CN1196022C - 视频信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

自动增益控制电路控制成像器的视频信号增益。平均检测电路检测视频信号中亮度平均电平。自动曝光控制电路响应于表示交流线路周期的模式信号，根据平均亮度电平产生增益控制信号并产生与交流线路相应的定时信号及快门速度控制信号；电子快门控制信号产生电路以交流线路电压变化周期为单位，根据平均亮度电平，使成像器的快门速度步进变化且每一间隔是交流线路电压变化周期的整数倍。每个快门速度提供粗略曝光控制和精细自动增益控制以抑制闪烁。

Description

视频信号处理装置
本发明涉及视频信号处理装置。具体而言，本发明涉及处理视频信号以减少闪烁的视频信号处理装置。
已知一种处理视频信号的视频信号处理装置，其中，用自动增益控制电路抑制照明引起的闪烁。
当在荧光灯照明条件下用摄像机摄取图像时，存在闪烁问题。荧光灯的亮度级因交流线路电压而周期性变化。图3A和3B说明已有技术的荧光灯电压变化和亮度变化。若如图3A所示，交流线路电压周期是50Hz，则如图3B所示，荧光灯亮度以100Hz变化。而若交流线路电压周期是60Hz，则荧光灯亮度以120Hz变化，这是众所周知的。
图3C和3D说明已有技术摄像机的工作。如果在荧光灯照明条件下，以1/30秒快门速度使用摄像机或应用MOS型成像器的电子相机，则视频信号蓄电定时和亮度电平如图3C和3D所示。
MOS型成像器从定时A1至B1输出第1行，定时A2至B2输出第2行，定时A2和B2在时基上稍偏移定时A1和B1。在一帧(1/30秒)中，定时A525和B525检测最后一行(第525行)。如图3B所示，亮度级变化，使图像亮度电平以1/100秒的周期变化，从而监视器检测出闪烁。具体而言，在MOS型成像器的情况下，因为图像存储定时每行不同，重放图像在要重放的图像上显示条纹。在CCD型成像器的情况下，因为图像存储定时在一帧中的所有行上均相同，在帧内不产生闪烁。但是在CCD型成像器中，亮度信号电平每帧变化。
图4是已有技术可抑制闪烁的视频信号处理装置的框图。成像器11的输出信号提供至自动增益控制电路12，后者按照增益控制信号控制其增益使平均电平为常数。经A/D转换器13把自动增益控制电路12的输出信号转换成数字信号。来自A/D转换器13的数字信号提供给检测数字信号平均电平的平均检测电路14。该平均值提供给增益控制信号产生电路15，该电路产生增益控制信号以控制增益使平均电平为常数。
另一方面，电子快门信号产生电路16产生电子快门信号，其快门速度在交流50Hz区域固定为1/100秒，在交流60Hz区域固定为1/30秒或1/60秒。图5A至5D表示在交流50Hz区域，已有技术的视频信号处理操作。帧间隔为1/30秒。另一方面，在该区域快门速度固定在1/100秒，使曝光间隔(1/100秒)与荧光灯亮度变化周期一致。于是，如图5B所示，MOS型成像器的视频信号的亮度电平为常数，其中的闪烁受到抑制。在该已有技术的视频信号处理电路中，仅由自动增益控制电路12提供增益控制，从而自动增益控制电路12的动态范围使自动曝光控制受到限制。
本发明的目的在于提供一种优良的视频信号处理装置。
根据本发明提供一种视频信号处理装置，它包括：自动增益控制电路，用于根据增益控制信号控制来自具有电子快门功能的成像器的视频信号的增益；检测所述视频信号平均亮度电平的平均检测电路；根据所述平均亮度电平产生所述增益控制信号的增益控制信号产生电路；快门速度控制信号产生电路，响应于表示交流线路周期的模拟信号，根据所述平均亮度电平，以所述交流线路电压变化周期为单位产生快门速度控制信号，使所述成像器的快门速度步进变化且每个快门速度是所述交流线路电压变化周期的整数倍。
在该视频信号处理装置中，增益控制信号产生电路产生增益控制信号，根据检测的平均电平，以交流线路电压变化周期为单位，使自动增益控制电路的增益进一步受到步进控制。
在上述视频信号处理装置中，根据所述检测的平均亮度电平和快门速度，控制快门速度。
从下述参照附图所作的详细描述中，本发明的目的和特点将变得更明显。
图1是本发明一个实施例的视频信号处理装置的框图，其中还示出成像器。
图2是该实施例中表示成像器快门速度变化和成像器输出视频信号增益变化的图形。
图3A和3B是表示已有技术荧光灯电压变化和亮度变化的图形。
图3C和3D是已有技术摄像机的工作说明图。
图4是已有技术视频信号处理装置的框图。
图5A至5D是表示已有技术视频信号处理装置在交流50Hz区域工作的说明图。
图中相同或相当的元件或部件标注同样标号。
下文叙述本发明的实施例。
图1表示该实施例的视频信号处理装置，其中也示出成像器。图2表示成像器快门速度和成像器输出视频信号增益的变化。
本实施例的视频信号处理装置包括：自动增益控制电路2，用于根据增益控制信号控制来自具有电子快门功能的成像器1的视频信号的增益；把自动增益控制电路2的视频信号转换成数字信号的A/D转换器3；检测数字视频信号中亮度信号的平均电平(数字视频信号亮度平均电平)的平均检测电路4；响应表示本区域交流线路周期的模式信号，用于根据亮度平均电平，以交流线路的电压变化周期为单位产生增益控制信号的自动曝光控制电路5；用于以交流线路电压变化周期为单位产生快门速度控制信号的电子快门控制信号产生电路6。成像器的快门速度步进变化且每个快门速度是交流线路电压变化周期的整数倍。
在本实施例中，若设成像器1是MOS型，其存储周期是1/30秒，则平均间隔(时间常数)是1/30秒。
具有电子快门功能的MOS(金属氧化物半导体)型成像器1接收投射在其上的图像并把投射像的光信息转换成视频信号。视频信号处理电路的自动增益控制电路2用根据增益控制信号控制的成像器输出视频信号增益，放大视频信号。A/D转换器3把来自自动增益控制电路2的视频信号转换成数字视频信号。平均检测电路4检测视频信号中亮度信号的平均电平。自动曝光控制电路5根据亮度平均电平产生增益控制信号，使亮度平均电平保持常数。即，包括自动增益控制电路2、A/D转换器3、平均检测电路4和自动曝光控制电路5的反馈环路提供自动增益控制。而且，自动曝光控制电路5包含定时信号产生电路5a，响应于模式信号(50Hz/60Hz)，向电子快门控制信号产生电路6提供表示交流线路电压变化周期(100Hz，120Hz)的定时信号和快门速度设定值(快门设定值)。
响应于该定时信号、快门速度控制信号，电子快门控制信号产生电路6，根据快门速度设定值，以交流线路电压变化周期为单位，产生快门速度控制信号。成像器的快门速度步进变化且每个快门速度是交流线路电压变化周期(交流电压周期两倍)的整数倍。
在图1中，假定成像器1是MOS型，其存储周期是1/30秒且对交流50Hz区域提供曝光控制。
在这种情况下，为了防止闪烁，在存储周期中，电子快门速度设定成荧光灯平均亮度级变化周期的整数倍。即，电子快门速度控制成3/100秒、2/100秒或1/100秒。于是，自动曝光控制电路5具有三种控制模式，即，暗、中间和亮模式。具体而言，自动曝光控制电路5比较亮度平均电平与两个不同参照值REF1和REF2。当自动曝光控制电路5判断亮度平均电平处于暗区(暗模式)时，自动曝光控制电路5产生3/100秒的快门速度设定值。当自动曝光控制电路5判断亮度平均电平处于中间区域(中间模式)时，该电路产生2/100秒的快门速度设定值。同样，当自动曝光控制电路5判断亮度平均电平处于亮区(亮模式)时，该电路产生1/100秒的快门速度设定值。
该快门速度控制是比较粗略的。自动增益控制电路2还在每个电子快门速度提供增益控制。即，当电子快门速度从3/100秒瞬变至2/100秒(从暗模式变至中间模式)时，如图2所示，实际存储间隔变成2/3。于是，除与亮度平均电平成反比地控制增益外，自动增益控制电路2的增益增至+3.5dB(快门速度比值)，使自动增益控制电路的输出电平为暗区时的1.5倍。因此，自动增益控制电路2的输出电平，在快门速度切换定时附近为常数。接着，增益随着亮度增加而逐渐减小。当电子快门速度从2/100秒瞬变至1/100秒，即控制模式变化至亮模式，自动增益控制电路2的增益增加至+6dB，使自动增益控制电路2的输出电平为中间区域时的2倍。这样，自动增益控制电路2的输出电平为常数。接着，增益逐渐减小趋于最明亮时的0dB。因此，自动增益控制电路2的输出电平为常数。
如上所述，快门速度以交流线路电压变化周期为单位，从1/100秒步进变化至3/100秒，从而扩展自动曝光范围。而且，在每个快门速度提供精细的自动增益控制，从而可输出无闪烁的视频信号。具体而言，当亮度平均电平增大时，增益偏移快门速度比(3/2或2/1)。反之，当亮度平均电平减小时，增益偏移比率3/2或2/1。
在60Hz区域，电子快门速度在四个值(即，4/120秒、3/120秒、2/120秒、1/120秒)间变化。在快门速度瞬变时，自动增益在下述范围中变化：快门速度为4/120秒至3/120秒之间+2.5dB、快门速度为3/120秒至2/120秒之间+3.5dB、快门速度为2/120秒至1/120秒之间+6dB。而且，在存储周期为1/60秒的MOS型成像器的情况下，在交流60Hz区域，电子快门速度在两个值(即，2/120秒和1/120秒)间变化。
在本实施例中，设置A/D转换器3。但也可省略该A/D转换器3。而且，虽然上述实施例叙述MOS型成像器，但本发明也可应用于CCD型成像器的视频信号处理装置。
根据本发明的视频信号处理装置，通过例如从1/100秒至3/100秒步进改变快门速度，提供粗略曝光控制，从而扩展自动曝光控制范围。而且，每个快门速度提供精细自动增益控制，以抑制闪烁。

Claims (3)

1.一种视频信号处理装置，其特征在于，它包括：
自动增益控制单元，用于根据增益控制信号控制来自具有电子快门功能的成像器的视频信号的增益；
检测所述视频信号平均亮度电平的平均检测单元；
根据所述平均亮度电平产生所述增益控制信号的增益控制信号产生单元；
快门速度控制信号产生单元，响应于表示交流线路周期的模式信号，根据所述平均亮度电平，以所述交流线路电压变化周期为单位，产生快门速度控制信号，使所述成像器的快门速度根据所述快门速度控制信号进行步进变化，并且每个所述快门速度选自所述成像器的存储周期内所述电压变化周期的整数倍的多个值。
2.如权利要求1所述的视频信号处理装置，其特征在于，所述增益控制信号产生单元产生所述增益控制信号，根据所述快门速度的变化率，使所述自动增益控制单元的增益进一步受到步进控制。
3.如权利要求1所述的视频信号处理装置，其特征在于，根据所述检测的平均亮度电平控制所述快门速度。
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