适用于f1和f4两端的焦距公差补偿标定。由于并不需要非常精确的全焦段变焦，如精确到0.01mm分辨粒度，因此本实用新型所述自动焦距标定方法仅为一种适应绝大多数应用的参考标定方法示例，并不能限定本使用新型，在进一步基础上做到像素级别上的测试图案边缘识别和焦距拼接以及更高分辨粒度的可设变倍值和可设焦距值，均应视为本方法的一个子集。

F)如果通过人机界面设定的倍数值或焦距值在f1-f5范围内不包括f5本身，则所显示画面为第一电动变焦镜头(04)所对应画面，如果设定倍数值或焦距值在f5-f4之内包括f5，则画面平滑切换为第二电动变焦镜头(06)所对应画面。从而实现画面场景物体在不同的光学焦距下呈现光学放大或缩小的光学变倍效果，且在此过程中全程都保持高清的分辨率效果，不会出现如数字变焦的像素损失。

本实用新型还具备日夜监控功能。结合图3所示，具体地，第一电动变焦镜头和第二电动变焦镜头各自内置一个双滤光片切换装置ICR，每个ICR包含IR-CUT滤片和黑夜滤片，IR-CUT滤片实现红外波长光线截止，仅允许可见光通过，从而使摄像机白天不偏色。而到了夜晚，则切换为黑夜滤片，允许全波段光线通过，以增强夜晚光线微弱条件下的光线采集摄入，同时调整图像参数为黑白，因此黑夜图像是黑白的。优选地，红外灯电路板(07)包括光敏IC器件(05)，所述光敏IC器件(05)采集到可见光信号，该信号连接到网络编码处理主板内的配置管理模块进行判断，如判断为白天，则网络编码处理主板控制两个双滤光片切换装置都切换为IR-CUT滤片，同时红外补光电路板(07)上的红外补光LED都关闭，双镜头变焦距拼接摄像机的图像为彩色。然后程序返回，重新查询光敏IC信号进行新的一轮判断操作。优选地，如果判断为黑夜，则网络编码处理主板控制两个双滤光片切换装置都切换为黑夜滤片，同时开启红外补光LED，双镜头变焦距拼接摄像机的图像为黑白。然后程序返回，重新查询获取光敏IC信号(05)进行新的一轮判断操作。

为了满足特定场景、特别是室外恶劣环境的要求，本实用新型的外壳的防护等级为IP66级，该级别可完全防止外物侵入，且完全防止灰尘进入，实现必要的防水防尘功能，从而保证摄像机运行的可靠性，适应室外恶劣环境的要求。具体地，半球形下壳设置有防水接头，保护玻璃使用防水密封胶粘到半球形上壳上，因此达到防水防尘目的。优选地，本实用新型还设计了快装底座(01)，在现场施工安装摄像机时只需将快装底座(01)通过膨胀螺丝固定在墙上、建筑物天花板等地方，然后再将除了快装底座(01)之外的摄像机整机组装到快装底座(01)上，无需拆卸摄像机，给现场施工安装和维护提供了便利。

从以上技术方案可知，在本实用新型中，通过两个电动变焦镜头结合视频网络编码处理，以性价比更高的方式增加了摄像机的光学变倍范围，打破了镜头自身光学设计的固有限制，实现了远程变焦和聚焦控制；利用图像拼接技术即可实现如带转角建筑物、狭长场景等在内的全景监控，同时可兼顾广角监控和细节同时观看，通过转动调节万向球壳组件保证目标监控场景出现在画面中，真正达到了无死角，提升了用户体验。本使用新型涉及的摄像机还能实现一天24小时监控，无需外加补光灯。另外，由于本实用新型的双镜头变焦距拼接摄像机外壳的防护等级为IP66级，保证了摄像机运行可靠性，能适应各种恶劣环境。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。本领域的普通技术人员应该理解，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，其特征在于：其包括:快装底座(01)、环形连接部件(02)、万向球壳组件；

万向球壳组件包括：第一电动变焦镜头(04)、第二电动变焦镜头(06)、第一图像传感器板、第二图像传感器板、网络编码处理主板、红外灯电路板(07)以及万向球形外壳套件(03)；第一电动变焦镜头(04)通过镜头座安装于第一图像传感器板上，第二电动变焦镜头(06)通过镜头座安装于第二图像传感器板上，第一电动变焦镜头(04)设置于第二电动变焦镜头(06)正上方，呈轴向对称，第一图像传感器板和第二图像传感器板通过线缆连接至网络编码处理主板，红外灯电路板(7)也通过线缆连接至网络编码主板；

快装底座(01)固定于天花板或墙上，万向球壳组件放入环形连接部件(02)内，环形连接部件(02)固定到快装底座(01)上。

2.根据权利要求1所述的双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，其特征在于：该变焦摄像机还包括：人机交互界面，其与网络编码主板连接。

3.根据权利要求2所述的双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，其特征在于：所述万向球形外壳套件(03)包括:半球形下壳、半球形上壳、保护玻璃透明视窗(08)、内部金属支架，内部金属支架通过螺柱固定于半球形下壳内，红外灯电路板(07)固定于半球形上壳内，第一图像传感器板和第二图像传感器板通过螺丝固定于内部金属支架的同一侧；网络编码处理主板通过螺丝固定于内部金属支架的另一侧。

4.根据权利要求3所述的双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，其特征在于：所述第一电动变焦镜头(04)和第二电动变焦镜头(06)各自内置一个双滤光片切换装置ICR，每个双滤光片切换装置ICR均包含IR-CUT滤片和黑夜滤片，第一电动变焦镜头(04)为短焦焦距段的镜头，第二电动变焦镜头(06)为中长焦焦距段的镜头。

5.根据权利要求4所述的双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，其特征在于：所述红外灯电路板(07)包括光敏IC器件(05)和红外补光LED，红外灯电路板(07)设置在第一图像传感器板、第二图像传感器板和保护玻璃视窗(08)之间。

6.根据权利要求5所述的双镜头光学倍数拓展的变焦摄像机，其特征在于：半球形下壳设置有防水接头，保护玻璃透明视窗(08)通过防水密封胶粘到半球形上壳上，万向球形外壳套件的防护等级为IP66级。