CN103051839A - 一种智能调节补光角度的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能调补光角度的装置及其方法，属于摄像机监控领域。本装置包括光传感器、一体化摄像镜头、光学成像传感器、镜头变倍变焦驱动器、补光灯、补光灯驱动器、补光灯自动透镜、补光灯自动透镜驱动器和主处理单元；主处理单元包括环境光检测模块、图像处理模块、一体化镜头状态采集模块、镜头控制模块、补光灯驱动控制模块、补光灯自动透镜驱动控制模块和补光灯自动透镜状态采集模块。本发明能够依据物距精确地控制补光灯的补光角度；能够解决摄像机在监控近距离或远距离因为补光灯光强过大或不集中而导致的图像过曝或图像亮度不够的问题；适用于需要补光的摄像机如红外摄像机和激光摄像机等。

Description

一种智能调节补光角度的装置及其方法

技术领域

本发明属于摄像机监控领域，尤其涉及一种智能调节补光角度的装置及其方法。

背景技术

随着视频监控技术的不断发展，在实际工程中越来越多的使用摄像机。为了克服摄像机在环境光不够明亮的场景下不能清晰成像的问题，需要对被监测环境进行补光，使摄像机能够清晰成像。典型的如主动式红外摄像机，在夜晚等光线不够明亮的环境下可进行红外补光。

目前市面上摄像机的补光角度一般不能控制，其补光灯透镜的角度是固定的。这样的设计会有两个问题：

1、如需监控较远的物体，则补光灯光强需较大，而补光灯光强和其电流成正比，这样补光灯需要的电流较大，故补光灯的功耗较大，而补光灯的功耗和其寿命呈反比关系，补光灯功耗越大，其寿命越短。补光灯是摄像机所有器件中平均寿命最短的器件之一，补光灯的寿命直接决定摄像机的寿命。

2、由于补光灯透镜的角度固定，故而在监控不同远近的场景时，总会有某一距离的场景的补光效果比较好，而一些过近场景由于补光过强而呈手电筒效应，一些过远场景由于补光不足而图像模糊。

发明专利“一种实现摄像时同步变焦聚焦的补光方法及其装置”（CN102131054）公开了一种摄像时调节补光灯透镜组的方法，该方法存在以下不足：

1、要求光源透镜组的成像面与摄像镜头组的成像面在各自的镜头组装位置上设置为同一组装面。本发明只需要光源透镜组的成像面与摄像镜头组的成像面平行即可，降低了整机的结构设计和装配要求。

2、由于受连动机构功能的限制，要求光源镜头组与摄像镜头组的焦距相同或相近。而本发明只需要补光灯透镜的焦距范围能够覆盖摄像镜头组的焦距范围即可，大大增加了补光灯透镜的选择面。

3、光源镜头组与摄像镜头组实现同步采用的是连动机构，本发明不需要此装置，简化了系统降低了成本并提高了可靠性。

4、本发明先测量被监控物体离摄像机的距离，即物距，按照物距调节补光灯透镜的焦距，使补光灯光线正好在被检测物体上效率最高。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种智能调节补光角度的装置及其方法。

本发明是这样实现的：

实时采集一体化摄像镜头的变焦变倍等状态信息，依据此状态信息查找一体化摄像镜头的对焦曲线可以得到物距；依据物距实时调节补光灯自动透镜的变倍变焦电机，通过调节补光灯自动透镜的变倍变焦电机来控制补光灯自动透镜的焦距，通过控制补光灯自动透镜的焦距即可控制补光灯自动透镜的出光角度，这样使补光灯发出的光线最大化的照射到被监控物体上。

具体地说，本装置包括光传感器、一体化摄像镜头、光学成像传感器、镜头变倍变焦驱动器、补光灯、补光灯驱动器、补光灯自动透镜、补光灯自动透镜驱动器和主处理单元；

主处理单元包括环境光检测模块、图像处理模块、一体化镜头状态采集模块、镜头控制模块、补光灯驱动控制模块、补光灯自动透镜驱动控制模块和补光灯自动透镜状态采集模块；

光传感器和主处理单元（环境光检测模块）前后连接；

一体化摄像镜头、光学成像传感器和主处理单元（图像处理模块）依次连接；

一体化摄像镜头和主处理单元（一体化镜头状态采集模块93）前后连接；

主处理单元（镜头控制模块）、镜头变倍变焦驱动器和一体化摄像镜头依次连接；

主处理单元（补光灯驱动控制模块）、补光灯驱动器和补光灯依次连接；

主处理单元（补光灯自动透镜驱动控制模块）、补光灯自动透镜驱动器和补光灯自动透镜依次连接；

补光灯自动透镜和主处理单元（补光灯自动透镜状态采集模块）前后连接。

本发明具有下列优点和积极效果：

①能够依据物距精确地控制补光灯的补光角度；

②能够解决摄像机在监控近距离时因为补光灯光强过大而导致的图像过曝问题；

③能够解决摄像机在监控远距离时因为补光不集中导致补光不足而产生的图像亮度不够的问题。

适用于需要补光的摄像机，如红外摄像机和激光摄像机等。

附图说明

图1为本装置的结构方框图；

其中

10—光传感器；

20—一体化摄像镜头；

30—光学成像传感器；

40—镜头变倍变焦驱动器；

50—补光灯；

60—补光灯驱动器；

70—补光灯自动透镜；

80—补光灯自动透镜驱动器；

90—主处理单元，

91—环境光检测模块，

92-图像处理模块，

93—一体化镜头状态采集模块，

94-镜头控制模块，

95-补光灯驱动控制模块，

96-补光灯自动透镜驱动控制模块，

97-补光灯自动透镜状态采集模块。

图2为本方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明详细说明：

一、装置

1、总体

如图1，本装置包括光传感器10、一体化摄像镜头20、光学成像传感器30、镜头变倍变焦驱动器40、补光灯50、补光灯驱动器60、补光灯自动透镜70、补光灯自动透镜驱动器80和主处理单元90；

主处理单元90包括环境光检测模块91、图像处理模块92、一体化镜头状态采集模块93、镜头控制模块94、补光灯驱动控制模块95、补光灯自动透镜驱动控制模块96和补光灯自动透镜状态采集模块97；

其连接关系是：

①光传感器10和主处理单元90（环境光检测模块91）前后连接；

光传感器10将环境的光信号转换为电信号送给主处理单元90，由主处理单元90的环境光检测模块91依据此电信号判断环境是否明亮；

②一体化摄像镜头20、光学成像传感器30和主处理单元90（图像处理模块92）依次连接；

一体化摄像镜头20将采集的实景图像投射到光学成像传感器30上，光学成像传感器30将实景图像通过光电转换后输出原始RAW格式电信号，主处理单元90的图像处理模块92将原始RAW格式电信号转换为标准视频信号；

一体化摄像镜头20和主处理单元90（一体化镜头状态采集模块93）前后连接；

一体化镜头状态采集模块93负责实时采集一体化摄像镜头20的状态(包括但不限于一体化镜头变倍电机与变焦电机的位置信息)信息；

主处理单元90（镜头控制模块94）、镜头变倍变焦驱动器40和一体化摄像镜头20依次连接；

一体化摄像镜头20接收镜头变倍变焦驱动器40的驱动信号而进行变倍变焦，使被监控物体能够在光学成像传感器30上清晰成像；

③主处理单元90（补光灯驱动控制模块95）、补光灯驱动器60和补光灯50依次连接；

补光灯驱动控制模块95控制补光灯驱动器60再驱动补光灯50发光；

④主处理单元90（补光灯自动透镜驱动控制模块96）、补光灯自动透镜驱动器80和补光灯自动透镜70依次连接；

补光灯自动透镜驱动器80接收补光灯自动透镜驱动控制模块96的控制信号，并依据此信号控制补光灯自动透镜70调节焦距，从而达到控制补光灯自动透镜70出光角度的功能；

⑤补光灯自动透镜70和主处理单元90（补光灯自动透镜状态采集模块97）前后连接；

补光灯自动透镜状态采集模块97实时采集补光灯自动透镜70的状态信息(包括但不限于补光灯自动透镜变倍电机与变焦电机的位置信息)。

2、功能块

1）光传感器10

光传感器10选用光敏电阻或光敏IC或其它能感应光强的元器件或装置，当然判断环境是否明亮也可以由软件判断而不需要此光传感器10。

光传感器10其功能是感应环境光的强度。

2）一体化摄像镜头20

一体化摄像镜头20可选用腾龙公司的DF03N0000或其它类似功能的镜头。

3）光学成像传感器30

光学成像传感器30选用CMOS传感器如OV2715或者CCD传感器如ICX445或其它能完成此功能的的元器件或装置。

一体化摄像镜头20将采集的实景图像投射到光学成像传感器30上，光学成像传感器30将实景图像通过光电转换后输出原始RAW格式电信号，主处理单元90的图像处理模块92将原始RAW格式电信号转换为标准视频信号。

4）镜头变倍变焦驱动器40

镜头变倍变焦驱动器40用来驱动一体化镜头20的变倍变焦电机。这类芯片很多如Renesas公司的R2A30414NP等。

镜头变倍变焦驱动器40接收镜头控制模块94发送过来的变倍变焦信号，并将这种信号转换为电机驱动信号，再通过此电机驱动信号控制一体化镜头20变焦变倍。

5）补光灯50

补光灯50选用红外补光灯如OSRAM公司的SFH4232、SFH4235等；也可以选用白色补光灯或激光补光灯；

补光灯50通过补光灯驱动器60的驱动信号来控制补光灯的电流，而补光灯50的电流和其红外光强成正比，控制补光灯50的电流即控制补光灯50产生红外光的强度。

6）补光灯驱动器60

补光灯驱动器60援用通用的LED驱动器，如MAX16832等。

补光灯驱动器60接收补光灯驱动控制模块95的控制信号并依据此控制信号驱动补光灯50。

7）补光灯自动透镜70

补光灯自动透镜70可以使用和一体化摄像镜头20相同的器件或其它能调焦的透镜。

补光灯自动透镜70，用来调节补光灯50的出光角度。补光灯自动透镜70接收补光灯自动透镜驱动80的驱动信号来调节其焦距，通过改变补光灯自动透镜70的焦距来改变补光灯自动透镜70的出光角度。

8）补光灯自动透镜驱动器80

补光灯自动透镜驱动器80可以选用和镜头变倍变焦驱动器40相同的器件。用来驱动补光灯自动透镜70。

9）主处理单元90

主处理单元90是整个装置的逻辑控制器，其硬件配置主要芯片可以是TI公司的TMS320DM8148或HISILICON公司的Hi3517或其他类似功能芯片。

其软件功能模块包括环境光检测模块91、图像处理模块92、一体化镜头状态采集模块93、镜头控制模块94、补光灯驱动控制模块95、补光灯自动透镜驱动控制模块96和补光灯自动透镜状态采集模块97。

环境光检测模块91依据光传感器10送过来的环境光的电信号判断环境是否明亮；

图像处理模块92将接收到的光学成像传感器30传输过来的图像的电信号进行分析处理，包括但不限于白平衡、曝光、编码、判断图像是否清晰等处理；

一体化镜头状态采集模块93实时采集一体化摄像镜头20的状态信息，包括但不限于一体化镜头变倍电机与变焦电机的位置信息，依据一体化镜头变倍电机与变焦电机的位置再查找一体化摄像镜头20的对焦曲线可以得到当前物距；

镜头控制模块94依据图像处理模块92判断的图像是否清晰来进行处理，如果图像清晰，则一体化摄像镜头20维持当前状态不变；如果图像不清晰，镜头控制模块94向镜头变倍变焦驱动器40发出控制信号，镜头变倍变焦驱动器40再依此控制信号驱动一体化摄像镜头20的变焦电机动作直到图像正确聚焦即图像清晰为止；

补光灯驱动控制模块95控制补光灯驱动器60驱动补光灯50发光。；

补光灯自动透镜驱动控制模块96依据当前物距向补光灯自动透镜驱动器80发送控制命令，调节补光灯自动透镜70的焦距即可调节补光灯自动透镜的出光角度；

补光灯自动透镜状态采集模块97，用来实时采集补光灯自动透镜的当前状态便于控制，当然在要求不是特别高的情况下，此模块也可通过软件控制补光灯自动透镜驱动控制模块96来实现。

二、方法

如图2，本方法的工作流程包括下列步骤：

A、开始200

初始化装置的各模块，使各模块正常工作；

B、判断环境是否明亮201，是则继续步骤B，否则进入步骤C；

C、获取一体化镜头当前的变倍变焦电机的位置，查找对焦曲线得到物距202；

D、获取补光灯自动透镜的当前状态203；

E、开启补光灯204；

F、依据物距调节补光灯自动透镜的出光角度205；

G、判断图像是否清晰206，是则跳转到步骤L，否则进入步骤H；

H、调节一体化机芯的变焦电机207；

I、获取一体化镜头当前的变倍电机和变焦电机的位置，查找对焦曲线得到物距208；

J、获取补光灯自动透镜的当前状态209；

K、依据物距调节补光灯自动透镜出光角度210；

L、判断环境是否明亮211，是则进入步骤M，否则跳转到步骤G；

M、关闭补光灯212，进入下一轮的循环。

Claims (2)

1.一种智能调节补光角度的装置，其特征在于：

包括光传感器（10）、一体化摄像镜头（20）、光学成像传感器（30）、镜头变倍变焦驱动器（40）、补光灯（50）、补光灯驱动器（60）、补光灯自动透镜（70）、补光灯自动透镜驱动器（80）和主处理单元（90）；

主处理单元（90）包括环境光检测模块（91）、图像处理模块（92）、一体化镜头状态采集模块（93）、镜头控制模块（94）、补光灯驱动控制模块（95）、补光灯自动透镜驱动控制模块（96）和补光灯自动透镜状态采集模块（97）；

其连接关系是：

光传感器（10）和主处理单元（90）前后连接；

一体化摄像镜头（20）、光学成像传感器（30）和主处理单元（90）依次连接；

一体化摄像镜头（20）和主处理单元（90）前后连接；

主处理单元（90）、镜头变倍变焦驱动器（40）和一体化摄像镜头（20）依次连接；

主处理单元（90）、补光灯驱动器（60）和补光灯（50）依次连接；

主处理单元（90）、补光灯自动透镜驱动器（80）和补光灯自动透镜（70）依次连接；

补光灯自动透镜（70）和主处理单元（90）前后连接。

2.基于权利要求1所述装置的智能调节补光角度的方法，其特征在于包括下列步骤： 

A、开始（200）

初始化装置的各模块，使各模块正常工作；

B、判断环境是否明亮（201），是则继续步骤B，否则进入步骤C；

C、获取一体化镜头当前的变倍变焦电机的位置，查找对焦曲线得到物距（202）；

D、获取补光灯自动透镜的当前状态（203）；

E、开启补光灯（204）；

F、依据物距调节补光灯自动透镜（205）；

G、判断图像是否清晰（206），是则跳转到步骤K,否则进入步骤H；

H、调节一体化机芯的变焦电机（207）；

I、获取一体化镜头当前的变倍电机和变焦电机的位置，查找对焦曲线得到物距（208）；

J、获取补光灯自动透镜的当前状态（209）；

K、依据物距调节补光灯自动透镜出光角度（210）；

L、判断环境是否明亮（211），是则进入步骤M，否则跳转到步骤G；

M、关闭补光灯（212），进入下一轮的循环。

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