CN104349041B

CN104349041B - 光量调整方法

Info

Publication number: CN104349041B
Application number: CN201310334764.XA
Authority: CN
Inventors: 刘岩昭; 万慧; 杨宏春; 大薮觉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Epro Japan Co ltd
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2019-05-17
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: CN104349041A

Abstract

本发明涉及光量调整方法，本发明以提供一种能够不受摄像机镜头的视角影响地拍摄到能够准确地确认监视对象的图像的摄像装置为目的。本发明的光量调整方法是一种具备光源的摄像装置的光量调整方法，包括获取由所述摄像装置拍摄到的图像的步骤，将所述图像划分为多个块的步骤，测定从所述图像的一端到另一端的多个所述块的亮度的步骤，以及基于测定的多个所述块中最大亮度与最小亮度之间的差来调整所述光源的光量的步骤。

Description

光量调整方法

技术领域

本发明涉及一种用于监控摄像机系统等的光量调整方法。

背景技术

在现有的摄像装置（摄像机）中，存在在镜头周围安装光源（红外LED），并将摄像机镜头与红外LED一体化，从而能够不分昼夜地进行监控的摄像机（例如：参考专利文献1）

发明内容

技术问题

在上述现有技术中，根据摄像机的不同，需要根据拍摄地点调整摄像机镜头的视角，因为调整视角后拍摄到的图像可能会过亮或过暗等，产生不能够准确地拍摄监控对象的问题。

本发明鉴于上述现有问题，以提供一种能够不受摄像机镜头视角的影响，准确地拍摄监控对象图像的摄像装置为目的。

解决方案

本发明的光量调整方法是一种具备光源的摄像装置的光量调整方法，包括：获取由所述摄像装置拍摄到的图像的步骤，将所述图像划分为多个块的步骤，测定从所述图像的一端到另一端的多个所述块的亮度的步骤，以及基于测定的多个所述块中的最大亮度与最小亮度之间的差来调整所述光源的光量的步骤。

发明有益效果

根据本发明的光量调整方法，能够不受摄像机镜头视角的影响，准确地拍摄监控对象图像。

附图说明

图1是本发明的实施例中的监控摄像机系统的外观图。

图2是本发明的实施例中的监控摄像机的框图。

图3是本实施例中的视角推定部的处理流程图。

图4是本实施例中的扫描的概念图。

图5是本实施例中的噪点处理的流程图。

图6是本实施例中的图像的概念图。

图7是本发明的实施例中的LED控制部的流程图。

具体实施方式

本发明的光量调整方法是一种具备光源的摄像装置的光量调整方法，包括获取由所述摄像装置拍摄到的图像的步骤，将所述图像划分为多个块的步骤，测定从所述图像的一端到另一端的多个所述块的亮度的步骤，以及基于测定的多个所述块中的最大亮度与最小亮度之间的差来调整所述光源的光量的步骤。由此，能够不受摄像机镜头视角的影响，准确地拍摄监控对象图像。

此外，被测定亮度的多个所述块是在所述图像的对角线上的块，由此能够准确地测定图像中的亮度变化，从而能够有效地进行光源的光量调整。

此外，基于所述最大亮度与最小亮度之间的差，对所述测定的多个块的亮度进行推定，并基于推定的亮度调整所述光源的光量，由此能够在抑制亮度测定时的噪点影响的同时有效地进行光源的光量调整。

实施例

下面利用附图对本发明的摄像装置进行说明。在本实施例中，以安装红外LED的模拟监控摄像机为例进行说明，但也同样适用于其他摄像机。

首先，利用图1对监控摄像机的外观进行说明。

在图1中，监控摄像机1是与外壳一体化的一体型的监控摄像机，其在镜头2的周围设置有红外LED3。此外，通过使可动部4旋转，来调整监控摄像机1的变焦倍率。

调整变焦倍率时，拍摄范围会发生变化，因此镜头2的视角与变焦倍率对应地变化。

接着，利用图2对监控摄像机1的详细情况进行说明。

在图2中，监控摄像机1通过镜头2由摄像部5获取图像，并用发送部6将由该监控摄像机1拍摄的图像（视频）发送给例如PC等。

根据摄像部5获取的图像，利用视角推定部7推断镜头2的视角，LED控制部8基于该结果控制红外LED3的光量。

照度传感器9检测监控摄像机1的周边的亮度，并通知LED控制部8。

接着，对于各个单元部分进行详细说明。

镜头2是摄像部5拍摄用的光学系统，由多个镜头部件构成，通过操作可动部4改变变焦倍率。

红外LED3是照射波长为800nm左右的红外光的光源，红外LED3的开启、关闭以及光量由LED控制部8控制。

摄像部5由CCD，CMOS等构成，例如，如果是CCD，则能够检测波长为约300nm～约900nm的光，包括红外光。

发送部6将由摄像部5获取的图像转换为适合发送的形式并通过同轴电缆发送给位于监控室等中的接收装置，从而在监控室中能够确认监控摄像机1拍摄的图像。

在本实施例中，将监控摄像机1作为模拟监控摄像机进行说明，因此像上述那样由同轴电缆连接，但如果是数码监控摄像机时，可以利用发送部6进行数字转换，并进行编码后，通过LAN电缆等发送。

使由摄像部5拍摄到的图像的亮度最佳化，有多种方法，但在本实施例中通过改变红外LED3的光量来使拍摄的图像的亮度达到最佳。

但是，监控摄像机1通过使用者操作可动部4来改变变焦倍率，调整视角，而监控摄像机1无法获知镜头2此时的视角。

因此，为了获知镜头2此时的视角而设置了视角推定部7。视角推定部7基于由摄像部5拍摄到的图像，输出红外LED3的光量调整所需要的数据（与视角相应的数据），其详细内容会在后面描述。

LED控制部8利用上述视角推定部7输出的数据，对红外LED3进行PWM（脉冲宽度调制）控制，调整红外LED3的光量，以使图像的亮度达到最佳。

照度传感器9能够检测可见光（380nm～780nm），不能检测红外LED3的光。

以下详细说明本实施例的监控摄像机的动作。

首先，说明红外LED3的发光条件。监控摄像机1白天时关闭红外LED3进行拍摄，夜间等光线变暗时，开启红外LED3进行拍摄。

该切换的原理是根据摄像部5和照度传感器9的感光特性判定（摄像部5能够检测波长为约300nm～约900nm的光，照度传感器9能够检测波长为380nm～780nm的光（可见光））。当摄像部5及照度传感器9检测到的光量都小于规定值时，利用LED控制部8开启红外LED3。

另一方面，关闭红外LED3的条件只需要由照度传感器9决定，当照度传感器9检测到的光量大于规定值时，红外LED3关闭。

照度传感器9不能检测红外LED3的光。因此，利用照度传感器9检测监控摄像机1周围的亮度，并使红外LED3关闭。

接着，使用图3～图6详细说明视角推定部7的处理。

首先，从摄像部5获取用于推定视角的图像（步骤101）。

接着，以等间隔将该图像划分为规定的块数（步骤102）。在本实施例中，如图4所示，划分为纵向6块，横向8块的共48块。

扫描该划分的图像（步骤103）。在本实施例中，具体来说如图4所示，按照图4的A方向及B方向（对角线）扫描划分的块，并分别得到A方向的扫描亮度数据及B方向的扫描亮度数据。

此处，扫描是指分别测定划分的块的亮度，按照图4的A方向及B方向逐块地测定块的亮度，按照如下方式整理该扫描的块的亮度数据（扫描亮度数据），例如，按照A方向扫描的亮度数据为A[1]、A[2]、…A[i]、…A[n]（i为1以上的整数，本实施例中n=8），按照B方向扫描的亮度数据为B[1]、B[2]、…B[i’]、…B[n’]（i’为1以上的整数，本实施例中n’=8）。

另外，按照图4的A方向和B方向对角线进行两次扫描是为了更准确地获取用于视角推定的图像的亮度变化，也可按照各种环境适当改变扫描方法，如仅进行一次扫描或按照图像的纵向或横向进行扫描。

另外，可以扫描图像中的红外LED3的中心照射的部分（本实施例中为图像的中心）和远离该中心的部分（本实施例中为四角），但不一定要采用直线扫描方式，也可以采用曲线扫描方式。还可以采用全扫描方式，扫描所有的划分块，选取相应的部分。

接着，对于扫描的亮度数据，进行如图5所示的噪点处理（步骤104）。之后的处理按照A方向的扫描亮度数据及B方向的扫描亮度数据分别进行，之后的说明以A方向的扫描亮度数据为例进行说明，但是B方向的扫描亮度数据按照同样的方法进行处理。

使用图5详细说明噪点处理。

首先，从i=1的扫描亮度数据（A[1]）开始按照顺序进行处理（步骤201）。

接着，检查是否i≤n/2（步骤202），i小于或等于n/2时进入步骤203，i大于n/2时进入步骤207。

如上分支的理由是，在本实施例的构成中，红外LED3配置在镜头2的周围，因此拍摄到的图像的中心的亮度高（明亮），端部的亮度低（较暗），扫描亮度数据的亮度分布为山形（在中心具有峰值）。

因此，根据该扫描亮度数据的亮度分布，分为2个部分进行处理：步骤203～步骤206的单调增加时的扫描亮度数据的噪点判定和步骤207～步骤210的单调减少时的噪点判定。

详细说明单调增加时的噪点判定处理。

比较当前扫描亮度数据A[i]和下一个扫描亮度数据A[i+1]的大小，A[i]大时，进入步骤204，A[i+1]≥A[i]时，判断A[i]不是噪点数据并进入步骤211（步骤203）。

在步骤204中，进一步，比较当前扫描亮度数据A[i]和再下一个扫描亮度数据A[i+2]，A[i+2]大时，判断A[i+1]是噪点数据（步骤205），A[i]≥A[i+2]时，判断A[i]是噪点数据（步骤206）并进入步骤211。

详细说明单调减少时的噪点判定处理。

比较当前扫描亮度数据A[i]和下一个扫描亮度数据A[i+1]的大小，A[i]小时，进入步骤208，A[i+1]≤A[i]时，判断A[i]不是噪点数据并进入步骤211（步骤207）。

在步骤208中，进一步，比较当前扫描亮度数据A[i]和再下一个扫描亮度数据A[i+2]，A[i+2]小时，判断A[i+1]是噪点数据（步骤209），A[i]≤A[i+2]时，判断A[i]是噪点数据（步骤210）并进入步骤211。

在步骤211中，使i+1，反复进行上述噪点判定处理直至i=n-1（步骤212）。

全部的噪点判定处理完成后，判定是否需要进行噪点修正（步骤213）。噪点修正是指，所有的扫描亮度数据中的一个扫描亮度数据被判定为噪点数据时，用紧邻噪点数据之前的扫描亮度数据和紧邻其后的扫描亮度数据这两个扫描亮度数据的平均置换该扫描亮度数据而进行修正（步骤214）。

但是，不是山形的亮度分布，而是波形的亮度分布等不能进行单纯补正时，不进行上述噪点数据修正而输出原来的扫描亮度数据。

另外，在本实施例中将流程分为在中心单调增加的情况和单调减少的情况进行判断，但是红外LED3另外布局等情况下，在图像的中心不存在亮度最大的部分，可以以测定的亮度最大的部分为中心，自动的将流程分开进行噪点处理，或者可以预先设定好在某处亮度从单调增加变成单调减少，并以该处为中心将流程分开进行噪点处理。总之，可以根据镜头2及红外LED3的配置等适当调整。

回到图3，根据经过噪点处理后的扫描亮度数据，算出视角推定值（max_min_offset）（步骤105）。具体来说，即求出扫描亮度数据的最大值与最小值之间的差。

此处使用图6说明扫描亮度数据的最小值与最大值之间的差为视角推定值的理由。图6是扫描理想图像的对角线时的亮度分布，实际的亮度分布受拍摄的物体及噪点等的影响而与图6所示的亮度分布有所不同。

图6（a）是镜头2设定为广角（WIDE）时，图6（b）是镜头2设定为窄角（TELE）时。广角时，监控摄像机1拍摄较广的范围，因此如图6（a）那样仅图像的中心明亮，端部的亮度变小。而窄角时，监控摄像机1拍摄较窄的范围，因此如图6（b）那样，图像整体较明亮，端部的亮度并没有明显变小。

也就是说，因为视角（广角、窄角）不同，特别是图像端部的亮度不同，广角时端部较暗，窄角时端部较明亮，而中心的亮度没有因视角不同而有太大的变化，因此扫描亮度数据的最大值与最小值之间的差因视角不同而不同。

因此，通过取得扫描亮度数据的最大值与最小值之间的差，可以推断镜头2的视角。

接着，利用下述式1从视角推定值算出推定亮度系数K(k)（步骤106）。

K(k)＝max_min_offset×M(k)+L 式（1）

此处，max_min_offset为上述视角推定值，k为1以上的整数，并且1≤k≤m（m表示最大亮度块数，1≤m≤n，在本实施例中，m为5），M(k)是基于k的变量，L是常数。M(k)、L由以下因素决定：镜头2的种类、红外LED3的种类、相对镜头2的摄像范围的红外LED3的入射角度、以及镜头2及红外LED3的相对位置。

具体来说，利用式（2）所示的M(k)、L算出推定亮度系数K(k)。

式（2）

利用上述条件，max_min_offset视角推定值=1.0时，K(k)为下述式（3）所示。

式（3）

通过上述计算，可以从视角推定值算出推定亮度系数K(k)，从而可以基于扫描的亮度的最大值和最小值得到如图6所示的理想的亮度分布的一部分。也就是说能够得到减小噪点影响后的推定亮度。

进一步地，根据用式（1）求出的推定亮度系数K(k)利用下述式（4）算出加权平均亮度（ave_high）（步骤107）。

式（4）

high(k)是按照值从大到小的顺序排列的噪点补正后的扫描亮度数据，high(1)≥high(2)≥·····high(n)。

根据high(k)和K(k)算出加权平均亮度。

这样，根据实际的扫描亮度数据high(k)和利用视角推定值算出的推定亮度系数，算出加权平均亮度，由此可以抑制加权平均亮度中图像的噪点影响。

进一步地，因为对扫描亮度数据进行了噪点处理，并根据噪点处理后的扫描亮度数据算出视角推定值，所以可以进一步抑制图像的噪点影响。

视角推定部7将算出的加权平均亮度发送给LED控制部8（步骤108）。

另外，在本实施例中，相对于扫描时扫描了8块，在计算加权平均亮度时，为了简化只使用了5块，可以使用全部，也可以使用较少的数量。

另外，视角推定部7的视角推定没有必要每次都进行，在操作了可动部4后进行即可。因此，例如按压设置在监控摄像机1上的开关后进行视角推定部7的处理即可。

此外，视角推定部7还进行除上述视角推定处理之外如下的其他动作，其对从摄像部5接收的图像，对在视角推定处理中没有扫描的每个块进行亮度测定，计算所有块的扫描亮度数据的平均即整体图像平均亮度，并将该整体图像平均亮度发送给LED控制部8。

与整体图像平均亮度相关的计算在调整红外LED3的光量时根据情况需要进行。

接着，利用图7说明LED控制部8的动作。用于图7中的控制的目标值有两个，整体图像平均亮度的目标值作为目标值1（在本实施例中为12），上述算出的加权平均亮度的目标值作为目标值2（在本实施例中为56）。

首先，判定整体图像平均亮度相对于预先设定的目标值1是明亮还是较暗（步骤301）。具体来说，整体图像平均亮度小于目标值1（较暗）时，进入步骤302，整体图像平均亮度大于或等于目标值1（明亮）时，进入步骤308。

整体图像平均亮度小于目标值1（较暗）时，首先判断目标值1与整体图像平均亮度的差是否较大（步骤302）。具体来说，判定从目标值1中减去整体图像平均亮度后的值是否大于规定的值H₁，如果大于则进入步骤303，如果小于或等于则进入步骤304。在本实施例中，H₁为目标值1的一半（在本实施例中为6）。

从目标值1中减去整体图像平均亮度后的值大于规定的值H₁时，判断需要大幅增加红外LED3的光量，根据加权平均亮度使红外LED3的光量大幅增加（在本实施例中+16）（步骤303），并结束处理。

此处，说明根据视角推定值调整光量的理由。视角因被拍摄对象的距离不同而不同，因此通过推断视角，一定程度上可以推断与被拍摄对象的距离。

也就是说，可以推定红外LED3和被拍摄对象之间的距离，因此可以按照该距离调整红外LED3的光量。

在步骤304中，判定图像内其他块是否存在非常明亮的部分，即判定视角是否为窄角且图像较暗。具体来说，加权平均亮度比目标值2小，且加权平均亮度与整体图像平均亮度之间的差的绝对值比规定的值O₁（在本实施例中为32）小时，进入步骤305，除此之外，进入步骤306。

满足上述条件时（窄角且较暗时），判定加权平均亮度是否小于减去规定的值r之后的目标值2（步骤305），小于时，进入步骤303，大于或等于时，进入步骤307。

此处，规定的值r是为了防止摄像机因亮度快速调整出现闪烁而设定的值（在本实施例中为9）。

在步骤306中，从目标值1中减去整体图像平均亮度后的值大于规定的值L₁（在实施例中为2）时，使红外LED3的光量小幅增加（在本实施例中+1）（步骤307），并结束处理，从目标值1中减去整体图像平均亮度后的值小于或等于规定的值L₁时，不进行亮度调整就结束处理。

接着，整体图像平均亮度大于或等于目标值1（明亮）时，首先判断目标值1与整体图像平均亮度的差是否较大（步骤308）。具体来说，判定从整体图像平均亮度中减去目标值1后的值是否大于规定的值H₂，如果大于则进入步骤309，如果小于或等于则进入步骤310。在本实施例中，H₂为26。

从整体图像平均亮度中减去目标值1后的值大于规定的值H₂时，判断需要大幅减少红外LED3的光量，根据加权平均亮度使红外LED3的光量大幅减少（在本实施例中-16）（步骤309），并结束处理。

在步骤310中，判断是否存在非常明亮的部分，即判定是否为广角或图像局部明亮（步骤310）。具体来说，加权平均亮度大于目标值2，或者加权平均亮度与整体图像平均亮度之间的差的绝对值大于规定的值O₂（在本实施例中为32）时，进入步骤311，除此之外，进入步骤312。

满足上述条件时（广角，或图像局部明亮时），判定加权平均亮度是否大于加上规定的值r之后的目标值2（步骤311），大于时，进入步骤309，小于或等于时，使红外LED3的光量小幅减小（本实施例中-1）（步骤313），并结束处理。

此处，规定的值r是为了防止摄像机因亮度快速调整出现闪烁（在本实施例中为9）而设定的值。

在步骤312中，从整体图像平均亮度中减去目标值1后的值大于规定的值L₂（在实施例中为2）时，进入步骤313，从整体图像平均亮度减去目标值1后的值小于或等于规定的值L₂时，不进行亮度调整就结束处理。

以上描述了LED控制部8的控制步骤，需要注意的是，上述描述中H₁、H₂、O₁、O₂、L₁、L₂等的数值仅是示例，其可按照实际使用场所（室内、室外）、LED光源的功率、LED光源的照射角度等因素进行调整。

另外，在红外LED3点亮的期间，反复进行亮度调整（图7的处理），此时，整体图像平均亮度和加权平均亮度不断计算。

另外，对于加权平均亮度按照式（4）的high(k)进行再次计算。因此，视角推定值和推定亮度系数在反复处理时为固定值。

图7的处理结束后，重新计算整体图像平均亮度和加权平均亮度，反复进行图7的处理以接近目标值1。

这样通过以目标值和广角/窄角来分开处理的亮度调整，考虑了图像内的亮度分布的问题。

例如，即使整体图像平均亮度相同，在如图6（a）的广角的情况和如图6（b）的窄角的情况下，峰值部分的亮度也不同。因此，需要进行判别进行不同的处理。

另外，红外LED3的光量的调整数值（在本实施例中为16或1）根据镜头2的视角等条件来决定。

通过利用基于视角推定值算出的加权平均亮度，调整红外LED3的光量，可以有效地进行调整。

另外，在上述构成中，可以在摄像部5前面设置截止可见光仅使红外光通过的红外滤光片，使摄像部5仅接收红外光，从而能够抑制夜间街灯及机动车前照灯等其他光源的影响，进行更正确的视角推定，有效地进行红外LED3的光量调整。

另外，调整图像亮度的方法有多种，例如可以进行图像处理，或变更监控摄像机1的光圈等。

但是，进行图像处理时是改变图像的亮度，并不能改变拍摄到的图像本身，因此在曝光过度时，某一定亮度以上为相同亮度，因此用图像处理不能将曝光过度的图像补正为理想的图像，同样的，在曝光不足时，某一定亮度以下为相同亮度，因此用图像处理不能将曝光不足的图像补正为理想的图像。

此外，在调整光圈时，需要另外设置光圈调整机构，调整曝光时间时对图像的帧频等有影响。

对此，如果如本实施例那样调整红外LED3，不存在上述问题，并且红外LED3在不需要光源时可自动关闭，能够延长红外LED3的使用寿命，并可以降低监控摄像机1的耗电。

另外，在本实施例中说明了如图1所示的壳体一体化的摄像机，半球型等也可以，红外LED3另外单独设置也可以。

此外，可以使用加权平均亮度进行黑点校正。

进一步地在本实施例中，使图像整体的平均亮度接近目标值，但是也可以利用动作检测，人脸检测等图像识别技术，使特定的块接近目标亮度。

工业实用性

本发明的通信系统用于带光源的监控摄像机。

附图标记列表

1 监控摄像机

2 镜头

3 红外LED

4 可动部

5 摄像部

6 发送部

7 视角推定部

8 LED控制部

9 照度传感器

引证文件列表

专利文献

专利文献1：日本特开平7-177495号公报

Claims

1.一种光量调整方法，其为具备光源的摄像装置的光量调整方法，其特征在于，包括：

获取由所述摄像装置拍摄到的图像的步骤；

将所述图像划分为多个块的步骤；

测定从所述图像的一端到另一端的多个所述块的亮度的步骤；以及

基于测定的多个所述块中的最大亮度与最小亮度之间的差计算多个所述块中的至少一部分的推定亮度系数，根据所述至少一部分所述块的所测定的亮度和所述推定亮度系数来计算加权平均亮度，并且基于所述加权平均亮度来调整所述光源的光量的步骤。

2.如权利要求1所述的光量调整方法，其特征在于，

被测定亮度的多个所述块是所述图像的对角线上的块。