CN102338973A

CN102338973A - 照明控制模块及包含该照明控制模块的摄影机

Info

Publication number: CN102338973A
Application number: CN2010102285318A
Authority: CN
Inventors: 庄仁辉; 罗国华; 洪邦展
Original assignee: Spring Foundation of NCTU
Current assignee: Spring Foundation of NCTU
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-02-01

Abstract

本发明提供一种照明控制模块以及包含该照明控制模块的摄影机。根据本发明的摄影机包含一感光模块、一发光模块以及一照明控制模块。该感光模块可接收来自该摄影机的一摄影方向上的一反射光线，并产生该摄影方向上的一影像。该发光模块向该摄影方向发射一光线。此外，该照明控制模块连接该发光模块，用以控制该发光模块所发射的该光线周期性地自一第一亮度变化至一第二亮度。

Description

照明控制模块及包含该照明控制模块的摄影机

技术领域

本发明涉及一种照明控制模块及包含该照明控制模块的摄影机，并且特别地，本发明涉及一种红外线监控摄影机。

背景技术

随着摄影机相关技术(例如，感光组件的感测技术、处理组件的影像处理技术等)的进展，现在的摄影机已能在各种环境(例如，室内、交通工具内、夜间、雨天等)进行影像撷取及处理，以提供使用者所需的影像信息。

在摄影机的诸多应用中，视讯监控是近年来逐渐受到重视的方面，其应用范围以及重要性也是与日俱增。举例来说，在道路上设置监控摄影机，可以供交通当局随时掌控路况，进行交通号志的变换或交通指挥的灵活性。在家中设置监控摄影机，可供住户随时掌握家中的状况，特别是要出远门，或家中有老弱妇孺时，能让住户放心出门。此外，在巷道、建筑四周设置监控摄影机，可让警察或警卫掌握治安状况，特别是当有犯罪行为发生时，警察单位可调阅监视录像带的内容，以掌握犯罪的现场状况及嫌犯的特征。

由于犯罪发生的时间通常是在晚上，而发生的地点通常是在无人注意的治安死角或小区中的阴暗角落，因此，具有夜间摄影功能的近红外线摄影机成为视讯监控的必备器材。近红外线的波长约介于700至4,000纳米，藉由感应近红外线波段的影像，近红外线摄影机能在夜间或阴暗处产生较清晰的影像。

然而，使用近红外线摄影机所拍摄的影像常有画面对比度不足、前景物体特征不够明显等问题，致使期望拍摄到的主体的影像不够清楚，而无法辨识其特征。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提供一种照明控制模块，以解决使用近红外线摄影机所拍摄的影像画面对比度不足、前景物体特征不够明显、拍摄到的主体的影像不够清楚，而无法辨识其特征等问题。

根据一具体实施例，该照明控制模块连接至少一发光模块，用以控制该发光模块向一摄影机的一摄影方向发射一光线，其特征在于：该照明控制模块控制该发光模块所发射的该光线周期性地自一第一亮度变化至一第二亮度。换言之，本发明的照明控制模块可同时连接多个发光模块，并分别控制该等发光模块的光线周期性地自第一亮度变化至第二亮度。

请注意，前述的发光模块可被整合于摄影机中，或者独立于摄影机外。

本发明的另一目的在于提供一种摄影机，以解决使用近红外线摄影机所拍摄的影像画面对比度不足、前景物体特征不够明显、拍摄到的主体的影像不够清楚，而无法辨识其特征等问题。

根据一具体实施例，该摄影机包含一感光模块、一发光模块以及前述的照明控制模块。该感光模块可接收该摄影机的一摄影方向上的一反射光线，并产生该摄影方向上的一影像。该发光模块向该摄影方向发射一光线。此外，该照明控制模块连接该发光模块，用以控制该发光模块所发射的该光线周期性地自一第一亮度变化至一第二亮度。

本发明的有益效果在于，根据本发明的照明控制模块以及包含该照明控制模块的摄影机可周期性地控制摄影机的发光模块发射由强渐弱或由弱渐强的光线，让摄影机在一个发光周期内可撷取到各景深的物体的清晰影像。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图的简要说明

图1绘示根据本发明的一具体实施例的摄影机的功能框图。

图2绘示根据本发明的一具体实施例的照明控制模块控制摄影机的发光模块的示意图。

图3A至3C分别绘示根据本发明的发光周期与LED发光数量的关系图。

图4A至4G绘示根据本发明的摄影机进行照明亮度扫描，且前景物体距离摄影机1.5公尺的拍摄结果。

图5A至5F绘示根据本发明的摄影机进行照明亮度扫描，且前景物体距离摄影机3公尺的拍摄结果。

【主要组件符号说明】

1 摄影机 10 感光模块

12 处理模块 14 发光模块

140 发光二极管 16 照明控制模块

具体实施方式

本发明提供一种照明控制模块及包含该照明控制模块的摄影机。以下将详述本发明的具体实施例以及实际应用案例，藉以充分说明本发明的特征、精神及优点。

请参见图1，图1绘示根据本发明的一具体实施例的摄影机的功能框图。如图所示，本发明的摄影机1包含感光模块10、处理模块12、发光模块14以及照明控制模块16。

感光模块10，包含电荷耦合组件(Charge-Coupled Device，CCD)、互补式金氧半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)或其它合适的感光组件，可接收该摄影机1所对准的摄影方向F上的反射光线，并产生摄影方向F上的影像。此外，于实务中，感光模块前方可设置镜头模块，用以将光线聚焦至感光组件上以形成该影像。并且，于实务中，该反射光线为近红外光。

处理模块12，例如，但不限于微处理器，连接感光模块10，用以处理感光模块10所产生的影像，并根据此影像计算摄影方向F上的环境亮度，再据此产生亮度信息。

发光模块14可向前述摄影方向F发射光线，于本具体实施例中，发光模块14是由多个发光二极管140所构成，且该些发光二极管140可环绕前述的镜头模块设置。当然，于实务中，发光模块14也可由其它合适的光源构成。此外，于本具体实施例中，发光模块14所发射的光线为近红外光。

照明控制模块16，例如，但不限于微处理器，连接发光模块14，用以控制发光模块14所发射的光线周期性地自第一亮度变化至第二亮度。于实务中，第一亮度以及第二亮度可分别是发光模块14所能产生的最大亮度以及最小亮度，反之亦可。换句话说，本发明的照明控制模块16可控制发光模块14于一个发光周期中的发光亮度由最大逐渐减弱至最小，或由最小逐渐增强至最大，并且持续反复循环。

例如，若发光模块14的最大发光亮度为100单位，最小发光亮度为10单位。照明控制模块16可控制发光模块14于一个发光周期开始时发出100单位的光线并逐渐减弱至10单位的光线，以完成一个发光周期，再从100单位的光线开始另一个发光周期。或者，照明控制模块先控制发光模块14发出10单位的光线，并逐渐增强至100单位的光线，以完成一个发光周期，再从100单位的光线开始另一个发光周期。

又或者，照明控制模块16先控制发光模块14发出10单位的光线，并逐渐增强至100单位的光线，再逐渐减弱至10单位的光线，以完成一个发光周期，再从10单位的光线开始另一个发光周期。当然，于实务中，各发光周期中的光线强度变化可由设计者自行设定，并不受限于本说明书所举的实施例。

此外，照明控制模块16也可连接处理模块12，用以自处理模块12接收环境亮度信息，并根据该亮度信息调整前述第一亮度及第二亮度的范围。请注意，于实际应用中，照明控制模块16与处理模块12可被整合在单一芯片中。

以前述例子而言，当环境亮度较不足时，第一亮度及第二亮度的范围可能介于50单位及100单位之间；而当环境亮度较充足时，第一亮度及第二亮度的范围可能介于10单位及50单位之间。换言之，在考虑到环境亮度的情况下，本发明的发光模块14可较快地完成一个发光周期，增加发光周期的循环频率。

于实际应用中，本发明的照明控制模块16是藉由控制发光模块14中的发光二极管140的发光数量来控制发光模块14的发光亮度。换言之，照明控制模块16根据发光二极管的数量决定发光周期，以控制光线于发光周期中自第一亮度变化至第二亮度。

举例来说，假设摄影机1的取像频率为30fps时，发光周期的单位长度(T)大于或等于发光二极管的数量(LEDMax)除以30(秒)，如以下[公式1]所示。换言之，根据[公式1]，当LED的数量为45个时，每一发光周期为1.5秒；当LED的数量为24个时，每一发光周期为0.8秒。

T≥LED_Max/30(秒)...............[公式1]

当然，于实务中，发光周期的单位长度可依据实际需求而进行调整，并不仅限于以上的实施例。

此外，于实务中，除了透过控制发光二极管的发光数量来调整发光模块的发光强度外，本发明的照明控制模块还可透过电流控制、电压控制、脉冲宽度调变(Pulse-Width Modulation，PWM)及其它合适的方式来调整发光模块的发光强度。

请再参见图2，图2绘示根据本发明的一具体实施例的照明控制模块控制摄影机的发光模块的示意图。如图所示，本发明的照明控制模块16可同时连接多台摄影机1的发光模块14。

于本具体实施例中，照明控制模块16透过摄影机1中的处理模块12连接发光模块14。然而，于实务中，照明控制模块16也可直接连接发光模块14。此外，于本具体实施例中，摄影机1所包含的各模块的连接关系及功能系与先前的实施例相同，于此不再赘述。

此外，于实务中，照明控制模块16可被设置于数据处理设备，如计算机中，再透过该数据处理设备连接多个摄影机1。当该些摄影机1被设置于相同空间时，便可提供关于该空间中的物体的清晰影像。

请注意，于实际应用中，本发明的发光模块14也可独立于摄影机1外，放置于合适的打光位置，以提供摄影机1合适的光源。

请一并参见图3A至3C，图3A至3C分别绘示根据本发明的发光周期与LED发光数量的关系图。其中，图3A绘示的是前述的递增式周期；图3B绘示的是递减式周期；而图3C绘示的则是锯齿状(波浪状)周期。

于实务中，本发明的摄像机可由以下步骤控制：

步骤1：根据摄影机所拍摄的影像计算摄影方向上的环境亮度，并产生亮度信息。

步骤2：根据亮度信息调整第一亮度及第二亮度的范围。

步骤3：根据LED的数量决定发光周期。于实务中，发光周期的单位长度可根据前述的[公式1]来决定，或者由设计者根据其它适当的方式决定。

步骤4：控制发光模块所发射的光线于前述发光周期中自一第一亮度变化至第二亮度，并反复循环，使摄影机在一个发光周期内可撷取到各景深的物体的清晰影像。

于实务中，前述步骤1以及步骤2不一定要被执行，本发明的摄像机可直接预设第一亮度以及第二亮度的范围，例如，第一亮度为发光模块可发出的最大亮度(例如，全部LED都发光时)，而第二亮度为发光模块可发出的最小亮度(例如，沒有LED发光时)，反之亦可。

进一步，请一并参见图4A至4G以及下表1，图4A至4G绘示根据本发明的摄影机进行照明亮度扫描，且前景物体距离摄影机1.5公尺的拍摄结果；表1则列示图4A至4G的影像分析结果。

其中，图4A为摄影机的LED全数发光而摄得的影像；图4B为关闭4个LED而摄得的影像；图4C为关闭8个LED而摄得的影像；图4D为关闭12个LED而摄得的影像；图4E为关闭16个LED而摄得的影像；

图4F为关闭20个LED而摄得的影像；而图4G为关闭24个LED而摄得的影像。

表1的统计数值分为三种，分别为：图4A至4G中的矩形框内各像素灰阶值的平均数、标准差及索贝尔(Sobel)的平均大小。

表1

	图4A	图4B	图4C	图4D	图4E	图4F	图4G
								平均数	253.47	247.88	240.39	232.28	232.04	220.78	205.57
标准差	3.93	43.48	109.72	150.84	119.86	84.79	57.57
								Sobel的平均大小	6	29	69	113	90	78	52

由此三项数据观察出图4D有较高的标准差，表示其global变化程度较大；而Sobel的平均大小值较大，则表示其local变化程度亦较大。综合此两种因素，图4D的人脸对比度较其它图式要高。相较于未调整发光亮度的情况下所拍摄的影像(如图4A所示)，图4D的人脸对比度及清晰度都较高。

请再一并参见图5A至5F以及下表2，图5A至5F绘示根据本发明的摄影机进行照明亮度扫描，且前景物体距离摄影机3公尺的拍摄结果；表2则列示图5A至5F的影像分析结果。

其中，图5A为摄影机的LED全数发光而摄得的影像；图5B为关闭4个LED而摄得的影像；图5C为关闭8个LED而摄得的影像；图5D为关闭12个LED而摄得的影像；图5E为关闭16个LED而摄得的影像；而图5F为关闭20个LED而摄得的影像。

表2

	图5A	图5B	图5C	图5D	图5E	图5F
							平均数	253.82	245.42	234.60	218.98	205.04	202.64
标准差	0.98	76.00	138.34	96.94	69.60	40.38
							Sobel的平均大小	5	44	107	125	71	57

由此三项数据观察出图5C有较高的标准差，表示其global变化程度较大；而图5D的Sobel的平均大小值较大，则表示其local变化程度较大。因此，图5C及图5D的人脸对比度较其它图式要高。相较于未调整发光亮度的情况下所拍摄的影像(如图5A所示)，图5C及图5D的人脸对比度及清晰度都较高。

由以上实施例可观察出，当物体距离摄影机1.5公尺，欲取得人脸对比度较高(标准差较大)的影像，必须关闭12至16个发光二极管；若当物体距离摄影机3公尺，欲取得人脸对比度较高的影像，必须关闭8至12个发光二极管。然而，若欲取得对比度较高的背景影像，关闭0个发光二极管则是较佳的选择。因此，使用亮度强弱往复扫描的方式便可获得各种距离的物体其各自的清晰影像。

综上所述，根据本发明的摄影机可周期性地控制摄影机的发光模块发射由强渐弱或由弱渐强的光线，让摄影机在一个发光周期内可撷取到各景深的物体的清晰影像，以提升夜间安全监控后端处理的辨识率，解决先前技术中的问题。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种照明控制模块，连接至少一发光模块，用以控制该发光模块向一摄影机的一摄影方向发射一光线，其特征在于：该照明控制模块控制该发光模块所发射的该光线周期性地自一第一亮度变化至一第二亮度。

2.如权利要求1所述的照明控制模块，其中该摄影机进一步包含：

一感光模块，用以接收该摄影方向上的一反射光线，并产生该摄影方向上的一影像；以及

一处理模块，连接该感光模块，用以根据该影像计算该摄影方向上的一环境亮度，并产生一亮度信息；

其中该照明控制模块连接该处理模块，用以接收该亮度信息并根据该亮度信息调整该第一亮度及该第二亮度的范围。

3.如权利要求2所述的照明控制模块，其中该反射光线为近红外光。

4.如权利要求1所述的照明控制模块，其中该照明控制模块控制发光模块所发射的光线的强度，致使该发光模块所发射的该光线周期性地自该第一亮度变化至该第二亮度。

5.如权利要求4所述的照明控制模块，其中该发光模块包含至少一个发光二极管，该照明控制模块控制该些发光二极管发光，并根据发光二极管的数量决定一发光周期，以控制该光线于该发光周期中自该第一亮度变化至该第二亮度。

6.如权利要求5所述的照明控制模块，其中当该摄影机的一取像频率为30fps时，该发光周期的单位长度大于或等于该等发光二极管的数量除以30(秒)。

7.如权利要求6所述的照明控制模块，其中该第一亮度系该发光模块所发射的该光线的最小亮度，且该第二亮度系该发光模块所发射的该光线的最大亮度。

8.如权利要求6所述的照明控制模块，其中该第一亮度系该发光模块所发射的该光线的最大亮度，且该第二亮度系该发光模块所发射的该光线的最小亮度。

9.如权利要求1所述的照明控制模块，其中该发光模块系整合于该摄影机内，或独立于该摄影机外。

10.一种摄影机，包含：

一感光模块，用以接收该摄影机的一摄影方向上的一反射光线，并产生该摄影方向上的一影像；

一发光模块，用以向该摄影方向发射一光线；以及

一照明控制模块，连接该发光模块，用以控制该发光模块所发射的该光线周期性地自一第一亮度变化至一第二亮度。

11.如权利要求10所述的摄影机，进一步包含：

一处理模块，连接该感光模块，用以根据该影像计算该摄影方向上的一环境亮度，并产生一亮度信息，且该照明控制模块连接该处理模块，用以接收该亮度信息并根据该亮度信息调整该第一亮度及该第二亮度的范围。

12.如权利要求10所述的摄影机，其中该反射光线为近红外光。

13.如权利要求10所述的摄影机，其中该照明控制模块控制发光模块所发射的光线的强度，致使该发光模块所发射的该光线周期性地自该第一亮度变化至该第二亮度。

14.如权利要求13所述的摄影机，其中该发光模块包含至少一个发光二极管，该照明控制模块控制该些发光二极管发光，并根据发光二极管的数量决定一发光周期，以控制该光线于该发光周期中自该第一亮度变化至该第二亮度。

15.如权利要求14所述的摄影机，其中当该摄影机的一取像频率为30fps时，该发光周期的单位长度大于或等于该等发光二极管的数量除以30(秒)。

16.如权利要求15所述的摄影机，其中该第一亮度系该发光模块所发射的该光线的最小亮度，且该第二亮度系该发光模块所发射的该光线的最大亮度。

17.如权利要求15所述的摄影机，其中该第一亮度系该发光模块所发射的该光线的最大亮度，且该第二亮度系该发光模块所发射的该光线的最小亮度。