光学系统和其操作方法与流程

本发明涉及一种光学系统和其操作方法。

背景技术：

在比较性图像观看系统中，在相对远的距离处尤其是在对象太小而无法观看或对象呈现为围绕屏幕的边缘时清楚地识别对象具有挑战性。不容易检测或识别到围绕屏幕边缘的对象，这是因为所述对象的视图受到限制和变形。

技术实现要素：

根据本发明的一些实施例，一种系统包含：(a)传感器模块，其被配置成检测预定距离处的对象以及获得所述对象相对于所述传感器模块的位置信息；(b)变焦模块，其被配置成以一角度移动并且捕获所述对象的图像；以及(c)控制器，其连接到所述传感器模块和所述变焦模块。所述控制器被配置成根据所述预定距离和所述对象的所述位置信息导出所述角度，且所述控制器被配置成控制所述变焦模块根据所述角度移动。

根据本发明的一些实施例，一种系统包含：(a)距离检测器，其被配置成检测相对于所述系统的预定距离处的对象的存在以及响应于检测到所述对象的存在而产生信号；(b)识别模块，其被配置成接收所述信号并且获得所述对象相对于所述系统的位置；以及(c)变焦模块，其包括镜头，所述变焦模块被配置成根据所述对象的所述位置调整所述镜头的位置。

根据本发明的一些实施例，一种控制图像观看系统的方法包含：(a)检测对象位于预定距离处；(b)响应于检测到所述对象而获得对应于所述对象的位置的信息；(c)根据所述对象的所述位置和所述预定距离确定角度；(d)以所述角度旋转所述系统的镜头以捕获所述对象的图像；以及(e)从所述图像获得所述对象的观看大小。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述能最佳地理解本发明的各方面。应注意，各种特征可能未按比例绘制，且各种特征的尺寸可出于论述的清楚起见而任意增大或减小。

图1a说明根据本发明的一些实施例的光学系统的框图。

图1b说明根据本发明的一些实施例的变焦模块的横截面图和俯视图。

图1c说明根据本发明的一些实施例的变焦模块的横截面图和俯视图。

图2说明根据本发明的一些实施例的用于操作光学系统的方法。

图3说明根据本发明的一些实施例的用于操作光学系统的方法的流程图。

图4a、图4b和图4c说明根据本发明的一些实施例的用于操作光学系统的方法。

贯穿图式和详细描述使用共同参考标号来指示相同或相似组件。从以下结合附图作出的详细描述将更加显而易见本发明。

具体实施方式

下文详细论述本发明的各种实施例。然而，应了解，实施例阐述可在各种具体上下文中体现的多个适用的概念。应理解，以下揭示内容提供实施各种实施例的不同特征的许多不同实施例或实例。下文出于论述的目的描述组件和布置的具体实例。当然，这些只是实例且并不意欲为限制性的。

下文使用特定语言揭示图中所说明的实施例或实例。然而，将理解，所述实施例和实例并不意在为限制性的。如相关领域普通技术人员通常将想到的，所揭示的实施例的任何变更和修改以及本文件中所揭示的原理的任何进一步应用属于本发明的范围。

另外，本发明可以在各种实例中重复参考标号和/或字母。此重复是出于简化和清楚的目的，且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。

图1a说明根据本发明的一些实施例的光学系统1的框图。光学系统1(也简称为“图像观看系统”或“系统”)包含距离检测器10、识别模块11、变焦模块12和控制器13。在一些实施例中，距离检测器10和识别模块11一起可构成光学系统1的传感器模块。

距离检测器10被配置成检测位于预定距离处或预定距离范围内的对象。举例来说，距离检测器10可检测对象是否在距距离检测器10的预定距离处，例如约1米(m)、约2m、约5m、约10m、约20m、约30m、约40m或另一距离处。举例来说，距离检测器10可检测对象是否在距距离检测器10的预定距离范围内，所述距离范围例如约1m到约2m，约1m到约5m，约1m到约10m，约2m到约5m，约2m到约10m，约5m到约10m，约10m到约20m，约10m到约30m，约10m到约40m，约20m到约30m，约20m到约40m，约30m到约40m或另一范围。在一些实施例中，距离检测器10使用电路实施于硬件中。在一些实施例中，距离检测器10是雷达检测器(例如，发射和接收无线电波的一或多个天线、发射器和接收器)、声纳检测器(例如，发射和接收声波的发射器和接收器(或收发器)、深度传感器或任何其它合适的装置。

识别模块11被配置成捕获对象的图像和/或获得对应于对象的图像信息(例如对象相对于识别模块11的位置、距离、观看角度等等)。举例来说，如果距离检测器10检测到对象，那么距离检测器10被配置成产生传送到识别模块11的信号，所述信号触发识别模块11捕获对象的图像和/或获得对应于对象的图像信息。在一些实施例中，识别模块11包含双相机模块、捕获三维图像数据的三维图像感测相机、或图像传感器和镜头。

控制器13被配置成处理识别模块11获得的对应于对象的图像信息以及控制距离检测器10、识别模块11和/或变焦模块12。举例来说，控制器13被配置成控制变焦模块12的旋转角度和/或变焦模块12的变焦比率。在一些实施例中，控制器13可为现场可编程门阵列(fpga)、中央处理单元(cpu)或包含处理器13a的微控制器单元(mcu)、存储可由处理器13a执行的指令的存储器13b(例如，随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)，或两个)、时钟13c和/或输入/输出(i/o)控制单元13d。控制器13可包含模拟和/或数字逻辑的可配置块以及可编程互连件。

变焦模块12被配置成接收控制器13产生的信号以成角度地移动以及捕获对象的图像。在一些实施例中，如图1b和图1c(图1b说明在旋转之前变焦模块12的横截面图和俯视图，且图1c说明在旋转之后变焦模块12的横截面图和俯视图)中所示，变焦模块12包含旋转机构12a和变焦镜头12b。旋转机构12a被配置成根据对应于从控制器13接收的对象的图像信息的信号以角度旋转变焦镜头12b。在一些实施例中，旋转机构12a包含旋转变焦镜头12b的电动机或另一致动器。

在一些实施例中，如图2中所示，控制器13根据预定距离d、对象15与预定距离处的识别模块11的投影图像之间的距离x1(或目标15与预定距离处的识别模块11的投影图像的中心线或轴线之间的距离)以及识别模块11与变焦模块12之间的距离x2(或识别模块11的中心线与变焦模块12的中心线或轴线之间的距离)确定或导出角度特定来说，从以下方程式计算角度

在一些实施例中，距离x1可从以下方程式导出，其中θ1是识别模块11的中心线与连接对象15和识别模块11的线指定的角度：

x1＝d×tanθ1

在一些实施例中，可根据对象15的图像相对于识别模块11的传感区域或屏幕的中心线或轴线的位移导出角度θ1。在一些实施例中，预定距离d可为识别模块11的投影图像与识别模块11之间的实际距离的近似值。

在一些实施例中，变焦镜头12b被配置成以根据从控制器13接收的信号的缩放比率放大或缩小。举例来说，变焦模块12另外包含图像传感器，其包含传感区域或屏幕。变焦镜头12b被配置成在传感区域或屏幕上的对象15的图像的观看大小与传感区域或屏幕的比例小于预定值(例如约30％、约40％、约50％、约60％或另一比例)的情况下放大对象15的图像。变焦镜头12b被配置成在传感区域或屏幕上的对象15的图像的观看大小超过传感区域或屏幕的情况下缩小对象15的图像。在一些实施例中，在传感区域或屏幕上的对象15的观看大小达到预定值之后，执行自动聚焦操作以清楚和准确地识别对象15的图像。

参考图2，额外对象15'和15”安置于预定距离d外部(例如，比所述预定距离d更远)，且因此从上文结合对象15所论述的处理操作省略所述额外对象。

根据本发明的一些实施例，通过自动聚焦和/或自动变焦以调整屏幕上的对象的适合观看大小，即使在对象太小而在最初观看不到或对象最初呈现为围绕屏幕的边缘的情况下，仍可清楚和准确地识别对象的图像。另外，通过使用具有相对低功率消耗的距离检测器10检测所述对象是否存在于预定距离处并且接着在对象存在于预定距离处的情况下触发具有相对高功率消耗的识别模块11和变焦模块12，识别模块11和变焦模块12可在触发后即刻停用以及启用，这可减少光学系统1的总功率消耗。在一些实施例中，距离检测器10和识别模块11可集成到单个模块中(例如，高分辨率雷达模块或两个或更多个雷达模块)以减少光学系统1的总面积。在一些实施例中，识别模块11和变焦模块12可集成到单个模块中。

图3说明示出根据本发明的一些实施例用于控制光学系统的方法的流程图。在一些实施例中，图3中示出的流程图用以控制如图1中所示的光学系统1。替代地，图3中示出的流程图可用以控制其它光学系统。

参考操作s31，所述方法包含检测对象是否位于预定距离处或预定距离范围内。如果所述对象位于预定距离处或预定距离范围内，那么接着如操作s32中所示获得对象的图像信息(例如位置、距离、观看角度等等)。如果对象不位于预定距离处或预定距离范围内，那么将重复检测操作(操作s31)。举例来说，如图2中所示，如果检测到位于预定距离d处的对象(例如，对象15)，那么接着获得所述对象的图像信息。如果对象(例如，对象15'或15”)不位于预定距离d处，那么将不触发获得图像信息的操作。

参考操作s33，以一角度旋转光学系统1的镜头或相机以基于在操作s32期间获得的对象的图像信息捕获对象的图像。在一些实施例中，可通过图2中示出的方法和对应段落确定或计算所述旋转角度。举例来说，如图4a中所示，在旋转镜头之前，对象45的图像可能在传感区域46或屏幕上不可完全观看(例如，对象45的图像的一部分在传感区域46或屏幕外部)，然而如图4b中所示，在镜头以所述角度旋转之后，对象45的图像可在传感区域46或屏幕上完全可观看。

参考操作s34，所述方法包含估计或确定传感区域46或屏幕上的对象45的图像的观看大小符合预定准则。举例来说，估计传感区域46或屏幕上的对象45的图像的观看大小与传感区域或屏幕的比例是否等于或大于预定值(例如约30％、约40％、约50％、约60％或另一比例)。

参考操作s35，如果传感区域46或屏幕上的对象45的图像的观看大小与传感区域或屏幕的比例小于预定值，那么镜头被配置成自动放大对象45的图像以捕获如图4c中所示的放大的图像。如果传感区域46或屏幕上的对象45的图像的观看大小不达到预定值，那么重复操作s34和s35直到传感区域46或屏幕上的对象45的图像的观看大小达到预定值。在一些实施例中，可基于传感区域上的对象45的图像的像素的数目确定传感区域46或屏幕上的对象45的图像的观看大小是否达到预定值。举例来说，可根据最初焦距捕获对象45的图像，可从所述图像获得对象45的像素的数目，可根据最初焦距和像素的数目导出调整的焦距，且可根据调整的焦距捕获对象45的放大的图像。

参考操作s36，在传感区域46或屏幕上的对象45的图像的观看大小达到预定值之后，执行自动聚焦操作以清楚和准确地识别对象的图像。

在一些实施例中，图3中示出的方法可在安全系统中用以识别在预定距离处或预定距离范围内是否存在可疑对象或人员。在一些实施例中，图3中示出的方法可在交通中用以识别牌照或用于自动驾驶系统中。

如本文中所使用，术语“大约”、“基本上”、“大体上”以及“约”用以描述和考量小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可以指其中事件或情形明确发生的情况以及其中事件或情形极接近于发生的情况。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差小于或等于所述值的平均值的±10％(例如，小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”或“约”相同。

如本文中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数术语“一(a/an)”和“所述”可包含多个指示物。在一些实施例的描述中，提供于另一组件“上”或“上方”的组件可涵盖前一组件直接在后一组件上(例如，与后一组件物理接触)的情况，以及一或多个中间组件位于前一组件与后一组件之间的情况。

量、比率以及其它数值在本文有时以范围格式呈现。应理解，此类范围格式是为了便利和简洁而使用，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围极限的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值和子范围一般。

本发明的一些实施例涉及非暂时性计算机可读存储媒体，其上具有用于执行各种处理器实施的操作的代码或指令。术语“计算机可读存储媒体”用以包含能够存储或编码指令或代码的序列以用于执行本文中所描述的操作、方法和技术的任何媒体。媒体和代码可以是为了本发明的实施例的目的专门设计和构造的媒体和代码，或者可以是计算机软件技术领域的技术人员可以获得的任何种类的媒体和代码。计算机可读存储媒体的实例包含rom；ram；闪存存储器装置；光盘，例如内部硬盘驱动器、可拆卸硬盘驱动器、磁光光盘、压缩光盘(cd)、数字多功能光盘(dvd)和蓝光光盘；存储器棒；等等。代码的实例包含例如由编译器产生的机器代码，以及由处理器使用解释器或编译器执行的含有较高级代码的文件。举例来说，本发明的实施例可以使用java、c++、c或其它面向对象的编程语言和开发工具来实施。计算机代码的额外实例包含经加密代码和经压缩代码。此外，本发明的实施例可以作为计算机程序产品而下载，所述计算机程序产品可从远程装置经由发射信道传递到请求装置。本发明的另一实施例可以代替处理器可执行软件指令或与处理器可执行软件指令结合而在硬接线电路系统中实施。

虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围。所述图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本发明中的艺术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在并未特定说明的本发明的其它实施例。应将所述说明书和图式视为说明性的，而非限制性的。可做出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本发明的对象、精神以及范围。所有此类修改意图在所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所揭示的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组不是对本发明的限制。