CN105554380A - 一种昼夜切换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种昼夜切换方法及装置，应用于摄像机上，该方法包括：当摄像机工作在彩色模式下时，根据第一图像的纹理特征计算所述第一图像的第一图像质量因子，所述第一图像为摄像机当前采集的图像；当所述第一图像质量因子小于预设的第一质量阈值时，从彩色模式切换到黑白模式；当摄像机工作在黑白模式下时，根据所述第一图像的亮度特征计算所述第一图像的第二图像质量因子；当所述第二图像质量因子大于或等于预设的第二质量阈值时，从黑白模式切换到彩色模式。通过本申请可确定出更加直观、合理的昼夜切换时机，降低昼夜切换的误判率，提升图像质量。

Description

一种昼夜切换方法及装置

技术领域

本申请涉及视频监控技术领域，尤其涉及一种昼夜切换方法及装置。

背景技术

在监控摄像机领域中，昼夜切换机制使摄像机在白天和黑夜均可拍摄到清晰图像，但昼夜切换灵敏度(切换时机)同样会影响图像质量。现有技术方案主要通过以下两种方式确定昼夜切换时机：

方式一，通过增益确定切换时机。增益与曝光模式相关，当曝光模式变化时，增益也随之变化，简单的增益判断机制无法保证正常切换；此外，即使在曝光模式固定的情况下，也容易出现反复切换的风险。

方式二，通过曝光估算环境亮度值确定昼夜切换时机。该处理方式在环境亮度相同的情况下，也会由于曝光模式的不同估算出不同的环境亮度，且不区分可见光和红外光对画面亮度的贡献程度，统一使用曝光模式进行估算，因此，导致昼夜切换不准确。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种昼夜切换方法及装置。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

本申请提供一种昼夜切换方法，应用于摄像机上，该方法包括：

当摄像机工作在彩色模式下时，根据第一图像的纹理特征计算所述第一图像的第一图像质量因子，所述第一图像为摄像机当前采集的图像；

当所述第一图像质量因子小于预设的第一质量阈值时，从彩色模式切换到黑白模式；

当摄像机工作在黑白模式下时，根据所述第一图像的亮度特征计算所述第一图像的第二图像质量因子；

当所述第二图像质量因子大于或等于预设的第二质量阈值时，从黑白模式切换到彩色模式。

本申请还提供一种昼夜切换装置，应用于摄像机上，该装置包括：

第一因子计算单元，用于当摄像机工作在彩色模式下时，根据第一图像的纹理特征计算所述第一图像的第一图像质量因子，所述第一图像为摄像机当前采集的图像；

第一模式切换单元，用于当所述第一图像质量因子小于预设的第一质量阈值时，从彩色模式切换到黑白模式；

第二因子计算单元，用于当摄像机工作在黑白模式下时，根据所述第一图像的亮度特征计算所述第一图像的第二图像质量因子；

第二模式切换单元，用于当所述第二图像质量因子大于或等于预设的第二质量阈值时，从黑白模式切换到彩色模式。

由以上描述可以看出，本申请基于量化的图像质量因子判断图像质量，进而根据图像质量确定昼夜切换时机。通过本申请可确定出更加直观、合理的昼夜切换时机，降低昼夜切换的误判率，提升图像质量。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的一种昼夜切换方法流程图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种昼夜切换装置所在设备的基础硬件结构示意图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种昼夜切换装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

目前，大部分摄像机都具备昼夜切换机制，即白天工作在彩色模式下，夜间工作在黑白模式下，以保证在不同应用场景下均可获得质量较佳的监控图像。但昼夜切换时机的选择会影响图像质量。例如，当天色已暗，但由于切换灵敏度较低未及时切换到夜间工作模式，则图像会出现大量噪点、拖尾等现象，导致最终监控效果不佳。

现有技术方案主要通过以下两种方式确定昼夜切换时机：

方式一，通过增益确定切换时机。增益与曝光模式(快门速度、光圈大小等)相关，当曝光模式变化时，增益也随之变化，简单的增益判断机制无法保证正常切换；此外，即使在曝光模式固定的情况下，也容易出现反复切换的风险。

方式二，通过曝光估算环境亮度值确定昼夜切换时机。该处理方式在环境亮度相同的情况下，也会由于曝光模式的不同估算出不同的环境亮度，且不区分可见光和红外光对画面亮度的贡献程度，统一使用曝光模式进行估算，因此，导致昼夜切换不准确。

针对上述问题，本申请实施例提出一种昼夜切换方法，该方法采取基于图像质量的昼夜切换机制，通过对图像质量进行量化处理，进而在图像质量满足昼夜切换条件时进行昼夜切换。

参见图1，为本申请昼夜切换方法的一个实施例流程图，该实施例对昼夜切换过程进行描述。

步骤101，当摄像机工作在彩色模式下时，根据第一图像的纹理特征计算所述第一图像的第一图像质量因子，所述第一图像为摄像机当前采集的图像。

本申请实施例使用第一图像质量因子量化彩色模式下第一图像的质量，该第一图像质量因子的计算过程如下：

对摄像机采集的第一图像划分区块，例如，划分M*N个区块，划分的区块数量越多，图像质量评价结果越准确。计算每一个区块的纹理局部方差，简称第一纹理局部方差，从而得到M*N大小的第一纹理局部方差矩阵K₁。

对第一图像作邻域均值处理，得到第二图像。将第二图像与第一图像叠加，得到增加了邻域信息的第三图像。对第三图像采取与第一图像相同的区块划分方法，例如，划分同样大小的M*N个区块。计算第三图像中每一个区块的纹理局部方差，简称第二纹理局部方差，从而得到M*N大小的第二纹理局部方差矩阵K₂。

计算每一个区块的第二纹理局部方差与第一纹理局部方差的差值的绝对值作为对应区块的纹理局部方差差值。选取纹理局部方差差值大于或等于预设的纹理方差差值阈值的区块作为大边缘区块；将纹理局部方差差值小于预设的纹理方差差值阈值的区块作为细碎区块，该细碎区块通常包含一些小于摄像机像素点的图像细节。

本申请实施例为了避免后续计算过程中将细碎区块作为噪声处理而造成图像质量的误判，在确定细碎区块后，将第一图像中的细碎区块剔除，仅保留大边缘区块，根据大边缘区块的第一纹理局部方差计算第一图像的第一图像质量因子。

具体为，从所有大边缘区块的第一纹理局部方差中选择最大第一纹理局部方差和最小第一纹理局部方差，其中，最大第一纹理局部方差代表信号方差，表示有效信号贡献值较大；最小第一纹理局部方差代表噪声方差，表示噪声贡献值较大。计算该最大第一纹理局部方差和最小第一纹理局部方差的商，作为第一图像的第一图像质量因子，具体可通过如下公式表示：

I＝T_max/T_min公式(1)

其中，T_max为最大第一纹理局部方差；T_min为最小第一纹理局部方差；I为第一图像质量因子。可见，I值越大，则图像质量越好。

步骤102，当所述第一图像质量因子小于预设的第一质量阈值时，从彩色模式切换到黑白模式。

本申请实施例预设第一质量阈值，作为彩色模式下判断图像质量好坏的临界值。当通过步骤101计算的第一图像质量因子小于预设的第一质量阈值时，说明可能由于环境亮度变小(进入夜间场景)，导致彩色模式下的图像质量较差，例如，图像噪点颗粒变大、跳动明显、拖影增加等，此时，可进行昼夜切换，即从彩色模式切换到黑白模式，同时，开启红外灯以提高夜间监控的图像质量。

步骤103，当摄像机工作在黑白模式下时，根据所述第一图像的亮度特征计算所述第一图像的第二图像质量因子。

黑白模式下，环境亮度较低，图像的纹理特征不明显，此时，可采用第一图像的亮度特征计算第一图像的第二图像质量因子，该第二图像质量因子用于量化黑白模式下第一图像的质量，计算过程如下：

首先，对第一图像进行滤波。通过低通滤波提取第一图像的暗区部分，生成暗区图像；通过高通滤波提取第一图像的亮区部分，生成亮区图像。

对亮区图像和暗区图像均执行如下处理：对滤波后图像划分区块；计算每一个区块的亮度局部方差；从所有区块的亮度局部方差中选择最大亮度局部方差和最小亮度局部方差；计算最大亮度局部方差与最小亮度局部方差的商，作为第二图像质量因子，具体可通过如下公式表示：

Q＝L_max/L_min公式(2)

其中，L_max为最大亮度局部方差；L_min为最小亮度局部方差；Q为第二图像质量因子。同理，Q值越大，图像质量越好。以下将亮区图像计算的第二图像质量因子称为亮区图像质量因子，将暗区图像计算的第二图像质量因子称为暗区图像质量因子。

步骤104，当所述第二图像质量因子大于或等于预设的第二质量阈值时，从黑白模式切换到彩色模式。

本申请实施例对根据亮度特征计算的第二图像质量因子同样设置了质量阈值，简称第二质量阈值。当第二图像质量因子大于或等于预设的第二质量阈值时，即亮区图像质量因子和暗区图像质量因子均大于或等于第二质量阈值时，说明当前第一图像的图像质量较优，可从黑白模式切换到彩色模式。

但是，仅通过第二图像质量因子确定图像质量好坏存在一定的误判概率。因为在夜间监控场景下，补光灯或点光源的存在会导致局部区域图像质量变优，所以，仅根据第二图像质量因子确定图像质量好坏可能出现误判。

针对上述误判问题，本申请实施例在确定第二图像质量因子大于或等于第二质量阈值时，继续根据该第二图像质量因子计算第一图像的图像质量偏差，计算公式如下：

$P=\frac{|Q_b-Q_d|}{Q_d}$ 公式(3)

其中，Q_b为亮区图像质量因子；Q_d为暗区图像质量因子；P为图像质量偏差。

本申请实施例通过图像质量偏差P表示图像亮暗区的对比度。当图像质量偏差大于或等于预设的偏差阈值时，说明当前图像可能存在由点光源引起的局部过曝现象，此时，根据第二图像质量因子确定的图像较优状态并非由于外界环境亮度提升而导致的图像质量变优，因此，不能进行昼夜切换，即保持黑白模式。

反之，如果图像质量偏差小于预设的偏差阈值时，说明当前图像不存在点光源导致的图像过曝现象，当前根据第二图像质量因子确定的图像较优状态是由于外界环境亮度(进入日间监控场景)提升导致的图像质量变优，因此，可从黑白模式切换到彩色模式。

由上述描述可以看出，本申请基于量化的图像质量因子判断图像质量，进而根据图像质量确定昼夜切换时机。该昼夜切换机制更加直观、合理，降低了昼夜切换的误判率，提升图像质量。

与前述昼夜切换方法的实施例相对应，本申请还提供了昼夜切换装置的实施例。

本申请昼夜切换装置的实施例可以应用在摄像机上。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的处理器运行存储器中对应的计算机程序指令形成的。从硬件层面而言，如图2所示，为本申请昼夜切换装置所在设备的一种硬件结构图，除了图2所示的处理器和存储器之外，实施例中装置所在的设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。

请参考图3，为本申请一个实施例中的昼夜切换装置的结构示意图。该昼夜切换装置包括第一因子计算单元301、第一模式切换单元302、第二因子计算单元303以及第二模式切换单元304，其中：

第一因子计算单元301，用于当摄像机工作在彩色模式下时，根据第一图像的纹理特征计算所述第一图像的第一图像质量因子，所述第一图像为摄像机当前采集的图像；

第一模式切换单元302，用于当所述第一图像质量因子小于预设的第一质量阈值时，从彩色模式切换到黑白模式；

第二因子计算单元303，用于当摄像机工作在黑白模式下时，根据所述第一图像的亮度特征计算所述第一图像的第二图像质量因子；

第二模式切换单元304，用于当所述第二图像质量因子大于或等于预设的第二质量阈值时，从黑白模式切换到彩色模式。

进一步地，

所述第一因子计算单元301，具体用于对所述第一图像划分区块；计算所述第一图像中每一个区块的第一纹理局部方差；对所述第一图像作邻域均值处理，得到第二图像；将所述第二图像与所述第一图像叠加，得到第三图像；对所述第三图像划分区块，所述第三图像的区块数量和大小与所述第一图像的区块相同；计算所述第三图像中每一个区块的第二纹理局部方差；计算每一个区块的第二纹理局部方差与第一纹理局部方差的差值的绝对值作为对应区块的纹理局部方差差值；选取纹理局部方差差值大于或等于预设的纹理方差差值阈值的区块作为大边缘区块；从所有大边缘区块的第一纹理局部方差中选择最大第一纹理局部方差和最小第一纹理局部方差；计算所述最大第一纹理局部方差与最小第一纹理局部方差的商，作为所述第一图像质量因子。

进一步地，

所述第二因子计算单元303，具体用于对所述第一图像进行滤波；对滤波后图像划分区块；计算每一个区块的亮度局部方差；从所有区块的亮度局部方差中选择最大亮度局部方差和最小亮度局部方差；计算所述最大亮度局部方差与最小亮度局部方差的商，作为所述第二图像质量因子。

进一步地，所述第二模式切换单元304，包括：

质量偏差计算模块，用于当所述第二图像质量因子大于或等于所述第二质量阈值时，根据所述第二图像质量因子计算所述第一图像的图像质量偏差；

第二模式切换模块，用于当所述图像质量偏差小于预设的偏差阈值时，从所述黑白模式切换到彩色模式。

进一步地，所述第二图像质量因子包括亮区图像质量因子和暗区图像质量因子；

所述质量偏差计算模块，具体用于

$P=\frac{|Q_b-Q_d|}{Q_d}$

其中，

Q_b为亮区图像质量因子；

Q_d为暗区图像质量因子；

P为图像质量偏差。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

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

Claims (10)

1.一种昼夜切换方法，应用于摄像机上，其特征在于，该方法包括：

当摄像机工作在彩色模式下时，根据第一图像的纹理特征计算所述第一图像的第一图像质量因子，所述第一图像为摄像机当前采集的图像；

当所述第一图像质量因子小于预设的第一质量阈值时，从彩色模式切换到黑白模式；

当摄像机工作在黑白模式下时，根据所述第一图像的亮度特征计算所述第一图像的第二图像质量因子；

当所述第二图像质量因子大于或等于预设的第二质量阈值时，从黑白模式切换到彩色模式。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一图像的纹理特征计算所述第一图像的第一图像质量因子，包括：

对所述第一图像划分区块；

计算所述第一图像中每一个区块的第一纹理局部方差；

对所述第一图像作邻域均值处理，得到第二图像；

将所述第二图像与所述第一图像叠加，得到第三图像；

对所述第三图像划分区块，所述第三图像的区块数量和大小与所述第一图像的区块相同；

计算所述第三图像中每一个区块的第二纹理局部方差；

计算每一个区块的第二纹理局部方差与第一纹理局部方差的差值的绝对值作为对应区块的纹理局部方差差值；

选取纹理局部方差差值大于或等于预设的纹理方差差值阈值的区块作为大边缘区块；

从所有大边缘区块的第一纹理局部方差中选择最大第一纹理局部方差和最小第一纹理局部方差；

计算所述最大第一纹理局部方差与最小第一纹理局部方差的商，作为所述第一图像质量因子。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一图像的亮度特征计算所述第一图像的第二图像质量因子，包括：

对所述第一图像进行滤波；

对滤波后图像划分区块；

计算每一个区块的亮度局部方差；

从所有区块的亮度局部方差中选择最大亮度局部方差和最小亮度局部方差；

计算所述最大亮度局部方差与最小亮度局部方差的商，作为所述第二图像质量因子。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当所述第二图像质量因子大于或等于所述第二质量阈值时，根据所述第二图像质量因子计算所述第一图像的图像质量偏差；

当所述图像质量偏差小于预设的偏差阈值时，从所述黑白模式切换到彩色模式。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二图像质量因子计算所述第一图像的图像质量偏差，包括：

所述第二图像质量因子包括亮区图像质量因子和暗区图像质量因子；

所述图像质量偏差计算公式如下：

$P=\frac{\left|Q_b-Q_d\right|}{Q_d}$

其中，

Q_b为亮区图像质量因子；

Q_d为暗区图像质量因子；

P为图像质量偏差。

6.一种昼夜切换装置，应用于摄像机上，其特征在于，该装置包括：

第一因子计算单元，用于当摄像机工作在彩色模式下时，根据第一图像的纹理特征计算所述第一图像的第一图像质量因子，所述第一图像为摄像机当前采集的图像；

第一模式切换单元，用于当所述第一图像质量因子小于预设的第一质量阈值时，从彩色模式切换到黑白模式；

第二因子计算单元，用于当摄像机工作在黑白模式下时，根据所述第一图像的亮度特征计算所述第一图像的第二图像质量因子；

第二模式切换单元，用于当所述第二图像质量因子大于或等于预设的第二质量阈值时，从黑白模式切换到彩色模式。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述第一因子计算单元，具体用于对所述第一图像划分区块；计算所述第一图像中每一个区块的第一纹理局部方差；对所述第一图像作邻域均值处理，得到第二图像；将所述第二图像与所述第一图像叠加，得到第三图像；对所述第三图像划分区块，所述第三图像的区块数量和大小与所述第一图像的区块相同；计算所述第三图像中每一个区块的第二纹理局部方差；计算每一个区块的第二纹理局部方差与第一纹理局部方差的差值的绝对值作为对应区块的纹理局部方差差值；选取纹理局部方差差值大于或等于预设的纹理方差差值阈值的区块作为大边缘区块；从所有大边缘区块的第一纹理局部方差中选择最大第一纹理局部方差和最小第一纹理局部方差；计算所述最大第一纹理局部方差与最小第一纹理局部方差的商，作为所述第一图像质量因子。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述第二因子计算单元，具体用于对所述第一图像进行滤波；对滤波后图像划分区块；计算每一个区块的亮度局部方差；从所有区块的亮度局部方差中选择最大亮度局部方差和最小亮度局部方差；计算所述最大亮度局部方差与最小亮度局部方差的商，作为所述第二图像质量因子。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二模式切换单元，包括：

质量偏差计算模块，用于当所述第二图像质量因子大于或等于所述第二质量阈值时，根据所述第二图像质量因子计算所述第一图像的图像质量偏差；

第二模式切换模块，用于当所述图像质量偏差小于预设的偏差阈值时，从所述黑白模式切换到彩色模式。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：

所述第二图像质量因子包括亮区图像质量因子和暗区图像质量因子；

所述质量偏差计算模块，具体用于

$P=\frac{\left|Q_b-Q_d\right|}{Q_d}$

其中，

Q_b为亮区图像质量因子；

Q_d为暗区图像质量因子；

P为图像质量偏差。