專利名稱：具有非均勻圖像分辨率的數(shù)碼相機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字成像領(lǐng)域，尤其涉及在給定視場中捕獲場景的數(shù)碼相機。 黃景技術(shù)相機是通過將圖像或場景光學(xué)地投影到焦平面中的感光器件上來將其捕獲的 裝置。膠片相機在一段時間內(nèi)將置于焦平面上的光敏膠片曝光成投影圖像，以便于 記錄該圖像。多年來，靜態(tài)和動態(tài)膠片相機使用了各種膠片尺寸和縱橫比。雖然在 相機的早期，通常將膠片按尺寸切割，但是目前大多數(shù)膠片被設(shè)置成膠片帶，該膠 片帶在相機內(nèi)前進以將未使用部分置于焦平面。相機內(nèi)的蒙板器件防止來自投影圖 像的光將蒙板外的膠片曝光?；旧纤械拿砂?和之前的切割膠片)都是矩形或 正方形的。較新的數(shù)碼相機以與膠片類似的方式使用光電元件的光敏陣列。與膠片一樣， 該陣列位于焦平面上，并在一段時間內(nèi)曝光成投影圖像以便于捕獲該圖像。然而， 不同于膠片的是該陣列可保持固定。 一旦用陣列捕獲了圖像，它就可存儲在計算機 存儲器中并記錄在任何數(shù)字介質(zhì)上。光電元件陣列一般被制成矩形，其長短邊之間的比例通常為3: 4。然而，感 興趣的圖像可能并不是3: 4的矩形，且常常根本就不是矩形。傳統(tǒng)膠片和數(shù)碼相 機通過僅將幀的一部分用于圖像、并基本上將幀(諸如膠片或存儲器)的剩余部分 浪費在其不感興趣的部分上，來捕獲感興趣的非矩形圖像。
現(xiàn)有的相機一般具有包含超過1百萬像素、通常為5百萬或以上像素的光電元件。甚至在目前的消費市場上，也難以找到超過l千萬像素的靜態(tài)相機。各個像素 可提供單個點的彩色或黑白分辨率，且各個像素常常能表示幾百萬種色彩之一。因此，在原始格式中，每像素24-位的六百萬像素光電元件對每幀捕獲圖像可能需要 18百萬字節(jié)數(shù)據(jù)。一些現(xiàn)有相機可以通過稀釋像素或通過合并相鄰像素來可編程地改變圖像的 分辨率。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)可用于減小各個幀所需的數(shù)據(jù)量。例如，對于運動圖像，代 表運動圖像專家組的MPEG是用于以數(shù)字壓縮格式對音頻-視覺信息(例如電影、 視頻、音樂)編碼的標(biāo)準(zhǔn)系列的名稱。對于靜態(tài)圖片，JPEG格式是可用的。JPEG 壓縮了攝影彩色深度的圖形，這使圖像更小。使用任一這些技術(shù)，在加入壓縮的同 時圖像質(zhì)量變差。無論如何，JPEG和MPEG類的壓縮需要強大的數(shù)據(jù)處理能力。因此，為便于 以期望的分辨率捕獲感興趣的圖像，相機需要較大的存儲器和用于在該存儲器中存 儲幀數(shù)據(jù)的大帶寬數(shù)據(jù)傳輸?；蛘?，當(dāng)一些(通常是可編程的)分辨率或清晰度的 損失是可以接受的時，相機仍需要用于壓縮的、在相機最高幀速率持續(xù)可用的強大 數(shù)據(jù)處理能力。需要這樣的相機，它能減少所需的存儲器和帶寬，卻仍然能提供感興趣的圖像 而不會有非期望的清晰度損失。發(fā)明內(nèi)容在一實施方式中，本發(fā)明提供了用于隔離表示視場的多個部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系 統(tǒng)。該系統(tǒng)包括適于提供對應(yīng)于視場的至少一個部分的數(shù)字表示的傳感器元件陣 列，以及適于隔離由該陣列提供的數(shù)字表示的非均勻分布子集的選擇器。緩沖器被 提供以保存被隔離的數(shù)字表示。本發(fā)明可使活動像素在幀中非對稱分布，而且活動 像素在幀中的分布可以是非連續(xù)的和/或可編程的。在本發(fā)明的另一實施方式中，用于隔離表示隨時間變化的視場的多個部分的數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)包括:提供對應(yīng)于給定時間視場的至少一個部分的多個數(shù)字表示的傳 感器元件陣列，以及用于隔離由陣列提供的給定時間的多個數(shù)字表示的非均勻分布子集的選擇器，該隔離是根據(jù)在可編程查詢表中編程的一組值進行的。 在另一實施方式中，本發(fā)明提供了一種獲取具有非均勻分辨率的數(shù)字圖像的方法，包括以下步驟提供具有均勻間隔的光電傳感器元件的陣列，曝光該陣列，使該陣列提供均勻間隔光電傳感器元件的每一個的數(shù)字表示，以及從該陣列的第一區(qū)域選出第一區(qū)域內(nèi)傳感器元件的數(shù)字表示的第一子集，其中該第一子集在第一區(qū)域 上具有小于最大分辨率的第一平均分辨率。然后選擇陣列的第二區(qū)域內(nèi)傳感器元件的數(shù)字表示的第二子集，該第二子集在第二區(qū)域上具有第二平均分辨率。在該配置 中，第一平均分辨率不等于第二平均分辨率。本發(fā)明還可使用反射鏡和光電傳感器元件線性陣列來實踐，其中通過旋轉(zhuǎn)反射 鏡、或者移動陣列來使視場隨時間流逝投射到線性陣列上。在鏡子旋轉(zhuǎn)時從陣列中 獲取多組值，各組值包括其量少于線性陣列的均勻間隔光電傳感器元件的數(shù)目的數(shù) 字表示。來自陣列的多組值的至少兩組包括入射到不同傳感器上的光的數(shù)字表示。 在本實施方式中，稀釋可在鏡子分辨率之間或陣列移動之間改變，以動態(tài)地改變圖 像的局部分辨率。以高于焦點對準(zhǔn)視場部分的密度對焦點未對準(zhǔn)視場部分進行采 樣，且可通過平均來至少部分地修正散焦模糊。旋轉(zhuǎn)鏡可以是雙面的、且在旋轉(zhuǎn)軸 上方置中。光學(xué)路徑可通過至少一個平面鏡折疊，以防止線性陣列導(dǎo)致視場前沿障 礙。旋轉(zhuǎn)鏡可以是繞其軸旋轉(zhuǎn)的多面棱鏡。該鏡可被定位成反射視場的一部分以捕 獲相機附近的靜態(tài)場景，且位于局域場景中的已知固定物體可用于校準(zhǔn)和失真校正 目的。還可通過提供分別具有旋轉(zhuǎn)鏡的一對相機，兩個旋轉(zhuǎn)鏡使用同一馬達(dá)和旋轉(zhuǎn) 軸，且一個相機相對于另一個偏移90度，來實施旋轉(zhuǎn)鏡實施方式。在旋轉(zhuǎn)鏡實施 方式中，線性陣列和旋轉(zhuǎn)軸通常為水平。在這一方面，可將相機安裝在移動車輛上， 并用來檢査車輛前的區(qū)域。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)鏡實施方式可通過在相機后設(shè)置依次將一 對立體圖像反射到旋轉(zhuǎn)鏡上的兩個鏡子來提供立體相機。本發(fā)明也可以具有適于提供視場一部分的數(shù)字表示的至少一個傳感器的數(shù)碼 相機的形式提供。該相機包括使視場內(nèi)的位置入射到傳感器上的光學(xué)系統(tǒng)。設(shè)置具 有對應(yīng)于各個位置的可編程值的蒙板，該值可被編程為接受值或拒絕值。選擇器適 于如果對應(yīng)于位置的值被編程為接受值則接受數(shù)字表示，而如果對應(yīng)于位置的值 被編程為拒絕值則拒絕數(shù)字表示。提供存儲器用于存儲各個被接受的數(shù)字表示，被 接受的數(shù)字表示表示視場內(nèi)彼此非均勻分隔的位置。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)碼相機可包括一種以可變分辨率對線性陣列采樣使至少一些
掃描線被稀釋而不必處理的機制?？墒箳呙杈€內(nèi)像素的稀釋和圖像內(nèi)掃描線的稀釋 同步，以限定圖像至少一個子區(qū)域的期望兩維像素密度。該稀釋可由來自二元査詢 表的、指定待獲取線和各條線中待獲取像素的信息來控制。該稀釋可對應(yīng)于場景子 區(qū)域中的預(yù)定感興趣程度。査詢表的內(nèi)容可對應(yīng)于在任何給定傾斜角和方位上相機 與場景之間的期望距離。查詢表的內(nèi)容可至少部分地根據(jù)在先圖像的圖像內(nèi)容來決 定，并可對應(yīng)于視頻運動檢測系統(tǒng)的結(jié)果。二元查詢表與場景的幾何結(jié)構(gòu)的對應(yīng)性 可基于場景的初步圖像分析和根據(jù)視場中物體角度尺寸對到物體的距離的估計。査 詢表可在各幀之間改變，以將場景中至少一個運動物體保留在較高分辨率下。本發(fā)明的數(shù)碼相機還包括多個線性陣列，它們大致共線地交錯排布以產(chǎn)生具有 更多數(shù)量像素的陣列。交錯線性陣列的線性和連續(xù)性的誤差可根據(jù)校準(zhǔn)表中的校準(zhǔn) 偏移來補償。本發(fā)明的相機可用于各種應(yīng)用。例如，它可用于通過用相機掃描起飛和降落帶 來監(jiān)控機場的這些帶，該相機定位在帶的至少一端上，且查詢表被編程為以大體上 均勻的分辨率來覆蓋帶的大體梯形外貌。相機還可以用于生產(chǎn)線上產(chǎn)品的自動光學(xué) 檢查。此外，本發(fā)明的相機可用作交通控制數(shù)碼相機，它放大牌照和駕駛員頭部的 至少之一、隨后預(yù)測它們在視場中的期望位置。本發(fā)明的相機還用于獲得徑賽的視 頻圖像，其中競賽者在沿直線的平行跑道中比賽，跑道成像為具有均勻?qū)挾群途€性 垂直比例的平行垂直帶。它可用于視頻球跟蹤系統(tǒng)，其中球區(qū)域的分辨率隨相機與 球距離的增加而增加。對于其中較窄的垂直光束與掃描線的方向同步的旋轉(zhuǎn)鏡掃描 相機，相機還可用于照明系統(tǒng)中。垂直光束可由線性光源、透鏡、和機械鏈接于相 機的旋轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)鏡產(chǎn)生。本發(fā)明可用于提供具有至少三個隅角鏡反射鏡的柵格的 反光鏡和光學(xué)阻擋至少一個所述隅角反射鏡以產(chǎn)生各種可識別反射圖案的裝置。本 發(fā)明的數(shù)碼相機可用于提供物體部分特征的高分辨率圖像的傳輸?shù)囊曈X監(jiān)視系統(tǒng)。 在這種監(jiān)視系統(tǒng)中，數(shù)碼相機可用于反復(fù)使視場以第一分辨率成像。然后圖像處理 系統(tǒng)可用于識別圖像中的物體，且內(nèi)容分析系統(tǒng)可設(shè)置成預(yù)測在物體的幾何環(huán)境中 的何處是部分特征的期望位置。然后可編程查詢表可編程為將高分辨率分配在將出 現(xiàn)圖像中那些特征的期望位置。由這種監(jiān)視系統(tǒng)識別的物體可以是人體且特征可以 是臉?；蛘?，被識別的物體可以是車輛且特征可以是牌照。本發(fā)明的相機還可用于 提供幫助用戶在視場中通過視覺尋找物品。在這些實施方式中，除相機外，系統(tǒng)還
可包括安裝在相機附近的可編程視覺定點裝置、以及能夠識別物品在相機圖像中的 出現(xiàn)的圖案識別系統(tǒng)。可提供定點控制器用于對視覺定點裝置編程以視覺屏蔽被識 別目標(biāo)。這些物品可以是例如組件的部件，而視場是用戶前面的組件。物品或者可 以是印刷文字，而視場是用戶面前的文檔。這樣，相機和定位器可以封裝在臺燈的 頭部內(nèi)。應(yīng)該理解，上面的概括描述以及下面的詳細(xì)描述都是示例性和說明性的，并旨 在根據(jù)權(quán)利要求提供對本發(fā)明的進一步說明。本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點會在下文的 描述中列出，并通過該描述部分地顯而易見，或者可通過實施本發(fā)明而獲知。本發(fā) 明的目的和其它優(yōu)點可通過所寫說明書和其權(quán)利要求書以及附圖中特別指出的結(jié) 構(gòu)實現(xiàn)和達(dá)到。


包括在內(nèi)以提供對本發(fā)明的進一步理解、且結(jié)合其中并組成本說明書的一部分 的

了本發(fā)明的諸實施方式，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明至少一個實施 方式的原理。在附圖中圖1A示出橫向矩形圖像。 圖1B示出縱向矩形圖像。圖2A示出柵欄的非矩形場景。 圖2B示出道路的非矩形場景。 圖2C示出泳池的非矩形場景。 圖2D示出軍營邊界的非矩形場景。圖3A-3D示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式對應(yīng)于圖2A-2D感興趣圖像的蒙板。 圖4A示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式具有均勻稀釋度的正面柵欄場景的查詢表的示圖。圖4B示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式具有非均勻稀釋度的正面柵欄場景的査詢表。圖5A示出由相機透鏡投射的正面柵欄場景。圖5B示出由根據(jù)本發(fā)明一實施方式的成像系統(tǒng)預(yù)處理之后的同一正面柵欄場
里 眾。圖6A示出使用安裝其中的安全相機得到的列車車廂的側(cè)面剖視圖。 圖6B示出圖6A的列車車廂沿線AA的平面剖視圖。 圖7A示出由安全相機看到的內(nèi)部場景。圖7B示出由根據(jù)本發(fā)明一實施方式的圖象預(yù)處理器使用的査詢表的示圖。 圖8A是獲取具有中場和周圍物體的圖像的相機的平面圖。 圖8B是在圖8A圖像周圍看到的物體的表示。 圖8C是在圖8A圖像中場看到的物體的表示。 圖9A-9B示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的場景掃描儀的兩個視圖。 圖IO示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的選擇查詢表的過程的示意圖。 圖IIA示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的三個線性陣列交錯的俯視圖。 圖11B示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的三個線性陣列以增大角度覆蓋模式交錯 的前視圖。圖11C示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的三個線性陣列以增大垂直分辨率和獲取 速度模式交錯的前視圖。圖12A示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的與一鏡子一起工作、以將垂直分辨率延 伸到單個陣列能力之外的三個線性陣列的交錯。圖12B示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式用查詢表實現(xiàn)三個線性陣列的交錯。圖13根據(jù)本發(fā)明一實施方式的電子電路的高級框圖。圖14A-14D示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的分辨率分布的不同方案。圖15A-15C是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的經(jīng)稀釋圖像的視覺顯現(xiàn)的表示。圖16示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的具有可變分辨率的掃描線。圖17示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的具有可變分辨率的掃描線的實現(xiàn)。圖18是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的相機中電子元件的高級框圖。圖19是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的處理單元中電子元件的高級框圖。圖20是交通控制相機的簡化示圖。圖21A、 21B、 21C示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的鐵軌和鐵軌監(jiān)視應(yīng)用。 圖22A和22B示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的游泳池和游泳池監(jiān)視應(yīng)用。 圖23是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的球追蹤應(yīng)用。 實施方式的用于圖像回放的投影儀。 圖25是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的用于校準(zhǔn)相機的隅角反射鏡。 圖26是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的用于校準(zhǔn)相機的隅角反射鏡陣列。 圖27A、 27B示出旋轉(zhuǎn)鏡相對于軸的位置。圖28A、 28B、 28C示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的直線跨越場景進行校準(zhǔn)的使用。圖29A、 29B示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的點目標(biāo)在校準(zhǔn)相機中的使用。 圖30示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的使用多邊形的相機的扇形應(yīng)用。 圖31是示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的在扇形實現(xiàn)中鏡子的角度與相機視角之 間關(guān)系的曲線圖。圖32示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的雙面鏡在增大角度覆蓋中的使用。 圖33示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的允許相機以大于180度的角度觀看的光學(xué) 裝置。圖34A和34B示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的用于變焦多個目標(biāo)的相機。 圖35示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的相機的立體實現(xiàn)。圖36A和36B示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的用于在臉部識別系統(tǒng)內(nèi)加強臉部 分辨率的相機。圖37示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的桌面文檔處理的相機。 圖38A是安裝在船桅桿上的相機。圖38B是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的用于補償相機傾斜的方法的示意圖。 圖39A和39B示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的用于使用角度調(diào)整成反射相機桿 底部附近的物體的鏡子的方法。
具體實施方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的較佳實施方式，其示例將在附圖中說明。為了清 晰起見，在附圖中提供的本發(fā)明的各個視圖中，相應(yīng)特征被連續(xù)標(biāo)號。參看圖1A。示出了比例為3: 4的矩形場景。幀5是水平或橫向取向的。 這是圖像的普通比例，且很多相機被制造成提供該比例的幀。圖2示出另一矩 形場景，這次具有4: 3的比例。幀10為垂直或縱向取向。橫向和縱向之間的
選擇是使用傳統(tǒng)相機通常可用的視場形狀的唯一選擇?，F(xiàn)在參看圖2A，示出包括柵欄20的場景。柵欄20占據(jù)幀21的相對較小 部分。如果柵欄是幀21中僅有的感興趣的圖像(例如如果視圖來自僅監(jiān)視柵 欄的安全相機)，則幀21內(nèi)對應(yīng)于視場22的像素是必要的，而幀21內(nèi)不對 應(yīng)于視場22的像素則是沒有關(guān)系的。在圖2B中，示出包括從幀25的底部延伸到地平線的道路24的場景。該 道路24占據(jù)幀25的相對較小部分。如果道路24是幀25中僅有的感興趣的圖 像(例如如果視圖來自僅監(jiān)視道路的交通相機)，則幀25內(nèi)對應(yīng)于視場26的 像素是必要的，而幀25內(nèi)不對應(yīng)于視場26的像素是沒有關(guān)系的。參看圖2C，示出由任意安放的相機拍攝的包括游泳池28的場景。該池28 占據(jù)幀29的一部分。如果池28是幀29中僅有的感興趣的圖像(例如視圖來 自用于監(jiān)視游泳者的相機)，則幀29內(nèi)對應(yīng)于視場30的像素是必要的，而幀 29內(nèi)不對應(yīng)于視場30的像素是沒有關(guān)系的。在圖2D中，示出包括沙漠中營地32的場景。該營地32的任意邊界僅僅 占據(jù)視場的一小部分。如果營地32的邊界是幀33中僅有的感興趣的圖像(例 如如果視圖來自用于監(jiān)視營地32邊界的安全相機)，則幀33內(nèi)對應(yīng)于視場34 的像素是必要的，而幀33中不對應(yīng)于視場34的像素是沒有關(guān)系的。參看圖3A-3D，示出對應(yīng)于圖2A-2D的場景中四個感興趣圖像的蒙板?，F(xiàn)在參看圖4A，示出査詢表50的圖解表示。表50中的各個單元表示視場 中的方位和仰角。在一實施方式中，查詢表50中的各個單元對應(yīng)于線性CCD 陣列中的一個或多個單元。仰角的最大垂直分辨率由線性CCD陣列的分辨率 確定，且方位的最大水平分辨率由反射鏡的軸編碼器的分辨率確定(下文中詳 細(xì)描述)。根據(jù)本發(fā)明一實施方式，査詢表被配置成適應(yīng)通過使用本發(fā)明的成 像系統(tǒng)觀看直柵欄得到的透視圖。線52、 54示出在通過成像系統(tǒng)觀看時柵欄 的上下邊界。透視圖使圖像60的中心(以及因此柵欄的中心)呈現(xiàn)為最大。 類似地，透視圖使圖像的邊緣62、 63 (以及從成像系統(tǒng)查看的直柵欄的部分) 較小。査詢表具有作了標(biāo)記要進行處理的多個像素(通過標(biāo)出像素示出)。為 說明目的，標(biāo)記24個等間距列的每一列中的9個像素以便于處理。查詢表50 的結(jié)果是要提供被處理成提供均勻分辨率的柵欄視圖的圖像(在該說明性示例
中，9個像素高)，而不管來成像系統(tǒng)的立體視圖如何。應(yīng)該注意，線性陣列的邏輯尺寸并不局限于單個線性陣列部件的分辨率。 兩個或多個陣列可層疊或交錯以提高分辨率，或者加速響應(yīng)。此外，交錯陣列 不需要物理共線或連續(xù)，因為電子元件可通過偏移校準(zhǔn)來調(diào)節(jié)其位置的微小差 別。參看圖4B，示出線性陣列的另一查詢表64。查詢表64中列的數(shù)目和每列 中像素的數(shù)目與圖4A的查詢表50中列的數(shù)目和每列中像素的數(shù)目相同。然而， 與圖4A不同，在圖4B中列的密度和像素沿各個列的分布并不均勻。在該示例 性實施方式中，視場70、 72、 74的某些區(qū)域具有較高密度并且如下文中將詳 細(xì)討論的對場景中某些元素提供"放大"，而場景66、 67、 68的其它區(qū)域用 作場景的"背景"并具有均勻的分辨率。注意，區(qū)域66、 67、 68、 70、 72、 74 可以但不必具有矩形形狀。査詢表64將產(chǎn)生被處理成提供特定放大區(qū)域的圖 像，而不管成像系統(tǒng)的均勻(即未放大的)的分辨率。應(yīng)該注意，不需要使用 每個像素列，任何列中的像素數(shù)目也不需要是恒定的?，F(xiàn)在參看圖5A，它表示垂直于成像系統(tǒng)的長柵欄76的成像系統(tǒng)視圖。為 了說明，人物圖形82出現(xiàn)在沿柵欄的若干位置。當(dāng)該圖形位于柵欄80、 84的 邊緣時，由于成像系統(tǒng)的透視它對相機呈現(xiàn)得較小。應(yīng)用用圖4A中示出的査 詢表50，像素密度在對應(yīng)于柵欄80、 84邊緣的場邊緣中較高，而在對應(yīng)于人 物圖形82的位置的視圖中心60處較低。在一實施方式中，沿站立的人圖像的 像素數(shù)目通常與人物圖形82出現(xiàn)在柵欄76的七個位置的每一個相同。當(dāng)根據(jù) 本發(fā)明一實施方式處理圖像時，所有出現(xiàn)的人物圖形呈現(xiàn)相同的大小和分辨 率。圖5B示出本發(fā)明一實施方式中使用査詢表50 (圖4A)從柵欄76 (圖5A) 獲得的圖像。由于以與物體距離相關(guān)的密度由像素對圖像取樣，覆蓋目標(biāo)高度 的像素數(shù)目顯現(xiàn)為恒定，且因此目標(biāo)的圖像19呈現(xiàn)相同大小。由于在對準(zhǔn)遠(yuǎn) 程物體時成像系統(tǒng)面對更多的噪音和畸變的事實，遠(yuǎn)程圖像中僅有的視覺缺陷 是它們的對比度看來打了折扣。然而，對于圖案識別和圖象處理算法，整個場 景的物體19比例的大致均勻是很有用的。因此，在本發(fā)明一實施方式中，成 像系統(tǒng)及其處理器提供通過根據(jù)距相機的距離來對像素進行可編程稀釋而呈
現(xiàn)基本均勻比例的場景的能力?，F(xiàn)在參看圖6A和圖6B，圖6A中示出了天花板上安裝有安全相機102的 列車車廂100的橫截面視圖，而圖6B示出列車車廂100內(nèi)部的平面視圖。在 本發(fā)明的該示例性實施方式中，安全相機102用于監(jiān)視列車車廂IOO的內(nèi)部。安全相機102附加于列車100的一個較高位置。在一實施方式中，安全相 機102安裝于車廂100的天花板的中心。在這樣安裝相機102時，由線104示 出的視場較靠近相機、位于相機正下方，其中從相機102到所監(jiān)視內(nèi)部的距離 小于車廂IOO的內(nèi)部高度，而在靠近車廂IOO終端處線104示出的視場距相機 102較遠(yuǎn)，且為車廂IOO長度的一半。相機102的典型安全應(yīng)用是檢測乘客遺留的物品。這種物品是安全隱患。 用于辨別物品的圖案識別算法的細(xì)節(jié)是在本領(lǐng)域公知的，在此不再贅述。本文 公開的系統(tǒng)和方法允許獲得視場內(nèi)具有足夠分辨率以允許識別感興趣物品的 圖像。在一實施方式中，所公開的系統(tǒng)和方法提供了從相機到可能遺留物品的大 多數(shù)位置的視線。顯然在車廂中存在不在相機102視線內(nèi)的區(qū)域。這種區(qū)域主要包括在座位 之間的地板和椅背阻擋相機102視線的位置。此外，因為感興趣的物品可能位 于視場中的任何位置，所以相機102和不同感興趣物品之間的距離存在較大不 同，例如， 一些感興趣的物品可能比其它的更靠近相機102達(dá)四倍多。相機102 可看到一些物品110、 112，而看不到其它物品108，因為它們藏在椅背的后面。 由于這些問題，使用單個固定相機來監(jiān)視遺留在列車中的物品是不切實際的。現(xiàn)在參看圖7A，示出了內(nèi)部場景，其中顯示了從安裝在天花板附近的相機 (未示出)看到的內(nèi)部120。內(nèi)部120包括相機可直接看到的架子130。為說 明目的，從相機的觀察位置看，實物122擋住了位于實物122后面的區(qū)域126。 因此，從安全相機的角度不能直接看到一個或多個位于實物122后面的物品。 類似地，實物124阻擋了相機直接?xùn)丝次挥谄浜竺娴膮^(qū)域128。在列車或其它小的內(nèi)部區(qū)域的環(huán)境內(nèi)，可在將隱蔽物體暴露給相機的位置 安裝小鏡子。因此，雖然區(qū)域126、 128被阻擋在安全相機的直接視野之外， 但是鏡子132、 134用來從另一角度觀看被阻擋的區(qū)域。如圖7A所示，出于實
用性考慮，鏡子132、 134比它們所暴露的場景部分小得多。然而，如果它是 凸面的，則小鏡子可反射較大物體。因此，區(qū)域126、 128可暴露在相機下， 盡管從相機的觀察位置看，它們會發(fā)生畸變且尺寸明顯減小。畸變源于鏡子凸 面的形狀，而尺寸的減小是由鏡子的凸面形狀和物體與相機的距離造成的。即 使鏡子132不是凸面的，如在鏡子132中反射可見的區(qū)域126顯現(xiàn)為與相機的 距離等于相機距鏡子132的距離加鏡子132距區(qū)域126的距離。結(jié)果，區(qū)域126 中感興趣物體的圖像可能會太小，以致于不能在來自安全相機的圖像中恰當(dāng)辨 認(rèn)。圖7B示出査詢表，它被設(shè)置成通過對因鏡子132、 134的凸面形狀引入的 畸變進行校正而修改由圖7A的安全相機產(chǎn)生的圖像。此外，該査詢表可對區(qū) 域126、 128距相機的明顯距離進行校正。應(yīng)該注意，在所述示例中，為了簡 單起見，査詢表已作了修改以適應(yīng)鏡子132、 134，而基本上沒有對圖像剩余部 分進行適當(dāng)?shù)牟樵儽淼目紤]。如圖所示，像素在較大百分比的場景中均勻分布， 如可以在某些區(qū)域136、 140、 146中看到的。具有水平方向上更密像素的欄138、 142包含更稠密的區(qū)域144、 148，從而反映了增大的垂直像素密度對應(yīng)于鏡子 134、 132的位置。在包含更稠密區(qū)域144、 148的欄138、 142中，像素沿欄分 布成適應(yīng)像素更稠密的區(qū)域144、 148。結(jié)果是覆蓋對應(yīng)于鏡子位置的區(qū)域144、 148的像素密度比覆蓋直接視線區(qū)域的像素密度高得多，從而創(chuàng)建了比傳統(tǒng)相 機有效得多地覆蓋場景的圖像，并提供經(jīng)改進圖像來進行較佳圖象處理和決策。因此，在需要格外清晰度的區(qū)域中像素密度可得到提高。此外，像素密度 可以是非均勻的，以校正因例如相機的透視和/或鏡子或透鏡的形狀引起的圖像 畸變。例如，如上所述，像素分布可以是非均勻的，以適應(yīng)由距離引起的比例差異。在一實施方式中，查詢表中的像素密度被調(diào)節(jié)成如果在由相機看到的場 景的不同位置上存在許多相同的物體(諸如網(wǎng)球)，所有物體將以大致相同數(shù) 目的像素成像。換言之，對于靠近相機的物體，應(yīng)使用與遠(yuǎn)離相機的物體相同 數(shù)目的像素；類似地，對在遠(yuǎn)端凸面鏡中看到的網(wǎng)球后部應(yīng)使用與在相機視場 中直接看到的網(wǎng)球前部相同數(shù)目的像素。圖4A和7B中所示的查詢表說明了該 原理。本發(fā)明是允許分布像素密度以適應(yīng)各種需要的通用系統(tǒng)和方法。在一實施方式中，如在圖4B的査詢表中部分示出的，場景66、 67、 68的一些區(qū)域分配 到第一像素密度，而場景的其它區(qū)域分配到更高像素密度70、 72、 74。在一實 施方式中，場景的一些區(qū)域沒有得到像素密度，因為它們不包含任何感興趣的 東西。在一實施方式中，像素密度在場景中變化以適應(yīng)特定要求、或期望的圖 像清晰度、或期望的圖像補償?，F(xiàn)在參看圖8A-C，呈現(xiàn)一示圖來示出對由相機和場景的各個部分之間距離 的較大差異造成的圖像光學(xué)散焦的補償。如參照圖8A-C描述的本發(fā)明一般相 關(guān)于特寫場景，其中視場內(nèi)的物體可靠近相機，并由于場景超出相機的景深而 顯現(xiàn)在焦點之外。取決于包括透鏡類型和質(zhì)量、光圈開孔的許多因素，相機能 夠捕捉基本上聚焦在距透鏡最小和最大距離之間的圖像。該范圍被稱為景深。 在場景中的所有物體都位于景深內(nèi)的場景中，整個場景是聚焦的，從而不存在 散焦問題。然而，在一些應(yīng)用中，相機定位、照明、透鏡或其它因素可導(dǎo)致部 分圖像在離焦或散焦的。此外，在諸如生產(chǎn)工藝中的自動光學(xué)檢査的一些應(yīng)用 中，相機可定位成靠近場景，從而為了聚焦，場景的最近區(qū)域需要不同于場景 最遠(yuǎn)區(qū)域的光學(xué)設(shè)置。然而，在相機掃描時調(diào)節(jié)光學(xué)設(shè)置既不是所期望的也不 實用。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，相機150正在掃描由線151表示的視場，以 獲取圖像。點155在視場內(nèi)并相對靠近相機150，而點153在視場內(nèi)并相對遠(yuǎn) 離相機150。預(yù)先調(diào)節(jié)相機的焦點以在點153處提供清晰的聚焦圖像。在場景 該部分的物體156會以良好的質(zhì)量和聚焦成像。然而，對相機150使用相同設(shè) 置，位于點155的類似物體160會更大且散焦。然而，因為物體160的圖像由 于更靠近相機而具有更多像素，所以可通過對相鄰像素的值取平均值來產(chǎn)生物 體160的較低分辨率的圖像。在圖8A和8B中示出的示例中，覆蓋一個像素的 物體158的一部分在表示物體160時覆蓋3x3 = 9個像素，從而可對這9個像 素取平均值來定義以更接近于物體158單個像素質(zhì)量的質(zhì)量來表示該區(qū)域的一 個像素的值。因此，物體160的散焦可通過冗余像素來進行至少部分的補償。 最后，如上所述，根據(jù)本發(fā)明一實施方式，可通過使用該平均處理以大致相同 數(shù)目的像素使物體156、 160成像。根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，為了適應(yīng)點155附近的散焦，以更高像素密度 和因此更多數(shù)量的像素使物體160 (在場景的點155附近)成像。換言之，放 棄了像素稀釋，且附加像素用于更詳細(xì)地采樣物體160。在示圖中，物體156 (在場景的點153附近)用9個像素(3 x 3)釆樣，在應(yīng)用于物體160 (在場 景的點155附近)時以相同的像素密度158、 162用81個像素(9x9)采樣物 體160。換言之，為了適應(yīng)點155附近的散焦，在該實施方式中不將場景的點 153附近的像素稀釋到約9個像素以允許物體156、 160的每一個用大致與上述 相同數(shù)目的像素成像，而是用9個以上像素(可以是全部的81個像素)采樣。 然后所采樣的圖像通過結(jié)合由圖8C中深色線161示出的相鄰像素的較大元像 素組進行處理；因此得到了更清晰、更聚焦的圖像，在縮放之后該圖像含有與 物體156大致相同數(shù)目的像素。現(xiàn)在參看圖9A和9B，兩個示意圖示出用于實現(xiàn)本發(fā)明的場景掃描器201。 圖9A示出該場景掃描器201的一個視圖，而圖9B示出沿圖9A中線AA獲取 的場景掃描器201的視圖。底座200支撐電子部件202中的線性CCD陣列204。 鏡子210由支架214可旋轉(zhuǎn)地支撐，從而它可以在平行于CCD陣列的軸上沿 箭頭211的方向旋轉(zhuǎn)。鏡子210反射光束216、 205穿過成像透鏡208，該成像 透鏡208將聚焦光束206發(fā)送到線性CCD 204上。當(dāng)鏡子210旋轉(zhuǎn)時，CCD 掃描視場。馬達(dá)234旋轉(zhuǎn)支架214并因此旋轉(zhuǎn)鏡子210，同時軸編碼器(未示 出)記錄鏡子210的精確角度位置。通過圍繞軸旋轉(zhuǎn)鏡子210并繼續(xù)對入射到 陣列204上的光取樣來形成圖像。如下所述，可選擇性地稀釋CCD的輸出。現(xiàn)在關(guān)注圖10，它示出了圖像稀釋的過程。諸如可從加拿大安大略省 Waterloo的Dalsa購買的IT-P4-6144型線性CCD陣列的線性圖像傳感器陣列 240，或覆蓋200-1100 nm范圍、并可從佛羅里達(dá)Dunedin的Ocean Optics Inc. 購買的作為線性陣列檢測器的紅外線性陣列通過透鏡逐行掃描圖像一如本申 請中以上所述一并將連續(xù)輸出信號饋送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器242。所采樣的數(shù)字值序 列244被饋入根據(jù)預(yù)定義查詢表246稀釋信號的稀釋電路(未示出)。在一實 施方式中，如商用數(shù)碼相機提供的、圖象處理輸入所需的每行的像素數(shù)目為 1000個像素。這允許在創(chuàng)建輸入圖像時線性陣列輸出的l:8稀釋。為了簡便起 見，稀釋方案可由指定線性陣列204每次掃描所需像素的査詢表246確定。在一實施方式中，單個線性陣列輸出表示鏡子210 (圖9)的特定方向、 并因此表示所掃描場景的特定方位角的數(shù)據(jù)。通過對場景中各個區(qū)域分配所需 分辨率，場景掃描器201的控制器可對線性陣列204的每次掃描和因此對各個 方位角分配所需的像素稀釋方案，并以査詢表246的內(nèi)容表示該方案。在一實施方式中，表中的列數(shù)等于圖像中掃描線的數(shù)目，而表中的行數(shù)等 于線性陣列204中像素的數(shù)目。表246包含二進制數(shù)據(jù)，即表中各個單元的值 不是"0"就是"1"。在一實施方式中，列中"1"表示對于本次掃描對應(yīng) 于"1"的該像素是稀釋處理中所輸出的圖像中需要的。在各個列中，1的數(shù)目 等于從稀釋處理輸出的圖像中特定行的垂直分辨率。表246還在處理中用作解釋輸入圖像的圖例，從而指示對應(yīng)于各個像素的方位和高度。監(jiān)視旋轉(zhuǎn)鏡的角度檢測機構(gòu)(未示出)追蹤瞬時方位的獲取。在本發(fā)明一 實施方式中，角度檢測機構(gòu)假設(shè)鏡子以恒定速度旋轉(zhuǎn)、并取決于軸編碼器的分 辨率每一次旋轉(zhuǎn)都可多次從軸編碼器獲得觸發(fā)。使用高頻穩(wěn)定脈沖發(fā)生器，角度檢測機構(gòu)貫穿鏡子210的旋轉(zhuǎn)插補鏡子210的角度。該技術(shù)可以比圖像的水 平分辨率更高、且一般高10倍的分辨率插補鏡子210的角度。在一實施方式中， 一維査詢表(未示出)對鏡子每個角度位置都可包含一 位置。這種一維查詢表可編程為在表示圖像所需方位的位置為"1"，而在 表示需要稀釋掉的方位的位置為"0"。在一實施方式中，在該一維表中"1" 的數(shù)目等于圖像中垂直掃描線的數(shù)目，也等于該圖像的查詢表246中列的數(shù)目。 在鏡子旋轉(zhuǎn)且場景被逐行反射穿透透鏡206到線性陣列204上時， 一維査詢表 通過表示鏡子210的角度位置的脈沖索弓l。當(dāng)所索引的一維査詢表位置包含"l" 時，査詢表246的列被索引到下一個位置，且獲得一條掃描線。然后控制器252 從表246中提取所索引的列250，并使用該列內(nèi)容從掃描線中刪除不需要的像 素254，從而產(chǎn)生其固定長度等于輸入分辨率的"經(jīng)稀釋"掃描線256，該"經(jīng) 稀釋"掃描線將從圖像稀釋過程輸出。換言之，選定列的選定像素構(gòu)成進一步 處理的圖像258。結(jié)果是由圖像稀釋過程輸出的圖像僅包含表示所掃描場景各 個區(qū)域的期望分辨率的那些像素。雖然像素稀釋的討論呈現(xiàn)為相關(guān)于線性陣列，但是它同樣適用于二維CCD
陣列，包括高分辨率二維陣列。應(yīng)該理解，在X和Y維度中應(yīng)用本申請中示出的特定稀釋機制、或者所選定的結(jié)合權(quán)利要求所述的方法和系統(tǒng)使用的其它稀 釋機制落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。具體地，應(yīng)該理解，不管選定實施稀釋的具體方法或裝置為何，申請人認(rèn)為使用稀釋來允許選擇CCD陣列像素的子集 用于通信、存儲和/或處理在本文一些權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)。二維CCD陣 列上選定像素的稀釋可以是任意的，并可將線性CCD陣列用于與本文所說明 的相同的目的和應(yīng)用。參看圖IIA，它是三個線性陣列交錯以增強角度覆蓋的俯視圖。三個圖像 獲取組件268、 264、 266 (類似于上述的場景掃描器201)被安裝成使其旋轉(zhuǎn) 鏡彼此靠近地同軸放置。在一實施方式中，三個旋轉(zhuǎn)鏡繞同一軸262、并由同 一馬達(dá)272旋轉(zhuǎn)。各個場景掃描器的典型覆蓋角度在120至160度之間。三個 掃描器的相關(guān)方向可通過各種方式調(diào)節(jié)，例如，如圖IIB所示或如圖IIC所示。在圖11B中，示出場景掃描器的旨在作360度覆蓋的交錯鏡組件的側(cè)視圖。 在該相關(guān)配置中，三個掃描器取向為彼此成120度。然后該組件提供扇區(qū)之間 有一些交疊的360度覆蓋。該模式對其中相關(guān)物體可在任何方位出現(xiàn)的監(jiān)視和 安全應(yīng)用非常有價值。在圖11C中，示出了場景掃描器的旨在加強特定方向覆蓋的交錯鏡組件 287的側(cè)視圖。在該相關(guān)配置中，三個掃描器取向為同一方向。然后該組件提 供與單個掃描器相同的覆蓋，但是在一實施方式中可提供快3倍的再訪時間， 或者在另一實施方式中可提供高3倍的水平分辨率。作為單個掃描器中典型再 訪時間，使用目前相對價格合理的現(xiàn)貨供應(yīng)線性陣列為每秒4幀，將該速率增 至三倍則得到每秒12幀的幀速率，進入了可認(rèn)為是視頻速率的范圍。對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是可添加附加鏡子/陣列組合以進一步增強水平分辨 率和/或幀速率。例如具有12個鏡子的場景掃描器提供2倍的水平分辨率和每 秒24幀。其它組合也是可能的?，F(xiàn)在參看圖12A。圖12示出三個交錯線性陣列302、 306、 314。陣列302、 306、 314交錯以增大場景掃描器的分辨率。印刷電路300包含具有活性像素線 304的線性陣列傳感器單元302。類似地，同一或另一印刷電路306、 312包含 分別具有有源像素行311、 316的線性陣列309、 314。該器件的物理結(jié)構(gòu)在不 破壞像素行連續(xù)性的情況下不允許兩個器件串聯(lián)。因此，在一實施方式中，兩個相似陣列302、 306可以某一平移308和某一平行交疊310交錯。器件300 和306的輸出對應(yīng)于查詢表中的兩個平行列。在圖中，第三線性陣列312也與 前兩個陣列302、 306交錯，但是由于機械組件的不精確，第三線性陣列312 不平行于其它陣列。因為陣列的相對取向是固定的且不變的，根據(jù)本發(fā)明的査 詢表可被校準(zhǔn)以補償偏移和歪斜，并因此補償該缺陷取向的機械對齊。對本領(lǐng) 域技術(shù)人員顯而易見的是可使用將已知校準(zhǔn)場景提供給場景掃描器的輸出對 校準(zhǔn)補償電路進行編程。現(xiàn)在參看圖12B。圖12B示出三個交錯陣列在查詢表上的投影?？梢钥闯?單條掃描線320對應(yīng)于表中單元的交錯設(shè)置。行314對應(yīng)于頂部陣列300，行 316對應(yīng)于中間陣列306，且行318對應(yīng)于底部傾斜陣列312。因為根據(jù)本發(fā)明 的查詢表被逐列地讀取，所以表中兩個垂直鄰近像素可可以如本文所述地包括 在兩條不同的掃描線中。圖13示出本發(fā)明系統(tǒng)一實施方式的簡化示意性框圖。場景掃描儀1300的 鏡子旋轉(zhuǎn)(1301)，且光學(xué)器件用于將光聚焦在CCD陣列1302上。CCD陣列 1302逐行掃描圖像，并將數(shù)據(jù)傳送給內(nèi)嵌處理器1305中的數(shù)據(jù)獲取電路1303。 內(nèi)嵌處理器中的圖象處理器1304將所獲取的圖像行稀釋成僅包含相關(guān)像素。 然后，經(jīng)處理的圖像被傳送到檢查或其它處理例程，或者在檢查監(jiān)視器1306 上向人顯示。例如，而非限制，由內(nèi)嵌處理器1305輸出的經(jīng)處理圖像可傳送 到圖案或臉部識別裝置或運動檢測裝置(僅列舉若干)。圖14A-14D示出本發(fā)明的一些可能的可編程分辨率分布功能。在這些圖 中，外部矩形1310、 1320、 1330、 1340表示由相機(未示出)覆蓋的場景， 以及相對應(yīng)的查詢表區(qū)域。場景中任何區(qū)域的灰度電平(暗度)表示該區(qū)域中 的成像分辨率，根據(jù)表中標(biāo)記單元的密度確定。在一實施方式中，每條掃描線 的像素數(shù)目都保持恒定，但是附圖被簡化了，因此它們未示出當(dāng)在給定掃描 線(或列)的一部分內(nèi)分辨率從平均值增大(或減小)時，則該掃描線(或列) 的其它部分不得不相應(yīng)地從平均值減小(或增大)。圖14A示出分辨率減小的均勻分布。作為示例，考慮包含10,000個像素的 線性陣列和期望分辨率為l，OOOx 1,000像素、在整個幀采樣IO，OOO次的場景。
換言之，雖然原始分辨率是100百萬像素，但是期望圖像分辨率僅為1百萬像素。為了適應(yīng)帶寬限制，會需要這樣的約束。如圖所示，在每條掃描線中原始內(nèi)容每10個像素減少9個，且每10列減少9列。換言之，通過從行l(wèi)開始并 簡單地在整個圖像上包括每IO條掃描線的1條、并從每條所包括的線中的每 10個像素選擇1個像素來實現(xiàn)減少。圖14B示出一種高精度模式，其中獲得包括幀1320的20%的子場景320。 再次考慮包含10,000個像素的線性陣列和在幀上采樣IO，OOO次的場景。子場 景由2,000個像素的正方形區(qū)域(在各個方向為10,000的20% ).組成。假設(shè)與 以上相同的提供l，OOO x l，OOO圖像的約束，當(dāng)獲得2條線中的1條線和每條線 中2個像素之一時它可構(gòu)成。為說明性目的，考慮第一掃描線是編號460/10,000 的掃描線一使用上述方法，可捕捉到接下來1000條偶數(shù)線的每一條上相同的 1,000個像素，直到掃描線2458。在該實施方式中，相機并未覆蓋整個場景， 場景的大部分未被包括在輸出圖像中。圖14C示出放大相機幀1330的一個子區(qū)域322，而不會看不到整個場景的 另一種方法。查詢表可被編程為在整個場景中選擇低分辨率的線，并增加感興 趣子場景322上的密度。應(yīng)該清楚，如以上圖14B所示，感興趣區(qū)域的形狀不 需要是矩形。圖14D示出與圖14C類似的情形，但是其中感興趣的高亮區(qū)域324已移到 了新位置。該圖簡化了本發(fā)明系統(tǒng)動態(tài)修改査詢表內(nèi)容的能力。該表可在逐幀 基礎(chǔ)上以指定方式、或作為實時圖象處理的結(jié)果進行更新。在本發(fā)明一實施方 式中，使用視頻運動檢測軟件(這種VMD-1可從紐約州Niagara Falls的 Advantage Security systems購買)來檢測所掃描圖像中的運動區(qū)域。通過更新 查詢表可以更高分辨率掃描這種區(qū)域，以在運動區(qū)域中更加密集地選擇像素和 掃描線。查詢表可在每一幀之后更新，以在相機一直掃描整個場景時保持以高 分辨率跟蹤運動物體。在本發(fā)明一實施方式中，查詢表的內(nèi)容在運行過程中動態(tài)地更改，以便于調(diào)節(jié)圖像上的分辨率分布。圖像的分辨率分布可根據(jù)以下考慮中的任一個更 改增強檢測到運動的區(qū)域的分辨率；減小未檢測到運動的區(qū)域的分辨率；增 加根據(jù)其以往內(nèi)容(未引起注意的遺留的包)達(dá)到感興趣條件的區(qū)域的分辨率;
更改場景中由操作者指出的區(qū)域的分辨率；更改檢測到顏色改變的區(qū)域的分辨 率；在操作者請求下實時更改區(qū)域的分辨率?，F(xiàn)在參看圖15A-15C，其中背景灰度電平表示圖像分辨率，較深表示較高 分辨率，較淺表示較低分辨率。圖15A表示用均勻分辨率342 (雖然小于陣列 的總的可用分辨率)獲得的幀340，其中場景包括物體344。有了場景掃描器 的限制和因像素稀釋導(dǎo)致的任何損失，物體344將與在幀340中顯現(xiàn)的輸出一 樣地準(zhǔn)確再現(xiàn)。圖15B示出以在幀346上非均勻的分辨率獲得的幀346，該幀 包括多個較高和較低分辨率區(qū)域348、 350、 352、 354、 356、 358、 360、 361。 幀346的較大百分比使用均勻的平均分辨率348。其它區(qū)域350、 356具有高于 平均值的分辨率，而另一些區(qū)域352、 354、 358、 360具有低于平均值的分辨 率。在本發(fā)明一實施方式中，各條掃描線中的相關(guān)像素對于給定圖像保持恒定， 因此一些區(qū)域352、 254、 358、 360具有較低分辨率以適應(yīng)同一掃描線上需要 較高分辨率的區(qū)域250、 365。圖15C示出如在均勻分辨率幀364中顯示的、使 用圖15B區(qū)域的分辨率掃描的場景中物體362的顯現(xiàn)。在平均分辨率區(qū)域348 中成像的物體362的部分366會以類似的比例和位置再現(xiàn)。對應(yīng)于區(qū)域350、 356的以較高分辨率成像的部分370、 372顯現(xiàn)為放大。對應(yīng)于區(qū)域352、 354、 358、 360的以較低分辨率成像的部分374顯現(xiàn)為按比例縮小。該畸變可以是期 望的和有意的。參看例如圖5A、 5B。因此，在一實施方式中，以較低像素稀 釋(即較高像素密度)掃描的區(qū)域會顯現(xiàn)為放大，而以較高像素稀釋(即較低 像素密度)掃描的區(qū)域會顯現(xiàn)為按比例縮小。在一實施方式中，盡管是以非均勻像素分辨率掃描的，但圖像仍按比例顯 示。用于提供按比例顯示的一種方法是如此實現(xiàn)的通過使用用于選擇像素的 查詢表將畸變圖像中各個像素的坐標(biāo)映射到其場景中的初始位置。雖然圖像中 的一些像素可能會丟失、而圖像中其它像素可能被復(fù)制，但所得圖像仍然恰當(dāng) 地按比例顯現(xiàn)。用于提供按比例顯示的另一方法是將畸變圖像中的像素繪制 到靠近其初始位置的目標(biāo)坐標(biāo)，然后使用混合技術(shù)來填充任何空白坐標(biāo)，之后 結(jié)合映射成坐標(biāo)的像素來適應(yīng)目標(biāo)圖像或顯示的分辨率。總之，使用非均勻分 辨率掃描場景提供了畸變圖像(即在均勻分辨率顯示器上將顯現(xiàn)畸變的圖像)，然后可將該畸變圖像處理成歸一化其顯現(xiàn)(即在均勻分辨率顯示器上不呈現(xiàn)畸
變的圖像)，這樣以高于平均值的分辨率掃描的圖像部分比以低于平均值的分 辨率掃描的圖像部分顯現(xiàn)得更詳細(xì)?；儓D像的類似后處理可用于格式化通過例如凸面鏡或廣角透鏡的畸變 透鏡觀看的掃描場景的一部分。在一實施方式中，場景掃描器通過向包括由透 鏡所致的最小圖像的場景部分提供最高像素密度并產(chǎn)生圖像來補償透鏡畸變。 當(dāng)在均勻分辨率顯示器上顯示時，包含被透鏡畸變的區(qū)域的圖像部分將顯現(xiàn)為 無畸變，而至少不含有圖像的透鏡畸變區(qū)域的一部分將顯現(xiàn)為畸變。應(yīng)用上述 技術(shù)，場景可無畸變(因分辨率改變引入)地查看，而在由場景掃描器捕捉的、 分別對應(yīng)于較高或較低相關(guān)像素密度的部分中具有較高或較低分辨率，但是由 透鏡引起的畸變?nèi)员辉俅我?。在一實施方式中，圖像可進一步處理成包括鏡 子的區(qū)域被再次歸一化、且鏡子顯現(xiàn)為反射無畸變圖像。在一實施方式中，初 始査詢表可被用作歸一化在鏡子中反射的圖像的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在關(guān)注圖16，進一步描述關(guān)于單條垂直掃描線的分辨率分布。場景382 的垂直線被分割成三個部分381、 384、 386，其中兩個部分381、 384為低分辨 率而一部分386為高分辨率。表示場景382的行的掃描線392以高像素密度389 表示部分386的場景，且以較低像素密度388、 390表示其它部分381、 384的 場景。在均勻分辨率顯示器上顯示掃描線392，圖像部分看起來像圖像行400， 且高分辨率部分顯現(xiàn)為放大。在一實施方式中，可反向使用用于從線性陣列382中為掃描線392選擇像素的查詢表(未示出)，因此允許將掃描線392中各個 像素映射到其初始位置，然后經(jīng)補償?shù)膾呙杈€394將恢復(fù)正確比例，使高分辨 率區(qū)域396和低分辨率區(qū)域398在其正確比例和位置上。因此，圖像分割線402 將現(xiàn)正確比例和位置。應(yīng)該理解，雖然圖16示出的補償對場景的按比例可視 化是有用的，但較佳地通常是以其增強分辨率處理圖像?，F(xiàn)在關(guān)注圖17，示出本發(fā)明一實施方式的一個說明性示例，并因此更詳細(xì) 地提供在該實施方式中運用可變分辨率的方法。場景的垂直條紋410 (未示出) 成像在線性陣列424上。圖17中的紋理表示條紋410的圖形內(nèi)容。在該說明 性示例中，所示條紋的某一部分418旨在以較低分辨率成像、并因此其像素以 l:4的比率稀釋。其它部分416、 420旨在以中等分辨率成像、并因此以1:2的 比率稀釋。最后，場景的一部分418旨在以較高分辨率成像并不加稀釋。 線性陣列424上的數(shù)字"0"和"1"表示査詢表426的對應(yīng)于條紋410的 列。數(shù)字426的二進制值表示是否將傳送與其相對應(yīng)的像素以在該條紋中處理-"1"表示該像素將被傳遞以作處理；而"0"表示該像素將被忽略。選定像素，即在查詢表426的列中使"1"與其關(guān)聯(lián)的像素，被采樣到圖 像緩沖器428。在一實施方式中，圖像緩沖器428可具有比線性陣列低得多的 分辨率。在一實施方式中，圖像緩沖器428的分辨率被選擇為保證給定的最大 產(chǎn)量，例如阻止輸出超過常規(guī)成像系統(tǒng)的處理能力。一旦圖像數(shù)據(jù)在緩沖器428 中，則它可通過成像系統(tǒng)(未示出)處理；在一實施方式中，表示圖像中所有 條紋的緩沖器在所有緩沖器具有圖像數(shù)據(jù)之后得到處理。如上所述，經(jīng)處理的圖像可與430中一樣逐行顯示，且由于非均勻稀釋場 景會按比例畸變。高分辨率部分418將在顯示中表示為放大部分432，顯示它 比相機看到的尺寸更大。該畸變是有意的，且在一實施方式中，它旨在場景中 創(chuàng)建均勻的物體分辨率，而不是其它類型相機常見的均勻角度分辨率。為了獲得按比例圖像，經(jīng)處理的圖像必須畸變以補償稀釋畸變。在本發(fā)明 一實施方式中，這種畸變可通過根據(jù)查詢表的相應(yīng)列將經(jīng)處理圖像432的各個 像素投影在顯示器434中的一個或一個以上像素上來實現(xiàn)。在一實施方式中， 被稀釋圖像的第一像素顯示為輸出顯示中列的第一像素；然后，對于所發(fā)現(xiàn)的 各個"0"，在輸出顯示上重復(fù)前一像素，但是當(dāng)遇到"1"時，則在輸出顯示 上顯示來自列的相應(yīng)像素，且對剩余列重復(fù)進行該過程。標(biāo)號436表示復(fù)制4 次以表示4個像素的選定像素，而標(biāo)號438表示在輸出顯示上復(fù)制兩次的選定 像素。通過遵循概算法，來自初始場景的所有經(jīng)稀釋像素可通過復(fù)制其選定鄰 像素來替換。在一實施方式中，用顯示中對應(yīng)于"1"查詢值的最近像素的復(fù) 制像素填充顯示中對應(yīng)于"0"査詢值的像素。在一實施方式中，使用通過考 慮多個鄰近像素值確定像素的值的混合函數(shù)來填充顯示中對應(yīng)于"0"査詢值 的像素。通過進一步稀釋一些選定像素可創(chuàng)建更低分辨率的輸出圖像?，F(xiàn)在參看圖18。圖18是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的場景掃描器中電子器件 的高級框圖。定位控制塊472具有連續(xù)監(jiān)視旋轉(zhuǎn)鏡的位置和角速度、并計算下 一個鏡子位置的寄存器。定位控制塊472的輸出由功率驅(qū)動器468接收，以移 動連接于鏡子的馬達(dá)452。編碼線470同步將當(dāng)前位置提供給定位控制塊472。
定位控制塊472還同步計時塊456。計時塊456產(chǎn)生系統(tǒng)所需的計時信號并按 需提供信號474。定位控制塊472將當(dāng)前角度476 (已知當(dāng)前編碼位置和馬達(dá)速度時插值的) 輸出給行稀釋塊478和査詢表480。陣列454由可提供所用特定陣列454器件 必需的計時信號的計時發(fā)生器456激活。陣列454的輸出發(fā)送到輸入放大器塊458。然后來自輸入放大器塊458的 所得經(jīng)調(diào)節(jié)輸出被傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器460。然后，表示整行陣列454的數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)由像素稀釋塊461接收。塊461從査詢表塊480得到行蒙板數(shù)據(jù)，并將表示 選定像素的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)緩沖器462。數(shù)據(jù)緩沖器462將表示選定像素 的數(shù)據(jù)存儲在由地址指針塊486指定的地址中。地址指針塊486使用角476來 解析當(dāng)前地址。在一實施方式中，如果行稀釋塊478指示當(dāng)前行為"0"或無 活性，則在選定像素的數(shù)據(jù)存儲于由地址指針塊486指定的地址中之前將表示 選定像素的數(shù)據(jù)丟棄。在一實施方式中，地址指針塊476還使用來自行稀釋塊 478的輸出來解析當(dāng)前地址，其中行稀釋塊478指示當(dāng)前行為"0"或無活性， 且由地址指針塊486指定的地址是被丟棄的緩沖區(qū)。行稀釋塊478至少基于當(dāng) 前角度476和查詢表480指示行的狀態(tài)(活性/無活性)。通信接口 464允許修改查詢表480、并提供接口以通過通信鏈接487讀取 存儲在數(shù)據(jù)緩沖器462中的數(shù)據(jù)。在一實施方式中， 一些塊456、 461、 462、 464、 472、 478、 480、 486被 實現(xiàn)為在場可編程門陣列(或FPGA)中編程，如圖18中450所示?，F(xiàn)在關(guān)注圖19，示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的圖象處理和緩沖系統(tǒng)的功能 框圖。雙向通信接口 484被設(shè)置成允許數(shù)據(jù)通過通信鏈接487傳送，因此使圖 18中示出的系統(tǒng)與圖19中示出的系統(tǒng)相互連接。通信塊486可從通信接口 484 接收諸如圖像的數(shù)據(jù)，且通信塊486將所接收的數(shù)據(jù)存儲在緩沖器488、 490 中。在一實施方式中，緩沖器488、 490包括雙或交互緩沖器， 一個用于接收 新圖像而另一個用于保存前一圖像直到它可被處理或傳輸。塊定序器(Tile Sequencer) 500和分析器492比較前一和當(dāng)前圖像中的塊以及狀態(tài)標(biāo)記塊494 上的信號差異。在一實施方式中， 一些塊486、 492、 494、 498、 500和502被實現(xiàn)為在場 可編程門陣列(或FPGA)中編程，如圖19中481所示。在一實施方式中，F(xiàn)PGA 481可直接與PCI總線496通過接口連接，因此可與PC或其它裝置(未示出) 通過PCI接口塊498連接。FPGA 481中的計時發(fā)生器塊502可產(chǎn)生允許完全同步運行必需的計時信號現(xiàn)在關(guān)注圖20，示出沿路512定位的、用于監(jiān)視駕駛員是否遵守交通規(guī)則 的交通控制相機514。由于本申請所說明的常規(guī)分辨率限制，傳統(tǒng)交通控制相 機具有相對較短范圍的相對較窄視場516。如圖所示，常規(guī)相機只能覆蓋路的 相對較短部分518。這適于例如檢測駕駛員在部分518中的超速行駛。然而，根據(jù)本發(fā)明一實施方式，交通控制相機514可具有可選擇分辨率和 最高達(dá)360度的覆蓋率。因此，被覆蓋區(qū)域520可在角度、在范圍或兩種上得 到擴展，且相機可以更好的性能在道路的大得多的部分中覆蓋交通530、 532。因為相機514的范圍大于常規(guī)相機的范圍，所以如果在360度范圍內(nèi)運行， 相機514也可捕捉相鄰道路510中的交通526、 528，因此增加了相機514位置 的效用。因為相機可從一個幀到另一個幀地控制其分辨率，且由于牌照和駕駛 員的位置可很容易地在駛近車輛的輪廓中確定、且其在下一幀中的位置可通過 插補來準(zhǔn)確估計，所以當(dāng)與運動或物體檢測器軟件或硬件耦合時，相機可記錄 超速車輛、或者在位于路口的紅綠燈為紅色時行駛的車輛，該記錄通常有四個 圖像的序列兩個圖像是彼此相距幾秒拍攝的遠(yuǎn)景，示出車輛在行駛且可任選 地指示其速度；牌照的可讀分辨率圖片(即變焦)；以及擋風(fēng)玻璃一側(cè)駕駛員 的可識別分辨率圖像(即變焦)，從而提供有助于辨別違規(guī)時駕駛車輛的人的 圖像。在一實施方式中，在置于裝有紅綠燈的路口中或該路口附近時，本發(fā)明的 相機可識別紅綠燈信號狀態(tài)。本發(fā)明的相機可被編程以檢測駛近路口的車輛的 速度和位置，并使用公知的制動距離表確定駛近路口的車輛可能在紅燈時進入 路口的時間?；谠撌录臋z測，本發(fā)明的相機不僅可記錄交通違規(guī)，而且還可設(shè)置信號燈或警報器，以提醒從其它方向駛近路口的車輛停下，并因此避免 與違章車輛相撞。本發(fā)明相機的在所有駛近方向提供這種警報和響應(yīng)的能力是其準(zhǔn)確確定視場中物體的位置和速度的結(jié)果。
現(xiàn)在關(guān)注圖21A-21C。圖21A示出安裝在火車頭(未示出)前部以査看火 車前方軌道624的相機(未示出)的視場622。如圖中可見，在由線N表示的 沿軌道的一距離處，軌道在視場622中顯現(xiàn)得比由線F表示的沿軌道的一距離 處更寬。圖21B示出水平線F上分辨率的說明性分布，其中示出線上大部分的 相對較低的分辨率632，但是通過使用在水平軸上調(diào)節(jié)分辨率的能力，軌道寬 度634上的分辨率可以很高。類似地，圖21C示出線N上的分辨率說明性分布。 分辨率在線的一部分638上較低，而在對應(yīng)于軌道624的場景部分上增大。在 本發(fā)明一實施方式中，分辨率分布被調(diào)節(jié)成每個枕木分配到均勻數(shù)目的像素， 從而給予鐵軌長距離的良好覆蓋。長距離高分辨率覆蓋的重要性在于如果相 機在軌道上檢測到物體，則火車駕駛員可得到使他能夠停下火車的早期警告?，F(xiàn)在關(guān)注圖22A和22B,示出具有8個泳道646的奧林匹克游泳池644的 遠(yuǎn)景圖642。注意，在透視圖642中，池的遠(yuǎn)端和最遠(yuǎn)的游泳者650比池的近 端和最近游泳者648小。還注意到垂直比例不是線性的。雖然透視圖642是人 們習(xí)慣的觀看例如游泳比賽的方式，但本發(fā)明的場景掃描器可提供如圖22B所 示的清晰得多和信息更多的比賽。圖22B示出幀652，其中分辨率分布被配置 成池653的頂部端與幀652的頂部附近對齊，且池655的近端與幀652的底部 邊緣附近對齊。分辨率垂直分布，從而垂直比例654與游泳者距池頂端的距離 呈線性。該成像的視覺效果是所有的游泳者656大小相同，且他們在幀中的相 對垂直位置相對準(zhǔn)確地表示他們在池中的相對位置。該應(yīng)用是使用根據(jù)本發(fā)明 一實施方式的相機來將場景從其自然透視圖轉(zhuǎn)換成有益于觀看者的正色攝影 圖像的典型示例。相同機制可用于測繪應(yīng)用，例如航空攝影學(xué)中的正射影?，F(xiàn)在關(guān)注圖23。圖23示出了使用本發(fā)明一實施方式的相機的特性追蹤在 彈道中飛行的物體的一般方法。在本發(fā)明一實施方式中，相機用于追蹤球，例 如高爾夫球、棒球、籃球、足球或其它民用甚至軍事拋射物。為說明目的，高 爾夫球場在圖23中示出。球662發(fā)射到朝遠(yuǎn)距離洞664的彈道中。相機被定 位成能覆蓋球軌道的初始部分。期望球最初穿過的子視場用高分辨率像素684 覆蓋。在一實施方式中，場景掃描器中鏡子的旋轉(zhuǎn)方向取向為使掃描光束覆蓋 球的飛行方向。這確保球的圖像得到延伸、且它將顯現(xiàn)得比其真實尺寸更長。 在一實施方式中，覆蓋角度限于50度，且多角鏡(如下所述)用于提供較高
幀速率。在一實施方式中，處理器獲取球在高分辨率區(qū)域684中時的幾個圖像， 并且通過物體識別和計算，球的期望軌道通過計算其初始運動的角度和速度來 確定。在一實施方式中，如果它能從在高分辨率區(qū)域684中取得的圖像確定， 則輔助數(shù)據(jù)可用于計算球662的期望軌道，包括例如風(fēng)速(由風(fēng)指示器提供) 或旋轉(zhuǎn)。相機還被指定為獲取對期望球通過或停留的可見視場部分670、 672、 674、 680、 682、 686的高分辨率覆蓋。在一實施方式中，關(guān)于球的期望軌道的 信息可被計算并提供給覆蓋該事件的其它相機，例如處于能更好觀察球的著陸 680的位置的相機。在一些應(yīng)用中，需要在黑暗或弱光條件下成像。雖然場景可被人為照亮(對 任何相機都可如此)，但是在本發(fā)明一實施方式中，所掃描區(qū)域可設(shè)置有交疊 照明線，從而增加照明效率并減小所需的光源瞬時輸出。圖24示出與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的有價值的線投影儀。外殼690包含強光源692， 例如線性鹵素?zé)艋騆ED陣列、或在幻燈片投影儀中使用的任何燈。光通過反射 器694、和可以是圓透鏡、圓柱棱鏡、或諸如可從加利福尼亞州San Diego的 Computer modules Inc.購買的Lighline 9135的捆扎成形的光纖光學(xué)器件的導(dǎo)光 器696轉(zhuǎn)換成均勻、垂直的強光束。垂直光束698由與馬達(dá)702嚙合的可垂直 關(guān)聯(lián)鏡700反射，并向外殼外投射到場景704。在一實施方式中，外殼安裝在相機頂部，且在考慮視差的情況下將兩個旋 轉(zhuǎn)鏡對齊，從而場景的同一垂直線被照亮并被掃描。在一實施方式中，兩個器 件之一的鏡子被機械鏈接于另一個器件的鏡子，它們都由同一馬達(dá)轉(zhuǎn)動，因此 確保光投影儀和相機之間的良好的機械對齊和光學(xué)同步(進行視差調(diào)節(jié))。在 本發(fā)明一實施方式中，兩個鏡子可聯(lián)合為一個加長鏡子，其一部分用于掃描而 一部分用于照明。后一方法可能減小移動部件的數(shù)目、減小成像所需的功率、 并減小在制造或處理后必須對相機進行的機械調(diào)節(jié)。應(yīng)該注意，本文描述且結(jié) 合本發(fā)明實施方式使用的掃射光束相對于光掃過要照明區(qū)域的當(dāng)前照明方法 具有額外的優(yōu)點。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，因為使用全幀相機進行光掃射，入侵者可將 掃射光用作在任何給定時間相機所瞄準(zhǔn)位置的指示，然后入侵者可嘗試在掃射 之間實行入侵。使用本發(fā)明實施方式，投射光束以與鏡子掃描的相同速率橫穿 場景，通常為至少每秒4次，這對于在掃射之間實行入侵而言可能太快了。此
外，在使用更高速率陣列或附加陣列時，鏡子/光掃射速度可大大增加?，F(xiàn)在參看圖25。能在場景中定位校準(zhǔn)點并容易地在圖像中識別它們是有益 的。這有助于相機的校準(zhǔn)并處理非有意振動。隅角鏡724定位于場景中任何位 置的桿716上。隅角鏡724的三個表面718、 720、 722是內(nèi)側(cè)反光的并且彼此 垂直。由隅角鏡724的三個表面718、 720、 722形成的開口通常朝向相機。來 自線投影儀的投射光由三個鏡子反射并直接反射回相機。對于給定照明強度和 距相機的給定距離，由隅角鏡724向相機反射的光的量基本上僅僅取決于鏡子 724的開口尺寸。通過使用各種尺寸的反射鏡并將它們定位在場景中不同的關(guān) 鍵點，可獲得大致均勻的反射。因為校準(zhǔn)鏡子的位置可以是己知的且不會變化，它們通過使用數(shù)字圖象處 理領(lǐng)域公知的傳統(tǒng)"圖幅伸縮"("rubbersheeting")和變形(morphing)方 法來校正圖像的相移和畸變。在一實施方式中，校準(zhǔn)鏡也可用于監(jiān)視投影儀的 適當(dāng)運行、以及所監(jiān)視場景的全部或部分的可視條件(例如霧、模糊)。在一實施方式中，畸變的校準(zhǔn)和校正是通過使用自然產(chǎn)物進行的，該自然 產(chǎn)物在圖中可識別、并已知是表示場景中的靜物的，諸如像黑色樹皮、黑色地 面上白色石頭、交叉路口、桿的頂部的高對比度物體?，F(xiàn)在關(guān)注圖26，示出具有隅角鏡柵格的塊725，其中一些隅角鏡728是打 開且活性的而一些隅角鏡728被擋住且因此是非活性的。當(dāng)塊725大致朝向相 機、且線投影儀在工作時，活性鏡會在圖像中顯現(xiàn)為相對較強的閃光，而被擋 住的鏡子730則不會反射光。由于在該塊中存在16個隅角反射器，所以可在 塊725上作出65,536種可能的組合(即2的16次方)。在一實施方式中，某 些隅角反射器將為了配準(zhǔn)而總是打開。例如，在一實施方式中，四個隅角鏡總 是打開并用作配準(zhǔn)正方形。另外12個鏡子提供由塊725作出的超過4,000個獨 特組合。 一個或多個塊725可放置在由相機覆蓋的區(qū)域，用于校準(zhǔn)該相機的圖 像。在一實施方式中，可用其中的兩個鏡子編碼糾錯的校驗和。如對本領(lǐng)域技 術(shù)人員顯而易見的，以上實施方式可進行組合，并仍能提供超過1,000個具有 糾錯的單獨編碼目標(biāo)725。應(yīng)該理解，由于光直接反射到相機上，相機在白天 以及黑夜都可見到鏡子718、 720、 722。還應(yīng)理解，隅角鏡的活性尺寸可通過 部分阻擋開口來控制，從而遠(yuǎn)端鏡子具有比近端鏡子更寬的開口。
如上所述，包括結(jié)合以上圖9A-9B的描述，根據(jù)本發(fā)明一實施方式的場景 掃描器的一個概念是線性CCD陣列接收由旋轉(zhuǎn)鏡反射的線圖像并通過光學(xué)元 件聚焦。如圖9A-9B所示，鏡子的反射表面定位在旋轉(zhuǎn)軸上，以便于在旋轉(zhuǎn)中 保持鏡子與目標(biāo)之間的固定光徑。然而，如果相機用于遠(yuǎn)離相機到光學(xué)無限范 圍的場景，則該限制并不適用。在該應(yīng)用中，鏡子的反射表面不必位于旋轉(zhuǎn)軸 上，且該偏移不會損害圖像質(zhì)量且不會使其散焦?，F(xiàn)在關(guān)注圖27A-27B。圖27A示出支架731的反射表面732置于馬達(dá)736 的旋轉(zhuǎn)軸中心734。圖27B示出支架738的反射表面不以旋轉(zhuǎn)軸742為中心。 該實施方式具有這樣的主要優(yōu)點它使旋轉(zhuǎn)反射鏡具有一個以上的活性面，例 如反射面740。在一實施方式中，支架的兩側(cè)都具有反射面，從而允許場景掃 描器至少部分取決于固定器738的厚度，覆蓋兩個約150度或以上的扇區(qū)。在 另一實施方式中，使用了兩個以上表面，從而允許相機在角度覆蓋與幀速率之 間權(quán)衡，并如下文圖30公開地提供視頻圖像?，F(xiàn)在關(guān)注圖28A-28C。圖28A示出橫貫視場750中的感興趣場景764、懸 掛在兩個桿756和758之間的大致直的物品，諸如繩、線或鏈。另一直的物品 在不同的方向上懸掛在桿760和762之間。高分辨率區(qū)域768和770位于直物 附近以確保其在圖像中的識別。圖28B示出圖像中兩個物品772、 774由于相 機的振動的放大表示。圖中物品772、 774的位置與其在場景中的已知位置776、 778相比較，并計算對應(yīng)點780、 782、 784、 786的點對點偏移。然后該偏移提 供畸變矢量，用于對齊圖像并消除因相機振動導(dǎo)致的畸變。因為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的相機對視場進行逐行掃描，且每個振動周期 的線的數(shù)目通常很大(諸如，每個周期1,000條線)，所以下一條線的期望偏 移可根據(jù)多條最近線的偏移的外插來計算。在一實施方式中，這種計算用作對 査詢表的過程中(on-the-fly)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，該調(diào)節(jié)用來適應(yīng)期望偏移并預(yù)先阻 止畸變。這種預(yù)見畸變僅用于逐行依次掃描圖像的相機，而不可能用于同時捕 捉場景的兩維陣列。在一實施方式中，相機的光學(xué)器件聚焦在無限遠(yuǎn)、且距相機5米或以上的 物體是在光學(xué)上無限遠(yuǎn)的；在這種相機中，水平校準(zhǔn)物品可以是懸掛于相機前 約5米且在不同高度上的相對較短的線。場景包含自然或人工的諸如地平線、 海濱、建筑物頂、十字路等大致水平物品處，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是 預(yù)見畸變的方法不限于人為校準(zhǔn)物品，并可將場景中任何大致水平的物品用于畸變檢測和/或消除。圖28C示出直的校準(zhǔn)物品的長度可用色彩788、 790、 792 標(biāo)記為一維條形碼，以識別沿線的點并增加校準(zhǔn)的精度。除了用色彩標(biāo)記外， 直校準(zhǔn)物品的長度可用反射表面標(biāo)記或者用諸如隅角鏡的物品裝飾，以識別沿 線的點并增加校準(zhǔn)的精度。在本發(fā)明一實施方式中，相機用于監(jiān)視其中視場很平和很寬的海濱地帶。 各條垂直掃描線的選定像素位于水平線在各個角度的表觀高度?，F(xiàn)在關(guān)注圖29A和29B。圖29A示出圖26所示的包含用于相機的校準(zhǔn)和 振動補償?shù)挠缃晴R的場景。為說明目的，隅角鏡塊由行投影儀(未示出)從相 機的方向照射，并將照射光反射回相機。來自鏡子塊的反射光在圖像上顯現(xiàn)為 通常為4x4像素的柵格，其中配準(zhǔn)目標(biāo)(一般是隅角鏡)總是出現(xiàn)且其余鏡 子用作目標(biāo)的識別。因為一旦在圖像中出現(xiàn)目標(biāo)的位置就可很容易地確定，所 以可將較高分辨率的小區(qū)域分配給它們，從而其在幀中的位置可高精度地確 定。圖29B示出這樣的情形由于相機的移動，目標(biāo)810的表觀位置從其已知 位置808偏移。該偏移可在視場中定義為從目標(biāo)的表觀位置至參考位置的矢量。 在一實施方式中，該矢量對多個周期取平均值。在一實施方式中，該矢量對其 中不存在例如風(fēng)或運動的己知外部影響的周期取平均值。這些矢量可適用通過 圖幅伸縮(rubbersheeting)或形變(morphing)的標(biāo)準(zhǔn)處理來配準(zhǔn)圖像。在一實施方式中，由環(huán)境光照明的可視目標(biāo)可用作目標(biāo)。這種目標(biāo)可做成 諸如4 x 4個正方形的棋盤狀，并可以與隅角鏡相同的方式使用、并用于相同 目的。使用棋盤來反射環(huán)境光非常適于良好照明的場景，例如白天捕捉的場景。對于各種應(yīng)用，可能期望結(jié)合本發(fā)明實施方式使用能夠提供更高幀速率的 相機，諸如每秒24幀或更高的視頻幀速率。現(xiàn)在關(guān)注圖30。圖30示出具有多角鏡822的場景掃描器820。在一實施 方式中，使用了八角鏡，然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是該多角鏡可 包含任何數(shù)目的表面。該多角鏡的各個表面用作單個鏡子，并將進入相機的垂 直線圖像反射成由透鏡828投射在線性CCD陣列830上的垂直線圖像。當(dāng)鏡
子826的活性表面旋轉(zhuǎn)到其扇區(qū)834的終端之外時，下一表面將取代它并進行 另一場景掃描。使用多角鏡，鏡子系統(tǒng)的一次旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建場景較窄扇區(qū)的多次掃 描。在一實施方式中，八角鏡822覆蓋大約60度的扇區(qū)，從而八角鏡每旋轉(zhuǎn) 一次就提供八個圖像。由于根據(jù)本發(fā)明一實施方式的系統(tǒng)的處理帶寬可允許每 秒旋轉(zhuǎn)4次，該八角鏡可提供每秒32幀，這超出了活動視頻的要求。還應(yīng)注 意，可添加額外的線性陣列(未示出)來使用同一多角鏡822覆蓋不同視場。 在一實施方式中， 一個不同視場基本上相鄰于由陣列830捕獲的視場，從而得 到較大視場的兩個相鄰、接近相鄰或略有重疊的圖像。現(xiàn)在關(guān)注圖31。圖31示出表示根據(jù)本發(fā)明一實施方式使用八角鏡的相機 的覆蓋的一個示例的曲線圖。水平軸表示以度為單位的多角鏡的角度位置。垂 直軸表示以度為單位的被反射光束進入相機的方向。注意，被反射光束以鏡子 表面旋轉(zhuǎn)量的兩倍改變其方向。線836示出鏡子的角度和入射光束角度之間的 關(guān)系。因為許多鏡子不能使用其最邊緣，所以在一實施方式中，忽略線的邊緣 836。標(biāo)記"打開"和"關(guān)閉"表示本發(fā)明一實施方式中循環(huán)的使用和未使用 部分。在一實施方式中，僅約2/3的八角鏡循環(huán)得到使用，提供約60度的有效 覆蓋扇區(qū)。因此，根據(jù)本發(fā)明一實施方式使用八角鏡的相機以與上文應(yīng)用中描 述的每秒4幀的150度覆蓋率大致相同的處理帶寬，每秒32幀地呈現(xiàn)60度扇 區(qū)?，F(xiàn)在關(guān)注圖32。根據(jù)本發(fā)明一實施方式，示出一種裝置來說明獲得360度 覆蓋率的方法。陣列842設(shè)置在基底840上。透鏡844將光束聚焦在陣列842 上。在兩個旋轉(zhuǎn)位置846和850上示出雙面鏡。在位置846，光束848被反射， 且在鏡子的這個表面激活時，覆蓋扇區(qū)856。在位置850，光束852被反射， 且在鏡子的這個表面激活時，覆蓋扇區(qū)858。如圖所示，兩個扇區(qū)的總覆蓋遠(yuǎn) 大于180度，只剩下兩個較窄的扇區(qū)， 一個在陣列824對面而另一個相鄰于陣 列824并位于其后。因為覆蓋率大于180度，在與第一相機有旋轉(zhuǎn)偏移處運行 的第二相機可捕捉圖像的其余部分。在一實施方式中，單個相機設(shè)置有彼此旋 轉(zhuǎn)偏移約90度、且彼此縱向偏移約一個陣列的物理尺寸的兩個陣列，且單個 雙面鏡選擇為具有足夠?qū)⒐夥瓷涞接赏粏蝹€馬達(dá)轉(zhuǎn)動的兩個陣列上的尺寸。 注意，如果兩個同樣的相機安裝成彼此疊加，共用一個馬達(dá)和一個旋轉(zhuǎn)軸，且
彼此成90度地旋轉(zhuǎn)，則未被兩個相機之一覆蓋的區(qū)域?qū)⒙湓诹硪粋€相機有效扇區(qū)的中心，從而整個360度都被覆蓋?，F(xiàn)在關(guān)注圖33。根據(jù)本發(fā)明一實施方式，示出一種裝置以說明在場景掃描 器中獲得正面覆蓋的方法。外殼860包含有線性CCD陣列862，該陣列接收由 旋轉(zhuǎn)鏡868反射、然后由固定鏡子866反射、并由透鏡864聚焦的圖像872。 整個光學(xué)組件傾斜，從而覆蓋光束大致水平。固定鏡子866可由用于相同目的 的棱鏡代替。該光學(xué)配置可與單面鏡、雙面鏡、或多角鏡結(jié)合使用?，F(xiàn)在關(guān)注圖34A-34B，示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的系統(tǒng)全景掃描場景、 同時以高分辨率(變焦)詳細(xì)追蹤至少一個物體的能力。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯 而易見的是，可施加任何數(shù)目的完全獨立的高分辨率區(qū)域可被施加，每個高分 辨率區(qū)域可具有其自己的形狀、大小和分辨率，并可在包含不同像素分布的幀 之間交替變換。圖34A-34B中示出一個示例。圖34A示出具有包含兩個感興趣 物品一即人區(qū)域876和貓區(qū)域878—的場景874的屏幕872。操作者(未示出) 可在人周圍標(biāo)記一個感興趣區(qū)域880、并在貓周圍標(biāo)記另一個感興趣區(qū)域882。 根據(jù)本發(fā)明一實施方式，在該示例的情形中，場景掃描器交替掃描幀274、人 區(qū)域876、以及貓區(qū)域878。由三次掃描得到的圖像用于產(chǎn)生圖34B示出的圖 像。幀274繼續(xù)以均勻分辨率掃描、并顯示為屏幕884的一部分886，人區(qū)域 876以系統(tǒng)或操作者指定的分辨率掃描，并顯示為屏幕884的一部分888，而 貓區(qū)域878以系統(tǒng)或操作者指定的分辨率掃描，并顯示為屏幕884的一部分 890。這獨特地使操作者在緊密監(jiān)視兩個放大的感興趣區(qū)域888、 890的同時注 視總的場景。應(yīng)該注意，該能力可由單個相機實現(xiàn)，而非使用常規(guī)相機實現(xiàn)所 需的三個單獨相機。根據(jù)本發(fā)明一實施方式，具有八角鏡的場景掃描器用于提 供圖像，其中光學(xué)相機能以每秒32幀的速率掃描一系統(tǒng)，或者操作者可對感 興趣的區(qū)域分配一工作循環(huán)，例如對一部分886使用每秒兩幀，而對其它部分 888、 890使用每秒15幀。在所述示例中，這種方法可提供包含感興趣物品的 部分888、 890的流暢得多(因此清晰得多)的運動圖像。在本發(fā)明一實施方 式中，感興趣的運動物品的跟蹤(如本領(lǐng)域中公知的)可用于使放大區(qū)域保持 顯示感興趣物品。用這種方法，在操作者關(guān)注屏幕的其它部分時系統(tǒng)可繼續(xù)跟 蹤感興趣的物品。在一實施方式中，用于跟蹤感興趣的運動物品的塊可與分配
給這些物品用以跟蹤物品的查詢表塊相聯(lián)接?，F(xiàn)在關(guān)注圖35，示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的相機的配置。該配置可在不 存在超出單個旋轉(zhuǎn)鏡的額外運動部分的情況下在視場中提供物品的立體圖像。 在該描述中，"底部"和"頂部"指定說明性附圖中的位置，它可對應(yīng)于或者不對應(yīng)于相機或物體的實際位置。相機外殼900包含線性CCD陣列902及其 基底903、聚焦由雙面旋轉(zhuǎn)鏡(示出其兩個位置)卯8、 910反射的圖像的透鏡 904。當(dāng)鏡子旋轉(zhuǎn)時，鏡子的底部表面將一系列垂直圖像行從場景反射到CCD 陣列上。覆蓋角度920較大并可達(dá)150度。然而，鏡子的頂部表面反射來自相 機頂部的垂直圖像行，且兩個大致平坦、固定、傾斜的鏡子912、 916將場景 反射在旋轉(zhuǎn)鏡子上。因為兩個固定鏡子912、 916彼此相距有限距離，所以它們反射到旋轉(zhuǎn)鏡 上的兩個圖像并不相同且表示場景的一對立體圖像。當(dāng)視場中檢測到感興趣物體922、且操作者或系統(tǒng)期望得到其立體圖像時， 系統(tǒng)使用其由俯視圖像得到的方位和高度、并計算物體將由兩個固定鏡子912、 916之一反射的正確方位和高度。然后該系統(tǒng)創(chuàng)建査詢表以具有兩個大致梯形 的高分辨率區(qū)域，它們覆蓋兩個固定鏡子914、 916的每一個的期望感興趣物 品在其中出現(xiàn)的圖像區(qū)域914、 918。然后，相機會在旋轉(zhuǎn)鏡的上表面?zhèn)燃せ顣r 獲取一對立體圖像，且系統(tǒng)可將兩個梯形圖像變形成常規(guī)的矩形立體圖像?，F(xiàn)在關(guān)注圖36A和36B，示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的相機用于可根據(jù)先 前幀中另一相對較大運動物品的出現(xiàn)預(yù)測給定幀中其在視場中的位置識別相 對較小的運動物品，且特別地，作為示例，識別運動中人的臉部。通過圖案識 別軟件進行識別一般需要高分辨率，因為彼此比較類似的物體之間必須存在差 別。對整個圖像實施高分辨率可能不切實際，并且由于圖像中臉部區(qū)域在運動， 也不可能對圖像內(nèi)的特定區(qū)域分配高分辨率的點。本發(fā)明一實施方式的相機的 可編程分辨率能夠在臉部期望出現(xiàn)的幀的位置中準(zhǔn)備高分辨率點，并在捕捉圖 像前完成。圖像940以即使系統(tǒng)已獲知其臉部也不可能足以識別人的臉部的圖 像分辨率示出在視場中運動的兩個人942、 944。然而，可以選定分辨率檢測到 他們的大致身體輪廓(軀干、腿、胳膊)。當(dāng)在圖像中檢測到人942、 944的 身體時，軟件計算寬松地圍繞身體的邊界矩形946、 948。然后系統(tǒng)相關(guān)于人體
矩形估計一般示為較小邊界矩形950和952的人頭部的正常位置，并計算這些 期望頭部矩形的坐標(biāo)。在一實施方式中，系統(tǒng)假設(shè)臉部位于下一幀中與當(dāng)前幀的頭部矩形相同的 區(qū)域內(nèi)(這假設(shè)兩個連續(xù)幀之間的人的運動很小)。在一實施方式中，系統(tǒng)使 用來自兩個連續(xù)幀的頭部位置的估計來預(yù)測下一幀中頭部邊界矩形的位置。在 另一情形中，系統(tǒng)可在下一幀的區(qū)域956和958中編程較高的局部分辨率。當(dāng) 采集下一幀時，區(qū)域956和958將具有比平均值高得多的分辨率，而人960和 962的臉部將以高分辨率獲取、并對于人類操作者和軟件而言更易于識別。反 復(fù)地，基于對下一或后續(xù)幀中臉部位置的預(yù)測來采集人身體960和962。在一 實施方式中，然后分配一個幀來加強各個已定位臉部，同時分配一個幀來繼續(xù) 識別身體和預(yù)測臉部位置。用這種方法，系統(tǒng)可適應(yīng)性地定位人、并以足夠細(xì) 節(jié)捕獲臉部，以便臉部識別算法運算。應(yīng)該理解，對于相同的處理帶寬，使用相機的這些方法創(chuàng)建了用于臉部識 別的更好數(shù)據(jù)。應(yīng)該注意，由于被相機記錄的人僅被懷疑犯罪或違規(guī)，并未在 事件之前被相機記錄，通常安全相機記錄用于調(diào)查而非警報目的。 一般而言， 調(diào)査者嘗試在視頻記錄中識別臉部或其它細(xì)節(jié)，并常常發(fā)現(xiàn)由于較差分辨率而 導(dǎo)致圖像模糊。本發(fā)明的相機的自動檢測臉部區(qū)域(即使未對臉部進行識別) 并在所記錄的視頻流中存儲臉部的高分辨率靜態(tài)圖像的能力是有益的，因為它 使調(diào)查者能查看嫌疑犯的清晰圖像。現(xiàn)在關(guān)注圖37，示出根據(jù)本發(fā)明一實施方式的文檔處理相機的應(yīng)用。用戶 980坐在書桌982前閱讀報紙、雜志或書籍996。包括臺燈986的系統(tǒng)置于報 紙996附近。根據(jù)本發(fā)明一實施方式，除了可任選地具有一個或多個用于照亮 閱讀表面的發(fā)光元件988外，系統(tǒng)的頭部還安裝有相機990，以及諸如用3D Systems (美國加利福尼亞州的Valencia)立體光刻機實現(xiàn)的數(shù)字取向激光指示 器992。當(dāng)用戶翻到新的一頁時，相機用其高分辨率相機掃描該頁并將圖像的數(shù)字 表示發(fā)送到處理器998。在一實施方式中，更新速率可以較低，例如每秒一次 掃描。在一實施方式中，可通過分析第一校準(zhǔn)幀來調(diào)節(jié)分辨率分布，以將高分 辨率分配給該頁的文字區(qū)域，且用所分配的分辨率進行第二次掃描。第二次掃 描的圖像使用OCR軟件(未示出)轉(zhuǎn)換成文字，該OCR軟件是公知的、具有 合理但非完美精度。在一實施方式中，用戶數(shù)據(jù)庫999具有與用戶相關(guān)的關(guān)鍵詞。這些關(guān)鍵詞 可由用戶通過使用標(biāo)準(zhǔn)用戶界面輸入到數(shù)據(jù)庫中。然后系統(tǒng)在經(jīng)轉(zhuǎn)換文字中尋 找關(guān)鍵字，且如果找到，則激光指示器通過用來自激光指示器992的激光束劃 下劃線或畫圈來高亮這些詞。然后，用戶查看他閱讀的文檔上的高亮詞，使他 關(guān)注與其具體相關(guān)的信息。應(yīng)該注意，該相機存在聚焦問題，因為頁的中心比頁的邊緣更靠近相機。 在一實施方式中，該聚焦問題可通過以上結(jié)合圖8所述的方法解決，從而圖像 的所有部分都在焦點上。還應(yīng)該注意，在本發(fā)明一實施方式中，也可通過以與 所描述的用來歸一化由圖7凸面鏡反射的圖像相同的方法編程查詢表以補償頁 面距相機的變化距離，來解決由于打開書籍中弓形頁面造成的圖像不規(guī)則。此 外，激光束可用于在圖像中創(chuàng)建用以確定面對相機的各個頁面的形狀的參考 點，并因此有助于歸一化圖像的過程。在一實施方式中，相機捕捉由用戶做出 的標(biāo)記，例如指示要保存的文字片斷、或要翻譯或解釋的術(shù)語的標(biāo)記。需要用 戶看到的文本和圖形輸出可發(fā)送到激光指示器，以向用戶提供有效的產(chǎn)物。例 如，可響應(yīng)于用戶對翻譯的請求用激光繪出翻譯?，F(xiàn)在關(guān)注圖38A-38B。圖38A示出安裝在諸如湖或海的水域1004中的船 1002的桅桿1008頂部的根據(jù)本發(fā)明一實施方式的相機1006。在一實施方式中， 根據(jù)本發(fā)明的相機1006補償在其安裝在船1002的桅桿1008的頂部時可發(fā)現(xiàn) 的顯著傾斜。根據(jù)一實施方式，相機被配置成覆蓋360度，并提供船1002和 地平線之間的海面以及小部分天空的圖像。如果相機未被機械固定，則相機視 場中地平線1014的表觀高度會隨船1002在水1004中來回傾斜而明顯地上下 移動。這樣垂直視場1010-1012應(yīng)足夠大以適應(yīng)船1002的傾斜，且在一實施方 式中，垂直視場1010-1012應(yīng)足夠大以適應(yīng)船1002最嚴(yán)重的期望傾斜。僅有垂 直視場的一部分將任何給定時刻相關(guān)，且360度圖像上的大部分會含有地平線 上的天空或船1002附近的水，對于本示例它們都是不感興趣的。根據(jù)本發(fā)明 一實施方式的相機1006動態(tài)變焦感興趣的區(qū)域，如圖38B所示，該區(qū)域在本 示例中是地平線之上和之下的較窄的垂直部分。矩形1018表示相機的360度 視場，從而矩形左邊緣和右邊緣表示相同的方位。當(dāng)相機傾斜時，隨著相機鏡子的轉(zhuǎn)動地平線1022出現(xiàn)變化的高度。在相機位于其最低仰角的方位處，地 平線在幀1024中位于其最高位置，而在相機位于其最高仰角的方位處，地平 線在幀1026中位于其最低位置。在一實施方式中，相機1006的幀速率顯著高 于船的傾斜速率，因而視場中地平線的顯現(xiàn)通常是反復(fù)的，循環(huán)之間僅僅存在 微弱的偏移。因為下一幀中地平線的位置是可以預(yù)測的一通過先前幀的圖象處 理，其中通過海洋顏色和天空顏色之間的對比識別地平線，或者通過船載回轉(zhuǎn) 儀報告船傾斜一相機在視場上分配高分辨率條紋1020，這包括期望的視場。在 一實施方式中，期望視場包括地平線上小的天空條紋，位于小的天空條紋上以 調(diào)節(jié)預(yù)測誤差的窄邊緣、和位于地平線以下覆蓋白天和夜間航海的感興趣水面 部分的較寬垂直扇區(qū)。因此，根據(jù)本發(fā)明一實施方式，便宜的、未加固定的、 可靠的相機可提供圍繞顯著傾斜平臺的360度場景的高分辨率圖像。在一實施方式中，高分辨率條紋1020在均勻分辨率顯示器上顯示，地平 線1022顯示為水平線，從而提供水體的像不傾斜一樣獲取的矩形的360度視 圖。雖然上文在傾斜方面進行了描述，但是在本發(fā)明一實施方式中，相機可補 償傾斜(即搖晃)、顛簸(pitch)和/或偏航(yaw)。在一實施方式中，相機 用于飛機上，并補償搖晃、顛簸、偏航、和爬升或下降中的任一個或全部?，F(xiàn)在關(guān)注圖39A-39B,公開了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的用于在安全、地形 或后勤阻止將校準(zhǔn)目標(biāo)設(shè)置在場景中時將它們嵌入視場中的方法。根據(jù)本發(fā)明 一實施方式，相機1030安裝在位于站點1034周邊附近的桿1032上，用來監(jiān) 視視場1038。地形、或諸如柵欄或墻的物理障礙1036阻止如上所述的在視場 中設(shè)置校準(zhǔn)目標(biāo)，包括與圖25和26相關(guān)的討論。在相機1030由于風(fēng)或其它 因素?fù)u擺或振動時，靠近相機定位并通過連接元件1042剛性連接于相機1030 的固定鏡子1040與相機1030 —起搖擺和振動。鏡子1040跨越相機1030視場 的頂部定位、但位于其中，從而視場頂部相對較小的部分是從靠近桿的地面反 射的。在一實施方式中，桿的高度為幾米以上，因此地面距相機的光學(xué)距離足夠 大以使地面靠近通常適于聚焦在無限遠(yuǎn)的相機1030的焦點。
現(xiàn)在將可以是上述對比和/或反射類型的校準(zhǔn)目標(biāo)1046置于可由鏡子1040 反射到相機1030視場中的桿附近的地面區(qū)域的地面上。目標(biāo)1046可朝上取向。 這些目標(biāo)1046可由相機1030通過鏡子1040捕捉，并提供圖象處理器(未示 出)來校準(zhǔn)圖像的畸變和偏移。在一實施方式中，相關(guān)于圖24描述的照明投 影儀可與相機同軸使用，類似的鏡子可安裝在投影儀上以將照明光束的一部分 導(dǎo)向地面上所述的校準(zhǔn)條紋。照明條紋可首先用于標(biāo)記校準(zhǔn)條紋使目標(biāo)安置并 固定在相機覆蓋區(qū)域內(nèi)的合適位置。 一旦目標(biāo)被安裝，照明條紋將照亮目標(biāo)、 并增強它們對相機和圖象處理的可視性。圖39B示出由相機看到的校準(zhǔn)條紋1048。取決于鏡子1040的幾何形狀和 對齊，該條紋顯現(xiàn)為彎曲或筆直，。目標(biāo)1050的位置是預(yù)先知道的，或者在 較長時段上進行平均以定義參考位置。因為相機捕捉的目標(biāo)1052的瞬時位置 由于風(fēng)和機械干涉而移動，所以由圖象處理器將其與參考位置比較，且誤差矢 量被分配給各個目標(biāo)。然后將平移和角偏移用于校正圖像，其中各個目標(biāo)的偏 移用于在其位置附近校正掃描線。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是視場中除頂部外的一部分可通過相同的 方法反射到地面上以達(dá)到相同的目的和效果。此外，視場的多個部分可反射到 地面上相同或不同的目標(biāo)處。在本發(fā)明一實施方式中，鏡子位于視場的底部和 頂部，并對齊以指向地面的類似條紋，從而一組校準(zhǔn)目標(biāo)被反射到視場的兩個 不同部分。雖然通過參考其具體實施方式
對本發(fā)明進行了詳細(xì)描述，但對本領(lǐng)域技術(shù) 人員顯而易見的是在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變 和更改。因此，本發(fā)明旨在覆蓋本發(fā)明的更改和改變，只要其落在所附權(quán)利要 求書及其等同的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種隔離表示一個視場的多個部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感器元件陣列，適于提供對應(yīng)于所述視場的至少一部分的多個數(shù)字表示；選擇器，適于隔離出由所述陣列提供的所述多個數(shù)字表示的一非均勻分布子集；以及緩沖器，用于保存所述被隔離的數(shù)字表示。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器元件陣列是線性傳 感器元件陣列，且所述視場的至少一部分是所述視場的線。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括使所述視場的多條線入射到所述線性 陣列上的運動元件。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述選擇器還包括適于隔離出 所述視場的線的一子集的線選擇器。
5. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述運動元件是旋轉(zhuǎn)反射鏡。
6. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括反映所述非均勻分布子集的査詢表。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述查詢表可被動態(tài)地更改。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述查詢表是二元査詢表，且 其中所述査詢表中多個條目的每一個對應(yīng)于所述視場的一部分。
9. 一種隔離表示隨時間改變的視場的多個部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括-傳感器元件陣列，適于提供對應(yīng)于給定時刻所述視場的至少一部分的多個 數(shù)字表示；選擇器，適于隔離出由所述陣列在給定時刻提供的多個所述數(shù)字表示的一 非均勻分布子集，所述隔離基于在可編程查詢表中編程的一組值進行。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列是線性陣列，且所 述視場的至少一部分是所述視場的線，所述系統(tǒng)還包括旋轉(zhuǎn)反射鏡，用于使所述視場的多條線入射在所述線性陣列上； 編碼器，用于確定所述鏡子的角度位置；線獲取器，用于激活所述選擇器來基于所述可編程査詢表隔離所述數(shù)字表 示，并用于在幀緩沖區(qū)中對應(yīng)于所述反射鏡的角度的位置處存儲所述被隔離數(shù) 字表示。
11. 如權(quán)利要求io所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程査詢表可被動態(tài)地更改。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括場景檢查器，且其中所述可編程査 詢表基于來自所述場景檢査器的信號來動態(tài)地更改。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述場景檢查器可檢測所述 視場中的預(yù)定義特征，且所述可編程查詢表被動態(tài)地改變以增加所述視場的檢 測到所述特征的區(qū)域中的分辨率。
14. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述場景檢査器在所述視場 中檢査線性運動物體的出現(xiàn)，且如果發(fā)現(xiàn)線性運動物體，則使用至少一個表示 所述視場的后續(xù)幀緩沖區(qū)來檢測所述物體的速率。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述場景檢查器估計所述物 體的預(yù)定義子區(qū)域在所述視場的后續(xù)幀中的位置，且所述可編程査詢表被動態(tài) 地更改，以增加所述視場的對應(yīng)于所述后續(xù)幀中子區(qū)域的估計位置的區(qū)域中的 分辨率。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線性運動物體是車輛， 且所述預(yù)定義子區(qū)域?qū)?yīng)于所述車輛的牌照。
17. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括緩沖器，用于接收和存儲所述多個數(shù)字表示的非均勻分布子集；以及 通信接口，用于允許對所述查詢表的更改，并提供接口以讀取存儲在所述 緩沖器中的數(shù)據(jù)。
18. 如權(quán)利要求17中所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通信接口可通過通信 鏈路來訪問，從而存儲在所述緩沖器中的所述多個數(shù)字表示可被遠(yuǎn)程讀取，且 所述査詢表可被遠(yuǎn)程更改。
19. 一種獲取具有非均勻分辨率的數(shù)字圖像的方法，所述方法包括以下步驟提供包括均勻間隔的光電傳感器元件的陣列，所述傳感器元件的間距表示 所述陣列最大分辨率的倒數(shù)；曝光所述陣列，使所述陣列提供各個所述均勻間隔光電傳感器元件的數(shù)字 表示；從所述陣列的第一區(qū)域中選擇所述第一區(qū)域內(nèi)所述傳感器元件的數(shù)字表 示的第一子集，其中所述第一子集在第一區(qū)域上具有小于最大分辨率的第一平 均分辨率；從所述陣列的第二區(qū)域中選擇所述第二區(qū)域內(nèi)所述傳感器元件的數(shù)字表 示的第二子集，其中所述第二子集在所述第二區(qū)域上具有第二平均分辨率，且 其中所述第一平均分辨率不等于所述第二平均分辨率。
20. —種使用運動元件和包括多個均勻間隔的光電傳感器元件的線性陣列 來獲取具有非均勻分辨率的數(shù)字圖像的方法，所述陣列適于提供入射到各個傳 感器元件上的光的數(shù)字表示，所述方法包括以下步驟移動所述運動元件，從而使視場隨時間流逝入射到所述線性陣列上； 當(dāng)所述元件運動并使所述視場入射到所述線性陣列上時，從所述陣列獲取多組值，每一組值包括多個數(shù)字表示，其數(shù)量少于所述線性陣列的均勻間隔光電傳感器元件的數(shù)目；以及其中，來自所述陣列的多組值中的至少兩組值包括入射到不同傳感器組上的光的數(shù)字表示。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，還包括用于在照明線入射到所述線性陣列 上時將其投射到所述視場的一部分上的光投射器。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，來自所述陣列的所述多組值 的每一組包含相同數(shù)目的值。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，在獲取所述多組值的步驟中 使用查詢表。
24. —種在具有均勻間隔像素的數(shù)字顯示器上顯示如權(quán)利要求23所述地 獲取的所述數(shù)字圖像的方法，所述方法包括在所述數(shù)字顯示器上映射所述數(shù)字 圖像中的各個值，從而使各個值在所述數(shù)字顯示器上基本上對應(yīng)于其原始位置 視場的位置中顯示。
25. 如權(quán)利要求24所述的顯示數(shù)字圖像的方法，其特征在于，在所述數(shù)字 顯示器上映射所述數(shù)字圖像中的各個值的所述步驟包括至少使用所述査詢表 來在所述數(shù)字顯示器上定位所述數(shù)字圖像中的各個值。
26. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述運動元件是鏡子，且移動所述元件的所述步驟包括旋轉(zhuǎn)所述鏡子。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，還包括用于在照明線入射到所述線性陣列 上時將照明線投射到所述視場的一部分上的光投射器，且其中所述照明線在所 述反射鏡上被反射以投射到所述視場的所述部分上。
28. —種使用在多個列的每一列中和多個行的每一行中包括多個均勻間隔 的光電傳感器元件的兩維陣列來獲取具有非均勻分辨率數(shù)字圖像的方法，所述 陣列適于提供入射到各個傳感器元件上的光的數(shù)字表示，所述方法包括從所述 陣列中獲取表示視場的一組值，所述一組值包括多個數(shù)字表示，其數(shù)量少于所 述線性陣列的均勻間隔光電傳感器元件的數(shù)目，其中所述一組值包含在所述多 個列的給定一列和所述多個行的給定一行中的傳感器元件的數(shù)字表示，且其中 所述一組值不包含在所述多個行的不同行中所述多個列的給定列中的傳感器 元件的數(shù)字表示。
29. —種數(shù)碼相機包括至少一個傳感器，適于提供視場一部分的數(shù)字表示；光學(xué)系統(tǒng)，使所述視場內(nèi)的多個位置入射到所述至少一個傳感器上； 蒙板，具有對應(yīng)于所述多個位置的每一個的可編程值，其中所述值可被編程為接收值或拒絕值；選擇器，適于如果對應(yīng)于所述位置的所述值被編程為接收值則接受數(shù)字 表示，且如果對應(yīng)于所述位置的所述值被編程為拒絕值則拒絕數(shù)字表示；以及緩沖器，用于保存各個所接受的數(shù)字表示，其中所接受的數(shù)字表示代表所 述視場內(nèi)彼此非均勻間隔的位置。
30. 如權(quán)利要求29所述的數(shù)碼相機，還包括通信接口，用于允許對所述蒙 板的更改，并用于提供接口以讀取存儲在所述緩沖器中的數(shù)據(jù)。
31. 如權(quán)利要求30所述的數(shù)碼相機，其特征在于，所述通信接口可通過通 信鏈路來訪問，從而存儲在所述緩沖器中的數(shù)據(jù)可被遠(yuǎn)程讀取且所述蒙板可被 遠(yuǎn)程更改。
32.如權(quán)利要求29所述的數(shù)碼相機，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)包括至少 一個成像透鏡，所述成像透鏡被定位成將所述視場成像在所述至少一個傳感器上。
全文摘要
本發(fā)明提供了隔離表示視場的多個部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)?？捎脭?shù)碼相機形式提供的該系統(tǒng)包括適于提供對應(yīng)于視場至少一部分的數(shù)字表示的傳感器元件陣列、和適于隔離由陣列提供的數(shù)字表示的非均勻分布子集的選擇器。該隔離可基于在可編程查詢表中編程的一組值進行。提供了緩沖器，以保存被隔離的數(shù)字表示。
文檔編號H04N5/225GK101156434SQ200580022501
公開日2008年4月2日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月1日
發(fā)明者伊茲哈克·龐摩拉茲, 吉迪恩·米勒, 雅各布·伊萊澤 申請人:雅各布·伊萊澤;伊茲哈克·龐摩拉茲;吉迪恩·米勒