CN103702038A - 一种基于动态阈值进行自动昼夜切换的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于动态阈值进行自动昼夜切换的方法，该方法包括：初始化黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl以及初始化彩色模式切黑白模式的曝光量阈值Th；所述曝光量对应一组或一个曝光参数；在当前为彩色模式，且当前的曝光量E_cur大于曝光量阈值Th时，将昼夜模式切换为黑白模式，否则不切换；在当前为黑白模式时，根据当前曝光量E_cur对曝光量阈值Tl进行动态调整；在当前为黑白模式，且当前的曝光量阈值E_cur小于经动态调整后的曝光量阈值Tl时，将昼夜模式切换为彩色模式，否则不切换。本发明的自动昼夜切换方法通用、易用、节省成本。

Description

一种基于动态阈值进行自动昼夜切换的方法和装置

技术领域

本发明涉及视频监控摄像机领域，尤其涉及应用于摄像机的基于动态阈值进行自动昼夜切换的方法和装置。

背景技术

昼夜切换是当前摄像机中普遍存在的一个功能。当光线充足时，摄像机启用IR滤片过滤红外光，以获得色彩更好的图像效果；当光线较弱时，摄像机移除IR滤片，让图像传感器能够感受到更多的光线（主要是红外线），以获得清晰的图像。启用IR滤片过滤红外光时拍摄的视频图像为彩色图像，移除IR滤片，开启红外灯补光时拍摄的视频图像为黑白图像。

自动昼夜切换是对当前的各种参数，如画面亮度等进行判断来自动控制IR滤片的开启与移除，以确保摄像机在各种环境下均有较好的表现。比如说在画面亮度低于预定值时，摄像机自动切换至黑白模式：移除IR滤片，开启红外补光灯；画面亮度高于预定值时，自动切换至彩色模式：启用IR滤片，关闭补光灯。

传统的自动昼夜切换控制方案不可避免会遇到昼夜模式反复切换的问题；即随着环境变暗，自动昼夜切换控制模块会触发IR滤片移除，开启红外灯，但在一些场景较小或反光较强的环境下，红外灯一打开后光线变得很充足，导致IR滤片重新开启，如此反复切换。此问题极大的影响了图像效果及用户体验，因此迫切需要一种技术来解决这一问题。

现有的一种方法为通过不感红外的光敏电阻进行昼夜切换判断。光敏电阻阻值通过电路转化成一个电压值，预设昼夜切换的上下门限电压值，当实测电压低于下门限切换至黑白模式，高于上门限时切换至彩色模式。这样自动昼夜切换判断就不会受到红外光的干扰，可以解决反复昼夜切换问题。该方案存在以下的一些问题：(1)不通用，本技术的主要依赖于光敏电阻的感光情况，而即便是相同场景，光敏感光情况受安装角度、位置影响较大，并且光敏感光与图像传感器通过镜头感光，两者存在较大的差异，易造成误切换；(2)不易用，首先是相同阈值，不同安装情况下都会有不同表现，需要进行针对调优，其次是如今的图像传感器感光性能越来越好，部分已经超出了光敏电阻灵敏度，光敏电阻最低电压值时，环境光照都足够支持图像传感器以彩色模式运行，无需切黑白模式。(3)不节约，使用了硬件进行辅助，不仅提升了物料成本，制造时还增加了许多工序，不如纯软件方案节约。

现有的另一种方法为通过图像亮度进行判断。该方法设置两个昼夜模式切换阈值，一个阈值用于彩色模式切换至黑白模式，另一个阈值用于黑白模式切换至彩色模式，通过调整这两个阈值来应对昼夜反复切换的问题，比如说将上门限设置的足够大，下门限设置的比较小。这里将彩色模式切至黑白模式的阈值称为下门限，黑白模式切至彩色模式的阈值称为上门限。当画面亮度低于下门限时，将昼夜模式切换至黑白模式；当画面亮度大于上门限时，将昼夜模式切换至彩色模式。该方案的缺点主要有：(1)不通用。因为本技术仅仅是通过调整切换阈值来解决昼夜模式反复切换的问题，那么无论如何调整，总会遇到一些场景，比如一个红外光较强的场景，当昼夜切换至黑白，使得画面足够亮，超出了上门限，从而切换至彩色，而切换至彩色又会出现光线下降切换回黑白的情况，如此反复；(2)影响正常使用。因为下门限设置的足够大，即环境足够暗，才将彩色模式切换至黑白模式；环境足够亮，才将黑白模式切换至彩色模式。实际应用中，就会出现晚上很晚了才切换至黑白模式，白天很亮了才切换至彩色模式的情况。(3)不易用。该方法需要不断的根据实际应用场景去调整切换阈值，经常会出现一个环境反复昼夜切换了，经过调整阈值满足了该场景；但是另一个场景切换太晚了，又需要调整阈值，使用起来很不方便。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于动态阈值进行自动昼夜切换的方法和装置。

该方法应用于摄像机，包括如下步骤：A、初始化黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl以及初始化彩色模式切黑白模式的曝光量阈值Th；所述曝光量对应一组或一个曝光参数；B、在当前为彩色模式，且当前的曝光量E_cur大于曝光量阈值Th时，将昼夜模式切换为黑白模式，否则不切换；在当前为黑白模式时，根据当前曝光量E_cur对曝光量阈值Tl进行动态调整；返回执行步骤B；C、在当前为黑白模式，且当前的曝光量阈值E_cur小于经动态调整后的曝光量阈值Tl时，将昼夜模式切换为彩色模式，否则不切换，返回步骤B。

基于同样的构思，该装置包括：曝光量阈值初始化模块，用于初始化黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl以及初始化彩色模式切黑白模式的曝光量阈值Th；所述曝光量对应一组或一个曝光参数；曝光量获取模块，用于获取当前的曝光量E_cur；第一昼夜模式切换模块，用于在当前为彩色模式，且当前的曝光量E_cur大于曝光量阈值Th时，将昼夜模式切换为黑白模式，否则不切换；曝光量阈值Tl调整模块，用于在当前为黑白模式时，根据当前曝光量E_cur对曝光量阈值Tl进行动态调整；第二昼夜模式切换模块，用于在当前为黑白模式，且当前的曝光量阈值E_cur小于经曝光量阈值Tl调整模块调整后的阈值Tl时，将昼夜模式切换为彩色模式，否则不切换。

相较于现有技术，本发明的方案：(1)具有通用性，各种极端应用场景都能做到避免昼夜反复切换；(2)具有易用性，可以做到自适应各种场景，无需再针对特殊场景手动地设置新的切换阈值；(3)节约成本，无需再使用光敏电阻等硬件装置来解决昼夜模式反复切换的问题。

附图说明

图1是本发明实施例流程图。

图2是曝光参数调整示意图。

图3是曝光量调整示意图。

图4是本发明实施例装置逻辑结构图。

具体实施方式

为解决背景技术中提到的问题，本发明提供一种基于动态阈值进行自动昼夜切换的方案。以下结合附图和实施例详细说明本发明。

请参图1，图1给出了本发明实施方法的流程图。

S1、初始化黑白模式切换为彩色模式的曝光量阈值Tl为E_low；初始化彩色模式切换为黑白模式的曝光量阈值Th为E_high；

S2、获取当前的曝光量E_cur；执行S3；

S3、判断当前是否为黑白模式，如果是，执行S4；否则执行S5；

S4、判断上一次是否为彩色模式，如果是，执行S6；否则执行S7；

S5、判断当前的曝光量E_cur是否大于Th，如果是，执行S8；否则返回S2；

S6、判断当前的曝光量E_cur是否小于当前的曝光量阈值Tl，如果是，执行S9；否则转S10；

S7、判断是否进行曝光量阈值Tl的恢复，如果是，执行S11，否则执行S10；

S8、将昼夜模式切换为黑白模式；返回S2；

S9、将当前的曝光量阈值T1调整为当前的曝光量E_cur与E_dist的差值，E_dist为一预设值；执行S12；

S10、不调整曝光量阈值Tl；执行S12；

S11、向初始值E_low方向恢复曝光量阈值Tl；执行S12；

S12、判断当前的曝光量E_cur是否小于当前的曝光量阈值Tl，如果是，执行S13，否则返回S2；

S13、将昼夜模式切换至彩色模式；返回S2。

需要说明的是，上述实施流程各步骤间可以适当的调整，比如说S2和S3进行调整后并不影响发明目的的实现。

本实施例方案将曝光量作为昼夜模式切换的依据。曝光量实质上对应一个或一组曝光参数。曝光参数包括：快门、光圈、增益和补光等。比如说，曝光量E1对应快门为m1、光圈为n1、增益为g1这一组曝光参数；曝光量E2对应快门为m1、光圈为n2、增益为g2、补光为h2这一组曝光参数。以下再结合图说明一下曝光量的概念。在图2的一个简单示例中，以快门和增益为例来表示曝光量。从图2可以看出，随着环境照度增加，首先将增益从最大调整到最小，然后再将快门从最大调整到最小值。该图可以转化为图3所示的曝光量和环境照度的关系（图3中实际上快门调整阶段斜线的斜率和增益调整阶段斜线的斜率不一定相同，这里简化地将其处理成了一致）。所以曝光量从该图中来看，对应的其实就是一个曝光调整位置，此位置包含了各曝光参数的调整情况。

在上述实施例流程中，首先初始化昼夜模式切换的曝光量阈值。彩色模式切换为黑白模式的曝光量阈值Th设为E_high，黑白模式切换为彩色模式的曝光量阈值Tl设为E_low。由于曝光量是对应一个或一组曝光参数，所以在初始化曝光量阈值的时候，可以分别初始化一个或者一组曝光参数阈值。另外，如果将曝光量设计成曝光参数的函数的话，则可以直接用函数值来进行曝光量阈值的初始化。下文中曝光量阈值的调整，对于这里的两种曝光量阈值设定方法，本质上都是将一个或者一组曝光参数的阈值进行调整。在实际应用中，可以根据需求进行曝光量阈值的设定。比如说，在即将天黑得时候，如果希望早一点进入黑白模式，就可以将彩色切换黑白的曝光量阈值Th设得相对小一点，如果希望晚一点进入黑白模式，就可以将该曝光量阈值Th设得相对大一点。当然不管怎样，总是要以满足画面的清晰度要求为前提条件。

初始的切换阈值Tl和Th设置完成后进入流程的执行阶段。首先需要获取当前的曝光量E_cur。由于曝光量对应一组曝光参数，所以实际上需要获得的是摄像机当前的曝光参数。该获取得曝光参数可以是光圈、快门、增益和补光中的一个或多个的组合。

获取当前的曝光量E_cur后，进入模式切换的判断流程。首先判断当前是黑白模式还是彩色模式。如果是彩色模式的话，进一步判断当前的曝光量E_cur和彩色模式切黑白模式的曝光量阈值Th的大小，如果E_cur大于Th，则将彩色模式切换至黑白模式；如果E_cur小于等于Th，则不进行模式切换。这里以及下文中将当前曝光量E_cur和曝光量阈值进行比较，可以是将当前曝光参数和曝光参数阈值进行比较；也可以是根据上文所述的函数计算当前曝光参数对应的曝光量函数值，并将该函数值和曝光量阈值进行比较。

如果当前判断的是黑白模式的话，为防止昼夜模式的反复切换，接下来的处理流程相对会比较复杂。首先需要判断上一次的模式是否为彩色模式，即需要判断当前的黑白模式是否刚由彩色模式切换过来。如果是的话，进一步判断当前的曝光量E_cur是否小于当前的黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl，如果是的话则需要对当前的黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl进行调整。具体的调整方法可以是将当前的曝光量E_cur减去一预设的曝光量E_dist得到的差值作为新的曝光量阈值Tl。当然该调整方法只是一个优选地例子，实际上还有其它调整方法，只要使得曝光量阈值Tl小于当前的曝光量E_cur即可。如果当前的曝光量E_cur不小于当前的黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl，则不对该曝光量阈值Tl进行调整。这里是将当前的曝光量E_cur与当前的黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl进行比较后确定是否进行该曝光量阈值Tl的调整；实际上，为了更好的避免可能产生的反复切换，，将当前的曝光量E_cur与当前的该曝光量阈值Tl加一预设的曝光量阈值E_devi的和值进行比较。只要E_cur比该和值小，就对当前黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl进行调整，调整的方法同前。当然，如果E_cur不比该和值小，就不对曝光量阈值Tl进行调整。这里两个预设的曝光量阈值E_dist和E_devi可以相等也可以不相等。接下来进行昼夜模式切换的判断：如果当前的曝光量E_cur小于当前的曝光量阈值Tl，则将昼夜模式切换为彩色模式，否则不切换。在满足调整条件下，曝光量阈值Tl调整为比当前的曝光量E_cur还小得值；不满足调整条件时，曝光量阈值Tl本身就小于当前的曝光量E_cur，所以就不会满足黑白切彩色的条件，所以就能避免出现昼夜模式的反复切换。图1的流程是从模块化的角度来进行设计的，实际上，该图中S9和S10执行完毕后可以直接返回S2，无需执行昼夜模式切换与否的判断，因为判断的结果也必然是返回S2。

在黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl进行调整后，为防止后续出现应该切换彩色模式而无法切回的情况出现，需要进一步对该曝光量阈值Tl进行恢复，使它逐渐的向初始值E_low靠近，直到等于E_low。所以本实施例流程进一步在当前模式为黑白模式且上一次也为黑白模式的情况下，启动曝光量阈值Tl的恢复流程。先进行是否恢复曝光量阈值Tl的判断，如果满足恢复条件，则向初始值E_low方向进行恢复曝光量阈值Tl的调整。一种优选的恢复曝光量阈值Tl的条件为：当前的曝光量E_cur与当前的曝光量阈值Tl的差值连续m次大于一预设的门限E_dif。E_dif可以设置为等于之前的预设值E_dist或者E_devi，m为一预设的自然数，如1，2，3等。向初始值E_low方向进行恢复曝光量阈值Tl的调整可以参考下面的公式进行：Tl_(调整后)=Tl_{(当 前)}+(E_cur-Tl_(当前)-E_dif)*n%；其中n%作为进行调整速度控制的常数，可以是3%，5%或者其它值。根据该公式计算得到的值作为新的曝光量阈值赋予Tl。关于恢复曝光量阈值Tl的条件以及恢复方法除了本实施例给出的方法外，还有其它的方法，在此不再一一举例。如果不满足进行曝光量阈值Tl恢复的条件，则不调整曝光量阈值Tl。而后进入昼夜模式切换的判断流程：判断当前的曝光量E_cur是否小于当前的曝光量阈值Tl，如果是，则切换至彩色模式，否则返回S2，进行下一次流程的执行。

以上是对本发明实施例流程的说明。根据上文的说明，可以看出图1虚线框中的内容为黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl的动态调整过程。该阈值Tl的调整可以由曝光量阈值Tl调整模块来执行。可以进一步的给该阈值Tl调整模块设置使能开关。如果调整模块使能，则进入到阈值Tl的调整；如果不使能，则直接根据昼夜模式的切换条件进行昼夜模式切换的判断。通常，如果在一些不容易发生昼夜模式反复切换的场景，则可以不使能该阈值调整模块进行曝光量阈值Tl的动态调整；在一些容易发生昼夜模式反复切换的场景中则使能该阈值调整模块进行Tl的调整，以确保不会出现昼夜模式的反复切换。

通过上述实施例的描述，可以发现本发明方案：(1)具有通用性，各种极端应用场景都能做到避免昼夜反复切换；(2)具有易用性，可以做到自适应各种场景，无需再针对特殊场景手动地设置新的切换阈值；(3)节约成本，无需再使用光敏电阻等硬件装置来解决昼夜模式反复切换的问题。

基于同样的构思，本发明提供一种基于动态阈值进行自动昼夜切换的装置。请参图4，该装置包括：曝光量阈值初始化模块、曝光量获取模块、第一昼夜模式切换模块、曝光量阈值Tl调整模块和第二昼夜模式切换模块。

该曝光量阈值初始化模块，用于初始化黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl以及初始化彩色模式切黑白模式的曝光量阈值Th；所述曝光量对应一组或一个曝光参数。

该曝光量获取模块，用于获取当前的曝光量E_cur。

该第一昼夜模式切换模块，用于在当前为彩色模式，且当前的曝光量E_cur大于曝光量阈值Th时，将昼夜模式切换为黑白模式，否则不切换。

该曝光量阈值Tl调整模块，用于在当前为黑白模式时，根据当前曝光量E_cur对曝光量阈值Tl进行动态调整。

该第二昼夜模式切换模块，用于在当前为黑白模式，且当前的曝光量阈值E_cur小于经曝光量阈值Tl调整模块调整后的阈值Tl时，将昼夜模式切换为彩色模式，否则不切换。

该曝光量阈值Tl调整模块进一步包括：调整子模块和恢复子模块。

该调整子模块，用于在当前为黑白模式，且上一次为彩色模式时，判断当前的曝光量E_cur是否小于当前的曝光量阈值Tl或者当前曝光量阈值Tl与预设曝光量E_devi的和值，如果是，则将当前的曝光量阈值Tl调整为小于当前的曝光量E_cur的值，否则不对曝光量阈值Tl进行调整；该恢复子模块，用于在当前为黑白模式，且上一次也为黑白模式时，判断是否进行曝光量阈值Tl的恢复，如果是，则向曝光量阈值Tl初始值的方向进行该阈值Tl的恢复；否则不对曝光量阈值Tl进行恢复。

该调整子模块将当前的曝光量阈值Tl调整为小于当前的曝光量E_cur的值具体为：将当前的曝光量阈值Tl调整为当前的曝光量E_cur与预设的曝光量E_dist的差值。

该恢复子模块进行曝光量阈值Tl的恢复条件具体为：当前的曝光量E_cur与当前的曝光量阈值Tl的差值连续m次大于一预设的曝光量门限E_dif，其中m为自然数。

该恢复子模块向曝光量阈值Tl初始值的方向进行该阈值Tl的恢复具体为：根据公式Tl_(调整后)=Tl_(当前)+(E_cur﹣Tl_(当前)﹣E_dif)*n%进行曝光量阈值Tl的调整；其中n%作为进行调整速度控制的常数，Tl为当前的曝光量阈值，E_cur为当前的曝光量，E_dif为预设的曝光量门限。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于动态阈值进行自动昼夜切换的装置，该装置应用于摄像机，其特征在于，该装置包括：

曝光量阈值初始化模块，用于初始化黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl以及初始化彩色模式切黑白模式的曝光量阈值Th；所述曝光量对应一组或一个曝光参数；

曝光量获取模块，用于获取当前的曝光量E_cur；

第一昼夜模式切换模块，用于在当前为彩色模式，且当前的曝光量E_cur大于曝光量阈值Th时，将昼夜模式切换为黑白模式，否则不切换；

曝光量阈值Tl调整模块，用于在当前为黑白模式时，根据当前曝光量E_cur对曝光量阈值Tl进行动态调整；

第二昼夜模式切换模块，用于在当前为黑白模式，且当前的曝光量阈值E_cur小于经曝光量阈值Tl调整模块调整后的阈值Tl时，将昼夜模式切换为彩色模式，否则不切换。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光量阈值Tl调整模块进一步包括：调整子模块和恢复子模块；

该调整子模块，用于在当前为黑白模式，且上一次为彩色模式时，判断当前的曝光量E_cur是否小于当前的曝光量阈值Tl或者当前曝光量阈值Tl与预设曝光量E_devi的和值，如果是，则将当前的曝光量阈值Tl调整为小于当前的曝光量E_cur的值，否则不对曝光量阈值Tl进行调整；

恢复子模块，用于在当前为黑白模式，且上一次也为黑白模式时，判断是否进行曝光量阈值Tl的恢复，如果是，则向曝光量阈值Tl初始值的方向进行该阈值Tl的恢复；否则不对曝光量阈值Tl进行恢复。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述调整子模块将当前的曝光量阈值Tl调整为小于当前的曝光量E_cur的值具体为：

将当前的曝光量阈值Tl调整为当前的曝光量E_cur与预设的曝光量E_dist的差值。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述恢复子模块进行曝光量阈值Tl的恢复条件具体为：

当前的曝光量E_cur与当前的曝光量阈值Tl的差值连续m次大于一预设的曝光量门限E_dif，其中m为自然数。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述恢复子模块向曝光量阈值Tl初始值的方向进行该阈值Tl的恢复具体为：

根据公式Tl_(调整后)=Tl_(当前)+(E_cur﹣Tl_(当前)﹣E_dif)*n%进行曝光量阈值Tl的调整；其中n%作为进行调整速度控制的常数。

6.一种基于动态阈值进行自动昼夜切换的方法，该方法应用于摄像机，其特征在于，该方法包括如下步骤：

A、初始化黑白模式切彩色模式的曝光量阈值Tl以及初始化彩色模式切黑白模式的曝光量阈值Th；所述曝光量对应一组或一个曝光参数；

B、在当前为彩色模式，且当前的曝光量E_cur大于曝光量阈值Th时，将昼夜模式切换为黑白模式，否则不切换；在当前为黑白模式时，根据当前曝光量E_cur对曝光量阈值Tl进行动态调整；返回执行步骤B；

C、在当前为黑白模式，且当前的曝光量阈值E_cur小于经动态调整后的曝光量阈值Tl时，将昼夜模式切换为彩色模式，否则不切换；返回步骤B。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在当前为黑白模式时，根据当前曝光量E_cur对曝光量阈值Tl进行动态调整具体包括：

如果上一次为彩色模式时，判断当前的曝光量E_cur是否小于当前的曝光量阈值Tl或者当前曝光量阈值Tl与预设曝光量E_devi的和值，如果是，则将当前的曝光量阈值Tl调整为小于当前的曝光量E_cur的值，否则不对曝光量阈值Tl进行调整；

如果上一次为黑白模式时，判断是否进行曝光量阈值Tl的恢复，如果是，则向曝光量阈值Tl初始值的方向进行该阈值Tl的恢复；否则不对曝光量阈值Tl进行恢复。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将当前的曝光量阈值Tl调整为小于当前的曝光量E_cur的值具体为：

将当前的曝光量阈值Tl调整为当前的曝光量E_cur与预设的曝光量E_dist的差值。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，判断是否进行曝光量阈值Tl的恢复具体为：

当当前的曝光量E_cur与当前的曝光量阈值Tl的差值连续m次大于一预设的曝光量门限E_dif时进行该阈值的恢复，其中m为自然数。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，向曝光量阈值Tl初始值的方向进行该阈值Tl的恢复具体为：

根据公式Tl_(调整后)=Tl_(当前)+(E_cur﹣Tl_(当前)﹣E_dif)*n%进行曝光量阈值Tl的调整；其中n%作为进行调整速度控制的常数。

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