CN102271218B - 一种超智能场景摄像机及超智能摄像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超智能场景摄像机及超智能摄像方法，其包括摄像机集成电路、镜片除雾装置、温度传感器、温度控制驱动模块、湿度传感器和成像传感器，所述摄像机集成电路包括微控制器、数字处理器和模拟前端模块；所述数字处理器包括用于对拍摄的图像进行除雾处理的图像除雾模块，其中，所述成像传感器连接所述模拟前端模块和数字处理器，所述模拟前端模块分别连接所述微控制器和数字处理器；所述微控制器与数字处理器连接；所述温度传感器连接在温度控制驱动模块上，所述温度控制驱动模块和湿度传感器连接至微控制器；所述镜片除雾装置设置在镜片上且电连接至微控制器。采用本发明可达到视频监控的最优化，确保在复杂场景下实现监控无盲点的好处。
Description
技术领域
本发明涉及一种摄像机，尤其涉及的是一种超智能场景摄像机及超智能摄像方法。
背景技术
目前，视频监控已成为一种常规的安全监控手段，而现今的社会受监控场景复杂变化无穷；传统的摄像机无法适应变化多端的复杂场景，无法起到很好的监控同预警作用。场景不全面智能度不足，无法起到很好的监控同预警作用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超智能场景摄像机及超智能摄像方法，旨在解决现有的摄像机无法适应变化多端的复杂场景，无法起到很好的监控的问题。
本发明的技术方案如下：
一种超智能场景摄像机，其包括摄像机集成电路、镜片除雾装置、温度传感器、温度控制驱动模块、湿度传感器和成像传感器，所述摄像机集成电路包括微控制器、数字处理器和用于进行模拟信号处理的模拟前端模块；所述数字处理器包括用于对拍摄的图像进行除雾处理的图像除雾模块，其中，所述成像传感器连接所述模拟前端模块和数字处理器，所述模拟前端模块分别连接所述微控制器和数字处理器；所述微控制器与数字处理器连接；所述温度传感器连接在温度控制驱动模块上，所述温度控制驱动模块和湿度传感器连接至微控制器；所述镜片除雾装置设置在镜片上且电连接至微控制器。
所述DSP还包括：用于自动控制、调整图像增益的自动增益控制模块；用于检测环境亮度值的AE测光模块；用于设置低速快门适用于低照度模式下的低速快门模块；用于自动调整图像白平衡值的自动白平衡模块；用于控制图像亮度及色温的变换范围的宽动态功能模块；用于识别车牌的车牌识别模块；用于侦测移动物体的移动侦测模块；用于对拍摄的图像进行除雾处理的图像除雾模块；以及用于识别人脸和动物的人脸与动物识别模块。
一种超智能场景摄像机的超智能摄像方法，其中，包括一种智能的除雾方法，具体步骤为：温度传感器及湿度传感器采集周围场景的湿度和温度，并发送给微控制器；所述微控制器根据温度和湿度判定当前场景是否为雾天场景，若是雾天场景则自动启动镜片除雾装置电源进行镜片除雾；图像拍摄完成后，数字处理器中的图像除雾模块自动启动进行图像除雾操作，最后得到清洗的图像。
所述的超智能场景摄像机的超智能摄像方法，其中，还包括一种可根据室内外场景及各类灯光设置理想的曝光量的方法，具体步骤为：微控制器首先通过色温模块识别出当前的场景模式，所述微控制器中根据不同的场景模式设置有相对应的理想的曝光参数；然后通过AE测光模块测得当前场景的亮度值，并对应P线图来自动调节摄像机的感光度、光圈量及电子快门速度，以达到预定的图像暴光量。
所述的超智能场景摄像机的超智能摄像方法，其中，还包括一种自动判定当前场景是否是低照度场景的方法，具体步骤为：通过AE测光模块测得当前场景的亮度值，同时监测自动增益控制模块中的自动增益量的变化情况；当测得的亮度值小于设定的阈值量，同时自动增益量增大的幅度大于阈值量，则判定当前场景为低照度场景。
所述的超智能场景摄像机的超智能摄像方法，其中，还包括超智能场景摄像机在录制黑白视频时的补光方法，其具体步骤为：首先通过AE测光模块检测当前场景的亮度值，并通过AF传感器测量被监控目标到摄像机的距离；第二步：摄像机根据当前场景的亮度值及被监控目标到摄像机的距离，计算出所需的补光量；最后，根据所需的补光量来控制红外发光二极管的亮灯数及红外发光二极管的恒流控制电源的电流。
本发明的有益效果：本发明提供的超智能场景摄像机能拥有自动判定外部复杂场景同时提供相对应的解决方案的功能。从而达到视频监控最优化，确保在变化多端的复杂场景下监控无盲点的好处。
附图说明
图1是本发明提供的超智能场景摄像机的功能框图。
图2是本发明提供的镜片除雾装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
本发明提供的超智能场景摄像机是根据画像自身的信息（即CCD/CMOS感应器获取的图像信息）配合各类专用传感器来侦测外部的场景条件，然后根据所侦测到的场景条件使摄像机自动切换到对应的摄像模式、设定相应的参数或启动相应的装置,目的是使摄像机能在不同的场景下达到不同的曝光量，从而得到清晰的图像。
参见图1，所述超智能场景摄像机包括摄像机ASIC（Application Specific Integrated Circuit，摄像机集成电路）即一种专门为摄像机设计的集成电路，所述摄像机ASIC中包括MCU（微控制器）、DSP（数字处理器）和用于进行模拟信号处理的AFE模块（模拟前端模块）。所述超智能场景摄像机还包括色温传感器、存储模块和成像传感器，所述色温传感器连接所述MCU；所述存储模块连接所述摄像机ASIC；所述成像传感器连接所述AFE模块和DSP，所述AFE模块分别连接所述MCU和DSP；所述MCU与DSP连接。
所述成像传感器为CCD或CMOS感应器，用于获取从镜头中射入的光线，并将光照度转换为图像灰度值传给MCU与DSP处理；所述色温传感器用于获取当前环境的色温，并传递给MCU，所述MCU根据获取的当前环境的色温，来判定当前场景为室外场景或室内各类灯光场景，并根据不同的场景通过自动白平衡模块自动设定WB（white Balance，白平衡值）。
在所述MCU中设置有多组判断阈值来判断当前环境的场景，例如设定色温为1930K（开尔文温度单位）的是标准烛光；色温为2760-2900K的是钨丝灯；色温为3000K的是荧光灯；色温为3800K的是闪光灯；色温为5400K的是中午阳光；色温为6000K的是电子闪光灯；色温为12000-18000K的是蓝天；色温为2700K的是白炽灯。
如图1所示，所述摄像机还包括光敏感应器和红外滤光片切换装置，所述摄像机ASIC中还包括AD模块和马达驱动模块，所述光敏感应器连接AD模块，所述AD模块连接MCU；所述红外滤光片切换装置连接所述马达驱动模块，所述马达驱动模块连接MCU。
在白天，摄像机的CCD/CMOS传感器会受红外线光的影响，所以导致所采集的图像存在色彩偏差的问题。为了避免红外光的影响会在CCD/CMOS传感器前加入具有截止或反射红外光功能的滤光片，以解决图像色彩偏差的问题。但是滤光片会使射入CCD/CMOS传感器的光量产生损失，导致在低辉度下影响图像的亮度。
本发明通过设置光敏感应器和红外滤光片切换装置，以解决高辉度下图像偏红，低辉度下亮度不足的问题。其具体原理为：通过光敏感应器来感知光线强弱的变化，所述光敏感应器为光敏电阻。同时在光敏电阻前增设一个红外截止滤光片用于滤去红外光的干扰。摄像机ASIC通过读取光敏电阻上的电压值来控制滤光片的切换。在高辉度环境下把滤光片切换至CCD/CMOS传感器前进行红外光滤除；在低辉度环境下把滤光片撤离CCD/CMOS传感器以增加进光量。
请继续参见图1，为了使本发明提供的摄像机能够保持内部工作环境的温度，所述摄像机还包括温度传感器、温度控制驱动模块、加热模块和风扇模块，所述温度传感器、加热模块和风扇模块分别连接在温度控制驱动模块上；所述温度控制驱动模块连接至MCU。通过所述温度传感器可获取外界场景的温度；当温度低于MCU中设置的低温阈值时，摄像机自动控制加热模块进行加热以确保摄像机在超低温（例如零下40度）的条件下也能正常工作。在加热模块进行加热时，所述温度传感器也可以把摄像机的温度反馈给MCU，当温度达到MCU中设定的内部正常温度时，（例如5度左右）时摄像机会自动切断加热装置，减少功耗。当环境温度高于MCU中设置的高温阈值时，所述摄像机自动控制所述风扇模块进行降温操作，确保摄像机内部的温度保持在MCU设定的正常工作温度范围内。
所述DSP为摄像机的核心处理部件，本发明提供的DSP中包括：用于自动控制、调整图像增益的自动增益控制模块；用于检测环境亮度值的AE测光模块；用于设置低速快门适用于低照度模式下的低速快门模块；用于自动调整图像白平衡值的自动白平衡模块；用于控制图像亮度及色温的变换范围的宽动态功能模块；用于识别车牌的车牌识别模块；用于侦测移动物体的移动侦测模块；用于对拍摄的图像进行除雾处理的图像除雾模块；以及用于识别人脸和动物的人脸与动物识别模块。
在本发明的DSP中的车辆牌照识别模块是一个基于数字图像处理和字符识别的智能化交通管理系统，该系统通过视频采集接口采集摄像头摄入包含车牌的视频图像，再对动态采集到的图像进行处理以克服图像干扰，改善识别效果，接着在动态采集到的图像中自动找到车牌的位置也就是边缘检测，并分割出单个字符的矩形区域；然后对车牌进行二值化；最后把规整好的字符输入字符识别系统进行识别。
所述移动侦测模块，所述移动侦测模块用于当画面有变化时，系统能自动做出相应的处理。
所述人脸与动物识别模块，所述人脸与动物识别模块可同时识别64张脸；同时可识别出自然界中的1000种动物，如：鸡、鸭、鹅、牛、马、羊、鸟、狗、猫、蛇等等。
请继续参见图1，所述摄像机还包括红外灯驱动模块和红外灯，所述红外灯通过红外灯驱动模块连接至MCU。用于通过红外灯补光装置补光实现黑白视频的监控处理，而红外灯的补光量是通过所述AE测光模块所测得的亮度值决定的（具体方法详见后文）。所述AE测光模块是长期处于测光状态的。所述摄像机红外灯补光装置是由1000个可单独控制的IR LED（红外发光二极管）够成。
请参见图1和图2，所述摄像机还包括镜片除雾装置和湿度传感器。所述镜片除雾装置和所述湿度传感器连接所述MCU。所述镜片除雾装置为贴在镜片1上的带有线圈21的FPC片（Flexible Printed Circuit，柔性电路板）2，当FPC片2的线圈21通电时会形成涡流从而起到加热除雾的作用。
其智能除雾方法为：所述摄像机是根据温度传感器及湿度传感器来判别当前是否是雾天场景，若是雾天场景则自动启动镜片除雾装置电源进行镜片除雾；同时也会启动DSP中的图像除雾模块来进行硬件图像除雾。实现镜片图像双重除雾，从而更好的提高图像质量。
本发明涉及的超智能摄像机可根据室内外场景及各类灯光设置理想的曝光量，其方法为：
首先识别出当前的场景模式，所述MCU中根据不同的场景模式设置有相对应的理想的曝光参数。
然后通过所述AE测光模块测得当前场景的BV值（亮度值），并对应DSP中设置的P线图来自动调节摄像机的感光度（SV）、光圈量（AV）及电子快门速度（TV），以达到理想的图像暴光量EV。因为所述图像暴光量EV的计算方法为：EV=AV+TV=BV+SV。
本发明提供的摄像机还可根据AE测光模块所测得的BV值，及自动增益控制模块中的自动增益量（AGC量）的大小来判定当前场景是否是低照度场景。其判定方法为：
当BV值越小时，照度越低（一般的摄像机定义BV=-5时为全黑）；而在照度越低的情况下AGC量会较正常值增大。所以，当测得的BV值较小，一般可以设置一个阈值量，例如小于-3时；同时检测到的AGC量较正常值有增大，一般也可以设置一个阈值量，当增大的幅度大于阈值量时，则判定当前场景为低照度场景。
本发明提供的超智能场景摄像机设置有一种在低照度条件下实现彩色视频摄像的方法，其具体方法包括：
在低照度条件下为了达到理想的曝光画面，本发明提供的摄像机可通过自动增大光量开口量，同时通过低速快门模块启动慢快门模式实现彩色视频监控的处理。
本发明提供所述超智能场景摄像机在录制黑白视频的补光方法，其具体包括：
首先通过AE测光模块检测当前场景的BV值，并通过摄像机内置的AF传感器（图中未示出）测量被监控目标到摄像机的距离。
然后，摄像机根据当前场景的亮度值及被监控目标到摄像机的距离，计算出所需的补光量；最后，根据补光量反馈信号来控制IR LED的亮灯数及IR LED的恒流控制电源的电流以达到理想的补光效果。
摄像机在拍摄黑白视频时，会根据被监控目标的距离定义一个理想的曝光量，每个曝光量都对应一个正常的BV值，将正常的BV值与测得的BV值比较计算出需要通过补光装置补多少光。最终达到理想的曝光参数，提供画面的质量。
本发明提供的超智能场景摄像机还设置有一种在夜景场景中自动切换到理想摄像模式的方法：
首先，通过AE测光模块对视频监控范围内的多个区域进行AE测光，根据部分区域BV值大，而部分区域BV值小可判定当前场景存在高反差，并配合自动增益AGC量来判定当前场景是否是夜景场景。因为，在夜景场景下，照度底，AGC量会增大。结合当前场景存在高反差和AGC量增大这两点就可判定当前场景是否是夜景场景。
第二步，当判定为夜景场景时，摄像机会自动收缩光圈量使点光源成光芒状态，另外自动限制AGC MAX量，以降底画面噪声，同时启动DSP中的宽动态功能模块控制图像亮度及色温的变换范围以达到理想的夜景监控画面。
所述摄像机还包括一种高反差场景下可自动切换到的高反差场景摄像模式的方法，其具体包括：
首先，通过AE测光模块对视频监控范围内的多个区域进行AE测光，根据部分区域BV值大、部分区域BV值小，可判定当前场景存在高反差，并配合自动增益AGC量来判定当前场景是否是高反差场景。因为，在非夜景场景中，照度高，AGC量会减小。所以当系统检测到当前场景存在高反差并且AGC量减小时，即可判定当前场景为高反差场景。
第二步，当判定为高反差场景时，所述摄像机会自动启动宽动态功能模块（WDR模块）控制图像亮度及色温的变换范围以达到理想的曝光量。
本发明提供的超智能摄像机的超智能摄像方法还包括：所述摄像机可通过移动侦测的结构来决定是否启动录像存储装置，当移动侦测模块检测到有移动的物体进入摄像机的监控范围后，则启动摄像机进行录像并存储。该功能还可结合车牌识别模块，即当移动侦测模块侦测到移动物体后，所述车牌识别模块会搜索是否有车牌，并存储车牌信息，若是陌生的车牌则启动报警提示用户。同时还可通过人脸与动物识别模块来配合移动侦测，当识别出是常见的动物和人，则不发出报警。判断是否为常见动物，是根据预先设定的数据库判定的。用户或厂商可以预先在数据库存储一些常见的动物和人脸作为判定的依据。
本发明提供的超智能场景摄像机应用范围广，能提供高效的智能监控等特点。摄像机会自动判定外部复杂的场景同时提供相对应的解决方案。从而达到视频监控最优化，确保在变化多端的复杂场景下监控无盲点。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种超智能场景摄像机，其特征在于，包括摄像机集成电路、镜片除雾装置、温度传感器、温度控制驱动模块、湿度传感器和成像传感器，所述摄像机集成电路包括微控制器、数字处理器和用于进行模拟信号处理的模拟前端模块；所述数字处理器包括用于对拍摄的图像进行除雾处理的图像除雾模块，其中，所述成像传感器连接所述模拟前端模块和数字处理器，所述模拟前端模块分别连接所述微控制器和数字处理器；所述微控制器与数字处理器连接；所述温度传感器连接在温度控制驱动模块上，所述温度控制驱动模块和湿度传感器连接至微控制器；所述镜片除雾装置设置在镜片上且电连接至微控制器；
所述数字处理器还包括：用于自动控制、调整图像增益的自动增益控制模块；用于检测环境亮度值的AE测光模块；用于设置低速快门适用于低照度模式下的低速快门模块；用于自动调整图像白平衡值的自动白平衡模块；用于控制图像亮度及色温的变换范围的宽动态功能模块；用于识别车牌的车牌识别模块；用于侦测移动物体的移动侦测模块；用于对拍摄的图像进行除雾处理的图像除雾模块；以及用于识别人脸和动物的人脸与动物识别模块。
2. 根据权利要求1所述的超智能场景摄像机，其特征在于，所述摄像机还包括色温传感器，用于获取当前环境的色温的，并传递给与其连接的微控制器；所述微控制器根据获取的当前环境的色温，来判定当前场景为室外场景或室内各类灯光场景，并根据不同的场景通过自动白平衡模块自动设定白平衡值。
3. 根据权利要求1所述的超智能场景摄像机，其特征在于，所述摄像机还包括光敏感应器和红外滤光片切换装置，所述摄像机集成电路中还包括AD模块和马达驱动模块，所述光敏感应器连接AD模块，所述AD模块连接微控制器；所述红外滤光片切换装置连接所述马达驱动模块，所述马达驱动模块连接微控制器，所述微控制器根据光敏感应器上的电压值，控制所述红外滤光片切换装置进行滤光片的切换。
4. 根据权利要求1所述的超智能场景摄像机，其特征在于，所述摄像机还包括加热模块和风扇模块，所述加热模块和风扇模块分别连接在温度控制驱动模块上；所述温度控制驱动模块连接至微控制器，当温度低于微控制器中设置的低温阈值，所述加热模块启动进行加热；当环境温度高于微控制器中设置的高温阈值，所述风扇模块启动进行散热。
5. 根据权利要求1所述的超智能场景摄像机，其特征在于，所述摄像机还包括红外灯驱动模块和红外灯，所述红外灯通过红外灯驱动模块连接至微控制器，所述红外灯包括多个可单独控制的红外发光二极管。
6. 一种采用如权利权利要求1所述的超智能场景摄像机的超智能摄像手法，其特征在于，包括一种智能的除雾方法，具体步骤为：温度传感器及湿度传感器采集周围场景的湿度和温度，并发送给微控制器；所述微控制器根据温度和湿度判定当前场景是否为雾天场景，若是雾天场景则自动启动镜片除雾装置电源进行镜片除雾；图像拍摄完成后，数字处理器中的图像除雾模块自动启动进行图像除雾操作，最后得到清洗的图像。
7. 根据权利要求6所述的超智能场景摄像机的超智能摄像方法，其特征在于，还包括一种根据室内外场景及各类灯光设置理想的曝光量的方法，具体步骤为：微控制器首先通过色温模块识别出当前的场景模式，所述微控制器中根据不同的场景模式设置有相对应的理想的曝光参数；然后通过AE测光模块测得当前场景的亮度值，并对应P线图来自动调节摄像机的感光度、光圈量及电子快门速度，以达到预定的图像暴光量。
8. 根据权利要求6所述的超智能场景摄像机的超智能摄像方法，其特征在于，还包括一种自动判定当前场景是否是低照度场景的方法，具体步骤为：通过AE测光模块测得当前场景的亮度值，同时监测自动增益控制模块中的自动增益量的变化情况；当测得的亮度值小于设定的阈值量，同时自动增益量增大的幅度大于阈值量，则判定当前场景为低照度场景。
9. 根据权利要求6所述的超智能场景摄像机的超智能摄像方法，其特征在于，还包括超智能场景摄像机在录制黑白视频时的补光方法，其具体步骤为：首先通过AE测光模块检测当前场景的亮度值，并通过AF传感器测量被监控目标到摄像机的距离；第二步：摄像机根据当前场景的亮度值及被监控目标到摄像机的距离，计算出所需的补光量；最后，根据所需的补光量来控制红外发光二极管的亮灯数及红外发光二极管的恒流控制电源的电流。
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