CN108833748B - 一种高动态单目cmos摄像机系统及其运行方法 - Google Patents

一种高动态单目cmos摄像机系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高动态单目CMOS摄像机系统及其运行方法，包括车类载具、高动态单目CMOS摄像机系统和图像显示设备，所述高动态单目CMOS摄像机系统包括CMOS图像传感器、数字信号处理芯片DSP和微控制器，所述图像显示设备包括汽车高清显示屏和普通导航，本发明涉及摄像机技术领域。使得该装置随场景变化动态切换动态范围，达到场景最优的高动态显示画质，通过车规级验证，配合车载显示设备显示，由于采用性能规格更高的器件，其可靠性更高，该设计为单独模组设计，微控制器可通过UART/SPI/CAN等控制端口与外部模块进行通讯，可进行扩展。

Description

一种高动态单目CMOS摄像机系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及摄像机技术领域，具体为一种高动态单目CMOS摄像机系统及其运行方法。
背景技术
摄像机，其工作的基本原理都是一样的：把光学图象信号转变为电信号，以便于存储或者传输。当我们拍摄一个物体时，此物体上反射的光被摄像机镜头收集，使其聚焦在摄像器件的受光面上，再通过摄像器件把光转变为电能，即得到了“视频信号”。光电信号很微弱，需通过预放电路进行放大，再经过各种电路进行处理和调整，最后得到的标准信号可以送到录像机等记录媒介上记录下来，或通过传播系统传播或送到监视器上显示出来。CMOS图像传感器具有以下几个优点：1)、随机窗口读取能力。随机窗口读取操作是CMOS图像传感器在功能上优于CCD的一个方面，也称之为感兴趣区域选取。此外，CMOS图像传感器的高集成特性使其很容易实现同时开多个跟踪窗口的功能。2)、抗辐射能力。总的来说，CMOS图像传感器潜在的抗辐射性能相对于CCD性能有重要增强。3)、系统复杂程度和可靠性。采用CMOS图像传感器可以大大地简化系统硬件结构。4)、非破坏性数据读出方式。5)、优化的曝光控制。值得注意的是，由于在像元结构中集成了多个功能晶体管的原因，CMOS图像传感器也存在着缺点，主要是噪声和填充率两个指标。鉴于CMOS图像传感器相对优越的性能，使得CMOS图像传感器在各个领域得到了广泛的应用。现有的摄像机中仅仅只具有固定的读取模式，无法随场景变化动态切换动态范围，达到场景最优的高动态范围，从而导致图像成像效果不佳，并且设备为整体模块，不具备更大的扩展性，设备使用可靠性不高。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高动态单目CMOS摄像机系统，解决了现有的摄像机中仅仅只具有固定的读取模式，无法随场景变化动态切换动态范围，达到场景最优的高动态范围，从而导致图像成像效果不佳，并且设备为整体模块，不具备更大的扩展性，设备使用可靠性不高的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高动态单目CMOS摄像机系统，包括车类载具、高动态单目CMOS摄像机系统和图像显示设备，其特征在于：所述高动态单目CMOS摄像机系统包括CMOS图像传感器、数字信号处理芯片DSP和微控制器，所述图像显示设备包括汽车高清显示屏和普通导航。
优选的，所述高动态单目CMOS摄像机系统运行方法：
a.数字信号处理芯片DSP实时获取CMOS图像传感器的信号，通过算法处理把画幅分成64个区域；
b.数字信号处理芯片DSP通过算法计算出每个区域的灰度值，灰度值可作为环境亮度的参考值；
c.微控制器间隔50ms发送查询命令给数字信号处理芯片DSP，请求获取视频画面中所有区域的灰度值；
d.数字信号处理芯片DSP收到请求后回复64个区域的灰度值；
e.微控制器判断是否等待回复超时，如果超时，清空数据缓存；
f.微控制器收到64个区域的灰度值后进行存储在缓冲区中，缓冲区大小为每个区域20个值，并遵守先进先丢弃的方式最终得到最新的20个灰度值的平均值，该方法可降低每次亮度瞬间变化过高造成平均值无法线性变化的问题；
g.微控制器在获得平均值后，通过算法计算当前画面是否需要加大增益或进行独立区域的强光抑制处理；
h.微控制器通过命令设置数字信号处理芯片DSP的响应参数，调节CMOS的动态范围，实现高动态范围的图像输出。
优选的，所述车类载具通过IGN端口控制高动态单目CMOS摄像机系统的运行。
优选的，所述微控制器CAN端口通过CAN总线与车机连接，所述微控制器UART端口通过UART与普通导航连接。
优选的，所述CMOS图像传感器由数字信号处理芯片DSP控制。
优选的，所述微控制器可使用UART或SPI与数字信号处理器DSP连接，需使用DSP通讯协议进行通讯。
优选的，所述高动态单目CMOS摄像机系统LVDS端口通过LVDS与汽车高清显示屏连接。
优选的，所述高动态单目CMOS摄像机系统接地端口接地。
优选的，所述数字信号处理芯片DSP经过高清传输套片与图像显示设备连接。
优选的，所述回复超时时间间隔设置为1s。
(三)有益效果
本发明提供了一种高动态单目CMOS摄像机系统及其运行方法，具备以下有益效果：本发明通过车类载具、高动态单目CMOS摄像机系统和图像显示设备，高动态单目CMOS摄像机系统包括CMOS图像传感器、数字信号处理芯片DSP和微控制器，图像显示设备包括汽车高清显示屏和普通导航，使得该装置随场景变化动态切换动态范围，达到场景最优的高动态范围，通过车规级验证，配合车载显示设备显示，由于采用性能规格更高的器件，其可靠性较高，该设计为单独模组设计，微控制器可通过UART/SPI/CAN等控制端口与外部模块进行通讯，可进行扩展。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明高动态单目CMOS摄像机系统结构示意图；
图3为本发明外部模块结构示意图；
图4为本发明系统运行流程框图。
图中：1-车类载具、2-高动态单目CMOS摄像机系统、3-图像显示设备、4-CMOS图像传感器、5-数字信号处理芯片DSP、6-微控制器、7-汽车高清显示屏、8-普通导航。
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。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种高动态单目CMOS摄像机系统，包括车类载具1、高动态单目CMOS摄像机系统2和图像显示设备3，高动态单目CMOS摄像机系统2包括CMOS图像传感器4、数字信号处理芯片DSP5和微控制器6，图像显示设备3包括汽车高清显示屏7和普通导航8，车类载具1通过IGN端口控制高动态单目CMOS摄像机系统2的运行，微控制器6CAN端口通过CAN总线与车机连接，微控制器6UART端口通过UART与普通导航8连接，CMOS图像传感器4由数字信号处理芯片DSP5控制，微控制器6可使用UART或SPI与数字信号处理芯片DSP连接，需使用DSP通讯协议进行通讯，高动态单目CMOS摄像机系统2LVDS端口通过LVDS与汽车高清显示屏7连接，高动态单目CMOS摄像机系统2接地端口接地，数字信号处理芯片DSP5经过高清传输套片与图像显示设备3连接。
高动态单目CMOS摄像机系统2运行方法：
a.数字信号处理芯片DSP5实时获取CMOS图像传感器4的信号，通过算法处理把画幅分成64个区域；
b.数字信号处理芯片DSP5通过算法计算出每个区域的灰度值，灰度值可作为环境亮度的参考值；
c.微控制器6间隔50ms发送查询命令给数字信号处理芯片DSP5，请求获取视频画面中所有区域的灰度值；
d.数字信号处理芯片DSP5收到请求后回复64个区域的灰度值；
e.微控制器6判断是否等待回复超时，回复超时时间间隔设置为1s，如果超时，清空数据缓存；
f.微控制器6收到64个区域的灰度值后进行存储在缓冲区中，缓冲区大小为每个区域20个值，并遵守先进先丢弃的方式最终得到最新的20个灰度值的平均值，该方法可降低每次亮度瞬间变化过高造成平均值无法线性变化的问题；
g.微控制器6在获得平均值后，通过算法包括区域权值、区域灰度值、区域亮暗分布计算当前画面是否需要加大增益或进行独立区域的强光抑制处理；
h.微控制器6通过命令设置数字信号处理芯片DSP5的响应参数，调节CMOS的动态范围，实现高动态范围的图像输出。
使得该装置随场景变化动态切换动态范围，达到场景最优的高动态范围，通过车规级验证，配合车载显示设备显示，由于采用性能规格更高的器件，其可靠性较高，该设计为单独模组设计，微控制器可通过UART/SPI/CAN等控制端口与外部模块进行通讯，可进行扩展。
使用时，如图4显示的系统流程框图：一种适用于行驶中的汽车不断变换场景时自动调节图像质量的方法，该方法主要思想是通过图像的亮暗分布，对图像质量进行定点区域调节。需要运用方案中DSP的处理以及微控制器对DSP数据的运算，最终发送调节命令给DSP，从而达到调整图像质量的目的。该方式的运行步骤如下：
a.DSP实时获取CMOS图像传感器的信号，通过算法处理把画幅分成64个区域；
b.DSP通过算法计算出每个区域的灰度值，灰度值可作为环境亮度的参考值；
c.微控制器间隔50ms发送查询命令给数字信号处理器，请求获取视频画面中所有区域的灰度值；
d.DSP收到请求后回复64个区域的灰度值；
e.微控制器判断是否等待回复超时，如果超时，清空数据缓存；
f.微控制器收到64个区域的灰度值后进行存储在缓冲区中，缓冲区大小为每个区域20个值，并遵守先进先丢弃的方式最终得到最新的20个灰度值的平均值，该方法可降低每次亮度瞬间变化过高造成平均值无法线性变化的问题；
g.微控制器在获得平均值后，通过算法(包括区域权值、区域灰度值、区域亮暗分布)计算当前画面是否需要加大增益或进行独立区域的强光抑制处理；
h.微控制器通过命令设置DSP的响应参数，调节CMOS的动态范围，实现高动态范围的图像输出。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种高动态单目CMOS摄像机系统的运行方法，包括车类载具(1)、高动态单目CMOS摄像机系统(2)和图像显示设备(3)，所述高动态单目CMOS摄像机系统(2)包括CMOS图像传感器(4)、数字信号处理芯片DSP(5)和微控制器(6)，所述图像显示设备(3)包括汽车高清显示屏(7)和普通导航(8)；
其特征在于：所述高动态单目CMOS摄像机系统运行方法：
a.数字信号处理芯片DSP(5)实时获取CMOS图像传感器(4)的信号，通过算法处理把画幅分成64个区域；
b.数字信号处理芯片DSP(5)通过算法计算出每个区域的灰度值，灰度值可作为环境亮度的参考值；
c.微控制器(6)间隔50ms发送查询命令给数字信号处理芯片DSP(5)，请求获取视频画面中所有区域的灰度值；
d.数字信号处理芯片DSP(5)收到请求后回复64个区域的灰度值；
e.微控制器(6)判断是否等待回复超时，如果超时，清空数据缓存；
f.微控制器(6)收到64个区域的灰度值后进行存储在缓冲区中，缓冲区大小为每个区域20个值，并遵守先进先丢弃的方式最终得到最新的20个灰度值的平均值，该方法可降低每次亮度瞬间变化过高造成平均值无法线性变化的问题；
g.微控制器(6)在获得平均值后，通过算法计算当前画面是否需要加大增益或进行独立区域的强光抑制处理；
h.微控制器(6)通过命令设置数字信号处理芯片DSP(5)的响应参数，调节CMOS的动态范围，实现高动态范围的图像输出。
2.根据权利要求1所述的一种高动态单目CMOS摄像机系统的运行方法，其特征在于：所述车类载具(1)通过IGN端口控制高动态单目CMOS摄像机系统(2)的运行。
3.根据权利要求1所述的一种高动态单目CMOS摄像机系统的运行方法，其特征在于：所述微控制器(6)CAN端口通过CAN总线与车机连接，所述微控制器(6)UART端口通过UART与普通导航(8)连接。
4.根据权利要求1所述的一种高动态单目CMOS摄像机系统的运行方法，其特征在于：所述CMOS图像传感器(4)由数字信号处理芯片DSP(5)控制。
5.根据权利要求1所述的一种高动态单目CMOS摄像机系统的运行方法，其特征在于：所述微控制器(6)可使用UART或SPI与数字信号处理器DSP连接，需使用DSP通讯协议进行通讯。
6.根据权利要求1所述的一种高动态单目CMOS摄像机系统的运行方法，其特征在于：所述高动态单目CMOS摄像机系统(2)LVDS端口通过LVDS与汽车高清显示屏(7)连接。
7.根据权利要求1所述的一种高动态单目CMOS摄像机系统的运行方法，其特征在于：所述高动态单目CMOS摄像机系统(2)接地端口接地。
8.根据权利要求1所述的一种高动态单目CMOS摄像机系统的运行方法，其特征在于：所述数字信号处理芯片DSP(5)经过高清传输套片与图像显示设备(3)连接。
9.根据权利要求1所述的一种高动态单目CMOS摄像机系统的运行方法，其特征在于：所述回复超时的时间间隔设置为1s。
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