CN103856764A - 一种利用双快门进行监控的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用双快门进行监控的装置。该装置包括：图像传感单元、图像采集及时序控制单元和主控单元；其中，图像传感单元，用于启动视频快门和图片快门，获得视频帧和图片帧，传送至图像采集及时序控制单元；图像采集及时序控制单元，用于将来自图像传感单元的图像数据发送至主控单元；主控单元，用于对接收到的图像数据进行分类，并根据分类结果对不同图像数据进行独立的自动白平衡处理。本发明实施例对不同的图像数据独立作不同的自动白平衡处理，可以同时兼顾保证夜间监控视频以及抓拍图片的效果。
Description
技术领域
本发明涉及图像及视频监控领域，特别涉及一种利用双快门进行监控的装置。
背景技术
随着国际国内安防监控以及平安城市、智能交通等专项领域需求的景气度急剧提升，代表平安城市的安防监控系统以及代表智能交通的卡口及电子警察违法抓拍系统，具备了日益融合的整体趋势，但两种系统在技术上所关注的领域有所不同：安防监控系统关注画面整体细节的呈现，要求监控视频的逼真效果，常常运用在场景大、被监控物体运动速度相对较慢的场合，在低照度场合，利用摄像机的长快门获取对监控场景的现场记录；而智能交通卡口及电子警察违法抓拍系统，主要关注的对象是车辆（车辆本身或车牌、车灯等与车辆相关的特征），监控场景相对较小，被关注对象往往具备一定的运动速度，如果在夜晚往往需要配合曝闪补光系统以及较短的快门速度，获取有效的违法取证图片。
简单双快门控制方法能够实现上述两种系统的融合。该控制方法的帧时序图如图1所示，VD Clock信号为CCD（Charge-coupled Device）/CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）图像传感器的每帧的同步时钟信号。在无外部触发信号时，该控制方法采用的快门是视频快门，当外部触发信号到来时，将在外部触发信号（具体时刻满足随机分布，因此只能同步到下一帧）到来时的下一个VD Clock信号下降沿之后的那一帧定位为所要的抓拍帧，同时也将视频快门转变为图片快门，即限定抓拍帧的快门值（如不大于2ms）。
在简单双快门控制方法下，摄像机自动白平衡效果比较难以兼顾：物体在不同的光源照射下，所呈现的颜色是不同的，这是由于光源的不同色温决定，它使得物体的反射光谱（CCD/CMOS等图像传感器主要靠检测物体的反射光谱来拍摄物体）与物体的真实色彩有一定的偏差。其中，白色物体最为明显，在室内钨丝灯这样的低色温照射下，白色物体看起来呈现橘黄色色调，这样光照条件下拍摄条件下就会偏黄，但如果在蔚蓝天空或雪天这样的高色温照射条件下，白色物体则会看起来有点蓝色色调。这就需要对不同色温场景进行色温估计及白平衡校正。简单双快门控制方法采用两个快门：在采用视频快门（曝光时间较长）时，由于图像中比较亮的部分由于来自于反射路灯或夜晚自然光等低色温光源；而采用图片快门（曝光时间较短）时，会伴随曝闪补光（疝气灯，色温值较高）。由于白平衡的调节是一种滞后的、逐步的调节过程，调节的依据就是前一帧或前几帧的色温平均统计值，在进行图片快门与视频快门的切换时，不同的色温值用于指导调节下一帧白平衡控制，白平衡调节就会不准确，导致图片或监控视频偏色。
发明内容
本发明实施例提供一种利用双快门进行监控的装置，用以解决现有技术中存在的夜间时监控视频效果较暗以及摄像机自动白平衡效果难以兼顾的问题。
本发明实施例提供的一种利用双快门进行监控的装置包括：
图像传感单元、图像采集及时序控制单元和主控单元；其中
图像传感单元，用于启动视频快门和图片快门，获得视频帧和图片帧，传送至图像采集及时序控制单元；
图像采集及时序控制单元，用于在未接收到主控单元发送的同步触发信号时，控制图像传感单元轮流启动视频快门和图片快门，获得视频帧和图片帧，并将视频帧的图像数据和图片帧的图像数据发送至主控单元；还用于在接收到主控单元发送的同步触发信号时，控制图像传感单元启动图片快门，立即获得抓拍帧，将抓拍帧的图像数据发送至主控单元；并针对视频帧、图片帧和抓拍帧分别产生对应的标记一并传送给所述主控单元；
主控单元，用于接受外部触发信号后，发送同步触发信号给所述图像采集及时序控制单元；以及同步接收所述图像采集及时序控制单元发送的图像数据和标记，并根据所述标记对接收到的图像数据进行分类；对视频帧的图像数据独立进行自动白平衡处理，对图片帧的图像数据和抓拍帧的图像数据独立进行自动白平衡处理。
较佳地，所述标记具体包括T/S标记信号和抓拍标记信号，当所述主控单元当前接收到的T/S标记信号和抓拍标记信号均为高电平信号时，所述主控单元确定当前同步接收到的图像数据为抓拍帧的图像数据；
当所述主控单元当前接收到的抓拍标记信号为低电平信号且接收到的T/S标记信号为高电平信号时，所述主控单元确定当前同步接收到的图像数据为图片帧的图像数据；
当所述主控单元当前接收到的T/S标记信号和抓拍标记信号均为低电平信号时，所述主控单元确定当前同步接收到的图像数据为视频帧的图像数据。
较佳地，所述标记具体为标记信息；所述图像采集及时序控制单元，具体用于将标记信息写入对应图片帧的图像数据中、对应视频帧的图像数据中和对应抓拍帧的图像数据中；
所述主控单元，用于根据图像数据中的标记信息来对图像数据进行分类。
较佳地，所述标记具体为标记信息；所述图像采集及时序控制单元，具体用于将发送标记信息采用与发送图片帧的图像数据、视频帧的图像数据和抓拍帧的图像数据同步的方式发送至主控单元，从而使主控单元同步接收到图像数据和标记信息。
较佳地，所述图像传感单元，用于将视频帧和图片帧按照1∶1、2:1或3:1的时间间隔比例输出。
较佳地，所述图像传感单元包括CCD图像传感器和A/D转换单元，所述A/D转换单元用于将来自CCD图像传感器的模拟信号转换为数字信号，所述图像采集及时序控制单元用于同步控制视频快门/图片快门的曝光时间和A/D转换单元的增益。
较佳地，所述图像传感单元包括CMOS图像传感器，所述图像采集及时序控制单元用于同步控制视频快门/图片快门的快门值和CMOS图像传感器的增益。
具体地，所述主控单元包括通讯与控制模块和图像预处理模块，其中：
通讯与控制模块，用于接受外部触发信号后，发送同步触发信号给所述图像采集及时序控制单元；用于同步接收所述图像采集及时序控制单元发送的图像数据和标记，并根据所述标记对接收到的图像数据进行分类；
图像预处理模块，用于根据通讯与控制模块的分类结果，对视频帧的图像数据独立进行自动白平衡处理，对图片帧的图像数据和抓拍帧的图像数据独立进行自动白平衡处理。
较佳地，所述图像预处理模块还用于在对接收到的图像数据进行自动白平衡处理之前，对其进行降噪处理；还用于在对接收到的图像数据进行自动白平衡处理之后，对其进行自动Gamma处理；还用于在对接收到的图像数据进行自动Gamma处理之后，对其进行边缘增强处理。
本发明实施例根据标记信号对不同的图像数据作不同的处理，可以同时兼顾保证夜间监控视频以及抓拍图片的效果；同时由于对图像数据进行了精确分类，还可以有效兼顾解决车辆、行人及非机动车等综合目标的智能检测、跟踪与识别难题。
附图说明
图1为现有技术中简单双快门控制方法下的帧时序图；
图2为本发明实施例利用双快门进行监控的装置的总体结构示意图；
图3为本发明实施例标记信号与时钟信号的帧时序图；
图4为本发明实施例的帧时序图；
图5为本发明实施例主控单元的结构示意图。
具体实施方式
为了解决夜间时监控视频效果较暗以及摄像机自动白平衡效果难以兼顾的问题，本发明实施例提供了一种利用双快门进行监控的装置。本发明实施例通过对图像数据进行精确的分类，并根据分类结果对图像数据作出对应的处理和分析。从而，使得视频监控和抓拍图像的效果得以兼顾，摄像机的白平衡处理效果也得到兼顾。
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。
如图2所示，本发明实施例提供的一种利用双快门进行监控的装置包括：
图像传感单元，用于启动视频快门和图片快门，获得视频帧和图片帧，传送至图像采集及时序控制单元；
图像采集及时序控制单元，用于在未接收到主控单元发送的同步触发信号时，控制图像传感单元轮流启动视频快门和图片快门，获得视频帧和图片帧，并将视频帧的图像数据和图片帧的图像数据发送至主控单元；还用于在接收到主控单元发送的同步触发信号时，控制图像传感单元启动图片快门，立即获得抓拍帧，将抓拍帧的图像数据发送至主控单元；并针对视频帧、图片帧和抓拍帧分别产生对应的标记一并传送给所述主控单元；
主控单元，用于接受外部触发信号后，发送同步触发信号给所述图像采集及时序控制单元；以及同步接收所述图像采集及时序控制单元发送的图像数据和标记，并根据所述标记对接收到的图像数据进行分类；对视频帧的图像数据独立进行自动白平衡处理，对图片帧的图像数据和抓拍帧的图像数据独立进行自动白平衡处理。
视频快门的快门值要长于图片快门。视频快门的曝光时间设定为全自动调节（0到最大快门阈值内调节），所述图片快门的曝光时间设定为0~2ms区间内自动调节。
图片帧的图像数据用于车辆检测、车牌识别和跟踪分析，通过对图片帧和抓拍帧的分析，提高了对车牌和车辆的识别率。通过使用两种不同的快门分别对视频和要抓拍的图像进行曝光，既可以保证夜间的视频监控有足够的亮度，也可以保证抓拍图像的细节清楚。
由于每种快门（图片快门或视频快门）与特定的色温场景相对应，且自动白平衡算法对单独场景单独进行色温估计并校准，从而使得显示的色彩更为准确；
具体地，如图3所示，外部触发信号是同步触发信号（Trigger）的原始信号源，其特点是无周期性，无规律性，具有统计学上随机性。同一个VD Clock周期内可能会有多个外部触发（例如图3中的外部触发信号1/2/3）.
同步触发信号的产生过程如下：当主控单元受到外部触发信号的触发时，接收来自图像采集及时序控制单元的触发同步时钟信号（触发同步时钟信号为周期性信号，其周期与VD Clock周期相同，它的起始时刻比图片快门的开启时刻快2ms，预留主控单元足够的中断响应时间即可，采用边沿触发/检测机制），主控单元根据外部触发信号和来自图像采集及时序控制单元的触发同步时钟信号生成同步触发信号，即在收到外部触发信号后的下一个触发同步时钟信号下降沿产生同步触发信号（同步触发信号的起始时刻比图片快门的开启时刻快2ms，也采用边沿触发/检测机制），然后将同步触发信号发送至图像采集及时序控制单元。
较佳地，所述标记具体包括T/S标记信号和抓拍标记信号，T/S标记信号和抓拍标记信号均采用电平检测机制；
当图像采集及时序控制单元未收到同步触发信号时，抓拍标记信号始终为低电平信号；当图像采集及时序控制单元收到同步触发信号时，抓拍标记信号变为高电平信号；
当图像采集及时序控制单元未收到同步触发信号且控制开启图片快门时，T/S标记信号变为高电平信号；当图像采集及时序控制单元未收到同步触发信号且控制开启视频快门时，T/S标记信号变为低电平信号；当图像采集及时序控制单元收到同步触发信号时，T/S标记信号变为高电平信号；
当T/S标记信号或抓拍标记信号为高电平信号时，T/S标记信号或抓拍标记信号在VD Clock信号的上升沿终止（开始变为低电平信号）。
因此，当所述主控单元当前接收到的T/S标记信号和抓拍标记信号均为高电平信号时，所述主控单元确定当前同步接收到的图像数据为抓拍帧的图像数据；
当所述主控单元当前接收到的抓拍标记信号为低电平信号且接收到的T/S标记信号为高电平信号时，所述主控单元确定当前同步接收到的图像数据为图片帧的图像数据；
当所述主控单元当前接收到的T/S标记信号和抓拍标记信号均为低电平信号时，所述主控单元确定当前同步接收到的图像数据为视频帧的图像数据。
较佳地，所述标记具体为标记信息；所述图像采集及时序控制单元，具体用于将标记信息写入对应图片帧的图像数据中、对应视频帧的图像数据中和对应抓拍帧的图像数据中，例如将标记信息写入对应图片帧的图像数据的缺省字段中、对应视频帧的图像数据缺省字段中和对应抓拍帧的图像数据缺省字段中。
所述主控单元，用于根据图像数据中的标记信息来对图像数据进行分类。
较佳地，所述标记具体为标记信息；所述图像采集及时序控制单元，具体用于将发送标记信息采用与发送图片帧的图像数据、视频帧的图像数据和抓拍帧的图像数据同步的方式发送至主控单元，从而使主控单元同步接收到图像数据和标记信息（例如采用I2C通讯方式）。
较佳地，所述图像传感单元包括CCD图像传感器和A/D转换单元，所述A/D转换单元用于将来自CCD图像传感器的模拟信号转换为数字信号，所述图像采集及时序控制单元用于同步控制视频快门/图片快门的曝光时间和A/D转换单元的增益，提高了图像或视频的显示效果。
较佳地，所述图像传感单元包括CMOS图像传感器，所述图像采集及时序控制单元用于同步控制视频快门/图片快门的快门值和CMOS图像传感器的增益，提高了图像或视频的显示效果。
较佳地，在未受到外部触发信号的触发时，视频帧和图片帧按照1:1时间间隔比例输出，即图片帧的持续输出时间与视频帧相等；此处时间间隔比例可以根据后续硬件的实际处理能力情况做自行设计调整。当同步触发信号（同步触发信号是通过同步触发机制生成的，同步机制保证每个VD Clock周期内只能有1次同步触发信号，同步触发信号相对外部触发信号而言，最长延迟了1个VDClock周期）到来时，图像采集及时序控制单元快速重新开启图片快门、设置A/D转换单元的增益或CCD/CMOS图像传感器的增益；图像采集及时序控制单元获取来自图像传感单元的图像数据，并将该图像数据、T/S标记信号和抓拍标记信号发送至主控单元，参见图4中的第二个VD clock时序图；如遇到连续2个同步触发信号到来，则当前帧（即与同步触发信号同步的视频帧或图片帧）开始的连续2帧强制转变为抓拍帧，参见图4中的第三个VD clock时序图；同时，为保证后续视频数据流与图片数据流总体上的维持1：1，抓拍帧之后的一帧（连续抓拍时，则为最后一个抓拍帧的下一帧）必强制为视频帧（参见图4中的第二/三VD clock时序图），后续视频数据流与图片数据流总体上维持在1：1，保证视频流和图片流流畅；主控单元持续接收的图片帧的图像数据呈现相等的间隔，有利于把握车辆的抓拍时机。
具体地，如图5所示为主控单元的内部结构示意图；通讯与控制模块对接收到的图像数据用于接受外部触发信号后，发送同步触发信号给所述图像采集及时序控制单元；用于同步接收所述图像采集及时序控制单元发送的图像数据和标记，并根据所述标记对接收到的图像数据进行分类；图像预处理模块，用于根据通讯与控制模块的分类结果，对视频帧的图像数据独立进行自动白平衡处理，对图片帧的图像数据和抓拍帧的图像数据独立进行自动白平衡处理。从而，同时兼顾了视频监控和图像抓拍的需求。
通信与控制模块还用于设置A/D转换单元和CCD图像传感器的初始化配置信息；
较佳地，所述图像预处理模块还用于在对接收到的图像数据进行自动白平衡处理之前，对其进行降噪处理；还用于在对接收到的图像数据进行自动白平衡处理之后，对其进行自动Gamma处理；还用于在对接收到的图像数据进行自动Gamma处理之后，对其进行边缘增强处理。自动Gamma处理、边缘增强处理、自动降噪处理等过程相对于自动增益控制独立运行，以便根据特定色温场景、特定目标物体做更多个性化算法控制，展现更为逼真的监控视频及抓拍图片效果。
综上所述，本发明实施例不仅可以保证监控视频本身的效果，同时也可以确保违法取证所用图片中车辆在运动中也不会模糊，车灯的光晕也能得到较好的抑制；此外，对两种需求场景下的快门控制以及与快门相关的其他图像信号处理参数控制（自动白平衡、自动增益控制、自动Gamma、边缘增强、自动降噪）也相对独立，不仅监控视频以及图片效果得到必要的保证，同时，也对车辆以及行人和非机动车的检测、行为分析与识别技术的应用提供了优良的客观条件，推动智能化技术向更为综合目标的智能检测、行为分析与识别技术方向继续发展。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种利用双快门进行监控的装置，其特征在于，包括：图像传感单元、图像采集及时序控制单元和主控单元；其中，
图像传感单元，用于启动视频快门和图片快门，获得视频帧和图片帧，传送至图像采集及时序控制单元；
图像采集及时序控制单元，用于在未接收到主控单元发送的同步触发信号时，控制图像传感单元轮流启动视频快门和图片快门，获得视频帧和图片帧，并将视频帧的图像数据和图片帧的图像数据发送至主控单元；还用于在接收到主控单元发送的同步触发信号时，控制图像传感单元启动图片快门，立即获得抓拍帧，将抓拍帧的图像数据发送至主控单元；并针对视频帧、图片帧和抓拍帧分别产生对应的标记一并传送给所述主控单元；
主控单元，用于接受外部触发信号后，发送同步触发信号给所述图像采集及时序控制单元；以及同步接收所述图像采集及时序控制单元发送的图像数据和标记，并根据所述标记对接收到的图像数据进行分类；对视频帧的图像数据独立进行自动白平衡处理，对图片帧的图像数据和抓拍帧的图像数据独立进行自动白平衡处理。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标记具体包括T/S标记信号和抓拍标记信号，当所述主控单元当前接收到的T/S标记信号和抓拍标记信号均为高电平信号时，所述主控单元确定当前同步接收到的图像数据为抓拍帧的图像数据；
当所述主控单元当前接收到的抓拍标记信号为低电平信号且接收到的T/S标记信号为高电平信号时，所述主控单元确定当前同步接收到的图像数据为图片帧的图像数据；
当所述主控单元当前接收到的T/S标记信号和抓拍标记信号均为低电平信号时，所述主控单元确定当前同步接收到的图像数据为视频帧的图像数据。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标记具体为标记信息；所述图像采集及时序控制单元，具体用于将标记信息写入对应图片帧的图像数据中、对应视频帧的图像数据中和对应抓拍帧的图像数据中；
所述主控单元，用于根据图像数据中的标记信息来对图像数据进行分类。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标记具体为标记信息；所述图像采集及时序控制单元，具体用于将发送标记信息采用与发送图片帧的图像数据、视频帧的图像数据和抓拍帧的图像数据同步的方式发送至主控单元，从而使主控单元同步接收到图像数据和标记信息。
5.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述图像传感单元，用于将视频帧和图片帧按照1:1、2:1或3:1的时间间隔比例输出。
6.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述图像传感单元包括CCD图像传感器和A/D转换单元，所述A/D转换单元用于将来自CCD图像传感器的模拟信号转换为数字信号，所述图像采集及时序控制单元用于同步控制视频快门/图片快门的曝光时间和A/D转换单元的增益。
7.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述图像传感单元包括CMOS图像传感器，所述图像采集及时序控制单元用于同步控制视频快门/图片快门的快门值和CMOS图像传感器的增益。
8.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述主控单元包括通讯与控制模块和图像预处理模块，其中：
通讯与控制模块，用于接受外部触发信号后，发送同步触发信号给所述图像采集及时序控制单元；用于同步接收所述图像采集及时序控制单元发送的图像数据和标记，并根据所述标记对接收到的图像数据进行分类；
图像预处理模块，用于根据通讯与控制模块的分类结果，对视频帧的图像数据独立进行自动白平衡处理，对图片帧的图像数据和抓拍帧的图像数据独立进行自动白平衡处理。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述图像预处理模块还用于在对接收到的图像数据进行自动白平衡处理之前，对其进行降噪处理；还用于在对接收到的图像数据进行自动白平衡处理之后，对其进行自动Gamma处理；还用于在对接收到的图像数据进行自动Gamma处理之后，对其进行边缘增强处理。
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