一种影像系统 【技术领域】
本发明涉及一种影像系统。背景技术 本发明旨在改进现有的红外监测自动影像系统， 例如打猎相机 (TrailCamera) 和 无人侦察相机 (Scouting Camera)。
当前的打猎相机和无人侦察相机， 都有几个明显的缺点， 包括尺寸大， 功耗大， 和 夜间拍摄距离短及质量差等。如图 1 所示， 打猎相机和无人侦察相机， 一般通过红外侦察单 元 (PIR) 进行影像的侦测， 然后由感光器件进行影像的摄取 ； 如果是夜间， 还可以利用照明 单元进行夜间照明， 从而进行影像的摄取。然而， 尽管随着感光器件的不断进步， 感光灵敏 度已经有很大提升， 但是受红外探测距离以及夜间照相的灯光强度限制， 现有的打猎相机 和无人侦察相机的侦测的范围、 侦测视角及距离仍然有限， 为了提高侦测和照明范围， 通常 采用提高 PIR 的灵敏度和照明单元的功率， 从而需要很多的红外灯管照射灯和比较大的闪 光灯电容容量， 导致现有的打猎相机和无人侦察相机的尺寸和功耗很大。
发明内容
有鉴于上述背景， 本发明提供了一种影像系统， 能够在小尺寸、 低功耗的情况下， 扩展影像侦测范围。
为了解决上述技术问题， 本发明采用了如下技术方案 ：
一种影像系统， 包括至少一个影像摄取单元和至少一个与所述影像摄取单元物理 分离的影像侦测单元， 所述影像侦测单元包括第一侦测模块和第一通讯模块， 所述影像摄 取单元包括影像摄取模块和第二通讯模块， 所述第一影像侦测单元在所述第一侦测模块侦 测到目标物时， 由第一通讯模块向影像摄取单元发出信号， 所述影像摄取单元在所述第二 通讯模块收到所述第一通讯模块发出的信号后， 开启所述影像摄取模块摄取所需影像。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述影像侦测单元包括多个， 多个所述 影像侦测单元按预配置分布在不同侦测位置。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述第一通讯模块与所述第二通讯模块 之间的通讯方式包括红外通讯方式或无线通讯方式。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 在通讯方式为红外通讯方式时， 所述影 像侦测单元包括多个， 所述多个影像侦测单元采用级联方式、 枝联方式和矩阵联结方式中 的一种或多种进行通讯。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述第一侦测模块包括多个。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述影像侦测单元还包括第一照明模 块。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述第一照明模块包括可见光照明模 块、 红外照明模块、 红外激光照明模块中的一种或多种。在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述影像摄取单元包括多个。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述影像摄取模块摄取可见光影像、 红 外影像、 或可见光与红外都有的多光谱影像。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述影像摄取模块包括多个， 多个影像 摄取模块按预设方向布置为摄取不同方向的影像。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述影像摄取单元还包括第二侦测模 块。
在本发明所述影像系统的一种实施例中， 所述影像摄取单元还包括第二照明模 块。
在本发明所述影像系统的一种实施中， 所述第二照明模块包括可见光照明模块、 红外照明模块、 红外激光照明模块中的一种或多种。
本发明摒弃了通过增大相机的侦测功能单元的灵敏度和照明功能单元的功率来 扩充侦测和照明范围的传统方式， 通过设置与影像摄取单元物理分离的影像侦测单元， 从 而能够在小尺寸、 低功率的情况下， 扩展整个系统的侦测范围， 极大地提高了整个系统的性 能。 附图说明 图 1 是现有的打猎相机和无人侦察相机的侦测示意图 ；
图 2 是本发明一种实施例的影像系统示意图 ；
图 3 是本发明另一种实施例的影像系统示意图 ；
图 4 是本发明又一种实施例的影像系统示意图 ；
图 5 是本发明实施例的影像系统的应用示例示意图 ；
图 6 是本发明的 360°侦测下的实施例的应用示例示意图 ； 这个图显示的是侦测 单元与摄像单元枝联的情况 ；
图 7 是本发明的双向侦测下的实施例的应用示例示意图 ；
图 8 是本发明的在枝联基础上级联侦测的实施例的应用示例示意图
图 9 是本发明的多相机矩阵联结方式侦测下的实施例的应用示例示意图 ；
图 10 是本发明的枝联、 级联、 矩阵联结方式混和侦测下的实施例的应用示例示意 图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图 2 所示， 本发明的影像系统， 包括至少一个影像摄取单元和至少一个与所述 影像摄取单元物理分离的影像侦测单元， 所述影像侦测单元包括第一侦测模块和第一通讯 模块， 所述影像摄取单元包括影像摄取模块和第二通讯模块， 所述第一影像侦测单元在所 述第一侦测模块侦测到目标物时， 由第一通讯模块向影像摄取单元发出信号， 所述影像摄 取单元在所述第二通讯模块收到所述第一通讯模块发出的信号后， 开启所述影像摄取模块 摄取所需影像， 也即目标物影像。
从影像的侦测和摄取的特点看， 影像摄取在影像摄取方向上， 基本不受距离限制，其昼间摄取距离为无限远， 夜间摄取距离则由外部照明距离决定。 而影像的侦测， 不仅受到 方向的限制， 在侦测方向上， 还受到侦测距离的限制， 其有效的侦测距离一般为 10-15 米。 本发明摒弃现有技术的通过加大功率的方式来扩充影像侦测及照明的方式， 而采用物理分 离的方式， 即以影像摄取单元为中心， 在其周围布置一个或者多个影像侦测单元， 影像系统 好比一个行星系统中的行星， 周围的影像侦测单元就好比围绕这个 “行星” 的卫星， 影像侦 测单元布置在影像摄取单元的影像摄取范围内， 分别负责一片影像侦测范围 ( 可能有交叉 区域 )， 由于可以通过多个影像侦测单元的影像侦测范围的集合来达到扩充影像侦测范围 的目的， 因此， 可以设置单个影像侦测单元在小尺寸、 低功耗的情况下工作。
如果影像系统仅用于昼间影像摄取 ( 照明强度足够 )， 则影像侦测单元仅需要设 置用于侦测影像 ( 例如采用 PIR- 被动红外感应传感器， 其可以侦测 1-15 米范围内热源移 动物体 ) 的第一侦测模块以及用于与影像摄取单元进行通讯 ( 例如红外通讯方式、 无线通 讯方式等 ) 的第一通讯模块即可。
对于影像摄取单元， 其包括影像摄取模块 ( 用于可见光及红外影像的摄取， 例如 可以是由光学镜头和 CMOS 或 CCD 感光芯片构成的感光系统， 可以摄取静态图片， 也可以摄 取短片 )、 第二通讯模块 ( 用来与影像侦测单元的第一通讯模块进行通讯 )。
如图 3 所示， 影像摄取单元本身也可以包括第二侦测模块， 从而使得影像摄取单 元自身也具有影像侦测功能， 而无需借助影像侦测单元实现影像侦测。
如果影像侦测单元仅有一个， 而影像摄取单元未配置侦测模块， 则构成了远距侦 测， 即系统可以侦测离影像摄取单元较远距离的影像， 实现了侦测范围在距离上的扩展。
如果影像侦测单元仅有一个， 而影像摄取单元也配置了侦测模块， 则构成远近距 侦测， 即系统既可以侦测离影像摄取单元较远距离的影像 ( 影像侦测单元 )， 也可以侦测离 影像摄取单元较近距离的影像 ( 影像摄取单元自身 )， 这样， 不仅在距离上得到扩展， 而且 由于包括影像侦测单元和影像摄取单元的两片侦测区域， 使得侦测区域也得以扩大。
如果影像侦测单元包括多个 ( 影像摄取单元可以配置侦测模块， 也可以不配置侦 测模块 )， 则多个影像侦测单元可以按预配置分布在不同侦测位置， 从而可以实现不同距 离、 不同区域的侦测， 极大地扩展了侦测范围， 而对于每一个影像侦测单元， 都可以保持小 尺寸、 低功耗的特点。
对于每一个影像侦测单元， 其上配置的第一侦测模块可以是多个， 以侦测不同方 向的影像。
类似的， 对于影像摄取单元来说， 其可以是多个， 而每一影像摄取单元中的影像摄 取模块， 也可以是多个， 多个影像摄取模块按预设方向布置， 以便摄取不同方向的影像。
在影像摄取单元与影像侦测单元间的通讯上， 可以采用无线通讯方式， 也可以采 用红外通讯方式。 由于红外线为不可见光， 因此对环境影响很小， 并且红外光波长远小于无 线电波的波长， 所以红外通讯不会影响其他家用电器， 也不会影响临近的无线电设备。但 其传输距离较短。而无线通讯可以允许在发射器和接收器之间有障碍物， 在接收器的方向 性和距离方面都不会有较大的限制， 并且可以提供最佳的运动自由度。无线通讯可以双 向传输数字、 模拟、 串行和 CAN 数据， 传输距离可达到 300m， 其数据传输在 DECT(Digital Enhanced CordlessTelecommunications， 数字增强无绳通信 ) 和 433MHz 的基础上实现的， 采用微调控制装置可以快速和灵活地实现满足客户特定要求的应用。 无线通讯方式不限以上所述方式， 也可以涉及其它有效、 实用的无线通讯方式， 如 Wi-Fi， 蓝牙等可以进行无线通 讯的方式。
由于红外通讯方式的传输距离较短， 因此， 在通讯方式为红外通讯方式时， 如图 4 所示， 可以设置影像侦测单元为多个， 由多个影像侦测单元级联通讯， 例如影像侦测单元包 括 A 和 B， 影像侦测单元 B 距离影像摄取单元较远， 无法直接进行红外通讯， 则首先与影像侦 测单元 A 通讯， 传输影像摄取信号给影像侦测单元 A， 再由影像侦测单元 A 将所述影像摄取 信号传输给影像摄取单元。
如果影像系统需要在照明强度不够的昼间进行影像摄取或者在夜间进行影像摄 取， 则需要在影像侦测单元和 / 或影像摄取单元中增设照明模块。例如， 如图 2、 3、 4 所示， 可以在影像侦测单元中设置第一照明模块 ； 也可以在影像摄取单元中设置第二照明模块。
类似于侦测模块的设置， 如果设置了第一照明模块的影像侦测单元包括多个， 则 多个影像侦测单元可以按预设配置分布在不同侦测位置， 从而可以实现不同距离、 不同区 域的照明， 从而可以实现照明范围的扩展， 而对于每一个影像侦测单元， 都可以保持小尺 寸、 低功耗的特点。
第一照明模块或者第二照明模块， 可以是可见光照明模块、 红外照明模块、 红外激 光照明模块中的一种或多种。照明模块主要用于夜间照明强度不够时补充照明， 例如气体 管闪光灯或发光二极管 (LED)。红外照明或者红外激光照明模块主要用于夜间照明。 需要指出的是， 上述描述中的 “第一” 或者 “第二” 主要用于区分被说明的模块是 在影像摄取单元上， 还是在影像侦测单元上， 而不表示被说明的模块在工作方式上有不同。
下面以一应用示例对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
参见图 5-9， 该应用示例中， 影像系统包括中心相机和卫星机， 其中， 中心相机即前 述影像摄取单元， 卫星机即前述影像侦测单元。图中， 以虚线表示中心相机的影像摄取范 围， 长短线表示中心相机或者卫星机的影像侦测范围， 长双短线表示中心相机或者卫星机 的照明范围。需要注意的是， 图示的三种范围仅为示意性描述。
工作方式一
按图 5 做中心相机和卫星机布置， 组成一个相机、 侦测、 夜间补光照明系统。
中心相机在自己的侦测范围内， 可以自己独立工作。 当侦测模块侦测到目标物， 例 如热源移动物体时， 启动影像摄取模块进行拍照， 在拍摄环境的光照条件不足时， 可以启动 自带的红外灯 / 闪光灯 / 红外激光灯 ( 照明模块 ) 来为中心相机拍照补光。
在昼间， 利用卫星机可以扩大侦测范围， 当卫星机的侦测模块侦测到目标物时， 利 用远红外 / 无线通讯模块向中心相机发出信号， 启动中心相机对目标完成捕捉拍照。如果 采用红外通讯方式， 由于红外通讯方式有一定的指向性， 为便于定向， 可以在卫星机底部安 装转盘， 红外通讯口可以设置在转盘上， 以便通过转盘的转动方便地将红外通讯口调整为 指向中心相机上的红外通讯口。
在夜间， 利用卫星机， 可以对中心相机本身的红外灯 / 闪光灯 / 红外激光灯照明的 不足进行补偿， 增加对侦测到的目标物照射亮度， 或者对中心相机本身的红外灯 / 闪光灯 / 红外激光灯照明范围之外的目标物进行照明， 改善夜间拍摄时目标的拍摄效果。
工作方式二
如图 6 所示， 中心相机包括四个指向不同方向的影像摄取模块和四个卫星机， 用
枝联方式组成一个 360 度全方位的影像系统， 利用多个卫星机， 在 360 度范围内来侦测目标 物， 触发相应方向的影像摄取模块来捕捉拍照 / 录像。需要注意的， 本文的多影像摄取模块 的中心相机在实际应用中也可能是一组相机， 相机组中的各个相机分别布置为摄取不同方 向的影像。
红外通讯可以根据侦测方向直接启动对应方向中对应的影像摄取模块 ( 如在相 机组中， 则指该方向上的相机， 以下不再赘述 ) 来捕捉拍照 / 录像。
无线通讯可以根据卫星机的编号来分辨侦测方向， 从而启动相应方向的影像摄取 模块来完成拍照 / 录像。
工作方式三
如图 7 所示， 中心相机包括两个背向的影像摄取模块和两个卫星机， 组成一个背 向的影像系统， 利用背向的两个卫星机， 在相背的两个方向来侦测目标物， 触发相应方向的 影像摄取模块来捕捉拍照 / 录像。具体方式与工作方式二相同。
如图 5-7 中所述， 这种枝联 ( 多卫星机对一中心相机 ) 方式中， 每个结点上的卫星 机， 可以自由布置在中心相机的有效通讯范围内的拍摄视野中， 可以增加中心相机的有效 侦测范围， 有效的照明范围与照明效果。 有效拓展了现有打猎相机和侦测相机的应用范围。 此外， 也可以采用临时调整方向的方式， 例如在中心相机设置转向系统， 在收到某 一方向的卫星机的信号时， 通过转向系统将影像摄取模块 ( 镜头 ) 调整到相应方向进行影 像的摄取。
工作方式四
如图 8 所示， 不仅包含多个卫星机的枝联， 还包含多个卫星机之间的级联， 对一个 广域的地域进行侦测。这种级联方式， 在使用红外通讯时， 前级卫星机 ( 距中心相机更远 ) 的信号可以转发到后级卫星机 ( 距中心相机更近 ) 上， 一级一级转发， 直到中心相机上。这 样的级联层次原则上不受限制， 实际使用时， 根据信号强度来决定级联层次。
当侦测到目标物时， 会通过红外 / 无线通讯通知中心相机， 启动中心相机进行拍 摄或录像。通过级联的方式， 可以使单个卫星机的侦测距离不足的缺点得以弥补。
级联方式中， 每个结点上的卫星机， 可以联结向上联结上一级卫星机， 向下联结一 个或更多卫星机， 形成以中心机为核心的， 一个向外扩展形式的拓延方式， 在有效的通讯范 围内， 将一个广阔的扇形投影面积上的空间， 进行全方位侦测与拍摄。
工作方式六
如图 9 所示， 多个中心相机与多个卫星机 ( 矩阵联结方式 ) 并联起来， 对一个广域 的地域进行侦测， 每个卫星机都可触发目标物相应方向的中心相机来进行拍摄， 通过这种 多中心相机和卫星机的协同工作， 完成对一个广域的区域进行侦测。
矩阵联结方式中， 可以使用两或多个中心机， 两组或多组卫星机， 在每个结点上可 以是卫星机， 也可以是中心机， 通过有效的网络化结点方式， 形成多中心机， 多卫星机的一 种矩阵工作方式。将一个广域的、 多角度、 多高度的空间， 进行全方位侦测与拍摄。
矩阵联结方式中， 每个结点通过遥控信号的编码区分， 可以有效的协从工作。
工作方式七
如图 10 所示， 以上图 5-9 所示的工作方式， 可以混合使用， 可以将枝联、 级联、 矩阵 的联结方式， 混合在一起综合使用。 通过枝联、 级联、 矩阵联结的各自优点， 形成多种布置的
应用。 与现有技术相比， 本发明有以下特点 ：
现在的打猎相机或无人侦察相机的侦测系统都放置在主机上， 侦测的距离与侦测 视角有限。 而本发明分散的卫星机， 可以弥补这个不足， 可以将侦测距离扩展到通讯允许的 范围， 将多个卫星机按扇形布置， 就可以将侦测角度扩展， 所以多个卫星机与中心相机协从 工作， 可以延伸侦测的距离与角度。
在近距离侦测时， 距离小于 20 米范围， 可以采用红外通讯方式， 距离可以在 5-15 米范围， 有效的与中心相机实时进行通讯， 在中间存在障碍物时， 这种通讯方式的距离会有 所缩短。红外通讯的功耗很低， 一个 CR2025 电池， 可以使用 8-12 个月， 抗干扰能力强。
在远距离侦测时， 距离在 10-300 米范围内， 可以采用无线通讯方式， 无线通讯不 会因中间的障碍物使距离效果下降， 这样对分散布置卫星机， 是一个有效的实时通讯方式。 这种无线信号辐射较弱， 并不会对周围电子设备产生影响， 隐蔽性好， 功耗低， 一节七号电 池可以使用 8-12 个月。通过这样的通讯方式， 可以更好地使中心相机或卫星机得到隐蔽。
多个卫星机的阵列排列， 通过无线通讯方式， 可以使侦测距离提高到现在用单个 打猎相机或无人侦察相机侦测距离的两到二十四倍。其侦测距离可以增加到 10-300 米， 最 大通讯距离， 为无线通讯器件的最大使用距离， 为 300 米以内。如果使用大功率无线发射装 置， 遥控侦测距离可以增加到 1500 米。
通过红外通讯方式， 可以使侦测距离提高到现在用单个打猎相机或无人侦察相机 的两到十倍。其侦测距离可以增加到 10-30 米， 最大通讯距离， 为红外通讯器件的最大使用 距离， 为 30 米。
实际使用时， 任何一点的侦测， 都可以触发打猎相机或无人侦察相机， 拍照捕捉前 方目标侦察物体。
当前的打猎相机和无人侦察相机， 在夜间工作时侦测拍摄距离短， 外部补光强度 有限， 导致照射距离不足， 远处照片质量差， 为了寻求更远的夜间拍摄距离， 只好将本身的 照明系统功率加大， 这样就会使相机本身的体积加大， 并且使相机本身的功耗加大， 照明系 统的功耗占了相机功耗的 50％ -70％， 从而使相机的使用寿命减少。这就是为什么现有的 打猎相机和无人侦察相机的尺寸都很大的原因， 因为它们需要很多的红外照射灯和比较大 的闪光灯电容容量。如果只是单从加大相机本身的功率来看， 会使拍摄照片产生近距离曝 光过曝， 远距离曝光不足， 中心曝光过曝， 边缘曝光不足。
而使用本发明分散的卫星机进行照明， 通过阵列排列， 可以使侦测到拍照物体时， 实现照明分级， 做到均匀照明， 并且使照射距离和光照强度， 提高两到三倍。可以增强局部 照明， 进行重点照明增强， 使拍照效果显著提高， 弥补现有的照片亮度不够造成的照片质量 不高的缺陷， 也可以使中心相机不会因自身加大红外灯 / 闪光灯 / 红外激光灯的能量而加 大体积， 从而降低中心相机的工程尺寸， 实现中心相机的体积小型化， 使中心相机更具有使 用的隐蔽性。照明系统的电源系统分散到多个卫星机中， 可以使单个卫星机的功耗负荷减 少， 并且卫星机的体积也可以做到小型化。
本发明的这种多点红外监测自动影像系统， 利用无线或红外通讯， 由若干卫星机 与中心相机组成一个特定范围内的监控区域。红外探测头 ( 第一侦测模块 ) 和可能的红外 照射灯或闪光灯 ( 第一照明模块 )， 可以按多种侦察范围排列， 从而扩展红外探测头和可能
的红外照射灯或闪光灯的工作范围。在使用时， 可以使影像系统的视野增加到现有的打猎 相机或无人侦察相机的数倍， 夜间通过补光系统可以使影像系统的视野增加到现有的打猎 相机或无人侦察相机的数倍以上。提高夜间照明距离数倍以上。
综上所述， 本发明的主要思想是通过将卫星机分散配置， 从而将中心相机的尺寸 减小， 可以增加整个系统的使用时间， 提高系统的使用效率。
将卫星机分散配置， 从而将现在的打猎相机或无人侦察相机的使用领域扩展到更 多的实用领域， 增加了打猎相机或无人侦察相机的实用性。这样也可以减少用户的使用成 本， 提高系统的使用效率。
本发明在小型化和低功耗的情况下， 极大地提高系统的性能。本发明的影像系统 除了在动物监测方面有很重要的作用外， 也在安防方面显示出日益增长的价值。
本发明因中心相机与卫星机分离布置， 从而在设备安全方面， 可以有效保证中心 相机的安全， 使中心相机具有更隐蔽的布防效果。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定本发 明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说， 在不脱 离本发明构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护 范围。