一种摄像装置及探测设备的制作方法

1.本技术涉及到安防技术领域，尤其涉及到一种摄像装置及探测设备。


背景技术：

2.在电警卡口场景中，抓拍的道路上车辆运动速度快，最快能达到200km/h，在拍摄车辆时，对摄像装置要求比较高，目前常采用卷帘门式曝光模式和全局曝光的摄像装置。但是，卷帘门式曝光模式的摄像装置的图像传感器需要逐行曝光，抓拍高速运动物体会出现果冻效应，拍摄效果比较差。而全局曝光的摄像装置的成本比较高，相同性能的全局曝光式的摄像装置的成本比卷帘门式曝光模式的摄像装置的成本要高10倍左右。因此为适应智能交通发展的需求，如何提供一种成本较低，拍摄效果良好的摄像装置成为一种迫切需求。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种摄像装置及探测设备，用以改善摄像装置的拍摄效果，降低探测设备的成本。
4.第一方面，提供了一种摄像装置，该摄像装置用于探测设备中，摄像装置包括卷帘门式图像传感器及遮挡部件。卷帘门式图像传感器包括多行感光单元，在拍摄时，多行感光单元逐步曝光实现对物体的拍摄。曝光时，多行感光单元的曝光开始时间近似相同，且沿多行感光单元的排列方向，多行感光单元的曝光时间逐渐增长。其中，第一行感光单元为曝光时间最短的一行感光单元；第二行感光单元为曝光时间最长的一行感光单元。为使得多行感光单元的曝光时间近似相同，本技术实施例提供的摄像装置通过遮挡部件充当机械快门，遮挡部件位于卷帘门式图像传感器的感光侧，并用于在第一行感光单元曝光时间结束后遮挡所有的感光单元，降低其余感光单元的曝光时间。在上述技术方案中，通过设置的遮挡部件在第一行感光单元曝光结束后遮挡所有感光单元，从而使得后续几行感光单元曝光产生的图像与第一行感光单元曝光产生的图像的时间近似相同，改善了拍摄的效果，实现了采用卷帘快门式图像传感器达到了与全局曝光传感器的拍摄效果，另外，采用卷帘快门式图像传感器与遮挡部件的配合组合，降低了摄像装置的成本。
5.在一个具体的可实施方案中，所述遮挡部件用于将所述第一行感光单元的曝光时间与第二行感光单元的曝光之间的差值缩减到设定范围。从而改善拍摄的效果。
6.在一个具体的可实施方案中，所述设定范围为0～1毫秒。改善了拍摄的效果。
7.在一个具体的可实施方案中，所述遮挡部件包括可相对所述卷帘门式图像传感器转动的转轮；所述转轮上设置有用于所述多行感光单元进行感光的缺口，在所述转轮转动到第一位置时，所述多行感光单元位于所述缺口内；在所述转轮转动到第二位置时，所述转轮遮挡所述多行感光单元。通过转轮的方式实现对多行感光单元的曝光和遮挡的效果。
8.在一个具体的可实施方案中，所述转轮为圆形转轮，所述缺口为v形缺口。通过v形缺口实现对曝光时间的控制。
9.在一个具体的可实施方案中，所述转轮为黑色转轮。提高了感光单元时的效果。
10.在一个具体的可实施方案中，所述卷帘门式图像传感器靠近所述圆形转轮的边缘。使得多行感光单元在遮挡时，可以近似相等的时间遮挡。
11.在一个具体的可实施方案中，所述转轮的缺口设置有滤光片。提高了曝光时感光单元的曝光效果。
12.在一个具体的可实施方案中，所述遮挡部件还包括驱动所述转轮转动的驱动机构。通过驱动机构驱动转轮转动，实现对多行感光单元的曝光时间控制。
13.在一个具体的可实施方案中，所述摄像装置还包括：传感器，用于检测所述转轮位置；控制装置，根据控制红绿灯的电网信号，以及所述传感器检测的所述转轮的位置，控制所述转轮转动使所述卷帘门式图像传感器的曝光时间与所述电网信号匹配。使得拍照时间与电网信号控制红绿灯亮的时间匹配。
14.在一个具体的可实施方案中，所述遮挡部件包括电致变色元件；所述电致变色元件可在电流或电压控制下切换为透明状态和非透明状态。通过电子色变元件控制对多行感光单元的控制。
15.在一个具体的可实施方案中，所述摄像装置还包括控制装置，所述控制装置根据控制红绿灯的电网信号，控制所述电致变色元件在透明状态和非透明状态切换的时间点。使得拍照时间与电网信号控制红绿灯亮的时间匹配。
16.在一个具体的可实施方案中，电致变色元件在通电后变成非透镜状态，在断电后变成透明状态；或，电致变色元件在通电后变成透明状态，在断电后变成非透明状态。可采用不同的电致变色元件作为遮挡部件。
17.在一个具体的可实施方案中，摄像装置还包括镜头，所述镜头、遮挡部件、感光元件沿物侧指向像侧的方向排列。
18.第二方面，提供了一种探测设备，该探测设备包括支架，以及设置在所述支架上的上述任一项所述的摄像装置。在上述技术方案中，通过设置的遮挡部件在第一行感光单元曝光结束后遮挡所有感光单元，从而使得后续几行感光单元曝光产生的图像与第一行感光单元曝光产生的图像的时间近似相同，改善了拍摄的效果，实现了采用卷帘快门式图像传感器达到了与全局曝光传感器的拍摄效果，另外，采用卷帘快门式图像传感器与遮挡部件的配合组合，降低了摄像装置的成本。
附图说明
19.图1为本技术实施例提供的摄像装置的结构框图；
20.图2为本技术实施例提供的卷帘门式图像传感器的结构示意图；
21.图3为本技术实施例提供的卷帘门式图像传感器在卷帘门式曝光模式下的各行感光单元的曝光情况；
22.图4为本技术实施例提供的卷帘门式图像传感器在全局复位曝光模式下的各行感光单元的曝光情况；
23.图5为本技术实施例提供的转轮的结构示意图；
24.图6～图8为本技术实施例提供的转轮与卷帘门式图像传感器的配合示意图；
25.图9为本技术实施例提供的卷帘门式图像传感器的曝光示意图；
26.图10为在采用转轮遮挡卷帘门式图像传感器时各行感光单元对应的曝光时间；
27.图11为本技术实施例提供的摄像装置的结构示意图；
28.图12为本技术实施例提供的摄像装置与电网信号的配合示意图；
29.图13为本技术实施例提供的电致变色元件的结构示意图；
30.图14为在卷帘门式曝光模式下采用电致变色元件遮挡卷帘门式图像传感器时各行感光单元对应的曝光时间；
31.图15为在全局复位曝光模式下采用电致变色元件遮挡卷帘门式图像传感器时各行感光单元对应的曝光时间。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本技术实施例作进一步描述。
33.为方便理解本技术实施例提供的摄像装置，首先说明一下其应用场景，本技术实施例提供的摄像装置应用于智能交通场景中，用于拍摄道路上的车辆。如在电警卡口场景中，抓拍的道路上车辆运动速度快，最快能达到200km/h，为抓拍比较清晰的图像，现有技术中的摄像装置采用成本较高的全局曝光图像传感器，导致大规模应用时成本太大，制约了智能交通的发展。为此本技术提供一种摄像装置，以在达到相同的拍摄效果下，降低摄像装置的成本。下面结合具体的附图对其进行详细的说明。
34.为方便理解本技术实施例提供的摄像装置，首先说明与本技术相关的两种类型的摄像装置。
35.全局曝光摄像装置是通过整幅场景在同一时间曝光实现拍摄。其图像传感器的所有感光单元同时收集光线，同时曝光。即在曝光开始的时候，图像传感器开始收集光线；在曝光结束的时候，光线收集电路被切断。然后图像传感器直接读出得到图像。
36.卷帘门式曝光摄像装置是通过其图像传感器逐行曝光的方式实现的。在曝光开始的时候，图像传感器的多行感光单元逐行扫描逐行进行曝光，直至所有感光单元都被曝光。当然，扫描在极短的时间内完成。
37.如果被拍摄物体相对于摄像装置高速运动时。用卷帘门式曝光摄像装置拍摄，逐行扫描速度不够，拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等任一种情况。这种拍摄出现的现象，定义为果冻效应。
38.本技术实施例提供的摄像装置是基于卷帘门式曝光摄像装置的图像传感器为基础，进行设计的摄像装置。
39.参考图1，图1示出了本技术实施例提供的摄像装置的结构示意图。摄像装置包括卷帘门式图像传感器30(卷帘门式曝光摄像装置的图像传感器)、遮挡部件20以及镜头10。沿物侧指向像侧的方向，镜头10、遮挡部件20以及卷帘门式图像传感器30依次排布。其中，遮挡部件20位于镜头10与卷帘门式图像传感器30之间，即遮挡部件30位于卷帘门式图像传感器30的感光侧(卷帘门式图像传感器30朝向镜头10的一侧)。遮挡部件20用于在设定时间内允许光线透过，以使得穿过镜头10的光线可照射到卷帘门式图像传感器30进行成像。
40.参考图2，图2示出了本技术实施例提供的卷帘门式图像传感器30。卷帘门式图像传感器30包含多行感光单元31，每行感光单元中具有多个感光单元31，整个卷帘门式图像传感器30上的感光单元31呈阵列方式排列。为方便描述，定义了多行感光单元中的第一行感光单元301和第二行感光单元302。其中，第一行感光单元301为曝光时间最短的一行感光
单元31；第二行感光单元302为曝光时间最长的一行感光单元31。
41.卷帘门式图像传感器30具有两种曝光模式，一种为卷帘门式曝光模式，另一种为全局复位曝光模式。其中，图3示出了卷帘门式图像传感器30在卷帘门式曝光模式下的各行感光单元的曝光情况。在卷帘门式曝光模式下，第一感光单元从t0时间开始曝光，t2时间结束曝光；第二行感光单元从t1时间开始曝光，t3时间结束曝光。沿第一行感光单元指向第二行感光单元的排列顺序，多行感光单元逐次开始曝光，且逐次结束曝光。
42.图4示出了全局复位曝光模式，在全局复位曝光模式下，各行感光单元的曝光开始时间相同，结束时间逐次增大。如图4中所示，各行感光单元从t0时间开始曝光，第一行感光单元t4时间结束曝光，第二行感光单元t5时间结束曝光。沿第一行感光单元指向第二行感光单元的方向，各行感光单元的曝光结束时间逐渐增大。
43.但无论采用哪种曝光模式，卷帘门式图像传感器的曝光时间都在很短的时间内结束，如整个曝光时间持续时间大概在一帧读出时间。
44.为方便理解，下文实施例中，以卷帘门式图像传感器采用全局复位曝光模式为例进行说明。但应理解，本技术实施例提供的卷帘门式图像传感器也可采用卷帘门式曝光模式。
45.参考图5，图5示出了一种具体的遮挡部件的结构示意图。遮挡部件包括一个转轮21，转轮21可相对卷帘门式图像传感器30转动，如转轮21相对卷帘门式图像传感器30顺时针或者逆时针转动。转轮21上设置有缺口22，该缺口22用于多行感光单元进行感光。在多行感光单元开始曝光时，卷门式图像传感器30的多行感光单元暴露在缺口22内，光线可穿透转轮21照射到感光单元。随着转轮21的转动，转轮21的实体部分(除缺口22外的部分结构)沿第一行感光单元指向第二行感光单元的方向逐行遮挡感光单元，上述遮挡过程在一个很短的时间进行。
46.作为一个可选的方案，本技术实施例提供的转轮21为圆形转轮，缺口22为v形缺口。应理解，图5所示的圆形转轮21仅为一个具体的示例，本技术实施例提供的转轮21还可采用椭圆形、方形、异形等不同形状的转轮。另外，对于缺口22的形状，在本技术实施例中也不做具体限定，除v形外，还可采用矩形、椭圆形等不同的形状。
47.为改善遮光效果，转轮21为黑色转轮。在采用黑色转轮时，转轮可采用黑色材质制备而成，如黑色塑料、树脂等不同的材质。当然还可采用其他的材质制备转轮21，如采用透明的玻璃制备转轮21，在转轮21上涂覆油墨或者镀膜也可达到遮光的效果。除上述方式外，还可采用其他不透光的材质，如钢、铁、铝等金属材质，也可达到同样的效果。
48.作为一个可选的方案，转轮21的缺口22设置有滤光片(图中未示出，滤光片的形状可参考缺口22的形状)。滤光片用于滤过杂光，提高了曝光时感光单元的曝光效果。作为一个示例，滤光片可采用红外滤光片，通过红外滤光片可改善曝光时的效果。或者缺口22内仅设置透明玻璃也可。
49.作为一个可选的方案，卷帘门式图像传感器30靠近圆形转轮21的边缘，从而使得转轮21在遮挡感光单元时具有较大的线速度，使得多行感光单元可以以近似相等的时间遮挡。
50.遮挡部件还包括驱动转轮21转动的驱动机构(图中未示出)。该驱动机构可仅包括驱动电机，驱动电机的转轴直接与转轮21固定连接，或者驱动机构包括驱动电机以及减速
齿轮组件，驱动机的转轴通过减速齿轮组件与转轮连接，以驱动转轮21转动。应理解上述驱动电机的转轴直接与转轮21连接或者通过减速齿轮组件与转轮21连接的方式为常规的驱动连接方式，在此不再详细赘述。
51.为了方便理解上述遮挡部件的效果描述，定义了转轮21在转动时所在的第一位置、第二位置和第三位置。
52.参考图6，图6示出了转轮21位于第一位置时的状态示意图。第一位置为多行感光单元均位于缺口22内开始曝光的位置。在转轮21位于第一位置时，多行感光单元位于缺口22内，穿过镜头的光线可照射到所有的感光单元，所有行的感光单元开始曝光。
53.参考图7，图7示出了转轮21位于第三位置的状态示意图。第三位置为第一行感光单元301开始被缺口22的边沿211遮挡的位置。在此位置，多行感光单元开始被转轮21的实体部分遮挡，随着转轮21的转动，多行感光单元逐行被遮挡。在此过程，被遮挡的感光单元无法接收穿过镜头的光线，未被遮挡的感光单元还可继续接收穿过镜头的光线。
54.参考图8，图8示出了转轮21转动到第二位置时的状态示意图。第二位置为转轮21遮挡多行感光单元的位置。在此位置，多行感光单元全部被转轮21的实体部分遮挡。在转轮21由图6所示的第一位置转动到图8所示的第二位置时，多行感光单元同时进行曝光。
55.为方便理解上述过程，参考图9，图9示出了感光单元在曝光时的时间轴，t0时间为多行感光单元的曝光时间，即由图6所示的状态到图7所示的状态的时间(转轮由第一位置转动到第三位置的时间)。t1为多行感光单元的过渡时间，即从第一行感光单元被遮挡到第二行感光单元被遮挡的时间，也为图7所示的状态到图8所示的状态的时间。t2为多行感光单元被遮挡的时间，即图8所示的多行感光单元被遮挡的时间。t3为第一行感光单元进入到缺口内到多行感光单元转动到第一位置的时间。由图9可看出，在转轮转动的过程中，t0～t3时间段交替出现。
56.结合图6、图7及图8所示的状态示意图，本技术实施例提供的缺口的尺寸应满足：第一行感光单元301由开始曝光的位置(转轮20的第一位置)到被转轮20遮挡的位置(转轮20的第三位置)的时间大于第一行感光单元301的曝光时间，以保证第一行感光单元301在曝光时间内可接收到穿过镜头的光线。沿感光单元被遮挡的顺序，每行感光单元同时开始曝光，并通过被转轮遮挡而结束曝光(即感光单元无法接收穿过镜头的光线)。参考图10中所示的虚线框，在采用转轮遮挡卷帘门式图像传感器时，各行感光单元对应的曝光时间对应图10中所示的虚线框，各行感光单元的曝光结束时间控制在t4时间左右。与没有转轮时的曝光结束时间段t4～t5相比，通过转轮可缩短多行传感器的曝光时间之间的差异，减少由于曝光时间差异造成的果冻效应。转轮可等效为一个机械式的快门，通过转轮将第一行感光单元301的曝光时间与第二行感光单元的曝光时间的差值缩减到设定范围，来改善最后的成像效果。作为一个可选的方案，上述设定范围为0～1毫秒，示例性的，第一行感光单元301的曝光时间与第二行感光单元302的曝光时间间隔为0毫秒、0.2毫秒、0.4毫秒、0.6毫秒、0.8毫秒、1毫秒等不同的范围。在具体实现时，可通过控制转轮20的转速来实现。
57.由上述描述可看出，每行感光单元的曝光开始时间相等，通过转轮转动实现感光单元结束曝光的时间也近似相等，从而使得各行感光单元的曝光时长也近似相等，因此，本技术实施例提供的转轮可在第一行感光单元301曝光时间结束后遮挡所有的感光单元，降低其余感光单元的曝光时间，以改善卷帘式图像传感器的曝光效果，使得本技术实施例提
供的摄像装置可达到近似全局曝光摄像装置的曝光效果。
58.参考图11，图11示出了本技术实施例提供的摄像装置的结构示意图。摄像装置包括底座40，底座40作为承载结构，用于承载摄像装置的功能器件，如用于承载镜头10、转轮、卷帘门式图像传感器30等部件。
59.在装配时，镜头10通过标准接口固定在底座40上面，转轮装置固定在底座40上面，并与镜头10分离。另外，在装配遮挡部件20时，遮挡部件20向光轴的一侧偏移，以避开镜头10光轴，但在设置遮挡部件20时，应确保遮挡部件20的滤片在转动过程中可以覆盖整个成像光路(即遮挡整个卷帘门式图像传感器30)。
60.作为一个可选的方案，摄像装置还包括一个外壳50，外壳50将整个遮挡部件20和卷帘门式图像传感器30防护起来，避免漏光及灰尘。
61.智能交通摄像机因为需要抓拍红绿灯信号，为了避免红绿信号灯干扰，卷帘门式图像传感器的曝光时间需要与电网信号相位同步，同步策略是转轮的转速跟随电网频率，使曝光开始时间同步跟随转轮的零点信号(转轮位于第一位置时的信号)。为了实现对卷帘门式图像传感器的曝光时间与电网信号相位相同，本技术实施例提供的摄像装置还包括传感器及控制装置。其中，传感器用于检测转轮位置，控制装置用于根据控制红绿灯的电网信号，以及传感器检测的转轮的位置，控制转轮转动使卷帘门式图像传感器的曝光时间与电网信号匹配。以使得摄像装置拍照时间与电网信号控制红绿灯亮的时间匹配。
62.如图12所示，通过触发信号控制曝光开始时间，触发信号由控制装置产生。控制装置通过检测卷帘门式图像传感器与转轮的相对位置，确认何时发送信号给卷帘门式图像传感器。如图12中所示，在电网信号、转轮位置信号、曝光开始信号一一对应。如tn0、tc0、tv0位于同一时间点；tn1、tc1、tv1位于同一时间点；tn1、tc1、tv1位于同一时间点。从而使得电网信号的作为控制卷帘门式图像传感器开始转动的信号。
63.作为一个可选的方案，转轮上可设置一标示点，传感器根据上述标示点可确定转轮的位置。具体的该标示点的位置对应转轮的第一位置，即在传感器检测到转轮处于第一位置时，根据电网信号的相位开始控制转轮转动，以保证转轮的曝光时间与电网信号相匹配。
64.参考图13，图13示出了本技术实施例提供的另一种遮挡部件的结构。该遮挡部件包括电致变色元件23，该电致变色元件23可在导电和非导电的情况下出现透镜和非透明两种状态。如电致变色元件23可在电流或电压控制下切换为透明状态和非透明状态。
65.示例性的，电致变色元件23可在通电后变成非透镜状态，在断电后变成透明状态；或，电致变色元件23可在通电后变成透明状态，在断电后变成非透明状态。在设计时可根据需要选择两种不同的电致变色元件23作为遮挡部件。
66.在具体设置上述电致变色元件23时，电致变色元件23可设置在光轴上。即镜头、遮挡部件及卷帘门式图像传感器可沿光轴排布。
67.在采用上述遮挡部件时，摄像装置的曝光时间也可实现与电网信号相匹配。在具体匹配时，控制装置根据控制红绿灯的电网信号，控制电致变色元件23在透明状态和非透明状态切换的时间点。即控制装置个根据电网信号控制电致变色元件23的导电情况，以使得卷帘门式图像传感器的曝光时间可与电网信号相匹配。
68.在遮挡部件采用电致变色元件时，卷帘门式图像传感器可采用卷帘门式曝光模式
或者采用全局复位曝光模式。一并参考图14及图15，其中，图14中示例出了卷帘门式图像传感器在卷帘门式曝光模式下，被电致变色元件控制的曝光时间(虚线框所示)，由图14可看出，电致变色元件控制各行感光单元在t1时间开始曝光，在t2时间结束曝光。t0时间～t1时间，以及t2时间～t3时间被电致变色元件遮挡。图15中示例出了卷帘门式图像传感器在全局复位曝光模式下，被电致变色元件控制的曝光时间(虚线框所示)，由图14可看出，电致变色元件控制各行感光单元在t0时间开始曝光，在t4时间结束曝光。t4～t5时间被电致变色元件遮挡。由图14及图15可以看出，通过电致变色元件将各行感光单元的曝光时间控制在近似相等的时间内。
69.本技术实施例还提供了一种探测设备，该探测设备包括支架，以及设置在支架上的上述任一项的摄像装置。在上述技术方案中，通过设置的遮挡部件在第一行感光单元曝光结束后遮挡所有行的感光单元，从而使得后续几行感光单元在曝光时，不会拍摄到后续的图像，曝光产生的图像与第一行感光单元曝光产生的图像的时间相同，从而改善拍摄的效果，实现了采用卷帘快门式图像传感器实现全局曝光传感器的拍摄效果，降低了探测设备的成本。
70.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。