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摄像设备和监视系统

阅读：521发布：2020-05-08

专利汇可以提供摄像设备和监视系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种摄像设备和监视系统。摄像设备包括：调焦控制器；图像传感器；角度控制器，其被配置为改变所述图像传感器的摄像面的角度；评价值获取器，其被配置为在调焦控制期间获取所述图像传感器的第一评价区域中的对比度评价值，并且在角度控制期间获取与所述第一评价区域不同的第二评价区域中的对比度评价值；以及曝光控制器，其被配置为控制所述图像传感器的曝光条件。所述曝光控制器在所述调焦控制期间确定第一曝光条件以向所述第一评价区域提供正确的曝光值，并且在所述角度控制期间确定与所述第一曝光条件不同的第二曝光条件以向所述第二评价区域提供正确的曝光值。，下面是摄像设备和监视系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种摄像设备，包括：
调焦控制器，其被配置为控制摄像光学系统的聚焦位置；
图像传感器；
角度控制器，其被配置为改变在与所述摄像光学系统的光轴正交的平面和所述图像传感器的摄像面之间形成的角度；
评价值获取器，其被配置为在调焦控制期间获取所述图像传感器的第一评价区域中的对比度评价值，并且在角度控制期间获取与所述第一评价区域不同的第二评价区域中的对比度评价值；以及
曝光控制器，其被配置为控制所述图像传感器的曝光条件，
其特征在于，所述曝光控制器在所述调焦控制期间确定第一曝光条件以向所述第一评价区域提供正确的曝光值，并且在所述角度控制期间确定与所述第一曝光条件不同的第二曝光条件以向所述第二评价区域提供正确的曝光值。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述曝光控制器在所述调焦控制期间使用所述第一评价区域的像素信号确定所述第一曝光条件，并且在所述角度控制期间使用所述第二评价区域的像素信号确定所述第二曝光条件。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第一评价区域是所述图像传感器的有效像素区域的中央区域，并且所述第二评价区域是所述图像传感器的有效像素区域的周边区域。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第二评价区域包括第一部分评价区域和与所述第一部分评价区域相比具有更长的从所述摄像设备到被摄体面的距离的第二部分评价区域，
其中，所述曝光控制器
判断所述角度控制期间的对比度评价值的变化量，
在所述变化量大于第一阈值的情况下，使所述第二部分评价区域的对比度评价值的加权系数比所述第一部分评价区域的对比度评价值的加权系数大，以及
在所述变化量小于所述第一阈值的情况下，使所述第一部分评价区域的对比度评价值的加权系数比所述第二部分评价区域的对比度评价值的加权系数大。
5.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第二评价区域包括第一部分评价区域和与所述第一部分评价区域相比具有更长的从所述摄像设备到被摄体面的距离的第二部分评价区域，
其中，所述曝光控制器
判断所述角度控制期间的对比度评价值的变化量，
在所述变化量大于第一阈值的情况下，使用所述第二部分评价区域的对比度评价值，以及
在所述变化量小于所述第一阈值的情况下，使用所述第一部分评价区域的对比度评价值。
6.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第二评价区域包括第一部分评价区域和与所述第一部分评价区域相比具有更长的从所述摄像设备到被摄体面的距离的第二部分评价区域，
其中，所述曝光控制器
判断所述角度控制期间的对比度评价值的变化量，
在所述变化量大于第一阈值的情况下，使用所述第二部分评价区域的像素信号确定所述第二曝光条件，以及
在所述变化量小于所述第一阈值的情况下，使用所述第一部分评价区域的像素信号确定所述第二曝光条件。
7.根据权利要求1所述的摄像设备，还包括：
第一照明元件；以及
第二照明元件，其照明范围比所述第一照明元件的照明范围宽，
其特征在于，所述曝光控制器使得与所述调焦控制期间相比，在所述角度控制期间流过所述第二照明元件的电流与流过所述第一照明元件的电流的比更大。
8.根据权利要求7所述的摄像设备，其特征在于，所述曝光控制器使用所述第一照明元件用于所述调焦控制，并且使用所述第二照明元件用于所述角度控制。
9.根据权利要求7所述的摄像设备，还包括：
第三照明元件，其被配置为照明与所述第一评价区域相对应的区域；以及第四照明元件和第五照明元件，其各自被配置为照明与所述第二评价区域相对应的区域，
其特征在于，所述曝光控制器使得与所述角度控制期间相比，在所述调焦控制期间流过所述第三照明元件的电流与流过所述第四照明元件的电流和流过所述第五照明元件的电流的平均值的比更大。
10.根据权利要求9所述的摄像设备，其特征在于，所述第二评价区域包括第一部分评价区域和与所述第一部分评价区域相比具有更长的从所述摄像设备到被摄体面的距离的第二部分评价区域，
其特征在于，在所述角度控制期间，所述曝光控制器使得被配置为照明所述第二部分评价区域的所述第五照明元件的照明强度比被配置为照明所述第一部分评价区域的所述第四照明元件的照明强度大。
11.一种摄像设备，包括：
摄像光学系统；
调焦控制器，其被配置为控制所述摄像光学系统的聚焦位置；
图像传感器，其被配置为对通过所述摄像光学系统形成的光学图像进行光电转换；
角度控制器，其被配置为改变在所述摄像光学系统的主面和所述图像传感器的摄像面之间形成的角度；
评价值获取器，其被配置为在调焦控制期间获取第一评价区域中的对比度评价值，并且在角度控制期间获取与所述第一评价区域不同的第二评价区域中的对比度评价值；以及曝光控制器，其被配置为控制用于从所述图像传感器读取像素信号的读取操作，其特征在于，所述曝光控制器在所述调焦控制期间在第一读取操作中读取所述像素信号，并且在所述角度控制期间在与所述第一读取操作不同的第二读取操作中读取所述像素信号。
12.根据权利要求11所述的摄像设备，其特征在于，所述曝光控制器在所述调焦控制期间在包括所述第一评价区域的第一范围中读取所述像素信号，并且在所述角度控制期间在包括所述第二评价区域并且与所述第一评价区域不同的第二范围中读取所述像素信号。
13.根据权利要求11所述的摄像设备，其特征在于，所述第二评价区域包括第一部分评价区域和与所述第一部分评价区域相比具有更长的从所述摄像设备到被摄体面的距离的第二部分评价区域，
其中，所述曝光控制器
判断所述角度控制期间的对比度评价值的变化量，
在所述变化量大于第一阈值的情况下，在所述第二部分评价区域中读取所述像素信号，以及
在所述变化量小于所述第一阈值的情况下，在所述第一部分评价区域中读取所述像素信号。
14.根据权利要求12所述的摄像设备，其特征在于，所述图像传感器的列方向与平行于所述角度控制期间的倾斜方向的方向一致。
15.根据权利要求12所述的摄像设备，其特征在于，在所述调焦控制期间，从除了所述第一范围之外的第三范围读取所述像素信号的采样间距比从所述第一范围读取所述像素信号的采样间距大，
其中，在所述角度控制期间，从除了所述第二范围之外的第四范围读取像素信号的采样间距比从所述第二范围读取像素信号的采样间距大。
16.根据权利要求15所述的摄像设备，其特征在于，所述曝光控制器通过间隔剔除并读取来自所述图像传感器的像素信号来改变采样间距。
17.根据权利要求15所述的摄像设备，其特征在于，所述曝光控制器通过将来自所述图像传感器的像素信号相加并读取来改变采样间距。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述曝光控制器判断在所述调焦控制期间和所述角度控制期间的对比度评价值的变化量，并且在该变化量小于第二阈值的情况下同时进行所述调焦控制和所述角度控制。
19.一种监视系统，其包括根据权利要求1至18中任一项所述的摄像设备。

说明书全文

摄像设备和监视系统

技术领域

[0001] 本发明涉及摄像设备和监视系统。

背景技术

[0002] 日本特开(“JP”)2017-173802公开了以下摄像设备，其可以提供使透镜的光轴相对于图像传感器倾斜的所谓的倾斜摄像以使得即使针对相对于摄像设备的光轴倾斜的被摄体面在远摄端使用明亮的F值透镜也保持长景深。

[0003] 然而，当在使用JP 2017-173802中公开的摄像设备的倾斜摄像中改变摄像设备的方向或改变透镜的变焦状态时，被摄体面和焦平面之间的位置关系偏移。

[0004] 因此，在被摄体面和焦平面之间的位置关系偏移的情况下，JP2017-173802公开了使用以下方法进行调整以使被摄体面可以与焦平面一致。首先，该方法在驱动调焦透镜的同时获取图像的中央处或整个图像的对比度评价值，并且将调焦透镜移动到提供最高对比度评价值的位置。接着，该方法改变倾斜角度，获取图像的在与倾斜方向平行的方向上的两端的对比度评价值，并将倾斜角度改变至提供最高对比度评价值的位置。此后，该方法顺序地重复调焦透镜驱动(调焦控制)和倾斜角度调整(角度控制)直到达到目标精度为止。因此，JP 2017-173802中公开的方法需要长时间用于调焦控制和角度控制。

发明内容

[0005] 本发明提供各自能够迅速地完成调焦控制和角度控制的摄像设备和监视系统。

[0006] 根据本发明的一个方面的摄像设备包括：调焦控制器，其被配置为控制摄像光学系统的聚焦位置；图像传感器；角度控制器，其被配置为改变在与所述摄像光学系统的光轴正交的平面和所述图像传感器的摄像面之间形成的角度；评价值获取器，其被配置为在调焦控制期间获取所述图像传感器的第一评价区域中的对比度评价值，并且在角度控制期间获取与所述第一评价区域不同的第二评价区域中的对比度评价值；以及曝光控制器，其被配置为控制所述图像传感器的曝光条件。所述曝光控制器在所述调焦控制期间确定第一曝光条件以向所述第一评价区域提供正确的曝光值，并且在所述角度控制期间确定与所述第一曝光条件不同的第二曝光条件以向所述第二评价区域提供正确的曝光值。

[0007] 根据本发明的另一方面的摄像设备包括：摄像光学系统；调焦控制器，其被配置为控制所述摄像光学系统的聚焦位置；图像传感器，其被配置为对通过所述摄像光学系统形成的光学图像进行光电转换；角度控制器，其被配置为改变在所述摄像光学系统的主面和所述图像传感器的摄像面之间形成的角度；评价值获取器，其被配置为在调焦控制期间获取第一评价区域中的对比度评价值，并且在角度控制期间获取与所述第一评价区域不同的第二评价区域中的对比度评价值；以及曝光控制器，其被配置为控制用于从所述图像传感器读取像素信号的读取操作。所述曝光控制器在所述调焦控制期间在第一读取操作中读取所述像素信号，并且在所述角度控制期间在与所述第一读取操作不同的第二读取操作中读取所述像素信号。

[0008] 包括上述摄像设备的监视系统也构成本发明的另一方面。

[0009] 根据以下参考附图对典型实施例的描述，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

[0010] 图1是根据第一、第三和第四实施例的摄像设备的框图。

[0011] 图2说明根据第一实施例的倾斜摄像中的焦平面。

[0012] 图3A和3B说明根据第一实施例的在聚焦位置调整期间和在倾斜角度调整期间的评价框。

[0013] 图4A至4C是根据第一实施例的亮度值的直方图。

[0014] 图5A和5B示出根据第一实施例的角度和对比度评价值之间的关系以及控制方法的流程图。

[0015] 图6是根据第二实施例的摄像设备的框图。

[0016] 图7A和7B说明根据第二实施例的照明元件的照明范围。

[0017] 图8A和8B说明根据第三实施例的像素信号的读取范围。

[0018] 图9A和9B说明根据第三实施例的像素信号的读取范围。

[0019] 图10A和10B说明根据第三实施例的用于改变像素信号的读取操作的范围。

[0020] 图11是根据第四实施例的控制方法的流程图。

[0021] 图12示出根据第四实施例的倾斜角度和对比度评价值之间的关系的图。

[0022] 图13是根据第五实施例的监视系统的框图。具体实施例

[0023] 现在参考附图，将给出根据本发明的实施例的描述。各个图中的相应元件将由相同的附图标记表示，并且将省略对其的重复描述。

[0024] 第一实施例

[0025] 现在参考图1，将给出根据本发明第一实施例的摄像设备的描述。图1是根据本实施例的摄像设备100的框图。摄像设备100包括摄像光学系统101、调焦控制机构(调焦控制器)102、图像传感器(固态图像传感器)103、倾斜控制机构(角度控制器)104、控制器(曝光控制器)105和评价值获取器(对比度评价值获取器)110。

[0026] 摄像光学系统101具有包括可以在光轴方向(图1中的Z轴方向)上移动的调焦透镜106的多个透镜。调焦控制机构102使用诸如步进电机等的驱动机构使调焦透镜106的位置(聚焦位置)在光轴方向上移动，并且调整摄像光学系统101的聚焦位置(调焦控制)。图像传感器103是CMOS传感器或CCD传感器，并且对经由摄像光学系统101形成的被摄体图像(光学图像)进行光电转换，并且输出图像信号(像素信号)。倾斜控制机构104旋转(改变)图像传感器103的方向(或姿势)。控制器105控制摄像设备100的诸如图像传感器103等的各个机构。评价值获取器110基于从图像传感器103输出的像素信号，检测图像传感器103的特定区域(评价区域、评价框)中的评价值(对比度评价值)。

[0027] 用于使图像传感器103的方向旋转的倾斜控制机构104包括马达和齿轮。控制器105可以通过控制流过倾斜控制机构104中的马达的电流来在使图像传感器103的方向在XZ平面上旋转。控制器105还控制图像传感器103的驱动和来自图像传感器103的像素信号的读取操作。

[0028] 现在参考图2，将给出倾斜摄像中的焦平面107的描述。图2说明倾斜摄像中的焦平面107。根据Scheimpflug(沙姆)定律，图像传感器103的光入射面(摄像面)和焦平面107在XY平面上相对于摄像光学系统101的主面108(与摄像光学系统101的光轴正交的面)倾斜。因此，倾斜摄像使得被摄体面109能够与相对于摄像光学系统101的主面108倾斜的焦平面
107一致。图像传感器103的光入射面和摄像光学系统101的主面108之间形成的角度θ将被称为倾斜角度。

[0029] 现在假设在倾斜摄像期间用户观察到的被摄体面109和焦平面107彼此不一致。例如，当用户改变摄像设备100的方向时，或者当摄像光学系统101包括视角控制机构并且用户改变摄像光学系统101的视场角时，用户观察到的被摄体面109改变，并且被摄体面109和焦平面107彼此不对应。

[0030] 因此，当用户观察到的被摄体面109和焦平面107彼此不一致时，需要如JP 2017-173802中公开的那样顺序地调整聚焦位置和倾斜角度。因此，花费很长时间来调整聚焦位置和倾斜角度这两者。由于本实施例可以在调整聚焦位置时和在调整倾斜角度时的适当的(或最佳的)摄像条件下获取图像，因此可以提高单次聚焦位置调整和倾斜角度调整各自的精度。结果，较少次数地重复驱动调焦透镜106(调焦控制)和倾斜角度控制(角度控制)可以快速地调整聚焦位置和倾斜角度。这将在下面详细描述。

[0031] 现在参考图3A和3B，将给出在调整聚焦位置和调整倾斜角度时图像传感器103的评价框的描述。图3A和3B说明在调整聚焦位置和调整倾斜角度时的评价框(评价区域)。图3A示出用于在调整聚焦位置时检测对比度评价值的评价框(第一评价框、第一评价区域)
111。图3B示出用于在调整倾斜角度时检测对比度评价值的评价框(第二评价框、第二评价区域)112A和112B。如图3A所示，评价框111包括在图像传感器103的有效像素区域103A的中央区域中。另一方面，如图3B所示，评价框112A和112B包括在图像传感器103的有效像素区域103A的周边区域(在与倾斜方向平行的方向(Y方向)上的周边区域)中。图3A和3B中所示的区域107A和107B与图2中所示的焦平面107上的区域107A和107B相对应。

[0032] 有效像素区域103A的中央区域为与图像传感器103的有效像素区域103A的中心在与图像传感器103的倾斜方向平行的方向(Y方向)上分离图像传感器103在与倾斜方向平行的方向上的长度的20％或更少(或10％或更少)。同样地，有效像素区域103A的周边区域为与图像传感器103的有效像素区域103A的中心在与图像传感器103的倾斜方向平行的方向(Y方向)上分离图像传感器103在与倾斜方向平行的方向上的长度的30％或更多(或40％或更多)。

[0033] 当如图3A所示调整聚焦位置时(在调焦控制期间)，根据本实施例的摄像设备100(控制器105)使用评价框111的像素信号来调整曝光条件。另一方面，当如图3B所示调整倾斜角度时(在角度控制期间)，摄像设备100使用评价框112A和112B的像素信号确定曝光条件。更具体地，可以在每次调整期间调整图像传感器103的累积时间和模拟增益。

[0034] 图4A至4C是亮度值的直方图。在图4A至4C中，横坐标轴表示亮度值，并且纵坐标轴表示频率。例如，假设图像如图4A中所示的亮度值直方图一样具有亮的中央和暗的周边，或者评价框111是亮的而评价框112A和112B是暗的。如图4B所示，调整聚焦位置，使得评价框111具有正确的(适当的或最佳的)曝光水平(曝光值)。另一方面，如图4C所示，调整倾斜角度，使得评价框112A和112B具有正确的(适当的或最佳的)曝光水平(曝光值)。当评价框
112A和112B具有不同的亮度时，可以确定曝光水平以使得评价框112A和112B的平均亮度是正确的(适当的或最佳的)。可以确定各个评价框中的曝光水平，使得评价框中的像素信号的平均值或中间值是黑水平和白水平之间的中间值。

[0035] 如上所述，通过在聚焦位置调整和倾斜角度调整各自中在适当的(或最佳的)摄像条件(曝光条件)下摄像，提高了所检测到的对比度评价值的精度。结果，提高了单次聚焦位置调整和倾斜角度调整各自的精度。换句话说，减少了调焦透镜驱动(调焦控制)和倾斜角度控制(角度控制)的重复次数，并且可以在短时间内进行调焦控制和角度控制。

[0036] 用于根据对比度评价值确定最佳调焦透镜位置和倾斜角度的方法可以利用JP 2017-173802中公开的已知方法。更具体地，在确定调焦透镜106的位置时，将提供评价框
111的最高对比度评价值的位置设置为最佳调焦透镜位置。在确定倾斜角度时，将提供各个评价框112A和112B的最高对比度评价值的角度设置为最佳倾斜角度。当提供评价框112A的最高对比度评价值的角度和提供评价框112B的最高对比度评价值的角度彼此不同时，可以将中间角度设置为最佳倾斜角度。对比度评价值可以使用评价框中的像素信号的最大信号电平和最小信号电平之间的差。对比度评价值可以利用像素信号的直方图中的较高10％信号电平和较低10％信号电平之间的差。

[0037] 上述示例讨论了在调整倾斜角度时检测出的评价框112A和112B这两者的对比度评价值，但是可以仅检测评价框112A和112B其中之一的对比度评价值。如图2所示，与评价框112A(第一部分评价区域)相比，评价框112B(第二部分评价区域)具有更长的从摄像设备100到被摄体面109的距离。通常，当到被摄体面109的距离足够长时，摄像光学系统101的弥散圆的大小与距离的平方成反比。因此，如示出倾斜角度和对比度评价值之间的关系的图
5A所示，与在评价框112A中相比，在评价框112B中倾斜角度改变时的对比度评价值的变化更小。换句话说，使用评价框112A中的对比度评价值可以提供搜索最佳倾斜角度时的更高的搜索精度。另一方面，使用评价框112B的对比度评价值可以提供搜索最佳倾斜角度时的宽的搜索范围，因为在当前倾斜角度和最佳倾斜角度之间的差增大时对比度评价值的减小程度小。

[0038] 因此，在当前倾斜角度和最佳倾斜角度之间的差大时，可以使用评价框112B的对比度评价值来调整倾斜角度。另一方面，在当前倾斜角度和最佳倾斜角度之间的差小时，可以使用评价框112A的对比度评价值来调整倾斜角度。

[0039] 现在参考图5B，将给出根据本实施例的控制方法的描述。图5B是控制方法的流程图。图5B的各个步骤主要由控制器105执行。

[0040] 首先，在步骤S11中，控制器105在使用调焦控制机构102驱动调焦透镜106的同时，获取评价值获取器110所检测到的评价框111的对比度评价值。然后，控制器105使用调焦控制机构102将调焦透镜106移动到与最大对比度评价值相对应的位置(调焦控制)。接着，在步骤S12B中，控制器105在使用倾斜控制机构104控制倾斜角度的同时获取由评价值获取器110检测到的评价框112B的对比度评价值。然后，控制器105控制倾斜控制机构104，使得倾斜角度与最大对比度评价值相对应(倾斜角度控制)。

[0041] 接着，在步骤S13中，控制器105判断在执行步骤S12B之前的评价框112B的对比度评价值和在进行了步骤S12B之后的评价框112B的对比度评价值之间的差(变化量)是否小于第一阈值。当对比度评价值的差等于或大于第一阈值时，控制器105在步骤S11中进行调焦控制(聚焦位置调整)，然后在步骤S12B中再次进行倾斜角度控制。控制器105重复该过程，并且当在步骤S13中对比度评价值的差变得小于第一阈值时，控制器105在步骤S12A中而不是在步骤S12B中进行倾斜角度控制。在步骤S12A中，控制器105在使用倾斜控制机构104控制倾斜角度的同时获取由评价值获取器110检测到的评价框112A的对比度评价值。然后，控制器105控制倾斜控制机构104，使得倾斜角度与最大对比度评价值相对应。

[0042] 如上所述，当在角度控制期间(单次倾斜角度调整前后)的评价框112B的对比度评价值的差大时，基于评价框112B的评价值来控制倾斜角度，并且当对比度评价值的差小时，基于评价框112A的评价值来控制倾斜角度。因此，可以实现倾斜角度的搜索范围和搜索精度这两者的折衷。

[0043] 在使用评价框112A和112B其中之一的对比度评价值来控制倾斜角度时，控制器105可以根据要使用的评价框来确定曝光条件。换句话说，当进行步骤S12B前后的评价框
112B的对比度评价值之间的差等于或大于第一阈值时，评价框112B的曝光水平被优化。另一方面，当进行步骤S12B前后的评价框112B的对比度评价值之间的差小于第一阈值时，评价框112A的曝光水平被优化。

[0044] 代替使用评价框112A和112B的对比度评价值之一，可以通过对各个评价值加权来使用这两个评价值。换句话说，当对比度评价值之间的差等于或大于第一阈值时，将在评价框112B中检测到的对比度评价值的系数(加权系数)设置为大于在评价框112A中检测到的对比度评价值的系数(加权系数)。另一方面，如果对比度评价值的差小于第一阈值，则将在评价框112A中检测到的对比度评价值的加权系数设置为大于在评价框112B中检测到的对比度评价值的加权系数。

[0045] 第二实施例

[0046] 现在参考图6、7A和7B，将给出根据本发明第二实施例的摄像设备的描述。图6是摄像设备200的框图。图7A和7B说明摄像设备200中的第一照明元件213和第二照明元件214的照明范围。摄像设备200与根据第一实施例的摄像设备100的不同之处在于，摄像设备200包括具有相同光轴方向和相同照明强度以及不同照明范围的第一照明元件(红外LED)213和第二照明元件(红外LED)214。在本实施例中，第二照明元件214的照明范围大于第一照明元件213的照明范围。

[0047] 更具体地，如图7A所示，第二照明元件214的照明范围224是摄像设备200的整个视角，并且第一照明元件213的照明范围223在摄像设备200中的包括评价框111及其附近的区域内。照明范围是指照明的照明强度为强度峰值的一半或更多的区域。照明元件的光轴与从照明元件(第一照明元件213或第二照明元件214)发射的光强度分布的重心方向对准。

[0048] 根据本实施例的摄像设备200在调整聚焦位置时(在调焦控制期间)使用第一照明元件213，并且在调整倾斜角度时(在角度控制期间)使用第二照明元件214。这样，与在倾斜角度调整期间相比，在聚焦位置调整期间使用照明范围更窄的照明元件可以提高单次聚焦位置调整和倾斜角度调整各自的精度，特别是在诸如夜间等的低亮度下。结果，减少了调焦透镜驱动(调焦控制)和倾斜角度控制(角度控制)的重复次数，并且可以在短时间内进行调焦控制和角度控制。这将在下面详细描述。

[0049] 为了在诸如夜间等的低亮度下获得清晰的被摄体图像，使用诸如红外LED等的照明元件来增加亮度是有效的。增加亮度可以提供较高S/N比的图像，因此增加检测到的对比度评价值的可靠性。如上所述，评价框111中的对比度评价值在调整聚焦位置时是重要的，并且评价框112中的对比度评价值在调整倾斜角度时是重要的。由于第一照明元件213中的每单位立体角度的照明强度高于第二照明元件214中的每单位立体角度的照明强度，因此与使用第二照明元件214可以提供的评价框111的对比度评价值相比，使用第一照明元件213可以提供可靠性更高的评价框111的对比度评价值。另一方面，由于第一照明元件213的照明范围比摄像设备200的整个视角窄，因此与使用第一照明元件213可以提供的评价框
112A和112B的对比度评价值相比，使用第二照明元件214可以提供可靠性更高的评价框
112A和112B的对比度评价值。

[0050] 因此，在调整聚焦位置时，通过使用第一照明元件213提高评价框111的对比度评价值的可靠性来提高聚焦位置调整的精度。另一方面，在调整倾斜角度时，通过使用第二照明元件214提高评价框112的对比度评价值的可靠性来提高倾斜角度调整的精度。由此，减少了调焦透镜驱动(调焦控制)和倾斜角度控制(角度控制)的重复次数，并且可以在短时间内进行调焦控制和角度控制。

[0051] 因此，本实施例可以通过在聚焦位置调整和倾斜角度调整之间使用不同的照明元件来获取较高S/N比的图像。换句话说，本实施例是在聚焦位置调整和倾斜角度调整之间使用不同的最佳曝光条件的变型。

[0052] 在上述描述中，仅第一照明元件213用于聚焦位置调整，并且仅第二照明元件214用于倾斜角度调整，但是可以改变流过第一照明元件213的电流与流过第二照明元件214的电流的比。更具体地，使在倾斜角度调整期间流过第二照明元件214的电流与流过第一照明元件213的电流的比大于在聚焦位置调整期间流过第二照明元件214的电流与流过第一照明元件213的电流的比。由此，可以提高聚焦位置调整期间的评价框111的对比度评价值的可靠性，并且可以提高倾斜角度调整期间的评价框112的对比度评价值的可靠性。

[0053] 当第一照明元件213和第二照明元件214用于聚焦位置调整和倾斜角度调整这两者时，功耗可能增加并且产生的温度可能升高。通常，温度越高，图像传感器103的性能变得越低。结果，拍摄图像的S/N比降低。特别地，在低亮度时，由于温度升高而导致的图像的S/N比的降低成为大问题。因此，第一照明元件213可以用于聚焦位置调整，并且第二照明元件214可以用于倾斜角度调整，而不是将第一照明元件213和第二照明元件214用于聚焦位置调整和倾斜角度调整这两者。

[0054] 代替使用照明范围不同的多个照明元件，本实施例在第一照明元件212的光出射侧设置照明光学系统，并且在光轴方向驱动照明光学系统的透镜的一部分，从而控制照明范围。

[0055] 图6示出多个照明元件(第一照明元件213和第二照明元件214)中的光轴方向相同，但是多个照明元件可能具有不同的光轴方向。将照明元件的光轴方向相对于摄像光学系统101的光轴方向倾斜可以选择性地照明视角内的特定区域。

[0056] 图7B示出这样的示例。在这种情况下，摄像设备200包括用于选择性地照明图像面上与评价框111相对应的区域的第三照明元件(未示出)，以及用于选择性地照明图像面上与评价框112A和112B相对应的区域的第四照明元件和第五照明元件(未示出)。评价框112A是第一部分评价区域，并且评价框112B是第二部分评价区域。在图7B中，附图标记225表示第三照明元件的照明范围，附图标记226表示第四照明元件的照明范围，并且附图标记227表示第五照明元件的照明范围。

[0057] 使用第三照明元件用于聚焦位置调整以及使用第四照明元件和第五照明元件用于倾斜角度调整可以提高单次聚焦位置调整和倾斜角度调整各自的精度。此时，如上所述，可以改变流过各个照明元件的电流的比。更具体地，可以使与在聚焦位置调整期间相比，在倾斜角度调整期间流过第四照明元件的电流和流过第五照明元件的电流的平均值与流过第三照明元件的电流的比更大。由此，可以提高聚焦位置调整期间的评价框111的对比度评价值的可靠性，并且可以提高倾斜角度调整期间的评价框112的对比度评价值的可靠性。

[0058] 如图2所示，与评价框112A相比，评价框112B具有更长的从照明元件到被摄体面的距离。通常，被摄体面上的亮度与距照明元件的距离的平方成反比地降低。因此，可以使第五照明元件的照明强度大于第四照明元件的照明强度。更具体地，在调整倾斜角度时，将流过第五照明元件的电流设置为大于流过第四照明元件的电流。

[0059] 如上所述，当同时使用多个照明元件时，图像的S/N比由于温度升高而降低。因此，第五照明元件的照明强度可以增加，并且第四照明元件的照明强度可以降低。当摄像光学系统101的主面108和被摄体面109之间形成的角度大时，通过仅使用第五照明元件在抑制温度上升的同时提高评价框112B的S/N比。

[0060] 代替使用具有不同光轴方向的多个照明元件，通过旋转照明元件本身可以选择性地照明视角内的特定区域。当照明元件本身旋转时，难以在倾斜角度调整期间同时照明评价框112A和112B这两者，因此可以选择性地照明具有从照明元件到被摄体面的长距离的评价框112B。

[0061] 第三实施例

[0062] 现在参考图8A至10B，将给出根据本发明第三实施例的摄像设备的描述。根据本实施例的摄像设备300在聚焦位置调整和倾斜角度调整之间改变自图像传感器103的像素信号的读取操作。换句话说，控制器105在调焦控制期间在第一读取操作中读取像素信号，并且在角度控制期间在不同于第一读取操作的第二读取操作中读取像素信号。由此，可以在短时间内进行调焦控制和角度控制。根据本实施例的图像传感器103是用于顺序地读出各个行的像素信号的CMOS图像传感器。摄像设备300的基本结构与图1中的摄像设备100的基本结构相同，因此将省略对其的描述。

[0063] 通常，存在用于确定用于从CMOS图像传感器读取一帧像素信号的时间的三个主要控速因素。第一因素是用于将入射到各个像素上的光转换成像素信号并且用于在针对各个列设置的垂直信号线处读出该像素信号的像素电路驱动时间。第二因素是用于对于针对各个列设置的垂直信号线在针对各个行偏移的定时处读取从各个像素电路输出的像素信号的时间(像素信号读取时间)。因此，随着读取像素信号的行数变小，由第二因素限制的时间变得更短。第三个因素是用于将逐行顺序读取的一行的像素信号输出到图像传感器103的外部的时间(像素信号输出时间)。因此，随着读取像素信号的列数变小，由第三因素限制的时间变短。当使用具有模数转换功能的CMOS图像传感器时，一列的像素信号的模数转换的时间成为时间的控速因素。然而，该控速因素可以被认为包括在第三因素中，因为其随着用于读取像素信号的列数变小而变短。

[0064] 因此，用于读取一帧的像素信号的时间长度由像素电路驱动时间和像素信号输出时间中更长的一个与像素信号读取时间的乘积来确定。像素电路驱动时间和像素信号输出时间之间的大小关系取决于图像传感器103。

[0065] 即使当使用同一图像传感器时，像素电路驱动时间和像素信号输出时间之间的大小关系也根据图像传感器的驱动模式而不同。换句话说，当用于读取像素信号的列数大于特定列数时，像素信号输出时间较长，而当用于读取像素信号的列数小于特定列数时，像素电路驱动时间较长。

[0066] 如上所述，无论要使用的图像传感器和图像传感器的驱动模式如何，读取像素信号的行数越小，用于读取一帧的像素信号的时间变得越短。此外，根据要使用的图像传感器和图像传感器的驱动模式，读取像素信号的行数与读取像素信号的列数的乘积或者要读取的像素信号的数量越小，读取时间变得越短。

[0067] 图8A和8B说明像素信号的读取范围，并且示出用于在聚焦位置调整(图8A)和倾斜角度调整(图8B)各自中从图像传感器103读取像素信号的第一范围341和第二范围342。在聚焦位置调整期间，读出如图8A所示的第一范围341的像素信号。另一方面，在倾斜角度调整期间，读出如图8B所示的第二范围342A和342B的像素信号。因此，根据本实施例的摄像设备在聚焦位置调整和倾斜角度调整各自中仅读出获取对比度评价值的评价框的范围的像素信号。如上所述，要读取的像素信号的数量越小，用于读取一帧的像素信号的时间变得越短。因此，可以使单次聚焦位置调整和倾斜角度调整本身各自更快。

[0068] 图8A和8B示出评价框111与第一范围341相对应，并且评价框112A和112B与第二范围342A和342B相对应，但是本发明不限于本实施例，并且它们不必彼此对应。更具体地，第一范围341包括评价框111并且第二范围342A和342B分别包括评价框112A和112B。为了仅读出图像传感器103的像素信号的一部分，驱动像素电路，并且用于将像素信号输出到图像传感器103的外部的水平扫描电路和用于将像素信号读出到垂直信号线的垂直扫描电路各自可以提供跳过功能。

[0069] 本实施例可以使用评价框112A和112B其中之一作为对比度评价值。在这种情况下，在倾斜角度调整期间，仅需要读取评价框112A和112B其中之一的像素信号以用于检测对比度评价值。比读出评价框112A和112B这两者的像素信号时相比，读取评价框112A和112B其中之一的像素信号可以使用于读取一帧的像素信号的时间更短。例如，控制器105判断角度控制期间(单次角度调整前后)的对比度评价值的差(变化量)。当该差大于第一阈值时，控制器105读取评价框112B(第二部分评价区域)中的像素信号。另一方面，当该差小于第一阈值时，控制器105读取评价框112A(第一部分评价区域)中的像素信号。

[0070] 如上所述，根据要使用的图像传感器和图像传感器的驱动模式，即使读取像素信号的列数减少，用于读取一帧的像素信号的时间也不改变。因此，根据要使用的图像传感器和图像传感器的驱动模式，可以仅减少读取像素信号的行数。

[0071] 因此，在仅控制读取像素信号的行数时，可以将图像传感器103的列方向(顺序读取像素信号的方向)设置为平行于图像传感器103的倾斜方向(图8A和8B中的垂直方向)。现在参考图9A和9B，将给出这个原因的描述。图9A和9B说明像素信号的读取范围，并且示出用于在聚焦位置调整(图9A)和倾斜角度调整(图9B)各自中自图像传感器103读取像素信号的第一范围341和第二范围342。

[0072] 如图8A和8B所示，用于聚焦位置调整的评价框111和用于倾斜角度调整的评价框112A和112B在平行于倾斜方向的方向上彼此偏移。因此，当仅读取像素信号的行数受到限制时，如图9A和9B所示，在与倾斜方向平行的方向上的聚焦位置调整和倾斜角度调整之间，可以改变读取像素信号的范围。换句话说，图像传感器103的列方向可以与平行于图像传感器103的倾斜方向的方向一致。

[0073] 根据图像传感器103的驱动模式，可以使用以下方案来改变是减少读取像素信号的行数和列数还是仅减少读取像素信号的行数。换句话说，当读取像素信号的列数大于特定列数时，读取像素信号的行数和列数两者都减少。另一方面，当读取像素信号的列数小于特定列数时，仅减少读取像素信号的行数。

[0074] 在以上描述中，在聚焦位置调整期间和在倾斜角度调整期间，不从除了评价框(及其附近)之外的区域读出像素信号。然而，可以通过在评价框(及其附近)和除了评价框(及其附近)之外的区域之间改变读取操作来控制用于读取一帧的像素信号的时间。现在参考图10A和10B，将给出具体示例的描述。

[0075] 图10A和10B说明像素信号读取操作改变的范围。在聚焦位置调整期间，如图10A所示，从与评价框111一致的第一范围341读取所有像素信号。另一方面，在排除第一范围341(评价框111)的第三范围343中，像素信号被间隔剔除并读取。另一方面，在倾斜角度调整期间，如图10B所示，从与评价框112A和112B一致的第二范围342A和342B读取所有像素信号。另一方面，在排除第二范围342(评价框112A和112B)的第四范围344中，像素信号被间隔剔除并读取。

[0076] 因此，通过使从除了评价框(及其附近)之外的区域读出的像素信号的密度小于从评价框(及其附近)读出的像素信号的密度，用于读取一帧的像素信号的时间可以变得比当读取所有像素信号时的时间短。当不从除了评价框之外的区域(及其附近)读出像素信号时，该方案对应于从除了评价框之外的区域(及其附近)读出的像素信号的密度为零。

[0077] 如上所述，当控制聚焦位置(进行调焦控制)时，使从除第一范围341以外的第三范围343读取像素信号的采样间距大于从第一范围341读取像素信号的采样间距。另一方面，当控制倾斜角度(进行角度控制)时，使从除了第二范围342A和342B之外的第四范围344读取像素信号的采样间距大于从各个第二范围342A和342B读取像素信号的采样间距。由此，能够在使单次聚焦位置调整和倾斜角度调整各自更快的同时获取必要的图像信息。

[0078] 如图8A和8B所示，不从除了评价框(及其附近)之外的区域读取像素信号可以使得单次聚焦位置调整和倾斜角度调整各自更快，因为要读取的像素信号的数量更小。另一方面，如图10A和10B所示，从除了评价框(及其附近)之外的区域读取部分像素信号使得能够在获取评价框中的对比度评价值的同时，同时获取其它区域的图像信息。

[0079] 通常，当聚焦于被摄体面时，图像的采样间距由于间隔剔除并读取像素信号而是粗的，并且所获取的图像的分辨率降低。然而，在聚焦位置调整期间或在倾斜角度调整期间，被摄体面未被聚焦，因此图像分辨率主要由摄像光学系统101的分辨性能而不是像素采样间距确定。因此，在聚焦位置调整期间或在倾斜角度调整期间，即使像素信号被间隔剔除并读取，图像分辨率的降低程度也是微不足道的。

[0080] 如上所述，在聚焦位置调整期间或在倾斜角度调整期间，在调整之后间隔剔除并读出除了评价框之外的区域的像素信号，从而可以在使单次聚焦位置和倾斜角度调整各自更快的同时获取必要的图像信息。在不间隔剔除像素信号的情况下可以通过对多个像素信号进行相加或平均来减少要读取的像素信号的数量。与间隔剔除像素信号的情况相比，通过对多个像素信号相加或平均，图像的S/N比变得更高。

[0081] 根据第一实施例、第二实施例和第三实施例的控制中的至少两个可以组合使用。换句话说，可以在聚焦位置调整和倾斜角度调整之间改变包括照明的曝光条件和自图像传感器的像素信号读取范围。改变包括照明的曝光条件可以提高单次聚焦位置调整和倾斜角度调整各自的精度，并且减少调焦透镜驱动(调焦控制)和倾斜角度控制(角度控制)的重复次数。改变自图像传感器的像素信号的读取范围可以缩短用于读取一帧的像素信号的时间，并且使单次聚焦位置调整和倾斜角度调整各自加速。

[0082] 第四实施例

[0083] 现在参考图11和12，将给出根据本发明第四实施例的摄像设备的描述。根据本实施例的摄像设备400分别进行上述实施例中的调焦控制和倾斜角度控制，然后同时进行调焦控制和倾斜角度控制。摄像设备400的基本结构与图1中的摄像设备100的基本结构相同。

[0084] 现在参考图11，将给出根据本实施例的控制方法的描述。图11是控制方法的流程图。图11中的各个步骤主要由控制器105执行。

[0085] 首先，在步骤S41中，控制器105在使用调焦控制机构102驱动调焦透镜106的同时，获取评价值获取器110所检测到的评价框111的对比度评价值。然后，控制器105使用调焦控制机构102将调焦透镜106移动到与最大对比度评价值相对应的位置(调焦控制)。接着，在步骤S42中，控制器105在使用倾斜控制机构104控制倾斜角度的同时，获取由评价值获取器110检测到的评价框112A和112B的对比度评价值。然后，控制器105控制倾斜控制机构104，使得倾斜角度与最大对比度评价值相对应(倾斜角度控制)。在步骤S41和S42中，如在第一至第三实施例中，改变摄像条件、照明范围和自图像传感器103的像素信号读取范围中的至少一个。由此，可以在短时间内进行调焦控制和角度控制。

[0086] 接着，在步骤S43中，控制器105判断进行步骤S41和S42前后的评价框111、112A和112B的对比度评价值的差(变化量)是否小于第二阈值。如果对比度评价值的差等于或大于第二阈值，则流程返回到步骤S41，并且控制器105再次进行调焦控制和角度控制。另一方面，当对比度评价值的差小于第二阈值时，控制器105转移到步骤S44。

[0087] 在步骤S44中，控制器105在同时驱动调焦透镜(调焦控制)和控制倾斜角度(角度控制)的同时从评价值获取器110获取评价框111、112A和112B的所有对比度评价值。更具体地，控制器105控制调焦控制机构102和倾斜控制机构104，使得评价框111、112A和112B的对比度评价值的平均值变为最大。因此，控制器105可以通过在同时驱动调焦控制机构102和倾斜控制机构104的同时获取各个评价框的对比度评价值，来在短时间内进行调焦控制和角度控制。

[0088] 本实施例可以基于单次倾斜角度调整前后的对比度评价值的改变来改变步骤S42的控制。换句话说，当倾斜角度调整前后的评价框112B的对比度评价值之间的差大时，控制器105在步骤S42中使用评价框112B的对比度评价值来控制倾斜角度。另一方面，当单次倾斜角度调整前后的评价框112B的对比度评价值之间的差小时，控制器105在步骤S42中使用评价框112A的对比度评价值来控制倾斜角度。

[0089] 在本实施例中，当进行步骤S41和S42前后的对比度评价值之间的差大时，或者当聚焦位置和倾斜角度远离被摄体面时，如在步骤S44中那样同时进行调焦控制和角度控制。下面将描述原因。

[0090] 当焦平面和被摄体面之间的差大时，在与评价框112A的最大对比度评价值相对应的倾斜角度和与评价框112B的最大对比度评价值相对应的倾斜角度之间存在大的偏移。另外，在最佳倾斜角度与在对应于评价框112A的最大对比度评价值的倾斜角度和对应于评价框112B的最大对比度评价值的倾斜角度之间的中间值之间存在大的差。将参考图12描述该原因。

[0091] 图12示出倾斜角度和对比度评价值之间的关系，并且示出当设置倾斜角度时评价框112A和112B的对比度评价值。在图12中，横坐标轴表示倾斜角度，并且纵坐标轴表示对比度评价值。如图12所示，在倾斜角度(目标倾斜角度)与在对应于评价框112A的最大对比度评价值的倾斜角度(最大值)和对应于评价框112B的最大对比度评价值的倾斜角度(最大值)之间的中间值之间存在大的差。

[0092] 如上所述，当焦平面和被摄体面之间的差大时，可以重复步骤S41和S42，以独立地进行调焦控制和角度控制。然后，在焦平面和被摄体面之间的差变小之后，在步骤S44中同时进行调焦控制和角度控制。因此，在本实施例中，控制器105判断调焦控制和角度控制期间(单次聚焦位置调整和倾斜角度调整前后)的对比度评价值的差。当该差小于第二阈值时，控制器105同时进行调焦控制和角度控制。由此，可以在更短的时间内进行调焦控制和角度控制。第五实施例

[0093] 现在参考图13，将给出根据本发明第五实施例的监视系统的描述。图13是根据本实施例的监视系统500的框图。监视系统500包括客户端设备501和摄像设备503。摄像设备503与根据上述第一至第四实施例的摄像设备100至400中的任何一个相对应。

[0094] 客户端设备501和摄像设备503经由网络502彼此连接，使得它们可以彼此通信。客户端设备501向摄像设备503发送用于控制摄像设备503的各种命令。摄像设备503从客户端设备501接收命令，并将与该命令相对应的响应和拍摄的图像数据发送至客户端设备501。用户可以经由客户端设备501选择是否以诸如景深优先模式等的期望模式驱动摄像设备
503。客户端设备501是诸如PC等的外部装置。网络502利用有线LAN或无线LAN等配置。在本实施例中，可以经由网络502向摄像设备503供电。

[0095] 其它实施例

[0096] 本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

[0097] 在倾斜摄像期间，当被摄体面和焦平面之间的位置关系偏移时，各个实施例可以在短时间内进行调焦控制和角度控制。因此，各个实施例可以提供能够在短时间内进行调焦控制和角度控制的摄像设备和监视系统。

[0098] 虽然已经参考典型实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的典型实施例。以下权利要求的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改以及等同结构和功能。

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