CN209964166U - 超高速变焦微距相机以及拍摄系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供超高速变焦微距相机以及拍摄系统，其包括：摄像模块，其包括支持每秒设定帧拍摄频率的图像传感器、定焦镜头和液态可变焦镜头，其用于拍摄图像；调节模块，其连接摄像模块，其用于调节摄像模块的拍摄角度、拍摄位置和拍摄焦距；通信模块，其包括无线通信发射器和/或支持热插拔的通信接口，其用于传输摄像模块拍摄的图像；照明模块，其用于为摄像模块提供照明；电源管理模块，其用于监测和管理可变焦相机的电源；以及控制模块，其连接并控制摄像模块、调节模块、通信模块、照明模块以及电源管理模块。这样实现了半自动变焦，增加观察距离和角度，使得拍摄的图像更为清晰，同时，同时能够提高拍摄速度以快速成像，扩大了产品的适用范围，特别是能够满足工业方面的要求，还有就是，通过电源管理模块能够管理电源的使用，能够保证电源利用的有效性，保证用户相机的关键功能的使用。

Description

超高速变焦微距相机以及拍摄系统

技术领域

本申请涉及摄像设备领域，尤其超高速变焦微距相机以及拍摄系统。

背景技术

现有技术中，微距相机可以在很多地方进行广泛应用，比如可以应用在机械领域、医疗领域、生产制造领域等需要进行细致观察的地方。

但是当前的微距相机使用时普遍存在以下的弊端：一、在拍摄过程中，需要对不同距离的地方进行成像，不能够根据物距的不同改变镜头焦距，而一些空间比较狭小，可观察的距离和角度就会受到限制，采集到的图像清晰度差；二、现有技术的微距相机因为硬件性能的限制，拍摄速度比较慢，无法适用于一些特别的场合，比如应用在工业上，因此可能无法满足拍摄的需求；三、现在有些微距相机的功耗比较大，如果不进行相应电源管理的话，可能会影响相机的使用。

发明内容

本申请提供超高速变焦微距相机以及拍摄系统，能够解决现在的微距相机在成像时不能根据物距不同改变焦距导致可观察距离受限制、采集图像清晰度差、硬件性能导致拍摄速度慢以及因没有对电源进行管理而影响相机的持续使用的问题。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种超高速变焦微距相机，其包括：摄像模块，其包括支持每秒设定帧拍摄频率的图像传感器、定焦镜头和液态可变焦镜头，其用于拍摄图像；调节模块，其连接摄像模块，其用于调节摄像模块的拍摄角度、拍摄位置和拍摄焦距；通信模块，其包括无线通信发射器和/或支持热插拔的通信接口，其用于传输摄像模块拍摄的图像；照明模块，其用于为摄像模块提供照明；电源管理模块，其用于监测和管理可变焦相机的电源；以及控制模块，其连接并控制摄像模块、调节模块、通信模块、照明模块以及电源管理模块，其中，当电源管理模块监测到超高速变焦微距相机的电源值，控制模块根据电源值控制控制超高速变焦微距相机的相应功能关闭。

优选地，超高速变焦微距相机还包括手柄，其连接调节模块，其用于供用户手持，通信模块、电源管理模块以及控制模块均设置在手柄内。

优选地，调节模块包括：连接杆以及驱动连接杆的电机，其中，驱动单元设置在手柄上，连接杆的一侧连接手柄，摄像模块设置在连接杆的另一侧，电机驱动连接杆伸缩或旋转。

优选地，手柄与连接杆可拆卸连接。

优选地，摄像模块的定焦镜头和液态可变焦镜头的设置顺序为：定焦镜头设置在液态可变焦镜头光线入射的一侧。

优选地，超高速变焦微距相机还包括交互模块，其包括人机交互界面和输入按键，其用于供用户输入拍照命令和摄像调节命令。

优选地，无线通信发射器包括UWB无线通信发射器，其用于与UWB无线通信接收器通信连接。

优选地，摄像模块还包括除雾模块，其设置在摄像模块的周边，其连接控制模块，其用于通过发热的方式去掉摄像模块的镜头上的水蒸气。

优选地，超高速变焦微距相机还包括存储模块，其包括内存卡和内置存储芯片，其连接控制模块，其用于存储摄像模块拍摄的图像。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种拍摄系统，其包括：如上所述的超高速变焦微距相机以及终端，终端包括无线通信接收器，超高速变焦微距相机与终端通过无线通信发射器和无线通信发射器进行无线连接，或者，超高速变焦微距相机与终端通过通信接口有线连接。

本申请的有益效果在于：本申请通过采用定焦镜头和液态可变焦镜头的组合镜头设计，并且采用高性能的FPGA和电源管理模块，实现了半自动变焦，增加观察距离和角度，使得拍摄的图像更为清晰，同时能够提高拍摄速度以快速成像，扩大了产品的适用范围，特别是能够满足工业方面的要求，另外，通过电源管理模块能够管理电源的使用，能够保证电源的有效利用，提升了相机的续航能力，也保证用户相机的关键功能的使用。

附图说明

图1是本申请的超高速变焦微距相机的原理图；

图2是本申请的超高速变焦微距相机的设备运行流程图。

附图标记说明：摄像模块1图像传感器101定焦镜头102液态可变焦镜头103照明模块2LED补光灯201光线传感器202除雾模块3调节模块4连接杆401电机402通信模块5无线通信发射器501通信接口502交互模块6控制模块7存储模块8电源模块9电源管理模块10显示模块11手柄12声音模块13。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同标号表示相同的元件或具有相同功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请提出的超高速变焦微距相机包括：摄像模块1、照明模块2、除雾模块3、调节模块4、通信模块5、交互模块6、控制模块7、存储模块8、电源模块9、电源管理模块10、显示模块11以及手柄12。

摄像模块1，其用于拍摄图像；调节模块4，其连接摄像模块1，其用于调节摄像模块1的拍摄角度、拍摄位置和拍摄焦距；通信模块5，其包括无线通信发射器501和/或支持热插拔的通信接口502，其用于传输摄像模块1拍摄的图像；照明模块2，其用于为摄像模块1提供照明；电源管理模块10，其用于监测和管理可变焦相机的电源；以及控制模块7，其连接并控制摄像模块1、调节模块4、通信模块5、照明模块2以及电源管理模块10，其中，当电源管理模块10监测到超高速变焦微距相机的电源值，控制模块7根据电源值控制控制超高速变焦微距相机的相应功能关闭。

摄像模块1包括：图像传感器101、定焦镜头102、液态可变焦镜头103以及光学组件(未图示)。

本实施例中，图像传感器101支持每秒500帧拍摄频率。

本实施例中，摄像模块1的定焦镜头102和液态可变焦镜头103的设置顺序为：定焦镜头102设置在液态可变焦镜头103光线入射的一侧，亦既是光线先进入到定焦镜头102，再进入到液态可变焦镜头103。通过这种设置方式，能够在调节焦距时，能够突破定焦镜头102的限制，可以先通过控制定焦镜头102的焦距来实现粗调，然后再通过调节液态可变焦镜头103来实现微调，这样就能够保证在实现更大范围焦距调节的同时，也保证了焦距调节的准确性，使得拍摄的图像更为清晰。

本申请将普通定焦镜头102与液态可变焦镜头103组合设计为摄像模块1，能够实现半自动变焦，增加了观察距离和观察角度，相对于仅使用定焦镜头102能够免去调节手动调节焦距的麻烦，相对于仅使用液态可变焦镜头103能够扩大调节的范围，这样能够克服现有技术中单一采用定焦镜头102或液态可变焦镜头103的不足之处。

本实施例中，将液态可变焦镜头103到观察对焦的距离定义为物距，微距相机能保证图像清晰的物距范围是0.5cm以上，亦既是，大于0.5cm的范围内能够保证拍摄的图像清晰。

照明模块2包括LED补光灯201和光线传感器202，LED补光灯201和光线传感器202均连接控制模块7，其设置在图像传感器101的附近，当光线传感器202感应到所拍摄的地方的灯光比较弱的时候，控制模块7控制LED补光灯201补充摄像模块1的光照条件。

进一步地，超高速变焦微距相机还包括除雾模块3，该除雾模块3包括电热阻丝，其设置在摄像模块1的周边，能够通过发热的方式蒸发掉依附在镜头上的水蒸气。

调节模块4包括：连接杆401以及驱动连接杆401的电机402，其中，驱动单元设置在手柄12上，连接杆401的一侧连接手柄12，摄像模块1设置在连接杆401的另一侧，电机402驱动连接杆401伸缩或旋转。本实施例中，连接杆401与手柄12可拆卸连接。

通过调节模块4的电机402和连接杆401改变摄像模块1的角度，亦既是，通过电机402控制连接杆401实现上下伸缩或者360度旋转，连接杆也就能够带动摄像模块1上下伸缩或者360度旋转。这里调节模块的结构不作限制，也可以设置一个四向的摇杆，通过手动控制摄像模块在上下左右四个方向转动。这样能够保证微距相机的拍摄的范围更加灵活，特别是狭小的空间内，极大地方便了用户的操作。

通信模块5包括无线通信发射器501和/或支持热插拔的通信接口502。

本实施例中，无线通信发射器501包括UWB(Ultra Wideband，超宽带)无线通信发射器501，其用于与UWB无线通信接收器通信连接。UWB无线通信发射器501采用无载波通信技术，这样就能够免去采用WiFi模块时进行通信连接需要输入密码、连接路由器等一系列步骤的麻烦，使得用户的使用更为方便。

本实施例中，通信接口502为USB接口，本申请的超高速变焦微距相机与终端通过UVC协议进行通信。采用支持热插拔的USB接口，终端一侧无需加载额外的驱动即可与本申请的超高速变焦微距相机实现通信连接，这样本申请的产品可以即插即用，极大方便了用户。

交互模块6，其包括人机交互界面和输入按键，其用于供用户输入拍照命令和摄像调节命令。

本实施例中，输入按键包括：拍照按键以及对焦按钮等输入按键，拍照按键以及对焦按钮设置在连接杆401上。拍照按键也是超高速变焦微距相机的开关机按键，除了用来控制超高速变焦微距相机拍照，也可以用来实现超高速变焦微距相机的开关机。

本实施例中，人机交互界面为触摸屏，用过通过触摸屏输入拍照指令、调焦指令或者拍照指令。

控制模块7包括FPGA芯片。通过FPGA芯片以及高帧率的图像传感器101的结合，能够超高速地对焦和拍照，仅需0.02秒左右即可完成对焦和拍摄，适用于工业应用。

存储模块8，其包括内存卡和内置存储芯片，其连接控制模块7，其用于存储摄像模块1拍摄的图像。本实施例中，内存卡为TF卡，内置存储芯片包括SPI FLASH以及DDR存储芯片。

本实施例中，电源模块9包括可充电锂电池。电源模块9用于给超高速变焦微距相机的各个模块进行供电，亦既是说，可充电锂电池给微距相机的摄像模块1、调节模块4、通信模块5、照明模块2、电源管理模块10、控制模块7以及存储模块8进行供电。

因为电源模块9的电量比较有限，为了提高微距相机的续航能力，电源管理模块10监测电源模块9的电量，控制模块7根据剩余电量的大小，控制相应的功能关闭，比如，当电源管理模块10监测到超高速变焦微距相机的电源低于70％的电量时，控制模块7控制超高速变焦微距相机的通信模块5停止工作；当电源管理模块10监测到超高速变焦微距相机的电源低于50％时，关闭除雾模块3的功能；当电源管理模块10监测到超高速变焦微距相机的电源低于30％时，关闭照明模块2的功能。功能优先级顺序可以根据用户的需求设置，这里不作限制。

进一步地，超高速变焦微距相机还包括显示模块11，显示模块11包括OLED显示屏。OLED显示屏用于显示超高速变焦微距相机的开关机信息、版本号等。

超高速变焦微距相机还包括手柄12，其用于供用户手持，通信模块5、电源管理模块10以及控制模块7均设置在手柄12内。

本实施例中，手柄12分为有线版和无线版。其中有线版的尾部设置有USB接口，可以通过USB线缆连接终端，用以提供电源和传输数据。而无线版的手柄12的内部有锂电池提供电源，并且设置有UWB无线通信发射器501，超高速变焦微距相机的UWB无线通信发射器501与终端UWB无线通信接收器进行通讯。因为手柄12和连接杆401是可拆卸连接的，只需更换手柄12即可切换使用有线版/无线版的手柄12。当然，手柄12也可以同时设置有无线通信发射器501和支持热插拔的通信接口502，这样一个手柄12就可以实现有线和无线的连接。

进一步地，超高速变焦微距相机还包括声音模块13，声音模块包括无源蜂鸣器。无源蜂鸣器用于提示用户操作信息。

本申请一种拍摄系统，其包括：如上所述的超高速变焦微距相机以及终端，终端包括无线通信接收器，超高速变焦微距相机的无线通信发射器501与终端通过无线通信接收器进行无线连接，或者，超高速变焦微距相机与终端通过通信接口502有线连接，以将微距相机拍摄的图像传输至终端。

下面结合图1来对本申请的工作流程进行说明。

打开仪器：可以采用有线版的超高速变焦微距相机，将超高速变焦微距相机通过USB数据线连接到终端的USB接口，也可以采用无限版的超高速变焦微距相机，通过UWB无线通信发射器501与终端进行连接。长按“开机/拍照”按键2秒以上，听到蜂鸣器响，OLED显示屏显示“Start…”表示正在开机，此时可以松开按键。再次听到蜂鸣器响，OLED屏显示版本号“V1.0.0”，并且LED补光灯201104打开时表示设备已经进入正常工作，可以开始预览图像。

预览图像：如果终端是电脑时，可以使用windows系统自带的“相机软件”预览超高速变焦微距相机采集到的实时画面。

调节操作：通过按下调节角度或者调节伸缩的按键，调节模块4的电机402控制连接杆401旋转或者伸缩，从而带动摄像模块1选择或者伸缩。

对焦操作：待拍摄位置确定好后，按下“对焦”按键，立即松开，设备对焦一次。一直按着“对焦”按键不松开，设备会连续对焦，每隔一秒对焦一次。如果将镜头到观察对焦的距离定义为物距，则超高速变焦微距相机能保证图像清晰的物距范围是0.5cm至无穷远，亦既是，使用本设备时超过此0.5cm的范围都能够保证拍摄图像的清晰。当物距改变时，需要重新按下“对焦”按键，才能获得清晰图像。

拍照操作：按下“开机/拍照”按键，立即松开，设备拍照一次。所拍照图像可保存在存储模块8中。

关机：当按下“开机/拍照”按键超过3秒，设备会关机。

请参阅图2，设备运行流程主要包括：主线程、UVC线程以及按键监听线程。

设备的主线程主要如下：初始化设备，初始化设备的摄像模块1、照明模块2、除雾模块3、调节模块4、通信模块5、交互模块6、控制模块7、存储模块8、电源模块9以及电源管理模块10等；解压驱动库文件并加载、设备密钥验证、设置看门狗；当需要处理数据传输时，开启UVC线程，处理和视频、USB相关的事件；当需要监听设备上的按键时，开启按键监听线程，用于处理和对焦、开关机相关的事件。其中，UVC线程主要包括如下线程：初始化USB和视频缓存池；USB连接时，开始视频流、截图、图像参数设置以及关闭视频流。按键监听线程包括：监听按键、驱动蜂鸣器、对焦以及关机等。

所述终端可以是桌上型计算机、笔记本、手机、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述超高速变焦微距相机/终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是超高速变焦微距相机的示例，并不构成对超高速变焦微距相机的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述超高速变焦微距相机还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述超高速变焦微距相机的控制中心，利用各种接口和线路连接超高速变焦微距相机的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述超高速变焦微距相机的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本申请的有益效果在于：本申请通过采用定焦镜头和液态可变焦镜头的组合镜头设计，并且采用高性能的FPGA和电源管理模块，实现了半自动变焦，增加观察距离和角度，使得拍摄的图像更为清晰，同时能够提高拍摄速度以快速成像，扩大了产品的适用范围，特别是能够满足工业方面的要求，另外，通过电源管理模块能够管理电源的使用，能够保证电源的有效利用，提升了相机的续航能力，也保证用户相机的关键功能的使用。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种超高速变焦微距相机，其特征在于，其包括：

摄像模块，其包括支持每秒设定帧拍摄频率的图像传感器、定焦镜头和液态可变焦镜头，其用于拍摄图像；

调节模块，其连接所述摄像模块，其用于调节所述摄像模块的拍摄角度、拍摄位置和拍摄焦距；

通信模块，其包括无线通信发射器和/或支持热插拔的通信接口，其用于传输所述摄像模块拍摄的图像；

照明模块，其用于为所述摄像模块提供照明；

电源管理模块，其用于监测和管理所述可变焦相机的电源；以及

控制模块，其包括FPGA芯片，其连接并控制所述摄像模块、调节模块、通信模块、照明模块以及电源管理模块，其中，当所述电源管理模块监测到所述超高速变焦微距相机的电源值，所述控制模块根据所述电源值控制所述超高速变焦微距相机的相应功能关闭。

2.如权利要求1所述的超高速变焦微距相机，其特征在于，所述超高速变焦微距相机还包括手柄，其连接所述调节模块，其用于供用户手持，所述通信模块、电源管理模块以及控制模块均设置在所述手柄内。

3.如权利要求2所述的超高速变焦微距相机，其特征在于，所述调节模块包括：连接杆以及驱动所述连接杆的电机，其中，所述驱动单元设置在所述手柄上，所述连接杆的一侧连接所述手柄，所述摄像模块设置在所述连接杆的另一侧，所述电机驱动所述连接杆伸缩或旋转。

4.如权利要求3所述的超高速变焦微距相机，其特征在于，所述手柄与所述连接杆可拆卸连接。

5.如权利要求1所述的超高速变焦微距相机，其特征在于，所述摄像模块的定焦镜头和液态可变焦镜头的设置顺序为：所述定焦镜头设置在所述液态可变焦镜头光线入射的一侧。

6.如权利要求1所述的超高速变焦微距相机，其特征在于，所述超高速变焦微距相机还包括交互模块，其包括人机交互界面和输入按键，其用于供用户输入拍照命令和摄像调节命令。

7.如权利要求1所述的超高速变焦微距相机，其特征在于，所述无线通信发射器包括UWB无线通信发射器，其用于与UWB无线通信接收器通信连接。

8.如权利要求1所述的超高速变焦微距相机，其特征在于，所述摄像模块还包括除雾模块，其设置在所述摄像模块的周边，其连接所述控制模块，其用于通过发热的方式去掉所述摄像模块的镜头上的水蒸气。

9.如权利要求1所述的超高速变焦微距相机，其特征在于，所述超高速变焦微距相机还包括存储模块，其包括内存卡和内置存储芯片，其连接所述控制模块，其用于存储所述摄像模块拍摄的图像。

10.一种拍摄系统，其特征在于，其包括：如权利要求1至9任意一项所述的超高速变焦微距相机以及终端，所述终端包括无线通信接收器，所述超高速变焦微距相机与所述终端通过所述无线通信发射器和无线通信发射器进行无线连接，或者，所述超高速变焦微距相机与所述终端通过所述通信接口有线连接。