CN101848336B

CN101848336B - 一种使ccd摄像机抗纵向光晕的方法

Info

Publication number: CN101848336B
Application number: CN 201010133066
Authority: CN
Inventors: 莫思特; 冯达敏; 吴志红; 李洪斌; 应三从; 范昌平
Original assignee: Sichuan Chuanda Zhisheng Software Co Ltd
Current assignee: Sichuan Chuanda Zhisheng Software Co Ltd; Wisesoft Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: CN101848336A

Abstract

本发明公开了一种使CCD摄像机抗纵向光晕的方法，尤其是涉及监控系统中高清数字摄像机抗纵向光晕的方法。在现场可编程门阵列模块、电压转换模块、电荷耦合摄像器件模块、CCD信号处理模块构成的硬件支撑下，现场可编程门阵列模块设有控制时序的程序模块即计数器产生模块、HD产生模块、VΦ1产生模块、VΦ2A产生模块、VΦ2B产生模块、VΦ3产生模块、SUB产生模块，在所设模块程序控制下在曝光时序开始前，控制加入清除电荷的时序，达到清除纵向光晕的目的；通过使用该消除纵向晕光的摄像机拍摄，即时在强光下，也可以获得清楚的拍摄图片，对于交通监控、安防监控维护社会治安、交通的安全提供强有力的技术保障。

Description

一种使CCD摄像机抗纵向光晕的方法

技术领域

本发明涉及使CCD摄像机抗纵向光晕的方法，尤其是涉及监控系统中高清数字摄像机抗纵向光晕的方法。

背景技术

交通监控系统中的摄像机对夜间汽车监控时会经常出现车灯晕光问题，各国学者均在寻求最佳解决方案。现有技术中比较成熟的夜视红外成像技术，可以有效地消除车灯晕光问题，但其缺点是成本高、图像清晰度低.实际应用较为困难。文献检索中，传感技术学报2007年第5期刊登了名为《基于双CCD图像传感器的汽车抗晕光方法研究》是采用双同步CCD图像传感器用于对晕光图像的采集处理，其原理是利用积分时间一长一短两部CCD摄像机，同步获取同一探测目标两路图像信号，以期克服单片CCD图像传感器动态范围小的缺点。采用位图像素亮度置换算法，将积分时间长通道中晕光像素点的亮度值用积分时间短通道中对应像素点的亮度值替代，以期达到了消除晕光现象的目的。但是用双CCD的技术消除光晕，在实践中由于采用两个不同的光通道，设计难度较大，设计成本较高，效果很难在实际中应用。半导体光电杂志刊登的《低光照和抗晕CCD的设计和制作》主要在CCD的设计工艺改进，但是，无论怎么改进生产工艺，由于光晕的产生是由于强光产生了过多的电荷，多余的电荷很难释放。目前来说，无论什么工艺，如果不解决释放多余的电荷，很难以彻底解决CCD成像的光晕问题。CCD传感器是目前应用最广泛的图像传感器，但当景物中明暗部分亮度相差较大时，由于受其动态范围的限制，CCD图像传感器将无法获得满意的图像，若是将CCD传感器积分时间缩短，则图像中景物亮度较暗部分的图像将会丢失；若是延长CCD传感器积分时间，则图像中景物较亮部分将发生晕光现象。我们的研究表明：在面阵CCD感光时，所有像素的感光时间是一致的，但是各像素点的光辐射通量有很大的差别，当像素点之间的光辐射通量差别过大时，为保证低亮度的像素产生足够的电荷，高亮度对应像素产生的电荷将饱和，多余的电荷会溢出到临近的像素单元或垂直移位寄存器中，使得临近的像素或与垂直移位通过该垂直寄存器的像素单元的感光多于实际光辐射通量，致使图像失真。本研究通过对CCD的控制时序的设计，产生所需要的驱动时序使垂直移位寄存器中的电荷清除，借以消除纵向光晕的问题。

发明内容

本发明的目的是通过对CCD的控制时序的设计，以解决CCD摄像机纵向晕光问题，使得强光下拍摄图像不失真，以期克服上述技术之不足。实现本发明所述目的的技术解决方案是这样的：一种使CCD摄像机抗纵向光晕的方法，包括有如下支撑模块，现场可编程门阵列模块1.1、电压转换模块1.2、电荷耦合摄像器件模块1.3、CCD信号处理模块1.4，所述的现场可编程门阵列模块1.1与电压转换模块1.2连接，电压转换模块1.2与电荷耦合摄像器件模块1.3连接，电荷耦合摄像器件模块1.3与CCD信号处理模块1.4连接，CCD信号处理模块1.4与现场可编程门阵列模块1.1连接，其特征是所述的现场可编程门阵列模块1.1设有控制时序的程序模块即计数器产生模块、HD产生模块、VΦ1产生模块、VΦ2A产生模块、VΦ2B产生模块、VΦ3产生模块、SUB产生模块。所述的计数器产生模块步骤如下：开始，询问复位信号是否等于0，如果是，计数值等于0；如果否，询问输入时钟上沿吗？如果是，则计数值等于计数值加1，如果否，回到询问复位信号是否等于0重新开始；再次询问计数值是否等于整数224，如果是计数值等于0。

所述的HD产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于1，如果是HD等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于96，如果是，HD等于1并返回重新开始；如果否，同样返回重新开始。

所述的VΦ1产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于64，如果是，VΦ1等于1，返回重新开始；如果否则再次询问计数值是否等于160，如果是，VΦ1等于0并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始。

所述的VΦ2A产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于96，如果是，VΦ2A等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于192，如果是，VΦ2A等于1并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始。

所述的VΦ2B产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于96，如果是，VΦ2B等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于192，如果是，VΦ2B等于1并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始。

所述的VΦ3产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于224，如果是，VΦ3等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于128，如果是，VΦ3等于1并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始。

所述的SUB产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于224，如果是，SUB等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于160，如果是，SUB等于1并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始。

抗纵向光晕的方法原理是这样的，假设一个强光源在CCD上的成像，由于有电荷溢出，而且由于CCD电荷输出要经过电荷的垂直转移，所有转移经过强光源的像素都会被污染，导致所采集到的CCD像素在成像上有被污染的电荷。强光源上部的污染电荷是由上一帧前灯的污染产生的，强光源下部的污染是由这一帧灯的污染产生的。经过本方法所述的控制时序，可以控制清除时序清除被污染电荷，从而达到抗纵向光晕的目的。

与现有技术相比本发明有突出的特点与有益效果。第一、通过使用该消除纵向晕光的摄像机拍摄，即时在强光下，也可以获得清楚的拍摄图片。例如，在交通监控中，由于夜间大灯光线很强，在大灯的作用下产生的纵向光晕导致驾驶室内的影像失真。如果采用本发明的技术，就可以消除大灯上部的光晕，使得驾驶室内影像清楚。第二、对于交通监控、安防监控维护社会治安、交通的安全提供强有力的技术保障。

附图说明

图1是本发明所述的抗纵向光晕的方法所需硬件支撑模块示意图。

图1.1是本发明所述的抗纵向光晕的方法所需硬件支撑电路原理图。

图2是所述现场可编程门阵列模块各引脚对应的驱动时序示意图。

图3是本发明所述抗晕光全帧垂直移位时序示意图。

图4-4.7是本发明所述现场可编程门阵列中软件程序框图示意图。

图5.1～图5.2分别是本发明所述方法运行实施例效果比较图。

具体实施方式

从图1、图1.1、图2可以看出，本发明所述的抗纵向光晕的方法所需硬件支撑模块及电路，现场可编程门阵列模块1.1选用的是XC3S1200E芯片、电压转换模块1.2选用的是CXD3400芯片、电荷耦合摄像器件模块1.3选用的是ICX205芯片、CCD信号处理模块1.4选用的是AD9949芯片，所述的现场可编程门阵列模块1.1与电压转换模块1.2连接，电压转换模块1.2与电荷耦合摄像器件模块1.3连接，电荷耦合摄像器件模块1.3与CCD信号处理模块1.4连接，CCD信号处理模块1.4与现场可编程门阵列模块1.1连接；所述的现场可编程门阵列模块1.1设有控制时序的程序模块即计数器产生模块、HD产生模块、VΦ1产生模块、VΦ2A产生模块、VΦ2B产生模块、VΦ3产生模块、SUB产生模块。图中，电压转换模块1.2CXD3400的引脚XV1，XV2A，XV2B，XV4，HD，XSHT分别由现场可编程门阵列模块1.1XC3S1200E给出，其中，XSHT为SUB信号。

图3所示是本发明所述抗晕光全帧垂直移位时序示意图，其时序符号与现场可编程门阵列模块1.1XC3S1200E给出的引脚相对应的分别是HD→HD、VΦ1→XV1、VΦ2A→XV2A、VΦ2B→XV2B、VΦ3→XV3SUB→XSHT。其中HD是垂直驱动时序、SUB是电子快门信号、VΦ1、VΦ2A、VΦ2B、VΦ3是垂直位移寄存时序。现场可编程门阵列模块XC3S1200E给出的垂直时序需要经过电压转换模块CXD3400进行电压转换，形成垂直驱动电压控制CCD垂直驱动。本发明所说的现场可编程门阵列模块1.1设有控制时序的程序模块即计数器产生模块、HD产生模块、VΦ1产生模块、VΦ2A产生模块、VΦ2B产生模块、VΦ3产生模块、SUB产生模块，在所设模块控制中所述的计数器产生模块步骤如下：开始，询问复位信号是否等于0，如果是，计数值等于0；如果否，询问输入时钟上沿吗？如果是，则计数值等于计数值加1，如果否，回到询问复位信号是否等于0重新开始；再次询问计数值是否等于整数224，如果是计数值等于0。

所述的VΦ2B产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于96，如果是，VΦ2B等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于192，如果是，所述的VΦ3产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于224，如果是，VΦ3等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于128，如果是，VΦ3等于1并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始。

所述的SUB产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于224，如果是，SUB等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于160，如果是，SUB等于1并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始。如图4-4.7所述示意图。

从图3所示的抗晕光全帧垂直移位时序中，我们还可以看到，A1到B1068连续运行1068个垂直移位电荷时序，用于清除垂直寄存器中前一帧前灯产生的残余电荷。其中A1到B1为第一次下移一行的时序，当时序从A1运行到B1时，最下边一行垂直移位寄存器中的电荷移到水平移位寄存器，其他行电荷依次往下移一行。当时序从A2运行到B2时，倒数第二行垂直移位寄存器中的电荷移到水平移位寄存器，其他行电荷依次往下移一行。当时序从A1058运行到B1068时，最上边一行的电荷移位到水平移位寄存器，所有垂直移位寄存器中的电荷清除。

图5.1～图5.2分别是本发明所述方法运行实施例及实施例效果比较图。

本发明在所说硬件支撑下运行实施例是这样的。所说XC3S 1200E产生驱动时序，输入到CXD3400，CXD3400将时序转换为符合ICX205驱动接口要求的时序，驱动ICX205输出感光电平，输出的感光电平由AD9949完成模数转换，输入到XC3S1200E，再由XC3S1200E将数据传输给计算机，由计算机还原图像；即ICX205芯片在输入的垂直时序、水平时序、曝光控制时序、电荷清零时序控制下，依次输入各点像素的电荷，并将各像素的电荷量转换为模拟电压值CCD信号送给AD9949进行模数转换，生成数字信号输出送给数字图像处理单元。

对于监控系统的CCD摄像机来说，基本不使用机械快门，曝光时间由电子快门控制。CCD电子快门的控制方法是：在不感光的时间段，每一行会产生一个SUBCK信号将电荷导入溢出沟，随后清除溢出沟的电荷。但是，如果某像素照度太高，在一行的感光时间内，即使是溢出沟的电荷也达到饱和，多余的电荷大多流入垂直移位寄存器。由于每行都有饱和电荷流入垂直移位寄存器，流入的电荷将叠加到每行垂直移位路过的同列像素，导致高照度像素对应列有一条纵向光带。夜间汽车前灯的强光就会产生纵向光带，其光晕的效果实拍图如实施例图5.1所示。图5.1中，前灯上半部分光带A是由上一帧图像前灯溢出的电荷叠加产生的，如果在曝光前，清除上一帧CCD的纵向晕光电荷，则可以消除上半部分光带A的纵向晕光。在曝光时序开始前，控制加入清除电荷的时序，就可清除纵向光晕，其清除光晕的效果实拍图如实施例图5.2所示。对比图5.1～图5.2，可以看出图5.1，由于光晕导致照片上驾驶室内有两条光带，通过安装本发明的摄像机拍摄的图5.2，其照片上驾驶室内的影像是清楚的。具体操作只需将摄像机通过网线与计算机连接，由计算机安装的客户端控制像机，就可以实现对摄像机的控制。

Claims

1.一种使CCD摄像机抗纵向光晕的方法，包括有如下支撑模块，现场可编程门阵列模块（1.1）、电压转换模块（1.2）、电荷耦合摄像器件模块（1.3）、CCD信号处理模块（1.4），所述的现场可编程门阵列模块（1.1）与电压转换模块（1.2）连接，电压转换模块（1.2）与电荷耦合摄像器件模块（1.3）连接，电荷耦合摄像器件模块（1.3）与CCD信号处理模块（1.4）连接，CCD信号处理模块（1.4）与现场可编程门阵列模块（1.1）连接，所述现场可编程门阵列模块（1.1）设有控制时序的程序模块即计数器产生模块、场同步时序HD产生模块、行驱动时序相位1VΦ1产生模块、行驱动时序相位2A VΦ2A产生模块、行驱动时序相位2BVΦ2B产生模块、行驱动时序相位3VΦ3产生模块、电荷清除控制时序SUB产生模块；电荷耦合摄像器件模块（1.3）在输入的垂直时序、水平时序、曝光控制时序、电荷清零时序控制下，依次输入各点像素的电荷，并将各像素的电荷量转换为模拟电压值CCD信号送给CCD信号处理模块（1.4）进行模数转换，生成数字信号输出送给数字图像处理单元；其特征是：

所述计数器产生模块步骤如下：开始，询问复位信号是否等于0，如果是，计数值等于0；如果否，询问输入时钟上沿吗？如果是，则计数值等于计数值加1，如果否，回到询问复位信号是否等于0重新开始；再次询问计数值是否等于整数224，如果是，计数值等于0；

所述场同步时序HD产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于1，如果是，场同步时序HD等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于96，如果是，场同步时序HD等于1并返回重新开始；如果否，同样返回重新开始；

所述行驱动时序相位1VΦ1产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于64，如果是，行驱动时序相位1VΦ1等于1，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于160，如果是，行驱动时序相位1VΦ1等于0 并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始；

所述行驱动时序相位2A VΦ2A产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于96，如果是，行驱动时序相位2A VΦ2A等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于192，如果是，行驱动时序相位2A VΦ2A等于1 并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始；

所述行驱动时序相位2BVΦ2B产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于96，如果是，行驱动时序相位2BVΦ2B等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于192，如果是，行驱动时序相位2BVΦ2B等于1 并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始；

所述行驱动时序相位3VΦ3产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于224，如果是，行驱动时序相位3VΦ3等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于128，如果是，行驱动时序相位3VΦ3等于1 并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始；

所述电荷清除控制时序SUB产生模块步骤如下：开始，询问计数值是否等于224，如果是，电荷清除控制时序SUB等于0，返回重新开始；如果否，则再次询问计数值是否等于160，如果是，电荷清除控制时序SUB等于1并返回重新开始；如果否，同样返回，重新开始。