CN112188046B - 摄像机的成像组件和摄像机及其滤光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种成像组件和摄像机及其滤光控制方法。基于本发明，摄像机的成像组件中可以包括布置在镜头与传感模组之间的滤光组件，该滤光组件包含至少两个相互拼合、且滤光属性互不相同的滤光元件，通过驱动滤光色轮的旋转，可以使滤光色轮的至少两个滤光元件循环经过成像视野，并且，在每个滤光元件处于对成像视野形成全遮挡的有效在位状态的期间内，都可以触发传感模组的曝光成像，从而，可以基于单镜头和单传感模组的硬件配置使摄像机支持不同波长段的光成像。相比于单镜头配合多传感器的方式，本发明不需要借助分光器件进行匹配多传感器的分光处理；相比于多镜头配合多传感器的方式，本发明可以避免多镜头之间的视差缺陷。

Description

摄像机的成像组件和摄像机及其滤光控制方法

技术领域

本发明涉及摄像领域，特别涉及一种摄像机(例如安防监控摄像机)的成像组件、应用该成像组件的一种摄像机、以及适用于该摄像机的一种摄像机的滤光控制方法。

背景技术

在某些监控场景中，需要摄像机的传感器利用特定波长的光进行曝光成像。例如，对于黑夜的监控场景，需要利用可见光和红外光分别曝光成像、并通过将可见光和红外光分别曝光成像得到的图像进行图像融合。再例如，对于多光谱检测的监控场景，需要利用不同波长段的可见光和红外光分别成像、用于进行光谱分析。

由此可见，如何使摄像机支持不同波长段的光成像，成为现有技术中有待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个实施例中提供了一种摄像机的成像组件，包括：

镜头；

传感模组，具有位于所述镜头的成像视野内的感光面；

圆形平面状的滤光组件，所述滤光组件布置在所述镜头与所述传感模组之间，其中，所述滤光组件包含至少两个相互拼合的滤光元件，并且，至少两个所述滤光元件的滤光属性互不相同；

驱动组件，与所述滤光组件传动连接；

其中，当所述驱动组件驱动所述滤光组件旋转时，所述滤光组件的至少两个所述滤光元件循环经过成像视野；

并且，所述传感模组用于在每个所述滤光元件对所述成像视野形成全遮挡的有效在位状态时曝光成像，其中，每个所述滤光元件的有效在位状态触发的曝光时长，不超过该滤光元件的有效在位状态的持续时长，以使所述传感组件交替生成由所述至少两个滤光元件循环滤光后的图像序列。

可选地，进一步包括：光感检测器，用于检测所述滤光组件在所述滤光元件之间的拼合界限产生的光感变化；其中，所述传感模组的曝光频率同步于所述光感检测器感测到的光感变化的频率，并且，所述驱动组件以所述光感检测器感测到的光感变化的频率为闭环反馈。

可选地，所述光感检测器包括光接收器和光发送器，其中；所述滤光组件可转动地设置在所述光接收器和所述光发送器之间，其中，至少两个所述滤光元件交替地透射和截止所述光发送器的光，使所述光接收器响应于对所述光发送器的光的接收成功和接收失败产生电压跳变信号。

可选地，滤光组件包括交替布置的第一滤光元件和第二滤光元件，其中，所述第一滤光元件对红外光截止、对可见光透视，所述第二滤光元件对红外光和可见光均透视。

可选地，所述滤光组件包括的至少两个所述滤光元件的透光波长区间互不相同，并且，每两个相邻所述滤光元件之间通过嵌合对红外光和可见光全波段透视的全透条形成拼合界限。

可选地，进一步包括光遮断传感器，其中，所述光遮断传感器具有分别布置在所述滤光组件的相反两侧的红外发射端和红外接收端。

可选地，所述驱动组件包括直流电机，其中，所述直流电机的转速受控于所述光感检测器感测到的光感变化频率。

可选地，所述驱动组件包括步进电机，其中，所述步进电机的转动角度以所述光感检测器感测到的光感变化频率为校正基准。

本发明的另一个实施例中提供了一种摄像机，包括：

镜头；

传感模组，具有位于镜头的成像视野内的感光面；

圆形平面状的滤光组件，所述滤光组件布置在镜头与传感模组之间，其中，滤光组件包含至少两个相互拼合的滤光元件，并且，至少两个滤光元件的滤光属性互不相同；

驱动组件，与滤光组件传动连接；

处理器，用于控制驱动组件驱动滤光组件旋转，使滤光组件的至少两个滤光元件循环经过成像视野；以及，响应于每个滤光元件对成像视野形成全遮挡的有效在位状态，触发传感模组的曝光成像，其中，每个滤光元件的有效在位状态触发的曝光时长，不超过该滤光元件的有效在位状态的持续时长，以使所述传感组件交替生成由所述至少两个滤光元件循环滤光后的图像序列。

可选地，进一步包括光感检测器，用于检测滤光组件在滤光元件之间的拼合界限产生的光感变化；处理器进一步用于根据光感变化的频率监测各滤光元件的有效在位状态的切换频率，并且根据有效在位状态的切换频率与传感模组的曝光频率之间的同步偏差调节驱动组件的转速，使传感模组的曝光时长同步落入在每个滤光元件的有效在位时长范围内；处理器进一步用于检测光感检测器感测到的光感变化，其中，每当检测到光感变化时，估算即将到达成像视野的滤光元件开始对有效在位区间全覆盖的延迟时间，当估算的延迟时间到达时，启动传感模组开始按照预设的曝光时长曝光。

可选地，所述光感检测器包括光接收器和光发送器，其中；所述滤光组件可转动地设置在所述光接收器和所述光发送器之间，其中，至少两个所述滤光元件交替地透射和截止所述光发送器的光，使所述光接收器响应于对所述光发送器的光的接收成功和接收失败产生电压跳变信号。

可选地，驱动组件包括直流电机；处理器进一步用于依据有效在位状态的切换识别频率，确定各滤光元件的有效在位状态的切换频率，并且根据确定的切换频率与传感模组的曝光频率之间的同步偏差实时调节驱动组件的转速。

可选地，驱动组件包括步进电机；处理器进一步用于通过对步进驱动组件的步长计数，估算各滤光元件的有效在位状态的切换频率，以及，依据有效在位状态的切换识别频率，周期性地对估算的切换频率进行校正、并对步进电机的转动角度进行补偿。

可选地，滤光组件包括交替布置的第一滤光元件和第二滤光元件，其中，第一滤光元件对红外光截止、对可见光透视，第二滤光元件对红外光和可见光全波段透视；光感检测器为光遮断传感器，其中，光遮断传感器具有分别布置在滤光组件的相反两侧的红外发射端和红外接收端；处理器进一步用于在滤光组件的每个旋转期间内，将传感模组分别在第一滤光元件和第二滤光元件有效在位时成像得到的图像进行图像融合处理。

可选地，滤光组件包括的至少两个滤光元件对可见光的透光波长区间互不相同，并且，每两个相邻滤光元件之间通过嵌合对红外光和可见光全波段透视的全透条形成拼合界限；光感检测器为光遮断传感器，其中，光遮断传感器具有分别布置在滤光组件的相反两侧的红外发射端和红外接收端；处理器进一步用于在滤光组件的每个旋转期间内，将传感模组分别在各滤光元件有效在位时成像得到的图像进行成组光谱分析。

本发明的另一个实施例中提供了一种摄像机的滤光控制方法，包括：

控制驱动组件驱动位于镜头与传感模组之间的圆形平面状的滤光组件旋转，使滤光组件的至少两个滤光元件循环经过镜头的成像视野；

响应于每个滤光元件对成像视野形成全遮挡的有效在位状态，触发传感模组的曝光成像；其中，每个滤光元件的有效在位状态触发的曝光成像的曝光时长，不超过该滤光元件的有效在位状态的持续时长，以使所述传感组件交替生成由所述至少两个滤光元件循环滤光后的图像序列。

可选地，控制驱动组件驱动位于镜头与传感模组之间的滤光组件旋转，使滤光组件的至少两个滤光元件循环经过镜头的成像视野包括：检测光感检测器感测到的滤光组件在滤光元件之间的拼合界限产生的光感变化；根据光感变化的频率监测各滤光元件的有效在位状态的切换频率；根据有效在位状态的切换频率与传感模组的曝光频率之间的同步偏差调节驱动组件的转速，使传感模组的曝光时长同步落入在每个滤光元件的有效在位时长范围内。

可选地，响应于每个滤光元件对成像视野形成全遮挡的有效在位状态，触发传感模组的曝光成像包括：检测光感检测器感测到的滤光组件在滤光元件之间的拼合界限产生的光感变化；每当检测到光感变化时，估算即将到达成像视野的滤光元件开始对有效在位区间全覆盖的延迟时间、并估算的延迟时间到达时启动传感模组开始按照预设的曝光时长曝光。

基于上述实施例，摄像机的成像组件中可以包括布置在镜头与传感模组之间的滤光组件，其中，滤光组件包含至少两个相互拼合、且滤光属性互不相同的滤光元件，通过驱动滤光组件的旋转，可以使至少两个滤光元件循环经过成像视野，并且，在每个滤光元件处于对成像视野形成全遮挡的有效在位状态的期间内，都可以触发传感模组的曝光成像，从而，可以基于单镜头和单传感模组的硬件配置使摄像机支持不同波长段的光成像。相比于单镜头配合多传感器的方式，上述实施例不需要借助分光器件对单镜头的入射光进行匹配多传感器的分光处理；相比于多镜头配合多传感器的方式，上述实施例基于单镜头成像可以避免多镜头之间的视差缺陷。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围：

图1为一个实施例中一种成像组件的装配结构示意图；

图2为如图1所示成像组件的分解结构示意图；

图3为如图1所示成像组件应用在摄像机中的控制架构示意图；

图4a至图4d为如图1所示成像组件的曝光周期示意图；

图5为如图1所示成像组件支持摄像机夜视拍摄的滤光色盘实例的示意图；

图6为如图5所示实例中的信号时序的示意图；

图7为如图1所示成像组件支持摄像机光谱采集的滤光色盘实例的示意图；

图8为如图7所示实例中的信号时序的示意图；

图9为如图1所示成像组件的滤光色盘布局原理示意图；

图10为如图1所示成像组件支持摄像机夜视拍摄的滤光色盘扩展实例的示意图；

图11为如图1所示成像组件支持摄像机光谱采集的滤光色盘扩展实例的示意图；

图12为如图11所示扩展实例支持的一光谱曲线示例的示意图；

图13为如图11所示扩展实例支持的另一光谱曲线示例的示意图；

图14为另一个实施例中的摄像机的滤光控制方法的示例性流程示意图；

图15为如图14所示滤光控制方法的实例流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

图1为一个实施例中一种成像组件的装配结构示意图。图2为如图1所示成像组件的分解结构示意图。图3为如图1所示成像组件应用在摄像机中的控制架构示意图。请参见图1并结合图2和图3，在一个实施例中，摄像机的成像组件可以包括镜头20、传感模组30、滤光组件50以及驱动组件40，并且，镜头20、传感模组30、滤光组件50以及驱动组件40可以通过镜头座10相互装配。

镜头座10包括基座11、支撑板12以及安装板13，其中，基座11开设有视野孔100，支撑板12位于基座11的侧边处、并将安装板13支撑在视野孔100的上方。

镜头20可以采用M12接口、C接口、CS接口、

接口等任意一种接口，并且镜头20可以固定装设于镜头座10，具体地，镜头20可以固定装设在安装板13，以使视野对准视野孔100。并且，从图1中可以看出，基座11、支撑板12以及安装板13形成容纳空间，镜头20可以部分设置在该容纳空间内。为了便于描述，后文中将视野孔100等效描述为成像视野100。

传感模组30可以包括例如CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或者CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)等任意一种基于曝光成像的图像传感器。其中，传感模组30可以固定装设于镜头座10，具体地，传感模组30可以装设于PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)300，并且，装设有传感模组30的PCB300可以通过例如螺钉等紧固件或者通过粘接等方式固定于镜头座10的基座11，并使传感模组30的图像传感器暴露在成像视野100中。即，传感模组30的图像传感器布置在外界光线经过镜头20射入摄像机形成的成像视野100内、并具有位于镜头20的成像视野100内的感光面。

滤光组件50具有偏离在摄像机的成像视野100之外的转动轴线、并且可转动地布置在镜头20与传感模组30之间，其中，滤光组件50具有偏离在摄像机的成像视野100之外的转动轴线、并包括围绕转动轴线布置的至少两个滤光元件51和52，并且，至少两个滤光元件51和52的滤光属性互不相同。

至少两个滤光元件51和52可以随滤光组件50的转动交替穿过前述的容纳空间。从而，至少两个滤光元件51和52可以交替在成像视野100内形成覆盖传感模组30的图像传感器的投影。并且，传感模组中可以进一步包括电子快门，在电子快门开启至电子快门关闭的时长内，至少两个滤光元件51和52中的任意一个在成像视野100内形成的投影始终覆盖传感模组30的图像传感器。

在图1至图3所示的实施例中，以滤光组件50包括两个滤光元件51和52为例。并且，在图1至图3所示的实施例中，仅仅是以滤光组件50为圆形平面状、滤光元件51和52为扇形平面状并且相互拼合为例，但这并不意味着排除滤光组件50以及滤光元件51和52的其他形态。其中，圆形平面状的滤光组件50可以称作滤光色轮，扇形平面状的滤光元件51和52可以称作扇区滤光片。

另外，在图1至图3所示的实施例中，仅仅是以滤光元件51和52的圆心角均为180度为例，但实际应用中，可以设置滤光元件51和52中的一个的圆心角小于180度、另一个的圆心角大于180度。并且，对于滤光元件的数量多于两个的情况，滤光元件的圆心角可以设置为更小的等分值，例如四个滤光元件的圆心角均为90°，或者滤光元件的圆心角可以设置为非等分值，例如四个滤光元件中的至少一个的圆心角大于/小于90度、其余的圆心角小于/大于90度。

驱动组件40与滤光组件50传动连接，例如，驱动组件40的转动轴线与滤光组件50的转动轴线可以对齐，以对滤光组件50提供具有旋转自由度的支撑，使得滤光元件51和52随滤光组件50的转动交替遮挡成像视野100。具体地，镜头座10的基座11在与支撑板12相对的另一侧边具有电机安装板14，驱动组件40可以通过螺接方式装设于电机安装板14，并且驱动组件40的输出轴连接在滤光组件50的圆心位置，从而，将滤光组件50支撑在基座11与装设于安装板的镜头20之间。

基于上述结构，驱动组件40可以驱动滤光组件50旋转，并且，当驱动组件40可以驱动滤光组件50旋转时，滤光组件50的各滤光元件51和52可以循环经过成像视野100，并且，传感模组50可以在每个滤光元件51或52对成像视野100形成全遮挡的有效在位状态时曝光成像。

图4a至图4d为如图1所示成像组件的曝光周期示意图。

请先参见图4a，在滤光元件51覆盖传感模组30之前，当滤光元件51和52之间的拼合界限500开始遮挡传感模组30时，滤光元件51处于不足以满足对成像视野100全覆盖的有效在位状态，此时传感模组30停止曝光，直至滤光元件51和52之间的拼合界限500越过传感模组30，即，传感模组30停止曝光的最短时长至少为拼合界限500经过无效曝光区间α_inv的转动时长。

请再参见图4b，跟随于如图4a所示的状态，当滤光元件51和52之间的拼合界限500越过传感模组30后，传感模组30可以在被滤光元件51全遮挡的情况下曝光成像，直至滤光元件51和52之间的拼合界限500再次开始遮挡传感模组30，即，传感模组30的曝光时长最长可以为拼合界限500经过有效曝光区间α_samp的转动时长。

请继续参见图4c，在滤光元件52覆盖传感模组30之前，当滤光元件51和52之间的拼合界限500开始遮挡传感模组30时，滤光元件52处于不足以满足对成像视野100全覆盖的有效在位状态，此时传感模组30再次停止曝光，直至滤光元件51和52之间的拼合界限500越过传感模组30，即，传感模组30停止曝光的最短时长仍然至少为拼合界限500经过无效曝光区间α_inv的转动时长。

请最后参见图4d，跟随于如图4c所示的状态，当滤光元件51和52之间的拼合界限500越过传感模组30后，传感模组30可以在被滤光元件52全遮挡的情况下曝光成像，直至滤光元件51和52之间的拼合界限500再次开始遮挡传感模组30，即，传感模组30的曝光时长最长仍然可以为拼合界限500经过有效曝光区间α_samp的转动时长。

从图4a至图4d可以看出，每个滤光元件51或52的有效在位状态(拼合界限500处于有效曝光区间α_samp内)触发曝光时长，不超过该滤光元件51或52的有效在位状态(即，对成像视野100形成全遮挡)的持续时长。而当滤光元件51和52之间的拼合界限500位于成像视野100中时，滤光元件51和52均对成像视野100形成彼此互补的局部遮挡，此时，对于滤光元件51和52而言，都不属于有效在位状态。

请回看图3，应用上述成像组件的摄像机可以包括处理器90，该处理器90用于控制驱动组件40驱动滤光组件50旋转，使滤光组件50的各滤光元件51和52循环经过成像视野100；并且，该处理器90还用于响应于每个滤光元件51或52对成像视野100形成全遮挡的有效在位状态，触发传感模组30的曝光成像。

为了确保传感模组30的曝光成像与每个滤光元件51或52的有效在位状态同步(例如曝光频率处于固定值的情况)，处理器90可以通过调节驱动组件40的转速，使传感模组30的曝光时长同步落入在每个滤光元件51或52的有效在位时长范围内。

考虑到对驱动组件40的转速调节的准确性，可以采用闭环控制的方式实时调节转速，或者也可以周期性地利用闭环反馈校正转速。

仍参见图1至图3，在该实施例中，摄像机的成像组件还可以进一步包括光感检测器60，该光感检测器60可以布置在邻近成像视野100的固定位置处。从图1至图3中可以看出，镜头座10的基座11在靠近支撑板12的位置处具有检测器安装板15，光感检测器60可以状设在检测器支架600，并且检测器支架600通过螺接方式固定于检测器安装板15。

并且，光感检测器60用于检测滤光组件50在滤光元件51和52之间的拼合界限500产生的光感变化。

例如，光感检测器60可以具有分别布置在滤光组件50的相反两侧的光发送器61和光接收器62，滤光组件50可以在光发送器61和光接收器62之间的槽口内旋转，其中，滤光元件51和52交替地透射和截止光发送器61的光，使光接收器62响应于对光发送器61的光的接收成功和接收失败产生高/低电压跳变信号，用于确定传感模组30的图像传感器正在或即将接收滤光元件51或52透射的光线。

也就是，当光发送器61发射的测试光由于滤光元件51或52的不同透光属性而发生变化时，光接收器62的感测结果也会发生相应的光感变化。并且，光感检测器60可以响应于检测到的光感变化，向处理器90输出检测脉冲信号，其中，检测脉冲信号可以具有响应于光感变化、并以滤光元件51和52之间的拼合界限500为跳变节点的波形。

处理器90通过检测光感检测器60感测到的滤光组件在滤光元件51和52之间的拼合界限500产生的光感变化频率，可以监测各滤光元件51和52的有效在位状态的切换频率，并且根据有效在位状态的切换频率与传感模组30的曝光频率之间的同步偏差，调节驱动组件40的转速，使传感模组30的曝光时长同步落入在每个滤光元件51或52的有效在位时长范围内。即，驱动组件40能够以光感检测器感测到的光感变化的频率为闭环反馈。

例如，若驱动组件40包括直流电机(如无刷直流电机)，则，该直流电机的转速可以受控于光感检测器60感测到的光感变化频率。具体地，处理器90可以依据有效在位状态的切换识别频率，确定各滤光元件51和52的有效在位状态的切换频率，并且根据确定的切换频率与传感模组30的曝光频率之间的同步偏差实时调节驱动组件40的转速。

再例如，若驱动组件40包括步进电机，则，该步进电机的转速可以以光感检测器60感测到的光感变化频率为校正基准。具体地，处理器90可以通过对步进驱动组件的步长计数，估算各滤光元件51和52的有效在位状态的切换频率，以及，依据有效在位状态的切换识别频率，周期性地对估算的切换频率进行校正、并对步进电机的转动角度进行补偿，以通过对转动角度的补偿间接实现对转速的约束调节。

并且，处理器90检测光感检测器60感测到的滤光组件在滤光元件51和52之间的拼合界限500产生的光感变化，还可以每当在检测到光感变化时，估算即将到达成像视野100的滤光元件51或52开始对有效在位区间全覆盖的延迟时间、并估算的延迟时间到达时启动传感模组30按照预设的曝光时长开始曝光。即，传感模组30的曝光频率可以同步于光感检测器60感测到的滤光组件在滤光元件51和52之间的拼合界限500产生的光感变化频率。

图5为如图1所示成像组件支持摄像机夜视拍摄的滤光色盘实例的示意图。请参见图5，该实例中的滤光组件50’包括交替布置的第一滤光元件51’和第二滤光元件52’，其中，第一滤光元件51’对红外光(波长在700至1000nm的范围内)截止，第二滤光元件52’透射红外光。进一步，对红外光截止的第一滤光元件51’可以透射可见光，并且，透射红外光的第二滤光元件52’可以对可见光截止、或者也可以同时透射可见光(即，全投射)。

此时，光感检测器60’可以选用光遮断传感器，其中，光感检测器60’具有分别布置在滤光组件50’的相反两侧的红外发射端和红外接收端，红外发射端和红外接收端的布置位置可以参考如图3中示出的光发送器61和光接收器62的布置位置。第二滤光元件52可以透射红外发射端的光，第一滤光元件51可以对红外发射端的光截止。

并且，图5中示出了对成像视野100全遮挡的有效在位区间α_cov，光感检测器60’的固定位置与有效在位区间α_cov之间存在预检偏差区间α_pre，即，当第一滤光元件51’与第二滤光元件52’的拼合界限500’到达光遮断传感器60’的固定位置时，第一滤光元件51’或第二滤光元件52’尚未到达有效在位区间α_cov。

此时，处理器90可以估算第一滤光元件51’与第二滤光元件52’的拼合界限500’越过有效在位区间α_cov、并使即将到达成像视野100的第一滤光元件51’或第二滤光元件52’开始对有效在位区间α_cov全覆盖的延迟时长，处理器90还可以在预测的延迟时长到达后启动传感模组30按照预设的曝光时长开始曝光。

当传感模组30开始曝光后，其曝光时长最大可以为有效曝光区间α_samp对成像视野100持续全覆盖的时长，而在不足以满足对成像视野100全覆盖的无效曝光区间α_inv内，传感模组30的曝光停止。

其中，无效曝光区间α_inv的相位幅度不小于有效在位区间α_cov的相位幅度，并且，虽然图5中以无效曝光区间α_inv的相位幅度小于预检偏差区间α_pre的相位幅度为例，但这并不应当理解为无效曝光区间α_inv的相位幅度与预检偏差α_pre的相位幅度之间存在必然的取值关系，即，无效曝光区间α_inv的相位幅度也可以等于或者大于预检偏差区间α_pre的相位幅度。

可以理解的是，无论无效曝光区间α_inv与预检偏差α_pre的相位幅度存在何种取值关系，连续两次的有效曝光区间α_samp之间的帧间间隔都可以由无效曝光区间α_inv来确定。

图6为如图5所示实例中的信号时序的示意图。请参见图6：

当第一滤光元件51’经过光感检测器60’的红外发射端和红外接收端之间的槽口时，由于第一滤光元件51’对红外光的截止特性，红外接收端会由于无法检测到红外发射端发射的红外光而产生低电平；

当第二滤光元件52’经过光感检测器60’的红外发射端和红外接收端之间的槽口时，由于第二滤光元件52’对红外光的透光特性，红外接收端会由于检测到红外发射端发射的红外光而产生高电平；

如此循环，即可形成响应于光感变化、并以第一滤光元件51’和第二滤光元件52’之间的拼合界限500’为跳变节点的脉冲方波。

相应地，处理器90可以响应于如图6所示的光感检测器60’的输出信号中的上升沿和下降沿来监测第一滤光元件51’和第二滤光元件52’的有效在位状态的切换频率，并且根据有效在位状态的切换频率与传感模组30的曝光频率之间的同步偏差，调节驱动组件40的转速，使传感模组30的曝光时长期间内的曝光时长同步落入在第一滤光元件51’或第二滤光元件52’对应于有效曝光区间α_samp的有效在位时长范围内。

从而，在图6中示出的成像模组的曝光输出中，包括在第一滤光元件51’有效在位时通过曝光成像产生的成像图像P1、以及第二滤光元件52’有效在位时通过曝光成像产生的成像图像P2。也就是，滤光组件50设置在镜头20与传感模组30之间，可以使传感模组30的图像传感器交替产生成像视野100被第一滤光元件51遮挡时的第一图像P1、以及成像视野100被第二滤光元件52遮挡时的第二图像P2。

并且，在图6中示出的成像模组的曝光输出中，成像图像P1和成像图像P2的产生被约束在有效曝光区间α_samp内，并且成像图像P1和成像图像P2之间的帧间间隔由无效曝光区间α_inv确定。

基于上述原理，处理器90还可以在滤光组件50’的每个旋转期间内，将传感模组30分别在第一滤光元件51’和第二滤光元件52’有效在位时成像得到的图像P1和P2进行图像融合处理得到融合图像，以实现夜间拍摄功能。

而且，处理器90可以进一步用于根据摄像机所在时区的昼夜时间控制驱动组件40的启动和停止，其中，处理器90可以控制驱动组件40在白昼时间段停止在使第二滤光元件52’处于有效在位的相位位置，并且，处理器90可以控制驱动组件40在黑夜时间段启动。

可以理解的是，图5中仅仅是以一个第一滤光元件51’和一个滤光元件52’为例，但滤光组件50也可以包括多个第一滤光元件51’和多个滤光元件52’。例如，第一滤光元件51’或第二滤光元件52’的数量为诸如2、4、6或8等偶数。再例如，第一滤光元件51的数量和第二滤光元件52的数量可以是相同的，且第一滤光元件51’和第二滤光元件52’交替设置。

虽然在图5所示的实例中示出了第一滤光元件51’和第二滤光元件52’均覆盖180度相位区间的等角分布方式，但实际应用中，第一滤光元件51’和第二滤光元件52’也可以不设置为等角分布。

图7为如图1所示成像组件支持摄像机光谱采集的滤光色盘实例的示意图。请参见图7，该实例中的滤光组件50”的滤光元件51”和52”对红外光截止、对可见光的透光波长区间互不相同。

此时，光感检测器60”仍可以选用光遮断传感器，但不同于如图5所示的实例，该实例中的光感检测器60”具有分别布置在滤光组件50”的相反两侧的红外发射端和红外接收端(红外发射端和红外接收端的布置位置可以参考如图3中示出的光发送器61和光接收器62的布置位置)。

由于光感检测器60”的红外发射端发出的红外光对于所有滤光元件51”和52”均是截止的，因此，为了在滤光元件51”和52”的拼合界限处产生光感变化，可以在相邻滤光元件51”和52”之间通过嵌合对红外光和可见光全波段透视的全透条600形成拼合界限。

并且，图7中同样示出了对成像视野100全遮挡的有效在位区间α_cov，光感检测器60”的固定位置与有效在位区间α_cov之间存在预检偏差区间α_pre。并且，处理器90可以估算出滤光元件51”和52”之间由全透条600形成的拼合界限越过有效在位区间α_cov、并足以使滤光元件51”或52”对有效在位区间α_cov全覆盖的延迟时长，相应地，处理器90可以在预测的延迟时长到达后启动传感模组30开始曝光。

当传感模组30开始曝光后，其曝光时长最大可以为有效曝光区间α_samp对成像视野100持续全覆盖的时长，而在不足以满足对成像视野100全覆盖的无效曝光区间α_inv内，传感模组30的曝光停止。

图8为如图7所示实例中的信号时序的示意图。请参见图8：

当光感检测器60”的红外接收端在成像视野100被滤光元件51”或52”遮挡而无法感测到红外发射端产生的红外光时，可以产生低电平，而当光感检测器60”的可见光接收器红外接收端感测到可见光发送器红外发射端产生的红外见光时，则可以产生高电平；

因此，每当滤光元件51”和52”之间由全透条600形成的拼合界限经过光感检测器60”的红外发射端和红外接收端之间的槽口时，全透条500会导致红外接收端对红外发射端的红外光产生短暂的有效感测，并在有效感测时产生高电平的窄脉宽跳变；

由此，即可形成响应于光感变化、并以全透条500为跳变节点的脉冲方波。

相应地，处理器90可以响应于如图8所示的光感检测器60”的输出信号中的高电平窄脉宽来监测滤光元件51”和52”的有效在位状态的切换频率，并且根据有效在位状态的切换频率与传感模组30的曝光频率之间的同步偏差，调节驱动组件40的转速，使传感模组30的曝光时长期间内的曝光时长同步落入在滤光元件51”或52”对应于有效曝光区间α_samp的有效在位时长范围内。

从而，在图8中示出的成像模组的曝光输出中，包括在滤光元件51”和52”分别有效在位时通过曝光成像产生的成像图像P1和P2。并且，在图8中示出的成像模组的曝光输出中，成像图像P1和P2的产生被约束在有效曝光区间α_samp内，并且成像图像P1和成像图像P2之间的帧间间隔由无效曝光区间α_inv确定。

基于上述原理，处理器90还可以在滤光组件50”的每个旋转期间内，将传感模组30分别在滤光元件51”和52”有效在位时成像得到的图像P1和P2进行成组光谱分析，以实现光谱摄像机的功能。

可以理解的是，虽然如图7所示实例中以滤光元件51”和52”均覆盖180度相位区间的等角分布方式为例，但滤光元件51”和52”也可以不设置为等角分布。

实际应用时，光感检测器60’或60”的固定位置可以根据空间布置需要而任意调整，对于由此引发的预检偏差区间α_pre的相位幅度变化，处理器90可以通过预估时间的调节来适配。

并且，由于无效曝光区间α_inv的相位幅度与有效曝光区间α_samp可以是互补的，因此，根据期望的曝光时长，可以任意调整无效曝光区间α_inv与有效曝光区间α_samp的占比来适配。

或者，对于曝光时长的适配，也可以通过控制驱动组件40变速旋转，即，在无效曝光区间α_inv以不同于(例如高于)有效曝光区间α_samp的转速转动。

而且，无论是如图5所示的实例还是如图7所示的实例，滤光组件50’或50”的转速和传感模组30的曝光时长，都可以根据期望帧率来设定。

例如，对于如图5所示的实例，假设对融合图像的期望帧率为f帧/秒，则传感模组30需要利用第一滤光元件51’和第二滤光元件52’的有效在位状态曝光成像2f帧/秒，为此，驱动组件40的转速可以设定为f圈/秒，并且，传感模组30在第一滤光元件51’和第二滤光元件52’中的每一个有效在位时，完全覆盖有效曝光区间α_samp的曝光时长可以设定为Xms，无效曝光区间α_inv的帧间间隔占用Yms，其中，2×(X+Y)＝1/f。

上述举例对于如图7所示的实例同理。

若希望调高期望帧率，则可以等比例增加驱动组件40的转速，或者，也可以增加滤光元件的数量。

对于滤光元件的数量增加，需要考虑滤光组件50的尺寸设计和相对于传感模组30的位置布置。

图9为如图1所示成像组件的滤光色盘布局原理示意图。请参见图9，对成像视野100全遮挡的有效在位区间α_cov，可以由传感模组30在滤光组件50的切向方向上的宽度尺寸W、以及传感模组30相对于滤光组件50的圆心距离E来确定。即，传感模组30的宽度尺寸W越小、和/或传感模组30的圆心距离E越大，有效在位区间α_cov的区间范围越窄；有效在位区间α_cov的区间范围越窄，滤光元件的数量可以更多。与此同时，滤光组件50的半径需要大于传感模组30的圆心距离D与传感模组30在滤光组件50的径向方向上的长度尺寸L之和。

由此可以理解的是，上述的实施例不应当对滤光元件的数量构成不必要的限定。即，滤光组件包括的滤光元件可以是至少两个。

图10为如图1所示成像组件支持摄像机夜视拍摄的滤光色盘扩展实例的示意图。请参见图10，在该扩展实例中，滤光组件70可以包括两对交替布置的第一滤光元件71和第二滤光元件72，其中，第一滤光元件71对红外光截止、对可见光透视，第二滤光元件72对红外光和可见光均透视，并且，光感检测器60’可以选用利用红外光测试的光遮断传感器，用于检测滤光组件70在滤光元件71和72之间的拼合界限700产生的光感变化。

相比于如图5所示的实例，如图8所示的扩展实例在驱动组件40的转速相等、组件尺寸的情况下，支持的期望帧率可以为如图5所示实例的两倍，即，如图8所示的实例中，4×(X+Y)＝1/f，但传感模组30的曝光时长会低于如图5所示的实例。

另外，如图8所示的扩展实例中，两对第一滤光元件71和第二滤光元件72可以等角设置，也可以非等角设置，只要能够与传感模组30的曝光时长相匹配即可。

图11为如图1所示成像组件支持摄像机光谱采集的滤光色盘扩展实例的示意图。请参见图11，在该扩展实例中，滤光组件70’可以具有对红外光截止、对可见光的透光波长区间互不相同的四个滤光元件71’、72’、73’以及74’。而且，四个滤光元件71’、72’、73’以及74’中每两个相邻滤光元件可以通过嵌合全透条800形成拼合界限，以供光感检测器60”检测滤光组件70’在滤光元件之间之间由全透条800形成的拼合界限产生的光感变化并提供给处理器90。

例如，四个滤光元件71’、72’、73’以及74’可以从以下的备选滤光片中选取任意组合：

备选滤光片1：对430至460nm的蓝色可见光Band_B1、540至560nm的绿色可见光Band_G1以及640至660nm的红色可见光Band_R1这三个波长区间带透；

备选滤光片2：对450至470nm的蓝色可见光Band_B2、520至540nm的绿色可见光Band_G2以及620至640nm的红色可见光Band_R2这三个波长区间带透；

备选滤光片3：对490至510nm的蓝色可见光Band_B3、570至590nm的红色可见光Band_R3这两个波长区间带透；

备选滤光片4：对400至420nm的蓝色可见光Band_B4、670至690nm的红色可见光Band_R4这两个波长区间带透；

备选滤光片5：对470至490nm的蓝色可见光Band_B5、590至610nm的红色可见光Band_R5这两个波长区间带透。

图12为如图11所示扩展实例支持的一光谱曲线示例的示意图。如图12所示，利用包含上述四个滤光元件71’、72’、73’以及74’的滤光组件70’，可以提供多个可见光波长区间的光谱采集，从而可以通过光谱分析，拟合出400至690nm可见光波段的光谱曲线。

而且，备选滤光片也可以选用两个、三个或者五个的组合方式，以支持上述四个滤光元件71’、72’、73’以及74’被替代为其他滤光元件数量的实例。

图13为如图11所示扩展实例支持的另一光谱曲线示例的示意图。如图13所示，另外，除了对可见光透光的备选滤光片之外，滤光组件70中还可以进一步增加对红外光透光的滤光元件，从而可以使得光谱曲线同时涉及可见光波段和红外波段Band_Inf，例如710至730nm、750至770nm、810至830nm以及850至870nm等波段。

即，滤光组件70包括的滤光元件可以进一步扩增为六个、七个甚至更多。

而且，滤光组件70包括的滤光元件可以等角设置，也可以非等角设置，只要能够与传感模组30的曝光时长相匹配即可。

图14为另一个实施例中的摄像机的滤光控制方法的示例性流程示意图。请参见图14，在另一个实施例中，一种摄像机的滤光控制方法可以包括：

S1410：控制驱动组件驱动位于镜头与传感模组之间的滤光组件旋转，使滤光组件的至少两个滤光元件循环经过镜头的成像视野；

S1420：响应于每个滤光元件对成像视野形成全遮挡的有效在位状态，触发传感模组的曝光成像，其中，每个滤光元件的有效在位状态触发的曝光时长，不超过该滤光元件的有效在位状态的持续时长。

上述S1410可以进一步以光感检测器感测到的光感变化的频率为驱动组件的闭环反馈。例如，S1410可以检测光感检测器感测到的光感变化，并根据光感变化的频率监测各滤光元件的有效在位状态的切换频率，以及根据有效在位状态的切换频率与传感模组的曝光频率之间的同步偏差调节驱动组件的转速，使传感模组的曝光时长同步落入在每个滤光元件的有效在位时长范围内。

上述S1420可以进一步使传感模组的曝光频率同步于光感检测器感测到的光感变化的频率。例如，S1420可以检测光感检测器感测到的光感变化，并且，每当检测到光感变化时，估算即将到达成像视野的滤光元件开始对有效在位区间全覆盖的延迟时间，当估算的延迟时间到达时，启动传感模组开始按照预设的曝光时长曝光。

图15为如图14所示滤光控制方法的实例流程示意图。请参见图15，如图14所示的滤光控制方法可以扩展为包括如下步骤：

S1510：控制驱动组件以预设的缺省转速驱动位于镜头与传感模组之间的滤光组件旋转，使滤光组件的至少两个滤光元件循环经过镜头的成像视野。

S1520：检测滤光元件的有效在位状态切换。

S1530：响应于检测到的有效在位状态切换，触发传感模组以预设的曝光时长，曝光成像，然后返回S1520。

S1540：监测滤光元件的有效在位状态的切换频率与传感模组的曝光频率之间的同步偏差。

S1550：响应于监测到的同步偏差，调节驱动组件的输出转速，然后返回S1540。

本步骤所述的调节转速，对于驱动组件选用直流电机的情况，可以是实时调节，而对于驱动组件选用步进电机的情况，则可以是周期性地校正。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (18)

1.一种成像组件，其特征在于，包括：

镜头；

传感模组，具有位于所述镜头的成像视野内的感光面；

圆形平面状的滤光组件，所述滤光组件布置在所述镜头与所述传感模组之间，其中，所述滤光组件包含至少两个相互拼合的滤光元件，并且，至少两个所述滤光元件的滤光属性互不相同；

驱动组件，与所述滤光组件传动连接；

其中，当所述驱动组件驱动所述滤光组件旋转时，所述滤光组件的至少两个所述滤光元件循环经过成像视野；

并且，所述传感模组用于在每个所述滤光元件对所述成像视野形成全遮挡的有效在位状态时曝光成像，以交替生成由所述至少两个滤光元件循环滤光后的图像序列，其中，每个所述滤光元件的有效在位状态触发的曝光时长，不超过该滤光元件的有效在位状态的持续时长。

2.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，进一步包括：

光感检测器，用于检测所述滤光组件在所述滤光元件之间的拼合界限产生的光感变化；

其中，所述传感模组的曝光频率同步于所述光感检测器感测到的光感变化的频率，并且，所述驱动组件以所述光感检测器感测到的光感变化的频率为闭环反馈。

3.根据权利要求2所述的成像组件，其特征在于，所述光感检测器包括光接收器和光发送器，其中；

所述滤光组件可转动地设置在所述光接收器和所述光发送器之间，其中，至少两个所述滤光元件交替地透射和截止所述光发送器的光，使所述光接收器响应于对所述光发送器的光的接收成功和接收失败产生电压跳变信号。

4.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，滤光组件包括交替布置的第一滤光元件和第二滤光元件，其中，所述第一滤光元件对红外光截止、对可见光透视，所述第二滤光元件对红外光和可见光均透视。

5.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，

所述滤光组件包括的至少两个所述滤光元件的透光波长区间互不相同，并且，每两个相邻所述滤光元件之间通过嵌合对红外光和可见光全波段透视的全透条形成拼合界限。

6.根据权利要求4或5所述的成像组件，其特征在于，进一步包括光遮断传感器，其中，所述光遮断传感器具有分别布置在所述滤光组件的相反两侧的红外发射端和红外接收端。

7.根据权利要求2所述的成像组件，其特征在于，所述驱动组件包括直流电机，其中，所述直流电机的转速受控于所述光感检测器感测到的光感变化频率。

8.根据权利要求2所述的成像组件，其特征在于，所述驱动组件包括步进电机，其中，所述步进电机的转动角度以所述光感检测器感测到的光感变化频率为校正基准。

9.一种摄像机，其特征在于，包括：

镜头；

传感模组，具有位于镜头的成像视野内的感光面；

圆形平面状的滤光组件，所述滤光组件布置在镜头与传感模组之间，其中，滤光组件包含至少两个相互拼合的滤光元件，并且，至少两个滤光元件的滤光属性互不相同；

驱动组件，与滤光组件传动连接；

处理器，用于控制驱动组件驱动滤光组件旋转，使滤光组件的至少两个滤光元件循环经过成像视野；以及，响应于每个滤光元件对成像视野形成全遮挡的有效在位状态，触发传感模组的曝光成像，其中，每个滤光元件的有效在位状态触发的曝光时长，不超过该滤光元件的有效在位状态的持续时长，以使所述传感组件交替生成由所述至少两个滤光元件循环滤光后的图像序列。

10.根据权利要求9所述的摄像机，其特征在于，进一步包括光感检测器，用于检测滤光组件在滤光元件之间的拼合界限产生的光感变化；

处理器进一步用于根据光感变化的频率监测各滤光元件的有效在位状态的切换频率，并且根据有效在位状态的切换频率与传感模组的曝光频率之间的同步偏差调节驱动组件的转速，使传感模组的曝光时长同步落入在每个滤光元件的有效在位时长范围内；

处理器进一步用于检测光感检测器感测到的光感变化，其中，每当检测到光感变化时，估算即将到达成像视野的滤光元件开始对有效在位区间全覆盖的延迟时间，当估算的延迟时间到达时，启动传感模组开始按照预设的曝光时长曝光。

11.根据权利要求10所述的摄像机，其特征在于，所述光感检测器包括光接收器和光发送器，其中；

所述滤光组件可转动地设置在所述光接收器和所述光发送器之间，其中，至少两个所述滤光元件交替地透射和截止所述光发送器的光，使所述光接收器响应于对所述光发送器的光的接收成功和接收失败产生电压跳变信号。

12.根据权利要求10所述的摄像机，其特征在于，

驱动组件包括直流电机；

处理器进一步用于依据有效在位状态的切换识别频率，确定各滤光元件的有效在位状态的切换频率，并且根据确定的切换频率与传感模组的曝光频率之间的同步偏差实时调节驱动组件的转速。

13.根据权利要求10所述的摄像机，其特征在于，

驱动组件包括步进电机；

处理器进一步用于通过对步进驱动组件的步长计数，估算各滤光元件的有效在位状态的切换频率，以及，依据有效在位状态的切换识别频率，周期性地对估算的切换频率进行校正、并对步进电机的转动角度进行补偿。

14.根据权利要求10所述的摄像机，其特征在于，

滤光组件包括交替布置的第一滤光元件和第二滤光元件，其中，第一滤光元件对红外光截止、对可见光透视，第二滤光元件对红外光和可见光全波段透视；

光感检测器为光遮断传感器，其中，光遮断传感器具有分别布置在滤光组件的相反两侧的红外发射端和红外接收端；

处理器进一步用于在滤光组件的每个旋转期间内，将传感模组分别在第一滤光元件和第二滤光元件有效在位时成像得到的图像进行图像融合处理。

15.根据权利要求10所述的摄像机，其特征在于，

滤光组件包括的至少两个滤光元件对可见光的透光波长区间互不相同，并且，每两个相邻滤光元件之间通过嵌合对红外光和可见光全波段透视的全透条形成拼合界限；

光感检测器为光遮断传感器，其中，光遮断传感器具有分别布置在滤光组件的相反两侧的红外发射端和红外接收端；

处理器进一步用于在滤光组件的每个旋转期间内，将传感模组分别在各滤光元件有效在位时成像得到的图像进行成组光谱分析。

16.一种摄像机的滤光控制方法，其特征在于，包括：

控制驱动组件驱动位于镜头与传感模组之间的圆形平面状的滤光组件旋转，使滤光组件的至少两个滤光元件循环经过镜头的成像视野；

响应于每个滤光元件对成像视野形成全遮挡的有效在位状态，触发传感模组的曝光成像；其中，每个滤光元件的有效在位状态触发的曝光成像的曝光时长，不超过该滤光元件的有效在位状态的持续时长，以使所述传感组件交替生成由所述至少两个滤光元件循环滤光后的图像序列。

17.根据权利要求16所述的滤光控制方法，其特征在于，控制驱动组件驱动位于镜头与传感模组之间的滤光组件旋转，使滤光组件的至少两个滤光元件循环经过镜头的成像视野包括：

检测光感检测器感测到的滤光组件在滤光元件之间的拼合界限产生的光感变化；

根据光感变化的频率监测各滤光元件的有效在位状态的切换频率；

根据有效在位状态的切换频率与传感模组的曝光频率之间的同步偏差调节驱动组件的转速，使传感模组的曝光时长同步落入在每个滤光元件的有效在位时长范围内。

18.根据权利要求17所述的滤光控制方法，其特征在于，响应于每个滤光元件对成像视野形成全遮挡的有效在位状态，触发传感模组的曝光成像包括：

检测光感检测器感测到的滤光组件在滤光元件之间的拼合界限产生的光感变化；

每当检测到光感变化时，估算即将到达成像视野的滤光元件开始对有效在位区间全覆盖的延迟时间、并估算的延迟时间到达时启动传感模组开始按照预设的曝光时长曝光。

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