CN114793271A - 一种图像采集装置及亮度平衡方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种图像采集装置，包括：卷帘快门式图像传感器、转轮和驱动装置；转轮位于卷帘快门式图像传感器的感光侧，转轮上设置有遮挡光线的遮光部和透过光线的透光部。当驱动装置驱动转轮转动时，转轮上的透光部周期性地透过光线，使得卷帘快门式图像传感器中的多行感光单元接收透过的光线，并通过光电转换将光线信号转换为电信号。本方案中，通过设置有遮光部和透光部的转轮周期性地遮挡感光单元上的光线，使得所有感光单元的曝光时间近似相同，实现了采用卷帘快门式图像传感器达到了与全局曝光传感器的拍摄效果。另外，采用卷帘快门式图像传感器与转轮的配合组合，降低了图像采集装置的成本。

Description

一种图像采集装置及亮度平衡方法

技术领域

本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种图像采集装置及亮度平衡方法。

背景技术

在交通场景中，往往需要对道路上行驶的车辆抓拍。通常来说，道路上行驶的车辆运动速度快，因此对用于抓拍的图像采集装置的要求也比较高。目前，图像采集装置中的图像传感器通常包括卷帘快门式图像传感器和全局快门式图像传感器。

在采用卷帘快门式图像传感器进行抓拍时，如果车辆运动速度较快，卷帘快门式图像传感器抓拍得到的图像会存在明显的变形，拍摄效果较差。采用全局快门式图像传感器进行抓拍，则可以避免图像发生变形。

然而，采用全局快门式图像传感器的图像采集装置成本比较高。相同性能下，全局快门式图像采集装置的成本往往是卷帘快门式图像采集装置的成本的5-10倍。因此，为适应智能交通发展的需求，亟需一种成本较低且拍摄效果良好的图像采集装置。

发明内容

本申请提供了一种图像采集装置，能够以较低的成本达到良好的图像拍摄效果，满足高速运动场景下的图像拍摄需求。

本申请第一方面提供一种图像采集装置，可以应用于交通场景中，该图像采集装置包括：卷帘快门式图像传感器、转轮和驱动装置。所述转轮位于所述卷帘快门式图像传感器的感光侧，所述转轮上设置有遮光部和透光部，所述遮光部用于遮挡光线，所述透光部用于透过光线。所述驱动装置与所述转轮连接，用于驱动所述转轮转动。所述卷帘快门式图像传感器包括多行感光单元，所述多行感光单元用于接收所述透光部透过的光线，通过光电转换将光线信号转换为电信号。当所述驱动装置驱动所述转轮转动时，所述转轮上的遮光部周期性地遮挡光线，所述转轮上的透光部周期性地透过光线。这样，所述多行感光单元能够周期性地接收所述透光部透过的光线。

本方案中，通过设置有遮光部和透光部的转轮周期性地遮挡感光单元上的光线，使得所有感光单元的曝光时间近似相同，实现了采用卷帘快门式图像传感器达到了与全局曝光传感器的拍摄效果。另外，采用卷帘快门式图像传感器与转轮的配合组合，降低了图像采集装置的成本。

可选的，在一个可能的实现方式中，所述透光部为所述转轮上的缺口。在多行感光单元的曝光过程中，卷帘快门式图像传感器的多行感光单元暴露在缺口内，光线可通过缺口照射到感光单元。当所述转轮转动到第一位置时，所述多行感光单元位于所述缺口内，所述多行感光单元能够进行曝光。当所述转轮转动到第二位置时，所述转轮遮挡所述多行感光单元，所述多行感光单元曝光结束。当所述转轮转动到第三位置时，所述转轮遮挡所述多行感光单元中的部分感光单元，所述多行感光单元中的另一部分感光单元位于所述缺口内。

可选的，在一个可能的实现方式中，所述转轮的缺口设置有带通滤光片。带通滤光片用于滤过杂光(例如除可见光之外的光线)，提高曝光时感光单元的曝光效果。

可选的，在一个可能的实现方式中，所述转轮为圆形转轮，所述透光部的形状为扇形。

可选的，在一个可能的实现方式中，所述透光部的一侧包括圆心向圆弧边缘方向的第一边，所述第一边在遮挡目标行感光单元时与所述目标行感光单元平行，所述目标行感光单元为所述多行感光单元中的一行感光单元。通过设置转轮在遮挡感光单元时，缺口的一条边会与所述目标行感光单元平行，能够节省转轮完全遮挡卷帘快门式图像传感器上的感光单元的时间，尽可能保证感光单元的曝光时间相近。

可选的，在一个可能的实现方式中，所述图像采集装置还包括传感器和控制器，所述传感器用于检测所述转轮与所述多行感光单元的位置关系；所述控制器用于在所述传感器检测到所述多行感光单元均接收到所述透光部透过的光线时，控制所述多行感光单元进行全局复位。

可选的，在一个可能的实现方式中，所述多行感光单元包括相邻的第一行感光单元和第二行感光单元，所述第一行感光单元接收光线的时长与所述第二行感光单元接收光线的时长之间的差值小于所述第一行感光单元的信号读出时间。通过由卷帘快门式图像传感器执行全局复位，使得卷帘快门式图像传感器中的多行感光单元的曝光开始时间相同，则多行感光单元中相邻的两行感光单元的曝光时长之间的差值则为两行感光单元被转轮遮挡的时间差。通过控制转轮遮挡多行感光单元的速度，可以使得多行感光单元中相邻的两行感光单元的曝光时间差小于每行感光单元的信号读出时间，从而尽可能保证多行感光单元中每行感光单元的曝光时间相近。

本申请第二方面提供一种亮度平衡方法，所述方法应用于图像采集装置上，所述图像采集装置包括多行感光单元，所述方法包括：获取所述多行感光单元中第一行感光单元的曝光时间以及所述多行感光单元中第二行感光单元的曝光时间。其中，第一行感光单元为需要进行亮度平衡的一行感光单元，第一行感光单元例如可以是所述多行感光单元中除第二行感光单元之外的任意一行感光单元。第二行感光单元则是用于作为亮度基准的一行感光单元，第二行感光单元对应的像素的亮度不需要调整。根据所述第一行感光单元的曝光时间与所述第二行感光单元的曝光时间，确定所述第一行感光单元的亮度平衡系数。根据所述亮度平衡系数对所述第一行感光单元对应的像素进行亮度调整。

本实施例中，通过基于行亮度平衡的方法对每行感光单元的亮度进行调整，能够有效补偿不同行之间由于曝光时间不完全相同而导致的图像局部亮度差异，保证了图像的质量。

可选的，在一个可能的实现方式中，所述获取第一行感光单元的曝光时间以及第二行感光单元的曝光时间，包括：根据所述第三行感光单元的曝光时间、过渡态时间、所述第一行感光单元的行数以及所述多行感光单元的行数，获取所述第一行感光单元的曝光时间；根据所述第三行感光单元的曝光时间、过渡态时间、所述第二行感光单元的行数以及所述多行感光单元的行数，获取所述第二行感光单元的曝光时间；其中，所述第三行感光单元为所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元，所述过渡态时间为从所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元曝光结束开始，直至所述多行感光单元中曝光时间最长的一行感光单元曝光结束所需的时间。

可选的，在一个可能的实现方式中，所述转轮包括相对所述卷帘快门式图像传感器转动的转轮，所述转轮上设置有用于所述多行感光单元进行感光的缺口，所述转轮为圆轮；所述过渡态时间是基于所述图像传感器的边长、所述图像传感器的帧率以及所述圆轮的半径确定的。

可选的，在一个可能的实现方式中，所述第二行感光单元为所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元，或所述第二行感光单元为所述多行感光单元中曝光时间最长的一行感光单元。

本申请第三方面提供了一种图像处理装置，可以包括处理器，处理器和存储器耦合，存储器存储有程序指令，当存储器存储的程序指令被处理器执行时实现上述第二方面所述的方法。对于处理器执行第二方面的各个可能实现方式中的步骤，具体均可以参阅第二方面，此处不再赘述。

本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面所述的方法。

本申请第五方面提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面所述的方法。

本申请第六方面提供了一种电路系统，所述电路系统包括处理电路，所述处理电路配置为执行上述第二方面所述的方法。

本申请第七方面提供了一种芯片，包括一个或多个处理器。处理器中的部分或全部用于读取并执行存储器中存储的计算机程序，以执行上述任一方面任意可能的实现方式中的方法。可选地，该芯片该包括存储器，该存储器与该处理器通过电路或电线与存储器连接。可选地，该芯片还包括通信接口，处理器与该通信接口连接。通信接口用于接收需要处理的数据和/或信息，处理器从该通信接口获取该数据和/或信息，并对该数据和/或信息进行处理，并通过该通信接口输出处理结果。该通信接口可以是输入输出接口。本申请提供的方法可以由一个芯片实现，也可以由多个芯片协同实现。

附图说明

图1为卷帘快门式图像传感器和全局快门式图像传感器的曝光示意图；

图2为卷帘快门式图像传感器和全局快门式图像传感器的拍摄对比示意图；

图3为相关技术中的一种抓拍示意图；

图4为本申请实施例提供的一种图像采集装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种卷帘快门式图像传感器30的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种具体的转轮的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种卷帘快门式图像传感器30与转轮20的相对位置示意图；

图8为本申请实施例提供的一种曝光时间的对比示意图；

图9为本申请实施例提供的一种转轮的角度示意图；

图10为本申请实施例提供的一种转轮的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种图像采集装置的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的一种亮度平衡方法的流程示意图；

图13为本申请实施例提供的一种亮度平衡系数的示意图；

图14为本申请实施例提供的一种图像进行亮度平衡前后的对比示意图；

图15为本申请实施例提供的一种应用场景的示意图；

图16为本申请实施例提供的一种图像采集装置拍摄得到的图像的示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。

为方便理解本申请实施例提供的图像采集装置，首先说明一下其应用场景。本申请实施例提供的图像采集装置可以应用于高速运动物体的抓拍场景中，例如智能交通场景中，用于拍摄道路上的车辆。比如，在卡口场景中，道路上待抓拍的车辆运动速度较快，最快能达到100KM/h以上。为了抓拍到清晰的图像，相关技术中的图像采集装置采用成本较高的全局快门式图像传感器，导致大规模应用时成本太大，制约了智能交通的发展。为此本申请提供一种图像采集装置，以在达到相同的拍摄效果下，降低图像采集装置的成本。

为方便理解本申请实施例提供的图像采集装置，首先说明与本申请实施例相关的两种类型的图像传感器。

全局快门式图像传感器采用的快门控制方式为全局快门式。快门开启后，全局快门式图像传感器上所有的感光单元同时开始曝光；快门关闭后，全局快门式图像传感器上所有的感光单元同时结束曝光。全局快门式图像传感器内置有缓存，可以保存曝光结束后感光单元所采集到的信号，以便于信号的持续读出。因此，全局快门式图像传感器支持所有感光单元同时开始曝光以及同时结束曝光。其中，感光单元用于在曝光过程中将光信号转换为电信号，以实现光信号信息的记录。示例性地，图像传感器中的感光单元例如可以为光电传感器。感光单元曝光是指光线照射到感光单元上，使得感光单元将光信号转换为电信号。

卷帘快门式图像传感器采用的快门控制方式为卷帘快门式。快门开启后，卷帘快门式图像传感器上的感光单元逐行曝光，且每行感光单元曝光结束后持续读出每行感光单元所采集到的信号。对于卷帘快门式图像传感器来说，不同行的感光单元曝光时间的起始点以及结束点均不相同，但曝光时间相同。

具体地，可以参阅图1，图1为卷帘快门式图像传感器和全局快门式图像传感器的曝光示意图。如图1中的(a)所示，卷帘快门式图像传感器采用逐行曝光的方式，第一行感光单元曝光的时间段为[t0，t1]，后续每一行感光单元的曝光时间起始点和结束点均不相同。其中，相邻的两行感光单元之间的曝光结束时间点之间的时间差刚好为读出一行感光单元的信号所需的时间，即在前一行感光单元所采集的信号读出完毕时，后一行感光单元的曝光刚好结束，以继续读出后一行感光单元所采集的信号。由于每一行感光单元的曝光开始时间和结束时间都不相同，因此当拍摄的物体处于高速运动状态时，会导致图像出现变形的现象。由于图像的变形和果冻被挤压时所产生的变形类似，因此将卷帘快门式图像传感器拍摄运动物体时所出现的现象称为“果冻”效应。

如图1中的(b)所示，全局快门式图像传感器采用所有感光单元同时开始曝光且同时结束曝光的方式，每一行感光单元的曝光时间段均为[t0，t1]。由于所有感光单元的曝光时间段都是相同的，因此采用全局快门式图像传感器拍摄高速运动物体时，不会出现图像变形的现象。

具体地，可以参阅图2，图2为卷帘快门式图像传感器和全局快门式图像传感器的拍摄对比示意图。如图2所示，图2中的(a)为采用卷帘快门式图像传感器所拍摄的图像，图像存在明显的变形；图2中的(b)为采用全局快门式图像传感器所拍摄的图像，图像不存在变形。

基于此，现有技术中，用于交通抓拍的图像采集装置通常使用全局快门式图像传感器。在全局快门式图像传感器的曝光期间，开启补光灯，进行抓拍。具体地，可以参阅图3，图3为相关技术中的一种抓拍示意图。

然而，采用全局快门式图像传感器的图像采集装置成本比较高。相同性能下，全局快门式图像采集装置的成本往往是卷帘快门式图像采集装置的成本的5-10倍。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种图像采集装置，该图像采集装置是以卷帘快门式图像传感器为基础，进行设计的图像采集装置。该图像采集装置能够以较低的成本达到良好的图像采集效果，满足高速运动场景下的图像采集需求。

可以参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种图像采集装置的结构示意图。如图4所示，图像采集装置包括镜头10、转轮20、卷帘快门式图像传感器30和驱动装置(图中未示出)。沿着拍摄物体侧指向成像侧的方向，依次设置有镜头10、转轮20以及卷帘快门式图像传感器30。其中，转轮20位于镜头10与卷帘快门式图像传感器30之间，即转轮20位于卷帘快门式图像传感器30的感光侧(卷帘快门式图像传感器30朝向镜头10的一侧)。驱动装置与转轮20连接，用于驱动转轮20转动。转轮20用于在特定时间下遮挡进入卷帘快门式图像传感器30的光线。在转轮20不遮挡光线的情况下，穿过镜头10的光线可以照射到卷帘快门式图像传感器30进行成像，实现卷帘快门式图像传感器30的曝光。在转轮20遮挡光线的情况下，穿过镜头10的光线被转轮20所遮挡，没有光线照射到卷帘快门式图像传感器30上。

参考图5，图5为本申请实施例提供的一种卷帘快门式图像传感器30的结构示意图。如图5所示，卷帘快门式图像传感器30采用卷帘快门式曝光方式。卷帘快门式图像传感器30包含多行感光单元，每行感光单元中具有多个感光单元31，整个卷帘快门式图像传感器30上的感光单元31呈阵列方式排列。

本申请实施例中，卷帘快门式图像传感器30具有全局复位功能，即卷帘快门式图像传感器30中的多行感光单元能够同时完成放电操作，从而将多行感光单元中原来所存储的电荷清空。这样，在曝光过程中，通过由卷帘快门式图像传感器30执行全局复位，可以使得卷帘快门式图像传感器30中的多行感光单元同时重新开始曝光。

参考图6，图6为本申请实施例提供的一种具体的转轮的结构示意图。转轮20设置有遮光部21和透光部22，转轮20在驱动装置的驱动下可相对卷帘快门式图像传感器30转动，如转轮20相对卷帘快门式图像传感器30顺时针或者逆时针转动。所述遮光部21用于遮挡光线，所述透光部22用于透过光线。在多行感光单元的曝光过程中，卷帘快门式图像传感器30的多行感光单元暴露在透光部22内，光线可透过透光部22照射到所述多行感光单元。所述多行感光单元用于接收透光部22透过的光线，通过光电转换将光线信号转换为电信号。随着转轮20的转动，转轮20的遮光部21(除透光部22外的部分结构)沿多行感光单元的排列方向逐行遮挡感光单元，上述的遮挡过程在一个很短的时间进行。

此外，如图5所示，为方便理解本申请实施例提供的图像采集装置，定义了多行感光单元中相邻的第一行感光单元301和第二行感光单元302。所述第一行感光单元301接收光线的时长与所述第二行感光单元302接收光线的时长之间的差值小于所述第一行感光单元301的信号读出时间，即所述第一行感光单元301的曝光时长与所述第二行感光单元302的曝光时长之间的差值小于一行感光单元的信号读出时间。

通过由卷帘快门式图像传感器30执行全局复位，使得卷帘快门式图像传感器30中的多行感光单元的曝光开始时间相同，则多行感光单元中相邻的两行感光单元的曝光时长之间的差值则为两行感光单元被转轮20遮挡的时间差。通过控制转轮20遮挡多行感光单元的速度，可以使得多行感光单元中相邻的两行感光单元的曝光时间差小于每行感光单元的信号读出时间，从而尽可能保证多行感光单元的曝光时间相近。

可选的，本申请实施例提供的转轮20为圆形转轮，透光部22为所述转轮20上的缺口，例如透光部22为扇形缺口。应理解，图3所示的圆形转轮20仅为一个具体的示例，本申请实施例提供的转轮20还可采用椭圆形、方形、异形等不同形状的转轮。另外，对于透光部22的形状，在本申请实施例中也不做具体限定，除扇形外，还可采用矩形、椭圆形等不同的形状，只要保证在转轮20的转动过程中，透光部22能够完全覆盖卷帘快门式图像传感器30一段时间即可，即确保卷帘快门式图像传感器30能够通过透光部22进行曝光。

为得到较好的遮光效果，转轮20可以为黑色转轮。在采用黑色转轮时，转轮20可采用黑色材质制备而成，如黑色塑料、树脂等不同的材质。当然还可采用其他的材质制备转轮20，如采用透明的玻璃制备转轮20，在转轮20上贴附不透光的黑色图层也可达到遮光的效果。除上述方式外，还可采用其他不透光的材质，如钢、铁、铝等金属材质，也可达到同样的效果。

可选的，转轮20的透光部22设置有带通滤光片(图中未示出，滤光片的形状可参考透光部22的形状)。带通滤光片用于滤过杂光(例如除可见光之外的光线)，提高曝光时感光单元的曝光效果。作为一个示例，带通滤光片可采用红外滤光片，通过红外滤光片可改善曝光时的效果。

可选的，卷帘快门式图像传感器30靠近圆形转轮20的边缘(即卷帘快门式图像传感器30远离圆形转轮20的圆心)，从而使得转轮20在遮挡感光单元时具有较大的线速度，使得多行感光单元之间的曝光时间差尽可能相等。具体地，卷帘快门式图像传感器30上的一个或多个顶点可以与圆形转轮20的圆弧相接，以使得卷帘快门式图像传感器30尽可能靠近圆形转轮20的边缘的同时，保证卷帘快门式图像传感器30仍处于透光部22内。例如，在图6中，方形的卷帘快门式图像传感器30中的一个顶点与圆形转轮20的圆弧相接，且卷帘快门式图像传感器30仍然位于透光部22内。

用于驱动转轮20转动的驱动装置可以包括驱动电机，驱动电机的转轴直接与转轮20固定连接，或者驱动装置包括驱动电机以及减速齿轮组件，驱动机的转轴通过减速齿轮组件与转轮连接，以驱动转轮20转动。应理解上述驱动电机的转轴直接与转轮20连接或者通过减速齿轮组件与转轮20连接的方式为常规的驱动连接方式，在此不再详细赘述。

可选的，驱动电机的转速可以是预先根据卷帘快门式图像传感器30的帧率设定好的，且驱动电机的转速是匀速的，从而使得驱动电机在上电后能够根据设定好的转速带动转轮20匀速转动，即转轮20在转动过程中保持角速度不变。具体地，驱动电机带动转轮20转动一圈所需的时间可以是与卷帘快门式图像传感器30采集一帧图像的时间相同，即驱动电机带动转轮20所转动的圈数可以与卷帘快门式图像传感器30的帧率相同。例如，在卷帘快门式图像传感器30的帧率为50Hz时，卷帘快门式图像传感器30一秒采集50帧图像，因此驱动电机在一秒内带动转轮20所转动的圈数即为50。基于驱动电机在一秒内需要带动转轮20转动50圈的要求，即可实现驱动电机转速的设定。

为了便于理解，以下将基于转轮20的转动过程来描述图像采集装置的工作原理。

应理解，在转轮20的转动过程中，卷帘快门式图像传感器30与转轮20的相对位置之间有四种。可以参阅图7，图7为本申请实施例提供的一种卷帘快门式图像传感器30与转轮20的相对位置示意图。

如图7中的(a)所示，当转轮20转动到位置1时，卷帘快门式图像传感器30上的多行感光单元均位于透光部22内，即多行感光单元均没有被转轮20所遮挡，多行感光单元均处于曝光状态。

如图7中的(b)所示，转轮20在位置1沿着顺时针方向继续转动至位置2时，多行感光单元中的一部分感光单元被转轮20所遮挡，多行感光单元中的另一部分感光单元仍位于透光部22内，即多行感光单元中只有一部分感光单元被遮光部21所遮挡。也就是说，多行感光单元中的一部分感光单元曝光结束，多行感光单元中的另一部分感光单元仍处于曝光状态。

如图7中的(c)所示，转轮20在位置2沿着顺时针方向继续转动至位置3时，多行感光单元均被转轮20所遮挡，没有光线照射到多行感光单元上，多行感光单元均曝光结束。

如图7中的(d)所示，转轮20在位置3沿着顺时针方向继续转动至位置4时，多行感光单元中的一部分感光单元位于透光部22内，多行感光单元中的另一部分感光单元仍被遮光部2所遮挡，即多行感光单元中只有一部分感光单元位于透光部22内。也就是说，多行感光单元中的一部分感光单元开始曝光，多行感光单元中的另一部分感光单元仍没有开始曝光。

在图像采集装置的工作过程中，当转轮20从位置4转到位置1之后，卷帘快门式图像传感器30触发全局复位，即卷帘快门式图像传感器30中的多行感光单元同时重新开始曝光。

当转轮20从位置1转到位置2之后，卷帘快门式图像传感器30上的多行感光单元逐渐被转轮20所遮挡，多行感光单元逐渐结束曝光。其中，最早被转轮20所遮挡的一行感光单元的曝光时间最短，最晚被转轮20所遮挡的另一行感光单元的曝光时间最长。可以参阅图8，图8为本申请实施例提供的一种曝光时间的对比示意图。如图8所示，假设卷帘快门式图像传感器30上共有N+1行感光单元，分别为第0行感光单元、第1行感光单元、第2行感光单元…第N行感光单元。其中，第0行感光单元的曝光时间最短，第N行感光单元的曝光时间最长。在t0时刻，第0行感光单元至第N行感光单元均处于透光部22内，且卷帘快门式图像传感器30触发全局复位，即t0时刻为全局复位时刻，第0行感光单元至第N行感光单元在t0时刻同时重新开始曝光。在t1时刻，转轮20从第0行感光单元到第N行感光单元的方向，逐渐遮挡卷帘快门式图像传感器30上的多行感光单元，直至所有的感光单元都被遮挡住。图8中，从t1时刻开始的斜线即为基于转轮20做了遮光处理后，每行感光单元对应的曝光结束时刻。因此，在做了遮光处理后，相邻的两行感光单元之间的曝光时间差实际上就是转轮20转过一行感光单元所需的时间。

此外，从t1时刻开始，卷帘快门式图像传感器30上的多行感光单元的信号从第0行感光单元开始，逐行读出，直至读出第N行感光单元。其中，读出一行感光单元的信号所需的时间为Δt。在不做遮光处理的情况下，每读出一行感光单元后，再读出下一行感光单元，因此相邻的两行感光单元之间的曝光时间差实际上就是Δt，第0行感光单元和第N行感光单元之间的曝光时间即为N*Δt。一般来说，读出一行感光单元上的信息需要10微秒以上，而卷帘快门式图像传感器30上通常包括有1000-2000行感光单元，因此读完卷帘快门式图像传感器30上所有感光单元的时间则起码需要10-20毫秒，即感光单元的曝光时间差最高可达10-20毫秒。那么，在车辆高速运动的场景下，在10-20毫秒内，车辆可能已经产生了一定的位移，从而导致图像采集装置所采集到的画面发生变形。

对于本申请实施例提供的卷帘快门式图像传感器30来说，相邻两行感光单元的曝光时间差实际上为转轮20转过一行感光单元的时间。具体地，可以参阅图9，图9为本申请实施例提供的一种转轮的角度示意图。如图9所示，假设卷帘快门式图像传感器30所占的角度为β，即转轮20需要转过角度才能够从刚好不遮挡卷帘快门式图像传感器30的位置转到刚好完全遮挡卷帘快门式图像传感器30的位置；转轮20的转速为ω，转轮20的半径为R，卷帘快门式图像传感器30的长边为c，短边为b。此外，卷帘快门式图像传感器30的帧率为fps，fps表示卷帘快门式图像传感器30一秒内所采集的图像的个数。

基于上述转轮20以及卷帘快门式图像传感器30的信息，可以基于下面的公式1来求取转轮20完全遮挡卷帘快门式图像传感器30上的多行感光单元所需的时间。

其中，t表示过渡态时间，过渡态时间为指转轮20(即转轮20)从遮挡所述第一行感光单元30开始，直至完全遮挡所述多行感光单元所需的时间。

一般地，基于公式1求得的过渡态时间t通常为100-300微秒左右，感光单元的曝光时间差最高也是在100-300微秒的范围内，远低于上述读完卷帘快门式图像传感器30上所有感光单元所需的10-20毫秒。简单来说，相关技术中的卷帘快门式图像传感器中的感光单元的曝光时间差与读取感光单元中的信号所需的时间相同，即卷帘快门式图像传感器中的感光单元的曝光时间差最高可达10-20毫秒。然而，在本实施例中，感光单元的曝光时间差最高也是在100-300微秒的范围内，远低于上述的10-20毫秒。因此，本实施例中通过设置转轮，能够显著降低感光单元间的曝光时间差，从而以较低的成本达到良好的图像采集效果，满足高速运动场景下的图像采集需求。

在卷帘快门式图像传感器30被遮光部21完全遮挡的期间，可以持续进行感光单元的读出操作，直至卷帘快门式图像传感器30上所有的感光单元上的信号均被读出。应注意，在设计转轮20时，应保证在卷帘快门式图像传感器30上所有感光单元上的信号被读出之前，卷帘快门式图像传感器30都是完全被遮光部21所遮挡的。

可选的，在一个可能的实现方式中，为了尽可能减小上述的过渡态时间，透光部22的第一侧包括圆心向圆弧边缘方向的第一边221，所述第一边221在遮挡目标行感光单元时与所述目标行感光单元平行。其中，所述目标行感光单元可以为所述多行感光单元中的任意一行感光单元。示例性地，所述目标行感光单元可以为所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元。可以参阅图10，图10为本申请实施例提供的一种转轮的结构示意图。如图10中的(a)所示，当转轮20为顺时针转动的情况下，透光部22的右侧包括圆心向圆弧边缘方向的两条边。这两条边中距离卷帘快门式图像传感器30较近的一条边在遮挡最右侧的一行感光单元时，与这行感光单元平行，以节省转轮20完全遮挡卷帘快门式图像传感器30上的感光单元的时间，即减小过渡态时间。如图10中的(b)所示，当转轮20为逆时针转动的情况下，透光部22的左侧包括两条边，这两条边中的第一边221在遮挡最左侧的一行感光单元时，与这行感光单元平行。可以理解的是，以上示例是以透光部22的一侧包括两条边为例来进行说明，实际应用中透光部22的一侧除了第一边221之外，还可以包括其他边，只要保证透光部22的一侧中的第一边221在遮挡目标行感光单元时与目标行感光单元平行即可，在此不再赘述。

可选的，在一个可能的实现方式中，为便于确定卷帘快门式图像传感器30触发全局复位的时刻，图像采集装置中还可以设置有传感器和控制器，该传感器用于检测转轮20与所述多行感光单元的相对位置。当传感器检测到卷帘快门式图像传感器30上的多行感光单元均接收到所述透光部21透过的光线时，传感器发送触发信号，使得控制器控制卷帘快门式图像传感器30中的多行感光单元进行全局复位。示例性地，转轮20上可设置一标示点，该传感器为光电传感器，传感器根据上述标示点可确定转轮20的位置。具体的，该标示点的位置对应转轮的第一位置，即在传感器检测到转轮处于第一位置时，触发控制器控制卷帘快门式图像传感器30中的多行感光单元进行全局复位。示例性地，该传感器还可以是一个绝对角度传感器，通过检测转轮20所处的角度来确定转轮20处于第一位置，从而触发控制器控制卷帘快门式图像传感器30中的多行感光单元进行全局复位。

参考图11，图11为本申请实施例提供的一种图像采集装置的结构示意图。如图11所示，图像采集装置还包括底座40，底座40作为承载结构，用于承载图像采集装置的功能器件，如用于承载镜头10、转轮、卷帘快门式图像传感器30等部件。

在装配时，镜头10通过标准接口固定在底座40上面，转轮装置固定在底座40上面，并与镜头10分离。另外，在装配转轮20时，转轮20向光轴的一侧偏移，以避开镜头10光轴，但在设置转轮20时，应确保转轮20的带通滤光片在转动过程中可以覆盖整个成像光路(即遮挡整个卷帘快门式图像传感器30)。

可选的，图像采集装置还包括一个外壳50，外壳50将整个转轮20和卷帘快门式图像传感器30防护起来，避免漏光及灰尘。

由于转轮是逐渐遮挡卷帘快门式图像传感器中的多行感光单元，因此，卷帘快门式图像传感器中的多行感光单元的曝光时间实际上并非是完全相同的。如图8所示，由于转轮逐行遮挡卷帘快门式图像传感器中的多行感光单元，转轮遮挡完多行感光单元中的前一行感光单元后，再继续遮挡后一行感光单元。因此，任意相邻的两行感光单元之间的曝光时间差△t’即为转轮遮挡一行感光单元所需的时间。也就是说，多行感光单元中的任意一行感光单元的曝光时间都要比这行感光单元的前一行感光的曝光时间长△t’。

有鉴于此，本申请实施例还提供一种亮度平衡方法，以对不同的感光单元进行适应性的亮度平衡，从而避免曝光时间不一致而带来的亮度差距。

本申请实施例提供一种亮度平衡方法，该方法应用于图像采集装置上。具体地，所述图像采集装置的结构可以参考上述图4至图11对应的实施例，在此不再赘述。

可以参阅图12，图12为本申请实施例提供的一种亮度平衡方法的流程示意图。如图12所示，该亮度平衡方法包括步骤1201-1203。

步骤1201，获取多行感光单元中的第一行感光单元的曝光时间以及多行感光单元中的第二行感光单元的曝光时间。

可以理解的是，感光单元能够将照射到感光单元上的光信号转换为电信号，因此感光单元的曝光过程实际上就是感光单元将光信号持续转换为电信号的过程。在感光单元将光信号转换为电信号之后，通过对感光单元所转换的电信号做一系列处理，即可得到图像上的像素，该像素的值与感光单元所转换的电信号对应。一般来说，感光单元的曝光时间越长，感光单元在曝光后得到的像素对应的亮度也会越高。因此，在亮度平衡过程中，可以是通过降低曝光时间较长的感光单元对应的像素的亮度，或者是提高曝光时间较短的感光单元对应的像素的亮度，即可实现多行感光单元的亮度平衡。

本实施例中，在进行亮度平衡之前，可以先获取第一行感光单元以及第二行感光单元的曝光时间。其中，第一行感光单元为需要进行亮度平衡的一行感光单元，第一行感光单元可以是所述多行感光单元中除第二行感光单元之外的任意一行感光单元。第二行感光单元则是用于作为亮度基准的一行感光单元，第二行感光单元对应的像素的亮度不需要调整。

具体地，在实际应用中，可以根据第三行感光单元的曝光时间、过渡态时间、所述第一行感光单元的行数以及所述多行感光单元的行数，获取所述第一行感光单元的曝光时间；以及，根据所述第三行感光单元的曝光时间、过渡态时间、所述第二行感光单元的行数以及所述多行感光单元的行数，获取所述第二行感光单元的曝光时间。其中，所述第三行感光单元为所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元。所述过渡态时间为从所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元曝光结束开始，直至所述多行感光单元中曝光时间最长的一行感光单元曝光结束所需的时间。

可以参阅图13，图13为本申请实施例提供的一种亮度平衡系数的示意图。如图13所示，在转轮所转动的一个周期内，包括4个时间段，分别为等待时间w、曝光时间s、过渡态时间t以及读出时间r。其中，等待时间w是从卷帘快门式图像传感器刚好完全进入到缺口内到卷帘快门式图像传感器触发全局复位的时间段；曝光时间s是第三行感光单元的曝光时间；过渡态时间t转轮从遮挡所述第三行感光单元开始，直至完全遮挡所述多行感光单元的时间段；读出时间r是读出卷帘快门式图像传感器所有感光单元的信号所需的时间。在实际应用中，由于过渡态时间t以及读出时间r是相对固定的时间，因此等待时间w可以根据转轮所转动一个周期所需的时间和曝光时间s来确定。例如，在转轮所转动一个周期所需的时间等于曝光时间s、过渡态时间t以及读出时间r之和时，等待时间w则为0。

可以理解的是，由于第三行感光单元的曝光时间是多行感光单元中曝光时间最短的，对于多行感光单元中的任意一行感光单元来说，其曝光时间实际上就是第三行感光单元的曝光时间加上转轮从第三行感光单元开始直至遮挡该行感光单元所需的时间。此外，由于转轮是匀速转动的，因此转轮从第三行感光单元开始直至遮挡该行感光单元所需的时间，则可以是基于过渡态时间、该行感光单元的行数以及多行感光单元的总行数来获取。其中，所述过渡态时间是基于所述图像传感器的边长、所述图像传感器的帧率以及圆轮的半径确定的，过渡态时间的具体计算过程可以参考上述的公式1，在此不再赘述。

示例性地，假设共有N+1行感光单元，分别为第0行感光单元、第1行感光单元、第2行感光单元…第N行感光单元。其中，第0行感光单元的曝光时间最短，第0行感光单元的曝光时间为s；第N行感光单元的曝光时间最长，第N行感光单元的曝光时间为s+t，t为过渡态时间。那么，对于第n行感光单元来说，第n行感光单元的曝光时间则为s+n*t/N。

步骤1202，根据所述第一行感光单元的曝光时间与所述第二行感光单元的曝光时间，确定所述第一行感光单元的亮度平衡系数。

本实施例中，由于曝光时间与第一行感光单元对应的像素的亮度之间的关系为线性关系，因此可以基于两个行之间的曝光时间，来求取第一行感光单元的亮度平衡系数。具体地，可以通过将所述第二行感光单元的曝光时间除以所述第一行感光单元的曝光时间，求得所述第一行感光单元的亮度平衡系数。

示例性地，假设第二行感光单元的曝光时间为t0，第一行感光单元的曝光时间为t1，亮度平衡系数为gain(n)，则第一行感光单元的亮度平衡系数可以基于以下的公式2求得。

gain(n)＝t0/t1 公式2

可选的，为便于计算，可以设定所述第二行感光单元为所述第0行感光单元或第N行感光单元，所述第0行感光单元为所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元，所述第N行感光单元为所述多行感光单元中曝光时间最长的一行感光单元。

示例性地，假设第二行感光单元为第0行感光单元，第一行感光单元为第n行感光单元，则第一行感光单元的亮度平衡系数可以基于以下的公式3求得。

gain(n)＝s/(s+n*t/N) 公式3

可以理解的是，当第二行感光单元为第0行感光单元时，作为第n行感光单元的第一行感光单元的曝光时间必定大于第二行感光单元的曝光时间。因此，基于公式3求得的亮度平衡系数gain(n)小于1，通过将第一行感光单元的亮度乘以小于1的亮度平衡系数，能够降低第一行感光单元的亮度，从而实现第二行感光单元与第一行感光单元之间的亮度平衡。

示例性地，假设第二行感光单元为第N行感光单元，第一行感光单元为第n行感光单元，则第一行感光单元的亮度平衡系数可以基于以下的公式4求得。

gain(n)＝(s+t)/(s+n*t/N) 公式4

类似地，当第二行感光单元为第N行感光单元时，作为第n行感光单元的第一行感光单元的曝光时间必定小于第二行感光单元的曝光时间。因此，基于公式4求得的亮度平衡系数gain(n)大于1，通过将第一行感光单元的亮度乘以大于1的亮度平衡系数，能够提高第一行感光单元的亮度，从而实现第二行感光单元与第一行感光单元之间的亮度平衡。

步骤1203，根据所述亮度平衡系数对所述第一行感光单元对应的像素进行亮度平衡。

在得到图像采集装置所采集到的图像之后，可以在该图像中确定第一行感光单元对应的像素，并且根据该亮度平衡系数对像素的亮度进行补偿。像素补偿后的亮度为像素补偿前的亮度与亮度平衡系数的乘积。

具体地，在图像上进行亮度平衡操作的过程中，假设L(n)为卷帘快门式图像传感器所输出的图像的第n行的亮度。其中，L(n)为向量，L(n)中的每个元素的值则为图像的第n行中各个像素的值。L’(n)为执行亮度平衡后的第n行的图像亮度，暗电平为BL，则L’(n)＝gain(n)*(L(n)–BL)。其中，暗电平是指卷帘快门式图像传感器在无光照的情况下所输出的像素的亮度值。一般来说，图像中的像素值通常都要减去暗电平对应的值。

示例性地，可以参阅图14，图14为本申请实施例提供的一种图像进行亮度平衡前后的对比示意图。由图14可知，在对图像进行亮度平衡之后，图像中每行感光单元对应的像素的亮度值均相同。

本实施例中，通过基于行亮度平衡的方法对每行感光单元的亮度进行调整，能够有效补偿不同行之间由于曝光时间不完全相同而导致的图像局部亮度差异，保证了图像的质量。

可以参阅图15，图15为本申请实施例提供的一种应用场景的示意图。如图15所示，本申请实施例提供的图像采集装置用于对车辆进行抓拍，本申请实施例提供的亮度平衡方法用于对图像采集装置采集得到的图像进行亮度平衡。具体地，图像采集装置、爆闪灯和常亮灯安装在道路上方的横杆上，当检测到车辆经过抓拍线时，控制爆闪灯闪光，并且图像采集装置中的转轮和图像传感器配合完成曝光，从而得到初步的图像。然后，基于亮度平衡方法对图像传感器采集得到的图像进行亮度平衡，并由图像处理装置通过图像处理算法对亮度平衡后的图像进行一系列的处理后，输出抓拍图像。

具体地，可以参阅图16，图16为本申请实施例提供的一种图像采集装置拍摄得到的图像的示意图。如图16所示，在采用本申请实施例所提供的图像采集装置对车辆进行抓拍后所得到的图像中无明显变形，且图像的亮度均衡，能够满足交通场景中的抓拍要求。

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，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (13)

1.一种图像采集装置，其特征在于，包括：卷帘快门式图像传感器、转轮和驱动装置；

所述转轮位于所述卷帘快门式图像传感器的感光侧，所述转轮上设置有遮光部和透光部，所述遮光部用于遮挡光线，所述透光部用于透过光线；

所述驱动装置与所述转轮连接，用于驱动所述转轮转动；

所述卷帘快门式图像传感器包括多行感光单元，所述多行感光单元用于接收所述透光部透过的光线，通过光电转换将光线信号转换为电信号。

2.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述透光部为所述转轮上的缺口。

3.根据权利要求1或2所述的图像采集装置，其特征在于，所述透光部上设置有带通滤光片。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的图像采集装置，其特征在于，所述转轮为圆形转轮，所述透光部的形状为扇形。

5.根据权利要求4所述的图像采集装置，其特征在于，所述透光部的一侧包括圆心向圆弧边缘方向的第一边，所述第一边在遮挡目标行感光单元时与所述目标行感光单元平行，所述目标行感光单元为所述多行感光单元中的一行感光单元。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的图像采集装置，其特征在于，所述多行感光单元包括相邻的第一行感光单元和第二行感光单元，所述第一行感光单元接收光线的时长与所述第二行感光单元接收光线的时长之间的差值小于所述第一行感光单元的信号读出时间。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集装置还包括传感器和控制器，所述传感器用于检测所述转轮与所述多行感光单元的位置关系；

所述控制器用于在所述传感器检测到所述多行感光单元均接收到所述透光部透过的光线时，控制所述多行感光单元进行全局复位。

8.一种亮度平衡方法，其特征在于，所述方法应用于图像采集装置上，所述图像采集装置包括多行感光单元，所述方法包括：

获取所述多行感光单元中的第一行感光单元的曝光时间以及所述多行感光单元中的第二行感光单元的曝光时间；

根据所述第一行感光单元的曝光时间与所述第二行感光单元的曝光时间，确定所述第一行感光单元的亮度平衡系数；

根据所述亮度平衡系数对所述第一行感光单元对应的像素进行亮度平衡。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述获取第一行感光单元的曝光时间以及第二行感光单元的曝光时间，包括：

根据第三行感光单元的曝光时间、过渡态时间、所述第一行感光单元的行数以及所述多行感光单元的行数，获取所述第一行感光单元的曝光时间；

根据所述第三行感光单元的曝光时间、过渡态时间、所述第二行感光单元的行数以及所述多行感光单元的行数，获取所述第二行感光单元的曝光时间；

其中，所述第三行感光单元为所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元，所述过渡态时间为从所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元曝光结束开始，直至所述多行感光单元中曝光时间最长的一行感光单元曝光结束所需的时间。

10.根据权利要求8至9任一项所述的方法，其特征在于，所述第二行感光单元为所述多行感光单元中曝光时间最短的一行感光单元，或所述第二行感光单元为所述多行感光单元中曝光时间最长的一行感光单元。

11.一种图像处理装置，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器存储有代码，所述处理器被配置为执行所述代码，当所述代码被执行时，所述终端执行如权利要求8至10任一项所述的方法。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机可读指令，当所述计算机可读指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求8至10中任一项所述的方法。

13.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机可读指令，当所述计算机可读指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求8至10中任一项所述的方法。

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