红晕降低的摄像装置的制作方法

本发明涉及一种摄像装置，其用于摄取该摄像装置前方景象的至少一个图像，该摄像装置包括具有主光束路径的传感器摄像机，其中，所述传感器摄像机包括传感器、IR滤光器和物镜，其中，IR滤光器布置在物镜和传感器之间，其中，波长小于截止范围的光线经过IR滤光器进入传感器，且波长大于截止范围的光线被IR滤光器反射，其中，主光束路径从物镜延伸至传感器，其中，物镜包括最终光学元件，其中，最终光学元件是相邻于IR滤光器的光学元件。

背景技术：

IR截止滤光器通常用于彩色摄像机中，以便降低IR光的大小，否则的话会损害颜色生成。过去的IR截止滤光器是吸收式滤光器。吸收式滤光器的缺点是在可见光中损失大于3dB，因而导致摄像机的灵敏度损失。为了降低该灵敏度损失，引入了反射式IR滤光器。这种滤光器由镜片上的多层涂层制成。尽管这种反射式IR滤光器具有近乎理想的滤光特性，但是，波长中的截止边缘不是无限陡的，且截止波长附近的可见光的一部分也会被反射。

使用可旋转偏振滤光器从文献WO 2007/071290Al获知。该文献公开了一种用于CCTV应用的摄像装置。该摄像装置包括用于监视摄像装置前方景象的透镜。至少一个偏振器元件被分配至所述传感器，所述至少一个偏振器元件相对于所述传感器可旋转地安装，或所述偏振器元件使用光电效应。

技术实现要素：

本发明的目的是一种根据权利要求1的摄像装置以及一种根据权利要求13的视频监视系统。本发明的优选的和有益的实施例在从属权利要求、说明书和附图中公开。

本发明的主题是一种摄像装置。这种摄像装置例如用于传统的照相、摄影和视频监视系统、比如CCTV系统中。

该摄像装置适于摄取该摄像机前方景象的至少一个图像。在一个优选的实施例中，摄像机摄取一系列的图像。摄像装置包括传感器摄像机。传感器摄像机包括传感器、IR滤光器和物镜，其中，IR滤光器布置在物镜和传感器之间。传感器摄像机具有主光束路径。主光束路径是进入物镜的可见光的大部分所经过的途径。主光束路径从物镜延伸至传感器中。

IR滤光器被调整成适于反射式滤光器。IR滤光器具有截止范围和/或截止波长。波长小于截止范围的光线通过IR滤光器并沿循主光束路径。波长大于截止范围的光线被IR滤光器反射，且被反射的光线不沿循主光束路径。优选地，截止范围大于600nm，尤其大于650nm，特别是大于700nm。通常，滤光器和镜片不是理想的，因而不能达到100％的透射或100％的反射。尤其地，IR滤光器不是理想的滤光器，且从透射到反射的过渡不是无限陡的，波长在截止波长附近的光线被部分地反射和部分地透射。

物镜包括最终光学元件。最终光学元件是相邻于IR滤光器的元件。最终光学元件具有前侧和后侧。前侧是朝着物镜、因而朝着摄像装置前方景象的一侧。后侧是朝着IR滤光器的一侧。最终光学元件可以是透镜。尤其地，最终光学元件由透明材料制成。

根据本发明，IR滤光器以一倾斜角度倾斜，从而被反射的光线中的大部分和/或被反射光线(即，被IR滤光器反射的光线)中的全部被引导远离最终光学元件。特别地，被反射的光线中的多于80％被引导远离最终光学元件。尤其地，倾斜角度大到使得入射平行光束的被反射的光线中的少于20％到达最终光学元件，因而也没有被反射的光线到达物镜中的任何光学元件。

本发明的一个优点是，没有光线或仅少量光线被反射回到最终的邻近的透镜和物镜中的任何光学元件上，从而抑制了虚反射。虚反射可发生在被IR滤光器反射的光线也被最终光学元件或物镜中的任何光学元件反射、并沿循主光束路径且破坏图像的情况下。通过本发明，虚反射将不会破坏图像。

在一个优选的实施例中，倾斜角度的大小由反射强度限定。被IR滤光器反射的光线具有反射强度I_IR，R。优选地，反射强度是被IR滤光器反射到两pi半球(two-pi-hemisphere)中的强度。倾斜角度被调整成：使得少于20％的反射强度I_IR，R被反射到最终光学元件。尤其地，被反射到最终光学元件的强度定义为：被IR滤光器反射的光线的全部中可能被最终光学元件反射回IR滤光器的强度。在另一实施例中，反射强度I_IR，R是被反射的光线在设定波长区间中的强度。在另一实施例中，反射强度是波长大于设定波长的被反射的光线的强度。

优选地，摄像装置包括数字图像处理单元。数字图像处理单元可集成在摄像装置中，或可以是外部的数字图像处理单元。数字图像处理单元对所摄取的图像的红色施加位置依赖式可变增益。位置依赖式可变增益也可取决于摄像装置的物镜。数字图像处理单元可被调整成适于外部个人计算机。数字图像处理单元也可以是集成的微处理器。

本发明的该实施例的优点在于，可降低由非零主光线角度引起的色偏。非零主光线角度引起在滤光器相应的左/右、上/下侧上的入射角度的差别。由于IR滤光器是轻微角度依赖的，因此非零主光线角度造成色偏。倾斜角度和/或红色中的位置依赖式可变增益可取决于主光线角度。

在一个优选的实施例中，通过摄像装置摄取的图像至少包括红通道。尤其地，图像是RGB(红绿蓝(Red Green Blue))图像，并具有三个通道，其中，这三个通道是红、绿和蓝。数字图像处理单元对图像施加红通道中的位置依赖式增益。红通道中的位置依赖式增益可以是红通道的位置依赖式减弱或位置依赖式增强。

优选地，红通道中的位置依赖式增益或红增益具有线性渐变。线性渐变可以是一维或二维线性渐变。例如，红通道中的位置依赖式增益的线性渐变是在图像的水平方向上线性增加的增益因子。尤其地，线性渐变是单调增加的或单调减少的。位置依赖式增益因子及其渐变取决于传感器摄像机的主光线角度、IR滤光器的倾斜角度以及IR滤光器倾斜所围绕的轴线。线性渐变沿着一轴线，该轴线垂直于IR滤光器倾斜所围绕的轴线在传感器平面上的投影，其中，投影方向沿着主光束路径。

根据本发明的一个特殊改进，摄像装置包括致动器单元，其中，IR滤光器安装在致动器单元上。致动器单元适于将IR滤光器移动到主光束路径中和移出主光束路径。致动器单元可以是电机、电活性聚合物或压电致动器。优选地，致动器单元可将IR滤光器滑动和/或旋转到主光束路径中。

在本发明的一个特别优选的实施例中，致动器单元能够操作、以便将主光束路径中的IR滤光器更换为透明玻璃和/或透明塑料。尤其地，透明玻璃和/或透明塑料尤其具有与IR滤光器相同的形状和厚度，只不过是非反射式的。将IR滤光器更换为非反射式材料具有的优点是，IR光子可在对于黑白图像的暗光条件下使用。

另外，优选可使摄像装置包括旋转单元，其中，旋转单元能够操作、以便改变倾斜角度。尤其地，旋转单元安装在致动器单元上。例如，旋转单元是电机或压电元件。优选地，旋转单元通过将镜片围绕轴线旋转来改变角度。替代性地，旋转单元通过电调整螺钉来改变倾斜角度。摄像装置可包括多于一个的旋转单元，以便将IR滤光器绕着多于一条的轴线倾斜。该实施例的优点在于，在主光线角度改变的情况下可调整倾斜角度。这在传感器摄像机的物镜由普通物镜变成广角物镜时是有用的。

被认为有利的是，IR滤光器是平坦的且限定出IR平面。物镜限定出图像平面。于是，倾斜角度被定义为图像平面与IR平面之间的夹角。相交线可以是实的或虚的，且可在摄像装置内侧或外侧。

尤其地，倾斜角度大于10度，优选大于20度，特别是大于30度。倾斜角度小于70度。根据本发明的一个特殊改进，倾斜角度为25-35度。在该实施例中，被反射的IR光中的大多数未到达最终光学元件，但是也很小，从而最小化光学象差，比如散光、彗形象差和横向色差。

IR滤光器包括基底和实际滤光器，其中，实际滤光器材料沉积在基底上。尤其地，基底是玻璃或塑料。为了尽可能减小光学象差，IR滤光器薄于500微米，尤其薄于200微米，特别是薄于100微米。非常薄的IR滤光器的优点是，抑制了光学象差(比如散光、彗形象差和横向色差)。

尤其地，IR滤光器的厚度关联于倾斜角度，其中，IR滤光器的厚度随着倾斜角度增加而变大。这是因为，透射的光射线在特定IR滤光器内必须经历的路径随倾斜角度增加，且因而在可见区内的光线吸收也随着倾斜角度的增加而增加。对于更厚的IR滤光器，因而需要更大的倾斜角度。在一个特殊实施例中，倾斜角度小于40度，其中，IR滤光器的厚度小于1毫米，尤其小于500微米。

本发明的另一目的是一种包括至少一个摄像装置的超级监视系统。尤其地，该超级监视系统是CCTV系统。在一个优选的实施例中，超级监视系统仅包括一个摄像装置。在另一实施例中，超级监视系统包括多于一个的摄像机系统。超级监视系统也可包括没有倾斜式IR滤光器的通常的摄像机。超级监视系统具有的优点是，在监视区域中不会由于虚反射而发生信息丢失。

附图说明

将以下基于参照附图对示例性实施例的说明来描述本发明的有益的可能用途、目标和特征。在示意性附图中：

图1以侧视图示出了作为本发明的第一实施例的摄像装置；

图2从上方的视角示出了包括致动器单元的图1的摄像装置；

图3以侧视图示出了作为本发明的另一实施例的包括旋转单元的摄像装置；

图4示出了包括数字图像处理单元的摄像装置。

具体实施方式

图1示出了包括传感器摄像机2的摄像装置1。摄像装置可作为个人相机和/或视频摄像机使用。摄像装置也可用于CCTV系统或超速监视。尤其地，摄像装置安装在防风雨的壳体中。传感器摄像机2包括传感器3、IR滤光器4和物镜5。IR滤光器4布置在传感器3和物镜5之间。IR滤光器4安装在托架6中。托架6与传感器3连接，以便形成光腔。

物镜5包括最终光学元件7，其中，最终光学元件是透镜(lens)。在其他布置情况中，最终光学元件可以是玻璃板。IR滤光器4是反射式滤光器，其厚度小于0.1毫米，尤其厚度小于0.05毫米。IR滤光器4具有截止范围，其中，波长大于截止范围的光线被IR滤光器4反射。截止范围可具有低波长极限和高波长极限，其中，波长小于低波长极限的光线通过IR滤光器4，且波长大于高波长极限的光线被IR滤光器4反射。波长处于高波长极限和低波长极限之间的光线被IR滤光器4部分地反射且部分地透射。高波长极限和低波长极限之间的间隔小于50纳米，尤其小于10纳米。

主光束路径是波长小于截止范围的光线的入射途径。主光束路径从物镜5通过最终光学元件7并通过IR滤光器4进入传感器3。波长大于截止波长的两个示例入射IR光射线8a和8b在附图中示出。该示例入射IR光射线8a和8b通过物镜5且被IR滤光器根据反射定律反射，反射定律规定入射角等于反射角。因此，被反射光射线9a和9b也是平行的。

传感器3是CCD或超级CCD。传感器3替代性地可以是CMOS传感器。传感器3安装在PCB(印刷电路板)10上，其中，PCB 10形成光腔的后部。PCB 10可与图像处理单元连接。图像处理单元可以是摄像装置1的一部分，或可以是外部单元。

传感器摄像机2连同C接口装置(C-mount)操作。C接口装置将物镜5和传感器3之间的间距限制成至少17.5毫米。在该限制间距内，很难使用多于一个的倾斜IR滤光器来改变IR滤光器参数。

IR滤光器4以一倾斜角度倾斜。倾斜角度是物镜5的图像平面和IR滤光器4所在的平面所包括的角度。在该实施例中，倾斜角度是30度。尤其地，倾斜角度大于10度且小于50度。倾斜角度大到足以使被反射光线中的大部分被引导远离最终光学元件7。尤其地，实的或虚的入射平行光束8a和8b照射IR滤光器4。平行光束8a和8b的直径由物镜5的孔眼限制。倾斜角度大到足以使所有被反射的光束9a和9b不返回至最终光学元件7。尤其地，倾斜角度大到足以使外围射线8a和8b被引导远离最终光学元件。特别地，极值(extremal)光射线8a在相对的边界端部9a上不被反射，其中，极值光射线是通过物镜的外边界端部的光射线。通过这种选择的倾斜角度，没有反射光线到达最终光学元件7。

图2示出了摄像装置1的一部分。图2示出了最终光学元件7、IR滤光器4、传感器3和PCB 10。IR滤光器以一倾斜角度倾斜，其中，摄像装置的水平平面和IR滤光器之间的夹角是30度。主光束路径从最终光学元件10通过IR滤光器4进入传感器3。入射光束8a和8b也在图2中示出。反射光束未被示出，因为它们在竖直和水平方向上被反射，且在该图中不能与入射光束区分。

传感器摄像机2包括作为致动器的滑动单元，其中，滑动单元包括保持器和移动单元。保持器具有长条式形状，其中，IR滤光器4和透明玻璃12安装在保持器上。保持器提供了IR滤光器4和最终光学元件7之间的倾斜角度。特别地，透明玻璃12具有IR滤光器4的形状。优选地，透明玻璃12所处的区域和IR滤光器4所处区域是平行的。

波长小于截止范围的光线以及波长大于截止范围的光线可通过玻璃12。IR滤光器4和玻璃12沿着保持器相邻地布置，从而IR滤光器4处于主光束路径中或玻璃12处于主光束路径中。

移动单元能够操作以使保持器沿着纵向轴线转移，其中，纵向轴线是平行于保持器的较长侧的轴线。移动单元包括电机13和杆臂14。杆臂14将电机13与保持器连接。杆臂14与保持器12可枢转地连接，且与电机13不可枢转地连接。电机13围绕电机旋转轴线的旋转移动引起杆臂围绕电机旋转轴线的旋转。杆臂围绕电机旋转轴线的旋转和杆臂的可枢转连接可将IR滤光器移动到主光束路径中或移出主光束路径。因此，滑动单元能够操作以将主光束路径中的IR滤光器4更换为玻璃12。该实施例的优点在于，在主光束路径中玻璃12和IR滤光器4之间的更换使得传感器摄像机2能够在亮光和暗光条件下摄取图像。

图3示出了摄像装置1的一部分，包括最终光学元件7、IR滤光器4、传感器3和旋转单元15。旋转单元15包括保持器和电机。尤其地，所述电机是步进电机。IR滤光器4安装在保持器上，其中，在通常操作下IR滤光器4处于最终光学元件7和传感器3之间。电机能够操作以便旋转保持器。保持器的旋转改变了倾斜角度，且可用于例如在更换物镜5后调整倾斜角度。旋转单元15也可用于将IR滤光器4转出主光束路径。

传感器摄像机2适配于CS接口装置(CS-mount)。CS接口装置将最终光学元件7和传感器3之间的间距限制成最大12.5毫米。由于间距限制，不可使用多于一个的IR滤光器4，但旋转单元15能够操作，以便改变倾斜角度。倾斜角度的变化对应于IR滤光器4的参数变化，例如截止波长和透射率的变化。旋转单元15具有的优点是，由于倾斜角度的变化，一个IR滤光器4可用于不同的记录参数。

图4示出了包括数字图像处理单元16的摄像装置1。在该实施例中，数字图像处理单元16集成在摄像装置1中。在另一实施例中，数字图像处理单元16可以是外部单元。数字图像处理单元16可实现为计算机芯片、微控制器或个人计算机。数字图像处理单元16包括用于数据输入的接口17和用于数据输出的接口18。在本发明的一个特殊改进中，用于数据输入的接口17和用于数据输出的接口18可以是同一个。

摄像装置1摄取摄像装置1前方景象的至少一个图像19。尤其地，图像19是包括红通道的数字图像。数字图像可以是RGB图像(红、绿、蓝)、CMYK图像(青色、洋红、黄色和黑色(cyan，magenta，yellow and black))或HSV图像(色调饱和值)。图像19中的位置可通过坐标系统来描述。尤其地，图像19中的位置通过笛卡尔坐标系统——笛卡尔图像坐标系统20来描述。笛卡尔图像坐标系统具有x-轴(x_i)和y-轴(y_i)。尤其地，笛卡尔图像坐标系统20的x_i对应于摄像装置1的水平轴线(被称为x_c)，且笛卡尔图像坐标系统20的y_i对应于摄像装置1的竖直轴线(被称为y_c)。

图像19被提供至数字图像处理单元16。数字图像处理单元16对图像19施加红色中的增益，其中，红色中的增益是可变的，且取决于图像19中的位置。尤其地，红色中的增益从增益<1变化至增益>1。尤其地，红色中的增益可直接施加于数字图像的红通道。

红色中的增益在图像的至少一个方向上具有线性渐变。线性渐变的强度取决于倾斜角度和主光线角度的绝对值。线性渐变的方向取决于IR滤光器4倾斜所围绕的轴线的方向。在IR滤光器4围绕y_c轴线倾斜的情况下，线性渐变平行于x_i轴线。在IR滤光器4围绕x_c轴线倾斜的情况下，线性渐变平行于y_i轴线。

更一般地，线性渐变平行于渐变轴线21，其中，渐变轴线由IR滤光器4倾斜所围绕的轴线来确定。IR滤光器围绕倾斜轴线22倾斜。倾斜轴线22可在x_c-y_c坐标系统中描述。由于笛卡尔图像坐标系统20对应于x_c-y_c坐标系统，因此，倾斜轴线22可被转化并在笛卡尔图像坐标系统20中描述。渐变轴线21被计算为垂直于被转化的倾斜轴线22的轴线。

在对图像19施加红通道中的位置依赖式可变增益后，数字图像处理单元提供了颜色校正的图像23。颜色校正的图像23通过用于数据输出的接口18被提供为数字图像。数据输出18可被供送出摄像装置1。