CN106101549B - 昼夜自动切换方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种昼夜自动切换方法、装置及系统，该方法、装置及系统在黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；基于白平衡统计信息计算当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率；当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；基于曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度；当画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。本发明不需要添加硬件就能消除反复昼夜切换的技术问题。

Description

昼夜自动切换方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及摄像机控制技术领域，具体涉及一种昼夜自动切换方法、装置及系统。

背景技术

昼夜切换，是前端摄像装置所需具有的一项摄像模式转换功能，其是指前端摄像装置基于摄像场景光照强度确定摄像模式是采用彩色摄像模式还是采用黑白摄像模式。传统的自动昼夜切换方案包括基于成像画面亮度的自动昼夜切换方案和基于光敏电阻测光照强度的自动昼夜切换方案。

基于成像画面亮度的自动昼夜切换方案，是在前端摄像装置上预设画面亮度阀值，当成像画面亮度大于或者等于画面亮度阀值，前端摄像装置采用彩色摄像模式摄像同时启用红外截止滤光片，当成像画面亮度小于画面亮度阀值，前端摄像装置采用黑白摄像模式同时移除红外截止滤光片。由于红外截止滤光片的启用或者移除均会对成像画面亮度产生影响，因此，当彩色摄像模式下成像画面亮度小于画面亮度阀值，前端摄像装置切换到黑白摄像模式后，成像画面亮度大于画面亮度阀值，摄像模式又从黑白摄像模式切换到彩色摄像模式的情况，也即出现昼夜切换反复进行的问题，昼夜切换反复进行，通常发生昼夜交替时间段，属于摄像技术领域的常见问题。

基于光敏电阻测光照强度的自动昼夜切换方案，是指在前端摄像装置的镜头外周设置光敏电阻，通过光敏电阻在可见光作用下产生的输出电压大小来决定前端摄像装置的摄像模式，相较于基于成像画面亮度的自动昼夜切换方案，基于光敏电阻测光照强度的自动昼夜切换方案，发生昼夜切换反复进行的可能性极低。

因此，对前端摄像装置的昼夜切换方法进行改进，是电子成像技术领域期望解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要添加硬件就能消除反复昼夜切换的技术问题的昼夜自动切换方法，以利于提高昼夜自动切换方法的可实施性。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种昼夜自动切换方法，应用于前端摄像装置，前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式；该方法包括：

在黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

基于白平衡统计信息计算当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率；

当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

基于曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度；

当画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

第二方面，本发明实施例还提供了一种昼夜自动切换装置，应用于前端摄像装置，前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式；该昼夜自动切换装置包括：

白平衡统计信息获取单元，用于在黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

画面亮度红外光贡献率获取单元，用于基于白平衡统计信息获取当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率；

曝光统计信息获取单元，用于当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

画面照度计算单元，用于基于曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度；

摄像模式切换单元，用于当画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

第三方面，本发明实施例还提供了一种昼夜自动切换系统，包括前端摄像装置,前端摄像装置包括沿着光线入射方向顺次设置的镜头、红外截止滤光片、图像传感器,与红外截止滤光片相关联的切换元件,与图像传感器电连接的微处理器，与微处理器通过总线连接的存储器；前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式；

还包括昼夜自动切换装置，昼夜自动切换装置安装于存储器中并包括一个或多个由微处理器执行的软件功能模块，昼夜自动切换装置包括：

白平衡统计信息获取单元，用于在黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

画面亮度红外光贡献率获取单元，用于基于白平衡统计信息获取当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率；

曝光统计信息获取单元，用于当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

画面照度计算单元，用于基于曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度；

摄像模式切换单元，用于当画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

本发明实施例提供的昼夜自动切换方法、装置及系统，是在黑白摄像模式对进入镜头的入入射光形成的当前黑白成像画面进行白平衡统计，基于白平衡统计信息计算当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率，当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息，计算当前成像画面的画面照度，以当前黑白成像画面的画面照度为依据进行黑白摄像模式到彩色摄像模式的切换。该方法、装置及系统将进入镜头的成像光中的红外光对成像画面的画面亮度贡献率作为判断是否将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式的前提条件，消除红外光带来的画面亮度计算偏差，在此基础上，再以进入镜头的入射光形成的画面照度为依据进行黑白摄像模式到彩色摄像模式的切换，因此，前端摄像装置的自动昼夜切换更准确，稳定性也更好。

相较于传统基于成像画面亮度的自动昼夜切换方案，本发明实施例提供的昼夜自动切换方法、装置及系统没有昼夜切换反复进行的技术问题；相较于基于光敏电阻测光照强度的自动昼夜切换方案，发明实施例提供的昼夜自动切换方法、装置及系统基于进入镜头的成像光进行分析，不受前端摄像装置是否加装长焦镜头的影响，也无由于测光点设置不合理造成误切换的技术问题，同时由于没有使用光敏电阻测光硬件，也就相应降低前端摄像装置的设计、制造和维护成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1示出了本发明实施例应用环境的结构示意图。

图2示出了针对清晨时间段摄像的情况本发明实施例提供的一种昼夜自动切换方法的流程图。

图3示出了图像传感器光谱敏感度响应曲线。

图4示出了针对黄昏时间段摄像的情况本发明实施例提供的一种昼夜自动切换方法的流程图。

图5示出了针对白天光照度急剧降低到只能采用黑白摄像模式然后光照度又恢复到正常情况本发明实施例提供的一种昼夜自动切换方法的流程图。

图6示出了本发明实施例提供的一种昼夜自动切换装置的结构示意图。

图7示出了白平衡统计信息获取单元的结构示意图。

图8示出了画面亮度红外光贡献率获取单元的结构示意图。

图9示出了画面亮度转换率获取单元的结构示意图。

图10示出了本发明实施例提供的一种昼夜自动切换系统的结构示意图。

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：

镜头100，红外截止滤光片200，图像传感器300，微处理器400，存储器500，昼夜自动切换装置600，白平衡统计信息获取单元610，画面分块单元611，画面块三基色分量统计单元612，成像画面三基色分量计算单元613，画面亮度红外光贡献率获取单元620，G/R和G/B的平均值获取单元621，全红外光照射状态的G/R值和G/B值获取单元622，可见光照射状态的G/R值和G/B值获取单元623，画面亮度转换率获取单元624，曝光要素固定单元6241，测量单元6242，画面亮度转换率计算单元6243，画面亮度红外光贡献率计算单元625，曝光统计信息获取单元630，画面照度计算单元640，摄像模式切换单元650，前端摄像装置700。

具体实施方式

前端摄像装置在昼夜交替时间段摄像，采用基于成像画面亮度的自动昼夜切换方案会出现昼夜切换反复进行的问题。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有的基于成像画面亮度的自动昼夜切换方案之所以会出现昼夜切换反复进行，是因为彩色摄像模式下启用红外截止滤光片，相应地用于评估是否进行昼夜切换的画面亮度由可见光贡献，黑白摄像模式移除红外截止滤光片，相应地用于评估是否进行昼夜切换的画面亮度由红外光和可见光共同贡献，从而造成两种模式下成像画面亮度计算的偏差。

发明人在实现本发明的过程中还发现，并非必须采用只对可见光强度进行测量的基于光敏电阻测光照强度的自动昼夜切换方案，通过彻底消除红外光对成像画面亮度影响，使黑白摄像模式下和彩色摄像模式下成像画面亮度计算统一，才能解决昼夜切换反复进行的技术问题。

从理论上讲，只要能计算画面亮度红外光贡献率，基于画面亮度红外光贡献率对黑白摄像模式下的成像画面亮度进行修正，也能使黑白摄像模式下和彩色摄像模式下成像画面亮度计算统一，实现昼夜切换反复进行技术问题的解决。

发明人基于上述认识，提供一种昼夜自动切换方法、装置及系统。该昼夜自动切换方法、装置及系统，在黑白摄像模式下，基于当前黑白成像画面的白平衡统计信息计算当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率，再结合当前黑白成像画面的画面照度，判断是否将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

该方法、装置及系统可应用于图1所示的应用环境中。如图1所示，该应用环境为前端摄像装置，其包括沿着光线入射方向顺次设置的镜头100、红外截止滤光片200、图像传感器300，及与红外截止滤光片200相关联的切换元件(图未示)。

于本发明实施例中，为录制视频图像的装置，其可以是监控摄像机、网络摄像头、民用级摄像机、专业级摄像机中的一种。

于本发明实施例中，镜头100，为用于前端摄像装置的镜头100，对于网络摄像头而言，镜头100为摄像头本身配置的镜头，对于监控摄像机、民用级摄像机、专业级摄像机而言，镜头100通常是标配镜头，当然也可以是标配镜头和长焦镜头的结合体。

于本发明实施例中，进入镜头100的成像光包括可见光和红外光，其中，可见光为电磁波谱中人眼可以感知的部分，其波长通常在400nm～760nm之间，红外光为波长介于760nm～1000nm之间的电磁波。

于本发明实施例中，红外截止滤光片200，英文全称InfraredCut，英文简称IR-CUT，当前端摄像装置的当前摄像模式为彩色摄像模式时，启用红外截止滤光片200，让红外光截止，消除红外光的影响，提高彩色画面的成像质量和色彩还原准确性；当前端摄像装置的当前摄像模式为黑白摄像模式时，移除红外截止滤光片200，让红外光通过，提升黑白成像画面成像光线的强度，从而提高录制获得的黑白画面的清晰度和画面亮度。

于本发明实施例中，图像传感器300，为高速图像数字化器件，其广泛应用于摄像机、照相机、及图像扫描设备。图像传感器300可以是CCD图像传感器，也可以是CMOS图像传感器。

于本发明实施例中，与红外截止滤光片200相关联的切换元件，用于将红外截止滤光片200移到图像传感器300前端，从而通过红外截止滤光片200滤除入射光中的红外光线，或者用于将图像传感器300前端的红外截止滤光片200移除，让红外光线进入图像传感器300。

当然，本发明实施例提供的一种昼夜自动切换方法、装置及系统实施时，前端摄像装置，还包括与图像传感器300电连接的微处理器，与微处理器通过总线连接的存储器。

于本发明实施例中，图1所示的本发明实施例应用环境，可以是用于视频监控系统的监控摄像机，也可以是用于视频会议系统的摄像头，还可以是用于视频直播系统的民用级摄像机或者专业摄像机。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例，仅仅是本发明实施例的一部分，而不是全部。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

所述第一实施例以清晨时间段采用前端摄像装置摄像为例，对本发明的昼夜自动切换方法进行说明。

在清晨时间段，光照度由黑夜的0.001lux逐渐变化到500lux，在此过程中红外光在成像光的占比逐渐降低。前端摄像装置在清晨时间段摄像时，在光照度达到预定值前摄像模式为黑白摄像模式，光照度达到预定值后，前端摄像装置的摄像模式需要从黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

同时，在清晨时间段，如果前端摄像装置采用基于成像画面亮度的自动昼夜切换方案进行自动昼夜切换，极易产生昼夜切换反复进行的技术问题。

清晨时间段采用前端摄像装置摄像对应的本发明实施例中，前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式，前端摄像装置预设有画面亮度红外光贡献率阈值和画面照度阈值。其中，画面亮度红外光贡献率阈值和画面照度阈值根据前端摄像装置所采用光学成像组件和图像传感器的成像特性而定，不同的前端摄像装置预设的画面亮度红外光贡献率阈值和画面照度阈值存在差别。

术语画面照度，是指画面的真实亮度，其不因观察者的不同及观察者视角的不同而改变。

图2示出了针对清晨时间段摄像的情况本发明实施例提供的一种昼夜自动切换方法的流程图。请参阅图2，该方法包括：

S110,在黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

在本实施例中，前端摄像装置提取当前黑白成像画面的每个像素点的R、G、B三基色分量信息，对整个当前黑白成像画面的像素点R、G、B三基色分量信息进行统计，得出个当前黑白成像画面的对应的R、G、B三基色分量平均值，也即获得当前黑白成像画面的白平衡统计信息。

上述过程也即为自动白平衡(AutomaticWhiteBalance，AWB)。自动白平衡，是电视摄像技术领域中的一个非常重要的概念。在电子成像过程中，由于受环境色温、成像镜头、图像传感器自身性质等影响，会造成录制得到的电子影像的R、G、B三基色分量与实际场景的R、G、B三基色分量不一致。自动白平衡是通过调节图像传感器生成的R、G、B三基色分量，使实际场景中的白色或者灰色部分在电子影像中依然显示为白色或者灰色，以此为基础进行色彩还原和色调处理，从而在电子影像中再现实际场景的真实色彩。

为了便于获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息，进一步的方案是，

将当前黑白成像画面分成多个画面块，对每个画面块进行白平衡统计获取每个画面块的R、G、B三基色分量统计信息，在此基础上计算出整个当前黑白成像画面R、G、B三基色分量的平均值。

假设将当前黑白成像画面分成N个画面块，那么整个当前黑白成像画面R、G、B三基色分量的平均值为：

其中，N为当前黑白成像画面被分成的画面块数量，R_i为第i个画面块的红色分量的统计信息，B_i为第i个画面块的蓝色分量的统计信息，G_i为第i个画面块的绿色分量的统计信息，为红基色分量的平均值，为蓝基色分量的平均值，为绿基色分量的平均值。

相应地，当前黑白成像画面在G/R-G/B坐标系下G/R的平均值和G/B的平均值的计算公式为：

其中，为G/R-G/B坐标系统下G/R的平均值，为G/R-G/B坐标系统下G/B的平均值，为红基色分量的平均值，为蓝基色分量的平均值，为绿基色分量的平均值。

术语G/R-G/B坐标系统,以G/R为横坐标，G/B为纵坐标建立的色坐标系，其中，R、G、B为表征颜色的基色分量信号；G/R-G/B坐标系统中的一个点表示一个由R、G、B基色分量信号组成的颜色，也即对应当前黑白成像画面一个像素点的颜色。

图3示出了图像传感器光谱敏感度响应曲线。图3中的纵坐标Relativeresponse,为相对响应，是归一化后的响应，横坐标Wavelength/nm，为波长。

从图3中可以看出，当光波波长在400～760nm区域，也即在可见光谱区域，R、G、B三基色分量的光谱响应几乎无任何规律，但当光波波长逐渐增大靠近760时，R、G、B三基色分量的光谱响应逐渐趋同，当光波波长在800～1000nm区域，也即在红外光谱区域，R、G、B三基色分量的光谱响应几乎一致。

从图3中还可以看出，当红外光对当前黑白成像画面的画面亮度贡献率为100％时，当前黑白成像画面整体白平衡统计信息G/R、G/B无限接近于1。当红外光对当前黑白成像画面的画面亮度贡献率为0％时，当前黑白成像画面整体白平衡统计信息G/R、G/B不会接近于1。

S120,基于白平衡统计信息计算当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率；

在本实施例中，基于白平衡统计信息得出G/R-G/B坐标系统下G/R和G/B的平均值、全红外光照射状态的G/R值和G/B值、全可见光照射状态的G/R值和G/B值、可见光和红外光转换的画面亮度转换率，在此基础上计算出画面亮度红外光贡献率。

在本实施例中，画面亮度红外光贡献率的计算公式为：

其中，X为画面亮度红外光贡献率，为G/R-G/B坐标系统下G/R的平均值，为G/R-G/B坐标系统下G/B的平均值，G/R_IR为全红外光照射状态的G/R值，G/B_IR为全红外光照射状态的G/B值，G/R_VIS为全可见光照射状态的G/R值，G/B_VIS为全可见光照射状态的G/B值，P为可见光和红外光转换的画面亮度转换率，P为可见光和红外光转换的画面亮度转换率。

在本实施例中，获得可见光和红外光转换的画面亮度转换率P值的步骤包括：固定前端摄像装置的曝光要素，测量当前光照度和当前黑白成像画面的画面亮度，将当前黑白成像画面的画面亮度与当前光照度的比值作为可见光和红外光转换的画面亮度转换率。

前端摄像装置的曝光要素包括前端摄像装置的光圈、增益、快门。

在本实施例中，获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息，优选的方案是，利用前端摄像装置自带的分块白平衡统计信息功能来获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息。

基于前端摄像装置自带的分块白平衡统计信息功能来获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息，使本发明第一实施例提供的一种昼夜自动切换方法与前端摄像装置在使用上更适配，提高昼夜自动切换方法的适用范围、可操作性和易用性。

S130,当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

在本实施例中，当画面亮度红外光贡献率小于画面亮度红外光贡献率阈值时，前端摄像装置获取当前黑白成像画面的光圈、增益、快门等曝光统计信息。

S140,基于曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度；

在本实施例中，基于当前黑白成像画面的光圈、增益、快门等曝光统计信息计算出当前黑白成像画面的画面照度。

相较于基于光敏电阻测光照强度的自动昼夜切换方案获得的是前端摄像装置的镜头外周光照度，本实施例获得的是进入前端摄像装置镜头的成像光形成的黑白成像画面的画面照度因此，本实施例不受限于镜头是标配镜头，还是标配镜头加长焦镜头的结合体。

S150,当画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

在本实施例中，当画面照度大于画面照度阈值，前端摄像装置将摄像模式从黑白摄像模式切换到彩色摄像模式，同时与红外截止滤光片相关联的切换元件，将红外截止滤光片设置到图像传感器的前端，红外截止滤光片将进入镜头的入射光中的红外光截止，消除红外光对彩色成像画面的影响,使彩色成像画面的成像质量和色彩还原准确性更好。

本发明第一实施例提供的昼夜自动切换方法，基于进入镜头的入射光产生的画面照度作为黑白摄像模式切换成彩色摄像模式的依据，因此，本发明第一实施例不局限于在清晨时间段采用前端摄像装置摄像时使用，也适用于在前端摄像装置的镜头视角对应的场景从光照度只能黑白摄像模式摄像的场景切换成光照度可采用彩色摄像模式摄像的场景时使用，还适用于前端摄像装置从光照度很低的周围环境进入光照度较高的周围环境时使用。

本发明第一实施例提供的昼夜自动切换方法，可以用于视频监控系统，也可以用于视频会议系统，也可以用于视频直播系统，还可用于单个摄像装置。

本发明第一实施例提供的昼夜自动切换方法，以基于进入镜头的入射光形成的当前黑白成像画面为分析样本，计算出画面亮度红外光贡献率，当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，通过当前黑白成像画面的曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度，以当前黑白成像画面的画面照度为依据进行黑白摄像模式到彩色摄像模式的切换。从实现过程中可以看出，本发明第一实施例提供的昼夜自动切换方法，首先消除红外光带来的画面亮度计算偏差，在此基础上，再以进入镜头的入射光形成的画面照度为依据进行黑白摄像模式到彩色摄像模式的切换，因此，前端摄像装置的自动昼夜切换更准确，稳定性也更好。

第二实施例

所述第二实施例以黄昏时间段采用前端摄像装置摄像为例，对本发明的昼夜自动切换方法进行说明。

在黄昏时间段，光照度日落是的500lux逐渐变化到黑夜的0.001lux，在此过程中红外光在成像光的占比逐渐增加。前端摄像装置在黄昏时间段摄像时，在光照度低于预定值前摄像模式为彩色摄像模式，当光照度低于预定值后，前端摄像装置的摄像模式需要从彩色摄像模式切换成黑白摄像模式。

同时，在黄昏时间段，如果前端摄像装置采用基于成像画面亮度的自动昼夜切换方案进行自动昼夜切换，极易产生昼夜切换反复进行的技术问题。

黄昏时间段采用前端摄像装置摄像对应的本发明实施例中，前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式，前端摄像装置预设有画面亮度红外光贡献率阈值和画面照度阈值。

术语画面照度，是指画面的真实亮度，其不因观察者的不同及观察者视角的不同而改变。

图4示出了针对黄昏时间段摄像的情况本发明实施例提供的一种昼夜自动切换方法的流程图。请参阅图4，该方法包括：

S210,在彩色摄像模式下获取当前彩色成像画面的曝光统计信息；

在本实施例中，前端摄像装置前端摄像装置获取当前彩色成像画面的光圈、增益、快门等曝光统计信息。

S220,基于曝光统计信息计算当前彩色成像画面的画面照度；

在本实施例中，基于当前彩色成像画面的光圈、增益、快门等曝光统计信息计算出当前彩色成像画面的画面照度。

相较于基于光敏电阻测光照强度的自动昼夜切换方案获得的是前端摄像装置的镜头外周光照度，本实施例获得的是进入前端摄像装置镜头的成像光形成的彩色成像画面的画面照度，因此，本实施例不受限于镜头是标配镜头，还是标配镜头加长焦镜头的结合体。

S230,当画面照度小于画面照度阈值，将彩色摄像模式切换成黑白摄像模式。

在本实施例中，当画面照度小于画面照度阈值，前端摄像装置将将彩色摄像模式切换成黑白摄像模式，同时与红外截止滤光片相关联的切换元件，将红外截止滤光片移除，让红外光通过，提升黑白成像画面成像光线的强度，使黑白成像画面的清晰度和画面亮度更好。

本发明第二实施例提供的昼夜自动切换方法，基于进入镜头的入射光产生的画面照度作为彩色摄像模式切换成黑白摄像模式的依据，因此，本发明第二实施例提供的昼夜自动切换方法，不局限于在黄昏时间段采用前端摄像装置摄像时使用，也适用于在前端摄像装置的镜头视角对应的场景从可采用彩色摄像模式摄像的场景切换成光照度只能黑白摄像模式摄像的场景时使用，还适用于前端摄像装置从光照度较高的周围环境进入光照度很低的周围环境时使用。

本发明第二实施例提供的昼夜自动切换方法，可以用于视频监控系统，也可以用于视频会议系统，也可以用于视频直播系统，还可用于单个摄像装置。

本发明第二实施例提供的昼夜自动切换方法，以基于进入镜头的入射光形成的当前彩色成像画面为分析样本，获取当前彩色成像画面的曝光统计信息，通过当前彩色成像画面的曝光统计信息计算当前彩色成像画面的画面照度，以当前彩色成像画面的画面照度为依据进行彩色摄像模式到黑白摄像模式的切换。从实现过程中可以看出，以进入镜头的入射光形成的画面照度为依据进行彩色摄像模式到黑白摄像模式的切换，因此，前端摄像装置的自动昼夜切换更准确，稳定性也更好。

第三实施例

所述第三实施例以白天光照度急剧降低到只能采用黑白摄像模式然后光照度又恢复到正常情况，例如白天暴雨天气或者沙尘天气前后，对本发明的昼夜自动切换方法进行说明。

在白天暴雨天气或者沙尘天气前后，光照度从可进行彩色摄像模式摄像急剧降低只能进行黑白摄像模式摄像，然后光照度又恢复到可进行彩色摄像模式摄像，

在白天暴雨天气或者沙尘天气，如果前端摄像装置采用基于成像画面亮度的自动昼夜切换方案进行自动昼夜切换，极易产生昼夜切换反复进行的技术问题。

在白天暴雨天气或者沙尘天气，采用前端摄像装置摄像对应的本发明实施例中，前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式，前端摄像装置预设有画面亮度红外光贡献率阈值和画面照度阈值。

术语画面照度，是指画面的真实亮度，其不因观察者的不同及观察者视角的不同而改变。

图5示出了针对白天光照度急剧降低到只能采用黑白摄像模式然后光照度又恢复到正常情况本发明实施例提供的一种昼夜自动切换方法的流程图。请参阅图5，白天光照度急剧降低到只能采用黑白摄像模式时，该方法包括：

S310,在彩色摄像模式下获取当前彩色成像画面的曝光统计信息；

具体实现过程请参照本发明第二实施例的步骤S210。

S320,基于曝光统计信息计算当前彩色成像画面的画面照度；

具体实现过程请参照本发明第二实施例的步骤S220。

S330,当画面照度小于画面照度阈值，将彩色摄像模式切换成黑白摄像模式；

具体实现过程请参照本发明第二实施例的步骤S230。

光照度只能采用黑白摄像模式又又恢复到正常情况时，步骤S330后还包括：

S340,在黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

具体实现过程请参照本发明第一实施例的步骤S110。

S350,基于白平衡统计信息计算当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率；

具体实现过程请参照本发明第一实施例的步骤S120。

S360,当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

具体实现过程请参照本发明第一实施例的步骤S130。

S370,基于曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度；

具体实现过程请参照本发明第一实施例的步骤S140。

S380,当画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

具体实现过程请参照本发明第一实施例的步骤S150。

本发明第三实施例提供的昼夜自动切换方法，基于进入镜头的入射光产生的画面照度作为彩色摄像模式切换成黑白摄像模式或者黑白摄像模式切换成彩色摄像模式依据，本发明第三实施例提供的昼夜自动切换方法，不局限于暴雨天气或者沙尘天气采用前端摄像装置摄像时使用，也适用于在前端摄像装置的镜头视角对应的场景在可采用彩色摄像模式摄像的场景与光照度只能黑白摄像模式摄像的场景之间切换时使用，还适用于前端摄像装置在光照度较高的周围环境与光照度很低的周围环境之间摄像时使用。

本发明第三实施例提供的昼夜自动切换方法，可以用于视频监控系统，也可以用于视频会议系统，也可以用于视频直播系统，还可用于单个摄像装置。

本发明第三实施例提供的昼夜自动切换方法，以基于进入镜头的入射光形成的当前彩色成像画面或者黑白成像画面为分析样本，以当前彩色成像画面或者当前黑白成像画面的画面照度为依据，进行彩色摄像模式与黑白摄像模式之间切换，其中，黑白摄像模式时，还需要将红外光对成像画面的画面亮度贡献率作为判断是否将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式的前提条件，消除红外光带来的画面亮度计算偏差，因此，前端摄像装置的自动昼夜切换更准确，稳定性也更好，也没有昼夜切换反复进行的技术问题。

第四实施例

所述第四实施例提供一种昼夜自动切换装置600。该装置可应用于本发明第一实施例、第二实施例、第三实施例中的应用环境。

图6示出了本发明实施例提供的一种昼夜自动切换装置600的结构示意图。请参阅图6所示，该昼夜自动切换装置600应用于前端摄像装置，前端摄像装置，包括沿着光线入射方向顺次设置的镜头、红外截止滤光片、图像传感器300，与图像传感器300电连接的微处理器400，与微处理器400通过总线连接的存储器500，及与红外截止滤光片相关联的切换元件。前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式；

昼夜自动切换装置600安装于存储器500中并包括一个或多个由微处理器400执行的软件功能模块；该昼夜自动切换装置600，包括白平衡统计信息获取单元610、画面亮度红外光贡献率获取单元620、曝光统计信息获取单元630、画面照度计算单元640、摄像模式切换单元650。其中，

白平衡统计信息获取单元610，用于在黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

画面亮度红外光贡献率获取单元620，用于基于白平衡统计信息获取当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率；

曝光统计信息获取单元630，用于当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

画面照度计算单元640，用于基于曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度；

摄像模式切换单元650，用于当画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

其中，

曝光统计信息获取单元630，还用于在彩色摄像模式下获取当前彩色成像画面的曝光统计信息；

画面照度计算单元640，还用于基于曝光统计信息计算当前彩色成像画面的画面照度；

摄像模式切换单元650，还用于当画面照度小于画面照度阈值时，将彩色摄像模式切换成黑白摄像模式。

在本发明第四实施例中，白平衡统计信息获取单元610进一步的方案是，如图7所示，白平衡统计信息获取单元610包括画面分块单元611、画面块三基色分量统计单元612、成像画面三基色分量计算单元613。其中，

画面分块单元611，用于将当前黑白成像画面分成多个画面块；

画面块三基色分量统计单元612，用于对每个画面块进行白平衡统计获取每个画面块的R、G、B三基色分量统计信息；

成像画面三基色分量计算单元613，用于计算出整个当前黑白成像画面R、G、B三基色分量的平均值。

在本发明第四实施例中，画面亮度红外光贡献率获取单元620进一步的方案是，如图8所示，画面亮度红外光贡献率获取单元620包括G/R和G/B的平均值获取单元621、全红外光照射状态的G/R值和G/B值获取单元622、全红外光照射状态的G/R值和G/B值获取单元622、画面亮度转换率获取单元624、画面亮度红外光贡献率计算单元625。

其中，

G/R和G/B的平均值获取单元621，用于获取基于白平衡统计信息得出G/R-G/B坐标系统下G/R和G/B的平均值；

全红外光照射状态的G/R值和G/B值获取单元622，用于获取全红外光照射状态的G/R值和G/B值；

全可见光照射状态的G/R值和G/B值获取单元623，用于获取全可见光照射状态的G/R值和G/B值；

画面亮度转换率获取单元624，用于获取可见光和红外光转换的画面亮度转换率；

画面亮度红外光贡献率计算单元625，用于计算出画面亮度红外光贡献率。

上述画面亮度红外光贡献率计算单元625，具体用于通过如下公式获得画面亮度红外光贡献率：

其中，X为画面亮度红外光贡献率，为G/R-G/B坐标系统下G/R的平均值，为G/R-G/B坐标系统下G/B的平均值，G/R_IR为全红外光照射状态的G/R值，G/B_IR为全红外光照射状态的G/B值，G/R_VIS为全可见光照射状态的G/R值，G/B_VIS为全可见光照射状态的G/B值，P为可见光和红外光转换的画面亮度转换率，P为可见光和红外光转换的画面亮度转换率。

上述画面亮度转换率通过画面亮度转换率获取单元624获取，如图9所示，画面亮度转换率获取单元624包括曝光要素固定单元6241、测量单元6242、画面亮度转换率计算单元6243。其中，

曝光要素固定单元6241，用于固定前端摄像装置的曝光要素；

测量单元6242，用于测量当前光照度和当前黑白成像画面的画面亮度；

画面亮度转换率计算单元6243，用于将当前黑白成像画面的画面亮度与当前光照度的比值作为可见光和红外光转换的画面亮度转换率。

本发明第四实施例的昼夜自动切换装置600工作时，当前摄像模式为黑白模式时，白平衡统计信息获取单元610获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；画面亮度红外光贡献率获取单元620基于白平衡统计信息获取当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率；当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，曝光统计信息获取单元630获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；画面照度计算单元640基于曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度；当画面照度大于预设的画面照度阈值时，摄像模式切换单元650将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

当前摄像模式为彩色摄像模式时，曝光统计信息获取单元630获取当前彩色成像画面的曝光统计信息；画面照度计算单元640基于曝光统计信息计算当前彩色成像画面的画面照度；当画面照度小于画面照度阈值时，摄像模式切换单元650将彩色摄像模式切换成黑白摄像模式。

与本发明第一实施例、第二实施例、第三实施例一样，本发明第四实施例基于进入镜头的入射光产生的画面照度作为彩色摄像模式切换成黑白摄像模式或者黑白摄像模式切换成彩色摄像模式依据，其中,黑白摄像模式时，将红外光对成像画面的画面亮度贡献率作为判断是否将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式的前提条件，消除红外光带来的画面亮度计算偏差，因此，前端摄像装置的自动昼夜切换更准确，稳定性也更好，也没有昼夜切换反复进行的技术问题。

本发明的第四实施例中的各单元模块可以是由软件代码实现，此时，上述的各模块安装于存储器500内。以上各单元同样可以由硬件例如集成电路芯片实现。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的功能模块的具体描述，可以参考前述的对应方法步骤的具体描述，在此不再一一赘述。

第五实施例

所述第五实施例提供一种昼夜自动切换系统。该系统可应用于第一实施例、第二实施例、第三实施例中的应用环境。

图10示出了本发明实施例提供的一种昼夜自动切换系统的结构示意图。请参阅图10所示，该系统，包括前端摄像装置700,前端摄像装置700包括沿着光线入射方向顺次设置的镜头100、红外截止滤光片200、图像传感器300,与红外截止滤光片200相关联的切换元件(图未示),与图像传感器300电连接的微处理器400，与微处理器400通过总线连接的存储器500；前端摄像装置700的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式；

该系统还包括昼夜自动切换装置600，昼夜自动切换装置600安装于存储器500中并包括一个或多个由微处理器400执行的软件功能模块；

该昼夜自动切换装置600包括：

白平衡统计信息获取单元610，用于在黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

画面亮度红外光贡献率获取单元620，用于基于白平衡统计信息获取当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率；

曝光统计信息获取单元630，用于当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

画面照度计算单元640，用于基于曝光统计信息计算当前黑白成像画面的画面照度；

摄像模式切换单元650，用于当画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

本发明第五实施例的昼夜自动切换系统的工作过程请参考本发明第四实施例的昼夜自动切换装置600相对应的实施过程。

综上所述，本发明实施例提供的昼夜自动切换方法、装置及系统，在黑白摄像模式下对进入镜头的入入射光形成的当前黑白成像画面进行白平衡统计，基于白平衡统计信息计算当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率，当画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息，计算当前成像画面的画面照度，以当前黑白成像画面的画面照度为依据进行黑白摄像模式到彩色摄像模式的切换；在彩色摄像模式下获取进入镜头的入射光形成的当前彩色成像画面的曝光统计信息，通过曝光统计信息计算当前彩色成像画面的画面照度，当前彩色成像画面的画面照度为依据进行彩色摄像模式到黑白摄像模式的切换。该方法、装置及系统将进入镜头的成像光中的红外光对成像画面的画面亮度贡献率作为判断是否将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式的前提条件，消除红外光带来的画面亮度计算偏差，在此基础上，再以进入镜头的入射光形成的画面照度为依据进行黑白摄像模式到彩色摄像模式的切换。如此，前端摄像装置在不添加测光硬件时，也能消除昼夜切换反复进行技术问题，前端摄像装置的自动昼夜切换更准确，稳定性也更好。相较于基于光敏电阻测光照强度的自动昼夜切换方案只能基于前端摄像装置所处环境的光照强度实现昼夜自动切换，本发明实施例提供的昼夜自动切换方法、装置及系统，基于摄像场景成像画面实现昼夜自动切换，因此，本发明实施例提供的昼夜自动切换方法、装置及系统的应用范围更广，昼夜自动切换的准确性更高，稳定性更好。

Claims (13)

1.昼夜自动切换方法，应用于前端摄像装置，所述前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式；其特征在于,所述方法包括：

在所述黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

基于所述白平衡统计信息计算所述当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率，其中，所述画面亮度红外光贡献率为红外光对所述黑白成像画面亮度的影响程度；

当所述画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

基于所述曝光统计信息计算所述当前黑白成像画面的画面照度；

当所述画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

2.根据权利要求1所述的昼夜自动切换方法，其特征在于，所述基于所述白平衡统计信息计算所述当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率的步骤包括：

基于白平衡统计信息得出G/R-G/B坐标系统下G/R和G/B的平均值、全红外光照射状态的G/R值和G/B值、全可见光照射状态的G/R值和G/B值、可见光和红外光转换的画面亮度转换率，在此基础上计算出画面亮度红外光贡献率，其中，所述可见光和红外光转换的画面亮度转换率为所述黑白成像画面的画面亮度与当前光照度的比值。

3.根据权利要求2所述的昼夜自动切换方法，其特征在于，所述画面亮度红外光贡献率的计算公式为：

其中，X为画面亮度红外光贡献率，为G/R-G/B坐标系统下G/R的平均值，为G/R-G/B坐标系统下G/B的平均值，G/R_IR为全红外光照射状态的G/R值，G/B_IR为全红外光照射状态的G/B值，G/R_VIS为全可见光照射状态的G/R值，G/B_VIS为全可见光照射状态的G/B值，P为可见光和红外光转换的画面亮度转换率。

4.根据权利要求2或3所述的昼夜自动切换方法，其特征在于，所述可见光和红外光转换的画面亮度转换率获得的步骤包括：

固定所述前端摄像装置的曝光要素，测量当前光照度和所述当前黑白成像画面的画面亮度，将所述当前黑白成像画面的画面亮度与当前光照度的比值作为所述可见光和红外光转换的画面亮度转换率。

5.根据权利要求1所述的昼夜自动切换方法，其特征在于，所述获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息的步骤包括：

将所述当前黑白成像画面分成多个画面块，对每个所述画面块进行白平衡统计获取每个画面块的R、G、B三基色分量统计信息，在此基础上计算出整个所述当前黑白成像画面R、G、B三基色分量的平均值。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的昼夜自动切换方法，其特征在于，

在所述彩色摄像模式下获取当前彩色成像画面的曝光统计信息；

基于所述曝光统计信息计算所述当前彩色成像画面的画面照度；

当所述画面照度小于所述画面照度阈值，将所述彩色摄像模式切换成黑白摄像模式。

7.昼夜自动切换装置，应用于前端摄像装置，所述前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式；其特征在于,所述昼夜自动切换装置包括：

白平衡统计信息获取单元，用于在所述黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

画面亮度红外光贡献率获取单元，用于基于所述白平衡统计信息获取所述当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率，其中，所述画面亮度红外光贡献率为红外光对所述黑白成像画面亮度的影响程度；

曝光统计信息获取单元，用于当所述画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

画面照度计算单元，用于基于所述曝光统计信息计算所述当前黑白成像画面的画面照度；

摄像模式切换单元，用于当所述画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。

8.根据权利要求7所述的昼夜自动切换装置，其特征在于，所述画面亮度红外光贡献率获取单元包括：

G/R和G/B的平均值获取单元，用于获取基于白平衡统计信息得出G/R-G/B坐标系统下G/R和G/B的平均值；

全红外光照射状态的G/R值和G/B值获取单元，用于获取全红外光照射状态的G/R值和G/B值；

全可见光照射状态的G/R值和G/B值获取单元，用于获取全可见光照射状态的G/R值和G/B值；

画面亮度转换率获取单元，用于获取可见光和红外光转换的画面亮度转换率，其中，所述可见光和红外光转换的画面亮度转换率为所述黑白成像画面的画面亮度与当前光照度的比值；

画面亮度红外光贡献率计算单元，用于计算出画面亮度红外光贡献率。

9.根据权利要求8所述的昼夜自动切换装置，其特征在于，所述画面亮度红外光贡献率计算单元，具体用于通过如下公式获得画面亮度红外光贡献率：

其中，X为画面亮度红外光贡献率，为G/R-G/B坐标系统下G/R的平均值，为G/R-G/B坐标系统下G/B的平均值，G/R_IR为全红外光照射状态的G/R值，G/B_IR为全红外光照射状态的G/B值，G/R_VIS为全可见光照射状态的G/R值，G/B_VIS为全可见光照射状态的G/B值，P为可见光和红外光转换的画面亮度转换率。

10.根据权利要求8或9所述的昼夜自动切换装置，其特征在于，所述画面亮度转换率获取单元包括：

曝光要素固定单元，用于固定所述前端摄像装置的曝光要素；

测量单元，用于测量当前光照度和所述当前黑白成像画面的画面亮度；

画面亮度转换率计算单元，用于将所述当前黑白成像画面的画面亮度与当前光照度的比值作为所述可见光和红外光转换的画面亮度转换率。

11.根据权利要求7所述的昼夜自动切换装置，其特征在于，所述白平衡统计信息获取单元包括：

画面分块单元，用于将所述当前黑白成像画面分成多个画面块；

画面块三基色分量统计单元，用于对每个所述画面块进行白平衡统计获取每个画面块的R、G、B三基色分量统计信息；

成像画面三基色分量计算单元，用于计算出整个所述当前黑白成像画面R、G、B三基色分量的平均值。

12.根据权利要求7至9中任意一项所述的昼夜自动切换装置，其特征在于，

所述曝光统计信息获取单元，还用于在所述彩色摄像模式下获取当前彩色成像画面的曝光统计信息；

所述画面照度计算单元，还用于基于所述曝光统计信息计算所述当前彩色成像画面的画面照度；

所述摄像模式切换单元，还用于当所述画面照度小于所述画面照度阈值时，将彩色摄像模式切换成黑白摄像模式。

13.昼夜自动切换系统，包括前端摄像装置,所述前端摄像装置包括沿着光线入射方向顺次设置的镜头、红外截止滤光片、图像传感器,与所述红外截止滤光片相关联的切换元件,与所述图像传感器电连接的微处理器，与所述微处理器通过总线连接的存储器；所述前端摄像装置的摄像模式包括黑白摄像模式和彩色摄像模式；其特征在于,

还包括昼夜自动切换装置，所述昼夜自动切换装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述微处理器执行的软件功能模块，所述昼夜自动切换装置包括：

白平衡统计信息获取单元，用于在所述黑白摄像模式下获取当前黑白成像画面的白平衡统计信息；

画面亮度红外光贡献率获取单元，用于基于所述白平衡统计信息获取所述当前黑白成像画面的画面亮度红外光贡献率，其中，所述画面亮度红外光贡献率为红外光对所述黑白成像画面亮度的影响程度；

曝光统计信息获取单元，用于当所述画面亮度红外光贡献率小于预设的画面亮度红外光贡献率阈值时，获取当前黑白成像画面的曝光统计信息；

画面照度计算单元，用于基于所述曝光统计信息计算所述当前黑白成像画面的画面照度；

摄像模式切换单元，用于当所述画面照度大于预设的画面照度阈值时，将黑白摄像模式切换成彩色摄像模式。