CN104702850A - 一种互补金属氧化物半导体摄像机及其补光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CMOS摄像机及其补光方法:获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间;根据获取到的信息确定出频闪周期;按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,利用补光灯为每帧图像进行补光,所述占空比大于0且小于1。应用本发明所述方案,能够提高补光效率和延长补光灯的使用寿命等。

Description

一种互补金属氧化物半导体摄像机及其补光方法
技术领域
本发明涉及视频监控领域,特别涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS,Complementary Metal Oxide Semiconductor)摄像机及其补光方法。
背景技术
随着CMOS加工工艺的改进和提高,并考虑到CMOS的价格优势,在视频监控领域中,采用CMOS图像传感器(Sensor)的CMOS摄像机得到了越来越广泛的应用。
为了提高成像效果,在某些情况下,会需要对CMOS摄像机进行补光,现有技术中,通常采用常亮补光灯来对CMOS摄像机进行补光。
也就是说,在补光灯开启之后,到关闭之前,其将一直处于点亮状态,而在实际应用中,其实是不需要时时刻刻均对CMOS摄像机进行补光的,真正需要补光的只是某些特定时刻,相应地,则会导致补光效率低下,并降低了补光灯的使用寿命。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种CMOS摄像机及其补光方法,能够提高补光效率和延长补光灯的使用寿命。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种CMOS摄像机的补光方法,所述CMOS摄像机为采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机,包括:
获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间;
根据获取到的信息确定出频闪周期;
按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,利用补光灯为每帧图像进行补光,所述占空比大于0且小于1。
一种CMOS摄像机,所述CMOS摄像机为采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机,包括:补光控制模块和补光灯;
所述补光控制模块,用于获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间;根据获取到的信息确定出频闪周期;按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,控制所述补光灯为每帧图像进行补光,所述占空比大于0且小于1。
可见,采用本发明所述方案,补光灯无需一直处于点亮状态,而是仅在需要时才处于点亮状态,其它时间则处于关闭状态,从而提高了补光效率,而且减少了补光灯的功耗和发热等,延长了补光灯的使用寿命等。
附图说明
图1为现有卷帘快门曝光方式示意图。
图2为本发明CMOS摄像机的补光方法实施例的流程图。
图3为现有每帧图像数据的输出波形示意图。
图4为本发明补光方式示意图。
图5为本发明CMOS摄像机实施例的组成结构示意图。
具体实施方式
CMOS摄像机的曝光方式通常分为以下两种:全局快门(Global Shutter)和卷帘快门(Rolling Shutter)。在实际应用中,大多数的CMOS摄像机都会采用卷帘快门曝光方式。
图1为现有卷帘快门曝光方式示意图。如图1所示,清除电荷和读出电荷并行工作,对于每行像素,读出电荷(Read Time)和清除电荷(Reset Time)的时间差即为曝光时间(Exposure Time);对于任一像素,电荷数据的清零和读出都是串行的,因此清零、曝光、读出也只能逐行顺序进行。
本发明所述方案即主要适用于采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机。
为了使本发明的技术方案更加清楚、明白,以下参照附图并举实施例,对本发明所述方案作进一步的详细说明。
图2为本发明CMOS摄像机的补光方法实施例的流程图。如图2所示,包括以下步骤:
步骤21:获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间;
步骤22:根据获取到的信息确定出频闪周期;
步骤23:按照确定出的频闪周期以及预先设定的占空比,利用补光灯(频闪灯)为每帧图像进行补光,所述占空比大于0且小于1。
假设CMOS摄像机的帧率为25fps,那么,帧间隔时间即为1/25=40ms。
帧间隔时间可表示为:F*Tpixclk,每行像素的曝光时间可表示为:S*Tpixclk。
其中,Tpixclk表示输出一个像素点的时钟周期。
F和S均为正整数,且F>S,F和S的具体取值均根据CMOS摄像机的实际工作参数等而定。
另外,假设补光灯的占空比为25%,点亮时间为x,那么,补光灯的频闪周期即为:x+3x=4x。
基于上述介绍,所述根据获取到的信息确定出补光灯的频闪周期的方式可如下所示。
1)F和S之间非互质(即存在除1之外的其它公约数)
这种情况下,可求取F和S之间的最大公约数T1,即有:GCD(F,S)=T1,GCD()表示求取最大公约数;
从T1的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与Tpixclk的乘积,将计算结果作为频闪周期,具体选择哪个因数可根据实际需要而定。
举例说明:
假设T1的取值为10,而10的因数包括:1、2、5和10,那么,可将1*Tpixclk、2*Tpixclk、5*Tpixclk以及10*Tpixclk中的一个作为频闪周期。
2)F和S之间互质
对于这种情况,可采用以下两种处理方式。
方式一
对S的取值进行微调,使得微调后的S和F之间非互质,并获取F和微调后的S之间的最大公约数T2;所述微调即指调整幅度较小,而且可以是向大调整,也可以是向小调整;
从T2的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与Tpixclk的乘积,将计算结果作为频闪周期。
T2和T1可能相同,也可能不同。
方式二
从位于F-B到F之间的各正整数中选定一个与S之间非互质的正整数F1,B为正整数,且B<F,B*Tpixclk为每帧图像中的帧消隐时间,并获取F1和S之间的最大公约数T3,即有:GCD(F1,S)=T3;
从T3的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与Tpixclk的乘积,将计算结果作为频闪周期。
如果位于F-B到F之间的各正整数中与S之间非互质的正整数的个数大于1,那么可随机选择一个作为F1。
T3和T2可能相同,也可能不同;同样,T3和T1可能相同,也可能不同。
图3为现有每帧图像数据的输出波形示意图。如图3所示,帧消隐期间的数据本质上是无效数据。
在确定出频闪周期之后,可根据频闪周期以及预先设定的占空比,利用补光灯为每帧图像进行补光。
本发明所述方案中的占空比需要大于0且小于1,如果等于0,则相当于未进行补光,如果等于1,则相当于现有技术中的常亮补光方式。
图4为本发明补光方式示意图。补光灯在工作电压、工作电流和点亮时间均相同的状态下,每次点亮的能量都相同,为每行像素贡献的补光能量也都相同。
另外,理论上来将,针对每帧图像,可一直按照本发明所述的方式进行补光,即从该帧图像的第一行曝光开始到该帧图像结束,按照确定出的频闪周期以及预先设定的占空比,利用补光灯为该帧图像进行补光。
但是,考虑到帧消隐期间是不需要进行补光的,因此为了节省能量等,可针对每帧图像,分别进行如下处理:从该帧图像的第一行曝光开始到F1*Tpixclk的时段内,按照确定出的频闪周期以及预先设定的占空比,利用补光灯为该帧图像进行补光,在剩余时段内,关闭补光灯。
所述补光灯通常为发光二极管(LED,Light Emitting Diode)灯。
基于上述介绍,图5为本发明CMOS摄像机实施例的组成结构示意图。如图5所示,包括:补光控制模块和补光灯;
补光控制模块,用于获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间;根据获取到的信息确定出频闪周期;按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,控制补光灯为每帧图像进行补光,所述占空比大于0且小于1。
其中,
所述帧间隔时间为:F*Tpixclk;所述每行像素的曝光时间为:S*Tpixclk;
所述F和所述S均为正整数,且F>S,所述Tpixclk表示输出一个像素点的时钟周期;
当所述F和所述S之间非互质时,补光控制模块可求取所述F和所述S之间的最大公约数T1,并从所述T1的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积,将计算结果作为所述频闪周期。
另外,
补光控制模块可进一步用于,当所述F和所述S之间互质时,对所述S的取值进行微调,使得微调后的S和所述F之间非互质,并获取所述F和微调后的S之间的最大公约数T2;从所述T2的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积,将计算结果作为所述频闪周期。
或者,
补光控制模块可进一步用于,当所述F和所述S之间互质时,从位于F-B到F之间的各正整数中选定一个与所述S之间非互质的正整数F1,所述B为正整数,且B<F,B*Tpixclk为每帧图像中的帧消隐时间,并获取所述F1和所述S之间的最大公约数T3;从所述T3的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积,将计算结果作为所述频闪周期。
再有,
补光控制模块还可进一步用于,针对每帧图像,从该帧图像的第一行曝光开始到F1*Tpixclk的时段内,按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,控制补光灯为该帧图像进行补光,在剩余时段内,控制补光灯关闭。
在实际应用中,除了上述补光控制模块和补光灯之外,CMOS摄像机中还会进一步包括一些其它组成部分,如图5中所示的CMOS图像传感器和曝光控制模块等。
其中,CMOS图像传感器,用于进行光电转换,采集视频图像;
曝光控制模块,用于控制CMOS图像传感器的曝光;
CMOS图像传感器和曝光控制模块的具体实现均和现有技术中相同,不再赘述。
补光控制模块可从CMOS图像传感器中获取帧间隔时间信息,从曝光控制模块中获取每行像素的曝光时间信息。
特殊地,如果补光控制模块对S的取值进行了微调,那么补光控制模块可将微调后的S通知给曝光控制模块,相应地,曝光控制模块可按照微调后的S来控制CMOS图像传感器的曝光。
总之,采用本发明所述方案,补光灯无需一直处于点亮状态,而是仅在需要时才处于点亮状态,其它时间则处于关闭状态,从而提高了补光效率,而且减少了补光灯的功耗和发热等,延长了补光灯的使用寿命;另外,当补光灯一直处于点亮状态时,补光灯的工作电流不能太大,否则可能导致补光灯被烧坏,因此补光灯的工作电流通常较小,而采用本发明所述方案后,当补光灯处于点亮状态时,其工作电流可远大于补光灯一直处于点亮状态时的工作电流,如可是其4倍,即可使得补光灯瞬间高亮,由于点亮时间较短,因此并不会导致补光灯被烧坏,但却可以使图像中高速运动的物体进行瞬间固化,从而提高了图像效果等。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种互补金属氧化物半导体CMOS摄像机的补光方法,所述CMOS摄像机为采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机,其特征在于,包括:
获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间;
根据获取到的信息确定出频闪周期;
按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,利用补光灯为每帧图像进行补光,所述占空比大于0且小于1。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述帧间隔时间为:F*Tpixclk;所述每行像素的曝光时间为:S*Tpixclk;
所述F和所述S均为正整数,且F>S,所述Tpixclk表示输出一个像素点的时钟周期;
所述根据获取到的信息确定出频闪周期包括:
当所述F和所述S之间非互质时,求取所述F和所述S之间的最大公约数T1;
从所述T1的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积,将计算结果作为所述频闪周期。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,
该方法进一步包括:
当所述F和所述S之间互质时,对所述S的取值进行微调,使得微调后的S和所述F之间非互质,并获取所述F和微调后的S之间的最大公约数T2;
从所述T2的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积,将计算结果作为所述频闪周期。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,
该方法进一步包括:
当所述F和所述S之间互质时,从位于F-B到F之间的各正整数中选定一个与所述S之间非互质的正整数F1,所述B为正整数,且B<F,B*Tpixclk为每帧图像中的帧消隐时间,并获取所述F1和所述S之间的最大公约数T3;
从所述T3的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积,将计算结果作为所述频闪周期。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,
所述按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,利用补光灯为每帧图像进行补光包括:
针对每帧图像,从该帧图像的第一行曝光开始到F1*Tpixclk的时段内,按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,利用补光灯为该帧图像进行补光,在剩余时段内,关闭所述补光灯。
6.一种互补金属氧化物半导体CMOS摄像机,所述CMOS摄像机为采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机,其特征在于,包括:补光控制模块和补光灯;
所述补光控制模块,用于获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间;根据获取到的信息确定出频闪周期;按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,控制所述补光灯为每帧图像进行补光,所述占空比大于0且小于1。
7.根据权利要求6所述的CMOS摄像机,其特征在于,
所述帧间隔时间为:F*Tpixclk;所述每行像素的曝光时间为:S*Tpixclk;
所述F和所述S均为正整数,且F>S,所述Tpixclk表示输出一个像素点的时钟周期;
当所述F和所述S之间非互质时,所述补光控制模块求取所述F和所述S之间的最大公约数T1,并从所述T1的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积,将计算结果作为所述频闪周期。
8.根据权利要求7所述的CMOS摄像机,其特征在于,
所述补光控制模块进一步用于,当所述F和所述S之间互质时,对所述S的取值进行微调,使得微调后的S和所述F之间非互质,并获取所述F和微调后的S之间的最大公约数T2;从所述T2的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积,将计算结果作为所述频闪周期。
9.根据权利要求7所述的CMOS摄像机,其特征在于,
所述补光控制模块进一步用于,当所述F和所述S之间互质时,从位于F-B到F之间的各正整数中选定一个与所述S之间非互质的正整数F1,所述B为正整数,且B<F,B*Tpixclk为每帧图像中的帧消隐时间,并获取所述F1和所述S之间的最大公约数T3;从所述T3的各因数中选定一个因数,计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积,将计算结果作为所述频闪周期。
10.根据权利要求9所述的CMOS摄像机,其特征在于,
所述补光控制模块进一步用于,针对每帧图像,从该帧图像的第一行曝光开始到F1*Tpixclk的时段内,按照所述频闪周期以及预先设定的占空比,控制所述补光灯为该帧图像进行补光,在剩余时段内,控制所述补光灯关闭。
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