CN109005320A - 一种驾驶员监控红外摄像头装置以及图像亮度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车载摄像头技术领域，尤其涉及一种驾驶员监控红外摄像头装置以及图像亮度控制方法，包括处理器单元和红外摄像头模块；所述红外摄像头模块包括电源模块、依次连接的镜头、图像传感器、图像处理模块、LVDS串行器和第二同轴连接器、以及依次连接的LED、LED驱动模块、第二B2B连接器和第一B2B连接器；所述第二同轴连接器和第一B2B连接器通过所述电源模块供电；所述图像处理模块分别与所述LED驱动模块和第一B2B连接器连接；所述第二同轴连接器与所述处理器单元的第一同轴连接器连接。本发明的发明目的在于提供一种驾驶员监控红外摄像头装置，解决了现有红外摄像头装置线束多，安装位置难以确认，红外LED模块发热量大，摄像头尺寸大的技术问题。

Description

一种驾驶员监控红外摄像头装置以及图像亮度控制方法

技术领域

本发明涉及车载摄像头技术领域，尤其涉及一种驾驶员监控红外摄像头装置以及图像亮度控制方法。

背景技术

据调查，在中国地区40％的交通事故是由于疲劳驾驶导致的，有超过30％的交通事故由于注意力分散驾驶造成的，为了提高驾驶的安全性，减少因疲劳和注意力分散驾驶带来的交通事故，驾驶员监控系统在安全辅助驾驶领域应用需求越来越广。

对于驾驶员监控技术，驾驶员监控技术普遍采用摄像头捕捉人脸状态分析技术，为了不影响驾驶员的正常行驶，驾驶员监控系统一般采用红外摄像头，为了实现在夜晚正常工作，需要增加LED模块补光，该LED模块光的波长为850或940nm的不可见光，对于驾驶员的驾驶行为毫无影响，

针对驾驶员监控领域的红外摄像头，与普通摄像头最大区别是，需要长时期监测驾驶员的状态，与之配合的LED同样需要长时间工作，LED产生的散热问题直接影响红外摄像头的性能。另外，很多驾驶员在驾驶过程中，不喜欢看到摄像头，就这需要提供一个相对隐藏的安装位置。因此需要解决红外摄像头的散热及体积问题。

为此，现有红外摄像头的常见结构如下：

方法一：红外LED模块与红外摄像头模块分离，成2～3个独立模块，至少需要3根线，其中2根线束仅作为红外LED模块的供电功能；1根线束为同轴线缆，传输摄像头图像信号以及供电功能。该结构虽然将摄像头模块和红外LED模块分开，相互不影响，但线束多，结构复杂；并且红外LED模块需要和摄像头模块一起配合，共同寻找合适的位置标定，不利于整车安装；线束与红外LED模块等外壳等机械材料多，产品成本增加；红外摄像头模块与红外LED模块分离，接口也无法与普通摄像头兼容。

方法二：如图1所示，加大红外摄像头尺寸，采用4～10颗红外LED，该结构的摄像头，照明效果良好，但摄像头尺寸较大，影响安装，特别对于车内简洁，驾驶过程中不喜欢对着摄像头的车主，是无法接受的。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种驾驶员监控红外摄像头装置以及图像亮度控制方法，解决了现有红外摄像头装置线束多，安装位置难以确认，红外LED模块发热量大，摄像头尺寸大的技术问题。

为了达到上述发明目的，本发明提供一种驾驶员监控红外摄像头装置，包括处理器单元和红外摄像头模块；所述处理器单元包括依次连接的处理器模块、解串器和第一同轴连接器；所述红外摄像头模块包括电源模块、依次连接的镜头、图像传感器、图像处理模块、LVDS串行器和第二同轴连接器、以及依次连接的LED、LED驱动模块、第二B2B连接器和第一B2B连接器；所述第二同轴连接器和第一B2B连接器通过所述电源模块供电；所述图像处理模块分别与所述LED驱动模块和第一B2B连接器连接；所述第二同轴连接器与所述处理器单元的第一同轴连接器连接。

优选的，还包括由摄像头电路模块、降压电路、限流模块、储能电路模块、升压模块和系统电源模块组成的电源电路；所述摄像头电路模块和降压电路依次接入所述镜头与第二同轴连接器之间；所述储能电路模块和限流模块依次接入所述LED驱动模块与第二同轴连接器之间；所述系统电源模块、升压模块和所述处理器单元的第一同轴连接器依次连接。

优选的，所述摄像头主要电路模块输出至所述镜头的电压值为12V～24V。

优选的，所述图像处理模块输出曝光同步信号至所述LED驱动模块，控制所述LED驱动模块开启并输出驱动电流至所述LED。

优选的，所述图像处理模块输出曝光同步信号为PWM占空比信号。

优选的，所述红外摄像头模块集成于一金属壳体内；焊接所述LED的PCB板为金属基板板材；所述PCB板与其他模块通过P2P连接器相连，且与所述金属壳体接触。

优选的，所述LED的数量为一个。

基于上述驾驶员监控红外摄像头装置，本发明另一方面还提供一种图像亮度控制方法，包括以下步骤：

S100、设置目标亮度值范围值、曝光时间上限和下限；

S200、图像传感器读取得到图像亮度值，并与设置的目标亮度值范围值作对比；

S300、根据对比结果对所述图像处理模块输出的曝光同步信号的占空比、曝光时间和增益作调整。

在步骤S300中，根据对比结果对所述图像处理模块输出的曝光同步信号的占空比、曝光时间和增益作调整；优选的，包括：

S301、若读取到的图像亮度值位于目标亮度值范围内，则保持曝光同步信号的曝光时间和增益不变；

若读取到的图像亮度值小于目标亮度值范围值的下限，则提高曝光同步信号的占空比和增加曝光时间；

若读取到的图像亮度值大于目标亮度值范围值的上限，则减少曝光同步信号的占空比和减小曝光时间；

S302、曝光同步信号的曝光时间增加后；

若曝光时间大于设置的曝光时间上限，则控制曝光同步信号的曝光时间与设置的曝光时间上限相等，并增加图像增益；

若曝光时间不大于设置的曝光时间上限，则返回步骤S200再次读取图像亮度值；

S303、曝光同步信号的曝光时间减小后；

若曝光时间小于设置的曝光时间下限，则控制曝光同步信号的曝光时间与设置的曝光时间下限相等，并减小图像增益；

若曝光时间不小于设置的曝光时间下限，则返回步骤S200再次读取图像亮度值。

本发明提供的技术方案，其摄像头在采用的LED与摄像头一体化设计，摄像头与ECU的连接只需要一根线即可，减少摄像头线束，结构简单，尺寸较小，安装方便；对LED进行占空比式PWM控制，避免LED长时间工作，解决发热量大的问题；外壳采用金属外壳，达到改善LED散热性能；减少机械材料，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有红外摄像头结构示意图；

图2为本发明实施例驾驶员监控红外摄像头装置电路连接框图；

图3为本发明实施例驾驶员监控红外摄像头装置电源电路连接框图；

图4为本发明实施例驾驶员监控红外摄像头装置红外摄像头模块硬件结构示意图；

图5为本发明实施例图像亮度控制方法控制算法流程图；

图6为本发明实施例图像亮度控制方法控制算法流程框图；

图7为本发明实施例图像亮度控制方法中步骤S300流程框图。

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作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。

对于具有监控功能的车载红外摄像头，其红外LED模块与红外摄像头模块分离，需要采用多根线束连接，结构复杂；红外LED模块需要和摄像头模块搭配安装，不利于整车安装；线束与红外LED模块等外壳等机械材料多，产品成本增加；红外摄像头模块与红外LED模块分离，接口也无法与普通摄像头兼容；另外红外LED数量多，发热量大。

请参见图2，为了解决上述技术问题，本实施例提供一种驾驶员监控红外摄像头装置，该装置由处理器单元10和红外摄像头模块20两部分构成。

其中，处理器单元10包括依次连接的处理器模块11、解串器12和第一同轴连接器13。

在处理器单元10和红外摄像头模块20之间，处理器单元10的第一同轴连接器13与红外摄像头模块20的第二同轴连接器26连接。

其中，红外摄像头模块20包括电源模块21、镜头22、图像传感器23、图像处理模块24、LVDS串行器25、第二同轴连接器26、LED27、LED驱动模块28、第一B2B连接器291和第二B2B连接器292。在连接结构中，镜头22、图像传感器23、图像处理模块24、LVDS串行器25和第二同轴连接器26依次连接，LED27、LED驱动模块28、第二B2B连接器292和第一B2B连接器291依次连接，第二同轴连接器26和第一B2B连接器291通过电源模块21供电，图像处理模块24分别与LED驱动模块28和第一B2B连接器291连接。

普通的高清摄像头的信号处理方式如下：

(1)图像传感器23和镜头22获取人脸的图像信号，发给图像处理模块24；

(2)图像处理模块24将人脸图像进行图像增加，图像优化处理，发给LVDS串行器25；

(3)LVDS串行器25将图像信号打包后，通过同轴连接器发送给处理器单元10模块。

图4所示为本发明实施例红外摄像头模块20的机械结构设计，其中1、镜头22；2、灯罩；3、前盖；4、红外LED27；5、金属基板；6、固定中框；7、PCB板1；8、PCB2；9、后盖；10、同轴连接器。本发明实施例提供的红外摄像头模块20，采用红外LED27与摄像头一体化设计，LED27放在镜头22的下方，与镜头22在同一平面；并且红外LED27只有一个，降低成本，减少摄像头尺寸；焊接LED27的PCB采用金属基板板材，加强LED27的散热效果；金属基板与其他模块通过P2P连接器相连，避免LED27的热量直接影响到其他模块；外壳使用全金属外壳，LED27的基板直接与外壳接触，加强导热性；接口采用同轴接口，通过LVDS传输视频信号，POC给摄像头和LED27提供供电。从机械外表分析，本发明实施例提供的红外摄像头模块20结构简单，尺寸小，安装方便，只有一个红外LED27，只有一个同轴连接器。

采用上述红外摄像头模块20，还需解决的技术问题包括：(1)LED27的发热问题，LED27与摄像头一体化设计，LED27发热影响摄像头性能；(2)LED27供电电路设计问题，LED27采用占空比控制方式，产生纹波，影响摄像头电路稳定性；(3)单颗LED27曝光不足问题，单颗LED27照明亮度低，需要提高功率。

为此本发明实施例提供的技术方案采用以下解决方案：

(1)对于LED27的发热问题：由于红外LED27发热量高，需要对LED27进行占空比式空置，仅需要图像传感器23曝光的时候，打开LED27，避免红外LED27产时间工作，发热量大的问题，如下图所示，图像处理模块24发出曝光同步信号，如图中虚线所示，曝光同步信号控制LED驱动模块28，LED驱动模块28开启并输出驱动电流至LED27，LED驱动模块28开启后，输出占空比信号至LED27。

(2)对于LED27供电电路设计问题：本发明采用同轴的POC技术给红外摄像头供电，由于同轴POC技术的技术要求，最大电流不能超过500mA，所以要求红外摄像头总功耗不能太大，本发明采用单颗LED27照明。此外由于LED27采用占空比控制方式，容易造成纹波对摄像头主要电路模块造成不稳定工作，在LED27供电方式也做了改进：

请参见图3，为实现该方案，电源电路也做了一部分，还包括由摄像头电路模块31、降压电路32、限流模块33、储能电路模块34、升压模块35和系统电源模块36组成的电源电路；摄像头电路模块31和降压电路32依次接入镜头22与第二同轴连接器26之间；储能电路模块34和限流模块33依次接入LED驱动模块28与第二同轴连接器26之间；系统电源模块36、升压模块35和处理器单元10的第一同轴连接器13依次连接。

在处理器单元10增加了一个升压模块35电路，改升压电路模块，可以使用现有芯片技术实现；一般高清摄像头供电电源约7V，本发明摄像头供电电源设置在12V～24V之间；POC电源从同轴连接器输出，经过限流电流模块，电流控制在300mA，再经过储能电路模块34，然后给LED驱动模块28供电。

(3)对于LED27曝光不足问题：LED27采用大功率器件，供电功率最大达到4V/3A，即瞬间电功率超过10w；缩短LED27的曝光时间，LED驱动模块28输出至LED27的占空比信号的占空比控制在30％以内，减低总功耗；通过图像处理模块24，图像增强效果，提供图像亮度。

请参见图5，根据LED27曝光不足的问题，软件算法增加辅助控制，因此在本发明实施例中另一方面还提供一种图像亮度控制方法。通过图像的亮度值判断，调整LED的占空比，在保证LED正常工作的同时，平衡图像亮度和LED功耗，有效地得到一个亮度足够的图像。

请参见图6，具体的，本发明实施例提供的图像亮度控制方法，包括以下步骤：

S100、设置目标亮度值范围值、曝光时间上限和下限。

S200、图像传感器读取得到图像亮度值，并与设置的目标亮度值范围值作对比。

S300、根据对比结果对所述图像处理模块输出的曝光同步信号的占空比、曝光时间和增益作调整。

在步骤S300中，根据对比结果对所述图像处理模块输出的曝光同步信号的占空比、曝光时间和增益作调整。请参见图7，具体包括：

S301、若读取到的图像亮度值位于目标亮度值范围内，则保持曝光同步信号的曝光时间和增益不变；

若读取到的图像亮度值小于目标亮度值范围值的下限，则提高曝光同步信号的占空比和增加曝光时间；

若读取到的图像亮度值大于目标亮度值范围值的上限，则减少曝光同步信号的占空比和减小曝光时间；

S302、曝光同步信号的曝光时间增加后；

若曝光时间大于设置的曝光时间上限，则控制曝光同步信号的曝光时间与设置的曝光时间上限相等，并增加图像增益；

若曝光时间不大于设置的曝光时间上限，则返回步骤S200再次读取图像亮度值；

S303、曝光同步信号的曝光时间减小后；

若曝光时间小于设置的曝光时间下限，则控制曝光同步信号的曝光时间与设置的曝光时间下限相等，并减小图像增益；

若曝光时间不小于设置的曝光时间下限，则返回步骤S200再次读取图像亮度值。

本发明实施例提供的技术方案，其摄像头在采用的LED与摄像头一体化设计，摄像头与ECU的连接只需要一根线即可，减少摄像头线束，结构简单，尺寸较小，安装方便；对LED采用PWM方式控制，避免LED连续长时间工作，解决发热量大的问题；外壳采用金属外壳，达到改善LED散热性能；减少机械材料，降低成本。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种驾驶员监控红外摄像头装置，其特征在于：包括处理器单元和红外摄像头模块；所述处理器单元包括依次连接的处理器模块、解串器和第一同轴连接器；所述红外摄像头模块包括电源模块、依次连接的镜头、图像传感器、图像处理模块、LVDS串行器和第二同轴连接器、以及依次连接的LED、LED驱动模块、第二B2B连接器和第一B2B连接器；所述第二同轴连接器和第一B2B连接器通过所述电源模块供电；所述图像处理模块分别与所述LED驱动模块和第一B2B连接器连接；所述第二同轴连接器与所述处理器单元的第一同轴连接器连接。

2.根据权利要求1所述的驾驶员监控红外摄像头装置，其特征在于：还包括由摄像头电路模块、降压电路、限流模块、储能电路模块、升压模块和系统电源模块组成的电源电路；所述摄像头电路模块和降压电路依次接入所述镜头与第二同轴连接器之间；所述储能电路模块和限流模块依次接入所述LED驱动模块与第二同轴连接器之间；所述系统电源模块、升压模块和所述处理器单元的第一同轴连接器依次连接。

3.根据权利要求2所述的驾驶员监控红外摄像头装置，其特征在于：所述摄像头主要电路模块输出至所述镜头的电压值为12V￣24V。

4.根据权利要求1所述的驾驶员监控红外摄像头装置，其特征在于：所述图像处理模块输出曝光同步信号至所述LED驱动模块，控制所述LED驱动模块开启并输出驱动电流至所述LED。

5.根据权利要求4所述的驾驶员监控红外摄像头装置，其特征在于：所述图像处理模块输出曝光同步信号为PWM占空比信号。

6.根据上述任一项权利要求所述的驾驶员监控红外摄像头装置，其特征在于：所述红外摄像头模块集成于一金属壳体内；焊接所述LED的PCB板为金属基板板材；所述PCB板与其他模块通过P2P连接器相连，且与所述金属壳体接触。

7.根据权利要求6所述的驾驶员监控红外摄像头装置，其特征在于：所述LED的数量为一个。

8.一种基于权利要求5所述的驾驶员监控红外摄像头装置的图像亮度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S100、设置目标亮度值范围值、曝光时间上限和下限；

S200、图像传感器读取得到图像亮度值，并与设置的目标亮度值范围值作对比；

S300、根据对比结果对所述图像处理模块输出的曝光同步信号的占空比、曝光时间和增益作调整。

9.根据权利要求8所述的图像亮度控制方法，在步骤S300中，根据对比结果对所述图像处理模块输出的曝光同步信号的占空比、曝光时间和增益作调整；其特征在于：包括：

S301、若读取到的图像亮度值位于目标亮度值范围内，则保持曝光同步信号的曝光时间和增益不变；

若读取到的图像亮度值小于目标亮度值范围值的下限，则提高曝光同步信号的占空比和增加曝光时间；

若读取到的图像亮度值大于目标亮度值范围值的上限，则减少曝光同步信号的占空比和减小曝光时间；

S302、曝光同步信号的曝光时间增加后；

若曝光时间大于设置的曝光时间上限，则控制曝光同步信号的曝光时间与设置的曝光时间上限相等，并增加图像增益；

若曝光时间不大于设置的曝光时间上限，则返回步骤S200再次读取图像亮度值；

S303、曝光同步信号的曝光时间减小后；

若曝光时间小于设置的曝光时间下限，则控制曝光同步信号的曝光时间与设置的曝光时间下限相等，并减小图像增益；

若曝光时间不小于设置的曝光时间下限，则返回步骤S200再次读取图像亮度值。