图像拾取装置及其透镜驱动方法以及摄像系统 【技术领域】
本发明涉及一种用在监视摄像机系统等中的图像拾取装置，特别涉及一种适于在将物体移入焦点的同时拾取物体的拉近(zoom-in)图像的图像拾取装置的透镜驱动方法、图像拾取装置和摄像系统。
背景技术
图像拾取装置，如监视摄像系统等，配备有一个拉近机构，使得，能够在将窗口瞄准作为监视的目标时，可以获取指定窗口的拉近的图像。图5是示出摄像透镜的跟踪曲线的一个实例的图。如图5所示，透镜所固有的跟踪曲线包含两条跟踪曲线，一条跟踪曲线I聚焦在短距离点(1.6米)，另一条跟踪曲线II聚焦在无限远。
当变焦放大率(magnification)不大时，两条曲线基本上重合，聚焦透镜与变焦透镜的变焦一致地沿任意一条跟踪曲线移动，由此，可以在全部时间内实现聚焦的状态下进行变焦。但是，随着变焦透镜放大率的增大，两曲线之间的距离变大，聚焦透镜的实际实现聚焦的位置是两条曲线之间的任何位置。
因此，根据常规的变焦机构，当确定变焦放大率时，将变焦透镜一次移动到与期望的变焦放大率相对应的位置，直到实现期望的变焦放大率。而且，聚焦透镜与变焦透镜的一致地沿跟踪曲线I移动，从而到达图5的K点位置，并且，利用自动聚焦技术等，进一步将聚焦透镜移动到焦点位置N。
用在常规地监视摄像系统等中的图像拾取装置，可以快速地得到物体的拉近图像。但是，存在一个问题，那就是变焦中的物体图像是模糊的，并且，在变焦操作之后，完成聚焦操作之前，不能够执行基于清晰图像的监视。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种图像拾取装置、一种用于该装置的透镜驱动方法和摄像系统，即使在变焦操作期间，也可以拾取聚焦的物体图像。
为了实现上述目的，一种用于图像拾取装置的透镜驱动方法的特征在于，当通过变焦透镜对位于预置的固定位置的物体图像进行变焦操作时，与变焦操作联锁地对聚焦透镜进行位置控制，使得，甚至在变焦操作期间，也可以拾取聚焦的物体图像。
因此，甚至在变焦操作期间，也可以在监视器上显示聚焦的物体图像。而且，可以增加透镜的移动速度，并且可以减少聚焦透镜的总移动量。
为了实现上述目的，一种用于图像拾取装置的透镜驱动方法的特征在于，当通过变焦透镜对位于预置的固定位置的物体图像以目标放大率变焦时，确定在目标放大率的变焦位置处物体图像的焦点位置，确定跟踪曲线和焦点位置之间的相互关系值，并且对聚焦透镜进行位置控制，使得，在进行变焦操作时，关于跟踪曲线保持该相互关系值。
因此，甚至在拉近操作期间，也可以在监视器上显示聚焦的物体图像。而且，可以增加透镜的移动速度，并且可以减少聚焦透镜的总移动量。
为了实现上述目的，一种用于图像拾取装置的透镜驱动方法的特征在于，当通过变焦透镜，对位于预置的固定位置的物体图像向广度方向(widedirection)上变焦时，就确定物体图像的焦点位置和跟踪曲线之间的相互关系值，并且对聚焦透镜进行位置控制，使得，在执行变焦时关于跟踪曲线保持该相互关系值。
因此，甚至在广度方向上执行变焦操作时，也可以在监视器上显示聚焦的物体图像。而且，可以增加透镜的移动速度，并且可以减少聚焦透镜的总移动量。
为了实现上述目的，一种图像拾取装置的特征在于，包括一个具有变焦透镜和聚焦透镜的摄像透镜，以及用于与变焦操作联锁地对聚焦透镜进行位置控制的控制器，使得，在通过变焦透镜对物体图像进行变焦操作时，甚至在变焦操作期间，也能拾取聚焦的物体图像。
因此，甚至在变焦操作其间，也可以在监视器上显示聚焦的物体图像。而且，可以增加透镜的移动速度，并且可以减少聚焦透镜的总移动量。
为了实现上述目的，一种图像拾取装置的特征在于，包括一个具有变焦透镜和聚焦透镜的摄像透镜，以及一个控制器，其中的控制器用于确定目标放大率的变焦位置处物体图像的焦点位置，并确定当位于预置固定位置处的物体图像由变焦透镜以目标放大率变焦时，跟踪曲线和焦点位置之间的相互关系值，还对聚焦透镜进行位置控制，使得，在执行拉近操作时，关于跟踪曲线保持相互关系值。
因此，甚至在变焦操作时也可以在监视器上显示聚焦的物体图像。而且，可以增加透镜的移动速度，并且可以减少聚焦透镜的总移动量。
为了实现上述目的，一种图像拾取装置的特征在于，包括一个具有变焦透镜和聚焦透镜的摄像透镜，以及一个控制器，其中的控制器用于确定当位于预置的固定位置处的物体图像由变焦透镜向广度方向上变焦时，焦点位置和跟踪曲线之间的相互关系值，并对聚焦透镜进行位置控制，使得，在执行变焦操作时，关于跟踪曲线保持相互关系值。
因此，甚至在向广度方向进行变焦操作时，也可以在监视器上显示聚焦的物体图像。而且，可以增加透镜的移动速度，并且可以减少聚焦透镜的总移动量。
为了实现上述目的，一种摄像系统的特征在于，包括：如上所述的固定的图像拾取装置；用于显示摄像透镜的拾取图像的监视器；和连结到图像拾取装置的控制器，控制器根据变焦操作的输入，向图像拾取装置输出变焦操作的指令。
因此，基于控制器的指令，甚至在变焦操作期间，也可以拾取并在监视器上显示聚焦的物体图像。另外，可以增加透镜的移动速度，并且可以减少聚焦透镜的总移动量。
【附图说明】
图1是根据本发明实施例的用于图像拾取装置的透镜驱动方法的图；
图2是应用本发明的图像拾取装置的监视摄像系统的结构图；
图3是根据本发明实施例的图像拾取装置的结构简图；
图4是在根据本发明实施例的图像拾取装置中所执行的处理过程的流程图；
图5是示出了解释常规透镜驱动方法的跟踪曲线的简图。
【具体实施方式】
下面将参考附图对本发明的实施例进行说明。
图2是示出应用了根据本发明实施例的图像拾取装置的监视摄像系统的结构的图。监视摄像系统包括安装在天花板等上的摄像机1(图像拾取装置)、用于在显示屏上显示摄像机1的拾取图像的监视器2、和用于从远处控制摄像控制器3。
摄像机1配置有固定在天花板上的固定台1a、可自由旋转的固定于固定台1a的可旋转云台(rotatable table)(用于摄像机的摇摄(pan)机构)1b、安装在整体固定于可旋转云台1b的半球形容器1c中的将要在后面叙述的摄像透镜系统(图3中的标号10)、和用于控制摄像透镜在箭头B方向上的俯角方向的俯仰(tilt)机构(未示出)。
监视器2从安置在摄像透镜焦点位置处的图像拾取元件(图3中的标号20)如电荷耦合器件(CCD)处获得视频信号，并将其显示在显示屏上。控制器3有一个配置有各种按钮3a的前面板，通过按钮输入监视员的手动操作指令，并且将每个操作指令输出给摄像机1以对摄像机1执行摇摄操作、俯仰操作和变焦操作。而且，通过按动存储器按钮，将摄像机的摇摄、俯仰和聚焦位置储存在摄像机控制器中。
图3是示出上述摄像机1的内部结构的图。摄像机1的摄像透镜系统10具有变焦透镜11和聚焦透镜12。变焦透镜11在镜筒中的位置通过一个变焦电机(步进电机)13向前/向后(接近物体的方向定义为“向前”，接近图像拾取元件的方向定义为“向后”)移动，并且通过聚焦电机(步进电极)14向前/向后移动聚焦透镜在透镜筒中的位置。变焦电机13从变焦电机驱动电路15处供给驱动电源，并且聚焦电机14从聚焦电机驱动电路16处供给驱动电源。
在摄像机1中，配置了用于驱动图2所示的摇摄机构(可旋转云台)1a的摇摄电机17和用于驱动俯仰机构(未示出)的俯仰电机18。
摄像机1的电控系统包括：摄像机控制器30，用于响应控制器3的手动操作指令输出各类控制信号；可旋转云台控制器31，用于根据摄像机控制器30的指令控制摇摄电机17和俯仰电机18；摄像机信号处理器32，用于接收从图像拾取元件20输出的视频数据信号，并根据摄像机控制器30的指令输出该数据；AFDSP(自动聚焦数字信号处理器)33，用于处理摄像机信号处理器32输出的视频数据信号，并输出于焦点定位程度相对应的电压；透镜控制器40，用于根据摄像机控制器30的控制指令和AFDSP 33的输出信号，将驱动脉冲信号输出给变焦电机驱动电路15和聚焦电机驱动电路16；和存储装置36，用于响应控制器3的预置的存储指令，储存从可旋转云台(rotatablestand)控制器31输出的摇摄/俯仰当前位置和从透镜控制器40输出的变焦/聚焦当前位置。
可旋转云台控制器31根据从摄像机控制器30输出的摇摄方向指令、俯仰方向指令、摇摄和俯仰方向的移动速度指令以及摇摄和俯仰方向的移动量指令产生控制信号，以控制摇摄电机17和俯仰电机18，由此控制在图2中所示的箭头A方向的旋转角和在箭头B方向的俯角。
从设置在摄像透镜系统10焦点位置处的图像拾取元件20输出的视频数据信号输出给监视器2，并再经摄像机信号处理器32被接收到AFDSP 33。AFDSP 33输出如此获得的视频数据信号高频分量的积分值，并且AFDSP 33有一个高通滤波器34，用于从视频数据信号中提取高频分量，还有一个积分器35，用于对由此提取的高频分量积分。由于积分器35的输出值较大，即，高频分量的量较大，可以在显示屏上实现清晰的图像。因此，对应于积分器35的输出的电压被称作“聚焦电压”。
透镜控制器40包括：聚焦电压探测器41，用于探测积分器35的输出；聚焦电压存储器42，用于在移动透镜之前储存聚焦电压值；聚焦电压比较器43，用于比较聚焦电压探测器41的当前探测值与聚焦电压存储器42的内容(先前探测值)；目标位置计算器45，用于根据聚焦电压比较器43的输出计算透镜的移动目标位置；电机驱动脉冲发生器46，用于产生脉冲，只需通过移动量来移动聚焦透镜12和变焦透镜11的每一个，其中的移动量与从目标位置计算器45输出的聚焦透镜12和变焦透镜11中的每一个的移动目标位置与当前位置之间的差值相对应，并且输出对驱动电路15、驱动电路16如此产生的脉冲，透镜控制器40还包括透镜控制指令单元47。
在聚焦电压比较器43中，比较透镜移动之前和之后的聚焦电压的目的在于，在聚焦电压的增加的方向上移动聚焦透镜12并实现聚焦，由此，基于众所周知的所谓的攀登法执行聚焦位置搜索。
透镜控制指令单元47，响应摄像机控制器30的控制指令，控制透镜控制器40，并输出指令以执行变焦操作、聚焦操作、AF、预置变焦和预置聚焦操作。
当从控制器3输出了一个预置指令，并且，摄像机控制器30规定了已经储存的变焦和聚焦位置且对透镜控制指令单元47产生预置的移动要求时，那么，如将要在后面详述的那样，本实施例的透镜控制指令单元47就计算变焦透镜位置和聚焦透镜位置之间的相互关系值，并且，与变焦透镜同步且一致地执行聚焦透镜的位置控制，由此，可以在整个变焦期间读取聚焦的物体图像。
上述的预置位置是指预定为监视目标的位置(能确定从摄像机到物体的距离的位置，如指定窗口的位置，指定门的位置等)，并且，可以由监视摄像系统的用户任意地预置。当监视员从控制器3指示并输入指定的预置位置时，就执行摇摄移动和俯仰移动，使得，摄像机1瞄准监视目标。如果设置的变焦透镜的位置与当前值相比，比远端(tele-side)近，则在监视器2上将显示通过拉近监视目标而得到的图像。根据本实施例，在拉近操作中的整个时间里的图像也监视器2上显示为的聚焦的图像。
图4是示出了透镜控制指令单元47响应摄像机控制器30的控制信号而控制透镜控制器40的处理过程的流程图。一旦接收到摄像机控制器30的控制信号，透镜控制指令单元47首先在步骤S1判断控制信号是否包含一个作为将透镜迅速移动到预置位置的指令的预置移动指令。如果没有预置移动指令，则处理过程进行到步骤S2以执行其它的处理。
如果步骤S1的判断结果是指令为预置移动指令，则处理过程进行到下一步骤S3，以判断该指令是否是将变焦透镜11拉近远端的指令。如果判断结果为否定(N)，即，如果该指令是变焦到广度端(wide side)的指令，则处理过程进行到步骤S4，在广度方向进行变焦操作，并完成图4的处理。
在广度方向变焦的情形中，无论距离物体的距离如何，只通过根据跟踪曲线移动聚焦透镜，就可以在整个时间里实现聚焦的物体图像。下面将描述根据本实施例在广度方向的变焦。
如果步骤S3的判断结果为肯定(Y)，且步骤S5的判断结果也为肯定(Y)，则该指令是朝向远端的拉近指令，并因而处理过程进行到步骤S7，根据作为本发明特点的透镜驱动方法，执行向远端方向的拉近操作。如果在步骤S5的判断结果是否定(N)，则不产生变焦移动。因此，处理过程进行到步骤S6，只产生聚焦移动。
图1是示出了根据后面将要描述的本发明实施例的透镜驱动方法的跟踪曲线的图。实际的跟踪曲线类似于图5所示的曲线，但是，为了便于解释，将图1中两条曲线之间的间隙放大来说明。
根据本实施例，当对处于预置位置的物体进行拉近操作时，首先由透镜预置到达目标位置的坐标值计算物体的距离。即，通过基于储存的变焦透镜位置的和聚焦透镜位置的以及上述跟踪曲线的计算，可以判断到物体的距离(例如，摄像机1到监视目标“窗口”的距离)，并且，这样就可以判断到控制器3所规定的监视目标的距离。
图1中所示的跟踪曲线I是一条具有1.6米焦距的跟踪曲线，并且跟踪曲线II是一条具有无限远焦距的跟踪曲线。因此，在目标变焦位置Z1的“5米”焦距的N位置处两条跟踪曲线之间的内分比(x∶y)被计算出。内分比值与本实施例中跟踪曲线和聚焦位置之间的相互关系值相对应。在当前变焦位置Z2处相同的内分比(x∶y)位置n2被计算出。此计算是由目标位置计算器45，基于图3中所示透镜控制指令单元47的指令而执行的。
随后，将处于当前变焦位置Z2处的聚焦透镜位置n1移动到两条跟踪曲线之间的内分比(x∶y)的位置n2。根据变焦透镜的拉近操作，相继算出内分比(x∶y)的位置n3、位置n4、位置n5，并且，将聚焦透镜位置移动到每个位置，由此，最终将聚焦透镜位置设置到位置N。
通过以上述方式移动聚焦透镜，可以在所有时间里拾取聚焦的物体图像，甚至是在变焦透镜的拉近操作期间，并且，这样就可以将拾取的图像显示在监视器2上。而且，不必将聚焦透镜从位置K移到根据现有技术而指定的位置N。因此，可以提高拉近操作的处理速度，并且，还可以减小聚焦透镜的总移动量，使得，透镜驱动系统的寿命得以延长。
而且，根据本实施例，在图4所示的步骤S4中广度方向的变焦操作的情况下，当开始在广度方向变焦时，就计算在起始位置Z1的聚焦透镜位置N处两条跟踪曲线之间的内分比(x∶y)。聚焦透镜以下列顺序移动：位置N位置n5位置n4位置n3位置n2，同时保持相同的内分比(x∶y)，并且，最终将聚焦透镜移到参考位置n1。通过在上述的远端方向和广度方向之间切换跟踪方法，甚至在远端方向和广度方向的两个方向的变焦期间也能实现极为良好的聚焦状态下的物体图像。
根据本发明，提供了一种用于图像拾取装置的透镜驱动方法，通过该方法，在变焦期间，拾取的物体图像在所有时间内都是处于聚焦状态的图像。