CN101977284B - 摄像系统和摄像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摄像系统和摄像方法。根据本发明的一个方面的摄像系统包括：相位检测单元，用于检测布置在摄像系统附近的发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示相位差的相位差信号；第一时钟信号产生单元，用于产生与相位差信号相对应的第一时钟信号；同步信号产生单元，用于在第一时钟信号的控制下产生发光装置的理想驱动信号的同步信号；视频帧驱动信号产生单元，用于在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号；以及图像采集生成单元，用于根据视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。在本发明中，通过根据发光装置的驱动信号的频率来摄像，使得拍摄的视频清晰并且视频亮度稳定。

Description

摄像系统和摄像方法

技术领域

本发明涉及图像采集领域，具体地涉及摄像系统和摄像方法。

背景技术

由于目前全球使用的电源公频为50/60Hz，而相机视频图像的频率有很多种。尤其是在高清领域，由于像素越来越高而帧率变得越来越低。帧率例如可以是25帧/秒、22.5帧/秒、15帧/秒、12.5帧/秒、10帧/秒、9帧/秒或8帧/秒等。在视频监控领域的应用中，如何使视频或抓拍图像与外部光源同步变得尤为重要。

图1示出了发光装置(例如，信号灯、照明装置等)在曝光时间内的能量变化图。

由于视频曝光和外部光源不同步，在相同曝光时间里，曝光时间相对于信号灯同步信号的相位是移动的。在曝光时间内补进每帧图像的能量是不同的。曝光时间内的能量总和：

$S=\underset{t0}{\overset{t1}{\∫}}\sin x(t1-t0),$

其中，t0表示曝光开始时刻，t1表示曝光结束时刻。(t1-t0)表示视频图像的曝光时间。S表示能量，并随着t0和t1位置而变化。

例如，目前很多高清智能网络相机交通领域应用，采用选择常亮发光二极管(简称LED)信号灯来避开相机视频或者抓拍图片和频闪LED光源同步问题，但采用常亮LED灯存在以下几个问题：首先，很多十字路口信号灯已经安装完毕，相机受到路口已经安装信号灯中LED灯管限制，没法适应所有工程应用；其次，常亮灯管功率比较大，浪费能源，环境污染，而且LED寿命受到影响，容易老化损坏；再次，如果采用常亮LED灯，晚间信号灯区域过曝问题很难解决。

类似地，在用交流驱动信号驱动的路灯照明的情况下，由于该交流驱动信号与摄像系统的视频曝光不同步，也可能造成视频亮度变化或变黑。

可见，发光装置的交流驱动信号与摄像系统的视频曝光不同步，可能造成视频亮度变化或变黑，或造成抓拍图像亮度变黑。

因此，需要一种能够根据发光装置的驱动信号的频率来进行拍摄的技术。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于，提供能够根据发光装置的驱动信号的频率来摄像的摄像系统和摄像方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种摄像系统。在该摄像系统附近布置了用交流驱动信号驱动的发光装置。该摄像系统包括：相位检测单元，用于检测布置在摄像系统附近的发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示相位差的相位差信号；第一时钟信号产生单元，用于产生与相位差信号相对应的第一时钟信号；同步信号产生单元，用于在第一时钟信号的控制下产生发光装置的理想驱动信号的同步信号；视频帧驱动信号产生单元，用于在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号；以及图像采集生成单元，用于根据视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

根据本发明的又一个方面，提供了一种摄像方法，包括：检测发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示相位差的相位差信号，其中，实际驱动信号和理想驱动信号均为交流信号；产生与相位差信号相对应的第一时钟信号；在第一时钟信号的控制下产生发光装置的理想驱动信号的同步信号；在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号；以及根据视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

在本发明中，通过根据发光装置的驱动信号的频率来摄像，使得拍摄的视频清晰并且视频亮度稳定。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1是示出用交流驱动信号驱动的发光装置的发光信号的能量曲线；

图2是示出根据本发明的第一实施例的摄像系统的框图；

图3是示出根据本发明的第二实施例的摄像系统的框图；

图4是示出根据本发明的第三实施例的摄像系统的框图；

图5是示出根据本发明的第四实施例的摄像系统的框图；

图6是示出根据本发明的第五实施例的摄像系统的框图；

图7是示出根据本发明的第六实施例的摄像系统的框图；

图8是示出根据本发明的第七实施例的摄像系统的框图；

图9是示出根据本发明的第八实施例的摄像系统的框图；

图10是示出根据本发明的第九实施例的摄像系统的框图；

图11是示出根据本发明的第十实施例的摄像系统的框图；

图12是示出根据本发明的第十一实施例的摄像方法的流程图；

图13是示出根据本发明的第十二实施例的摄像方法的流程图；

图14是示出根据本发明的第十三实施例的摄像方法的流程图；

图15是示出根据本发明的第十四实施例的摄像方法的流程图；以及

图16是示出交通信号灯的能量曲线。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

摄像系统

以下参考图2来描述根据本发明的第一实施例的摄像系统200。

用交流驱动信号驱动的发光装置(未示出)可以被布置在摄像系统200附近。例如，发光装置可以是交通信号灯、路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。如图2所示，摄像系统200可以包括相位检测单元202、同步信号产生单元204、第一时钟信号产生单元206、视频帧驱动信号产生单元208和图像采集生成单元210。相位检测单元202可以检测发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示相位差的相位差信号。第一时钟信号产生单元206可以产生与相位差信号相对应的第一时钟信号。同步信号产生单元204可以在第一时钟信号的控制下产生发光装置的理想驱动信号的同步信号。视频帧驱动信号产生单元208可以在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号。图像采集生成单元210可以响应于视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。在图2中，虚线框内的同步信号产生单元204和视频帧驱动信号产生单元208可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

例如，摄像系统200可以设置在交通信号灯附近、路灯附近或者其他需要监控的地点。也可以在使用交流电驱动的照明灯照明的室内进行视频通话时使用摄像系统200。

以下参照图3来描述根据本发明的第二实施例的摄像系统300。

用交流驱动信号驱动的发光装置(未示出)可以被布置在摄像系统300的附近。摄像系统300可以包括相位检测单元202、同步信号产生单元204、第一时钟信号产生单元206、视频帧驱动信号产生单元208、图像采集生成单元210、信号检测单元212、第二时钟信号产生单元214和时钟选择单元216。摄像系统300和摄像系统200的区别在于，摄像系统300包括信号检测单元212、第二时钟信号产生单元214和时钟选择单元216。信号检测单元212可以检测发光装置是否发光。第二时钟信号产生单元214可以产生独立的第二时钟信号。时钟选择单元216可以在信号检测单元212检测到发光装置发光的情况下，选择第一时钟信号作为用于视频帧驱动信号产生单元的时钟信号，以及在信号检测单元212未检测到发光装置发光的情况下，选择第二时钟信号作为用于视频帧驱动信号产生单元的时钟信号。第二时钟产生单元214可以是晶振部件以及其他任何可以产生时钟的部件。为了简明，在此不再赘述与根据第二实施例摄像系统200的各单元类似的单元的描述。

在图3中，虚线框内的同步信号产生单元204、视频帧驱动信号产生单元208、信号检测单元212和时钟选择单元216可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

以下参照图4来描述根据本发明的第三实施例的摄像系统400。

用交流驱动信号驱动的发光装置(未示出)可以被布置在摄像系统400的附近。摄像系统400可以包括相位检测单元202、同步信号产生单元204、第一时钟信号产生单元206、视频帧驱动信号产生单元208、图像采集生成单元210、信号检测单元212、第二时钟信号产生单元214和时钟选择单元216和相位调整单元218。摄像系统400和摄像系统300的区别在于，摄像系统400包括相位调整单元218。视频帧驱动信号产生单元208以时钟选择单元216所选择的第一时钟信号或第二时钟信号为基准产生触发信号。相位调整单元218可以调整以时钟选择单元216所选择的第一时钟信号或第二时钟信号为基准所产生的触发信号相对于理想同步信号的相位，使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的触发信号输出到视频帧驱动信号产生单元208。视频帧驱动信号产生单元208基于经过调整的触发信号产生视频帧驱动信号。

可选地，根据第三实施例的摄像系统400可以不包括信号检测单元212、第二时钟信号产生单元214和时钟选择单元216。在这种情况下，相位调整单元218直接接收来自第一时钟信号产生单元206所产生的第一时钟信号并对第一时钟信号进行相位调整，使得视频帧的曝光程度适当，之后将经过调整的第一时钟信号输出到视频帧驱动信号产生单元208。

在图4中，虚线框内的同步信号产生单元204、视频帧驱动信号产生单元208、信号检测单元212、时钟选择单元216和相位调整单元可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

以下参照图5来描述根据本发明的第四实施例的摄像系统500。

摄像系统500类似于摄像系统400。摄像系统400和摄像系统500的区别在于，在摄像系统500中，相位调整单元218可以调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的视频帧驱动信号输出到图像采集生成单元210。在摄像系统400中，相位调整单元218可以调整以时钟选择单元216所选择的第一时钟信号或第二时钟信号为基准所产生的触发信号相对于理想同步信号的相位，使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的触发信号输出到视频帧驱动信号产生单元208。

在图5中，虚线框内的同步信号产生单元204、视频帧驱动信号产生单元208、信号检测单元212和时钟选择单元216可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

以下参照图6来描述根据本发明的第五实施例的摄像系统600。

在摄像系统600中，第一时钟信号产生单元206可以包括滤波子单元206-2和压控振荡子单元206-4。其中，滤波子单元206-2可以从相位检测单元202检测到的相位差信号中滤波高频噪声，压控振荡子单元206-4可以根据滤波后的相位差信号产生第一时钟信号。

实际上，在摄像系统200、摄像系统300、摄像系统400和摄像系统500中，第一时钟信号产生单元206也可以包括滤波子单元206-2和压控振荡子单元206-4。

在图6中，虚线框内的同步信号产生单元204、视频帧驱动信号产生单元208、信号检测单元212和时钟选择单元216可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

以下，在发光装置为信号灯以及图像采集生成单元210为高清视频采集单元的情况下，对摄像系统600进行描述。

在传统技术中，视频帧驱动信号和信号灯的驱动信号是两个相互独立运行的信号，一旦高清视频采集单元开始工作，视频帧驱动信号和信号灯的驱动信号将按照自己的频率开始工作。如果能够在视频帧驱动信号和信号灯的驱动信号间建立起负反馈机制，使得相机每帧视频曝光在信号灯的某个相位间左右摆动，则建立起信号灯与相机每帧视频曝光的动态同步，从而解决了信号灯与高清视频采集单元所采集的每帧视频曝光同步问题。可以将以上方案理解为从视频的角度去实现相机每帧视频曝光与信号灯同步。

相位检测单元202负责检测信号灯信号相位与同步信号产生单元204所产生的信号灯的理想驱动信号的同步信号与视频帧同步的输出信号间的相位差。

滤波子单元206-2例如可以采用低通滤波器滤除相位检测单元202检测出的相位差(例如，电压信号)抖动的高频噪声，提供表示相位差的电平信号。

压控振荡子单元206-4可以对滤波子单元206-2输出的电平信号产生对应的时钟频率。

同步信号产生单元用于根据时钟选择单元216所提供的时钟信号来产生信号灯的理想驱动信号的同步信号并将该同步信号输出到相位检测单元202。视频帧驱动信号产生单元208将根据时钟选择单元216所提供的时钟产生视频帧驱动信号，并将视频帧驱动信号输出到相位调整单元218。

相位调整单元218对视频帧驱动信号的相位进行调整，并将经调整的视频帧驱动信号输出到前端的图像采集生成单元210，即，高清视频采集单元。图像采集生成单元产生和信号灯同步信号同相位的视频。

信号检测单元212根据是否检测到信号灯同步信号来确定工作模式是信号灯同步模式还是信号灯非同步模式。时钟选择单元216信号检测单元选择的工作模式选择对应的时钟。

如果工作模式为与信号灯同步模式，则时钟选择单元216选择压控振荡子单元206-4提供的时钟信号。如果工作模式为信号灯非同步模式，则时钟选择单元216选择第二时钟信号产生单元(例如，晶振单元)214提供的时钟信号。相位调整单元218可以从0至360度相位选择一个合适相位使得视频帧的曝光程度最佳。

通过相位调整，在视频中信号灯处于一个合适的亮度，使得视频帧不过曝，从而例如能够准确区分信号灯的状态。这个合适相位的调整可以与现场相关，也可以与信号灯(例如，LED)的特性相关。

在以上的各个实施例中，理想驱动信号的同步信号的频率和视频帧驱动信号的频率可以是倍数关系。换句话说，理想驱动信号的同步信号的频率可以是视频帧驱动信号的频率的N倍。相反，视频帧驱动信号的频率可以是理想驱动信号的同步信号的频率的N倍。这里，N是大于或等于1的整数。可以根据图像采集生成单元210的前端图像传感器的最大视频帧率来确定倍数N。

在以下的描述中，f_led为同步信号产生单元204所产生的理想驱动信号的同步信号的频率，f_v为视频帧驱动信号产生单元208所产生的视频帧驱动信号的频率。

由于要使发光装置的驱动信号与图像采集生成单元210采集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持同步，所以f_v和f_led需要满足倍数关系，即f_led＝N×f_v，或f_v＝N×f_led，其中，N为大于或等于1的整数。

以下，在满足关系式f_led＝N×f_v的情况下，进行推导。

目前全球范围内市电的频率为50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过半波整流出来的，则发光装置的频率f_led为50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，则发光装置的频率f_led为100/120Hz。

视频帧率(即，视频帧驱动信号的频率)可能受到图像采集生成单元210的前端图像传感器的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为f_clk，则最大视频帧率f_max＝f_clk/H＊V，其中，H表示每一行需要多少个时钟频率，V表示一帧图像需要多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的，但是对于某一个特定的前端图像传感器f_max是固定的。

f_led/f_max＝N0，如果N0为整数，则N＝N0。如果N0为非整数，则N＝[N0]+1。其中，[N0]表示对N0取整数。

f_v/f_max＝f_led/(N×f_max)＝N0/N。

通过上述推导，可以确定N的值。即，N的值受到前端图像传感器的最大时钟频率f_clk的限制。

类似地，在需要满足关系式f_v＝N ×f_led的情况下，可以通过类似推导，得到N的值，在此不再赘述。

以下参照图7来描述根据本发明的第六实施例的摄像系统700。

用交流驱动信号驱动的发光装置(未示出)可以被布置在摄像系统700附近。例如，发光装置可以是交通信号灯、路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。如图7所示，摄像系统700可以包括视频帧驱动信号产生单元702和图像采集生成单元704。视频帧驱动信号产生单元702可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的N个周期产生一个视频帧驱动信号，其中，N为大于或等于1的整数。图像采集生成单元704可以响应于视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

例如，摄像系统700可以设置在交通信号灯附近、路灯附近或者其他需要监控的地点。也可以在使用交流电驱动的照明灯照明的室内进行视频通话时使用摄像系统700。

以下参照图8来描述根据本发明的第七实施例的摄像系统800。

用交流驱动信号驱动的发光装置(未示出)可以被布置在摄像系统800的附近。如图8所示，摄像系统800可以包括视频帧驱动信号产生单元702、图像采集生成单元704、同步信号产生单元706、驱动信号选择单元708和信号检测单元710。摄像系统700和摄像系统800的区别在于，摄像系统800包括同步信号产生单元706、驱动信号选择单元708和信号检测到单元710。

其中，同步信号产生单元706可以产生备用同步信号，该备用同步信号与发光装置的实际驱动信号的同步信号的理想频率同频。信号检测单元710可以检测发光装置是否发光。在信号检测单元710检测到发光装置发光的情况下，驱动信号选择单元708将实际驱动信号的同步信号提供给视频帧驱动信号产生单元702，以及在信号检测单元710未检测到发光装置发光的情况下，驱动信号选择单元708将备用同步信号提供给视频帧驱动信号产生单元702。视频帧驱动信号产生单元702可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的周期或备用同步信号的N个周期产生一个视频帧驱动信号，其中，N为大于或等于1的整数。换句话说，视频帧驱动信号产生单元702对驱动信号选择单元708所提供的实际驱动信号的同步信号的周期或备用同步信号的周期进行计数。图像采集生成单元704可以响应于视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。通过在摄像系统800中设置同步信号产生单元706、驱动信号选择单元708和信号检测单元710，在未检测到发光装置发光的情况下，摄像系统800可以根据同步信号产生单元产生的备用同步信号来进行工作。这样，即使发光装置的频率随着时候有轻微变化，图像采集生成单元704采集的视频也可以基本上和发光装置的驱动信号的频率保持同步。

可选地，同步信号产生单元706可以不产生备用同步信号而产生帧同步信号。可以将帧同步信号的频率设定为最大视频帧率f_max。f_max＝f_clk/H＊V，其中，f_clk表示图像采集生成单元的前端图像传感器的工作的最大时钟频率，H表示每一行需要多少个时钟频率，V表示一帧图像需要多少个行。

在信号检测单元710检测不到发光装置的驱动信号的同步信号的情况下，驱动信号选择单元708选择帧同步信号并将帧同步信号输出到视频帧驱动信号产生单元702。

与备用同步信号的情况不同的是，视频帧驱动信号产生单元702不对帧同步信号进行计数，而是响应于帧同步信号的周期产生用于控制图像采集生成单元704的一组序列。图像采集生成单元704在该组序列的驱动下采集视频帧以产生视频。

这样，在检测不到发光装置的驱动信号的同步信号的情况下，可以采用具有最大视频帧率的帧同步信号来采集视频帧，从而提高视频清晰度。

以下参照图9来描述根据本发明的第八实施例的摄像系统900。

如图9所示，摄像系统900可以包括视频帧驱动信号产生单元702、图像采集生成单元704、同步信号产生单元706、驱动信号选择单元708、信号检测单元710和相位调整单元712。

摄像系统900和摄像系统800的区别在于，摄像系统900包括相位调整单元712。相位调整单元712可以调整发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位或备用同步信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的实际驱动信号的同步信号或备用同步信号发送给视频帧驱动信号产生单元702。

可选地，摄像系统900可以不包括同步信号产生单元706、驱动信号选择单元708和信号检测单元710。换句话说，相位调整单元712直接接收发光装置的驱动信号的同步信号，并对该同步信号的相位进行调整。之后，相位调整单元712将经过调整的同步信号输出到视频帧驱动信号产生单元。

以下参照图10来描述根据本发明的第九实施例的摄像系统1000。

如图10所示，摄像系统1000可以包括视频帧驱动信号产生单元702、图像采集生成单元704、同步信号产生单元706、驱动信号选择单元708、信号检测单元710和相位调整单元712。

摄像系统1000和摄像系统900的区别在于，相位调整单元712和视频帧驱动信号产生单元702的位置。在摄像系统1000中，相位调整单元712调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的视频帧驱动信号发送给图像采集生成单元。在摄像系统900中，相位调整单元712可以调整发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位或备用同步信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的实际驱动信号的同步信号或备用同步信号发送给视频帧驱动信号产生单元702。

可选地，摄像系统900可以不包括同步信号产生单元706、驱动信号选择单元708和信号检测单元710。换句话说，视频帧驱动信号产生单元702直接接收发光装置的驱动信号的同步信号。

以下参照图11来描述根据本发明的第十实施例的摄像系统1100。

摄像系统1100可以包括视频帧驱动信号产生单元702、图像采集生成单元704、同步信号产生单元706、驱动信号选择单元708、信号检测单元710和相位调整单元712。其中，视频帧驱动信号产生单元702可以包括周期计数子单元702-2和时序产生子单元702-4。周期计数子单元702-2可以同步地对发光装置的实际驱动信号的同步信号的周期或备用同步信号的周期进行计数，并每隔N个周期产生一个触发信号。时序产生子单元702-4可以在触发信号的触发下产生用于控制图像采集生成单元704的时序。

实际上，在第六至第十实施例中，视频帧驱动信号产生单元702也可以包括周期计数子单元702-2和时序产生子单元702-4。

以下，在发光装置为信号灯以及图像采集生成单元210为高清视频采集单元的情况下，对摄像系统1100进行描述。

由于视频是由图片组成，每一帧视频图像就是一张图片，如果实现每一张图像的曝光和信号灯同步，则实现了实现信号灯与相机每帧视频曝光同步。可以将上述方案理解为从图片的角度去实现信号灯与相机每帧视频曝光同步。

信号检测单元710可以检测外部信号灯的同步信号。在信号检测单元710检测到外部信号灯的同步信号的情况下，驱动信号选择单元708可以选择外部信号灯的驱动信号的同步信号，并将该同步信号输出到周期计数子单元702-2。在信号检测单元710未检测到外部信号灯的同步信号的情况下，驱动信号选择单元708可以选择同步信号产生单元706产生的同步信号。驱动信号选择单元708将所选择的同步信号输出到周期计数子单元702-2。周期计数子单元702-2可以同步地对发光装置的实际驱动信号的同步信号的周期或备用同步信号的周期进行计数，并每隔N个周期产生一个触发信号。

时序产生子单元702-4可以在触发信号的触发下产生用于控制图像采集生成单元(高清视频采集单元)的时序。

相位调整单元712对时序产生子单元702-4产生的时序中的视频帧驱动信号的相位进行0-360度的调节，使得视频帧的曝光程度适当。

通过相位调整，在视频中信号灯处于一个合适的亮度，使得视频帧不过曝，从而例如能够准确区分信号灯的状态。这个合适相位的调整可以与现场相关，也可以与信号灯(例如，LED)的特性相关。

通过上述，使得视频图像中的每一帧图像曝光时间都和信号灯保持同步，不仅能够满足电子警察抓拍用，也能作为十字路口录像用，能够完成的记录事件发生时刻的信号灯状态。其次，可以通过同步相位的调整，保持某一个特定相位使得信号灯在白天和晚上效果良好，解决晚间信号灯区域过曝的问题。最后，在实现高清智能网络相机与交通信号灯同步时，对整个视频的帧率影响很小。

在第六至第十一实施例中，可以根据图像采集生成单元704的前端图像传感器的最大视频帧率来确定N值。

在以下的描述中，f_led为同步信号产生单元706所产生的备用同步信号的频率，f_v为视频帧驱动信号产生单元702所产生的视频帧驱动信号的频率。

由于要使发光装置的驱动信号与图像采集生成单元704采集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持同步，所以f_v和f_led需要满足倍数关系，即f_led＝N×f_v，或f_v＝N×f_led，其中，N为大于或等于1的整数。

以下，在满足关系式f_led＝N×f_v的情况下，进行推导。

目前全球范围内市电的频率为50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过半波整流出来的，则发光装置的频率f_led为50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，则发光装置的频率f_led为100/120Hz。

视频帧率(即，视频帧驱动信号的频率)可能受到图像采集生成单元704的前端图像传感器的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为f_clk，则最大视频帧率f_max＝f_clk/H＊V，其中，H表示每一行需要多少个时钟频率，V表示一帧图像需要多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的，但是对于某一个特定的前端图像传感器f_max是固定的。

f_led/f_max＝N0，如果N0为整数，则N＝N0。如果N0为非整数，则N＝[N0]+1。其中，[N0]表示对N0取整数。

f_v/f_max＝f_led/(N×f_max)＝N0/N。

通过上述推导，可以确定N的值。

摄像方法

以下参照图12来描述根据本发明的第十一实施例的摄像方法。

在步骤1202中，检测发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示相位差的相位差信号。其中，实际驱动信号和理想驱动信号均为交流信号。例如，发光装置可以是交通信号灯、路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。

在步骤1204中，产生与相位差信号相对应的第一时钟信号。在步骤1206中，在第一时钟信号的控制下产生发光装置的理想驱动信号的同步信号。在步骤1208中，在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号。在步骤1210中，响应于视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

在根据第十一实施例的摄像方法中，还可以检测发光装置是否发光并产生独立的第二时钟信号。在检测到发光装置发光的情况下，在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号，以及在检测到发光装置未发光的情况下，在第二时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号。

在根据第十一实施例的摄像方法中，还可以调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并响应于经过调整的视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

在根据第十一实施例的摄像方法中，理想驱动信号的同步信号的频率和视频帧驱动信号的频率是倍数关系。换句话说，理想驱动信号的同步信号的频率可以是视频帧驱动信号的频率的N倍。相反，视频帧驱动信号的频率可以是理想驱动信号的同步信号的频率的N倍。这里，N是大于或等于1的整数。

可以根据可用于采集视频帧的最大视频帧率来确定倍数N。

在以下的描述中，f_led为理想驱动信号的同步信号的频率，f_v为视频帧驱动信号的频率。

由于要使发光装置的驱动信号与采集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持同步，所以f_v和f_led需要满足倍数关系，即f_led＝N×f_v，或f_v＝N×f_led，其中，N为大于或等于1的整数。

以下，在满足关系式f_led＝N×f_v的情况下，进行推导。

目前全球范围内市电的频率为50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过半波整流出来的，则发光装置的频率f_led为50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，则发光装置的频率f_led为100/120Hz。

视频帧率(即，视频帧驱动信号的频率)可能受到可用于采集图像的图像采集生成单元的前端传感器的工作时钟频率的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为f_clk，则最大视频帧率f_max＝f_clk/H＊V，其中，H表示每一行需要多少个时钟频率，V表示一帧图像需要多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的，但是对于某一个特定的前端图像传感器f_max是固定的。

f_led/f_mmax＝N0，如果N0为整数，则N＝N0。如果N0为非整数，则N＝[N0]+1。其中，[N0]表示对N0取整数。

f_v/f_max＝f_led/(N ×f_max)＝N0/N。

通过上述推导，可以确定N的值。即，N的值受到前端图像传感器的最大时钟频率f_clk的限制。

类似地，在需要满足关系式f_v＝N×f_led的情况下，可以通过类似推导，得到N的值，在此不再赘述。

以下参照图13来描述根据本发明的第十二实施例的摄像方法。

该摄像方法开始于步骤1302，即，系统上电。在步骤1304中，检测是否有发光装置(信号灯)的驱动信号的同步信号，即，检测发光装置是否发光。

如果未检测到信号灯的驱动信号的同步信号，则在步骤1306中，选择外部晶帧模块产生的时钟信号。之后，在步骤1308中，以非信号灯同步模式采集视频。

如果检测到信号灯的驱动信号的同步信号，则在步骤1310中，产生第一时钟信号。稍后将在步骤1318、步骤1320和步骤1322中描述如何产生第一时钟信号。

在步骤1312中，以第一时钟信号为基准产生触发信号。在步骤1314中，调整触发信号相对于理想驱动信号的同步信号的相位。在步骤1315中，根据触发信号产生视频帧驱动信号。在步骤1316中，响应于视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

在步骤1318中，产生理想驱动信号的同步信号。在步骤1320中，检测来自信号灯的实际驱动信号与理想驱动信号之间的相位差。在步骤1322中，对相位差信号进行低通滤波以滤除高频噪声。接着，在步骤1310中，根据滤波后的相位差信号产生第一时钟信号。

以下参照图14来描述根据本发明的第十三实施例的摄像方法。

在步骤1402中，可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的N个周期产生一个视频帧驱动信号，其中，N为大于或等于1的整数，其中，实际驱动信号为交流信号。例如，发光装置可以是交通信号灯、路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。在步骤104中，可以响应于视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

在根据第十三实施例的摄像方法中，还可以产生备用同步信号，并检测发光装置是否发光。其中，备用同步信号与发光装置的实际驱动信号的同步信号的理想频率同频。在检测到发光装置发光的情况下，可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的N个周期产生一个视频帧驱动信号，以及在检测到发光装置未发光的情况下，可以每隔备用同步信号的N个周期产生一个视频帧驱动信号。

根据本发明的第十三实施例的摄像方法，还可以调整发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位或备用同步信号的相位使得视频帧的曝光程度适当。可以每隔经过调整的实际驱动信号的同步信号的N个周期或备用同步信号的N个周期产生一个视频帧驱动信号。

可选地，可以调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并响应于经过调整的视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

可选地，该摄像方法可以包括以下步骤：产生帧同步信号，其中，帧同步信号的频率为最大视频帧率；检测发光装置是否发光；以及在检测到发光装置发光的情况下，每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的N个周期产生一个视频帧驱动信号，以及在未检测到发光装置发光的情况下，响应于帧同步信号的周期来采集视频帧。

其中，可以根据可用于采集视频帧的最大视频帧率来确定N值。

在以下的描述中，f_led为理想驱动信号的同步信号的频率，f_v为视频帧驱动信号的频率。

由于要使发光装置的驱动信号与采集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持同步，所以f_v和f_led需要满足倍数关系，即f_led＝N×f_v，或f_v＝N×f_led，其中，N为大于或等于1的整数。

以下，在满足关系式f_led＝N×f_v的情况下，进行推导。

目前全球范围内市电的频率为50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过半波整流出来的，则发光装置的频率f_led为50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，则发光装置的频率f_led为100/120Hz。

视频帧率(即，视频帧驱动信号的频率)可能受到用于采集图像的图像采集生成单元的前端图像传感器的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为f_clk，则最大视频帧率f_max＝f_clk/H＊V，其中，H表示每一行需要多少个时钟频率，V表示一帧图像需要多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的，但是对于某一个特定的前端图像传感器f_max是固定的。

f_ledd/f_max＝N0，如果N0为整数，则N＝N0。如果N0为非整数，则N＝[N0]+1。其中，[N0]表示对N0取整数。

f_v/f_max＝f_led/(N×f_max)＝N0/N。

通过上述推导，可以确定N的值。

以下参照图15来描述根据本发明的第十四实施例的摄像方法。

该摄像方法开始于步骤1502，即，系统上电。接着在步骤1504中，检测是否有信号灯的驱动信号的同步信号。如果未检测到信号灯的驱动信号的同步信号，则在步骤1506中，在非信号灯同步模式下采集视频帧并生成视频。

如果检测到信号灯的驱动信号的同步信号，则在步骤1508中确定是否达到设定的同步相位。在未达到同步相位时，重复步骤1508。接下来在步骤1510中，对信号灯的驱动信号的同步信号进行计数。

如果计数到N，则在步骤1512中产生同步图像时序组合。接下来在步骤1514中，在同步图像时序组合的控制下采集视频帧并生成视频。

通过该方法，使每一帧视频数据曝光和交通信号灯同步并保持某个特定相位，从而视频或者抓拍图片整体亮度和局部信号灯的亮度都保持恒定。这样，在照片或视频中都能够记录有效的信号灯信息。

以下描述以高清视频采集单元和信号灯为例，来描述如何计算N的值。假设高清视频采集单元的最高帧率(即，视频帧驱动信号的频率)为15fps。该帧率受到图像采集生成单元的前端图像传感器的时钟频率的限制。采用的交通信号灯的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，所以在国内市电为50Hz条件下，信号灯的频率f_led为100Hz。即已知f_led＝100HZ。f_max＝15Hz。

首先通过以下计算来确定N的值。

存在关系f_led/f_max＝N0。如果N0为整数，则N＝N0。如果N0为非整数，则N＝[N0]+1。这样，N＝7。

所以由f_led＝N×f_v，得到f_v＝(100/7)Hz

所以，帧率的损失率满足以下关系式：

帧率的损失率＝(f_max-f_v)/f_max＝1-f_led/(N×f_max)＝1-[100/(7×15)]＝4.76％。

以下参照图16来描述在进行相位调整时如何选择适当的相位。假设发光装置是发光二极管(LED)来进行以下描述。

如图16所示，LED发光能量曲线分4个区。A区表示信号灯LED发光二极管截止区，即LED发光管不导通，LED不发光。B区表示信号灯LED发光二极管的工作区，即LED发光二极管导通，电压逐渐升高，LED发光光经流的电流变大，发光管由暗变亮发光。C区表示信号灯LED发光二极管的饱和区，即LED发光二极管电流已经饱和，电压再升高，电流也不变化，LED发光管也保持原来亮度。D区表示信号灯LED发光二极管的工作区，即LED发光二极管导通，电压逐渐下降，LED发光光经流的电流变小，发光管由亮变暗发光。

通过相位调整单元218或相位调整单元712对输入至其的信号的相位进行调整，使得视频帧的曝光时间落在C区和D区之间。这样可以解决晚间由于整体场景过暗，曝光时间过长造成信号灯局部区域产生过曝问题又能兼顾白天曝光时间过短而造成信号灯区域过暗问题。

以下是使得视频曝光于信号灯同步相位落在C区和D区之间原因分析。由于相机采用自动曝光，在智能交通应用中由于要看清车牌，车辆外型，颜色等信息，又避免拖尾造成图像模糊，最大曝光时间有限制，一般为5ms左右，所以自动曝光时间为0-5ms，我们要综合考虑白天照度很高，和晚上照度很低时候信号灯状态都要清晰可辨。

对于白天照度很高时候，自动曝光的曝光值一般很小，可能曝光值小于1ms。此时曝光时间最好落在C区域，使得信号灯不会因为曝光时间短而变得太黑以至于无法辨别信号灯状态。

对于晚上照度很低，自动曝光时间肯定是在最大曝光时间工作即5ms左右；由于曝光时间变大，信号灯再曝光时间内的能量和比较大，但是从图16的信号灯能量曲线可以看出，当曝光时间比较大时候信号灯已经进入D区。使得LED在相同时间内能量没有C区间高，所以使得信号灯区域也不会因为曝光时间过长而造成过曝。

在实际应用中，由于现场情况的差别，以及相机最大曝光时间，最小曝光时间的差别，信号灯内部LED管子特性的差异，可能A、B、C和D区域大小会有所不同，但上述调整的方法和策略都为有效。

通过上述实施例，使得所采集的视频帧都与发光装置的驱动信号同步。

通过本发明给出的技术方案，可以使高清智能网络相机的每一帧视频数据曝光和频闪LED外部光源同步，保持某个特定相位，使得视频和抓拍的亮度都保持恒定。在照片或视频中都能够记录有效的视频和图像信息。

虽然已经详细说明了在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (10)

1.一种摄像系统，用交流驱动信号驱动的发光装置被布置在所述摄像系统附近，所述摄像系统包括：

相位检测单元，用于检测所述发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示所述相位差的相位差信号；

第一时钟信号产生单元，用于产生与所述相位差信号相对应的第一时钟信号；

同步信号产生单元，用于在所述第一时钟信号的控制下产生所述发光装置的所述理想驱动信号的同步信号；

视频帧驱动信号产生单元，用于在所述第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号；以及

图像采集生成单元，用于响应于所述视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

2.根据权利要求1所述的摄像系统，还包括：

信号检测单元，用于检测所述发光装置是否发光；

第二时钟信号产生单元，用于产生独立的第二时钟信号；以及

时钟选择单元，用于在所述信号检测单元检测到所述发光装置发光的情况下，选择所述第一时钟信号作为用于所述视频帧驱动信号产生单元的时钟信号，以及在所述信号检测单元未检测到所述发光装置发光的情况下，选择所述第二时钟信号作为用于所述视频帧驱动信号产生单元的时钟信号。

3.根据权利要求1所述的摄像系统，还包括：

相位调整单元，用于调整所述视频帧驱动信号的相位使得所述视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的所述视频帧驱动信号输出到所述图像采集生成单元。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像系统，其中，所述理想驱动信号的同步信号的频率和所述视频帧驱动信号的频率是倍数关系。

5.根据权利要求4所述的摄像系统，其中，根据所述图像采集生成单元的前端图像传感器的最大视频帧率来确定所述倍数关系。

6.一种摄像方法，包括：

检测发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示所述相位差的相位差信号，其中，所述实际驱动信号和所述理想驱动信号均为交流信号；

产生与所述相位差信号相对应的第一时钟信号；

在所述第一时钟信号的控制下产生所述发光装置的所述理想驱动信号的同步信号；

在所述第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号；以及

响应于所述视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

7.根据权利要求6所述的摄像方法，还包括：

检测所述发光装置是否发光；

产生独立的第二时钟信号；以及

在检测到所述发光装置发光的情况下，在所述第一时钟信号的控制下产生所述视频帧驱动信号，以及在未检测到所述发光装置发光的情况下，在所述第二时钟信号的控制下产生所述视频帧驱动信号。

8.根据权利要求6所述的摄像方法，还包括：

调整所述视频帧驱动信号的相位使得所述视频帧的曝光程度适当；以及

响应于经过调整的所述视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的摄像方法，其中，所述理想驱动信号的同步信号的频率和所述视频帧驱动信号的频率是倍数关系。

10.根据权利要求9所述的摄像方法，其中，根据用于采集视频帧的最大视频帧率来确定所述倍数关系。

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