專利名稱：圖像捕獲設備的制作方法
技術領域：
本實用新型大體來說涉及相機，且更特定來說涉及用于在變化的照明條件中產生可接受質量的視頻數據的相機。
背景技術：
對于成像捕獲裝置的挑戰(zhàn)之一是在多種照明條件中捕獲可接受質量的圖像。大多數圖像捕獲裝置受到極低可見光或無可見光條件的挑戰(zhàn)。一些常規(guī)相機具有可用于在低光條件中捕獲圖像的“夜晚模式”。然而，這些常規(guī)相機中的一些相機在“夜晚模式”中僅增加曝光時間，以便在低光條件中采集充足的光。存在關于此類相機的數個問題。首先，曝光時間的增加意味著其捕獲每一圖像要花費更長時間。此在一些情形下是不可接受的或不合意的，例如在其中捕獲圖像的延遲可導致遺漏的信息的安全/監(jiān)控相機中。如果正捕獲視頻串流，此也可為不合意的，因為此導致較低的幀速率。此外，僅靠此解決方案仍需要存在某一量的可見光，且因此在真正低的可見光或無可見光環(huán)境中將不發(fā)揮作用。其它常規(guī)相機可使用其它解決方案，這些解決方案也具有數個問題且同樣需要至少某一量的可見光且在極其低的可見光或無可見光環(huán)境中將不工作。存在其中晝夜不停地產生圖像(視頻及/或靜止)數據的是關鍵的一些應用。一種此類應用是視頻監(jiān)控相機系統(tǒng)。在M小時的周期中，照明條件從夜晚到白天地改變且接著又從白天到夜晚地改變。視頻監(jiān)控相機通常定位于其中可見照明在夜晚時間非常低或不存在的環(huán)境中。因此，在夜晚條件中產生良好的視頻尤其困難。此外，在監(jiān)控相機上使用可見光源是不合意的-此可使侵入者警覺、干擾鄰居等。一些現(xiàn)有監(jiān)控相機具有非可見光源，例如使用紅外(IR) LED的頂照明。人眼看不見頂照明，因此相機可保持隱秘的，且對鄰居將造成少得多的妨礙。然而，此類現(xiàn)有相機具有非常大的像素以便在使用頂時不具有圖像質量的嚴重降級。因此，此類相機具有非常差的分辨率且因此在許多照明環(huán)境中(包含當存在可見光時)產生不良質量的圖像。頂光在正常(可見)照明條件中造成若干問題。在正常照明條件中，相機中的鏡頭及傳感器(成像器)對紅外(IR)光非常敏感。成像器由于較長波長而對頂照明非常敏感，所述較長波長比可見光更深地穿透到成像器裝置襯底中且使場景中的色彩褪去，從而形成黑白圖片。此尤其成問題，因為在自然光中，所有的可見光均與大量的頂光包含在一起。在高質量的相機中，在足夠的光中(例如，在日間)捕獲的圖像應以良好的色彩及銳度而對于用戶來說看上去是自然的，而同時在低或無可見光條件(例如，不具有充足可見光的夜間)中捕獲的圖像也應具有可接受的質量。在于極低光情形下或在無光情形下 (例如，在暗照射環(huán)境或夜晚的無照明環(huán)境中)使用的相機(例如，監(jiān)控相機)中，這些相機不僅在亮照明環(huán)境中良好地工作且還在此類低光環(huán)境中良好地工作是尤其重要的。因此，需要一種不僅在良好照明環(huán)境中良好地發(fā)揮作用且還在極低可見光或無可見光環(huán)境中良好地發(fā)揮作用且其中不論是否存在可見光所捕獲的圖像均保持對焦的相機。此外，需要具有一種可在可見光環(huán)境的色域中發(fā)揮作用且可以簡單且直觀的方式從充足可見光模式切換到不充足可見光模式的相機。此外，需要一種確定是否存在借助可見光的充足照射及何時不存在充足照射的算法。此外，此相機需要具有緊湊的形狀因數。另外，此相機需要對可見光與非可見光的不同波長及穿透性質進行補償。

實用新型內容本實用新型涉及一種圖像捕獲設備，其包括框架，其具有光圈；鏡頭，其用于收集由所述光圈允許穿過的光；傳感器，其用于接收所述所收集的光；及紅外濾光器，其耦合到所述框架，所述紅外濾光器用于阻擋住紅外光，所述紅外濾光器可從第一位置移動到第二位置，其中在所述第一位置中，所述紅外濾光器位于所述傳感器的前方以便不允許紅外光到達所述傳感器，且在所述第二位置中，所述紅外濾光器不位于所述傳感器的前方以便允許紅外光到達所述傳感器，其中所述鏡頭及所述紅外濾光器使得在所述紅外濾光器處于所述第一位置中時可見光聚焦于所述傳感器上，且在所述紅外濾光器處于所述第二位置中時紅外光聚焦于所述傳感器上。本實用新型的實施例包含一種相機，其不僅在良好照明的環(huán)境中良好地發(fā)揮作用且還在非常低的可見光或無可見光環(huán)境中良好地發(fā)揮作用，且其中不論是使用可見光還是使用非可見(例如，IR)光來捕獲圖像所述圖像均保持對焦。此外， 根據本實用新型的實施例的相機可在可見光環(huán)境的色域中發(fā)揮作用且可以簡單且直觀的方式從充足可見光模式切換到紅外光模式。此外，根據本實用新型的實施例的算法確定何時存在充足的可見光及何時不存在充足的可見光。根據本實用新型的實施例的相機在存在充足的可見光時使用可見光來捕獲圖像且在不存在充足的可見光時使用非可見(例如，IR)光來捕獲圖像。在一個實施例中，此相機包含阻擋頂光的頂濾光器。視情況JR濾光器可放置于傳感器的前方或可從所述傳感器的前方移除。由于可見光包含大量的頂光且由于當也存在可見光時頂光不產生高質量的圖像，因此在一個實施例中，在存在可見光的情況下使用頂濾光器來防止圖像的額外曝光。也就是說，在存在充足的可見光的情況下，頂光被鏡頭組合件上的位于傳感器前方的 IR濾光器阻擋，因此防止頂光到達所述傳感器，同時允許可見光到達所述傳感器。然而， 當此頂阻擋濾光器處于適當位置時，低或無可見光條件會成問題，如上文所論述。因此，在一個實施例中，頂濾光器可從透鏡堆疊移除。因此，當不存在充足量的可用可見光時，將所述頂濾光器從透鏡堆疊移除，使得頂光到達所述傳感器且使用頂光來捕獲圖像。在一個實施例中，使用一個或一個以上頂光源來提供頂光。接通頂光源維持環(huán)境中的低可見照明。此在一些情形中是重要的。舉例來說，在安全相機的情景下，不更改光環(huán)境是重要的以便不使入侵者警覺。其它實例可包含在低光條件中觀看電影/TV，其中用戶不想要額外的可見光。根據本實用新型的實施例，相機具有兩種模式可見光成像模式(也稱為“白天模式”或“充足可見光模式”)及頂成像模式(也稱為“夜晚模式”、“非可見模式”或“不充足可見光模式”)。在一個實施例中，在可見光成像模式中，頂濾光器與鏡頭組合件成一直線及/或是透鏡堆疊的位于傳感器前方的一部分。在頂成像模式中，將頂濾光器從透鏡堆疊以機械方式移除，且允許頂光傳遞到傳感器。在一個實施例中，在頂成像模式中，所述相機上的頂LED的陣列提供頂照明以照射場景。這兩種模式允許所述相機既在存在充足可見光時發(fā)揮作用又在不存在充足可見光但非可見光(例如，頂光)光是可用的(或可使得頂光可用)時發(fā)揮作用。在一個實施例中，所述頂濾光器以可旋轉方式耦合到框架，使得可將其旋轉于所述傳感器前方的位置中及從所述位置中旋轉出來。此可旋轉機構允許頂濾光器是可移除的，同時仍占據非常小的空間且因此允許所述相機的緊湊形狀因數。此外，在一個實施例中，所述相機中的光圈使得其容納f#2鏡頭及1/3"成像器。在一個實施例中，系統(tǒng)經優(yōu)化使得使用可見光及非可見光兩者捕獲的圖像均為對焦的。應注意，IR光與可見光具有影響相機系統(tǒng)的光學配置的不同性質。舉例來說，IR光在鏡頭后面的不同點處聚焦。此外，在微觀上，頂光對傳感器中的硅的穿透量不同于可見光的穿透。根據本實用新型的各種實施例，進行數個調整以計及性質上的這些差異。在一個實施例中，調整頂濾光器的厚度以對波長差異進行補償。在一個實施例中，當提供非可見(例如，IR)光源時，適當地選擇這些光源的波長。在一個實施例中，適當地選擇頂濾光器的厚度及頂光源的波長兩者以確保使用可見光及使用頂光兩者時捕獲的圖像均保持聚焦。在一個實施例中，將數個像素裝箱在一起以計及頂光的不同穿透性質。在一個實施例中，用戶可確定何時可見光是不充足的(或充足的)且移除(或放置HR濾光器及/或接通(或關斷HR光源。在一個實施例中，使用一種算法來確定何時可見光不足以捕獲可接受質量及速度的圖像。在一個此類實施例中，向用戶提供此信息，且用戶可接著決定是否移除頂濾光器及/或接通頂光源。在一個實施例中，使用所述算法的結果來自動且無縫地移除頂濾光器及/或接通頂光源而無需用戶干預。在一個實施例中，當所述相機處于可見光成像模式中時，所述算法讀取所述傳感器的寄存器，且當所述寄存器記錄小于某一閾值時，確定不能獲得充足的可見光。接著將所述相機切換到頂成像模式。當處于頂成像模式中時，所述算法評估圖像是否為對焦的。當圖像顯現(xiàn)為離焦時，做出存在充足可見光的確定。在一個實施例中，所述圖像必須保持離焦達規(guī)定的時間量之后才將所述相機切換到可見光成像模式中。此實用新型內容及以下詳細說明中描述的特征及優(yōu)點并非包含全部，且特定來說，鑒于圖示、說明書及其權利要求書，所屬領域的技術人員將明了許多額外特征及優(yōu)點。 此外，應注意，說明書中所使用的語言主要是針對可讀性及指導性目的來選擇，且可能并非選擇成界定或者限制本實用新型標的物，本實用新型標的物需要借助權利要求書來確定。

本實用新型具有其它優(yōu)點及特征，結合附圖閱讀對本實用新型的以下詳細說明及所附權利要求書將更容易明了這些其它優(yōu)點及特征，附圖中圖IA顯示根據本實用新型的實施例的相機100的框圖。圖IB顯示根據本實用新型的實施例的相機的視圖。圖IC顯示根據本實用新型的實施例的相機的另一視圖。圖ID顯示根據本實用新型的實施例的相機的另一視圖。圖IE顯示根據本實用新型的實施例的相機的另一視圖。圖2圖解說明色差。圖3A顯示正被聚焦到傳感器上的頂光。[0024]圖;3B顯示在頂濾光器處于適當位置時正被聚焦到傳感器上的可見光。圖3C顯示在頂濾光器未處于適當位置時可見光在傳感器上是離焦的。圖4是顯示如何根據本實用新型的實施例優(yōu)化相機的流程圖。圖5圖解說明成像器的硅中的吸收深度隨波長變化。圖6是顯示根據本實用新型的實施例的算法的流程圖。圖7顯示根據本實用新型的實施例的用于在可見光成像模式(或“白天模式”)與頂成像模式(或“夜晚模式”)之間切換的算法的狀態(tài)圖表示。圖8是根據本實用新型的實施例的系統(tǒng)的框圖。
具體實施方式
所述圖(或圖式)僅出于圖解說明的目的來描繪本實用新型的實施例。應注意， 各圖中的類似或相似參考編號可指示類似或相似功能性。依據以下論述，所屬領域的技術人員將容易認識到，可在不背離本實用新型原理的前提下采用本文中所揭示的結構及方法的替代實施例。應注意，此處術語“相機”是指任一種類的圖像捕獲裝置。此裝置可僅捕獲視頻、 僅捕獲靜止圖像或捕獲兩者。另外，此相機還可捕獲音頻。此外，此相機可以是獨立裝置或集成到另一裝置中，例如智能電話、蜂窩電話、個人數字助理(PDA)、膝上型計算機、平板計算機、機頂盒、遙控裝置等等。此外，此相機可包含位于相同物理裝置內的所有所需處理器或可與定位于其它裝置(例如，用戶的PC、遠程定位的服務器等)中的處理器通信。此外， 術語“圖像”可以是指靜止圖像、視頻或兩者。還應注意，盡管在本文中的數個實施例中論述頂光的使用，但替代或除了頂光也可使用其它類型的非可見光(例如，紫外光等)，此并不背離本實用新型的范圍。此外，還有可能使用符合本實用新型的各種實施例的范圍的其它類型的電磁輻射(例如，微波、X射線、Y射線等)。本實用新型的實施例適用于其中的一個實例是在安全/監(jiān)控相機中。在安全/監(jiān)控設定中，夜晚的暗照明或無照明的環(huán)境是常見的。此外，在此類應用中，用可見光照射用于捕獲的場景通常不是可行的選項。此可能出于各種原因。例如，住宅附近的此可見光可能是對鄰居的干擾。此外，此可見光可能不必要地使入侵者警覺視頻記錄正在進行中。此外， 在此視頻監(jiān)控環(huán)境中，不論照明條件如何均以不中斷的方式繼續(xù)捕獲圖像信息通常是非常重要的。本實用新型的實施例適用于其中的另一實例是在用戶正在觀看電影/TV等且他/ 她不想要許多的可見光時。例如，用戶可能已調暗燈以在他的計算機或他的TV上觀看某一內容(在家庭房間或起居室中)，且在這樣做的同時接收到視頻呼叫。此視頻呼叫可以畫中畫型實施方案進展，其中所述視頻呼叫在一窗口中進行同時正在觀看的內容在另一窗口中繼續(xù)?；蛘?，用戶可暫停所述內容且接受所述視頻呼叫，但仍可能不期望增加房間中的照度級。在又一情形下，用戶可能希望經由視頻呼叫共享正在觀看的內容。又一些實例包含軍事應用及科學應用。應注意，上文僅為其中可使用本實用新型的實施例的情形的實例，且本實用新型的實施例決不應限于這些實例。優(yōu)化的可移動IR濾光器[0037]圖IA顯示根據本實用新型的實施例的相機100的框圖。所述相機包含鏡頭110、 IR濾光器120、傳感器140、處理器150及IR光源160。鏡頭110可以是收集光并將其引導到傳感器140的任一裝置。所述鏡頭可以是單個透鏡或可由數個透鏡(透鏡堆疊)構成。在一個實施例中，鏡頭Iio為f#2鏡頭。本實用新型的一些實施例的一個方面涉及放置于傳感器140前方(即，在所述傳感器與正成像/記錄的對象/場景中間)且從傳感器140前方移除的頂濾光器120。當將頂濾光器120放置于所述傳感器前方時，其阻擋頂光到達傳感器140。傳感器140接收可見光且基于此所接收的可見光來捕獲圖像。然而，當不將IR濾光器120放置于傳感器 140前方時，頂光可到達傳感器140。此通常是在存在的可見光不足以產生可接受質量的圖像時進行。在一個實施例中，頂濾光器120由玻璃襯底構成。在一個實施例中，所述玻璃襯底涂覆有阻擋頂光的材料。視情況，將頂濾光器120添加到透鏡堆疊或從透鏡堆疊移除。 在一個實施例中，可使用一個以上濾光器，及/或所述濾光器可以是各種濾光器、透鏡等的組合。下文論述選擇頂濾光器120來優(yōu)化相機100以保持所捕獲的圖像對焦而不論是使用可見光還是使用頂光來捕獲其的具體細節(jié)。傳感器或成像器140可以是任一傳感器，例如CXD傳感器、CMOS傳感器、VGA傳感器、高分辨率傳感器(例如，HD傳感器)等。在一個實施例中，傳感器140為1/3 “成像器。處理器150可以是具有執(zhí)行所需處理而需要的智能的任一處理器。在一個實施例中，包含一個或一個以上頂光源160。這些頂光源160經接通以產生頂光。在一個實施例中，兩個強力頂光源提供用于多達30英尺半徑的頂照射。在一個實施例中，這些頂光源160是例如LED的非相干光源。在一個實施例中JR光源160是例如激光器的相干光源。在一個實施例中，選擇所使用的光源160的波長以優(yōu)化相機100從而確保所捕獲的圖像保持對焦，而不論是使用可見光還是使用頂光來捕獲所述圖像。特定來說，在一個實施例中，所述頂光源經選擇以便對頂濾光器120的厚度及其它因數進行補償，使得頂光最終聚焦于所述傳感器上。以下是對此的進一步論述。例如JR光的波長從約SOOnm到IOOOnm地變化，且因此結合所選擇的頂濾光器的厚度來適當地選擇此范圍中的波長(如下文所論述)。在一個實施例中，使用850nm的LED作為頂光源160。如上文所提及，如果使用不同類型的電磁輻射，那么將從適當的可用范圍中適當地選擇所述波長。在一個實施例中，還可包含可見光源(未顯示)。在一個實施例中，相機100以通信方式耦合到計算機180。參考圖8對此進行更詳細的論述。圖IB到IE是根據本實用新型的實施例的相機100的各種視圖?？煽闯?，此相機包含鏡頭110、傳感器(未顯示)及頂濾光器120。在所顯示的實施例中JR濾光器120位于臂135上，所述臂以可旋轉方式耦合到所述相機的框架130。此可旋轉耦合可使用例如鉸鏈137的任何構件來完成。在一個實施例中，鏡頭110安裝于此框架中。在另一實施例中， 鏡頭110安裝于與所述頂濾光器以可旋轉方式耦合到的框架不同的框架中。在一些實施例中，蓋138保護相機100中的各種元件不受外來元件、塵埃粒子等的影響。圖ID顯示頂濾光器120處于第一位置中，其中其在所述傳感器與正成像的對象/場景中間，而圖IE顯示IR濾光器120處于第二位置中，其中其不在所述傳感器與正成像的對象/場景中間。頂濾光器120的可旋轉耦合允許相機100的非常緊湊的形狀因數。在一個實施例中，頂濾光器120的線性移動是可能的，但此需要更多的空間。用戶可根據本實用新型的實施例使用開關、操縱桿或某一此類其它機構來手動地完成這些功能(例如，IR濾光器的移除或放置、IR光源的接通或關斷等)中的一者或一者以上。在一個實施例中，用戶可使用軟件選擇來控制這些功能。在一個實施例中，電子地/ 自動地完成這些功能中的一者或一者以上。在一個此類實施例中，一種算法構成確定何時適于放置或移除頂濾光器120、接通及/或關斷頂源160等的基礎。下文論述關于一種此類算法的細節(jié)。在一個實施例中，可自動地及/或通過用戶選擇來實施這些功能中的一者或一者以上。在一個此類實施例中，此可取決于由用戶選擇的模式等等。盡管此處所顯示的實施例顯示頂濾光器120是放置于鏡頭110與傳感器140之間，但在其它實施例中頂濾光器120位于鏡頭110前方-也就是說，位于鏡頭110與正成像的對象之間。在一個實施例中，根據本實用新型的實施例的相機100具有兩種模式-可見光成像模式(也稱為“白天模式”或“充足可見光模式”)及頂成像模式(也稱為“夜晚模式”、 “非可見模式”或“不充足可見光模式”)。在可見光成像模式中，IR濾光器120與鏡頭組合件110成一直線及/或是透鏡堆疊的位于傳感器前方的一部分。在頂成像模式中，將頂濾光器120從透鏡堆疊110以機械方式移除，且允許頂光傳遞到傳感器140。在一個實施例中，在頂成像模式中，所述相機上的頂LED 160的陣列提供頂照明以照射場景。這兩種模式允許所述相機既在存在充足可見光時發(fā)揮作用又在不存在充足可見光但頂光是可用的(或可使得頂光可用)時發(fā)揮作用。在一個實施例中，鏡頭110JR濾光器120及傳感器140安裝于框架130中的光圈 125內。在一個實施例中，光圈125經確定大小以容納f#2鏡頭及1/3"成像器。在一些實施例中，在根據本實用新型的一些實施例的相機100中，考慮到可見光與頂光的不同性質以通過確保相機100使用可見光及頂光兩者捕獲可接受質量的圖像來優(yōu)化相機100。存在影響其中頂光不同于可見光的圖像捕獲的兩個主要方面。第一方面是可見光與頂光之間的波長差異?？梢姽?其通常由紫色到紅色波長構成)具有比頂光短得多的波長。第二方面是頂光比可見光遠得多地穿透到傳感器中的硅中。盡管考慮到這些光學性質中的一些性質且設計僅借助可見光或僅借助頂光工作的相機可相對容易，但這些方面中的每一者均使得具有使用可見光及頂光兩者來充分地發(fā)揮作用的相機100具有挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)在詳細地論述這些方面中的每一者。圖2圖解說明色差。此圖顯示每一波長的光如何具有不同的焦距且因此如何在相同鏡頭后面的不同距離處聚焦。圖2顯示紅色、綠色及藍色可見光。如從表1可看出，甚至在可見光譜內的不同色彩的光的波長也是相當不同的。
權利要求1.一種圖像捕獲設備，其包括框架，其具有光圈；鏡頭，其用于收集由所述光圈允許穿過的光；傳感器，其用于接收所述所收集的光；及紅外濾光器，其耦合到所述框架，所述紅外濾光器用于阻擋住紅外光，所述紅外濾光器可從第一位置移動到第二位置，其中在所述第一位置中，所述紅外濾光器位于所述傳感器的前方以便不允許紅外光到達所述傳感器，且在所述第二位置中，所述紅外濾光器不位于所述傳感器的前方以便允許紅外光到達所述傳感器，其中所述鏡頭及所述紅外濾光器使得在所述紅外濾光器處于所述第一位置中時可見光聚焦于所述傳感器上，且在所述紅外濾光器處于所述第二位置中時紅外光聚焦于所述傳感器上。
2.根據權利要求1所述的圖像捕獲設備，其中所述紅外濾光器安裝于擺動臂上，所述擺動臂以可旋轉方式耦合到所述框架。
3.根據權利要求1所述的圖像捕獲設備，其中所述圖像捕獲設備為相機。
4.根據權利要求3所述的圖像捕獲設備，其中所述相機為視頻監(jiān)控相機。
5.根據權利要求3所述的圖像捕獲設備，其中所述相機為網絡相機。
6.根據權利要求1所述的圖像捕獲設備，其進一步包括紅外光源。
7.根據權利要求6所述的圖像捕獲設備，其中所述紅外光源為紅外LED。
8.根據權利要求6所述的圖像捕獲設備，其中所述紅外光源的波長經選擇以在所述紅外濾光器處于所述第二位置中時使紅外光聚焦于所述傳感器上。
9.根據權利要求1所述的圖像捕獲設備，其中所述相機具有其中紅外傳感器處于所述第一位置中的第一模式及其中所述紅外傳感器處于所述第二位置中的第二模式。
10.根據權利要求9所述的圖像捕獲設備，其中在所述第二模式中紅外光源是接通的。
11.根據權利要求1所述的圖像捕獲設備，其中所述紅外濾光器的厚度經選擇使得當所述紅外濾光器處于所述第一位置中時使所述可見光聚焦于所述傳感器上，且當所述紅外濾光器處于所述第二位置中時使紅外光聚焦于所述傳感器上。
專利摘要本實用新型涉及一種圖像捕獲設備，其包括框架，其具有光圈；鏡頭，其用于收集由所述光圈允許穿過的光；傳感器，其用于接收所述所收集的光；及紅外濾光器，其耦合到所述框架，所述紅外濾光器用于阻擋住紅外光，所述紅外濾光器可從第一位置移動到第二位置，其中在所述第一位置中，所述紅外濾光器位于所述傳感器的前方以便不允許紅外光到達所述傳感器，且在所述第二位置中，所述紅外濾光器不位于所述傳感器的前方以便允許紅外光到達所述傳感器，其中所述鏡頭及所述紅外濾光器使得在所述紅外濾光器處于所述第一位置中時可見光聚焦于所述傳感器上，且在所述紅外濾光器處于所述第二位置中時紅外光聚焦于所述傳感器上。
文檔編號G03B17/12GK202159217SQ201120034650
公開日2012年3月7日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權日2010年7月29日
發(fā)明者徐丁嘉, 戴伊娃, 托德·韋布, 杰弗里·B·蘭開斯特, 菲利普·艾倫·邦克, 馬克·納爾遜 申請人:羅技歐洲公司