專利名稱：監(jiān)控?cái)z像機(jī)位置校準(zhǔn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安保攝像機(jī)，且更具體地涉及經(jīng)歷搖攝運(yùn)動和俯仰運(yùn)動的安保攝像機(jī)。
背景技術(shù)：
監(jiān)控?cái)z像機(jī)系統(tǒng)通常被零售商店、銀行、娛樂場和其它組織使用來監(jiān)視給定區(qū)域內(nèi)的活動。攝像機(jī)常常設(shè)置有搖攝和俯仰的能力，以便獲取在寬域上的圖像。攝像機(jī)的俯仰通常指攝像機(jī)圍繞平行于地板的水平軸的樞轉(zhuǎn)，使得攝像機(jī)的鏡頭可在向上指向的位置和向下指向的位置之間俯仰。攝像機(jī)的搖攝指攝像機(jī)圍繞垂直于地板的垂直軸旋轉(zhuǎn)，使得鏡頭可從一側(cè)掃描到另一側(cè)。攝像機(jī)可能也能夠變焦，以便減小或擴(kuò)大視場。常常，每個攝像機(jī)被鏈接到安保監(jiān)控房間中的視頻顯示單元，該安保監(jiān)控房間中具有監(jiān)視該多個視頻顯示單元的監(jiān)控人員。在圓頂狀攝像機(jī)系統(tǒng)中，一般有兩個運(yùn)動軸，該兩個運(yùn)動軸包括搖攝軸和俯仰軸。使用步進(jìn)電動機(jī)的圓頂狀攝像機(jī)通常是依賴于電動機(jī)的扭矩來保持正確位置的開環(huán)系統(tǒng)。然而，在上電時，攝像機(jī)的中央處理單元(CPU)不知道攝像機(jī)的PT (搖攝和俯仰)位置，所以CPU必須具有找到起始點(diǎn)或原始位置的某種方法。一般，原始位置是在圓頂?shù)陌肭蛑械膯蝹€點(diǎn)，且使用兩個傳感器來找到這個點(diǎn)，一個傳感器針對搖攝而另一傳感器針對俯仰。開環(huán)電動機(jī)控制系統(tǒng)利用電子脈沖來將步進(jìn)電動機(jī)移動某一數(shù)量的旋轉(zhuǎn)步長，且沒有任何反饋設(shè)備來驗(yàn)證所命令的位置是否被達(dá)到。盡管沒有反饋，這個開環(huán)系統(tǒng)由于恰當(dāng)設(shè)計(jì)的步進(jìn)電動機(jī)及其相關(guān)的控制電子設(shè)備的魯棒定位特性而很好地工作。搖攝-俯仰-變焦監(jiān)控?cái)z像機(jī)必須能夠在用于該單元的電力的失去和隨后恢復(fù)之后準(zhǔn)確地獲取預(yù)設(shè)的視角。因?yàn)榇蟛糠蛛妱訖C(jī)在被斷電時并不保持其位置或不包括在電力移除時準(zhǔn)確地凍結(jié)系統(tǒng)位置的裝置，所以需 要用于提供始終如一的重新啟動的裝置?？赡茌^容易的是，提供使系統(tǒng)經(jīng)歷“復(fù)位(homing)”或“校準(zhǔn)”例程以建立始終如一的起始點(diǎn)，控制電子設(shè)備可接著根據(jù)該起始點(diǎn)提供可再現(xiàn)的位置。被轉(zhuǎn)讓給Philips Electronics的美國專利5627616 (博世安保系統(tǒng)的前身)公開了在搖攝-俯仰-變焦(PTZ)攝像機(jī)上的搖攝和俯仰電動機(jī)的開環(huán)控制。該專利教導(dǎo)了通過使用被稱為搖攝電動機(jī)開關(guān)并由標(biāo)記(flag)致動的光學(xué)復(fù)位傳感器來校準(zhǔn)搖攝原始位置。該標(biāo)記/傳感器方法將設(shè)計(jì)約束強(qiáng)加于攝像機(jī)系統(tǒng)上。首先，必須為搖攝軸和俯仰軸提供一對標(biāo)記/傳感器。其次，必須將布線設(shè)置到傳感器位置。第三，必須提供間隙以允許標(biāo)記旋轉(zhuǎn)360度。相反，一些PTZ攝像機(jī)利用編碼器來確定用于閉環(huán)控制的旋轉(zhuǎn)位置。轉(zhuǎn)讓給General Electric的美國專利6715940教導(dǎo)使用光學(xué)傳感器來讀取印刷在軸承座圈上的偽隨機(jī)或鏈?zhǔn)酱a編碼圖案。這樣的方案需要高精確度，這實(shí)現(xiàn)起來是昂貴的?，F(xiàn)有技術(shù)既沒有公開也沒有提議的是一種克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述問題的建立監(jiān)控?cái)z像機(jī)的原始搖攝位置和原始俯仰位置的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種PTZ攝像機(jī)系統(tǒng)，其中IR發(fā)射器(LED)和IR探測器中的一個被放置在固定臺上，而另一個被定位在附到攝像機(jī)鏡頭模塊的移動臺上，攝像機(jī)鏡頭模塊經(jīng)歷相對于固定臺的搖攝和俯仰運(yùn)動。從通過LED光輸出的照明得到的探測器信號輸出被用于確定在搖攝和俯仰方向上移動臺相對于固定臺的相對對準(zhǔn)。當(dāng)攝像機(jī)鏡頭光軸處于觀看水平線的水平俯仰位置處并且處于某個搖攝旋轉(zhuǎn)位置時這兩個設(shè)備被配置成對準(zhǔn)。足夠的發(fā)射器輻射功率被提供以到達(dá)探測器傳感器的表面并產(chǎn)生足夠的信號水平。監(jiān)控?cái)z像機(jī)位置校準(zhǔn)序列包括a)用于設(shè)置相對于機(jī)械限位器的初始俯仰位置的俯仰運(yùn)動；b)用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射器和探測器的初始“粗略”對準(zhǔn)的搖攝運(yùn)動；以及c)用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射器和探測器的最終精確對準(zhǔn)的搖攝和俯仰運(yùn)動。本發(fā)明在其一種形式中包括一種根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的方法。攝像機(jī)耦合到固定結(jié)構(gòu)，使得攝像機(jī)可執(zhí)行圍繞第一軸的搖攝運(yùn)動，并可執(zhí)行圍繞多個第二軸的俯仰運(yùn)動。第二軸中的每個基本上垂直于第一軸。光學(xué)發(fā)射器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)或攝像機(jī)。光學(xué)接收器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)和攝像機(jī)中的另一個。使用攝像機(jī)來執(zhí)行俯仰和搖攝運(yùn)動，直到如從接收器響應(yīng)于接收到來自發(fā)射器的光能而輸出的信號來確定的，發(fā)射器和接收器相對于彼此處于預(yù)定位置上。本發(fā)明在其另一形式中包括監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置，該裝置包括耦合到固定結(jié)構(gòu)的攝像機(jī)。致動器裝置使攝像機(jī)執(zhí)行圍繞垂直軸的搖攝運(yùn)動并執(zhí)行圍繞多個水平軸中的任意的俯仰運(yùn)動。光學(xué)發(fā)射器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)或攝像機(jī)。光學(xué)接收器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)和攝像機(jī)中的另一個，并響應(yīng)于接收到來自光學(xué)發(fā)射器的光能來產(chǎn)生輸出信號。處理器從光學(xué)接收器接收輸出信號。處理器根據(jù)來自光學(xué)接收器的輸出信號來驅(qū)動致動器裝置以使攝像機(jī)執(zhí)行俯仰和搖攝運(yùn)動，直到來自光學(xué)接收器的輸出信號的振幅被最大化。本發(fā)明在其又一形式中包括一種根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的方法。攝像機(jī)耦合到固定結(jié)構(gòu)，使得攝像機(jī)可執(zhí)行圍繞第一軸的搖攝運(yùn)動，并可執(zhí)行圍繞多個第二軸的 俯仰運(yùn)動。第二軸中的每個基本上垂直于第一軸。光學(xué)發(fā)射器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)或攝像機(jī)。光學(xué)接收器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)和攝像機(jī)中的另一個。響應(yīng)于接收器接收到來自發(fā)射器的光能，從接收器輸出信號。使用攝像機(jī)來執(zhí)行搖攝運(yùn)動，直到來自光學(xué)接收器的輸出信號中的第一局部最大值被識別出。將攝像機(jī)移動到與該局部最大值相關(guān)聯(lián)的搖攝位置。使用攝像機(jī)來執(zhí)行俯仰運(yùn)動，直到來自光學(xué)接收器的輸出信號中的第二局部最大值被識別出。將攝像機(jī)移動到與第二局部最大值相關(guān)聯(lián)的俯仰位置。反復(fù)和交替地重復(fù)執(zhí)行搖攝運(yùn)動、將攝像機(jī)移動到搖攝位置、執(zhí)行俯仰運(yùn)動、將攝像機(jī)移動到俯仰位置這些步驟，直到來自光學(xué)接收器的輸出信號中的局部最大值大致等于最大可能的值。本發(fā)明在其再一形式中包括一種根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的方法。攝像機(jī)耦合到第一固定結(jié)構(gòu)，使得攝像機(jī)可執(zhí)行圍繞第一軸的搖攝運(yùn)動，并可執(zhí)行圍繞多個第二軸的俯仰運(yùn)動。第二軸中的每個基本上垂直于第一軸。光學(xué)圖像源固定地附著到第二固定結(jié)構(gòu)。攝像機(jī)用來捕獲光學(xué)圖像源所產(chǎn)生的圖像。使用攝像機(jī)來執(zhí)行俯仰和搖攝運(yùn)動，直到攝像機(jī)所捕獲的光學(xué)圖像源的圖像的特性基本上是最佳化的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，需要僅僅一個傳感器來找到搖攝原始位置和俯仰原始位置。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，不需要經(jīng)由滑環(huán)(slip ring)來傳輸俯仰原始信號。因此，使用一個傳感器而不是兩個傳感器通過降低部件的數(shù)量并減少滑環(huán)中的環(huán)的數(shù)量而減小了系統(tǒng)成本。又一優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明消除了對在搖攝軸和俯仰軸上的兩個復(fù)位/校準(zhǔn)傳感器的需要，并允許對于單個傳感器的放置的設(shè)計(jì)靈活性。


通過參考結(jié)合附圖做出的本發(fā)明的實(shí)施例的下面描述，本發(fā)明的上述和其它特征以及目的和實(shí)現(xiàn)它們的方式將變得更明顯，并且本發(fā)明本身將被更好地理解，在附圖中:圖1是本發(fā)明的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置的一個實(shí)施例的示意圖。圖2是本發(fā)明的監(jiān)控?cái)z像機(jī)位置校準(zhǔn)方法的一個實(shí)施例的流程圖。圖3是本發(fā)明的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置的另一實(shí)施例的示意圖，該監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置已經(jīng)歷俯仰運(yùn)動以便達(dá)到相對于機(jī)械限位器的初始位置。圖4是在圖3的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置經(jīng)歷了搖攝運(yùn)動以實(shí)現(xiàn)發(fā)射器和探測器的初始粗略對準(zhǔn)之后的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置的示意圖。圖5是探測器輸出信號相對于從在圖3中達(dá)到的原始位置開始的搖攝運(yùn)動的角的示例性圖。圖6是在圖4的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置經(jīng)歷了另外的搖攝和俯仰運(yùn)動以實(shí)現(xiàn)發(fā)射器和探測器的最終精確對準(zhǔn)之后的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置的示意圖。圖7是圖3的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置的電子設(shè)備的簡化方框圖。圖8是本發(fā)明的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置的另一實(shí)施例的電子設(shè)備的簡化方框圖。圖9是用于根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的本發(fā)明的方法的一個實(shí)施例的流程圖。圖10是在本發(fā)明的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置經(jīng)歷了搖攝和俯仰運(yùn)動以最大化攝像機(jī)所接收的光量之后的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置的又一實(shí)施例的示意圖。圖11是在本發(fā)明的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置經(jīng)歷了搖攝和俯仰運(yùn)動以捕獲在附近壁上的可識別的光學(xué)圖案之后的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置的另一實(shí)施例的示意圖。圖12是用于根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例的流程圖。相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示在全部幾個視圖中相應(yīng)的部件。雖然本文闡述的范例示出以幾種形式的本發(fā)明的實(shí)施例，下面公開的實(shí)施例并非旨在是窮盡的或并非被解釋為將本發(fā)明的范圍限制到所公開的精確形式。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附 圖，且特別是參考圖1，其中示出了包括IR (紅外)發(fā)射器(LED) 12和IR探測器傳感器(光電二極管或光電晶體管)14的本發(fā)明的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置10的一個實(shí)施例。在圖1的實(shí)施例中，發(fā)射器12被布置在固定臺16上，且探測器14被布置在被附到攝像機(jī)鏡頭t旲塊20的移動臺18上，攝像機(jī)鏡頭t旲塊20經(jīng)歷相對于固定臺16的搖攝和俯仰運(yùn)動。然而，探測器被布置在固定臺上而發(fā)射器被布置在移動臺上也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。移動臺18包括移動電路板22，移動電路板22上布置了探測器14。探測器14包括具有軸26的視場24。攝像機(jī)鏡頭模塊20包括在其前端上的物鏡28。鏡頭28具有光軸30。攝像機(jī)鏡頭模塊20包括延伸到圖1的頁面中且從圖1的頁面延伸出的俯仰軸32。移動臺18可在弓形fif頭34所指不的方向上相對于固定臺16圍繞軸32俯仰。攝像機(jī)鏡頭模塊20還包括搖攝軸36，移動臺18可圍繞該搖攝軸36相對于固定臺36旋轉(zhuǎn)或搖攝。固定臺16包括固定電路板38，固定電路板38上布置IR LED發(fā)射器12。固定臺16還包括具有孔42的固定的不透明平面擋板40，孔42被尺寸調(diào)整成允許發(fā)射器光束46的中心部分44穿過其中。如圖1所示，發(fā)射器光束46的中心部分44可以比探測器14的視場窄，且因此探測器14可以能夠接收整個中心部分44。
探測器14通過發(fā)射器12的光輸出的這個照明導(dǎo)致探測器14輸出探測器信號，該探測器信號可用于確定移動臺18在搖攝方向和俯仰方向上相對于固定臺16的相對對準(zhǔn)。發(fā)射器12具有足夠的輻射功率用于使來自其的光到達(dá)探測器傳感器的表面并使探測器14響應(yīng)于此而產(chǎn)生足夠和可測量的信號水平。當(dāng)攝像機(jī)鏡頭光軸30處于水平俯仰位置處(例如，觀看水平線，和/或被定向在相對于垂直軸的90度處)并處于某個或預(yù)定搖攝旋轉(zhuǎn)位置時，移動臺18和固定臺16可對準(zhǔn)。當(dāng)移動臺18和固定臺16彼此對準(zhǔn)時，則發(fā)射器12和探測器14也可彼此對準(zhǔn)，且探測器14的視場24的軸26也是發(fā)射器光束46的軸。當(dāng)發(fā)射器12和探測器14的這樣的對準(zhǔn)被實(shí)現(xiàn)時，則移動臺18處于參考原始位置上，且校準(zhǔn)完成。當(dāng)攝像機(jī)指向水平線時，發(fā)射器12和探測器14可粗略面向彼此，所以發(fā)射器光束46的中心部分44的中心軸和探測器14的視場24的中心軸可粗略地彼此對準(zhǔn)。如孔42所提供的光束46的寬度的減小可促進(jìn)以下過程:經(jīng)由找到光束的相對邊緣之間的中點(diǎn)的技術(shù)，例如通過在建立俯仰原始位置時找到發(fā)射器光束的頂邊緣和底邊緣的位置，來找到發(fā)射光束的中心的位置。如果發(fā)射器光束太寬并與機(jī)械限位器重疊，則攝像機(jī)將在找到光束的上邊界之前碰撞機(jī)械限位器。參考圖2描述本發(fā)明的監(jiān)控?cái)z像機(jī)位置校準(zhǔn)方法200的一個實(shí)施例。在第一步驟202中，移動臺18經(jīng)歷俯仰運(yùn)動以設(shè)置移動臺18相對于機(jī)械限位器(例如僅在圖1中示意性示出的機(jī)械限位器48)的初始俯仰位置。也就是說，機(jī)械限位器48可阻礙移動臺18的進(jìn)一步的俯仰運(yùn)動。機(jī)械限位器48可以是相對于俯仰方向不能移動的擋板，但可以或可以不連同攝像機(jī)鏡頭模塊20 —起經(jīng)歷搖攝運(yùn)動。在圖3所示的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置300的實(shí)施例中，機(jī)械限位器348是以布置在攝像機(jī)鏡頭模塊320之上并在搖攝運(yùn)動中連同攝像機(jī)鏡頭模塊320 —起旋轉(zhuǎn)的不完全地描繪的環(huán)形環(huán)的形式。監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置300還包括被布置在固定臺316的固定電路板338上的IR LED發(fā)射器312。發(fā)射器312輸出發(fā)射器光束346。固定臺316可限定搖攝軸336，攝像機(jī)鏡頭模塊320可圍繞搖攝軸336旋轉(zhuǎn)。移動臺318除了攝像機(jī)鏡頭模塊320以外還包括具有光軸330的物鏡328。移動臺318經(jīng)歷圍繞俯仰軸332的俯仰運(yùn)動。移動臺318包括移動電路板332，移動電路板332上布置IR探測器314。探測器314包括視場324。
如上所述，移動臺可經(jīng)歷俯仰運(yùn)動，以便設(shè)置相對于機(jī)械限位器的初始俯仰位置。最初在上電時，攝像機(jī)鏡頭模塊320的CPU 350 (圖7)并不知道攝像機(jī)鏡頭模塊的現(xiàn)有搖攝或俯仰位置。然而，CPU知道相對于水平面(例如，攝像機(jī)鏡頭模塊的水平方位)的俯仰范圍(例如，以度為單位)的機(jī)械限制，且因此可使用這個認(rèn)知來驅(qū)動俯仰電動機(jī)352以將攝像機(jī)鏡頭模塊320俯仰至靠近水平方位。也就是說，CPU控制俯仰電動機(jī)的致動并使攝像機(jī)鏡頭模塊在最大操作俯仰范圍之外俯仰，以確保攝像機(jī)鏡頭模塊到達(dá)并嚙合上機(jī)械限位器348，上機(jī)械限位器348位于如CPU內(nèi)的軟件所定義的攝像機(jī)鏡頭模塊的操作俯仰范圍之外的幾度。CPU可知道在攝像機(jī)鏡頭模塊320嚙合下機(jī)械限位器348時攝像機(jī)鏡頭模塊320的方位與當(dāng)光軸330具有水平方位時攝像機(jī)鏡頭模塊320的方位之間的固定角度。在一個實(shí)施例中，這個角度可大約在10度和15度之間。在另一實(shí)施例中,這個角度可大約在5度和30度之間。一旦CPU確信它已充分操作俯仰電動機(jī)以使機(jī)械限位器與攝像機(jī)鏡頭模塊嚙合，CPU就可接著在相反的方向上操作俯仰電動機(jī)，以便使攝像機(jī)鏡頭模塊從機(jī)械限位器向下俯仰回機(jī)械限位器與水平面之間的已知角度(例如，在10度和15度之間)。因此，攝像機(jī)鏡頭模塊被從與機(jī)械限位器的嚙合俯仰回到水平方位，該水平方位類似于圖1所示的方位。俯仰位置的精度可以不是關(guān)鍵的，因?yàn)镮R LED和探測器(例如發(fā)射器312和探測器314) —般分別具有寬發(fā)射光束角和寬探測角。例如，在一個實(shí)施例中，發(fā)射光束角354(圖3)為大約30度，而探測角356為大約120度。因此，發(fā)射光束346可容易與探測的圓錐體324重疊(即使具有不精確的俯仰角)，且因此探測器314可仍然容易從發(fā)射器312接收光能。CPU350可以或可以不控制發(fā)射器312的操作，例如經(jīng)由滑環(huán)(未示出)來控制。在第二步驟204中，攝像機(jī)鏡頭模塊經(jīng)歷搖攝運(yùn)動以實(shí)現(xiàn)發(fā)射器和探測器的初始“粗略”對準(zhǔn)。例如，如圖4所示，攝像機(jī)鏡頭模塊320已經(jīng)歷圍繞軸336的搖攝運(yùn)動，直到發(fā)射器光束346與探測器314的視場324粗略地對準(zhǔn)。在一個實(shí)施例中，攝像機(jī)鏡頭模塊320完成圍繞軸336的完整的360度旋轉(zhuǎn)的搖攝運(yùn)動，并跟蹤在整個旋轉(zhuǎn)中探測器輸出信號的變化。攝像機(jī)鏡頭模塊320 接 著返回到探測器輸出信號在最大值處的旋轉(zhuǎn)位置，且這個位置被認(rèn)為是發(fā)射器312和探測器314粗略地對準(zhǔn)的地方。在另一實(shí)施例中，攝像機(jī)鏡頭模塊320不一定需要完成圍繞軸336的完整的360度旋轉(zhuǎn)的搖攝運(yùn)動，而是在攝像機(jī)鏡頭模塊320找到探測器輸出信號中的局部最大值之后結(jié)束搖攝運(yùn)動。例如，圖5是探測器輸出信號相對于從在圖3中達(dá)到的原始位置開始的搖攝運(yùn)動的角度的示例性圖。在從原始位置開始完成大約240度的搖攝運(yùn)動之后，攝像機(jī)鏡頭模塊320根據(jù)分析探測器輸出信號數(shù)據(jù)來確定了探測器輸出信號中的局部最大值出現(xiàn)在攝像機(jī)鏡頭模塊320從原始位置開始完成大約173度的搖攝運(yùn)動時。因此，攝像機(jī)透鏡模塊320返回到從原始位置移動大約173度的位置，且這個位置被認(rèn)為是發(fā)射器312和探測器314粗略地對準(zhǔn)的地方。如上所述，CPU可操作搖攝電動機(jī)358 (圖7)以使攝像機(jī)鏡頭模塊320經(jīng)歷搖攝運(yùn)動以實(shí)現(xiàn)發(fā)射器312和探測器314的初始“粗略”對準(zhǔn)。也就是說，在CPU 350和俯仰電動機(jī)352使攝像機(jī)鏡頭模塊320俯仰使得攝像機(jī)的光軸330在水平面(類似于圖1所示的方位，但發(fā)射器和探測器不一定甚至幾乎彼此對準(zhǔn))處或附近時，則CPU可通過在一個方向上操作搖攝電動機(jī)358直到探測器傳感器314探測到如圖4所示的發(fā)射器光束來找到攝像機(jī)鏡頭模塊的大致或粗略的原始搖攝位置。在一個實(shí)施例中，CPU通過在一個方向上操作搖攝電動機(jī)358直到探測器傳感器314探測到發(fā)射器光束的強(qiáng)度中的局部最大值已被找出并搖攝過(例如圖5所示)，來找到攝像機(jī)鏡頭模塊的大致或粗略原始搖攝位置。然后，CPU在相反的方向上操作搖攝電動機(jī)358回到局部最大發(fā)射器光束強(qiáng)度被識別出的搖攝位置。雖然圖4所示的這個特定的搖攝位置可得到針對攝像機(jī)鏡頭模塊的特定和當(dāng)前的俯仰位置的局部最大發(fā)射器信號強(qiáng)度，但是這個搖攝位置可以不一定是與當(dāng)攝像機(jī)鏡頭模塊在用于接收發(fā)射器光束的最佳俯仰位置處時使接收的信號強(qiáng)度最大化的“精確”搖攝位置相同的位置。存在為什么這個粗略搖攝位置可以不與用于優(yōu)化光能接收的精確搖攝位置相同的各種原因，該原因包括例如:當(dāng)攝像機(jī)鏡頭模塊不在最佳俯仰位置上時從周圍的部件反射到探測器上的光能、或發(fā)射光束346中和/或探測的圓錐體324中的非線性度。因此，可能需要執(zhí)行攝像機(jī)鏡頭模塊的俯仰位置和搖攝位置的額外調(diào)節(jié)，以便到達(dá)并識別俯仰位置和搖攝位置的組合，在這兩個位置處光能的接收被最大化，且在這兩個位置處發(fā)射光束346的中心軸很可能與探測的圓錐體324的中心軸對準(zhǔn)。在最后的步驟206中，攝像機(jī)鏡頭模塊經(jīng)歷俯仰和搖攝運(yùn)動的進(jìn)一步的重復(fù)以實(shí)現(xiàn)發(fā)射器和探測器的最終“精確”對準(zhǔn)。例如，攝像機(jī)鏡頭模塊320可具有圍繞俯仰軸332的90度范圍的俯仰運(yùn)動。在一個實(shí)施例中，攝像機(jī)鏡頭模塊320掃掠過圍繞軸332的俯仰運(yùn)動的完整90度角范圍，并跟蹤在整個俯仰運(yùn)動中探測器輸出信號的變化。攝像機(jī)鏡頭模塊320接著返回到探測器輸出信號處于最大值的俯仰位置，且這個位置被認(rèn)為是發(fā)射器312和探測器314仍然粗略地對準(zhǔn)但比在僅僅搖攝運(yùn)動之后的圖4中更精確地對準(zhǔn)的位置。在另一實(shí)施例中，攝像機(jī)鏡頭模塊320不一定需要掃掠過圍繞軸332的俯仰運(yùn)動的整個90度角，而相反在攝像機(jī)鏡頭模塊320找到探測器輸出信號中的局部最大值之后結(jié)束俯仰運(yùn)動。例如，類似于上面參考圖5描述的搖攝技術(shù)，攝像機(jī)模塊320可通過俯仰運(yùn)動確定在某處探測器輸出 信號已經(jīng)穿過探測器輸出信號中的局部最大值。因此，攝像機(jī)鏡頭模塊320返回到局部最大值出現(xiàn)的俯仰位置，且這個位置被認(rèn)為是在圖4的粗略對準(zhǔn)位置上的對準(zhǔn)的改進(jìn)。如上所述，攝像機(jī)鏡頭模塊可能必須經(jīng)歷交替的搖攝運(yùn)動和俯仰運(yùn)動的幾次重復(fù)，以便實(shí)現(xiàn)發(fā)射器和探測器的最終精確對準(zhǔn)(如該裝置的物理約束給出的光能的最大可能接收所指示的)。一旦探測器傳感器314在發(fā)射器光束的路徑上，CPU就緩慢地?fù)u攝攝像機(jī)鏡頭模塊并在搖攝方向上搜索發(fā)射器光束的中心。這可使用將探測器314和CPU 350互連的A/D (模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器來完成。數(shù)字化的探測器輸出信號可被跟蹤并記錄為搖攝位置的函數(shù)，且這樣的跟蹤的數(shù)據(jù)的例子在圖5中示出。一旦初始粗略搖攝原始位置被找到(在該位置處，數(shù)字化探測器輸出信號相對于給定俯仰位置(如圖4所示)的搖攝位置被最大化)，CPU就反轉(zhuǎn)搖攝的方向并將攝像機(jī)鏡頭模塊返回到粗略搖攝原始位置。在現(xiàn)在攝像機(jī)鏡頭模塊處于粗略搖攝原始位置的情況下，CPU緩慢地使攝像機(jī)鏡頭模塊上下俯仰，直到發(fā)射光束的中心在俯仰位置上被粗略地找到。找到粗略原始俯仰位置的這個過程可類似于找到粗略原始搖攝位置的過程。更具體地，可在俯仰位置的整個掃掠中對探測器輸出信號進(jìn)行數(shù)字化，且可在俯仰運(yùn)動的過程期間在相應(yīng)的俯仰位置被經(jīng)過之后識別出探測器輸出信號的強(qiáng)度中的第二局部最大值。探測器輸出信號中的這個局部最大值可與給定的粗略搖攝原始位置的相應(yīng)粗略俯仰原始位置相關(guān)。在一個實(shí)施例中，找到攝像機(jī)鏡頭模塊的原始位置的過程在這里以與粗略俯仰原始位置結(jié)合的粗略搖攝原始位置結(jié)束。也就是說，雖然這個位置可能不嚴(yán)格地導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)所接收的光能的最大可能水平，且可能不符合發(fā)射器和探測器的嚴(yán)格對準(zhǔn)，但是它是可被認(rèn)為是精確的(如果不是完全準(zhǔn)確的話)的位置，并且它是可在未來始終和重復(fù)地實(shí)現(xiàn)的位置，且因此這個位置可很好地起到用于攝像機(jī)鏡頭模塊的原始位置的作用。然而，攝像機(jī)鏡頭模塊可以可替代地在搖攝和俯仰方向上經(jīng)歷交替的運(yùn)動和校準(zhǔn)的額外重復(fù)，以便實(shí)現(xiàn)光能的真實(shí)最大接收，以及發(fā)射器光束和探測圓錐體的真實(shí)和更精確的對準(zhǔn)。在一個實(shí)施例中，在攝像機(jī)鏡頭模塊已被放置在粗略原始搖攝位置和粗略原始俯仰位置上之后，CPU使攝像機(jī)鏡頭模塊再次掃描一定范圍的搖攝位置，雖然該范圍的搖攝位置也許與在初始搖攝運(yùn)動中的范圍相比處于粗略原始搖攝位置周圍的更窄范圍內(nèi)。探測器輸出信號的第三局部最大值被識別為與比初始粗略原始搖攝位置稍微更精確的第二原始搖攝位置相對應(yīng)。CPU將攝像機(jī)鏡頭模塊移動到這個第二原始搖攝位置，且CPU接著使攝像機(jī)鏡頭模塊經(jīng)歷沿著俯仰位置的第二搖攝，但該俯仰位置再次處于與在初始搖攝運(yùn)動中的范圍相比在粗略原始搖攝位置周圍的更窄范圍內(nèi)。探測器輸出信號的第四局部最大值被識別為與比初始粗略原始俯仰位置稍微更精確的第二原始俯仰位置相對應(yīng)。CPU將攝像機(jī)鏡頭模塊移動到這個第二原始俯仰位置。如果探測器輸出信號的第三或第四局部最大值超過第二局部最大值的量小于閾值量，則可推斷出，在發(fā)射器和探測器之間的對準(zhǔn)的精確度足以將第二原始搖攝位置和第二原始俯仰位置的組合考慮為用于未來的基準(zhǔn)的移動臺的搖攝俯仰原始位置。建立移動臺的搖攝俯仰原始位置的過程因此結(jié)束。然而，如果探測器輸出信號的第三或第四局部最大值超過第二局部最大值的量大于閾值量，則可推斷出，在發(fā)射器和探測器之間的對準(zhǔn)的精確度可能還不足以將第二原始搖攝位置和第二原始俯仰位置的組合考慮為用于未來的基準(zhǔn)的移動臺的搖攝俯仰原始位置。也就是說，在發(fā)射器和 探測器之間的對準(zhǔn)中實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的改進(jìn)是可能的。因此，CPU使攝像機(jī)鏡頭模塊再次掃描過一定范圍的搖攝位置，且探測器輸出信號的第五局部最大值被識別為與比第二原始搖攝位置稍微更精確的第三原始搖攝位置相對應(yīng)(也許因?yàn)橄鄳?yīng)的第二原始俯仰位置比初始原始俯仰位置更精確XCPU將攝像機(jī)鏡頭模塊移動到這個第三原始搖攝位置，且CPU接著使攝像機(jī)鏡頭模塊經(jīng)歷沿著俯仰位置的第三掃描。探測器輸出信號的第六局部最大值被識別為與第三原始俯仰位置相對應(yīng)，且CPU將攝像機(jī)鏡頭模塊移動到這個第三原始俯仰位置。如果探測器輸出信號的第五或第六局部最大值超過第三和第四局部最大值的量小于閾值量，則可推斷出，在發(fā)射器和探測器之間的對準(zhǔn)的精確度現(xiàn)在足以將第三原始搖攝位置和第三原始俯仰位置的組合考慮為用于未來的基準(zhǔn)的移動臺的搖攝俯仰原始位置。建立移動臺的搖攝俯仰原始位置的過程因此結(jié)束。然而，如果探測器輸出信號的第五或第六局部最大值超過第三和第四局部最大值的量大于閾值量，則上面的重復(fù)過程繼續(xù)，直到探測器輸出信號中的進(jìn)一步大的增大不再被實(shí)現(xiàn)。此時，建立移動臺的搖攝俯仰原始位置的過程結(jié)束。
在攝像機(jī)鏡頭模塊的位置已被調(diào)節(jié)到如上所述的光束路徑的中心以及類似于圖6所示的位置之后，CPU可將其搖攝和俯仰計(jì)數(shù)器重置到表示攝像機(jī)鏡頭模塊的搖攝俯仰原始位置的數(shù)量。如上所述，可只使用單個IR發(fā)射器/探測器對來確定原始搖攝位置和原始俯仰位置的組合。在一些實(shí)施例中，在探測器在光束的中心時探測器輸出信號不一定在最大值處，而相反，無論探測器被布置在光束內(nèi)什么地方，探測器輸出信號都具有相當(dāng)大的值，并在光束的邊界處突然下降。在這些實(shí)施例中，CPU可使用光束的幾何結(jié)構(gòu)和所探測的邊界來定位光束的幾何中心。也就是說，當(dāng)在俯仰方向上掃描時，CPU可在探測器進(jìn)入光束時識別第一光束邊界而在探測器離開光束時識別第二光束邊界。CPU可接著將第一光束邊界位置與第二光束邊界位置之間半中間的俯仰位置識別為與光束的中心相對應(yīng)，并可將這視為攝像機(jī)鏡頭模塊的圓頂狀俯仰位置。然而，根據(jù)發(fā)生器光束的直徑或發(fā)射器光束的“展度”，可能沒有足夠的俯仰范圍來使CPU找到光束的中心。也就是說，如果攝像機(jī)鏡頭模塊的俯仰范圍不足夠大以允許探測器越過整個光束行進(jìn)，則CPU可能不能確定光束的中心的位置。在這種情況下，可將具有孔的擋板放置在發(fā)射器光束和探測器傳感器之間，從而如圖1所示那樣適當(dāng)?shù)叵拗乒馐膶挾?，因而?yōu)化操作。更具體地，監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置可包括例如具有孔的光學(xué)擋板，例如具有孔42的固定不透明擋板40 (圖1)。在本發(fā)明的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置800的另一實(shí)施例中，探測器814布置在固定臺816上，而發(fā)射器812布置在移動臺818上。探測器輸出信號可經(jīng)由滑環(huán)傳輸?shù)紺PU 850，如在860示出的那樣。CPU 850通過對俯仰電動機(jī)852和搖攝電動機(jī)858的操作來控制攝像機(jī)鏡頭模塊的方位。CPU 850還可控制發(fā)射器812的操作，如在862示出的那樣。然而，發(fā)射器850可以可替代地在沒有任何外部控制的情況下連續(xù)地發(fā)射光能864。裝置800的其它方面可基本上類似于裝置300的那些方面，且因此不在本文詳細(xì)描述裝置800的其它方面，以便避免不需要的重復(fù)。

在圖9中示出了用于根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的本發(fā)明的方法900的一個實(shí)施例。在第一步驟902中，攝像機(jī)耦合到固定結(jié)構(gòu)，使得攝像機(jī)可執(zhí)行圍繞第一軸的搖攝運(yùn)動，并可執(zhí)行圍繞多個第二軸的俯仰運(yùn)動，每個第二軸基本上垂直于第一軸。例如，在圖3的實(shí)施例中，攝像機(jī)鏡頭模塊320內(nèi)的攝像機(jī)可執(zhí)行圍繞軸336的搖攝運(yùn)動，并可執(zhí)行圍繞垂直于軸336并垂直于光軸330的軸332的俯仰運(yùn)動。對于攝像機(jī)鏡頭模塊320圍繞軸336的每個離散的搖攝位置，攝像機(jī)鏡頭模塊320圍繞垂直于光軸330和搖攝軸336的各自俯仰軸俯仰。攝像機(jī)鏡頭模塊320可由任何固定結(jié)構(gòu)支撐，模塊320通過該任何固定結(jié)構(gòu)間接地耦合到固定臺316。此外，攝像機(jī)鏡頭模塊320可以直接耦合到固定臺316。在下一步驟904中，光學(xué)發(fā)射器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)或攝像機(jī)。如圖3所示，光學(xué)發(fā)射器312可固定地附著到固定臺316的電路板338。然而，如圖8所示，光學(xué)發(fā)射器812可包括在移動臺818中，并可固定地附著到攝像機(jī)鏡頭模塊820。因此，光學(xué)發(fā)射器812可至少間接地固定地附著到攝像機(jī)鏡頭模塊820內(nèi)的攝像機(jī)。接著，在步驟906中，光學(xué)接收器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)和攝像機(jī)中的另一個。如圖3所不，光學(xué)接收器314可包括在移動臺318內(nèi)，并可固定地附著到攝像機(jī)鏡頭t旲塊320。因此，光學(xué)接收器314可至少間接地固定地附著到攝像機(jī)鏡頭模塊820內(nèi)的攝像機(jī)。然而，如圖8所示，光學(xué)接收器814也可固定地附著到固定臺816。在步驟908中，響應(yīng)于接收器接收到來自發(fā)射器的光能，信號從接收器輸出。甚至在圖3所示的位置(其中發(fā)射光束346不與接收的圓錐體324交叉)處，探測器314也從發(fā)射器312接收足夠的散射光能，從而探測器314輸出可測量的輸出信號。在圖5繪制出這樣的探測器輸出信號。在下一步驟910中，使用攝像機(jī)來執(zhí)行搖攝運(yùn)動，直到來自光學(xué)接收器的輸出信號中的第一局部最大值被識別出。也就是說，CPU 350可操作搖攝電動機(jī)358，使得移動臺318執(zhí)行圍繞搖攝軸336的完整的360度旋轉(zhuǎn)。CPU 350可接著識別在360度內(nèi)的哪個搖攝位置導(dǎo)致探測器輸出信號的最大值。可替代地，CPU 350可操作搖攝電動機(jī)358，使得移動臺318執(zhí)行圍繞搖攝軸336的旋轉(zhuǎn)，但在探測器輸出信號的局部最大值可被識別出時搖攝停止。例如，如圖5的曲線圖中示出的，在移動臺318到達(dá)大約在200度和240度之間的搖攝位置之后，探測器輸出信號中的最大值可清楚地在173度的搖攝位置處被識別出。在圖5的特定例子中，移動臺318在識別出在173度的最大值之前到達(dá)240度的搖攝位置。CPU350可推斷出，在173度處的這個搖攝位置是如利用給定的俯仰位置所能實(shí)現(xiàn)的那樣接近發(fā)射器312和探測器314之間的對準(zhǔn)。接著，在步驟912中，攝像機(jī)移動到與局部最大值相關(guān)的搖攝位置。也就是說，在圖5的例子中，CPU 350可操作搖攝電動機(jī)358以將該移動臺318的搖攝位置從它的搖攝運(yùn)動被停止時所在的240度位置移動回到對應(yīng)于探測器輸出信號的最大值的173度位置。在步驟914中，使用攝像機(jī)來執(zhí)行俯仰運(yùn)動，直到來自光學(xué)接收器的輸出信號中的第二局部最大值被識別出。例如，在移動臺處于步驟912中識別出的173度的近似最佳的搖攝位置處的情況下，CPU 350可操作俯仰電動機(jī)352以將移動臺318移動經(jīng)過其完整范圍的俯仰位置。給定在步驟912中建立的搖攝位置的情況下，CPU 350可接著確定這些俯仰位置中的哪個對應(yīng)于最高探測器輸出信號?？商娲?，CPU 35可操作俯仰電動機(jī)352以到目前為止只在必要時將移動臺318移動過其俯仰位置的完整范圍，以便確定對應(yīng)于探測器輸出信號中的局部最大值的俯仰位置。接著，在步驟916中，攝像機(jī)被移動到與第二局部最大值相關(guān)的俯仰位置。也就是說，類似于圖5的例子，CPU 350可操作俯仰電動機(jī)352以將該移動臺318的俯仰位置從它的俯仰運(yùn)動被停止時所在的240度位置移動回到對應(yīng)于探測器輸出信號的最大值的所識別的俯仰位置。在最后的步驟918中，執(zhí)彳丁搖攝運(yùn)動、將攝像機(jī)移動到搖攝位直、執(zhí)彳丁俯仰運(yùn)動、將攝像機(jī)移動到俯仰位置的步驟被反復(fù)和交替地重復(fù)，直到來自光學(xué)接收器的輸出信號中的局部最大值大約等于最大可能的值。也就是說，CPU 350可使移動臺318以那個順序根據(jù)需要多次地重復(fù)步驟910、912、914和916，以便達(dá)到掃描位置和俯仰位置的一組合，從該組合，不能實(shí)現(xiàn)探測器輸出信號中的進(jìn)一步的增大。例如，可重復(fù)步驟910、912、914和916，直到從這些步驟的一次循環(huán)到下一隨后的循環(huán)，不存在探測器輸出信號的增大，或直到該增大低于閾值。

在上述實(shí)施例中，可在找到粗略搖攝原始位置之前，定位粗略俯仰位置。例如，在保持恒定的俯仰位置的同時執(zhí)行搖攝運(yùn)動，以便找到探測器輸出信號中的最大值。隨后，在保持恒定的與探測器輸出信號中的最大值相關(guān)的搖攝位置的同時執(zhí)行俯仰運(yùn)動，以便找到探測器輸出信號中的另一最大值。然而，應(yīng)理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，執(zhí)行搖攝運(yùn)動并接著執(zhí)行俯仰運(yùn)動的這個順序可反轉(zhuǎn)，使得可在執(zhí)行搖攝運(yùn)動之前執(zhí)行一定范圍的俯仰運(yùn)動。雖然發(fā)射器光束和接收圓錐體在本文被示為具有垂直方位，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，發(fā)射器光束和接收圓錐體具有水平方位或在垂直方位和水平方位之間的某處成角度的方位也是可能的。在圖10所示的又一實(shí)施例中，監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置1000使用現(xiàn)有的房間照明作為光能的發(fā)射器，并使用攝像機(jī)作為光能的探測器。更具體地，裝置1000包括機(jī)械限位器1048，該機(jī)械限位器1048以布置在攝像機(jī)鏡頭模塊1020之上并可連同攝像機(jī)鏡頭模塊1020 —起在搖攝運(yùn)動中旋轉(zhuǎn)的不完全地描繪的環(huán)形環(huán)的形式。監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置1000還包括固定地安裝在固定臺1016所附著到的同一天花板中的常規(guī)熒光或白熾頂燈1012。頂燈1012可如天花板照明常規(guī)的那樣，在天花板之下的所有半球形方向上輸出光。固定臺1016可限定搖攝軸1036，攝像機(jī)鏡頭模塊1020可圍繞搖攝軸1036旋轉(zhuǎn)。移動臺1018除了攝像機(jī)鏡頭模塊1020以外還包括具有光軸1030的物鏡1028。移動臺1018經(jīng)歷圍繞俯仰軸1032的俯仰運(yùn)動。

如上所述，移動臺可經(jīng)歷俯仰運(yùn)動，以便設(shè)置相對于機(jī)械限位器的初始俯仰位置。最初在上電時，攝像機(jī)鏡頭模塊1020的CPU (未示出)不知道攝像機(jī)鏡頭模塊的現(xiàn)有搖攝位置或俯仰位置。然而，CPU知道相對于水平面(例如，攝像機(jī)鏡頭模塊的水平方位)的俯仰范圍(例如，以度為單位)的機(jī)械限制，并因此可使用這個認(rèn)知來驅(qū)動俯仰電動機(jī)(未示出)以使攝像機(jī)鏡頭模塊俯仰靠近水平方位。也就是說，CPU控制俯仰電動機(jī)的致動并使攝像機(jī)鏡頭模塊在最大操作俯仰范圍之外俯仰，以確保攝像機(jī)鏡頭模塊到達(dá)并嚙合上機(jī)械限位器1048，該上機(jī)械限位器1048處于在如CPU內(nèi)的軟件所定義的攝像機(jī)鏡頭模塊的操作俯仰范圍之外的幾度。機(jī)械限位器1048也可以處于攝像機(jī)鏡頭模塊1020在被直接指向燈1012時的俯仰位置之外的幾度，如圖10所示那樣。CPU可知道在攝像機(jī)鏡頭模塊1020嚙合上機(jī)械限位器1048時攝像機(jī)鏡頭模塊1020的方位與當(dāng)光軸1030具有水平方位時攝像機(jī)鏡頭模塊1020的方位之間的固定角度。在一個實(shí)施例中，這個角度可大約在30度和60度之間。一旦CPU確信它已充分操作俯仰電動機(jī)以使機(jī)械限位器與攝像機(jī)鏡頭模塊嚙合，CPU就可接著在相反的方向上操作俯仰電動機(jī)，以便使攝像機(jī)鏡頭模塊從機(jī)械限位器向下俯仰回在機(jī)械限位器與水平面之間的已知角度(例如，在30度和60度之間)。因此，攝像機(jī)鏡頭模塊從與機(jī)械限位器的嚙合俯仰回到類似于圖1所示的方位的水平方位。CPU可接著使攝像機(jī)鏡頭模塊1020經(jīng)歷在上文參考其它實(shí)施例描述的搖攝和俯仰運(yùn)動，直到攝像機(jī)所接收的光的水平被最大化。燈1012可具有足夠水平的亮度，從而攝像機(jī)通過指向燈1012來接收最大水平的光，如圖10所示的那樣，或當(dāng)攝像機(jī)的視場以燈1012為中心時。例如，燈1012可以是房間中和視場中的最亮的燈，和/或燈1012可以是最靠近攝像機(jī)的燈。裝置1000及其操作的其它特征可基本上類似于上述其它實(shí)施例的那些特征，且因此在本文未被描述，以便避免不需要的重復(fù)。在圖11所示的又一實(shí)施例中，監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置1100使用攝像機(jī)來識別在攝像機(jī)附近的壁上的固定位置處張貼的預(yù)定圖案。更具體地，裝置1100包括機(jī)械限位器1148，該機(jī)械限位器1148以布置在攝像機(jī)鏡頭模塊1120之上并可連同攝像機(jī)鏡頭模塊1120 —起在搖攝運(yùn)動中旋轉(zhuǎn)的不完全地描繪的環(huán)形環(huán)的形式。監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置1100還包括永久地安裝在附近壁1113上并容易由在攝像機(jī)鏡頭模塊1120內(nèi)的CPU可使用的圖案識別軟件可識別的圖案1112。圖案1112和攝像機(jī)的視場1115可使得CPU能夠容易確定圖案1112何時居中于視場1115內(nèi)。在圖11所示的實(shí)施例中，圖案1112是類似于測試圖案的圓形棋盤類型的圖案。固定臺1116可限定搖攝軸1136，攝像機(jī)鏡頭模塊1120可圍繞搖攝軸1136旋轉(zhuǎn)。移動臺1118除了攝像機(jī)鏡頭模塊1120以外還包括具有光軸1130的物鏡1128。移動臺1118經(jīng)歷圍繞俯仰軸1132的俯仰運(yùn)動。如上所述，移動臺可經(jīng)歷俯仰運(yùn)動，以便設(shè)置相對于機(jī)械限位器的初始俯仰位置。最初在上電時，攝像機(jī)鏡頭模塊1120的CPU (未示出)不知道攝像機(jī)鏡頭模塊的現(xiàn)有搖攝位置或俯仰位置。然而，CPU知道相對于水平面(例如，攝像機(jī)鏡頭模塊的水平方位)的俯仰范圍(例如，以度為單位)的機(jī)械限制，并因此可使用這個認(rèn)知來驅(qū)動俯仰電動機(jī)(未示出)以使攝像機(jī)鏡頭模塊俯仰靠近水平方位，其中圖案1112可居中。也就是說，CPU控制俯仰電動機(jī)的致動并使攝像機(jī)鏡頭模塊在最大操作俯仰范圍之外俯仰，以確保攝像機(jī)鏡頭模塊到達(dá)并嚙合上機(jī)械限位器1148，上機(jī)械限位器1148處于如CPU內(nèi)的軟件所定義的攝像機(jī)鏡頭模塊的操作俯仰范圍之外的幾度。CPU可知道在攝像機(jī)鏡頭模塊1120嚙合上機(jī)械限位器1148時攝像機(jī)鏡頭模塊1120的方位與當(dāng)光軸1130具有水平方位時攝像機(jī)鏡頭模塊1120的方位之間的固定角度。在一個實(shí)施例中，這個角度可大約在30度和60度之間。一旦CPU確信它已充分操作俯仰電動機(jī)以使機(jī)械限位器與攝像機(jī)鏡頭模塊嚙合，CPU就可接著在相反的方向上操作俯仰電動機(jī)，以便使攝像機(jī)鏡頭模塊從機(jī)械限位器向下俯仰回在機(jī)械限位器與水平面之間的已知角度(例如，在10度和15度之間)。因此，攝像機(jī)鏡頭模塊從與機(jī)械限位器的嚙合俯仰回到類似于圖1所示的方位的水平方位。因?yàn)閳D案1112被張貼在垂直方位上，所以當(dāng)圖案1112的中心如所示沿著水平軸1130布置`時，攝像機(jī)可具有對圖案1112的最佳視野。CPU可接著使攝像機(jī)鏡頭模塊1020經(jīng)歷在上文參考其它實(shí)施例描述的搖攝和俯仰運(yùn)動(然而也許只有俯仰位置的精細(xì)調(diào)節(jié)被要求)，直到CPU確定圖案1112已居中于攝像機(jī)的視場內(nèi)。圖案1112可被調(diào)整大小為大致匹配在給定距離處和在攝像機(jī)的給定焦距處的攝像機(jī)的視場的尺寸。裝置1100及其操作的其它特征可基本上類似于上述其它實(shí)施例的那些特征，且因此在本文未被描述，以便避免不需要的重復(fù)。圖12示出用于根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的本發(fā)明的方法1200的又一實(shí)施例。在第一步驟1202中，攝像機(jī)耦合到第一固定結(jié)構(gòu)，使得攝像機(jī)可執(zhí)行圍繞第一軸的搖攝運(yùn)動并可執(zhí)行圍繞多個第二軸的俯仰運(yùn)動。每個第二軸基本上垂直于第一軸。例如，在圖10的實(shí)施例中，在攝像機(jī)鏡頭模塊1020內(nèi)的攝像機(jī)可執(zhí)行圍繞軸1036的搖攝運(yùn)動，并可執(zhí)行圍繞垂直于軸1036并垂直于光軸1030的軸1032的俯仰運(yùn)動。對于攝像機(jī)鏡頭模塊1020圍繞軸1036的每個離散的搖攝位置，攝像機(jī)鏡頭模塊1020圍繞垂直于光軸1030和搖攝軸1036兩者的相應(yīng)俯仰軸俯仰。攝像機(jī)鏡頭模塊1020可由任何固定結(jié)構(gòu)支撐，模塊1020經(jīng)由該任何固定結(jié)構(gòu)直接耦合到固定臺1016。此外，攝像機(jī)鏡頭t旲塊1020可直接f禹合到固定臺1016。
在下一步驟1204中，光學(xué)圖像源固定地附著到固定結(jié)構(gòu)。例如，在圖10的實(shí)施例中，以燈1012的形式的光學(xué)圖像源固定地附著到以天花板的形式的第二固定結(jié)構(gòu)。作為另一例子，在圖11的實(shí)施例中，以圖案1112的形式的光學(xué)圖像源固定地附著到以壁的形式的
第二固定結(jié)構(gòu)。接著，在步驟1206中，攝像機(jī)用于捕獲光學(xué)圖像源所產(chǎn)生的圖像。也就是說，攝像機(jī)鏡頭模塊1020的攝像機(jī)可用于捕獲燈1012的圖像。此外，攝像機(jī)鏡頭模塊1120的攝像機(jī)可用于捕獲圖案1112的圖像。在最后的步驟1208中，使用攝像機(jī)來執(zhí)彳丁俯仰和搖攝運(yùn)動，直到攝像機(jī)所捕犾的光學(xué)圖像源的圖像的特性基本上被最優(yōu)化。在圖10的例子中，使用攝像機(jī)來執(zhí)行俯仰和搖攝運(yùn)動，直到攝像機(jī)所捕獲的來自燈1012的光的水平被最大化。在圖11的例子中，使用攝像機(jī)來執(zhí)行俯仰和搖攝運(yùn)動，直到圖案1112居中于攝像機(jī)的視場內(nèi)。雖然本發(fā)明被描述為具有示例性設(shè)計(jì)，本發(fā)明可在本公開的精神和范圍內(nèi)被進(jìn)一步修改。本申請因此旨在覆 蓋使用其一般原理的本發(fā)明的任何變型、使用或調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)搖攝運(yùn)動和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的方法，所述方法包括下列步驟: 將所述攝像機(jī)耦合到固定結(jié)構(gòu)，使得所述攝像機(jī)能夠執(zhí)行圍繞第一軸的所述搖攝運(yùn)動，并能夠執(zhí)行圍繞多個第二軸的所述俯仰運(yùn)動，所述第二軸中的每個基本上垂直于所述第一軸； 將光學(xué)發(fā)射器固定地附著到所述固定結(jié)構(gòu)或所述攝像機(jī)； 將光學(xué)接收器固定地附著到所述固定結(jié)構(gòu)和所述攝像機(jī)中的另一個；以及使用所述攝像機(jī)執(zhí)行所述俯仰運(yùn)動和所述搖攝運(yùn)動，直到所述發(fā)射器和接收器位于根據(jù)所述接收器響應(yīng)于接收到來自所述發(fā)射器的光能而輸出的信號來確定的相對于彼此的預(yù)定位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述執(zhí)行步驟包括: 使用所述攝像機(jī)執(zhí)行所述俯仰運(yùn)動，直到來自所述光學(xué)接收器的輸出信號中的第一局部最大值被識別出； 將所述攝像機(jī)移動到與所述局部最大值相關(guān)聯(lián)的俯仰位置； 使用所述攝像機(jī)執(zhí)行所述搖攝運(yùn)動，直到來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的第二局部最大值被識別出； 將所述攝像機(jī)移動到與所述第二局部最大值相關(guān)聯(lián)的搖攝位置；以及反復(fù)和交替地重復(fù)執(zhí)行俯仰運(yùn)動、將所述攝像機(jī)移動到所述俯仰位置、執(zhí)行搖攝運(yùn)動并且將所述攝像機(jī)移動到所述搖攝位置這些步驟，直到來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的所述局部最大值大致等于最大可能的值。
3.如權(quán)利要求1所述的 方法，其中，所述執(zhí)行步驟包括:執(zhí)行俯仰運(yùn)動，直到所述攝像機(jī)嚙合機(jī)械限位器。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述執(zhí)行步驟包括:在所述攝像機(jī)已嚙合所述機(jī)械限位器之后，執(zhí)行俯仰運(yùn)動，直到所述攝像機(jī)的光軸在水平方位上。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)所述發(fā)射器和所述接收器在預(yù)定位置上時，來自所述發(fā)射器的發(fā)射光束和所述接收器的接收圓錐體基本上彼此對準(zhǔn)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，由所述接收器通過平面的固定擋板的孔來接收所述光能。
7.一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置，包括: 攝像機(jī)，其耦合到固定結(jié)構(gòu)； 用于致動所述攝像機(jī)以執(zhí)行圍繞垂直軸的搖攝運(yùn)動并執(zhí)行圍繞多個水平軸中的任意的俯仰運(yùn)動的裝置； 光學(xué)發(fā)射器，其固定地附著到所述固定結(jié)構(gòu)或所述攝像機(jī)； 光學(xué)接收器，其固定地附著到所述固定結(jié)構(gòu)和所述攝像機(jī)中的另一個，并且所述光學(xué)接收器被配置為響應(yīng)于接收到來自所述光學(xué)發(fā)射器的光能來產(chǎn)生輸出信號；以及處理器，其被配置成: 接收來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號；以及 根據(jù)來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號來驅(qū)動所述致動裝置，以使所述攝像機(jī)執(zhí)行所述俯仰運(yùn)動和搖攝運(yùn)動，直到來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號的振幅基本上被最大化。
8.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置，其中，當(dāng)來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號被最大化時，所述發(fā)射器和接收器位于相對于彼此的預(yù)定位置上。
9.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置，其中，所述處理器被配置成驅(qū)動所述致動裝置以使所述攝像機(jī): 執(zhí)行所述俯仰運(yùn)動，直到來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的第一局部最大值被識別出； 移動到與所述第一局部最大值相關(guān)聯(lián)的俯仰位置； 執(zhí)行所述搖攝運(yùn)動，直到來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的第二局部最大值被識別出； 移動到與所述第二局部最大值相關(guān)聯(lián)的搖攝位置；以及 反復(fù)和交替地重復(fù)執(zhí)行俯仰運(yùn)動、移動到所述俯仰位置、執(zhí)行搖攝運(yùn)動、以及移動到所述搖攝位置這些步驟，直到來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的所述局部最大值大致等于最大可能的值。
10.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置，其中，所述致動裝置被配置成致動所述攝像機(jī)執(zhí)行俯仰運(yùn)動，直到所述攝像機(jī)嚙合機(jī)械限位器。
11.如權(quán)利要求10所述的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置，其中，所述致動裝置被配置成:在所述攝像機(jī)已嚙合所述機(jī)械限位器之后，致動所述攝像機(jī)執(zhí)行俯仰運(yùn)動，直到所述攝像機(jī)的光軸在水平方位上。
12.如權(quán)利要求7所述的布置，其中，當(dāng)來自光學(xué)接收器的所述輸出信號中的所述局部最大值大致等于最大可能的值時，來自所述發(fā)射器的發(fā)射光束和所述接收器的接收圓錐體基本上彼此對準(zhǔn)。
13.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置，其中，由所述接收器通過平面的固定擋板的孔來接收所述光能。
14.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)控?cái)z像機(jī)裝置，其中，所述光學(xué)發(fā)射器包括紅外發(fā)光二極管。
15.一種根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的方法，所述方法包括下列步驟: 將所述攝像機(jī)耦合到固定結(jié)構(gòu)，使得所述攝像機(jī)能夠執(zhí)行圍繞第一軸的所述搖攝運(yùn)動，并能夠執(zhí)行圍繞多個第二軸的所述俯仰運(yùn)動，所述第二軸中的每個基本上垂直于所述第一軸； 將光學(xué)發(fā)射器固定地附著到所述固定結(jié)構(gòu)或所述攝像機(jī)； 將光學(xué)接收器固定地附著到所述固定結(jié)構(gòu)和所述攝像機(jī)中的另一個； 響應(yīng)于所述接收器接收到來自所述發(fā)射器的光能，從所述接收器輸出信號； 使用所述攝像機(jī)執(zhí)行所述搖攝運(yùn)動，直到來自所述光學(xué)接收器的輸出信號中的第一局部最大值被識別出； 將所述攝像機(jī)移動到與所述局部最大值相關(guān)聯(lián)的搖攝位置； 使用所述攝像機(jī)執(zhí)行所述俯仰運(yùn)動，直到來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的第二局部最大值被識別出；將所述攝像機(jī)移動到與所述第二局部最大值相關(guān)聯(lián)的俯仰位置；以及 反復(fù)和交替地重復(fù)執(zhí)行搖攝運(yùn)動、將所述攝像機(jī)移動到所述搖攝位置、執(zhí)行俯仰運(yùn)動、以及將所述攝像機(jī)移動到所述俯仰位置這些步驟，直到來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的所述局部最大值大致等于最大可能的值。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的所述局部最大值大致等于所述最大可能的值是表示:所述發(fā)射器和接收器處于從所述接收器所接收的光學(xué)信號確定的相對于彼此的預(yù)定位置上。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，根據(jù)來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號不再隨著每次重復(fù)而增大來確定來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的所述局部最大值大致等于最大可能的值。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，當(dāng)來自所述光學(xué)接收器的所述輸出信號中的所述局部最大值大致等于所述最大可能的值時，所述發(fā)射器和所述接收器基本上彼此對準(zhǔn)。
19.一種根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的方法，所述方法包括下列步驟: 將所述攝像機(jī)耦合到第一固定結(jié)構(gòu)，使得所述攝像機(jī)能夠執(zhí)行圍繞第一軸的所述搖攝運(yùn)動，并能夠執(zhí)行圍繞多個第二軸的所述俯仰運(yùn)動，所述第二軸中的每個基本上垂直于所述第一軸； 將光學(xué)圖像源固定地附著到第二固定結(jié)構(gòu)； 使用所述攝像機(jī)捕獲由所述光學(xué)圖像源產(chǎn)生的圖像；以及 使用所述攝像機(jī)執(zhí)行所述俯仰運(yùn)動和所述搖攝運(yùn)動，直到所述攝像機(jī)所捕獲的所述光學(xué)圖像源的所述圖像的特性基本上是最優(yōu)化的。
20.如權(quán)利要求19所述的方 法，其中，當(dāng)所述攝像機(jī)所捕獲的所述光學(xué)圖像源的所述圖像的所述特性基本上是最優(yōu)化的時，所述攝像機(jī)的視場基本上以最優(yōu)的圖像源為中心。
全文摘要
一種根據(jù)搖攝和俯仰運(yùn)動將監(jiān)控?cái)z像機(jī)放置在已知的參考方位上的方法包括將攝像機(jī)耦合到固定結(jié)構(gòu)，使得攝像機(jī)可執(zhí)行圍繞第一軸的搖攝運(yùn)動，并可執(zhí)行圍繞多個第二軸的俯仰運(yùn)動。第二軸中的每個基本上垂直于第一軸。光學(xué)發(fā)射器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)或攝像機(jī)。光學(xué)接收器固定地附著到固定結(jié)構(gòu)和攝像機(jī)中的另一個。使用攝像機(jī)來執(zhí)行俯仰和搖攝運(yùn)動，直到發(fā)射器和接收器位于如從接收器響應(yīng)于接收到來自發(fā)射器的光能而輸出的信號確定的相對于彼此的預(yù)定位置上。
文檔編號H04N7/18GK103229501SQ201180055909
公開日2013年7月31日 申請日期2011年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月7日
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