CN101459779B - 于视频采集装置中的自动闪烁探测与修正的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及视频采集装置中的自动闪烁探测与修正的装置及方法。一帧号码产生装置接收多个帧,并产生帧号码。一储存装置用以储存帧号码为1的帧的部分像素的亮度值。一采集装置采集帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值。一差值及累加装置计算帧号码为1的帧的部分像素的亮度值与帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值的差值,并将该差值累加,产生一亮度累加差值信号。一闪烁探测装置探测亮度累加差值信号中的一带状值。一闪烁更正装置依据带状值及帧号码,判断多个帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,当有时,该闪烁更正装置产生一闪烁更正信号。
Description
技术领域
本发明涉及影像处理的技术领域,特别涉及一种于视频采集装置中的自动闪烁探测与修正的装置及方法。
背景技术
由于国际上各国的交流电(AC)频率不同,因此,照明灯光有不同频率的闪烁现象(flicker)。交流电频率主要有两种,比如在中国台湾的交流电频率是60Hz,灯光闪烁一次的时间为1/120秒。而在中国大陆的交流电频率是50Hz,灯光闪烁一次的时间为1/100秒。在这样灯光闪烁的环境下,使用CMOS视频采集装置抓取影像时,若曝光时间设定为环境灯光闪烁一次时间的倍数时,影像画面每条水平线(line)的曝光量会非常一致,因此,不会有闪烁现象出现在画面上。若曝光时间并非环境灯光闪烁一次时间的倍数时,由于影像画面每条线的曝光量不一致,因此,画面上会有闪烁现象出现。
为解决CMOS视频采集装置所采集影像时的闪烁现象,美国第2007/0153094号早期公开案中揭露一种在视频采集装置中的闪烁修正方法,其利用两个相邻的帧(frame)之间,每条水平线(line)总亮度的差值去探测是否有固定频率的闪烁现象存在。若有,则使用所测出的频率去修正影像采集装置的曝光时间。
然而,此方法当光源在影像上所造成的闪烁现象很轻微时,每条线总亮度的差值会变成很低,甚至相近。因此,有可能这些差值在经过一低通滤波器之后,会探测不出原有的频率。同时,为了求两个相邻帧之间的每条线总亮度的差值,必须先把第一个帧每条线的总亮度先暂时储存于存储器内,以目前普遍的视频画面大小VGA(640×480)来考虑,储存480个亮度值(每一个亮度值需要18位)就需要8640位(=1080字节)。当得到的所有线的总亮度的差值后,还要再经过该低通滤波器与一微分器。因此,所需要的运算量非常大而且耗时,可能会影响到视频播放的正常速度。由此可知,现有的边缘方向探测系统仍有诸多缺点而亟待解决。
发明内容
本发明的目的在提供一种于视频采集装置中的自动闪烁探测与修正的装置及方法,以在彩色混合信号中有效地探测斜线。
依据本发明的一个实施例,提出一种于视频采集装置中的自动闪烁探测与修正的装置,其包含帧号码产生装置、储存装置、采集装置、差值及累加装置、闪烁探测装置、及闪烁更正装置。该帧号码产生装置用以接收多个帧,并依据该多个帧顺序产生对应的帧号码。该储存装置连接至该帧号码产生装置,以储存帧号码为1的帧的部分像素的亮度值。该采集装置连接至该帧号码产生装置,以采集帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值。该差值及累加装置连接至该储存装置及该采集装置,用以计算该帧号码为1的帧的部分像素的亮度值与帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值的差值,并将该差值累加,以产生亮度累加差值信号。该闪烁探测装置连接至该差值及累加装置,用以探测该亮度累加差值信号中的带状值。该闪烁更正装置连接至该闪烁探测装置及该帧号码产生装置,依据该带状值及帧号码,判断该多个帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,当判定该多个帧中有固定频率的闪烁现象存在,该闪烁更正装置产生闪烁更正信号,以更正该视频采集装置中的影像传感器。
依据本发明的另一特点,提出一种具有自动闪烁探测与修正的视频采集装置,其包含影像传感器、影像处理器、自动闪烁探测与修正器、及影像感测控制器。该影像传感器用以采集多个帧。该影像处理器连接至该影像传感器,以对该多个帧进行影像处理,以产生多个影像处理后帧。该自动闪烁探测与修正器连接至该影像处理器,用以接收多个影像处理帧,并计算帧号码为1的影像处理帧的部分像素的亮度值与多个帧号码非为1的影像处理帧的部分像素的亮度值的差值,并将该差值累加,以产生亮度累加差值信号,再探测该亮度累加差值信号中的带状值,以判断该多个影像处理帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,当判定该多个影像处理帧中有固定频率的闪烁现象存在时,产生闪烁更正信号。该影像感测控制器连接至该影像传感器及该自动闪烁探测与修正器,依据该闪烁更正信号以调整该影像传感器的操作参数。
依据本发明的再一个实施例,提出一种于视频采集装置中的自动闪烁探测与修正的方法,其包含下列步骤:(A)对多个帧进行编号,以产生对应的帧号码;(B)储存帧号码为1的帧的部分像素的亮度值;(C)采集帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值;(D)计算该帧号码为1的帧的部分像素的亮度值与帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值的差值,以产生亮度差值信号;(E)将该亮度差值信号累加,以产生亮度累加差值信号;(E)探测该亮度累加差值信号中的带状值;以及(F)依据该带状值及帧号码,判断该多个帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,其中,当判定该多个帧中有固定频率的闪烁现象存在时,产生闪烁更正信号,以更正该视频采集装置中的影像传感器。
附图说明
图1是本发明具有自动闪烁探测与修正的视频采集装置的方块图;
图2是本发明自动闪烁探测与修正器的方块图;
图3是本发明该闪烁探测装置的控制流程图;
图4是本发明闪烁更正装置的控制流程图;
图5是本发明于视频采集装置中的自动闪烁探测与修正的方法的流程图;
图6是本发明亮度累加差值信号波形的示意图。
图号说明
视频采集装置100 影像传感器110
影像处理器120 自动闪烁探测与修正器130
影像感测控制器140
帧号码产生装置210 储存装置220
采集装置230 差值及累加装置240
闪烁探测装置250 闪烁更正装置260
步骤S310~步骤S390 步骤S410~步骤S450
步骤S510~步骤S580
具体实施方式
请参见图1,其为本发明具有自动闪烁探测与修正的视频采集装置100的方块图,其包含一影像传感器110、一影像处理器120、一自动闪烁探测与修正器130、及一影像感测控制器140。
该影像传感器110用以采集多个帧。该影像传感器110可为CMOS形式或是CCD形式的阵列影像传感器。
该影像处理器120连接至该影像传感器110,以对该多个帧进行影像处理,以产生多个影像处理后帧。
该自动闪烁探测与修正器130连接至该影像处理器120,用以接收多个影像处理帧,并计算一帧号码为1的影像处理帧的部分像素的亮度值与多个帧号码非为1的影像处理帧的部分像素的亮度值的差值,并将该差值累加,以产生一亮度累加差值信号,再探测该亮度累加差值信号中的一带状值,以判断该多个影像处理帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,当判定该多个影像处理帧中有固定频率的闪烁现象存在时,产生一闪烁更正信号(flicker_correction)。
该影像感测控制器140连接至该影像传感器110及该自动闪烁探测与修正器130,依据该闪烁更正信号以调整该影像传感器110的操作参数。
该影像感测控制器140在该视频采集装置100开机时,假设一背景光源为60Hz,故设定该影像传感器110的一快门速度为1/120秒,并设定该影像传感器的一帧为30帧/每秒(FPS)。
在该视频采集装置100开机时,该影像处理器120经由该影像感测控制器140已调整该影像传感器的一增益值(Gain),从而采集该多个帧。该影像处理器120通过该多个帧来执行一自动对焦(Auto-Focusing,AF)程序,以让该影像处理器120能清楚地采集影像。
当该影像感测控制器140接收该闪烁更正信号后,表示此时背景光源(例如:日光灯)所使用的交流电的频率非60Hz,故调整该影像传感器的该快门速度为1/100秒的倍数值。
图2是本发明自动闪烁探测与修正器130的方块图,该自动闪烁探测与修正器130包含一帧号码产生装置210、一储存装置220、一采集装置230、一差值及累加装置240、一闪烁探测装置250、一闪烁更正装置260。
该帧号码产生装置210连接至该影像处理器120,用以接收该多个影像处理后帧,并依据该多个影像处理后帧顺序产生对应的帧号码。
该储存装置220连接至该帧号码产生装置210,以储存帧号码为1(例如,第一张帧)的影像处理后帧的部分像素的亮度值。
该采集装置230连接至该帧号码产生装置210,以采集帧号码非为1(例如,帧号码为大于1的正整数)的影像处理后帧的部分像素的亮度值。
该储存装置220储存帧号码为1的影像处理后帧的部分像素的位置与该采集装置230采集帧号码非为1的影像处理后帧的部分像素的位置是相对应的。
该差值及累加装置240连接至该储存装置210及该采集装置220,用以计算该帧号码为1的影像处理后帧的部分像素的亮度值与帧号码非为1的影像处理后帧的部分像素的亮度值的差值,并将该差值累加,以产生一亮度累加差值信号。
该差值及累加装置240所产生的该亮度累加差值信号为:
其中,Yx 1为帧号码为1的影像处理后帧的部分像素的亮度值,Yx n为帧号码非为1的影像处理后帧的部分像素的亮度值,k为帧的部分像素的个数,且k值小于或等于1000。
该闪烁探测装置250连接至该差值及累加装置240,用以探测该亮度累加差值信号中的一带状值banding_value。
图3是本发明该闪烁探测装置250的控制流程图。在步骤S310中判断该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)是否大于一前信号值,若判定该亮度累加差值信号大于该前信号值,再判断一状态status是否为up(步骤S320),若是,表示该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)正处在上波中,则在步骤S330将一变量wavelength加1。
若在步骤S320中判定该状态status不为up,表示该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)处于刚离开波谷,则在步骤S340中,设定该状态status为up,并判断一变量pre_wavelength是否为0(初始值)。若为0,表示该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)的第一个波谷尚未形成,则设定该变量pre_wavelength为该变量wavelength。若不为0,则该变量wavelength减掉该变量pre_wavelength并取绝对值,然后,设定该带状值banding_value加上此绝对值。初始化该变量wavelength,其将变量wavelength设定为1。
在步骤S350中,输出该带状值banding_value。
步骤S310中判定该亮度累加差值信号等于该前信号值时,表示该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)正处于波峰,将该变量wavelength加1(步骤S360)。
步骤S310中判定该亮度累加差值信号小于该前信号值时,再判断该状态status是否为down(步骤S370),若是,表示该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)正处于下波,则在步骤S380将该变量wavelength加1。若否,表示该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)刚离开波峰,则在步骤S390设定该状态status为down并将该变量wavelength加1。
该闪烁更正装置260连接至该闪烁探测装置250及该帧号码产生装置210,依据该带状值banding_value及帧号码,判断该多个影像处理后帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,当判定该多个帧中有固定频率的闪烁现象存在,该闪烁更正装置产生该闪烁更正信号flicker_correction。
图4是本发明闪烁更正装置260的控制流程图。在步骤S410中判断该帧号码是否等于一预定值N,若判定该帧号码等于一预定值N时,再判断该带状值banding_value是否小于一临界值(threshold)Thr(步骤S420)。若是,表示该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)所形成波形的每个波长很接近,意即代表于所采集的帧中有固定频率的闪烁现象。由于该视频采集装置100开机时,假设背景光源为60Hz,此时有闪烁现象产生表示假设不正确,故将一变量light_freq设定为50Hz(步骤S440)。
若步骤S420中判定该带状值banding_value非小于一临界值Thr,表示于所采集的帧中没有固定频率的闪烁现象,此时没有闪烁现象产生表示假设正确,故将一变量light_freq设定为60Hz(步骤S430)。
在步骤S450中,当变量light_freq先前的值为60Hz时,现在设定为50Hz,故产生该flicker_correction信号。当变量light_freq先前的值为50Hz时,现在设定为60Hz时,也产生该flicker_correction信号。
在步骤S410中若该帧号码非等于该预定值N,则重回步骤S410。
本领域的技术人员可基于图3及图4的流程轻易地使用System C、Verilog、或VHDL等硬件描述语言予以实现,在此不予赘述。
图5是本发明于视频采集装置100中的自动闪烁探测与修正的方法的流程图,首先在步骤S510中初始化一影像传感器110。其设定该影像传感器110的该快门速度为1/120秒,设定该影像传感器110的一帧为30帧/每秒(FPS),并调整该影像传感器110的一增益值,从而采集该多个帧。
在步骤S520中,对多个帧进行编号,以产生对应的帧号码。
在步骤S530中,储存帧号码为1的帧的部分像素的亮度值。
在步骤S540中,采集帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值。
步骤S530中储存帧号码为1的帧的部分像素的位置与步骤S540中采集帧号码非为1的帧的部分像素的位置是相对应的。
在步骤S550中,计算该帧号码为1的帧的部分像素的亮度值与帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值的差值,以产生一亮度差值信号。
在步骤S560中,将该亮度差值信号累加,以产生一亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)。该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)为:
其中,Yx 1为帧号码为1的帧的部分像素的亮度值,Yx n为帧号码为N的帧的部分像素的亮度值,k为帧的部分像素的个数,N为大于1的正整数。
图6是本发明亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)波形的示意图,其中纵轴为亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n),横轴为帧号码(FrameNumber)。
在步骤S570中,探测该亮度累加差值信号Y_Diff_Sum(n)中的一带状值banding_value。在步骤S580中,依据该带状值banding_value及帧号码N,判断该多个帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,其中,当判定该多个帧中有固定频率的闪烁现象存在时,产生一闪烁更正信号flicker_correction,以更正该视频采集装置100中的一影像传感器110。并依据该闪烁更正信号flicker_correction以调整该影像传感器110的一快门速度为1/100秒的倍数值。
由于该影像传感器110的快门的曝光时间先被设定为1/120秒,视频播放速度被设定为30帧每秒(frame per seconds,FPS)时,若环境光源为50Hz,则视频画面一定会产生明显的闪烁现象,此闪烁现象一定是固定频率和固定波长。若环境光源为60Hz,则视频画面不会有任何等频率和等波长的闪烁现象出现。
当影像传感器110的曝光时间被设定为1/120秒和视频播放速度被设定为30帧/每秒(FPS)后,若环境光源为50Hz,则视频画面上每一条线在不同的帧会得到不同的曝光量。因此,每一条线的总亮度会忽亮忽暗,而每一次亮暗所需要经过的帧数目是固定的。也就是说,以某一个帧内每条线的亮度为基准,经过一次亮暗变化后,下一次回到同等或接近亮度时,所经历过的帧数目与再下一次是一样或接近的。亦即,每经过固定数量的帧后,每条线的亮度会回到原来接近的数值。
利用上述现象,本发明的技术以某一张帧为起点(帧1),之后每一张帧(帧N)的每条线都与帧1的相同位置线亮度相减后求绝对值,再将这些绝对值相加求出此帧N与帧1亮度差的总和。经过数十张帧后,可求出连续数十个亮度差的总和值。为了避免因为光源所造成的闪烁现象非常微弱,使得数十个亮度差的总和值很相近,因而判别不出正确的结果,因此,本发明利用在两个帧内,例如帧N与帧1,每个像素亮度差绝对值的总和。因为帧1内每个像素是经过挑选,都是最佳的测试点,即使在微弱的闪烁现象时,求得的数值也会非常容易探测出闪烁现象的频率。
如图6所示,若每一次的高低起伏所经历过的帧数目是固定或是很接近,那就判定目前处在50Hz的环境光源下,否则,就判定目前处在60Hz的环境光源下。
为了避免以上闪烁现象出现在影像传感器110所采集的画面上,可在影像感测控制器140内建立两组曝光时间表:一个是以n/120秒为主(n为正整数),适合使用在交流频率为60Hz的环境下,另一个是以n/100秒为主,适合使用在交流频率为50Hz的环境下。由于本发明可以自动探测目前环境的交流电频率为60Hz或是50Hz,若为60Hz,则使用以n/120秒为主的曝光时间表,若为50Hz,则使用以n/100秒为主的曝光时间表。
由于现有技术使用低通滤波器及微分器,其牵涉到乘法器及除法器,会使得集成电路的面积大增,而增加成本。而本发明的技术在进行闪烁现象频率探测的过程中,所使用的计算量非常的低,无需像现有技术使用低通滤波器及微分器,不会影响到视频播放的速度(framerate)。同时,过程中也只需要1KB以下的暂存存储器即可,可节省大量成本。
由上述可知,本发明无论就目的、手段及功效,在在均显示其迥异于现有技术的特征,极具实用价值。但是应注意的是,上述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已,本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准,而非仅限于上述实施例。
Claims (13)
1.一种于视频采集装置中的自动闪烁探测与修正的装置,其包含:
帧号码产生装置,用以接收多个帧,并依据该多个帧顺序产生对应的帧号码;
储存装置,连接至该帧号码产生装置,以储存帧号码为1的帧的部分像素的亮度值;
采集装置,连接至该帧号码产生装置,以采集帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值;
差值及累加装置,连接至该储存装置及该采集装置,用以计算该帧号码为1的帧的部分像素的亮度值与帧号码非为1的多个帧的部分像素的亮度值的差值,并将该差值累加,以产生亮度累加差值信号;
闪烁探测装置,连接至该差值及累加装置,用以探测该亮度累加差值信号中的带状值;以及
闪烁更正装置,连接至该闪烁探测装置及该帧号码产生装置,依据该带状值及帧号码,判断该多个帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,当判定该多个帧中有固定频率的闪烁现象存在,该闪烁更正装置产生闪烁更正信号,以更正该视频采集装置中的影像传感器;
其中,该储存装置储存帧号码为1的帧的部分像素的位置与该采集装置采集帧号码非为1的帧的部分像素的位置是相对应的。
2.根据权利要求1项所述的自动闪烁探测与修正的装置,其中,该差值及累加装置所产生的该亮度累加差值信号为:
其中,Yx 1为帧号码为1的帧的部分像素的亮度值,Yx n为帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值,k为帧的部分像素的个数。
3.一种具有自动闪烁探测与修正的视频采集装置,其包含:
影像传感器,用以采集多个帧;
影像处理器,连接至该影像传感器,以对该多个帧进行影像处理,以产生多个影像处理后帧;
自动闪烁探测与修正器,连接至该影像处理器,用以接收多个影像处理帧,并计算帧号码为1的影像处理帧的部分像素的亮度值与帧号码非为1的多个影像处理帧的部分像素的亮度值的差值,并将该差值累加,以产生亮度累加差值信号,再探测该亮度累加差值信号中的带状值,以判断该多个影像处理帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,当判定该多个影像处理帧中有固定频率的闪烁现象存在时,产生闪烁更正信号;以及
影像感测控制器,连接至该影像传感器及该自动闪烁探测与修正器,依据该闪烁更正信号以调整该影像传感器的操作参数,
其中,该帧号码为1的影像处理帧的部分像素的位置与帧号码非为1的影像处理帧的部分像素的位置是相对应的。
4.根据权利要求3项所述的视频采集装置,其中,该影像感测控制器在该视频采集装置开机时,设定该影像传感器的快门速度为1/120秒。
5.根据权利要求4项所述的视频采集装置,其中,该影像感测控制器在该视频采集装置开机时,设定该影像传感器的帧为30帧/每秒(FPS)。
6.根据权利要求5项所述的视频采集装置,其中,该影像感测控制器在该视频采集装置开机时,调整该影像传感器的增益值,从而采集该多个帧。
7.根据权利要求5项所述的视频采集装置,其中,当该影像感测控制器接收该闪烁更正信号后,调整该影像传感器的该快门速度为1/100秒的倍数值。
8.根据权利要求3项所述的视频采集装置,其中,该自动闪烁探测与修正器包含:
帧号码产生装置,用以接收该多个影像处理后帧,并依据该多个影像处理后帧顺序产生对应的帧号码;
储存装置,连接至该帧号码产生装置,以储存帧号码为1的影像处理后帧的部分像素的亮度值;
采集装置,连接至该帧号码产生装置,以采集帧号码非为1的影像处理后帧的部分像素的亮度值;
差值及累加装置,连接至该储存装置及该采集装置,用以计算该帧号码为1的影像处理后帧的部分像素的亮度值与帧号码非为1的多个影像处理后帧的部分像素的亮度值的差值,并将该差值累加,以产生亮度累加差值信号;
闪烁探测装置,连接至该差值及累加装置,用以探测该亮度累加差值信号中的带状值;以及
闪烁更正装置,连接至该闪烁探测装置及该帧号码产生装置,依据该带状值及帧号码,判断该多个影像处理后帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,当判定该多个帧中有固定频率的闪烁现象存在,该闪烁更正装置产生该闪烁更正信号。
9.根据权利要求8项所述的视频采集装置,其中,该差值及累加装置所产生的该亮度累加差值信号为:
其中,Yx 1为帧号码为1的影像处理后帧的部分像素的亮度值,Yx n为帧号码非为1的影像处理后帧的部分像素的亮度值,k为帧的部分像素的个数。
10.一种于视频采集装置中的自动闪烁探测与修正的方法,其包含下列步骤:
(A)对多个帧进行编号,以产生对应的帧号码;
(B)储存帧号码为1的帧的部分像素的亮度值;
(C)采集帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值;
(D)计算该帧号码为1的帧的部分像素的亮度值与帧号码非为1的多个帧的部分像素的亮度值的差值,以产生亮度差值信号;
(E)将该亮度差值信号累加,以产生亮度累加差值信号;
(F)探测该亮度累加差值信号中的带状值;以及
(G)依据该带状值及帧号码,判断该多个帧中是否有固定频率的闪烁现象存在,其中,当判定该多个帧中有固定频率的闪烁现象存在时,产生闪烁更正信号,以更正该视频采集装置中的影像传感器;
其中,步骤(B)储存帧号码为1的帧的部分像素的位置与步骤(C)采集帧号码非为1的帧的部分像素的位置是相对应的。
11.根据权利要求10项所述的自动闪烁探测与修正的方法,其中,在步骤(G)中依据该闪烁更正信号以调整该影像传感器的快门速度为1/100秒的倍数值。
12.根据权利要求11项所述的自动闪烁探测与修正的方法,其中,更在步骤(A)之前包含下列步骤:
(A1)设定该影像传感器的该快门速度为1/120秒;
(A2)设定该影像传感器的帧为30帧/每秒(FPS);以及
(A3)调整该影像传感器的增益值,从而采集该多个帧。
13.根据权利要求11项所述的自动闪烁探测与修正的方法,其中,该亮度累加差值信号为:
其中,Yx 1为帧号码为1的帧的部分像素的亮度值,Yx n为帧号码非为1的帧的部分像素的亮度值,k为帧的部分像素的个数。
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