CN102016710B - 摄像装置和用于控制摄像装置的方法 - Google Patents

Abstract

摄像装置1具有用于捕获具有至少一个对象的场景的第一图像的主传感器2。设有用于主传感器2的镜头3。与主传感器2间隔开地设置的至少一个辅助传感器6用于以与主传感器不同的视角捕获具有至少一个对象的场景的第二图像。用于立体检测的分析处理装置9基于第一和第二图像确定到至少一个对象的距离。自动对焦装置8将镜头3的焦点相应地调节到所确定的距离上。

Description

摄像装置和用于控制摄像装置的方法

技术领域

本发明涉及一种摄像装置。所述摄像装置适用于单个图像拍摄以及适用于运动图像的拍摄。本发明还涉及一种用于控制摄像装置的方法。

背景技术

可以借助于摄像装置来拍摄具有一个或多个对象的场景。为此，将摄像装置的镜头调节到合适的焦点，以便使场景清晰地成像。通常，为此选择这些对象中的一个对象并且将焦点调节到这个对象上。

可以手动进行焦点的调节。高品质的摄像装置通过具有专门的立体传感器的镜头捕获场景。由操作者改变镜头的焦距，直至图像片段中通过立体检测捕获的相位得到补偿。

用于调节焦点的主动方法借助于超声传感器测量到被选择的对象的距离或者投影和测量对象上的条纹图案。

在摄像装置中还可以实现面部识别***。在所拍摄的图像中通过面部识别来确定面部位置。随后，用于调节焦点的方法应用在已识别为面部的图像片段上。这种摄像装置限于人的拍照，此外在面部被衣服、胡须等部分覆盖时还会产生问题。

发明内容

具有权利要求1的特征的本发明涉及一种摄像装置。所述摄像装置具有用于捕获具有至少一个对象的场景的第一图像的主传感器。所述主传感器设有一个镜头。与主传感器间隔开地设置的至少一个辅助传感器用于以与主传感器不同的视角捕获所述场景的第二图像。用于立体观测的分析处理装置基于第一和第二图像来确定到所述至少一个对象的距离。自动对焦装置将镜头的焦点相应地调节到所确定的距离上。替换地或附加地，曝光调节装置根据捕获到的第二图像来调节主传感器的曝光。

根据本发明，实施以下用于控制摄像装置的步骤：

并行地借助于主传感器捕获场景的至少一个第一图像以及借助于至少一个辅助传感器从与主传感器不同的视角捕获所述场景的至少一个第二图像；

使第一和第二图像中的图像对象中的一个与对焦到它上面的对象相对应；

基于第一图像中所对应的图像对象相对于第二图像的移动来确定到所述对象的距离；以及

将用于主传感器的镜头的焦点相应地调节到所确定的距离上，和/或根据所捕获的第二图像调节主传感器的曝光。

摄像装置的自动对焦与对象类型无关地工作。可以省去对待拍摄的对象的高成本建模。可以唯一地通过其距离来表征对象。摄像装置可以跟踪所述对象并且保持焦点对准所述对象，即使在摄像装置的光轴在此期间指向另一对象。

附图说明

以下根据优选实施方式和附图来说明本发明。在附图中示出：

图1示出摄像装置的一个实施方式；

图2示出摄像装置的另一实施方式；

图3示出摄像装置的另一实施方式；以及

图4示出摄像装置的另一实施方式。

具体实施方式

图1示出摄像装置1的第一实施方式的正视图。摄像装置1具有用于拍摄图像的主传感器2。主传感器2可以包括CCD传感器或者CMOS传感器。符合目的地，主传感器2可以捕获场景的彩色图像。

在主传感器2前面设置有镜头3。镜头3具有可调节的焦点。摄像装置1如此控制镜头3，使得所期望的对象在主传感器2上清晰地成像。

在主传感器2前面可以设置光圈。光圈影响景深。景深随着光圈的开口直径的增大(光圈数的减小)而减小。如果摄取设置在距摄像装置不同距离上的对象，则因此减小光圈的开口。然而，这伴随着光通量的损失并且因此伴随着更长的曝光时间。

摄像装置1可以控制光圈。在此还考虑：待捕获的对象亮度如何。此外考虑：这些对象是否位于距摄像装置1的不同距离上，并且在必要时考虑这些不同的距离相对于平均距离具有何种偏差。以下说明用于确定到各个对象的距离的方法和相应的装置。

闪光装置5可以集成在摄像装置1中。通常在拍摄图像的同时触发闪光装置5。

与主传感器2在侧向上间隔开地设置辅助传感器6。因此，辅助传感器6和主传感器2从不同的方向捕获场景。由此得到立体检测的拍摄。

主传感器2的图像——以下称为第一图像和辅助传感器6的图像——以下称为第二图像被传输给分析处理装置9(图2)。分析处理装置9分别比较第一图像中的一个与同时拍摄的第二图像。在比较时，求得第一图像中相对于第二图像发生移动的像点和图像对象。由移动的量求得成像在图像对象中的对象到摄像装置1的距离。

这些图像对象可以根据它们到摄像装置1的距离进行分类。

在摄像装置1的半自动运行中，使用者可以选择这些图像对象中的一个或多个。这可以例如通过将主传感器2和镜头的光轴对准这个对象或者这些对象来实现。对于摄像装置1，按下按键、语音命令或者在对象上停留最小持续时间确认所述选择。在另一构型中，设有模式识别装置10，例如面部识别装置。模式识别求得预定义的图像对象并且将预定义的图像对象提供给使用者进行选择。

摄像装置1的自动对焦装置8根据所求得的到被选择的对象的距离确定最优焦点。在一构型中，为此平均距离被确定为算术平均值或者中值。最优焦点对应于所述平均距离。

可以由第一图像确定被选择的对象的亮度值。基于这些亮度值和预给定的曝光时间确定光圈的第一光圈数。

为了可以使所有被选择的对象清晰地成像，确定所需的景深。为此可以考虑被选择的对象的距离的方差。替换地，对于所需的景深考虑最小距离和最大距离。基于所求得的景深确定第二光圈数。

光圈可以由控制装置基于第一和第二光圈数进行调节。在一个变型方案中，光圈被优先调节到第一光圈数。然而，第一光圈数在此必须大于第二光圈数。否则，光圈被调节到第二光圈数并且在必要时增加曝光时间。

可以存储各个图像对象的距离测量。对于由主传感器拍摄的主图像的再处理或者进一步处理，可以考虑这些数据。距离测量或者主传感器的图像数据可被考虑用于所拍摄的对象的三维重新构建。

摄像装置的另一构型考虑对象的自身运动。所属的图像对象在第一图像序列中改变它们的位置。在此，还可能出现以下情形，这些情形由分析处理装置9分析处理：

图像对象在一个序列的相继的图像中不运动。首先，将这些图像对象与相对于摄像装置1不进行相对运动的对象相对应。所属的对象也可以位于距摄像装置1的很大距离上。在此，对象的可能运动或者摄像装置1相对于对象的相对运动导致如此小的方向变化，使得所述方向变化低于主传感器2的分辨率界限。分析处理装置9根据以上确定的对对象的距离测量来区分这两种情形。

图像对象以相同的速度在图像上运动，也即是说，以相同的数值和方向在图像上运动。运动尤其与各个对象到摄像装置1的距离无关。分析处理装置9将这种情景对应于摄像装置1的旋转运动。

如果分析处理装置9的分析表明：与相对较近的对象的图像对象相比之前被确定为远距离的对象的图像对象在两个相继的图像中具有更小的位移，则确定摄像装置1的相应的侧向平移运动。

对于图像对象的选择，分别由两个相继的图像确定图像中运动的方向向量。这些方向向量指向图像平面中的一个点。这个点被称为延伸焦点(Focus of Expansion)。延伸点随着摄像装置1的连续运动而变化。分析处理装置9由延伸点的运动确定摄像装置1在空间中的位置。

各个对象可以具有自身运动。运动的对象和不运动的对象与摄像装置1的相对速度不同。这导致自身运动的对象的图像对象具有不指向延伸焦点的方向向量。分析处理装置9可以根据所述偏差确定哪些对象具有自身运动。在根据不运动的对象确定摄像装置的轨迹之后，还可以由图像对象的运动确定其在空间中的轨迹。

一种构型提出，由对象在空间中所确定的轨迹确定下一1/10秒或下一秒的焦点。在分析处理装置9的相应计算性能下还可以对于更短的时间间隔确定焦点，并且在轨迹确定的相应精度下还可以对于更长的时间间隔确定焦点。焦点的预先计算尤其适用于补偿摄像装置1的快门速度。

另一构型使用被选择的图像对象的所确定的轨迹进行图像稳定。在此可以移动主传感器的有效区域。在CCD传感器情况下，激活整个传感器表面的一部分。跟随图像对象的运动，激活传感器表面的另一部分。

辅助传感器6可以是简单的黑/白传感器或者灰度传感器。辅助传感器6的分辨率可以低于主传感器2的分辨率。在通过图像的比较进行距离确定之前，可以首先以相应的灰度传输主传感器的图像数据。

一种实施方式提出，对于曝光测量考虑辅助传感器6的灰度值。辅助传感器6可以为此配备高暗视敏感度(Dunkelempfindlichkeit)和/或高动态性。一种特别优选的实施方式提出，对于亮度测量考虑被选择的图像对象的亮度值。可以如以上针于自动对焦进行描述的那样实施图像对象的选择。

在图2中示出了具有两个辅助传感器的实施方式。

摄像装置1的另一实施方式使用设置在外部的闪光装置上的辅助传感器(图3)。摄像装置1具有一个接口，辅助传感器的图像数据通过所述接口传输给摄像装置1的分析处理装置9。

摄像装置1的下一实施方式使用摄像装置1的壳体中的辅助传感器以及安装在外部的闪光装置上的辅助传感器(4)。

摄像装置1既可以是用于对单个图像进行拍照的照相机1也可以是摄录影片的摄像机。在此，摄像装置1既可以是紧凑型摄像装置也可以是反光镜摄像装置。此外，摄像装置1可以集成在机动车辆中用于监视内部空间或者机动车周围环境。在另一变型方案中，摄像装置1用作进行对象监视的固定安装的或者可运动的监视摄像装置。

Claims (10)

1.摄像装置，具有：

一主传感器(2)，用于捕获具有至少一个对象的场景的一第一图像；

一用于所述主传感器的镜头；

至少一个辅助传感器(6)，所述至少一个辅助传感器与所述主传感器(2)间隔开地设置，用于以与所述主传感器不同的视角捕获所述具有至少一个对象的场景的一第二图像；

一分析处理装置(9)，用于基于所述第一和第二图像来立体观测地确定到所述至少一个对象的距离；和

一自动对焦装置(8)，用于将所述镜头的焦点相应地调节到所确定的距离上，和一曝光调节装置，用于根据所捕获的第二图像来调节所述主传感器(2)的曝光，

其中，对于亮度测量考虑被选择的图像对象的亮度值。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

所述分析处理装置(9)被设置用于基于顺序拍摄的第一和第二图像来估计所述对象的轨迹；以及

所述自动对焦装置(8)基于所估计的轨迹对于一时刻调节所述镜头的焦点。

3.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，设有一模式识别装置(10)，用于选择所述至少一个对象。

4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述辅助传感器(6)是一灰度值传感器。

5.用于控制一摄像装置的方法，包括以下步骤：

并行地借助于一主传感器(2)捕获一场景的至少一个第一图像以及借助于至少一个辅助传感器(6)从与所述主传感器(2)不同的视角捕获所述场景的至少一个第二图像；

使所述第一和第二图像中的图像对象中的一个与一被对焦的对象相对应；

基于所述第一图像中所被对应的图像对象相对于所述第二图像的移动确定到所述对象的距离；以及

将用于所述主传感器(2)的镜头(3)的焦点相应地调节到所确定的距离上，和根据所捕获的第二图像调节所述主传感器(2)的曝光，

其中，对于亮度测量考虑被选择的图像对象的亮度值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述第一图像和/或所述第二图像的序列实施所述对象的运动估计；基于所述运动估计和所确定的到所述对象的距离确定在一未来时刻所述对象的距离；以及将所述焦点调节到所述对象的所述未来的距离上。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果这些第一图像具有比这些第二图像更高的分辨率，则在这些第一图像上实施所述运动估计，以及如果这些第二图像具有比这些第一图像更高的分辨率，则在所述第二图像上实施所述运动估计。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，一模式识别使所述图像对象与所述对象相对应。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述辅助传感器(6)的图像数据连同所述主传感器(2)的图像数据一起存储。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述主传感器(2)的捕获范围相应地移动到所述对象的一被估计的轨迹上。