CN116347189A - 一种摄像头和图像采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种摄像头和图像采集方法。该摄像头包括：镜头模组，旋转电机，旋转滤光片，感光传感器，控制单元，旋转滤光片包括多种类型的滤光单元，旋转滤光片位于镜头模组与感光传感器之间，旋转滤光片用于在旋转过程中对接收到的光线进行滤光，将过滤后的光线传输至感光传感器；其中，每种类型的滤光单元在所述旋转滤光片的旋转过程中均经过感光传感器上方；在每种类型的滤光单元旋转至感光传感器上方时对感光传感器进行曝光，接收每种类型的滤光单元对应颜色光线的光强信息，并根据光强信息生成图像。本发明实施例提供的摄像头，感光阵列的每个像素均获得三个通道的光强信息，获取色彩光强信息的准确度高，图像分辨率高。

Description

一种摄像头和图像采集方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体而言，涉及一种摄像头和图像采集方法。

背景技术

随着汽车行业的发展，智能辅助驾驶和自动驾驶已经成为智能网联汽车的一个重要发展方向。在智能辅助驾驶系统和自动驾驶系统中，车辆对于周围环境的感知是非常重要的环节，通过摄像头对于周围环境进行图像采集是感知周围环境的一个必要手段，因此，汽车上摄像头的应用也越来越广泛。随着车辆对于环境信息获取的精度需求越来越高，高质量的图像采集系统的必要性也越来越高。

现有的摄像头感光阵列大多采用Bayer(拜耳)阵列，即将2×2的像素集合作为一个单元，这四个感光像素上分别覆盖R(Red，红色)，G(Green，绿色)，G，B(Blue，蓝色)三种滤光片，每个像素获取一种颜色的光强信息，再通过ISP(Image Signal Processing，图像信号处理)单元对每个像素缺失的另外两个通道的光强信息进行插值处理，从而得到彩色图像。但是，这种感光阵列结合插值处理的方式本质上是通过一个单元的四个像素获取一个点完整的RGB色彩信息，使得实际获取的图像的分辨率低于光感阵列的精密度，分辨率受损，削弱了对图像细节的表现力；其次，插值处理的过程实际上是补全缺失色彩的过程，如果插值不当或是图像色彩变化剧烈则可能导致“伪彩色”的出现，影响图像质量。

发明内容

本发明提供一种摄像头和图像采集方法，用以采集图像时提高摄像头获取色彩光强的准确度。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种摄像头，该摄像头包括：

镜头模组，旋转电机，旋转滤光片，感光传感器，控制单元，所述旋转滤光片包括多种类型的滤光单元，一种所述滤光单元允许一种颜色光线滤过，在所述旋转滤光片上，所述多种类型的滤光单元以所述旋转滤光片中心为圆心呈扇形分布，所述旋转滤光片位于所述镜头模组与所述感光传感器之间，所述旋转滤光片与所述旋转电机通过轴相连，且同步旋转；

所述镜头模组，用于接收光线并将所述光线传输至旋转滤光片；

所述旋转滤光片，用于在旋转过程中对接收到的光线进行滤光，并将过滤后的光线传输至所述感光传感器；其中，每种类型的滤光单元在所述旋转滤光片的旋转过程中均经过感光传感器上方；

所述控制单元，用于在每种类型的滤光单元旋转至所述感光传感器上方时对所述感光传感器进行曝光，以使所述感光传感器接收每种类型的滤光单元对应颜色光线的光强信息，并根据所述光强信息生成图像。

可选的，所述多种类型的滤光单元包括：至少一个红色滤光单元，至少一个绿色滤光单元和至少一个蓝色滤光单元。

可选的，该摄像头还包括：码盘，码盘灯，第一光敏元件，第二光敏元件，第一信号放大器，第二信号放大器；

所述码盘包围在所述旋转滤光片周向外侧，与所述旋转滤光片同步旋转；所述码盘外圈具有多个均匀分布的缝隙结构，所述码盘内圈具有一个缝隙结构；

所述码盘灯与两个光敏元件分布于所述码盘所在平面的两侧，所述码盘灯与两个光敏元件的连线垂直于所述码盘所在的平面，所述码盘灯发出的光线透过所述码盘外圈的缝隙结构照射到所述第一光敏元件上，所述码盘灯发出的光线透过所述码盘内圈的缝隙结构照射到所述第二光敏元件上；

所述第一光敏元件，用于在接收到所述码盘灯透过所述码盘外圈的缝隙结构的光线时产生一个参考信号，并通过所述第一信号放大器输出；所述第二光敏元件，用于在接收到所述码盘灯透过所述码盘内圈的缝隙结构的光线时产生一个同步信号，并通过所述第二信号放大器输出；

所述在每种类型的滤光单元旋转至所述感光传感器上方时对所述感光传感器进行曝光，所述控制单元用于：

在检测到一个同步信号时，控制计数器对所述参考信号从零进行计数，每检测到一个参考信号，所述计数器对参考信号的数量加1；

根据所述参考信号的数量，码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数确定所述旋转滤光片从参考位置旋转过的角度，公式如下：

其中，

表示旋转滤光片从参考位置旋转过的角度，m表示参考信号的数量，n表示码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，所述参考位置为所述旋转滤光片码盘内圈的缝隙结构处。

根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元，并对所述感光传感器进行曝光。

可选的，该摄像头还包括红外补光灯，所述多种类型的滤光单元还包括一个红外滤光单元；所述红外补光灯用于对拍摄对象进行补光，使所述拍摄对象反射红外线；

在检测到环境光强低于预设光强阈值时，所述控制单元用于：

根据所述参考信号的数量与所述码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定所述旋转滤光片从参考位置旋转过的角度；

若根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元为红外滤光单元后，开启所述红外补光灯，并对所述感光传感器进行曝光以获取所述拍摄对象反射的红外光线的光强信息；

若根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元为红外滤光单元外的其他滤光单元，则不对所述感光传感器进行曝光。

可选的，在对所述感光传感器进行曝光以获取所述拍摄对象反射的红外光线的光强信息之后，所述控制单元还用于：关闭所述红外补光灯。

可选的，在驱动所述旋转电机后，检测同步信号之前，所述控制单元还用于：

控制定时器检测相邻参考信号的时间间隔；

根据所述相邻参考信号的时间间隔与所述码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定所述旋转电机的转速；

若所述旋转电机的转速不在目标转速范围内，调整所述旋转电机的驱动信号，从而调整所述旋转电机的转速使其达到目标转速范围并保持稳定。

可选的，所述旋转滤光片上至少一个红色滤光单元和红外滤光单元相邻分布，所述参考位置与红色滤光单元和红外滤光单元的交界位置对应。

可选的，该摄像头还包括：视频输出接口；

所述控制单元中包含加串器功能，所述控制单元通过加串器功能将MIPI或DVP格式的视频信号转为FPD-Link或GMSL格式的视频信号，实现摄像头到车机控制器间长距离的高速视频传输；通过所述视频输出接口将所述FPD-Link或GMSL格式的视频信号从所述摄像头传输到所述机车控制器。

可选的，所述控制单元，第一光敏元件，第二光敏元件，第一信号放大器，第二信号放大器，感光传感器集成于PCB-A板上，所述PCB-A板上还包括电源模块，所述电源模块与外部供电电源相连，用于为各个芯片供电；

所述码盘灯、红外补光灯集成于PCB-B板上，所述PCB-B板上还包括红外补光灯驱动模块，所述红外补光灯驱动模块由所述电源模块供电，用于驱动所述红外补光灯的开启；

所述PCB-A板与所述PCB-B板通过软排线电连接。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种图像采集方法，所述方法应用于摄像头；所述摄像头包括旋转滤光片，感光传感器；所述旋转滤光片包括多种类型的滤光单元，该方法包括：

接收光线并将所述光线传输至旋转滤光片；

在所述旋转滤光片旋转过程中对接收到的光线进行滤光，并将过滤后的光线传输至所述感光传感器；其中，每种类型的滤光单元在所述旋转滤光片的旋转过程中均经过感光传感器上方；

在每种类型的滤光单元旋转至所述感光传感器上方时对所述感光传感器进行曝光，以使所述感光传感器接收每种类型的滤光单元对应颜色光线的光强信息，并根据所述光强信息生成图像。

可选的，所述多种类型的滤光单元包括：至少一个红色滤光单元，至少一个绿色滤光单元和至少一个蓝色滤光单元。

可选的，所述摄像头还包括：码盘，码盘灯，第一光敏元件，第二光敏元件，所述码盘外圈具有多个均匀分布的缝隙结构，所述码盘内圈具有一个缝隙结构；

所述在每种类型的滤光单元旋转至所述感光传感器上方时对所述感光传感器进行曝光，包括：

在检测到一个同步信号时，控制计数器对参考信号从零进行计数，每检测到一个参考信号，所述计数器对参考信号的数量加1；其中，所述参考信号为所述第一光敏元件在接收到所述码盘灯透过所述码盘外圈的缝隙结构的光线时产生的，所述同步信号为所述第二光敏元件在接收到所述码盘灯透过所述码盘内圈的缝隙结构的光线时产生的；

根据所述参考信号的数量，码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数确定所述旋转滤光片从参考位置旋转过的角度，公式如下：

其中，

表示旋转滤光片从参考位置旋转过的角度，m表示参考信号的数量，n表示码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，所述参考位置为所述旋转滤光片码盘内圈的缝隙结构处；

根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元，并对所述感光传感器进行曝光。

可选的，所述摄像头还包括红外补光灯，所述多种类型的滤光单元还包括一个红外滤光单元；所述红外补光灯用于对拍摄对象进行补光，使所述拍摄对象反射红外线；

在检测到环境光强低于预设光强阈值时，该方法包括：

根据所述参考信号的数量与所述码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定所述旋转滤光片从参考位置旋转过的角度；

若根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元为红外滤光单元后，开启所述红外补光灯，并对所述感光传感器进行曝光以获取所述拍摄对象反射的红外光线的光强信息；

若根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元为红外滤光单元外的其他滤光单元，则不对所述感光传感器进行曝光。

可选的，在对所述感光传感器进行曝光以获取所述拍摄对象反射的红外光线的光强信息之后，该方法还包括：关闭所述红外补光灯。

可选的，在驱动所述旋转电机后，检测同步信号之前，该方法还包括：

控制定时器检测相邻参考信号的时间间隔；

根据所述相邻参考信号的时间间隔与所述码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定所述旋转电机的转速；

若所述旋转电机的转速不在目标转速范围内，调整所述旋转电机的驱动信号，从而调整所述旋转电机的转速使其达到目标转速范围并保持稳定。

可选的，所述旋转滤光片上至少一个红色滤光单元和红外滤光单元相邻分布，所述参考位置与红色滤光单元和红外滤光单元的交界位置对应。

可选的，所述摄像头还包括：视频输出接口；该方法还包括：

通过加串器功能将将MIPI或DVP格式的视频信号转为FPD-Link或GMSL格式的视频信号，实现摄像头到车机控制器间长距离的高速视频传输；通过所述视频输出接口将所述FPD-Link或GMSL格式的视频信号从所述摄像头传输到所述机车控制器。

可选的，所述第一光敏元件，第二光敏元件，感光传感器集成于PCB-A板上，所述PCB-A板上还包括电源模块，所述电源模块与外部供电电源相连，用于为各个芯片供电；

所述码盘灯、红外补光灯集成于PCB-B板上，所述PCB-B板上还包括红外补光灯驱动模块，所述红外补光灯驱动模块由所述电源模块供电，用于驱动所述红外补光灯的开启；

所述PCB-A板与所述PCB-B板通过软排线电连接。

本发明实施例提供的技术方案，通过旋转滤光片上设置的不同类型的滤光单元在旋转过程中进行滤光，在旋转滤光片旋转过程中，每种类型的滤光单元均会经过感光传感器上方，使感光传感器上的每个像素均可以获取完整的RGB信息。与现有技术相比，在光感传感器的感光像素阵列相同的情况下，本发明实施例提供的摄像头采集到的图像分辨率等于光感阵列的精密度，分辨率更高，细节表现力更强；并且，本发明实施例提供的摄像头获取到的色彩光强信息完全是由感光传感器的感光阵列采集到的，相比于现有技术中插值补全色彩信息的方式，本发明实施例不需要通过算法来获取完整的色彩光强信息，因此获取色彩光强信息的准确度更高，具有更高的色彩还原度和更小的色彩失真概率。

本发明实施例的创新点包括：

1、本发明实施例提供的摄像头，通过设置有多种类型的滤光单元的旋转滤光片对光线进行过滤，在旋转滤光片旋转过程中，感光传感器上的每个像素均可以获取完整的RGB信息，采集到的图像分辨率等于光感阵列的精密度，与现有技术中一个单元的四个像素获取一个点完整的RGB色彩信息，实际获取的图像的分辨率低于光感阵列的精密度相比，本发明实施例在无需提高图像信号传输带宽和图像像素的前提下获得高分辨率的图像，对图像的细节表现力更强，清晰度更高，这是本发明实施例的创新点之一。

2、本发明实施例提供的摄像头，可以根据应用场合的不同，旋转滤光片可采用不同色彩的滤光片单元组成和不同大小的滤光片单元区域分布，个性化更强，这是本发明实施例的创新点之一。

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，下面将对实施例或现有技术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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种摄像头的整体结构图；

图2为本发明实施例提供的一种旋转滤光片的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种摄像头的整体结构图；

图4为本发明实施例提供的一种旋转滤光片与码盘的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种码盘灯、光敏元件结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种旋转滤光片的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种摄像头的整体结构图；

图8为本发明实施例提供的一种电路框图；

图9为本发明实施例提供的一种转速控制和滤光单元类型判断的方法流程图；

图10为本发明实施例提供的一种感光传感器的曝光控制与图像输出的方法流程图；

图11为本发明实施例提供了一种图像采集方法流程图。

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付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。

需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例公开了一种摄像头，能够在采集图像过程中，通过旋转滤光片的旋转，使感光传感器上的每个像素均可以直接获取完整的RGB信息，不需要通过相邻像素的色彩信息进行插值处理，获取色彩光强的准确度更高。以下进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种摄像头的整体结构图。该摄像头包括：镜头模组101，旋转电机102，旋转滤光片103，感光传感器104，控制单元105，旋转滤光片103包括多种类型的滤光单元，一种滤光单元允许一种颜色光线滤过，在旋转滤光片103上，多种类型的滤光单元以旋转滤光片103中心为圆心呈扇形分布，旋转滤光片103位于镜头模组101与感光传感器104之间，旋转滤光片103与旋转电机102通过轴106相连，且同步旋转；

需要说明的是，控制单元105在图1中并未示出，控制单元105设置在图中示出的PCB-A板107上。本发明实施例中旋转电机102、PCB-A板107和镜头模组101通过一定的结构固定在摄像头外壳108上，感光传感器104设置在图中示出的PCB-A板107上，轴106穿过PCB-A板107，使旋转滤光片103位于镜头模组101与感光传感器104之间。

镜头模组101，用于接收光线并将光线传输至旋转滤光片103；旋转滤光片103，用于在旋转过程中对接收到的光线进行滤光，并将过滤后的光线传输至感光传感器104；其中，每种类型的滤光单元在旋转滤光片103的旋转过程中均经过感光传感器104上方；控制单元105，用于在每种类型的滤光单元旋转至感光传感器104上方时对感光传感器104进行曝光，以使感光传感器104接收每种类型的滤光单元对应颜色光线的光强信息，并根据光强信息生成图像。

图2为本发明实施例提供的一种旋转滤光片的结构示意图，在旋转滤光片103上设置有多种类型的滤光单元，一种可选的实施方式为，旋转滤光片上包含一个红色滤光单元、一个绿色滤光单元和一个蓝色滤光单元。

具体的，红色滤光单元区域如图中示出的R区域，绿色滤光单元区域如图中示出的G区域，蓝色滤光单元如图中示出的B区域。其中，一种滤光单元允许一种颜色光线滤过；如红色滤光单元仅透过红色波段的光线，从而使感光传感器104获取红色光线的光强信息；如绿色滤光单元仅透过绿色波段的光线，从而使感光传感器104获取绿色光线的光强信息；如蓝色滤光单元仅透过蓝色波段的光线，从而使感光传感器104获取蓝色光线的光强信息。滤光单元以旋转滤光片103中心为圆心呈扇形分布。

需要说明的是，根据应用场合的不同，旋转滤光片103可采用不同色彩的滤光片单元组成，滤光片单元区域对应的圆心角大小也可以根据需求进行适应性调整，分布顺序不作限定，同一色彩的滤光片单元数量不做限定。

实施中，光线通过镜头模组101进入摄像头内部，将光线传输至旋转滤光片103。控制单元105给电机驱动模块输出控制信号，旋转电机102在驱动信号的驱使下开始旋转，旋转电机102通过轴106带动旋转滤光片103转动。在转动过程中，旋转滤光片103对接收到的光线进行过滤，并将过滤后的光线传输至感光传感器104上。控制单元105对旋转至感光传感器104上的滤光单元类型进行判断，当判断红色滤光单元旋转至感光传感器104上方时，对感光传感器104进行曝光，通过感光传感器104上的感光阵列获取红色光线光强信息，得到R通道图像；当判断绿色滤光单元旋转至感光传感器104上方时，对感光传感器104进行曝光，通过感光传感器104上的感光阵列获取绿色光线光强信息，得到G通道图像；当判断蓝色滤光单元旋转至感光传感器104上方时，对感光传感器104进行曝光，通过感光传感器104上的感光阵列获取蓝色光线光强信息，得到B通道图像。在得到各个通道的图像数据后，由设置在PCB-A板上的ISP芯片对RGB三个通道的图像数据进行合成，并执行黑电平矫正、图像去坏点、降噪、色彩变换、伽马变换、锐化等操作，最终将处理之后的图像信号输出，用于显示器显示或下一级控制器进行图像处理和识别。

如图3所示为本发明实施例提供的一种摄像头的整体结构图，用于判断感光传感器上方的滤光单元类型。

包括图1示出的结构外，该摄像头还包括：码盘201、码盘灯202、第一光敏元件203、第二光敏元件204、第一信号放大器205、第二信号放大器206；

码盘201包围在旋转滤光片103周向外侧，与旋转滤光片103同步旋转；码盘201外圈具有多个均匀分布的缝隙结构，码盘201内圈具有一个缝隙结构。

如图4所示，为本发明实施例提供的一种旋转滤光片与码盘的结构示意图。码盘201内圈的缝隙结构与旋转滤光片103上某一固定位置对应，在本实施例中示出的内圈缝隙结构与R和G滤光单元的交界面对应，在实际使用中包含但不限于该位置，内圈缝隙的位置在旋转滤光片103的定位中将作为参考位置使用。

码盘灯202与两个光敏元件分布于码盘201所在平面的两侧，码盘灯202与两个光敏元件的连线垂直于码盘201所在的平面，码盘灯202发出的光线透过码盘201外圈的缝隙结构照射到第一光敏元件203上，码盘灯202发出的光线透过码盘201内圈的缝隙结构照射到第二光敏元件204上；

需要说明的是，第一信号放大器205、第二信号放大器206在图3中并未示出，第一光敏元件203、第二光敏元件204、第一信号放大器205、第二信号放大器206设置在PCB-A板107上，光敏元件的布置位置与码盘201、码盘灯202的布置位置相匹配，以保证码盘灯202经过码盘201后能照射到光敏元件上，缝隙结构可透过光线。码盘灯202设置在PCB-B板207上，本发明实施例中PCB-B板207应具有中空结构，使其不会对镜头模组101的光线造成遮挡，保证所成的实像落在感光传感器104的感光平面上，PCB-B板207通过一定的结构固定在摄像头外壳108上。

第一光敏元件203，用于在接收到码盘灯202透过码盘201外圈的缝隙结构的光线时产生一个参考信号，并通过第一信号放大器205输出；第二光敏元件204，用于在接收到码盘灯202透过码盘201内圈的缝隙结构的光线时产生一个同步信号，并通过第二信号放大器206输出。

如图5所示，为本发明实施例提供的一种码盘灯、光敏元件结构示意图。

在判断感光传感器上方的滤光单元类型时，涉及到码盘201、码盘灯202、第一光敏元件203、第二光敏元件204、第一信号放大器205、第二信号放大器206的协同工作。

可选的，码盘灯202选取LED灯。

实施中，光敏元件经过特定的光线照射会产生电学特性的变化，最终体现为电压的变化，改变的电压信号经过信号放大器205和206输出。码盘灯202发出单向性较好的一束光线，若该光线透过码盘201的缝隙照射到光敏元件203和204上，假设光敏元件被光照射时为高电平；若码盘灯202发出的光线被码盘201不透光部分遮挡，假设光敏元件不被光照射时为低电平。如此就从信号放大器205和206产生如图5所示的周期性变化的脉冲信号，第一信号放大器205输出为Ref(Reference signal，参考)信号，第二信号放大器206输出Syn(Synchronization signal，同步)信号，Ref信号为码盘201外圈透光缝隙产生的，一个周期的脉冲个数与码盘201外圈缝隙数量保持一致，Syn信号为码盘201内圈透光缝隙产生的一个周期一个的脉冲信号，该信号用于定位码盘的固定位置，为参考位置。

在判断感光传感器上方的滤光单元类型时，一种可选的实施方式为：在检测到一个同步信号时，控制计数器对参考信号从零进行计数，每检测到一个参考信号，计数器对参考信号的数量加1；根据参考信号的数量，码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数确定旋转滤光片103从参考位置旋转过的角度；根据角度确定旋转至感光传感器104上方的滤光单元，并对感光传感器104进行曝光。

实施中，可根据Syn信号和Ref信号确定感光传感器104上方的滤光单元类型，旋转滤光片103旋转的过程中，控制单元105一直接收信号放大器205和206的电平信号，当检测到Syn信号的脉冲时，控制单元105启动其内部的计数器，计数器开始对Ref信号的脉冲数量进行计数，检测到一个脉冲计数器加1，控制单元根据计数器的计数值m，以及码盘每旋转一周所产生的脉冲总数n来确定当前旋转滤光片103从参考位置旋转过的角度

以此来确定当前旋转至感光传感器104上方的滤光单元类型。

例如，码盘201外圈开缝数为72，若计数器的计数值为24，则确定旋转滤光片103从参考位置旋转过的角度为120度，假设码盘201顺时针旋转，内圈缝隙位置如图4所示，则旋转至感光传感器上方的滤光单元类型为G滤光单元。

需要说明的是，本发明实施例中提供的参考位置，感光传感器的位置，旋转滤光片的旋转方向仅是示例的，不做具体限定。在实施中，一旦确定感光传感器的安装位置，旋转滤光片的旋转方向，码盘的开缝数，就可以根据计数器的计数值确定旋转至感光传感器上方的滤光单元类型。在实施中还可以提前配置好计数器的数值范围与滤光单元类型的对应关系，在采集图像过程中直接进行查询，当计数器的数值在某一滤光单元类型对应的数值范围内，进行曝光。此外，滤光单元类型对应的数值范围可以不连续，避开不同滤光单元交界处的位置旋转至感光传感器上方，以便在滤光单元可以完全覆盖感光传感器时进行曝光。

实施中，当控制器再次检测到Syn信号时，说明旋转滤光片103已经旋转了一圈，此时需要将计数器中的值重新置0，以实现对下一循环Ref信号的计数。

如图6所示为本发明实施例提供的一种旋转滤光片的结构示意图，一种可选的实施方式为，旋转滤光片上包含一个红色滤光单元、一个绿色滤光单元，一个蓝色滤光单元和一个红外滤光单元。红外滤光单元区域为图6中示出的Ir(Infrared ray，红外线)区域，如图示出的内圈缝隙结构与R和Ir滤光单元的交界面对应，在实际使用中包含但不限于该位置。

如图7所示为本发明实施例提供的一种摄像头的整体结构图，包括图3示出的结构外，该摄像头还包括：红外补光灯301，红外补光灯301用于对拍摄对象进行补光，使拍摄对象反射红外线。

本发明实施例提供的摄像头局有两种模式，一种是RGB模式，一种是夜视模式，当外界光线比较暗时，本发明实施例提供的摄像头可以进入夜视模式以获得清晰的图像。

一种可选的实施方式为，在检测到环境光强低于预设光强阈值时，控制单元105根据参考信号的数量与码盘201外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定旋转滤光片103从参考位置旋转过的角度；若根据角度确定旋转至感光传感器104上方的滤光单元为红外滤光单元后，开启红外补光灯301，并对感光传感器进行曝光以获取拍摄对象反射的红外光线的光强信息；若根据角度确定旋转至感光传感器104上方的滤光单元为红外滤光单元外的其他滤光单元，则不对感光传感器104进行曝光。

可选的，红外补光灯301配置在PCB-B板207上，两颗红外补光灯301分别布置在镜头模组101的两侧，且红外补光灯301光线照射的摄像头外壳处设置为透明结构，可选的，透明结构保证85％以上的透光度。

实施中，根据感光传感器104的输出对环境光强度进行判断，若环境光强度不低于预设光强阈值时，说明此时环境光线充足，成像模式选择RGB模式；若环境光强度低于预设光强阈值，说明此时环境光线较暗，采用夜视模式进行成像。在RGB模式下，当确定旋转到感光传感器104上方的滤光单元为R、G、B滤光单元时，分别对感光传感器104进行曝光，获得RGB三通道图像；当确定旋转至感光传感器104上方的滤光单元为Ir滤光单元时，不对感光传感器104进行曝光。在夜视模式下，当确定旋转至感光传感器104上方的滤光单元为Ir滤光单元时，对感光传感器进行曝光，其余R、G、B滤光单元旋转至感光传感器104上方时，不进行曝光，同时在摄像头曝光时开启红外补光灯301进行补光，以获取拍摄对象反射的红外光线的光强信息，待曝光过程结束后，关闭红外补光灯301，以降低摄像头的工作功率。

具体的，夜视模式下，当判断感光传感器104上方的滤光单元为Ir滤光单元时，由控制单元105向红外补光灯301的驱动模块输出控制信号，开启红外补光灯，然后对感光传感器104进行曝光获取红外图像，曝光完成后，关闭红外补光灯301，再由ISP芯片处理得到的红外图像，经过黑电平校正、去坏点、降噪、增强对比度、伽马等操作，最终输出图像。通过本发明实施例得到的视频图像帧信号或者图像信号最终通过视频信号输出接口302从摄像头传输到车机控制器。

可选的，红外补光灯301的驱动模块可以设置在PCB-B板207上。

需要说明的是，在夜视模式下和RGB模式下，均可以采用本发明实施例提供的通过计数器数值以及码盘外圈缝隙结构的数目来确定旋转角度的方式，确定旋转至感光传感器上方的滤光单元类型，在此不做赘述。

本发明实施例中，在驱动所述旋转电机102后，检测同步信号之前，需要将旋转滤光片的转速调整至一定转速。一种可选的实施方式为，控制定时器检测相邻参考信号的时间间隔；根据相邻参考信号的时间间隔与码盘201外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定旋转电机102的转速；若旋转电机102的转速不在目标转速范围内，调整旋转电机102的驱动信号，从而调整旋转电机的转速使其达到目标转速范围并保持稳定。

具体的，可以根据码盘201外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数确定相邻两缝对应的圆心角，并根据相邻两缝的圆心角与相邻参考信号的时间间隔确定旋转电机102的转速。其中，相邻两缝的圆心角除以相邻参考信号的时间间隔为旋转滤光片103的转速。

实施中，首先由PCB-A板107的控制单元105给旋转电机102的驱动模块输出控制信号，旋转电机102在驱动信号的驱使下开始旋转，并启动计时器，旋转滤光片103在随旋转电机102旋转的过程中，控制器不断地获取码盘201产生的Ref信号，通过Ref信号脉冲的时间间隔计算出旋转滤光片103的转速，该转速可作为旋转电机102的瞬时角速度，判断该转速是否达到目标值且保持稳定，若不在目标值范围内则调整控制单元105输出给旋转电机102的驱动模块的驱动信号，从而改变旋转滤光片103的转速。

当转速达到目标范围且保持稳定后，控制器进入等待Syn传入信号的模式，当检测到Syn信号脉冲后，启动计数器并置0，计数器在每遇到一个Ref脉冲执行自加一的操作，根据计数器中当前存储的值即可判断当前旋转至感光传感器104上方的滤光单元片的类型。

如图8所示，为本发明实施例提供的一种电路框图，适用于本发明实施例提供的摄像头。

PCB-A板上包含的模块有电源模块、感光传感器、ISP模块、控制单元、光敏元件、旋转电机驱动模块和信号放大器；其中电源模块与外部供电电源相连，将供电电源转变成各个芯片所需的电压并为芯片供电，感光传感器是图像成像的核心，通过感光传感器实现光信号转变为电信号，然后将电信号输出给ISP模块进行图像处理，经过ISP处理之后的图像信号输出到控制单元，控制单元中包含加串器功能，可将MIPI或DVP格式的视频信号转为FPD-Link或GMSL格式的信号，实现摄像头到车机控制器间较长距离的高速视频传输，FPD-Link或GMSL格式的视频信号通过视频信号输出接口1将视频信号从摄像头传输到车机控制器。此外，控制单元还接收光敏元件所连接的信号放大器输出的电信号，用于判断旋转滤光片上旋转至感光传感器上方的滤光单元类型，对感光传感器进行曝光控制，同时还可输出控制信号给旋转电机驱动模块，用于控制旋转电机的转速。

PCB-B板与PCB-A通过软排线电连接，PCB-B板上包含码盘灯、红外补光灯驱动模块、以及红外补光灯；其中码盘灯发出的光通过旋转滤光片的码盘缝隙照射到PCB-A板的光敏元件上。PCB-B板上的红外补光灯驱动模块由电源模块供电，并驱动红外补光灯的点亮。需要说明的是，图8中未示出信号放大器。

如图9所示，为本发明实施例提供的一种转速控制和滤光单元类型判断的方法流程图。

在步骤S901中、控制单元给旋转电机驱动模块输出驱动信号，旋转电机在驱动信号的驱使下开始旋转；

在步骤S902中、获取Ref信号；

在步骤S903中、计算转速；

在步骤S904中、判断转速是否达到目标转速范围；若是，执行步骤S905；若否，返回步骤S901，调整驱动信号；

在步骤S905中、等待传入Syn信号；

在步骤S906中、启动计数器记录Ref信号的个数；

在步骤S907中、根据计数器数值判断旋转至感光传感器上方的滤光单元类型；其中，滤光单元类型用于对曝光时刻进行控制；

在步骤S908中、再次检测到Syn信号时计数器重置。

如图10所示，为本发明实施例提供的一种感光传感器的曝光控制与图像输出的方法流程图。

在步骤S1001中、对环境光强进行检测；

在步骤S1002中、判断环境光强是否低于预设光强阈值；若是，进入夜视模式，执行步骤S1003～步骤S1008；若否，进入RGB模式，执行步骤S1009～步骤S1016；

夜视模式中：

在步骤S1003中、读取计数器数值；

在步骤S1004中、判断Ir滤光单元是否旋转至感光传感器上方；若是，执性步骤S1005；若否，返回步骤S1003；

在步骤S1005中、开启红外补光灯；

在步骤S1006中、对感光传感器进行曝光，获取红外通道图像；

在步骤S1007中、关闭红外补光灯；

在步骤S1008中、进行图像处理；

RGB模式中：

在步骤S1009中、读取计数器数值；

在步骤S1010中、判断R滤光单元是否旋转至感光传感器上方；若是，执性步骤S1013；若否，返回步骤S1009；

在步骤S1011中、判断G滤光单元是否旋转至感光传感器上方；若是，执性步骤S1014；若否，返回步骤S1009；

在步骤S1012中、判断B滤光单元是否旋转至感光传感器上方；若是，执性步骤S1015；若否，返回步骤S1009；

在步骤S1013中、对感光传感器进行曝光，获取R通道图像；

在步骤S1014中、对感光传感器进行曝光，获取G通道图像；

在步骤S1015中、对感光传感器进行曝光，获取B通道图像；

在步骤S1016中、合成RGB图像，并进行图像处理；

在步骤S1017中、输出图像。

需要说明的是，本发明实施例中提供的进入夜视模式和RGB模式的方式仅是示例的，也可以通过模式选择菜单选择是否进入夜视模式或者RGB模式，本发明实施例不作具体限定。

相应于上述装置实施例，本发明实施例提供了一种图像采集方法，如图11所示，该方法应用于摄像头；该摄像头包括旋转滤光片，感光传感器，旋转滤光片包括多种类型的滤光单元，该方法包括：

在步骤S1101中、接收光线并将光线传输至旋转滤光片；

在步骤S1102中、在旋转滤光片旋转过程中对接收到的光线进行滤光，并将过滤后的光线传输至感光传感器；

其中，每种类型的滤光单元在所述旋转滤光片的旋转过程中均经过感光传感器上方；

在步骤S1103中、在每种类型的滤光单元旋转至所述感光传感器上方时对感光传感器进行曝光，以使感光传感器接收每种类型的滤光单元对应颜色光线的光强信息，并根据光强信息生成图像。

可选的，所述多种类型的滤光单元包括：至少一个红色滤光单元、至少一个绿色滤光单元和一个蓝色滤光单元。

可选的，所述摄像头还包括：码盘，码盘灯，第一光敏元件，第二光敏元件，所述码盘外圈具有多个均匀分布的缝隙结构，所述码盘内圈具有一个缝隙结构；

所述在每种类型的滤光单元旋转至所述感光传感器上方时对所述感光传感器进行曝光，包括：

在检测到一个同步信号时，控制计数器对参考信号从零进行计数，每检测到一个参考信号，所述计数器对参考信号的数量加1；其中，所述参考信号为所述第一光敏元件在接收到所述码盘灯透过所述码盘外圈的缝隙结构的光线时产生的，所述同步信号为所述第二光敏元件在接收到所述码盘灯透过所述码盘内圈的缝隙结构的光线时产生的；

根据所述参考信号的数量，码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数确定所述旋转滤光片从参考位置旋转过的角度，公式如下：

其中，

表示旋转滤光片从参考位置旋转过的角度，m表示参考信号的数量，n表示码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，所述参考位置为所述旋转滤光片码盘内圈的缝隙结构处；

根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元，并对所述感光传感器进行曝光。

可选的，所述摄像头还包括红外补光灯，所述多种类型的滤光单元还包括一个红外滤光单元；所述红外补光灯用于对拍摄对象进行补光，使所述拍摄对象反射红外线；

在检测到环境光强低于预设光强阈值时，该方法包括：

根据所述参考信号的数量与所述码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定所述旋转滤光片从参考位置旋转过的角度；

若根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元为红外滤光单元后，开启所述红外补光灯，并对所述感光传感器进行曝光以获取所述拍摄对象反射的红外光线的光强信息；

若根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元为红外滤光单元外的其他滤光单元，则不对所述感光传感器进行曝光。

可选的，在对所述感光传感器进行曝光以获取所述拍摄对象反射的红外光线的光强信息之后，该方法还包括：关闭所述红外补光灯。

可选的，在驱动所述旋转电机后，检测同步信号之前，该方法还包括：

控制定时器检测相邻参考信号的时间间隔；

根据所述相邻参考信号的时间间隔与所述码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定所述旋转电机的转速；

若所述旋转电机的转速不在目标转速范围内，调整所述旋转电机的驱动信号，从而调整所述旋转电机的转速使其达到目标转速范围并保持稳定。

可选的，所述旋转滤光片上至少一个红色滤光单元和红外滤光单元相邻分布，所述参考位置与红色滤光单元和红外滤光单元的交界位置对应。

可选的，所述摄像头还包括：视频输出接口；该方法还包括：

通过加串器功能将将MIPI或DVP格式的视频信号转为FPD-Link或GMSL格式的视频信号，实现摄像头到车机控制器间长距离的高速视频传输；通过所述视频输出接口将所述FPD-Link或GMSL格式的视频信号从所述摄像头传输到所述机车控制器。

可选的，所述第一光敏元件，第二光敏元件，感光传感器集成于PCB-A板上，所述PCB-A板上还包括电源模块，所述电源模块与外部供电电源相连，用于为各个芯片供电；

所述码盘灯、红外补光灯集成于PCB-B板上，所述PCB-B板上还包括红外补光灯驱动模块，所述红外补光灯驱动模块由所述电源模块供电，用于驱动所述红外补光灯的开启；

所述PCB-A板与所述PCB-B板通过软排线电连接。

上述方法实施例与装置实施例相对应，与该装置实施例具有同样的技术效果，具体说明参见装置实施例。方法实施例是基于装置实施例得到的，具体的说明可以参见方法实施例部分，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种摄像头，其特征在于，包括：镜头模组，旋转电机，旋转滤光片，感光传感器，控制单元，所述旋转滤光片包括多种类型的滤光单元，一种所述滤光单元允许一种颜色光线滤过，在所述旋转滤光片上，所述多种类型的滤光单元以所述旋转滤光片中心为圆心呈扇形分布，所述旋转滤光片位于所述镜头模组与所述感光传感器之间，所述旋转滤光片与所述旋转电机通过轴相连，且同步旋转；

所述镜头模组，用于接收光线并将所述光线传输至旋转滤光片；

所述旋转滤光片，用于在旋转过程中对接收到的光线进行滤光，并将过滤后的光线传输至所述感光传感器；其中，每种类型的滤光单元在所述旋转滤光片的旋转过程中均经过感光传感器上方；

所述控制单元，用于在每种类型的滤光单元旋转至所述感光传感器上方时对所述感光传感器进行曝光，以使所述感光传感器接收每种类型的滤光单元对应颜色光线的光强信息，并根据所述光强信息生成图像。

2.根据权利要求1所述的摄像头，其特征在于，所述多种类型的滤光单元包括：至少一个红色滤光单元，至少一个绿色滤光单元和至少一个蓝色滤光单元。

3.根据权利要求2所述的摄像头，其特征在于，还包括：码盘，码盘灯，第一光敏元件，第二光敏元件，第一信号放大器，第二信号放大器；

所述码盘包围在所述旋转滤光片周向外侧，与所述旋转滤光片同步旋转；所述码盘外圈具有多个均匀分布的缝隙结构，所述码盘内圈具有一个缝隙结构；

所述码盘灯与两个光敏元件分布于所述码盘所在平面的两侧，所述码盘灯与两个光敏元件的连线垂直于所述码盘所在的平面，所述码盘灯发出的光线透过所述码盘外圈的缝隙结构照射到所述第一光敏元件上，所述码盘灯发出的光线透过所述码盘内圈的缝隙结构照射到所述第二光敏元件上；

所述第一光敏元件，用于在接收到所述码盘灯透过所述码盘外圈的缝隙结构的光线时产生一个参考信号，并通过所述第一信号放大器输出；所述第二光敏元件，用于在接收到所述码盘灯透过所述码盘内圈的缝隙结构的光线时产生一个同步信号，并通过所述第二信号放大器输出；

所述在每种类型的滤光单元旋转至所述感光传感器上方时对所述感光传感器进行曝光，所述控制单元用于：

在检测到一个同步信号时，控制计数器对所述参考信号从零进行计数，每检测到一个参考信号，所述计数器对参考信号的数量加1；

根据所述参考信号的数量，码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数确定所述旋转滤光片从参考位置旋转过的角度，公式如下：

其中，

表示旋转滤光片从参考位置旋转过的角度，m表示参考信号的数量，n表示码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，所述参考位置为所述旋转滤光片码盘内圈的缝隙结构处；

根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元，并对所述感光传感器进行曝光。

4.根据权利要求3述的摄像头，其特征在于，还包括红外补光灯，所述多种类型的滤光单元还包括一个红外滤光单元；所述红外补光灯用于对拍摄对象进行补光，使所述拍摄对象反射红外线；

在检测到环境光强低于预设光强阈值时，所述控制单元用于：

根据所述参考信号的数量与所述码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定所述旋转滤光片从参考位置旋转过的角度；

若根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元为红外滤光单元后，开启所述红外补光灯，并对所述感光传感器进行曝光以获取所述拍摄对象反射的红外光线的光强信息；

若根据所述角度确定旋转至所述感光传感器上方的滤光单元为红外滤光单元外的其他滤光单元，则不对所述感光传感器进行曝光。

5.根据权利要求4述的摄像头，其特征在于，在对所述感光传感器进行曝光以获取所述拍摄对象反射的红外光线的光强信息之后，所述控制单元还用于：关闭所述红外补光灯。

6.根据权利要求3所述的摄像头，其特征在于，在驱动所述旋转电机后，检测同步信号之前，所述控制单元还用于：

控制定时器检测相邻参考信号的时间间隔；

根据所述相邻参考信号的时间间隔与所述码盘外圈均匀分布的多个缝隙结构的缝数，确定所述旋转电机的转速；

若所述旋转电机的转速不在目标转速范围内，调整所述旋转电机的驱动信号，从而调整所述旋转电机的转速使其达到目标转速范围并保持稳定。

7.根据权利要求4所述的摄像头，其特征在于，所述旋转滤光片上至少一个红色滤光单元和红外滤光单元相邻分布，所述参考位置与红色滤光单元和红外滤光单元的交界位置对应。

8.根据权利要求6所述的摄像头，其特征在于，还包括：视频输出接口；

所述控制单元中包含加串器功能，所述控制单元通过加串器功能将MIPI或DVP格式的视频信号转为FPD-Link或GMSL格式的视频信号，实现摄像头到车机控制器间长距离的高速视频传输；通过所述视频输出接口将所述FPD-Link或GMSL格式的视频信号从所述摄像头传输到所述机车控制器。

9.根据权利要求8所述的摄像头，其特征在于，所述控制单元，第一光敏元件，第二光敏元件，第一信号放大器，第二信号放大器，感光传感器集成于PCB-A板上，所述PCB-A板上还包括电源模块，所述电源模块与外部供电电源相连，用于为各个芯片供电；

所述码盘灯、红外补光灯集成于PCB-B板上，所述PCB-B板上还包括红外补光灯驱动模块，所述红外补光灯驱动模块由所述电源模块供电，用于驱动所述红外补光灯的开启；

所述PCB-A板与所述PCB-B板通过软排线电连接。

10.一种图像采集方法，其特征在于，所述方法应用于摄像头；所述摄像头包括旋转滤光片，感光传感器，所述旋转滤光片包括多种类型的滤光单元，该方法包括：

接收光线并将所述光线传输至旋转滤光片；

在所述旋转滤光片旋转过程中对接收到的光线进行滤光，并将过滤后的光线传输至所述感光传感器；其中，每种类型的滤光单元在所述旋转滤光片的旋转过程中均经过感光传感器上方；

在每种类型的滤光单元旋转至所述感光传感器上方时对所述感光传感器进行曝光，以使所述感光传感器接收每种类型的滤光单元对应颜色光线的光强信息，并根据所述光强信息生成图像。

Images