專利名稱：：圖像拾取裝置及其透鏡驅動方法以及攝像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用在監(jiān)視攝像機系統(tǒng)等中的圖像拾取裝置，特別涉及一種適于在將物體移入焦點的同時拾取物體的拉近(zoom-in)圖像的圖像拾取裝置的透鏡驅動方法、圖像拾取裝置和攝像系統(tǒng)。
背景技術：
：圖像拾取裝置，如監(jiān)視攝像系統(tǒng)等，配備有一個拉近機構，使得，能夠在將窗口瞄準作為監(jiān)視的目標時，可以獲取指定窗口的拉近的圖像。圖5是示出攝像透鏡的跟蹤曲線的一個實例的圖。如圖5所示，透鏡所固有的跟蹤曲線包含兩條跟蹤曲線，一條跟蹤曲線I聚焦在短距離點(1.6米)，另一條跟蹤曲線II聚焦在無限遠。當變焦放大率(magnification)不大時，兩條曲線基本上重合，聚焦透鏡與變焦透鏡的變焦一致地沿任意一條跟蹤曲線移動，由此，可以在全部時間內實現(xiàn)聚焦的狀態(tài)下進行變焦。但是，隨著變焦透鏡放大率的增大，兩曲線之間的距離變大，聚焦透鏡的實際實現(xiàn)聚焦的位置是兩條曲線之間的任何位置。因此，根據常規(guī)的變焦機構，當確定變焦放大率時，將變焦透鏡一次移動到與期望的變焦放大率相對應的位置，直到實現(xiàn)期望的變焦放大率。而且，聚焦透鏡與變焦透鏡的一致地沿跟蹤曲線I移動，從而到達圖5的K點位置，并且，利用自動聚焦技術等，進一步將聚焦透鏡移動到焦點位置N。用在常規(guī)的監(jiān)視攝像系統(tǒng)等中的圖像拾取裝置，可以快速地得到物體的拉近圖像。但是，存在一個問題，那就是變焦中的物體圖像是模糊的，并且，在變焦操作之后，完成聚焦操作之前，不能夠執(zhí)行基于清晰圖像的監(jiān)視。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種圖像拾取裝置、一種用于該裝置的透鏡驅動方法和攝像系統(tǒng)，即使在變焦操作期間，也可以拾取聚焦的物體圖像。為了實現(xiàn)上述目的，一種用于圖像拾取裝置的透鏡驅動方法的特征在于，當通過變焦透鏡對位于預置的固定位置的物體圖像進行變焦操作時，與變焦操作聯(lián)鎖地對聚焦透鏡進行位置控制，使得，甚至在變焦操作期間，也可以拾取聚焦的物體圖像。因此，甚至在變焦操作期間，也可以在監(jiān)視器上顯示聚焦的物體圖像。而且，可以增加透鏡的移動速度，并且可以減少聚焦透鏡的總移動量。為了實現(xiàn)上述目的，一種用于圖像拾取裝置的透鏡驅動方法的特征在于，當通過變焦透鏡對位于預置的固定位置的物體圖像以目標放大率變焦時，確定在目標放大率的變焦位置處物體圖像的焦點位置，確定跟蹤曲線和焦點位置之間的相互關系值，并且對聚焦透鏡進行位置控制，使得，在進行變焦操作時，關于跟蹤曲線保持該相互關系值。因此，甚至在拉近操作期間，也可以在監(jiān)視器上顯示聚焦的物體圖像。而且，可以增加透鏡的移動速度，并且可以減少聚焦透鏡的總移動量。為了實現(xiàn)上述目的，一種用于圖像拾取裝置的透鏡驅動方法的特征在于，當通過變焦透鏡，對位于預置的固定位置的物體圖像向廣度方向(widedirection)上變焦時，就確定物體圖像的焦點位置和跟蹤曲線之間的相互關系值，并且對聚焦透鏡進行位置控制，使得，在執(zhí)行變焦時關于跟蹤曲線保持該相互關系值。因此，甚至在廣度方向上執(zhí)行變焦操作時，也可以在監(jiān)視器上顯示聚焦的物體圖像。而且，可以增加透鏡的移動速度，并且可以減少聚焦透鏡的總移動量。為了實現(xiàn)上述目的，一種圖像拾取裝置的特征在于，包括一個具有變焦透鏡和聚焦透鏡的攝像透鏡，以及用于與變焦操作聯(lián)鎖地對聚焦透鏡進行位置控制的控制器，使得，在通過變焦透鏡對物體圖像進行變焦操作時，甚至在變焦操作期間，也能拾取聚焦的物體圖像。因此，甚至在變焦操作其間，也可以在監(jiān)視器上顯示聚焦的物體圖像。而且，可以增加透鏡的移動速度，并且可以減少聚焦透鏡的總移動量。為了實現(xiàn)上述目的，一種圖像拾取裝置的特征在于，包括一個具有變焦透鏡和聚焦透鏡的攝像透鏡，以及一個控制器，其中的控制器用于確定目標放大率的變焦位置處物體圖像的焦點位置，并確定當位于預置固定位置處的物體圖像由變焦透鏡以目標放大率變焦時，跟蹤曲線和焦點位置之間的相互關系值，還對聚焦透鏡進行位置控制，使得，在執(zhí)行拉近操作時，關于跟蹤曲線保持相互關系值。因此，甚至在變焦操作時也可以在監(jiān)視器上顯示聚焦的物體圖像。而且，可以增加透鏡的移動速度，并且可以減少聚焦透鏡的總移動量。為了實現(xiàn)上述目的，一種圖像拾取裝置的特征在于，包括一個具有變焦透鏡和聚焦透鏡的攝像透鏡，以及一個控制器，其中的控制器用于確定當位于預置的固定位置處的物體圖像由變焦透鏡向廣度方向上變焦時，焦點位置和跟蹤曲線之間的相互關系值，并對聚焦透鏡進行位置控制，使得，在執(zhí)行變焦操作時，關于跟蹤曲線保持相互關系值。因此，甚至在向廣度方向進行變焦操作時，也可以在監(jiān)視器上顯示聚焦的物體圖像。而且，可以增加透鏡的移動速度，并且可以減少聚焦透鏡的總移動量。為了實現(xiàn)上述目的，一種攝像系統(tǒng)的特征在于，包括如上所述的固定的圖像拾取裝置；用于顯示攝像透鏡的拾取圖像的監(jiān)視器；和連結到圖像拾取裝置的控制器，控制器根據變焦操作的輸入，向圖像拾取裝置輸出變焦操作的指令。因此，基于控制器的指令，甚至在變焦操作期間，也可以拾取并在監(jiān)視器上顯示聚焦的物體圖像。另外，可以增加透鏡的移動速度，并且可以減少聚焦透鏡的總移動量。圖1是根據本發(fā)明實施例的用于圖像拾取裝置的透鏡驅動方法的圖；圖2是應用本發(fā)明的圖像拾取裝置的監(jiān)視攝像系統(tǒng)的結構圖；圖3是根據本發(fā)明實施例的圖像拾取裝置的結構簡圖；圖4是在根據本發(fā)明實施例的圖像拾取裝置中所執(zhí)行的處理過程的流程圖；圖5是示出了解釋常規(guī)透鏡驅動方法的跟蹤曲線的簡圖。具體實施例方式下面將參考附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。圖2是示出應用了根據本發(fā)明實施例的圖像拾取裝置的監(jiān)視攝像系統(tǒng)的結構的圖。監(jiān)視攝像系統(tǒng)包括安裝在天花板等上的攝像機1(圖像拾取裝置)、用于在顯示屏上顯示攝像機1的拾取圖像的監(jiān)視器2、和用于從遠處控制攝像控制器3。攝像機1配置有固定在天花板上的固定臺1a、可自由旋轉的固定于固定臺1a的可旋轉云臺(rotatabletable)(用于攝像機的搖攝(pan)機構)1b、安裝在整體固定于可旋轉云臺1b的半球形容器1c中的將要在后面敘述的攝像透鏡系統(tǒng)(圖3中的標號10)、和用于控制攝像透鏡在箭頭B方向上的俯角方向的俯仰(tilt)機構(未示出)。監(jiān)視器2從安置在攝像透鏡焦點位置處的圖像拾取元件(圖3中的標號20)如電荷耦合器件(CCD)處獲得視頻信號，并將其顯示在顯示屏上?？刂破?有一個配置有各種按鈕3a的前面板，通過按鈕輸入監(jiān)視員的手動操作指令，并且將每個操作指令輸出給攝像機1以對攝像機1執(zhí)行搖攝操作、俯仰操作和變焦操作。而且，通過按動存儲器按鈕，將攝像機的搖攝、俯仰和聚焦位置儲存在攝像機控制器中。圖3是示出上述攝像機1的內部結構的圖。攝像機1的攝像透鏡系統(tǒng)10具有變焦透鏡11和聚焦透鏡12。變焦透鏡11在鏡筒中的位置通過一個變焦電機(步進電機)13向前/向后(接近物體的方向定義為“向前”，接近圖像拾取元件的方向定義為“向后”)移動，并且通過聚焦電機(步進電極)14向前/向后移動聚焦透鏡在透鏡筒中的位置。變焦電機13從變焦電機驅動電路15處供給驅動電源，并且聚焦電機14從聚焦電機驅動電路16處供給驅動電源。在攝像機1中，配置了用于驅動圖2所示的搖攝機構(可旋轉云臺)1a的搖攝電機17和用于驅動俯仰機構(未示出)的俯仰電機18。攝像機1的電控系統(tǒng)包括攝像機控制器30，用于響應控制器3的手動操作指令輸出各類控制信號；可旋轉云臺控制器31，用于根據攝像機控制器30的指令控制搖攝電機17和俯仰電機18；攝像機信號處理器32，用于接收從圖像拾取元件20輸出的視頻數據信號，并根據攝像機控制器30的指令輸出該數據；AFDSP(自動聚焦數字信號處理器)33，用于處理攝像機信號處理器32輸出的視頻數據信號，并輸出于焦點定位程度相對應的電壓；透鏡控制器40，用于根據攝像機控制器30的控制指令和AFDSP33的輸出信號，將驅動脈沖信號輸出給變焦電機驅動電路15和聚焦電機驅動電路16；和存儲裝置36，用于響應控制器3的預置的存儲指令，儲存從可旋轉云臺(rotatablestand)控制器31輸出的搖攝/俯仰當前位置和從透鏡控制器40輸出的變焦/聚焦當前位置。可旋轉云臺控制器31根據從攝像機控制器30輸出的搖攝方向指令、俯仰方向指令、搖攝和俯仰方向的移動速度指令以及搖攝和俯仰方向的移動量指令產生控制信號，以控制搖攝電機17和俯仰電機18，由此控制在圖2中所示的箭頭A方向的旋轉角和在箭頭B方向的俯角。從設置在攝像透鏡系統(tǒng)10焦點位置處的圖像拾取元件20輸出的視頻數據信號輸出給監(jiān)視器2，并再經攝像機信號處理器32被接收到AFDSP33。AFDSP33輸出如此獲得的視頻數據信號高頻分量的積分值，并且AFDSP33有一個高通濾波器34，用于從視頻數據信號中提取高頻分量，還有一個積分器35，用于對由此提取的高頻分量積分。由于積分器35的輸出值較大，即，高頻分量的量較大，可以在顯示屏上實現(xiàn)清晰的圖像。因此，對應于積分器35的輸出的電壓被稱作“聚焦電壓”。透鏡控制器40包括聚焦電壓探測器41，用于探測積分器35的輸出；聚焦電壓存儲器42，用于在移動透鏡之前儲存聚焦電壓值；聚焦電壓比較器43，用于比較聚焦電壓探測器41的當前探測值與聚焦電壓存儲器42的內容(先前探測值)；目標位置計算器45，用于根據聚焦電壓比較器43的輸出計算透鏡的移動目標位置；電機驅動脈沖發(fā)生器46，用于產生脈沖，只需通過移動量來移動聚焦透鏡12和變焦透鏡11的每一個，其中的移動量與從目標位置計算器45輸出的聚焦透鏡12和變焦透鏡11中的每一個的移動目標位置與當前位置之間的差值相對應，并且輸出對驅動電路15、驅動電路16如此產生的脈沖，透鏡控制器40還包括透鏡控制指令單元47。在聚焦電壓比較器43中，比較透鏡移動之前和之后的聚焦電壓的目的在于，在聚焦電壓的增加的方向上移動聚焦透鏡12并實現(xiàn)聚焦，由此，基于眾所周知的所謂的攀登法執(zhí)行聚焦位置搜索。透鏡控制指令單元47，響應攝像機控制器30的控制指令，控制透鏡控制器40，并輸出指令以執(zhí)行變焦操作、聚焦操作、AF、預置變焦和預置聚焦操作。當從控制器3輸出了一個預置指令，并且，攝像機控制器30規(guī)定了已經儲存的變焦和聚焦位置且對透鏡控制指令單元47產生預置的移動要求時，那么，如將要在后面詳述的那樣，本實施例的透鏡控制指令單元47就計算變焦透鏡位置和聚焦透鏡位置之間的相互關系值，并且，與變焦透鏡同步且一致地執(zhí)行聚焦透鏡的位置控制，由此，可以在整個變焦期間讀取聚焦的物體圖像。上述的預置位置是指預定為監(jiān)視目標的位置(能確定從攝像機到物體的距離的位置，如指定窗口的位置，指定門的位置等)，并且，可以由監(jiān)視攝像系統(tǒng)的用戶任意地預置。當監(jiān)視員從控制器3指示并輸入指定的預置位置時，就執(zhí)行搖攝移動和俯仰移動，使得，攝像機1瞄準監(jiān)視目標。如果設置的變焦透鏡的位置與當前值相比，比遠端(tele-side)近，則在監(jiān)視器2上將顯示通過拉近監(jiān)視目標而得到的圖像。根據本實施例，在拉近操作中的整個時間里的圖像也監(jiān)視器2上顯示為的聚焦的圖像。圖4是示出了透鏡控制指令單元47響應攝像機控制器30的控制信號而控制透鏡控制器40的處理過程的流程圖。一旦接收到攝像機控制器30的控制信號，透鏡控制指令單元47首先在步驟S1判斷控制信號是否包含一個作為將透鏡迅速移動到預置位置的指令的預置移動指令。如果沒有預置移動指令，則處理過程進行到步驟S2以執(zhí)行其它的處理。如果步驟S1的判斷結果是指令為預置移動指令，則處理過程進行到下一步驟S3，以判斷該指令是否是將變焦透鏡11拉近遠端的指令。如果判斷結果為否定(N)，即，如果該指令是變焦到廣度端(wideside)的指令，則處理過程進行到步驟S4，在廣度方向進行變焦操作，并完成圖4的處理。在廣度方向變焦的情形中，無論距離物體的距離如何，只通過根據跟蹤曲線移動聚焦透鏡，就可以在整個時間里實現(xiàn)聚焦的物體圖像。下面將描述根據本實施例在廣度方向的變焦。如果步驟S3的判斷結果為肯定(Y)，且步驟S5的判斷結果也為肯定(Y)，則該指令是朝向遠端的拉近指令，并因而處理過程進行到步驟S7，根據作為本發(fā)明特點的透鏡驅動方法，執(zhí)行向遠端方向的拉近操作。如果在步驟S5的判斷結果是否定(N)，則不產生變焦移動。因此，處理過程進行到步驟S6，只產生聚焦移動。圖1是示出了根據后面將要描述的本發(fā)明實施例的透鏡驅動方法的跟蹤曲線的圖。實際的跟蹤曲線類似于圖5所示的曲線，但是，為了便于解釋，將圖1中兩條曲線之間的間隙放大來說明。根據本實施例，當對處于預置位置的物體進行拉近操作時，首先由透鏡預置到達目標位置的坐標值計算物體的距離。即，通過基于儲存的變焦透鏡位置的和聚焦透鏡位置的以及上述跟蹤曲線的計算，可以判斷到物體的距離(例如，攝像機1到監(jiān)視目標“窗口”的距離)，并且，這樣就可以判斷到控制器3所規(guī)定的監(jiān)視目標的距離。圖1中所示的跟蹤曲線I是一條具有1.6米焦距的跟蹤曲線，并且跟蹤曲線II是一條具有無限遠焦距的跟蹤曲線。因此，在目標變焦位置Z1的“5米”焦距的N位置處兩條跟蹤曲線之間的內分比(x∶y)被計算出。內分比值與本實施例中跟蹤曲線和聚焦位置之間的相互關系值相對應。在當前變焦位置Z2處相同的內分比(x∶y)位置n2被計算出。此計算是由目標位置計算器45，基于圖3中所示透鏡控制指令單元47的指令而執(zhí)行的。隨后，將處于當前變焦位置Z2處的聚焦透鏡位置n1移動到兩條跟蹤曲線之間的內分比(x∶y)的位置n2。根據變焦透鏡的拉近操作，相繼算出內分比(x∶y)的位置n3、位置n4、位置n5，并且，將聚焦透鏡位置移動到每個位置，由此，最終將聚焦透鏡位置設置到位置N。通過以上述方式移動聚焦透鏡，可以在所有時間里拾取聚焦的物體圖像，甚至是在變焦透鏡的拉近操作期間，并且，這樣就可以將拾取的圖像顯示在監(jiān)視器2上。而且，不必將聚焦透鏡從位置K移到根據現(xiàn)有技術而指定的位置N。因此，可以提高拉近操作的處理速度，并且，還可以減小聚焦透鏡的總移動量，使得，透鏡驅動系統(tǒng)的壽命得以延長。而且，根據本實施例，在圖4所示的步驟S4中廣度方向的變焦操作的情況下，當開始在廣度方向變焦時，就計算在起始位置Z1的聚焦透鏡位置N處兩條跟蹤曲線之間的內分比(x∶y)。聚焦透鏡以下列順序移動位置N位置n5位置n4位置n3位置n2，同時保持相同的內分比(x∶y)，并且，最終將聚焦透鏡移到參考位置n1。通過在上述的遠端方向和廣度方向之間切換跟蹤方法，甚至在遠端方向和廣度方向的兩個方向的變焦期間也能實現(xiàn)極為良好的聚焦狀態(tài)下的物體圖像。根據本發(fā)明，提供了一種用于圖像拾取裝置的透鏡驅動方法，通過該方法，在變焦期間，拾取的物體圖像在所有時間內都是處于聚焦狀態(tài)的圖像。權利要求1.一種用于圖像拾取裝置的透鏡驅動方法，包括當通過一個變焦透鏡對位于預置的固定位置的物體圖像進行變焦操作時，與變焦操作聯(lián)鎖地控制聚焦透鏡的位置，以便拾取聚焦的物體圖像，甚至是在變焦操作期間。2.一種用于圖像拾取裝置的透鏡驅動方法，可通過一個變焦透鏡，對位于預置的固定位置的物體圖像以目標放大率(magnification)變焦，該方法包括確定在目標放大率的變焦位置處的物體圖像的焦點位置，并確定跟蹤曲線和焦點位置之間的相互關系值；和控制聚焦透鏡的位置，使得，在進行拉近(zoom-in)操作時，關于跟蹤曲線保持該相互關系值。3.一種用于圖像拾取裝置的透鏡驅動方法，可通過一個變焦透鏡，對位于預置的固定位置的物體圖像在廣度方向(widedirection)上變焦，所述的方法包括確定物體圖像的焦點位置和跟蹤曲線之間的相互關系值；和控制聚焦透鏡的位置，使得，在執(zhí)行變焦時，關于跟蹤曲線保持該相互關系值。4.一種圖像拾取裝置，包括具有變焦透鏡和聚焦透鏡的攝像透鏡；和用于與變焦操作聯(lián)鎖地控制所述的聚焦透鏡的位置的控制單元，使得，通過所述的變焦透鏡對物體圖像進行變焦操作時，甚至在變焦操作期間，也能拾取聚焦的物體圖像。5.一種圖像拾取裝置，包括具有變焦透鏡和聚焦透鏡的攝像透鏡；和控制單元，用于確定在目標放大率的變焦位置處物體圖像的焦點位置，并確定當位于預置的固定位置處的物體圖像由所述的變焦透鏡以目標放大率變焦時跟蹤曲線和焦點位置之間的相互關系值，還控制所述的聚焦透鏡的位置，使得，在執(zhí)行拉近操作時，關于跟蹤曲線保持相互關系值。6.一種圖像拾取裝置，包括具有變焦透鏡和聚焦透鏡的攝像透鏡；和控制單元，用于確定當位于預置的固定位置處的物體圖像由所述的變焦透鏡向廣度方向上變焦時，焦點位置和跟蹤曲線之間的相互關系值，并控制所述的聚焦透鏡的位置，使得，在執(zhí)行變焦操作時，關于跟蹤曲線保持相互關系值。7.一種攝像系統(tǒng)，包括如權利要求4的圖像拾取裝置；用于顯示所述的攝像透鏡的拾取圖像的監(jiān)視器；和連結到所述的圖像拾取裝置的控制器，所述的控制器，根據變焦操作的輸入，向所述的圖像拾取裝置輸出變焦操作的指令。8.一種攝像系統(tǒng)，包括如權利要求5的圖像拾取裝置；用于顯示所述攝像透鏡的拾取圖像的監(jiān)視器；和連結到所述的圖像拾取裝置的控制器，所述的控制器，根據變焦操作的輸入，向所述的圖像拾取裝置輸出變焦操作的指令。9.一種攝像系統(tǒng)，包括如權利要求6的圖像拾取裝置；用于顯示所述的攝像透鏡的拾取圖像的監(jiān)視器；和連結到所述的圖像拾取裝置的控制器，所述的控制器根據變焦操作的輸入，對所述的圖像拾取裝置輸出變焦操作的指令。全文摘要當通過一個變焦透鏡，對處于預置的固定位置的物體圖像以目標放大率(magnification)拉近(zoomin)時，算出目標放大率的變焦位置Z1處物體圖像的焦點位置N。另外，算出了跟蹤曲線I、跟蹤曲線II和焦點位置之間的相互關系值(內分比x∶y)，控制了聚焦透鏡的位置，使得，執(zhí)行放大操作時，關于跟蹤曲線的相互關系值得以保持。因此，在所有時間里都可以拾取聚焦的物體圖像，甚至是在變焦操作期間。文檔編號H04N5/232GK1405615SQ02142559公開日2003年3月26日申請日期2002年8月9日優(yōu)先權日2001年8月9日發(fā)明者池隆宏申請人:松下電器產業(yè)株式會社