一種變焦鏡頭成像的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視頻成像裝置，更具體地說，涉及一種變焦鏡頭成像的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]公共安全部門的數(shù)據(jù)分析顯示，違法犯罪行為通常發(fā)生在照度低、光照條件差的地域。從作案時(shí)間看，夜間作案多于白天，占到79.1%。因此，在視頻圖像成像裝置(以下簡稱攝像機(jī))進(jìn)入治安監(jiān)控領(lǐng)域之后，攝像機(jī)能夠滿足基本成像指標(biāo)的最低照度條件(以下簡稱低照度性能)就成為用戶孜孜以求的目標(biāo)。同時(shí)，為了提高攝像機(jī)的使用效率，攝像機(jī)能夠看到的由近到遠(yuǎn)的最大范圍(以下簡稱覆蓋度)也成為用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0003]攝像機(jī)的覆蓋度與鏡頭焦距有關(guān)，當(dāng)鏡頭焦距(通常說的鏡頭小f數(shù))由短變長時(shí)(例如，從4mm變化到80mm)，攝像機(jī)能夠看到的范圍由近變遠(yuǎn)，覆蓋度越來越大。攝像機(jī)通常通過配置連續(xù)變焦鏡頭具備較大的覆蓋度。
[0004]攝像機(jī)的低照度性能與鏡頭的焦比(焦距通光孔徑比，通常說的鏡頭大F數(shù)，)和圖像傳感器的性能有關(guān)。對(duì)于特定性能的圖像傳感器，當(dāng)鏡頭焦比由大變小(例如，從F5.0變化到Fl.0)時(shí)，通光孔徑由小變大，攝像機(jī)的低照度性能就越來越好。
[0005]另外，攝像機(jī)必備的圖像處理器，也能在一定程度上提高攝像機(jī)的低照度性能。
[0006]具有連續(xù)變焦鏡頭的攝像機(jī)都包含有一個(gè)連續(xù)變焦鏡頭、一個(gè)圖像傳感器和一個(gè)圖像信號(hào)處理器。
[0007]隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，圖像傳感器的性能不斷提升，目前已經(jīng)可以做到使用Fl.4的鏡頭并配合圖像處理器時(shí)，可以在0.0Slux的低照度環(huán)境下清晰成像(按環(huán)境照度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，0.0llux為月光級(jí))。
[0008]但是，受到鏡頭設(shè)計(jì)思想以及工藝技術(shù)條件的限制，具有連續(xù)變焦鏡頭的攝像機(jī)并不能完全呈現(xiàn)圖像傳感器既有性能。
[0009]當(dāng)前，視頻圖像成像裝置的設(shè)計(jì)思想是用一個(gè)連續(xù)變焦鏡頭提供需要使用的整個(gè)焦距范圍，例如，使用一支焦距范圍為4mm?132mm的連續(xù)變焦鏡頭。在這種情況下，鏡頭的長焦距和短焦距的比為132mm/4mm = 33，以現(xiàn)有的工藝技術(shù)條件，無法在長焦和短焦處同時(shí)保證鏡頭具有同樣的小焦比(如，F(xiàn)l.0)，只能做到鏡頭焦距從4mm到132mm的變化過程中，焦比從Fl.6變化到F5.0o
[0010]此時(shí)，假設(shè)外部環(huán)境照度為100%，則鏡頭在短焦4mm處的進(jìn)光量為1/(1.6*1.6)=39%，在長焦132mm處進(jìn)光量為1/(3.6*3.6) =4%。這意味著為了讓能在0.081ux環(huán)境照度下成像的傳感器在長焦處成像，環(huán)境照度不能低于0.08Lux/4%= 21uxo或者說，在環(huán)境照度0.081ux、鏡頭焦距位于132mm時(shí)，傳遞到圖像傳感器的照度只有0.08*4% =0.0032LUX，遠(yuǎn)低于圖像傳感器的最低成像照度要求，導(dǎo)致什么圖像都不會(huì)看到。
[0011]從上述舉例計(jì)算可以看出，長焦距處的大焦比對(duì)環(huán)境光照的衰減作用是相當(dāng)顯著的，它大幅影響傳感器既有性能地發(fā)揮。這直接導(dǎo)致在照度低、光照條件差的地域，攝像機(jī)可能無法看到任何圖像，失去視頻圖像監(jiān)控的意義。
[0012]為了減小這種衰減作用，通常采取的彌補(bǔ)方式有以下幾種:
[0013]1.用可見光或紅外光進(jìn)行補(bǔ)光，提高環(huán)境照度；這種方法暴露了攝像機(jī)的位置以及觀察方向、范圍，使得攝像機(jī)的隱蔽性不再存在。使敏感區(qū)域的安全監(jiān)控失去了本來作用。
[0014]2.采用顛覆性的傳感器技術(shù)，例如，EMCXD，成百上千倍地提高傳感器的靈敏度，使得鏡頭對(duì)環(huán)境照度的衰減作用可以忽略不計(jì)。但是，這種方式使得攝像機(jī)成本上千倍的增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下鏡頭和攝像機(jī)成本之和。無法大面積推廣使用；
[0015]3.對(duì)現(xiàn)有的傳感器持續(xù)進(jìn)行改良，適當(dāng)提高傳感器的靈敏度；這種改良速度緩慢，通常經(jīng)過多年才有兩、三倍的提升。
[0016]上述的各種彌補(bǔ)方式，雖各有長短，但并沒有從根本解決連續(xù)變焦鏡頭對(duì)環(huán)境照度的衰減問題，圖像傳感器既有性能仍然沒有在鏡頭長焦處得到完全體現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種變焦鏡頭成像的裝置及方法，使得在大范圍焦段的變焦鏡頭下減小變焦鏡頭對(duì)環(huán)境照度的衰減作用。
[0018]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種變焦鏡頭成像的裝置，包括，
[0019]至少兩個(gè)變焦成像單元，各個(gè)所述變焦成像單元的焦段依次遞增，且相鄰兩個(gè)所述變焦成像單元的焦段有部分重合；
[0020]與所述至少兩個(gè)變焦成像單元連接的通道選擇器，用于選擇至少一個(gè)所述變焦成像單元所輸入的信號(hào)作為其輸出；
[0021]分別與所述變焦成像單元和所述通道選擇器通信連接的控制單元；
[0022]所述控制單元用于控制當(dāng)前成像的變焦成像單元、與下一時(shí)刻成像的變焦成像單元、以及位于所述當(dāng)前成像的變焦成像單元與所述下一時(shí)刻成像的變焦成像單元的焦段之間的變焦成像單元兩兩之間的焦距依次重合，還控制所述通道選擇器由所述當(dāng)前成像的變焦成像單元作為信號(hào)輸入端依次切換至所述下一時(shí)刻成像的變焦成像單元作為信號(hào)輸入端。
[0023]優(yōu)選地，所述變焦成像單元包括變焦鏡頭和圖像傳感器，
[0024]所述變焦鏡頭，用于獲取視頻/圖像的光學(xué)成像，其中，各個(gè)所述變焦成像單元對(duì)應(yīng)的所述變焦鏡頭的焦段依次遞增，且相鄰兩個(gè)所述變焦鏡頭的焦段有部分重合；
[0025]所述圖像傳感器，與所述變焦鏡頭連接，用于接收所述變焦鏡頭的視頻/圖像的光學(xué)成像并轉(zhuǎn)換為初始視頻/圖像電信號(hào)輸出。
[0026]優(yōu)選地，所述變焦鏡頭成像的裝置還包括圖像處理器，
[0027]所述圖像處理器，與所述圖像傳感器和所述通道選擇器連接，用于接收所述圖像傳感器輸出的所述初始視頻/圖像電信號(hào)并轉(zhuǎn)化為符合設(shè)定的視頻/圖像標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖像信號(hào)輸出；
[0028]或者，所述圖像處理器，與所述通道選擇器連接，用于接收來自所述通道選擇器的所述初始視頻/圖像電信號(hào)并轉(zhuǎn)化為符合設(shè)定的視頻/圖像標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖像信號(hào)輸出。
[0029]優(yōu)選地，所述變焦鏡頭的長焦與短焦的比值范圍為I一5。
[0030]優(yōu)選地，所述控制單元包括變焦成像控制單元和通道選擇器控制單元，
[0031]所述變焦成像控制單元，與所述變焦成像單元和所述通道選擇器控制單元連接，用于控制所述當(dāng)前成像的變焦成像單元與所述下一時(shí)刻成像的變焦成像單元、以及位于所述當(dāng)前成像的變焦成像單元與所述下一時(shí)刻成像的變焦成像單元的焦段之間的變焦成像單元兩兩之間的焦距依次重合，還輸出選擇控制信號(hào)至所述通道選擇器控制單元，以控制所述通道選擇器控制單元選擇由所述當(dāng)前成像的變焦成像單元的作為信號(hào)輸入端依次切換至所述下一時(shí)刻成像的變焦成像單元的作為信號(hào)輸入端；
[0032]所述通道選擇器控制單元，與所述變焦成像控制單元和所述通道選擇器連接，用于接收來自所述變焦成像控制單元的選擇控制信號(hào)，以控制所述通道選擇器選擇由所述當(dāng)前成像的變焦成像單元的作為信號(hào)輸入端依次切換至所述下一時(shí)刻成像的變焦成像單元的作為信號(hào)輸入端。
[0033]優(yōu)選地，所述變焦鏡頭的焦比小于等于F2.8。
[0034]優(yōu)選地，所述變焦鏡頭成像的裝置中不同的所述變焦鏡頭的焦比相同或者不相同。
[0035]本發(fā)明還提供一種變焦鏡頭的成像方法，包括下述步驟:
[0036]A.判斷通道選擇器選擇作為信號(hào)輸入端對(duì)應(yīng)的當(dāng)前的變焦成像單元與下一時(shí)刻成像的變焦成像單元的焦