专利类型 | 发明授权 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
申请号 | CN201110033523.2 | 申请日 | 2011-01-31 |
公开(公告)号 | CN102148928B | 公开(公告)日 | 2015-07-15 |
申请人 | 安讯士有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
发明人 | J·耶尔姆斯特伦; | 第一发明人 | J·耶尔姆斯特伦 |
权利人 | 安讯士有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
当前权利人 | 安讯士有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
省份 | 当前专利权人所在省份: | 城市 | 当前专利权人所在城市: |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:瑞典隆德 | 邮编 | 当前专利权人邮编: |
主IPC国际分类 | H04N5/232 | 所有IPC国际分类 | H04N5/232 ; G03B7/00 |
专利引用数量 | 2 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 16 | 专利文献类型 | B |
专利代理机构 | 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 | 专利代理人 | 朱智勇; |
摘要 | 本 发明 涉及镜头装置的校准,特别是涉及带有具有可调 光圈 孔径的P光圈镜头的摄像机中的校准方法。该校准包括下列步骤:在第一孔径 位置 与第二孔径位置之间调整光圈孔径尺寸;在该调整期间记录多个图像;分析图像;以及根据该分析确定用来获得高 质量 图像的光圈孔径。 | ||
权利要求 | 1.一种用于包括具有可调光圈孔径的镜头装置的摄像机的方法,包括下列步骤: |
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说明书全文 | 镜头装置的校准技术领域背景技术[0002] 控制摄像机镜头的光圈孔径的能力在图像质量中起着重要的作用。光圈用来保持到摄像机内的图像传感器的最佳光线水平,使得图像能够锐化、清晰,并被正确曝光,具有良好的对比度和分辨率。光圈还可以用来控制图像的景深。 [0003] 光圈孔径可以是固定或可调的。固定光圈的孔径不能调整,由此得名,被固定在某个光圈数上。固定光圈通常用于光线水平或多或少恒定的室内环境。摄像机可以通过调整图像传感器的曝光时间和/或增益来补偿光线水平的改变。 [0004] 可调光圈可以是手动或自动的。在手动光圈中,光圈可以通过用手转动镜头上的光圈环而被调整,以打开或关闭光圈。这在光线状况变化的环境中诸如室外是不方便的。 [0005] 有两种常规的自动光圈,即DC(直流)光圈和视频光圈。这两种光圈都具有响应光线水平的变化的由电机驱动的自动可调光圈孔径。这两种光圈也都用模拟信号(通常为模拟视频信号)控制光圈孔径。然而,这两种光圈之间的主要区别是将模拟信号变换成电机控制信号的电路所处的位置。在DC光圈镜头的情况下,该电路处在摄像机内,而在视频光圈的情况下,该电路处在镜头内。 [0006] 在亮光的情况下,具有自动光圈的摄像机在光圈孔径变小时可能受到衍射和模糊的影响。这个问题在具有高分辨率图像传感器的摄像机中在图像传感器的像素尺寸可能接近摄像机光学系统的衍射极限的情况下尤为突出。因此,摄像机的图像质量取决于对于给定情况是否具有最佳的光圈孔径。 [0007] 为了优化图像质量,摄像机必须能控制镜头内的光圈孔径。常规的自动光圈镜头的问题是这种控制对于摄像机或摄像机用户是不可获得的。这是一个严重的缺点,因为这样就不可能开发控制摄像机的光学性能的控制算法。景深、分辨率和光学像差效果也由于不能控制光圈孔径的绝对位置而受到影响。 [0008] 精密光圈镜头,以下简称为P光圈镜头,是为克服自动光圈镜头的这些缺点而设计的。P光圈镜头涉及对光圈孔径(即光圈叶片)的自动和精密控制,目的是优化图像质量而不是控制光线水平。P光圈镜头还能改善在离摄像机的不同距离处的多个物体被同时对焦的情况下的对比度、清晰度、分辨率和景深,所有这些参数都是视频记录领域特别是视频监视领域中的重要参数。 [0009] P光圈镜头的光圈通常基于步进电机控制光圈叶片的位置从而也就控制光圈孔径的尺寸。步进电机的每一步都导致到达图像传感器的入射光线量增大或减小。入射光线量是步进电机步数的非线性函数,取决于光圈位置。该步数以光圈数表示,在光圈打开时较小,随着光圈孔径关闭而增大。 [0010] 使用具有步进电机的P光圈镜头的一个重大优点是它可以提供对光圈孔径的位置的绝对控制,这是用DC光圈不可能做到的。因此,可以通过控制步进电机而将光圈设置到特定的孔径尺寸。电机驱动器用来控制镜头内的步进电机。电机驱动器运行的控制算法的基本原理是使光圈孔径在一定条件下尽可能长时间地保持在预定位置。表示为位置A的预定位置例如可以基于光学系统的最佳位置或用户用例如光圈数设定的位置。该最佳位置由可获得在诸如高对比度、低球面像差、低色像差、高分辨率、低衍射和大景深的参数方面的高质量图像的位置确定。 [0011] 除了位置A,在光圈中可以预先规定若干匹配一定光线状况的其他光圈位置。例如,可以规定与系统的衍射极限相应的位置B和与完全打开的光圈位置相应的位置C。通常,在启动时光圈的初始位置为位置A。如果有太多的光线到达图像传感器,电机驱动器就会驱动步进电机使光圈到达与系统的衍射极限相应的位置B。如果没有足够的光线到达图像传感器,电机驱动器就会驱动步进电机使光圈到达完全打开的位置(位置C)。在每个位置,可以改变图像传感器的积累时间和/或增益,以优化图像质量。 [0012] 与被配置成优化镜头和图像传感器的性能的软件一起,P光圈镜头在所有光线状况下自动提供可获得最佳图像质量的最佳光圈位置。因此,P光圈镜头使摄像机能在图像质量方面达到新的性能水平。这种光圈控制将特别有益于兆像素/HDTV(高清晰度电视)摄像机和要求视频监视的应用。 [0013] 为了在从一个光圈位置到另一个光圈位置的过渡时间期间保持图像质量,重要的是让步进电机以适合的步调移动光圈叶片,以便给曝光算法足够时间以用图像传感器的增益和曝光时间来补偿入射光线的改变。 [0014] 不同的门限值可以确定何时改变光圈位置。一个门限值例如可以被规定为在一定的图像传感器增益和曝光时间设置下图像的亮度。为了防止在接近门限值的亮度区间内步进电机在两个光圈位置之间不断移动,在控制算法中可以执行迟滞。 [0015] 对于市场上有售的一些P光圈镜头来说,为以最佳方式操作这些镜头所需的参数,诸如要达到光圈位置A(最佳位置)、位置B(衍射极限(如果对于最佳来说光线太多))和位置C(完全打开(在对于最佳来说光线不足时))的步进电机的步数,已由厂家测量并被硬编码入摄像机软件。然而,在用户想要将当前镜头改成参数没有被编码入摄像机软件的P光圈镜头时,必须以某种方式使这些参数对于摄像机是可获得的。一种方式是将这些参数(如果厂家提供的话)手动输入摄像机。然而,这种必须手动使这些参数可被摄像机获得的笨拙方式可能是相当乏味和耗时的。 发明内容[0017] 本发明的一个方面涉及一种用于包括具有可调光圈孔径的镜头装置的摄像机的方法,这种方法包括下列步骤:在第一孔径位置与第二孔径位置之间调整光圈孔径尺寸;在所述调整期间记录多个图像;分析所述图像;以及根据所述分析确定用来获得高质量图像的光圈孔径。高质量图像可以定义为具有高对比度、小球面像差、小色像差、高分辨率、低衍射和大景深的图像。在第一孔径位置与第二孔径位置之间可以存在位置区间,每个这样的位置与一个特定尺寸的光圈孔径相应。在一个变型中,在第一孔径位置与第二孔径位置之间的位置区间内每个这样的位置与一个步进电机步相应。然而,步进电机步与在该位置区间内的位置不是以1对1的方式相互对应的其他配置也是可行的。 [0018] 这种方法中的分析步骤可以进一步包括下列步骤:确定所记录的图像内的高频内容;根据所确定的高频内容确定每个所记录的图像的高频值;以及确定表示与具有特定高频值的所记录的图像相应的光圈孔径尺寸的信息。表示光圈孔径尺寸的信息在一个变型中可以是与用来获得这个特定的所记录的图像的光圈孔径相应的步进电机步。 [0019] 这种方法中具有特定的所确定的高频值的所记录的图像还可以是具有最大高频值的所记录的图像。 [0020] 这种方法中的确定高频内容的步骤可以进一步包括下列步骤:选择在所记录的图像内的子区;以及测量在所选择的子区内的高频内容。 [0021] 这种方法中的分析步骤可以进一步包括下列步骤:获取与特定光圈孔径相应的绝对光圈数;确定在所记录的图像内的曝光时间和图像传感器增益;以及根据所确定的曝光时间、图像传感器增益和所述绝对光圈数,计算在一系列各表示特定光圈孔径尺寸的步与镜头装置的一系列光圈数之间的相关曲线。 [0022] 这种方法中的确定曝光时间和图像传感器增益的步骤可以进一步包括下列步骤:选择在所记录的图像内的子区;以及测量在所选择的子区内的曝光时间和图像传感器增益。 [0023] 这种方法可以还包括下列步骤:确定第一光圈数,所述第一光圈数是用来在预定光线水平下获得高质量图像的最大光圈数;确定与所述特定高频值相应的第二光圈数;以及如果第一光圈数小于第二光圈数,根据第一光圈数确定光圈孔径;而如果第一光圈数大于第二光圈数,根据第二光圈数确定光圈孔径。 [0024] 这种方法中的调整步骤可以进一步包括向镜头装置提供一系列控制信号,这一系列控制信号与一系列各表示特定光圈孔径尺寸的步相应。 [0025] 这种方法中的第一孔径可以小于第二孔径。 [0026] 这种方法中的第一孔径可以大于第二孔径。 [0027] 本发明的第二方面涉及一种摄像机,这种摄像机包括:具有可调光圈孔径的镜头装置;在第一孔径位置与第二孔径位置之间调整光圈孔径尺寸的调整单元;在所述调整期间记录多个图像的记录单元;分析所述图像的分析单元;以及根据所述分析确定用来获得高质量图像的光圈孔径的第一确定单元。 [0028] 这种摄像机可以还包括:确定在所记录的图像内的高频内容的第二确定单元;根据所确定的高频内容确定每个所记录的图像的高频值的第三确定单元;确定表示与具有特定高频值的所记录的图像相应的光圈孔径尺寸的信息的第四确定单元。 [0029] 这种摄像机中具有特定高频值的所记录的图像可以是具有最大高频值的所记录的图像。 [0030] 这种摄像机中的第二确定单元可以进一步包括:选择在所记录的图像内的子区的选择单元;以及确定在所选择的子区内的高频内容的第五确定单元。 [0031] 这种摄像机可以还包括:适合获取与特定光圈孔径相应的绝对光圈数的获取单元;根据所记录的图像确定曝光时间和图像传感器增益的第六确定单元;以及根据所确定的曝光时间、图像传感器增益和所述绝对光圈数计算在一系列各表示特定光圈孔径尺寸的步与镜头装置的一系列光圈数之间的相关曲线的计算单元。 [0032] 这种摄像机中的第二确定单元可以进一步包括:选择在所记录的图像内的子区的选择单元;以及确定在所选择的子区内的曝光时间和图像传感器增益的第七确定单元。 [0033] 这种摄像机可以还包括:确定第一光圈数的第八确定单元,所述第一光圈数是用来在预定光线水平下获得高质量图像的最大光圈数;确定与所述特定高频值相应的第二光圈数的第九确定单元;以及调整光圈孔径的第二调整单元,其中调整光圈孔径在第一光圈数小于第二光圈数时根据第一光圈数进行,而在第一光圈数大于第二光圈数时根据第二光圈数进行。 [0034] 这种摄像机中的调整单元可以进一步包括:向镜头装置提供一系列控制信号的提供单元,这一系列控制信号与一系列各表示特定光圈孔径尺寸的步相应。 [0035] 本发明的第三方面涉及一种具有计算机可执行组件的计算机可读媒体,所述计算机可执行组件包括使摄像机执行下列操作的指令:在第一孔径位置与第二孔径位置之间调整光圈孔径尺寸;在所述调整期间记录多个图像;分析所述图像;以及根据所述分析确定用来获得高质量图像的光圈孔径。附图说明 [0036] 从以下对本发明的一些实施例的详细说明中可以看到本发明的其他一些目的、特征和优点,本发明的一些实施例将被参照附图详细说明,在这些附图中: [0037] 图1例示了连接到网络上的包括P光圈镜头和摄像机机身的摄像机; [0038] 图2a示出了说明按照本发明的一个实施例对使用P光圈镜头的摄像机进行校准的方法的流程图; [0039] 图2b示出了按照本发明的一个实施例可以添加给图2a的流程图的停止标准的流程图; [0040] 图3a示出了在P光圈镜头校准期间可以获得的y轴为HF值而x轴为与光圈位置相应的步数的曲线图的一个例子; [0041] 图3b示出了在P光圈镜头校准期间可以获得的y轴为HF值而x轴为与光圈位置相应的步数的曲线图的另一个例子; [0042] 图3c示出了在P光圈镜头校准期间可以获得的y轴为光圈数而x轴为与光圈位置相应的步数的曲线图的一个例子; [0043] 图4示出了在P光圈镜头校准期间可以获得的y轴为HF值而x轴为与光圈位置相应的步数的曲线图的一个例子; [0044] 图5示出了说明按照本发明的一个实施例对使用P光圈镜头的摄像机的校准方法的流程图; [0045] 图6例示了如何在图像内选择不同的子区用于P光圈镜头校准;以及 [0046] 图7示出了按照本发明的一个实施例的具有包括校准带有P光圈镜头的摄像机的指令的计算机可执行组件的计算机可读媒体的框图。 具体实施方式[0047] 本发明的实施例通常涉及摄像机领域,特别是涉及校准使用P光圈镜头的摄像机,其中P光圈镜头的参数被确定并可被摄像机获得。 [0048] 以下将参照示出本发明的实施例的附图对本发明的实施例进行详细说明。然而,本发明可以用许多不同的形式和变型实现,而不应认为只是局限于在这里所提出的这些实施例。确切些说,所以提供这些实施例是为了使这个公开周全,并且可以向本领域内的技术人员充分表明本发明的范围。类似的标号在各处所标的是类似的单元。 [0049] 一般地,摄像机主要包括两个部分。第一部分为镜头,它可以包括诸如透镜组和滤光器之类的光学组件、机械部件和控制机械部件和与外部设备接口的电子电路。第二部分是摄像机机身,摄像机机身可以包括一个或多个图像记录装置、机械部件和处理来自图像记录装置的信息和与诸如镜头和网络之类的外部设备接口的电子电路。镜头可以是可与摄像机机身分开的或者与摄像机机身集成在一起的(不能拆卸的)。摄像机可以是与DC光圈和P光圈镜头两者兼容的。摄像机机身内的电子设备可以自动检测和/或确定镜头是否在启动时已经装到摄像机机身上以及在镜头已经接到摄像机机身上的情况下镜头的类型,以便可以在摄像机机身内的镜头控制系统与镜头之间建立适当的通信。 [0050] 图1示出了可以实现本发明的实施例的摄像机100的框图。图1中的P光圈镜头101可以包括带有至少一个光学透镜的光学组件105、带有至少两个光圈叶片103的可调光圈、机械部件(未示出)、含有控制可调光圈的光圈叶片103的电机的电子电路104、以及通过接口106与摄像机机身102内的电子电路通信的装置。 [0051] 在本发明的一个实施例中,P光圈镜头内的电子电路104还可以包括能处理图像数据的处理装置、一个或几个图像传感器和存储所截获的图像数据和图像处理结果的存储装置。在电子电路104内的控制P光圈的光圈叶片103的电机可以用带有位置反馈的直流电机、带有霍尔元件的电流计、超声波电机、步进电机或任何其他类型的能对光圈叶片103精确定位的微型电机来实现。以下在例示本发明的实施例时就假设电机为步进电机。步进电机能以不连续的步进方式控制P光圈镜头内的光圈叶片103,从光圈叶片不阻挡光线的位置(在这里称为完全打开位置)到光圈叶片被尽可能关闭或有时候完全关闭的位置(在这里称为关闭位置)。这样,就形成了一个可调光圈。 [0052] 因此,每个步进电机步与P光圈镜头101内的光圈叶片103的让特定量的光线通过的特定位置有关。光圈叶片的尺寸、形状和数量可以变化。在一个实现中,可以使用两个“V”形光圈叶片,而在另一个实现中,可以使用几个形成一个接近理想的圆形光圈孔的光圈叶片。 [0053] P光圈镜头101可以安装到摄像机机身102上,如图1所示。摄像机机身102可以收纳至少一个能记录P光圈镜头101投射到它的表面上的图像的图像传感器110。图像传感器110通常可以是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素传感器,但并不是就只限于这两种传感器。如以上所提到的,图像传感器110在一个实施例中可以在P光圈镜头101而不是摄像机机身102中的电子电路104内实现。 [0054] 摄像机100能记录静止图像和活动图像。在记录来自图像传感器110的图像时,投射在图像传感器上的图像由图像传感器110截获和转换成数字图像数据。所记录的图像数据可以发送给处理装置107进行图像处理和/或发送给存储器108存储。处理装置107可以包括一些信号处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和一般电子电路。处理装置107能执行摄像机内的一些任务,诸如对所截获和/或存储的图像数据进行分析和计算、控制图像传感器110的诸如传感器增益和曝光时间之类的参数、将数据存储在存储器108内和从存储器108内检索数据、通过接口106与P光圈镜头通信和控制P光圈镜头、通过网络接口109与连接到网络112上的其他设备通信。一个或多个通常带有用户接口的摄像机管理站113可以通过网络112与摄像机100连接。摄像机100与网络112之间的通信可以通过有线连接或无线连接进行。摄像机机身102如上面所提到的可以装有内部存储器108,它可以存储一个或多个所记录的图像和处理装置107所执行的计算的中间结果。存储器108在一个变型中以呈现为可移动存储器(即USB存储器、外部硬盘驱动器、固态存储器等)形式的外部储存器实现,而在另一个变型中存储器可以处在接到网络上的存储单元、个人计算机、服务器之类内。 [0055] 通过将摄像机100连接到接有摄像机管理站113的网络112上,可以对摄像机100进行远程操作。远程操作员可以是一个或多个使用摄像机管理用户接口的个人,也可以是计算机化的操作员,诸如在摄像机管理站113上运行的软件程序。接到网络上的摄像机100还可以将图像数据发送给一个或多个接到网络上的远程方进行远程处理。 [0056] 在具有P光圈镜头的Axis网络摄像机内,摄像机管理站113上的用户接口配置有与从完全打开到关闭光圈孔径的范围相应的光圈数标度。这个特征使用户能将光圈孔径调整到一个优选位置,这个位置是自动控制为最亮状况所用的位置。这样,用户就可以同时对图像的景深进行调整。 [0057] 在将P光圈镜头101连接到摄像机机身102上时,镜头的一些为获得摄像机的最佳性能所需的参数是不知道的。这些未知参数可以是以下任何一个或所有参数: [0058] 从光圈孔径被关闭的位置到光圈孔径完全打开的位置步进电机的总步数; [0059] 从光圈孔径被关闭的位置到光圈孔径完全打开的位置步进电机每一步的相应孔径、光圈数; [0060] 与获得对于特定景物的最佳图像质量的光圈孔径的位置相应的步; [0061] 光圈的孔径、光圈数的总范围;以及 [0062] 与开始出现衍射的光圈孔径位置相应的步。 [0063] 如果P光圈镜头已经在厂家用摄像机机身作了预校准,这些参数中有一些或全部都是已知的,从而可以被硬编码入摄像机软件。然后,可以在摄像机管理用户接口的滚卷清单内选取具有已知参数的特定P光圈镜头。这些参数还可以提供给镜头的用户,以便将它们手动输入摄像机或输入控制镜头的摄像机软件。然而,对于有些镜头来说,这些参数全部或有些是不知道的,因此使得用户不可能以最佳方式使用摄像机。本发明通过提供一种对使用未知的P光圈镜头的摄像机进行自动校准的方法提供了对有些或所有参数不知道的情况的解决方案。 [0064] 图2a示出了说明按照本发明的一个实施例对使用P光圈镜头的摄像机100进行自动校准的方法的流程图200。下面将用如图2a所示的一系列流程步骤详细说明这种校准方法。 [0065] 在这种校准方法的第一个流程步骤201中,获取对于光圈孔径的特定已知位置(光圈叶片103的位置)的光圈数(F数)。必须获取这个光圈数,以便能得出与步进电机的步(即光圈孔径的位置)相关的绝对光圈数标度。在大多数情况下,获取对于光圈完全打开的位置的光圈数,然而在理论上对于光圈的任何已知位置的光圈数都足以在以后得出与步进电机步相关的绝对光圈数标度。 [0066] 光圈数可以通过在P光圈镜头101的外表上或在摄像机机身102上的拨盘或滚动表手动输入。光圈数也可以通过摄像机管理用户接口113输入和通过网络112下载给摄像机的处理装置107。或者是,可以将光圈数预先存储在P光圈镜头的存储器内,再在P光圈镜头101装上摄像机机身102时通过接口106传送给摄像机的处理装置107。或者是,光圈数在有些情况下可以根据以下所说明的校准获得的校准曲线计算得出。 [0067] 在流程步骤202中,将光圈(即光圈叶片103)移动到起始位置。在P光圈镜头101被安装在摄像机机身102上时,光圈孔径的实际位置(在完全打开与关闭之间)是未知的。因此,在校准中的第二步骤202是用步进电机将光圈孔径移动到一个特定的起始位置202。 一个这样的起始位置例如是光圈孔径完全打开的位置。为了到达起始位置,命令步进电机在打开光圈的方向上“步进”。为了确信到达完全打开的位置,命令步进电机在打开光圈的方向上“步进”大量步。在进至校准中的下一个步骤前,调整镜头的聚焦,以便获得好的聚焦、优选的是,校准应该用将要受监视的景物(如果可能的话)在景物内的光线水平为适当恒定时执行。引起景物内光线缓慢改变的物体,诸如经过太阳的云之类,以及引起景物内光线快速改变的物体,诸如经过或在景物内运动的汽车、人和动物之类,可能对校准有负面影响。如有可能,应该选择使出现这样改变的可能性最小的时间点。 [0068] 在这种校准方法的下一个流程步骤203中,由图像传感器110记录一个或多个图像。表示这些图像的数据被发给处理装置107。可以记录几个图像,再平均成一个图像(即图像数据),以减小任何噪声。以下将用“图像”这个词泛指一个和几个图像。 [0069] 在流程步骤204中,对在流程步骤203中所获取的图像数据进行分析。可以对所记录的图像执行一些不同的分析204。 [0070] 在本发明的第一实施例中,处理装置107用例如Sobel算法(即离散微分算子)和Gaussian滤波器确定所记录的图像内的高频内容。高频内容的分析可以产生单个值,以下简称为高频值(HF值),表示在当前光圈位置所记录的图像内存在的高频信息量。可以将所确定的HF值存储在存储器108内。在一个变型中,根据在相同光圈位置记录的一系列所记录的图像得出一系列HF值。然后将这些HF值例如平均成单个HF值。平均一系列HF值将减少噪声量和减小景物内光线快速变化的负面影响,从而产生更为精确的HF值。 [0071] 在第二实施例中,可以确定图像内的光线量。在到达一个位置时,曝光算法将通过调整图像传感器110的曝光时间(即积累时间)和/或增益来补偿投射到图像传感器110上的光。调整好后,将图像传感器110的曝光时间和增益值存储在存储器108内。如果已经记录了多个图像,可以将平均曝光时间值和平均增益值存储在存储器108内。在一个变型中,确定图像的光强,再将它存储在存储器108内。然后,可以将当前图像的光强与来自至少一个先前记录的图像相比较。两个图像之间的光强之差可以给出有关是否到达或接近到达步进电机终点位置(关闭或完全打开)的信息。它还可以给出有关光圈运动的方向(较亮到较暗=光圈在关闭中,或者较暗到较亮=光圈在打开中)的信息。如果与基准方向相比,光强正沿“错误的”方向改变,在一个实施例中可以中断校准,再从流程步骤202重新开始。在一个实施例中,还可以用比较得出的信息来确定校准是否应该终止。如果检测到在两个或更多个图像之间光强没有改变,就可以终止校准,因为可能已经到达或者非常接近到达终点位置。 [0072] 在第三实施例中,HF值和图像传感器110的曝光时间和增益的值被确定后,存储在存储器108内。如果已经记录了多个图像,就可以将各自的经平均的值存储在存储器108内。 [0073] 在校准的流程步骤205中,使步进电机朝终点位置移动一步或多步。在一个实施例中,步进电机沿着使P光圈101的光圈叶片103越来越相互靠近的关闭光圈孔径的方向移动一步(或几步)。在又一个实施例中,步进电机沿着使P光圈101的光圈叶片103越来越相互分开的打开光圈孔径的方向移动一步(或几步)。 [0074] 在校准的流程步骤206中,确定是否到达终点位置。如果没有到达终点位置,就重复“记录图像”203、“分析图像”204和“朝终点位置移动”205这些步骤,直到到达终点位置,终点位置例如可以是光圈被关闭或完全打开时的位置。 [0075] 在校准的流程步骤207中,执行确定光圈最佳位置和F标度的计算。最佳位置和F标度可以用几种不同的方式确定,如以下还要讨论的那样。 [0076] 图3a例示了按照本发明的一个实施例通过HF值确定光圈的最佳位置的方法。如果将HF值和相应的步进电机的步绘制在曲线图300内,就会获得与图3a所示的曲线302类似的曲线。在图3a所示的例子中,在步进电机步等于1的完全打开的光圈到步进电机步等于50的被关闭的光圈之间整个范围是50步。图中的曲线具有山样的形状,在开始这段(步1至步27)HF值稳定增大,相应于图像质量的提高,而在最后这段(步28至步50)相应于图像质量的降低。HF值为最大的位置是最佳位置,相应于在给定当前情况下产生最佳图像即获得高质量图像的步进电机步(即光圈的位置)。在图3a的这个例子中最佳位置值标以至x和y轴的实线。最大HF值可以由摄像机内的处理装置通过对所有所存储的在图2a的流程步骤202-206中所确定的HF值进行比较和/或排序发现。 [0077] 图3b例示了按照本发明的一个实施例通过HF值确定光圈的最佳位置的另一种方法。在这个例子中,用一个或多个相邻的HF值计算每个HF值的导数。如果导数为正,如线304所示,HF值增大,这意味着最大的HF值还没有达到。如果导数为负,如线306所示,HF值减小,这意味着已经过了最大的HF值。在导数为零(或接近零)时,意味着在相继的导数之间没有(或非常小的)增减(即接近平行于x轴,如线305所示),或者在导数符号改变(从正的到负的导数或者从负的到正的导数)时,可以确定达到最大的HF值。 [0078] 对于在从完全打开的光圈到被关闭的光圈的范围内所有步进电机步骤,可以通过根据存储在存储器内的曝光时间和增益值为每个步进电机步计算出光圈数来确定F标度。如果要将从计算获得的结果绘制成步进电机步(每个步与光圈的一定位置相应)的函数,就可以获得与图3c这个曲线图307中的曲线308类似的曲线。为了能获得绝对F标度,必须知道至少一个对于特定步进电机步的光圈数。对于特定的步进电机步的光圈数可以如在流程步骤201中所说明的那样获得,或者如下用有关摄像机内的衍射的知识进行计算得出,如果在HF曲线中存在一个明显的“拐点”的话。 [0079] P光圈镜头内的光圈叶片的边缘往往使光分散。只要光圈孔径比像素尺寸大(即处于大孔径),衍射光只占投射到图像传感器上的光线总量的很小的百分比。在光圈孔径减小时,衍射光量占被记录的光线总量的百分比就增大。在图4这个HF曲线中可以看到,衍射开始起作用和开始影响图像的质量的点是曲线开始迅速下跌的点401。在图4中,衍射假定是在步进电机步29左右开始的。知道了图像传感器的像素尺寸,就可以计算出处在衍射点的理论光圈数。这样,可以计算出在图4中对于步进电机步29(衍射开始401)的光圈数,从此可以得出绝对F标度。 [0080] 根据图3c的步进电机步对光圈数的曲线,可以得出用光圈数表示的孔径的范围。通过分析光线量,可以发现对于完全打开和关闭的光圈孔径的步进电机步,因此可以计算出步进电机的总步数。 [0081] 如果将具有低的光灵敏度的摄像机100置于具有不良照明条件的环境中,处在所确定的最佳位置的图像有时候可能对于实际使用来说会太暗。这个问题可以通过用比在最佳位置的光圈数小的光圈数来克服或缓解。较小的光圈数将导致较大的孔径(即较大的光圈孔径),这将增加到达图像传感器110的光线量,因此产生较亮的图像。为了能确定在给定的某个光线水平的情况下获得最好的高质量图像的光圈位置,按照本发明的一个实施例可以在校准中执行以下这些步骤: [0082] 确定与在给定预定的光线水平的情况下获得高质量图像的最大光圈数相应的第一光圈数; [0083] 确定与所得出的最佳位置的特定高频值相应的第二光圈数;以及 [0084] 将第一和第二光圈数相互比较,如果第一光圈数比第二光圈数小,就根据第一光圈数确定光圈孔径,而如果第一光圈数比第二光圈数大,就根据第二光圈数确定光圈孔径。 [0085] 这些步骤将保证获得对于特定光线水平产生最佳高质量图像的光圈位置。 [0086] 如果有必要限制景深至少为某个长度,从而有损于图像质量,就需要通过包括景深、焦距以及散光圈的计算发现最小光圈数。将对于最佳位置所计算出的光圈数与这个最小光圈数相比较,应该选择这两个中较大的光圈数。根据F曲线,可以发现相应的步进电机步。 [0087] 在已经确定最佳位置和F标度时,校准中下一个流程步骤208是通过使步进电机步进到相应的步进电机步而将光圈孔径调整(即通过移动光圈叶片103)到所确定的最佳位置。这样,摄像机就已经对于给定的情况进行了校准,从而也就知道了它的参数。摄像机现在可以以比未经校准的摄像机更佳的方式使用。 [0088] 如果最佳位置不能用图3a中的HF曲线精确确定(由于噪声或其他原因),可以使用其他方法。一种这样的方法可以是作一个最佳位置是在某个步进电机步的“合格猜测”。如果步进电机步的整个范围是50步,就可以“猜测”离开始25个步进电机步处的位置可以是在光圈孔径完全打开与衍射开始点之间的某处,因此这个位置可能是摄像机可以获得象样的图像质量的位置。这种方法是次最佳的,但是在图像质量方面可能比用具有DC光圈镜头的摄像机要好一些。 [0089] 另一种方法是借助于图像传感器的像素尺寸发现衍射的步进电机步。衍射开始的点的光圈数可以借助于像素尺寸计算,如早先所说明的那样。对于衍射的相应步进电机步可以用F曲线查得,如结合图3c所讨论的那样。由于光圈孔径完全打开的步进电机步是已知的,“最佳位置A”应该选为在这个步进电机步与衍射开始的步进电机步中间某处的位置。“过少光线位置B”应是光圈孔径完全打开的步进电机步,而“过多光线位置C”应接近衍射开始的步进电机步。 [0090] 在本发明的另一个实施例中,图2a中的校准可以通过除了图2a中的“到达终点位置?”(流程步骤206)停止标准之外再增添一个附加的停止标准而被缩短。在很多情况下,具有小HF值的步(即光圈位置),例如图4中的步45-50,由于它们不产生有用的图像,实际上可能从不使用。图2b示出了可以在图2a所示的流程中的流程步骤205与206之间插入一个附加流程步骤209的情况的一个例子。如果在达到流程步骤206的“到达终点位置?”前达到一个特定停止标准,就绕过“到达终点位置?”的流程步骤206,终止“记录图像”203、“分析图像”204和“朝终点移动”205的循环。 [0091] 图2b中的停止标准209可以用几种不同的方式实现。一种方式是对于如图4所示的所确定的HF值用垂直线400确定单个HF门限值400。在图4的例子中,与光圈孔径完全打开相应的第一所确定的HF值已经设置为门限值400,因此将是停止标准。在确定HF值期间,对于每个步进电机步,将所确定的HF值与HF门限值相比较。如果所确定的HF值小于HF门限值400,就满足图2b中209的停止标准。 [0092] 选择图2b中的停止标准209的一个变型是让摄像机的用户根据摄像机将要用于什么情况或者任何其他标准选择一个适当的门限值。 [0093] 选择图2b中的停止标准209的又一个变型是根据导数的斜率确定停止标准209,如结合图3b所讨论的。停止标准在一个实施例中例如可以是导数的某个负斜率度。 [0094] 选择图2b中的停止标准209的又一个变型是在确定曝光时间和增益值时观测在两个(或更多个)图像之间光线的改变。如果光线改变极小(由光线门限值规定),或者没有改变,就满足停止标准209,于是中断“记录图像”203、“分析图像”204和“朝终点移动”205的循环。 [0095] 选择图2b中的停止标准209的又一个变型是在衍射开始401的步进电机步处停止,这是因为使用比这个值还小的孔径会导致差的图像质量。 [0096] 图5示出了本发明的执行对摄像机校准的另一个实施例的流程。流程步骤201-205、206、207和208都是与图2a中具有同样编号的流程步骤相同的,因此执行相同的任务。在这个实施例中,已经增添了流程步骤“循环n次”501和流程步骤“移动到先前位置”502。由于增添了这两个流程步骤,校准将在移动到一个新的步进电机步之前在两个步进电机步之间往返n次。这个流程方案对于n=1的执行情况可以如下: [0097] 在步进电机步1记录一个第一图像或第一组图像; [0098] 使步进电机移动到步2,在步2记录一个第一图像或第一组图像; [0099] 使步进电机返回步1,记录一个第二图像或第二组图像;以及 [0100] 再使步进电机移动到步2,在步2记录一个第二图像或第二组图像。 [0101] 这个操作可以重复n次,其中n为用户规定的或预先规定的数。在一个变型中,对于在流程步501中的循环的停止标准可以基于在图像内的光线改变而不是特定的次数。这个停止标准例如可以是“直到不再检测到在图像内的光线改变”。 [0102] 在循环已经重复n次时,使步进电机移动一个位置(在本例中为移动到步3),再在步2与3之间执行这个循环n次,诸如此类,直到到达“到达终点位置?”流程步骤206。这个校准方案将有效地减小噪声和在用来校准的景物内光线快速改变的负面影响。如以上所讨论的,在景物内光线的快速改变可以是由于诸如汽车、人和动物之类的物体经过或在景物内移动。 [0103] 在本发明的一个实施例中,确定最佳位置和F标度(在图2a和图5所示的流程图内)可以在步进电机每动一步时即时执行而不是在流程步骤207内执行。 [0104] 在本发明的另一个实施例中,最初可以将所有所记录的图像都存储在存储器内而不执行流程步骤204中的分析。在流程步骤206或509中到达终点位置时,可以在执行流程步骤207中的确定最佳位置和F标度的计算之前执行按照流程步骤204所示的分析。 [0105] 在另一个实施例中,依次执行多次按照图2a或图5的流程图所示的校准。这将高精度地确定最佳位置,特别是在图像遭受到在用来校准的景物内光线缓慢改变的影响的情况下。如以上所讨论的,在景物内光线缓慢改变可以是例如由于云在太阳前飘过而引起的。 [0106] 对所记录的图像的分析可以对整个图像或者只是图像的一部分执行。图6示出了设置成记录停车场和街道601的图像的监视摄像机。图像600的左上部内的移动汽车可以引起在这个景物内光线的快速改变,因此对校准具有P光圈镜头的摄像机有着负面影响(如以上所讨论的)。然而,通过选择图像内不含有任何运动物体的子区,而只分析这个分区图像而不是整个图像,就可以减小或者避免运动汽车的不利影响。然而,这个子区应该从将要监视的景物中选出而且是覆盖了这个景物的大部分,否则校准就可能是错误的。在有些情况下,选择白天另一个时间来执行校准而不是用不合适子区执行校准可能更好一些。 [0107] 有几种方式确定图像内这样的子区。一种方式是始终选择图像的中心,如图6中打阴影线的区域602所示。然而,如图6中的例子所示,在中心区域602内的光线可能受到正要停放的汽车的影响。在左上部的打阴影线的区域604甚至更糟,因为这个区域与街道相应,汽车不断地进出这个子区。在这个例子中,要选的最好位置可以是图像的右下部的打阴影线的区域603,看来那里在光线快速改变上是最稳定的(除了由于诸如太阳出入云彩之类的光线缓慢改变)。选择子区可以由用户手动进行,也可以通过对图像进行运动检测和选择运动最少的那个区域或者对一系列图像进行光线分析再选择光线改变量最小的那个子区自动进行。在一个变型中,被选择的子区是从分析中得出的。所选择的子区可以具有任意的尺寸和形状。一个子区可以构成几个较小的子区。 [0108] 图7示出了具有计算机可执行组件的计算机可读媒体700,该计算机可执行组件包括执行由以上实施例和在图1至6中所示的用于具有P光圈镜头的摄像机的校准方法的所有方面的指令。特别是它可以具有在第一孔径位置与第二孔径位置之间调整光圈孔径尺寸的指令701、在所述调整期间记录多个图像的指令702、分析所述图像的指令703和根据所述分析确定用来获得高质量图像的光圈孔径的指令704。计算机可读媒体700可以安装在摄像机内或摄像机外。 [0109] 在这里所使用的词语只是为了说明特定的实施例,并不意味着对本发明的有所限制。如在这里所使用的,所谓“一个”和“该”意味着也包括多个,除非上下文有所明示。还可以理解,所谓“包括”、“包含”在这里使用时是表示存在所叙述的一些特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件,但是并不排除还存在另外的一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或由此构成的组。 [0110] 除非另有定义,所有在这里所用的术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域内普通技术人员一般所理解的相同的的意义。还可以理解,在这里所用的术语应该被解释为具有与它们在本说明书和有关技术的语境中的意义一致的意义,而不要以经理想化的或过分正式的意义来理解。 |