CN108259776B - 一种图像处理用的多角度采集补光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图像处理用的多角度采集补光装置，包括图像采集装置、主控制板和图像聚焦处理系统，所述图像采集装置的信号端与图像聚焦处理系统交互连接，所述主控制板的内部设置有控制芯片，所述控制芯片的信号输入端分别连接有频闪信号输入模块和曝闪信号输入模块，所述控制芯片的输出端连接有频闪信号输出模块、曝闪信号输出模块和RS485电路模块，整个装置将信号输入模块扩两部分，由PC系统内部的上位机发送频闪/曝闪触发信号，补光控制系统接收到触发信号时会输出PWM脉冲信号或曝闪输出信号，PWM信号实现了补光系统的频闪功能，利用RS485模块实现上位机对补光控制系统的参数修订，保证了补光充足的条件下尽量减少可见光对图像质量的影响。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理领域，具体为一种图像处理用的多角度采集补光装置。
背景技术
智能交通系统作为一种高科技技术，可以为社会经济带来巨大的效益，还能更好的利用城市中有限的交通资源，它的数字化、智能化手段不但有可能解决交通的拥堵，而且对车辆的违法违规取证、道路安全系统、收费系统等带来了很大的便利。
智能交通系统如今担负着如下两个重要任务：一是道路交通监控：在人流、车流密度较大的地方，比如车站，道路交叉口等，可以实时监控道路信息，从而节省了很多警力，节省了很多社会资源，并在有突发情况发生时可以及时调查取证；二是警察卡口：为保障交通安全驾驶，规避交通事故发生，在道路交叉口或道路上安装电子警察或卡口，卡口电警的作用体现在城市安全管理中，但是现有智能交通系统中针对于图像的补光装置还存在以下不足之处问题：
例如，申请号为201610511867.2，专利名称为一种图像处理方法和装置及用于其的图像采集系统的发明专利：
其所提供的图像处理方法和装置基于多组光源补光下所采集的多张图像，利用高光分量的角度局部性，合成无高光的图像。本发明所提供的图像采集系统能够用于上述图像处理方法和装置，实现简单，采集图像速度快。
但是，现有的图像处理用的多角度采集补光装置存在以下缺陷：
(1)卡口电警在夜间要求必须拍摄清楚车牌，所以要求摄像机具备强光抑制能力，抑制迎面的强光，能够捕捉到清晰的车牌照；另一方面在光线较差的情况下需给物体补光，所以此时照片的清晰度问题是非常重要的，而监控摄像的解决办法是通过背光补偿，背光补偿的同时还需要辅助补光工具，在夜晚光线较差的情况下，环境光在车辆上漫反射到摄像机的光线是很少的，这就需要增加补光灯来增加照射物体的亮度，以满足摄像机对光线的要求；
(2)在传统光源中，HID的本身性能和工作特点在补光系统中还是需要提高的，如：体积大、工作温度高、玻璃防护罩易破碎、寿有污染、配光难做等，既然作为传统光源，其配光设计比较复杂，且要想达到很好的照明效果，如：准直、低光损失均匀照明，任意角度安装则付出代价往往很高。人眼及相机对光均匀度非常敏感，光照均匀度小于0.65时人就会感觉明显眩目，而氙气曝闪灯往往不能满足这一要求从而产生光污染；
(3)当前补光系统中主要使用三类补光灯：常亮灯、频闪灯及曝闪灯，夜晚补光时易使驾驶员产生眩目感觉同时也易造成车牌过曝现象。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种图像处理用的多角度采集补光装置，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种图像处理用的多角度采集补光装置，包括图像采集装置、主控制板和图像聚焦处理系统，所述图像采集装置的信号端与图像聚焦处理系统交互连接，所述图像聚焦处理系统的信号端与主控制板，所述图像采集装置的内部设置有数据采集卡、解析数据包、图像预处理模块、图像特征提取模块和协议封装模块，所述主控制板的内部设置有控制芯片，所述控制芯片的信号输入端分别连接有频闪信号输入模块和曝闪信号输入模块，所述控制芯片的输出端连接有频闪信号输出模块、曝闪信号输出模块和RS485电路模块，所述图像聚焦处理系统的内部包括图像数据处理模块、调焦窗口构建模块和图像质量检测模块。
进一步地，所述数据采集卡采集相机数据、以图像数据包的形式反馈连接到解析数据包，所述解析数据包输出原始图像数据到图像预处理模块，所述图像预处理模块输出去噪后数据通过数据线与图像特征提取模块相连接，所述图像特征提取模块的输出端通过定义图像特征值将图像数据反馈到协议封装模块，所述协议封装模块的输出端通过控制线输出协议数据包到数据上传模块，所述数据上传模块的信号线与图像聚焦处理系统相连接。
进一步地，所述图像数据处理模块的信号输入端接收协议数据包信号，所述括图像数据处理模块的输出端与调焦窗口构建模块相连接，所述调焦窗口构建模块的输出端与图像质量检测模块相连接，所述图像质量检测模块的内部设置有阈值设定模块。
进一步地，所述图像质量检测模块的信号输出端还连接有搜索检测模块，所述搜索检测模块的信号端连接有驱动电路。
进一步地，所述控制芯片的信号控制端还连接有热敏传感模块，所述控制芯片的输入端连接有振荡器模块，所述控制芯片的输入端接收复位模块的复位信号，所述控制芯片的电源端连接有电源模块。
进一步地，所述热敏传感模块的内部设置有热敏传感主控电路，所述热敏传感主控电路的内部设置有传感器主控芯片，所述传感器主控芯片的数据线通过第一电阻连接有3V供电电源，所述传感器主控芯片的时钟线通过第二电阻连接有3.3V供电电源，所述传感器主控芯片的接地端连接有第一电容，所述第一电容的一端接3.3V供电电源，所述第一电容的另一端直接接地，所述传感器主控芯片的数据接口均连接有第三电阻，所述第三电阻的另一端直接接地。
进一步地，所述频闪信号输入模块和曝闪信号输入模块的信号端均连接有信号输入控制电路，所述信号输入控制电路的内部设置有光敏三极管和发光二极管，所述光敏三极管的基极接收发光二极管的发光信号，所述发光二极管的P极端连接有第四电阻，所述第四电阻的另一端分别连接有3.3V供电电源和第五电阻，所述第五电阻的另一端与光敏三极管的集电极相连接，所述光敏三极管的发射极直接接地，所述发光二极管的N极端连接有排针接口，所述发光二极管的N极端还连接有瞬态二极管，所述瞬态二极管的另一端直接接地。
进一步地，所述信号输入控制电路内部的3.3V供电电源端还连接有信号排针接口，所述信号排针接口的数据端并接有第二电容，所述第二电容的两端还并接有第三电容，所述第二电容和第三电容的并接支路上连接有第六电阻，所述第六电阻的另一端连接有数据输入信号线，所述第二电容和第三电容并接支路的另一端直接接地。
进一步地，所述主控制板的信号端还通过RS485接口连接有PC系统，所述PC系统的内部还设置有Labview上位机模块，所述Labview上位机模块的控制端口设置有人机交互界面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的多角度采集补光装置，将信号输入模块扩两部分，由PC系统内部的上位机发送频闪/曝闪触发信号，补光控制系统接收到触发信号时会输出PWM脉冲信号或曝闪输出信号，PWM信号实现了补光系统的频闪功能，利用RS485模块实现上位机对补光控制系统的参数修订，保证了补光充足的条件下尽量减少可见光对图像质量的影响；
(2)本发明的图像聚焦处理系统采集一系列图像，评价质量以及驱动电路运行，最后经过对比清晰度值实现成功调焦，保证了系统的精度，同时，利用并行设计的思路，提高了图像的实时性处理，能够有效的调整曝光电平及曝光时间来防止车牌出现过曝的现象。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的图像聚焦处理系统示意图；
图3为本发明的热敏传感主控电路图；
图4为本发明的信号输入控制电路图。
图中标号：
1-图像采集装置；2-主控制板；3-图像聚焦处理系统；4-PC系统；5-Labview上位机模块；6-人机交互界面；
101-数据采集卡；102-解析数据包；103-图像预处理模块；104-图像特征提取模块；105-协议封装模块；106-数据上传模块；
201-控制芯片；202-电源模块；203-频闪信号输入模块；204-信号输入控制电路；205-曝闪信号输入模块；206-热敏传感模块；207-热敏传感主控电路；208-振荡器模块；209-复位模块；210-RS485电路模块；211-频闪信号输出模块；212-曝闪信号输出模块；
301-图像数据处理模块；302-调焦窗口构建模块；303-图像质量检测模块；304-阈值设定模块；305-搜索检测模块；306-驱动电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
如图1至图4所示，本发明提供了一种图像处理用的多角度采集补光装置，包括图像采集装置1、主控制板2和图像聚焦处理系统3，所述图像采集装置1的信号端与图像聚焦处理系统3交互连接，所述图像聚焦处理系统3的信号端与主控制板2，所述图像采集装置1的内部设置有数据采集卡101、解析数据包102、图像预处理模块103、图像特征提取模块104和协议封装模块105，所述主控制板2的内部设置有控制芯片201，所述控制芯片201的信号输入端分别连接有频闪信号输入模块203和曝闪信号输入模块205，所述控制芯片201的输出端连接有频闪信号输出模块211、曝闪信号输出模块212和RS485电路模块210，频闪/曝闪触发信号输入电路用来接收控制芯片201的触发信号，选择是频闪补光还是曝闪补光，所述图像聚焦处理系统3的内部包括图像数据处理模块301、调焦窗口构建模块302和图像质量检测模块303，所述主控制板2的信号端还通过RS485接口连接有PC系统4，所述PC系统4的内部还设置有Labview上位机模块5，所述Labview上位机模块5的控制端口设置有人机交互界面6。
本实施例中，控制芯片201采用PIC16F886型号的单片机控制器，且主控制板2接收到的补光脉冲和频闪脉冲输出部分是用单片机控制器产生的脉冲信号驱动开关管，从而控制LED电流回路的通断来实现功能，曝闪输出是通过单片机控制器产生的脉冲信号控制LED曝闪回路的通断来实现曝闪功能，频闪同步信号输出是将单片机控制器产生的频闪同步脉冲信号经过处理输出到板外。
本实施例中，RS485电路模块210提供单片机控制与上位PC系统之间的相互通信，实现PC机对系统参数，如频闪曝闪时间、亮度检测阈值等的设置。
所述数据采集卡101采集相机数据、以图像数据包的形式反馈连接到解析数据包102，所述解析数据包102输出原始图像数据到图像预处理模块103，所述图像预处理模块103输出去噪后数据通过数据线与图像特征提取模块104相连接，所述图像特征提取模块104的输出端通过定义图像特征值将图像数据反馈到协议封装模块105，所述协议封装模块105的输出端通过控制线输出协议数据包到数据上传模块106，所述数据上传模块106的信号线与图像聚焦处理系统3相连接。
所述图像数据处理模块301的信号输入端接收协议数据包信号，所述图像数据处理模块301主要是减少外界和自身的影响因素，优化图像质量，保证后续图像评价精度，所述括图像数据处理模块301的输出端与调焦窗口构建模块302相连接，所述调焦窗口构建模块302的输出端与图像质量检测模块303相连接，所述图像质量检测模块303的内部设置有阈值设定模块304，图像质量检测模块303可以反映系统的离焦程度，成像系统在正焦状态时图像质量好、且画面清晰；相反，成像系统在离焦状态时，则图像质量差、且画面模糊，所述图像质量检测模块303的信号输出端还连接有搜索检测模块305，所述搜索检测模块305的信号端连接有驱动电路306，所述搜索检测模块305根据图像质量评价结果的分析，判断搜索方向，发送信号驱动电机控制镜头转动，直到判断出系统处于正焦位置，搜索策略应考虑调焦的准确和高效这两个因素。
本实施例中，调焦窗口构建模块302是为了在处理目标图像时，只需分析处理所构建的窗口内的局部图像，而不必处理一整个图像，因此减少了评价算法的计算量，提高了调焦速率，同时避免了调焦窗口以外的非目标信息对评价算法的影响，保证了评价结果的精度。
所述控制芯片201的信号控制端还连接有热敏传感模块206，所述控制芯片201的输入端连接有振荡器模块208，所述振荡器模块208采用外部晶振提供时钟连接到单片机RA7/OCS1/CLKIN引脚上，工作频率11MHZ，最大限度提高性能和降低功耗，所述控制芯片201的输入端接收复位模块209的复位信号，所述控制芯片201的电源端连接有电源模块202，所述热敏传感模块206的内部设置有热敏传感主控电路207，所述热敏传感主控电路207的内部设置有传感器主控芯片TM，所述传感器主控芯片TM的数据线通过第一电阻连接有3V供电电源VCC，所述传感器主控芯片TM的时钟线通过第二电阻R2连接有3V供电电源VCC，所述传感器主控芯片TM的接地端连接有第一电容C1，所述第一电容C1的一端接3V供电电源VCC，所述第一电容C1的另一端直接接地GND，所述传感器主控芯片TM的数据接口均连接有第三电阻R3，所述第三电阻R3的另一端直接接地GND。
本实施例中，热敏传感主控电路207利用TMP75芯片作为传感器芯片，将温度传感器、A/D转换器、IIC串行总线接口等集成在芯片中，对TMP75的配置及温度的读取都是由IIC总线控制，IIC总线是数据线与时钟组成的串行同步传输总线，在IIC通信中，单片机作为主控设备，温感作为从设备，工作于被控模式，单片机控制IIC总线的SDA与CLK信号。
本实施例中，热敏传感主控电路207在传输过程中，可发送的字节位是受控制的，但是发送到SDA线上的字节需要满足两个条件：一是字节需要是8位，二是字节后需要跟随一个应答应，首先传输的是数据的最高位(MSB)，主设备进入等待状态需要的步骤是从设备完成内中断服务程序的一些功能，然后通过接收或发送一个完整数据字节，使时钟线SCL保持低电平，当从设备准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL后，数据传输继。
本实施例中，热敏传感模块206主要利用光敏电阻特性，对外界环境光照进行检测，来确定是否启用补光系统，同时可以用来监控控制系统温度变化，以防LED负载致温升过高损坏芯片。
所述频闪信号输入模块203和曝闪信号输入模块205的信号端均连接有信号输入控制电路204，所述信号输入控制电路204的内部设置有光敏三极管G和发光二极管D1，所述光敏三极管G的基极接收发光二极管D1的发光信号，所述发光二极管D1的P极端连接有第四电阻R4，所述第四电阻R4的另一端分别连接有3.3V供电电源VCC和第五电阻R5，所述第五电阻R5的另一端与光敏三极管G的集电极相连接，所述光敏三极管G的发射极直接接地GND，所述发光二极管D1的N极端连接有排针接口JP1，所述发光二极管D1的N极端还连接有瞬态二极管D2，所述瞬态二极管D2的另一端直接接地GND。
本实施例中，电路中的D2为瞬态抑制二极管，其目的是当板外有大电压输入时，电压值超过TVS管的额定电压值，随之TVS管反向导通大电压直接接地，从而达到保护后续电路的要求。例如当连接器受到雷击时输入信号中存在一个很大的电压，此时D2导通，避免因为电压过大烧坏板内元件。
所述信号输入控制电路204内部的3.3V供电电源VCC端还连接有信号排针接口JP2，所述信号排针接口JP2的数据端并接有第二电容C2，所述第二电容C2的两端还并接有第三电容C3，所述第二电容C2和第三电容C3的并接支路上连接有第六电阻R6，所述第六电阻R6的另一端连接有数据输入信号线SINGAL_IN，所述第二电容C2和第三电容C3并接支路的另一端直接接地GND。
本实施例中，第六电阻R6为光敏电阻，当外界光照强度变化时，光敏电阻R6阻值也会发生变化，同时RA0端的亮度检测信号也会发生变化，PIC单片机RA0端口接收到变化信号再经过A/D转换成为数字量。
本实施例中，光敏三极管G和发光二极管D1组成光电耦合器，正常工作时，发光二极管D1在偏置电路的作用下发出红外光，红外光透过光中断器外壳的缝隙入射到光敏三极管G，从而产生光电流，光敏三极管G饱和，其集电极和发射极之间导通电路输出低电平，信号输入控制电路204中运用光耦器件，当输入信号为1时，发光二极管D1截止，光敏三极管G不导通，SMI_IN输出高电平属于频闪输入信号；当输入信号为0时，发光二极管导通，光敏三极管随之导通，SMI_IN输出低电平属于曝闪输入信号。
本实施例中，使用了热敏传感主控电路207进行温度监控，当温度过热时会使芯片内部触发热保护而从单片机停止运行，信号输入模块扩两部分，其中光敏感应是检测光照强度，在光照不足时光敏电阻导通，另一部分是频闪/曝闪触发信号，由PC系统内部的上位机发送，补光控制系统接收到触发信号时会输出PWM脉冲信号或曝闪输出信号，信号输出信号包括PWM脉冲信号与曝闪信号，PWM信号实现了补光系统的频闪功能，曝闪输出信号LED灯珠直接接地从而会有大电流经过实现灯光的瞬间曝闪功能，利用RS485模块实现上位机对补光控制系统的参数修订，保证了补光充足的条件下尽量减少可见光对图像质量的影响。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种图像处理用的多角度采集补光装置，包括图像采集装置(1)、主控制板(2)和图像聚焦处理系统(3)，其特征在于：所述图像采集装置(1)的信号端与图像聚焦处理系统(3)交互连接，所述图像聚焦处理系统(3)的信号端与主控制板(2)，所述图像采集装置(1)的内部设置有数据采集卡(101)、解析数据包(102)、图像预处理模块(103)、图像特征提取模块(104)和协议封装模块(105)，所述主控制板(2)的内部设置有控制芯片(201)，所述控制芯片(201)的信号输入端分别连接有频闪信号输入模块(203)和曝闪信号输入模块(205)，所述控制芯片(201)的输出端连接有频闪信号输出模块(211)、曝闪信号输出模块(212)和RS485电路模块(210)，所述图像聚焦处理系统(3)的内部包括图像数据处理模块(301)、调焦窗口构建模块(302)和图像质量检测模块(303)；
所述主控制板(2)的信号端还通过RS485接口连接有PC系统(4)，所述PC系统(4)的内部还设置有Labview上位机模块(5)，所述Labview上位机模块(5)的控制端口设置有人机交互界面(6)；
由所述PC系统(4)内部的Labview上位机模块(5)发送频闪触发信号和曝闪触发信号，控制芯片(201)接收频闪触发信号和曝闪触发信号时分别输出PWM脉冲信号和曝闪输出信号，PWM脉冲信号实现补光的频闪功能，RS485模块实现Labview上位机模块(5)对控制芯片(201)的参数修订。
2.根据权利要求1所述的一种图像处理用的多角度采集补光装置，其特征在于：所述数据采集卡(101)采集相机数据、以图像数据包的形式反馈连接到解析数据包(102)，所述解析数据包(102)输出原始图像数据到图像预处理模块(103)，所述图像预处理模块(103)输出去噪后数据通过数据线与图像特征提取模块(104)相连接，所述图像特征提取模块(104)的输出端通过定义图像特征值将图像数据反馈到协议封装模块(105)，所述协议封装模块(105)的输出端通过控制线输出协议数据包到数据上传模块(106)，所述数据上传模块(106)的信号线与图像聚焦处理系统(3)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种图像处理用的多角度采集补光装置，其特征在于：所述图像数据处理模块(301)的信号输入端接收协议数据包信号，所述括图像数据处理模块(301)的输出端与调焦窗口构建模块(302)相连接，所述调焦窗口构建模块(302)的输出端与图像质量检测模块(303)相连接，所述图像质量检测模块(303)的内部设置有阈值设定模块(304)。
4.根据权利要求3所述的一种图像处理用的多角度采集补光装置，其特征在于：所述图像质量检测模块(303)的信号输出端还连接有搜索检测模块(305)，所述搜索检测模块(305)的信号端连接有驱动电路(306)。
5.根据权利要求1所述的一种图像处理用的多角度采集补光装置，其特征在于：所述控制芯片(201)的信号控制端还连接有热敏传感模块(206)，所述控制芯片(201)的输入端连接有振荡器模块(208)，所述控制芯片(201)的输入端接收复位模块(209)的复位信号，所述控制芯片(201)的电源端连接有电源模块(202)。
6.根据权利要求5所述的一种图像处理用的多角度采集补光装置，其特征在于：所述热敏传感模块(206)的内部设置有热敏传感主控电路(207)，所述热敏传感主控电路(207)的内部设置有传感器主控芯片(TM)，所述传感器主控芯片(TM)的数据线通过第一电阻连接有3V供电电源(VCC)，所述传感器主控芯片(TM)的时钟线通过第二电阻(R2)连接有3V供电电源(VCC)，所述传感器主控芯片(TM)的接地端连接有第一电容(C1)，所述第一电容(C1)的一端接3V供电电源(VCC)，所述第一电容(C1)的另一端直接接地(GND)，所述传感器主控芯片(TM)的数据接口均连接有第三电阻(R3)，所述第三电阻(R3)的另一端直接接地(GND)。
7.根据权利要求1所述的一种图像处理用的多角度采集补光装置，其特征在于：所述频闪信号输入模块(203)和曝闪信号输入模块(205)的信号端均连接有信号输入控制电路(204)，所述信号输入控制电路(204)的内部设置有光敏三极管(G)和发光二极管(D1)，所述光敏三极管(G)的基极接收发光二极管(D1)的发光信号，所述发光二极管(D1)的P极端连接有第四电阻(R4)，所述第四电阻(R4)的另一端分别连接有3.3V供电电源(VCC)和第五电阻(R5)，所述第五电阻(R5)的另一端与光敏三极管(G)的集电极相连接，所述光敏三极管(G)的发射极直接接地(GND)，所述发光二极管(D1)的N极端连接有排针接口(JP1)，所述发光二极管(D1)的N极端还连接有瞬态二极管(D2)，所述瞬态二极管(D2)的另一端直接接地(GND)。
8.根据权利要求7所述的一种图像处理用的多角度采集补光装置，其特征在于：所述信号输入控制电路(204)内部的3.3V供电电源(VCC)端还连接有信号排针接口(JP2)，所述信号排针接口(JP2)的数据端并接有第二电容(C2)，所述第二电容(C2)的两端还并接有第三电容(C3)，所述第二电容(C2)和第三电容(C3)的并接支路上连接有第六电阻(R6)，所述第六电阻(R6)的另一端连接有数据输入信号线(SINGAL_IN)，所述第二电容(C2)和第三电容(C3)并接支路的另一端直接接地(GND)。
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