CN104202537B - 一种红外摄像机的调光方法 - Google Patents

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本发明涉及一种红外摄像机的调光方法，包括如下步骤：通过测试获得图像感知度最为舒适、产生视频流感知度最好的图像亮度的目标数值范围；获取一帧图像亮度数值的当前值；将亮度数值的当前值与图像亮度的目标数值范围进行比较，判断亮度数值的当前值是否超出亮度的目标数值范围；如果亮度数值的当前值超出亮度的目标数值范围，则对红外LED灯的光照进行调整，以便使图像亮度的数值回归图像亮度的目标数值范内。本发明实现了全天24小时无障碍监控；同时保证在外界环境光强不断变化的情况下监控效果基本不变，节约了能源，提高了红外摄像机的使用寿命及隐蔽效果。

Description

一种红外摄像机的调光方法
技术领域
本发明涉及摄像机技术领域，尤其涉及一种红外摄像机的调光方法。
背景技术
目前，红外摄像机已被广泛应用到各个领域中，感光元件作为红外摄像机的关键零部件之一，其主要利用其可在空间中感应外界光信号并将其转换成图像信号的技术，将画面清晰地记录下来。然而，在全天24小时均需要监控的安防等领域，对红外摄像机的性能提出了更高的要求，如：红外摄像机设备在白天和黑夜(或者亮处与暗处)等光照强度不一致的情况下，都需要有出色的监控效果。对于红外摄像机来说，在光线充足的白天、有充足照明亮度的黑夜或暗处一般都有较好的拍摄效果。但是，在低光照强度环境下(光线较暗甚至没有光线的情况下)，红外摄像机在光线不足的区域不能有效成像，达不到大范围照射的目的。通常只能通过拉大曝光时间，放大增益值来进行拍摄，此时的图像噪点很大，拍摄的图像画面质量较差。
针对上述光照不足的问题，现有技术中通常采用给红外摄像机照射环境补光的方法，补光方法之一是采用恒定亮度的白灯照明或恒定亮度白光LED灯持续照明。但是恒定亮度补光一方面存在能源浪费，另一方面，在同一监控地点随着自然光的不断变化，导致恒定亮度补光的效果不佳，很难实现拍摄的图像达到较理想的效果。再者，现有技术中的恒定亮度补光方法通常基于光敏电阻的感光元件来判断光照强度，由于光敏电阻存在判断光照条件不准确和不一致的缺陷，给实际使用者带来诸多不便。另外，对于有些不能有效供电的地方，不能满足恒定亮度白光灯的持续照明，进而导致夜间(或者光照强度不足时)拍摄的图像质量较差。
针对补光方法之一的缺陷，目前公开了红外补光方法。由于人眼不能捕捉红外光，但是红外摄像机的光学成像传感器能感应红外光，因此通过人为补充红外光相当于增强外界光线，这样既能达到外界环境完全无光的情况下监控，还有很好的隐蔽效果，能有效提高监控质量。
普通的红外摄像机由于其红外LED灯打开后亮度是恒定的，当光学镜头焦距变化导致聚焦到传感器上的光线变化时，整个图像会比较亮或者比较暗，进而影响监控图像质量。据此，近年来开发出了智能红外摄像机来满足晚上光照不足或白天较暗区域的监控需求。智能红外摄像机在打开红外LED灯后，其红外LED灯的光强是变化的，红外LED灯的亮度随之自动变化，被照射物体的图像显示就比较均匀，不会出现普通红外摄像机的局部偏暗或偏亮的情况。现有技术中普遍采用光敏电阻来感应环境光照的变化，进而实现控制红外LED灯补光的开启、关闭或者红外LED灯电流的大小，来调整补光强度的变化。
然而，光敏电阻的安装方式将直接影响感光效果，因为光学镜头区域处于中间位置不能安装光敏电阻，当光敏电阻安装在光学镜头区域的左侧就不能感应右侧的光线，当光敏电阻安装在上侧就不能感应下侧的光线，而且光敏电阻只能反映照射到光敏电阻这一点的光线变化而导致红外光强的变化，在实际应用中经常受到限制。再者，采用光敏电阻方式需要预留光敏电阻安装空间，且提高了红外摄像装置的制造成本。
综上，采用恒定光强的光源补光，在监控区域光强不断变化时所监控的图像画面亮度不一，影响监控图像质量；采用光敏电阻智能补光，影响感光灵敏度和拍摄效果，且提高了红外摄像机的制造成本。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种红外摄像机的调光方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种红外摄像机的调光方法，包括如下步骤：
S1、通过测试获得图像感知度最为舒适、产生视频流感知度最好的图像亮度的目标数值范围；
S2、获取一帧图像亮度数值的当前值；
S3、将步骤S2图像亮度数值的当前值与步骤S1的图像亮度的目标数值范围进行比较，判断图像亮度数值的当前值是否超出图像亮度的目标数值范围；
S4、如果图像亮度数值的当前值超出图像亮度的目标数值范围，则对红外LED灯的光照进行调整，以便使图像亮度的数值回归步骤S1的图像亮度的目标数值范围内；
S5、重复步骤S2至步骤S4。
进一步，步骤S3中的亮度数值的当前值超出亮度的目标数值范围并且大于亮度的目标数值范围的最大值，在红外LED灯开启的情况下，降低红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流降低，进而降低红外LED灯的光照补偿。
进一步，步骤S1所获得亮度数值范围的最大值加上当前红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值、减去图像亮度数值的当前值，计算得出需要调整的红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值，依据计算结果降低红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流降低，进而降低红外LED灯的光照补偿。
进一步，当红外LED灯工作电压的占空比值达到最小时，获取感光元件的自动增益值并将其与红外LED灯关闭时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值小于红外LED灯关闭时的自动增益值，则开启红外滤光片关闭红外LED灯。
进一步，步骤S3中的亮度数值的当前值超出亮度的目标数值范围并且小于亮度的目标数值范围的最小值时，在红外LED灯开启的情况下，增加红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流增加，进而增加红外LED灯的光照补偿。
进一步，步骤S1所获得亮度数值范围的最小值加上当前红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值、减去图像亮度数值的当前值，计算得出需要调整的红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值，依据计算结果增加红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流增加，进而增加红外LED灯的光照补偿。
进一步，步骤S3中的亮度数值的当前值超出亮度的目标数值范围并且小于亮度的目标数值范围的最小值时，在红外LED灯关闭的情况下，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED灯开启时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间最长，则关闭红外滤光片开启红外LED灯。
进一步，步骤S3中的亮度数值的当前值未超出亮度的目标数值范围，在红外LED灯开启的情况下，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED灯开启时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间最长，则增加红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流增加，进而增加红外LED灯的光照补偿，如红外LED灯工作电压的占空比值达到最大，则停止增加。
进一步，步骤S3中的亮度数值的当前值未超出亮度的目标数值范围，在红外LED灯开启的情况下，获取感光元件的自动增益值，并将感光元件的自动增益值与红外LED关闭时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值小于红外LED灯关闭时的自动增益值，则降低红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流降低，进而降低红外LED灯的光照补偿。
进一步，如红外LED灯工作电压的占空比值达到最小，则开启红外滤光片关闭红外LED灯。
进一步，对红外LED灯工作电压的占空比值是否达到最小进行两次判断，如红外LED灯工作电压的占空比值仍为最小，则开启红外滤光片关闭红外LED灯。
进一步，步骤S3中的亮度数值的当前值未超出亮度的目标数值范围，在红外LED灯关闭的情况下，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED开启时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间达到最长，则关闭红外滤光片开启红外LED灯。
进一步，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED开启时的自动增益值进行比较，对感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间达到最长进行两次判断，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间仍为最长，则关闭红外滤光片开启红外LED灯。
本发明与现有技术相比的有益效果是：1)针对光敏电阻控制红外LED灯光强度的缺陷，利用获取图像亮度数值的当前值与测试获得图像感知度最为舒适、产生视频流感知度最好的图像亮度的目标数值范围进行比较，如超出范围，则控制红外LED灯开启、关闭或红外LED灯电流的大小，控制红外LED灯的光照补偿，以使图像亮度数值的当前值回归图像亮度的目标数值范围，实现了全天24小时无障碍监控；2)同时保证在外界环境光强不断变化的情况下监控效果基本不变，节约了能源，提高了红外摄像机的使用寿命及隐蔽效果。
附图说明
图1为本发明的工作原理流程示意图；
图2为本发明一种红外摄像机的调光方法优选实施例流程图；
图3为图2的图像亮度的当前值在图像亮度的目标数值范围内的流程图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明。
如图1所示，为本发明的工作原理流程示意图,图像的实际亮度等于自然光亮度与红外LED灯补偿亮度之和，图像捕获采用YUV数据形式(其中：Y代表亮度，UV代表色度)，数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)获取YUV数据缓存在源缓冲区，应用程序通过台湾安霸股份有限公司的IAV驱动上的API接口直接从源缓冲区中获取一帧图像的当前亮度数值，之后判断是否需要开启或关闭红外LED灯以及调整红外LED灯的工作参数进行亮度补偿。根据功率P、电压U、电流I三者之间的关系式P＝UI可知，在电压固定的情况下，红外LED灯的亮度与电流I成线性关系。因此，调节红外LED灯的亮度实际是调节红外LED灯的电流，通过调节红外LED灯的电流来调节红外LED灯的亮度补偿自然光亮度的不足，进而控制监控图像的亮度在合理的范围内。
如图2所示，为本发明一种红外摄像机的调光方法优选实施例流程图，包括如下步骤：通过测试获得图像感知度最为舒适、产生视频流感知度最好的图像亮度的目标数值范围，获取一帧图像亮度数值的当前值，将图像亮度数值的当前值与图像亮度的目标数值范围进行比较，判断图像亮度数值的当前值是否超出图像亮度的目标数值范围，如果图像亮度数值的当前值超出图像亮度的目标数值范围，则对红外LED灯的光照进行调整，以便使图像亮度的数值回归图像亮度的目标数值范围内，以获得感知度最为舒适的图像，重复操作上述流程，以获得视频流感知度最好的图像。
当亮度数值的当前值超出亮度的目标数值范围并且大于亮度的目标数值范围的最大值时，在红外LED灯开启的情况下，降低红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流降低，进而降低红外LED灯的光照补偿，使后续图像亮度数值的当前值回归亮度的目标数值范围内。
需要调整的红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值依照以下公式计算：获得亮度数值范围的最大值加上当前红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值、减去图像亮度数值的当前值，计算得出需要调整的红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值，依据计算结果降低红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流降低，进而降低红外LED灯的光照补偿。
当红外LED灯工作电压的占空比值达到最小时，无法再进一步降低红外LED灯工作电压的占空比值，此时，获取感光元件的自动增益值并将其与红外LED灯关闭时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值小于红外LED灯关闭时的自动增益值，表明光照补偿还需要进一步减弱，则开启红外滤光片关闭红外LED灯，消除红外LED灯光照补偿。
当亮度数值的当前值超出亮度的目标数值范围并且小于亮度的目标数值范围的最小值时，在红外LED灯开启的情况下，增加红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流增加，进而增加红外LED灯的光照补偿，使后续图像亮度数值的当前值回归亮度的目标数值范围内。
需要调整的红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值依照以下公式计算：获得亮度数值范围的最小值加上当前红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值、减去图像亮度数值的当前值，计算得出需要调整的红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值，依据计算结果增加红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流增加，进而增加红外LED灯的光照补偿。
当亮度数值的当前值超出亮度的目标数值范围并且小于亮度的目标数值范围的最小值时，在红外LED灯关闭的情况下，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED灯开启时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间最长，表明光照补偿还需要进一步增加，则关闭红外滤光片开启红外LED灯，增加红外LED灯的光照补偿。
当亮度数值的当前值未超出亮度的目标数值范围，在红外LED灯开启的情况下，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED灯开启时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间最长，表明光照补偿还需要进一步增加，则增加红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流增加，进而增加红外LED灯的光照补偿，以便获得更好的图像感知度效果，如红外LED灯工作电压的占空比值达到最大，则停止增加。
当亮度数值的当前值未超出亮度的目标数值范围，在红外LED灯开启的情况下，获取感光元件的自动增益值，并将感光元件的自动增益值与红外LED关闭时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值小于红外LED灯关闭时的自动增益值，表明光照补偿还需要进一步减弱，则降低红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流降低，进而降低红外LED灯的光照补偿，以便获得更好的图像感知度效果。
进一步，如红外LED灯工作电压的占空比值达到最小，无法通过降低红外LED灯工作电压的占空比值进一步降低红外LED灯的光照补偿，则开启红外滤光片关闭红外LED灯。
进一步，对红外LED灯工作电压的占空比值是否达到最小进行两次判断，如红外LED灯工作电压的占空比值仍为最小，则开启红外滤光片关闭红外LED灯，保证红外LED灯工作电压的占空比值确实为最小，无法继续通过降低红外LED灯工作电压的占空比值进一步降低红外LED灯的光照补偿。
当亮度数值的当前值未超出亮度的目标数值范围，在红外LED灯关闭的情况下，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED开启时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间达到最长，表明光照补偿还需要进一步增加，则关闭红外滤光片开启红外LED灯。
进一步，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED开启时的自动增益值进行比较，对感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间达到最长进行两次判断，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间仍为最长，则关闭红外滤光片开启红外LED灯，上述的两次判断以保证对是否开启红外LED灯做出准确判断。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (10)

1.一种红外摄像机的调光方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、通过测试获得图像感知度最为舒适、产生视频流感知度最好的图像亮度的目标数值范围；
S2、获取一帧图像亮度数值的当前值；
S3、将步骤S2图像亮度数值的当前值与步骤S1的图像亮度的目标数值范围进行比较，判断图像亮度数值的当前值是否超出图像亮度的目标数值范围；
S4、如果图像亮度数值的当前值超出图像亮度的目标数值范围，则对红外LED灯的光照进行调整，以便使图像亮度的数值回归步骤S1的图像亮度的目标数值范围内；其中，若图像亮度数值大于亮度的目标数值范围的最大值且红外LED灯处于开启的状态，降低红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流降低，进而降低红外LED灯的光照补偿，当红外LED灯工作电压的占空比值达到最小时，获取感光元件的自动增益值并将其与红外LED灯关闭时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值小于红外LED灯关闭时的自动增益值，则开启红外滤光片关闭红外LED灯；若图像亮度数值小于亮度的目标数值范围的最小值且红外LED灯处于关闭的状态，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED灯开启时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间最长，则关闭红外滤光片开启红外LED灯；
S5、重复步骤S2至步骤S4。
2.根据权利要求1所述红外摄像机的调光方法，其特征在于，步骤S1所获得亮度数值范围的最大值加上当前红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值、减去图像亮度数值的当前值，计算得出需要调整的红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值，依据计算结果降低红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流降低，进而降低红外LED灯的光照补偿。
3.根据权利要求1所述红外摄像机的调光方法，其特征在于，步骤S3中的亮度数值的当前值超出亮度的目标数值范围并且小于亮度的目标数值范围的最小值时，在红外LED灯开启的情况下，增加红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流增加，进而增加红外LED灯的光照补偿。
4.根据权利要求3所述红外摄像机的调光方法，其特征在于，步骤S1所获得亮度数值范围的最小值加上当前红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值、减去图像亮度数值的当前值，计算得出需要调整的红外LED灯工作电流对图像亮度的贡献值，依据计算结果增加红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流增加，进而增加红外LED灯的光照补偿。
5.根据权利要求1所述红外摄像机的调光方法，其特征在于，步骤S3中的亮度数值的当前值未超出亮度的目标数值范围，在红外LED灯开启的情况下，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED灯开启时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间最长，则增加红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流增加，进而增加红外LED灯的光照补偿，如红外LED灯工作电压的占空比值达到最大，则停止增加。
6.根据权利要求1所述红外摄像机的调光方法，其特征在于，步骤S3中的亮度数值的当前值未超出亮度的目标数值范围，在红外LED灯开启的情况下，获取感光元件的自动增益值，并将感光元件的自动增益值与红外LED关闭时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值小于红外LED灯关闭时的自动增益值，则降低红外LED灯工作电压的占空比值，使红外LED灯的工作电流降低，进而降低红外LED灯的光照补偿。
7.根据权利要求6所述红外摄像机的调光方法，其特征在于，如红外LED灯工作电压的占空比值达到最小，则开启红外滤光片关闭红外LED灯。
8.根据权利要求7所述红外摄像机的调光方法，其特征在于，对红外LED灯工作电压的占空比值是否达到最小进行两次判断，如红外LED灯工作电压的占空比值仍为最小，则开启红外滤光片关闭红外LED灯。
9.根据权利要求1所述红外摄像机的调光方法，其特征在于，步骤S3中的亮度数值的当前值未超出亮度的目标数值范围，在红外LED灯关闭的情况下，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED开启时的自动增益值进行比较，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间达到最长，则关闭红外滤光片开启红外LED灯。
10.根据权利要求9所述红外摄像机的调光方法，其特征在于，获取感光元件的自动增益值及感光元件的曝光时间，并将感光元件的自动增益值与红外LED开启时的自动增益值进行比较，对感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间达到最长进行两次判断，如感光元件的自动增益值大于红外LED灯开启时的自动增益值并且感光元件的曝光时间仍为最长，则关闭红外滤光片开启红外LED灯。
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