一种超画面取景器及取景方法

摘要

本发明创造涉及图像和影像采集及监控技术领域，具体地说是一种超画面取景器及取景方法，包括外壳、调节杆和镜子，以图像采集设备镜头的中心对称轴为x轴，第一调节杆和第二调节杆在同一竖直线上为y轴，镜头前端与成像芯片之间距离为a，成像芯片高度为b，设备外尺寸总长度为c，设备外尺寸总高度为d，当所需取景物体先经由下镜片投射到上镜片时，第一调节杆与坐标轴原点的距离

说明书

[技术领域]

本发明创造涉及图像和影像采集及监控技术领域，具体地说是一种超画面取景器及取景方法。

[背景技术]

随着安全监控应用的发展，摄像机的应用范围随之不断扩大，现有的图像采集设备由摄像机和镜头组成，其取景范围是完整连续的，但受到摄像机与镜头本身的参数限制，存在取景盲区。当需要同步摄入现有取景范围之外的某个物体影像时，就要使取景范围变大。扩大取景范围，现在一般采用以下方法：

1、通过调小镜头的焦距，但这样会导致所摄物体缩小，达不到辨识要求，并且镜头焦距的调整是有下限的。

2、通过后移采集设备的位置，这样同样会使所摄物体变小，达不到辨识的要求，并且有时设备为止受安装环境条件限制，无法向后移动。

3、采用更大规模像素的摄像机或焦距范围更宽的镜头，这样就带来了使用成本上的大幅度增加。以工业级CCD摄像机为例，140万、200万、500万像素级产品之间的差价在数千元左右乃至近万元。

4、在原有设备基础上再增设采集设备，用第二套或更多套摄像机镜头组合来完成取景要求，这样同样会带来使用成本的大幅度增加。

[发明内容]

本发明的目的是根据光学原理，在摄像机镜头前增加一个取景器，以一个小成本的附加装置，突破摄像机镜头等图像采集设备的硬件限制，在摄像机镜头场景中，以不妨碍主画面必须要有的影像信息为前提，同步获取图像采集设备摄像头原来取景范围外任意位置的物体影像。

为实现上述目的，设计一种超画面取景器，包括外壳、调节杆和镜子，其特征在于所述的外壳由反“L”型左片(1)、“L”型右片(2)及前片(3)构成，左片和右片大小相等，左右片在同一水平位置分别与前片的左右侧成90°连接，前片上部中央位置设有一圆孔卡口，左右两片的上半部各设有一个调节槽组(4-1)，所述的左右两片调节槽组(4-1)内设有第一调节杆(5-1)，所述的第一调节杆上设有镜片，左右两片下半部各设有与调节槽组(4-1)反向的调节槽组(4-2)，所述的调节槽组(4-2)内设有第二调节杆(5-2)，所述的第二调节杆上设有镜片，所述的上、下镜片随第一和第二调节杆做360°旋转，根据光学原理和摄像镜头要求，将上、下镜片按实际反射角度要求调整，把调节杆固定在调节槽内。

所述的反“L”型左片和“L”型右片，对外翻折出的底片两侧边缘设有安装孔。

所述的外壳前片设有一圆孔卡口，卡口直径略大于图像采集设备摄像镜头直径，使得图像采集设备摄像镜头完全嵌入。

所述的调节槽组(4-1)包括一根竖直调节槽和三根等长的水平调节槽，所述竖直调节槽顶端与最上方的水平调节槽右端连接，所述竖直调节槽3/4处与最下方的水平调节槽右端连接，所述三根水平调节槽等距离间隔排列，所述竖直调节槽和水平调节槽之间联通。

所述的调节槽组(4-2)包括一根竖直调节槽和三根等长的水平调节槽，所述竖直调节槽底端与最下方的水平调节槽右端连接，所述竖直调节槽1/4处与最上方的水平调节槽右端连接，所述三根水平调节槽等距离间隔排列，所述竖直调节槽和水平调节槽之间联通。

所述的镜片采用表面镀铝玻璃镜面板或PV高聚酯镜面板或铝塑镜面板或不锈钢镜面板。

所述外壳的外部可装有防护罩或直接安装于图像采集设备自带防护罩的内部前端。

一种超画面取景器的取景方法，其特征在于该取景法以图像采集设备镜头的中心对称轴为x轴，第一调节杆和第二调节杆均在镜片的中心点上，所述的中心点在同一竖直线上，以所述的竖直线为y轴，镜头前端与成像芯片之间距离为a，成像芯片高度为b，设备外尺寸总长度为c，设备外尺寸总高度为d，所述的上镜片中心点即第一调节杆与x轴竖直方向距离为h_上，所述的下镜片中心点即第二调节杆与x轴竖直方向距离为h_下，上镜片正面与x轴夹角设为γ，下镜片正面与X轴夹角设为δ，当所需取景物体先经由下镜片投射到上镜片时，所述的第一调节杆与坐标轴原点的距离所述的上镜片正面与x轴夹角所述的下镜片位置与夹角如下：

a、所需取景物体坐标介于坐标轴第四象限中采集设备正后方中心线至设备下沿之间，所需取景物体中心点坐标与图像采集设备后沿之间水平距离为

e，所需取景物体中心点坐标与设备下沿之间竖直距离为f，所述的第二调节杆与x轴水平距离所述的下镜片正面与x轴夹角

b、所需取景物体坐标介于坐标轴第四象限中设备下沿和第二调节杆所在水平线之间，所需取景物体中心点坐标与所述的第二调节杆水平距离为j，竖直距离为k，在此范围内，第二调节杆不需要调整位置，所述的下镜片正面与x轴夹角

c、所需取景物体坐标介于坐标轴第四象限中第二调节杆所在水平线以下范围内，所需取景物体中心点坐标与所述的第二调节杆水平距离为j，竖直距离为k，在此范围内，第二调节杆不需要调整位置，所述的下镜片正面与x轴夹角

d、所需取景物体坐标介于坐标轴第二象限中除图像采集设备原有取景范围、镜片正上方范围以外的位置范围内，所需取景物体中心点坐标与所述的第二调节杆水平距离为j，竖直距离为k，在此范围内，第二调节杆不需要调整位置，所述的下镜片正面与x轴夹角

e、所需取景物体坐标介于坐标轴第二象限上镜片正上方的范围内，所需取景物体中心点坐标与x轴竖直距离为r，与y轴水平距离为i，第二调节杆与y轴水平距离为n，在此范围内所述的下镜片纵向位置不需要调整，只需横向调整到能看见所需取景物体的位置，下镜片正面与x轴夹角所述的上镜片正面与x轴夹角

当所需取景成像物体先经由上镜片投射到下镜片时，所需取景物体的位置在坐标轴一、四象限内，与第一种情况恰好对称相反。

所述取景器的取景方法对图像采集设备取景范围外的物体所在的位置可以实现全覆盖。

在最终成像图像中，所需取景对象的图像出现在最终成像图像右上角，形成“画中画”。

本发明创造的特点是所述超画面取景器，不需要通过缩小采集设备摄像镜头焦距、后移整套图像采集设备、大幅度提高成本升级摄像机及镜头以及增加采集设备等方法，在不损失主场景中物体辨识度的同时，将取景范围外的物体投射到图像采集设备中，形成“画中画”的影像组成。具有结构简单，造价成本较低，使用方便的优点。

[附图说明]

图1是本发明创造的产品构造图；

图2是本发明创造的光反射原理图；

图3是本发明创造产品效果图；

图4是本发明创造产品实施例场景图；

图5是本发明创造产品实施例画面图；

图6～图15是本发明创造取景原理的平面坐标构建图；

参照图1，1是反“L”型左片，2是“L”型右片，3是前片，4-1和4-2是调解槽组，5-1和5-2是调节杆，10-1和10-2是镜片；

参照图2，6是摄像机成像芯片，7是镜头，8是图像采集设备本身的取景范围，9是取景范围之外的物体，10-1是超画面取景器中的上镜片，10-2是超画面取景器中的下镜片；

参照图3，11是取景范围内画面，12是超画面取景器所投射的取景范围外物体画面；

参照图4，13是加装本发明产品的图像采集设备，α是图像采集设备取景范围的覆盖角度，14是距离过近的信号灯；

参照图5，14是取景范围外的信号灯，15是车牌号码，16是停车线；

参照图6，17是镜头前端，6是成像芯片；

参照图8，18是图像采集设备取景范围，19-23是固定上镜面，调整下镜面情况下对于取景范围外物体本发明产品可覆盖的位置范围；

参照图14，18是图像采集设备取景范围，19’-23’是固定下镜面，调整上镜面情况下对于取景范围外物体本发明产品可覆盖的位置范围；

参照图15，18是图像采集设备取景范围，24是对于取景范围外物体本发明产品的位置覆盖范围。

[具体实施方式]

以下结合附图对本发明创造做进一步详细说明。

参照图1，本发明创造的外壳由反“L”型左片(1)、“L”型右片(2)及前片(3)构成，左片和右片大小相等，左右片在同一水平位置分别与前片的左右侧成90°连接，前片上部中央位置设有一圆孔卡口，左右两片的上半部各设有一个调节槽组(4-1)，所述的左右两片调节槽组(4-1)内设有第一调节杆(5-1)，所述的第一调节杆上设有镜片(10-1)，左右两片下半部各设有与调节槽组(4-1)反向的调节槽组(4-2)，所述的调节槽组(4-2)内设有第二调节杆(5-2)，所述的第二调节杆上设有镜片(10-2)，所述的上、下镜片随第一和第二调节杆做360°旋转，根据光学原理和摄像镜头要求，将上、下镜片按实际反射角度要求调整，把调节杆固定在调节槽内。

实施例一

首先设置平面坐标系，参照图6，先将图像采集设备的内部细节结构省略，看成由2个矩形的组成表示，其中AB表示镜头前端，CD表示摄像机内部的成像芯片，以该设备的中心对称轴为x轴。再将超画面取景器的其他辅助结构省略，仅以上、下镜片10-1、10-2表示，调节轴在镜片的中心点上，设第一调节杆所在点为H_上，第二调节杆所在点为H_下。先使H_上与H_下在同一竖直线上，以该竖直线为y轴；镜片分别位于x轴的两侧，与x轴的距离分别为h_上与h_下。超画面取景器与图像采集设备的距离关系、其他长度、角度设置见图6。

1、取景范围外物体先经由下镜片投射到上镜片的情况

首先固定上镜片的第一调节杆位置，使其坐标(0，h_上)与采集设备的位置关系参照图7，使即

接下来调节镜片角度，我们要使QH_上为入射光线，H_上C为反射光线：

作TH_上⊥H_上P，当光线反射符合上面所述时，TH_上应平分∠QH_上C，设∠BAC为α，

固定好上镜片后，我们可通过下镜片的位置、角度调节来取得下图所示范围内的物体影像。

参照图8，取景范围外物体可覆盖的位置范围分了5个区域。分区域阐述下镜片的位置、角度调节方法：

a、参照图9，采集设备正后方中心点至设备下沿范围内，即物体坐标中，

在此范围内，下镜片的调节轴位置需要根据物体与采集设备的相对距离做调整。

设FM长度为e，长度为f，∠QFH_下＝θ₁，须使θ₁＞θ₂，即，使下镜片调节轴坐标(0，-h_下)中：

即

我们要使为入射光线，H_下H_上为反射光线：

作TH_下⊥H_下P，当光线反射符合上面所述时，TH_下应平分∠QH_下F，设为β，

b、如图10所示，物体坐标y值介于采集设备下沿至下镜片调节轴之间，即物体坐标中，

0＜x＜∞，-h_下＜y＜y_{图像采集设备下沿}

在此范围内，下镜片的调节轴位置不需要做调整。

我们要使为入射光线，H_下H_上为反射光线：

作TH_下⊥H_下P，当光线反射符合上面所述时，TH下应平分设为ε，H_下M长度为j，长度为k：

c、如图11所示，取景范围外物体y值介下镜片调节轴以下沿范围内，即物体坐标中，

0＜x＜∞，-∞＜y≤-h_下

在此范围内，下镜片的调节轴位置不需要做调整。

我们要使为入射光线，H_下H_上为反射光线：

作TH_下⊥H_下P，当光线反射符合上面所述时，TH_下应平分设为ε，H_下M长度为j，长度为k：

d、如图12所示，物体位于第二象限中除取景范围与上镜片正上方的范围以外的位置范围内，即物体坐标中，设镜片长度为1：

∵$\gamma =\frac{\mathrm{arctg}\frac{a}{b}}{2}$

在此范围内，下镜片的调节轴位置不需要做调整。

我们要使为入射光线，H_下H_上为反射光线：

作TH_下⊥H_下P，当光线反射符合上面所述时，TH下应平分设为ε，H_下M长度为j，长度为k：

e、如图13所示，物体位于上镜片正上方的范围内，即物体坐标中：

在此范围内，下镜片的调节轴的纵向位置不需要做调整，只需横向调整到看得见物体的地方。我们设物体位置坐标为(-i，r)，下轴调至坐标(-n，-h_下)。我们要使为入射光线，H_下H_上为反射光线：

作TH_下⊥H_下P，当光线反射符合上面所述情况时，TH_下应平分再作点M(-i，-h_下)，则设∠PTH_下＝α₁，∠PUH_下＝∠VUO＝α₃，∠UVM＝β₁，∠H_下OV＝β₂：

∵α1＝α2+α3，β1＝β2+2α2

∴180°-δ＝90°-α₁＝90°-(α₂+α₃)＝90°-[α₂+(90°-β₁)]＝90°-{α₂+[90°-(β₂+2α₂)]}

上镜片角度：

当取景范围外物体先经由上镜片投射到下镜片的情况时，物体的位置范围在第一、第四象限内，参照图14，与第一种情况恰好相反。

所以参照图15本发明创造的产品可以对取景范围外物体实现360°全覆盖。

实施例二

以智能交通行业中闯红灯违法取证图像采集系统为例：

智能交通行业中闯红灯违法取证图像采集系统的原理是利用埋设在路口车道下的感应线圈，通过车辆检测器，根据车辆通过时的磁场变化来检测是否有车辆通过，再根据检测到的路口信号灯状态，判断车辆是否闯红灯。当有车辆违反交通信号指示闯红灯时，抓拍控制器自动记车辆通过的时间、信号灯红灯点亮的时间、路口地址、路口方向、车道等相关信息，并控制数码图像采集设备拍摄违法事件现场的数码图片，组合成一条车辆违法数据记录。根据公安部标准(GB/T496-2009)中要求闯红灯违法取证图像中必须含有——清晰的车辆号牌、停车线以及对面信号灯这三要素。

参照图4由于某路口图像采集设备与信号灯14之间距离太近，使得信号灯不在图像采集设备本身的取景范围之内，且由于实际情况限制，图像采集设备无法向后移动，通过调小焦距扩大取景范围的话也将使车辆号牌辨识度下降，达不到软件识别要求。所以在最终成像中缺少信号灯的相关信息。在此种情况下，把超画面取景器安装在图像采集设备摄像镜头的前方，取景器前片上的卡口与摄像镜头吻合套入。参照图2根据信号灯的实际高度及信号灯与镜片10-1、10-2之间的距离和入射角度调整调节杆确定上、下镜片与水平方向夹角角度，使得信号灯信号图像投射到下镜片上，根据反射原理，信号灯信号图像被反射到上镜片上，根据反射原理再次反射后，信号灯信号图像可以出现在最终成像画面的右上角如图5所示。