CN202003114U - 镜头自动聚焦控制模块 - Google Patents

Abstract

一种镜头自动聚焦控制模块，包括电机控制单元，还包括视频数据采集单元和视频数据处理单元；所述视频数据采集单元将从摄像机得到的模拟视频数据转换成数字视频数据，并将所述数字视频数据发送给所述视频数据处理单元，所述视频数据处理单元对所述数字视频数据进行处理，并将处理结果发送给所述电机控制单元，所述电机控制单元根据所述处理结果向电机输出相应的电机控制信号。本系统采用现场FPGA器件和DSP微处理器相组合的系统架构，发挥了FPGA器件并行处理速度快和DSP微处理器实现算法灵活的优点，较现有系统能够快速地实现更为复杂的算法，可实现监控摄像机全自动、脱离人工操控对焦，节省时间以及避免了人力资源的浪费。

Description

镜头自动聚焦控制模块

技术领域

本实用新型涉及一种镜头自动聚焦驱动技术领域，尤其是一种应用于监控摄像机中的镜头自动聚焦控制模块。

背景技术

随着数字技术不断深化，视频监控技术有了长足的发展。监控摄像机在安防系统中承担着为使用者提供特定区域内动态视频信息的职责，视频图像的清晰度是衡量监控系统的重要指标之一。

为了获得清晰的视频图像，目前现有的监控摄像机大多具有镜头聚焦控制模块和变焦机构，所述变焦机构包括驱动电机，所述聚焦控制模块控制驱动电机则可以改变焦距，实现焦距对准以获得清晰的视频图像的目的。目前的聚焦控制模块需要通过人工作用于手动按键或其它机械开关，以此获得一次变焦动作的触发信号，聚焦控制模块根据该触发信号来控制变焦镜头外接有变焦机构中的电机控制端口的电压高低，电机根据电压的高低控制焦距的大小，从而实现焦距对准。

现有技术中的监控摄像机的镜头聚焦是由使用者手动按下一个按键来触发的，即每按一次按键，摄像机开始一次对焦。针对这种情况，摄像机的每一次焦距变化，都需要人工来触发。当场景变换或光照改变引起失焦时，摄像机不能自动调整焦距，必须人为调整，否则得不到清晰的视频图像。因而占用了大量的人力资源

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种镜头自动聚焦控制模块，可使摄像机自动聚焦，从而节省人力资源，可以低成本、高效率的得到清晰的视频图像。

本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种镜头自动聚焦控制模块，包括电机控制单元，还包括视频数据采集单元和视频数据处理单元；所述视频数据采集单元将从摄像机得到的模拟视频数据转换成数字视频数据，并将所述数字视频数据发送给所述视频数据处理单元，所述视频数据处理单元对所述数字视频数据进行处理，并将处理结果发送给所述电机控制单元，所述电机控制单元根据所述处理结果向电机输出相应的电机控制信号。

其中：所述视频数据处理单元包括数据预处理子单元和图像处理子单元，所述信号预处理子单元接收所述视频数据采集单元发来的数字视频数据，在得到一帧图像后，将所述一帧图像发送给所述图像处理子单元，所述图像处理子单元接收完所述一帧图像后，对该帧图像进行处理，并将处理结果发送给所述电机控制单元。

更好地，还包括存储子单元；所述数据预处理子单元包括视频流接收部、写入逻辑部和读取逻辑部；

所述视频流接收部接收所述视频数据采集单元发送来的数字视频数据，通过写入逻辑部将接收到的数字视频数据存储到所述存储子单元，当存储完一帧图像后，向所述图像处理子单元发送中断信号；

所述读取逻辑部与所述图像处理子单元相连接，所述图像处理子单元通过所述读取逻辑部从所述存储子单元中读取数字视频数据。

所述数据预处理子单元为FPGA器件，所述图像处理子单元和电机控制单元组合在一起为DSP微处理器。

更好地，所述DSP微处理器还包括EMIF接口，所述EMIF接口分别与所述FPGA的读取逻辑部和所述图像处理子单元连接。所述数字信号处理器芯片还包括第二信号处理单元，所述第二信号处理单元通过外部中断和通用输入输出引脚向第一信号处理单元发送使所述数字信号处理器芯片从静态随机存取存储器芯片中高速读取图像的触发信号。

所述视频数据采集单元为一视频解码器。

所述视频解码器采用ADV7180芯片。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型可使摄像机镜头自动聚焦，从而节省人力资源。在具体实施时采用FPGA器件和DSP微处理器相组合的系统架构，发挥了FPGA器件并行处理速度快和DSP微处理器实现算法灵活的优点，较现有系统能够快速地实现更为复杂的算法。从而为本系统在各种复杂环境下能够正常工作提供了保证，例如：在光照条件不理想的情况下，对图像做相应的预处理，如图像去噪，图像增强等；并结合多种清晰度评价函数来评价图像，再辅助以改进的爬山搜索算法，使得在光照条件较差的情况下仍能对准，可实现监控摄像机全自动、脱离人工操控对焦，节省时间以及人力资源的浪费。另外，本实用新型采用低功耗芯片，整体模块耗电量相比现有技术明显降低。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本实用新型的镜头自动聚焦驱动系统总原理图；

图2为本发明实施例一的镜头自动聚焦控制模块原理框图；

图3为本发明实施例一的镜头自动聚焦控制模块电路原理简图；

图4为FPGA器件工作流程图；

图5为DSP微处理器工作流程图。

具体实施方式

图1为本实用新型的镜头自动聚焦驱动系统总原理图，如图所示，一种镜头自动聚焦控制模块由视频数据采集单元1、视频数据处理单元2和电机控制单元3组成。所述视频数据采集单元1将采集到的复合模拟视频数据转换为数字视频数据，并将该数字视频数据发送给所述视频数据处理单元2内部设置中的数据预处理子单元21。所述数据预处理子单元21将该数字视频数据进行优化，滤除掉该信号中无效的消隐期信号，并完成数据的存储和传输。所述视频数据处理单元2内还设置有图像处理子单元22，所述数据预处理子单元21将优化好的数字视频数据发送给所述图像处理子单元22，所述图像处理子单元22对数字视频数据进行分析，即根据能量梯度函数计算图形，得出清晰度评价值数据，所述电机控制单元3根据所述图像处理子单元22发送的清晰度函数评价值数据得到电机控制数据。例如，当电机采用步进电机时，根据清晰度函数评价值确定步进电机的步长。具体地，若清晰度评价函数评价值变大，则电机控制单元3控制电机正向移动一个步长；清晰度函数评价值变小，则电机控制单元3控制电机反向移动一个步长。其中电机移动的步长由清晰度评价值变化幅度决定，清晰度函数评价值变化较大，则采用较小步长；清晰度函数评价值变化较小，则采用大步长。

图2为本发明实施例一的镜头自动聚焦控制模块原理框图，图3为本发明实施例一的镜头自动聚焦控制模块电路原理简图，如图2和图3所示，镜头自动聚焦控制模块由视频数据采集单元1、视频数据处理单元2、电机控制单元3以及储存子单元5组成；所述视频数据处理单元2由数据预处理子单元21、图像处理子单元22和电机控制单元3组成；在本实施例中，所述数据预处理子单元21由FPGA器件实现，所述图像处理子单元22和电机控制单元3由DSP微处理器实现。所述视频数据处理单元2由视频解码器及其外围电路实现，其中，视频解码器可以采用ADV7180型号芯片。ADV7180通过MCX连接器采集由摄像机输出的复合模拟视频数据(CVBS)，并将其转换为8位的符合ITU-T BT656标准的YCrCb 4∶2∶2的数字视频数据。由于输出的数字视频数据存在消隐信号，即无效的视频数据，因此通过所述数据预处理子单元21(即FPGA)中的视频流接收部211对数字视频数据进行处理优化，即去掉数字视频数据中的消隐信号。所述被处理优化的数字视频数据通过写入逻辑部212将该数据缓存到与数据预处理子单元21连接的存储子单元5中的静态随机存取存储器(SRAM)51中；所述数据预处理子单元21(即FPGA)还包括与DSP微处理器连接的读取逻辑部213，所述读取逻辑部213的作用为：DSP微处理器的数据总线D0～D15及读取信号AOE，进而转接到SRAM 51的数据线及读使能线上(如图2所示)，并根据读取信号进行记数，自动生成SRAM 51的读取地址，从而在DSP微处理器发出读取信号时，能够读出SRAM 51中所需的存储数据。所述DSP微处理器通过外部中断(EXINT)和通用输入输出(I/O)引脚连接到FPAG 21；所述DSP微处理器通过EMIF接口23与所述数据预处理子单元21内部设置的读取逻辑部213相连接，通过读取逻辑部213与所述SRAM 51连接，用来读取SRAM 51中的图像数据，之后由EMIF接口23将该图像数据发送给所述图像处理子单元22，由图像处理子单元22完成对图像的分析，即根据能量梯度函数计算图像的清晰度评价值，并将该计算数据发送到电机控制单元3，所述电机控制单元3根据该计算数据控制电机(图未示)正反转来移动镜头，完成对焦。DSP微处理器还与同步动态随机存取存储器(SDRAM)52和FLASH存储器53连接，当所述EMIF接口23接收完来自SRAM 51中的图像同时，DSP将图像数据存储到SDRAM 52中，FLASH 53中存储有各种参数，包括初始化参数和运行过程参数，从而可以完成掉电后程序的保存。

请再次参考图2和图3，系统加电开始运行后，所述FPGA器件和DSP微处理器分别需要从FPGA专用配置芯片EPCS1和DSP所连接的外部所述的FLASH 53当中加载代码，由于FPGA器件以及DSP微处理器内部都没有非易失性存储空间，系统断电后，存储于处理器内部的程序会丢失，因此，所述FPGA器件连接自己专用的主动配置芯片EPCS1(一种串行Flash)，来完成内部配置，由于EPCS1是配合FPGA使用的常见附属元件，在此不再赘述；所述FLASH存储器用于存储各种参数，用于对所述DSP微处理器进行加载代码，完成内部寄存器的配置；即完成FPFA器件和DSP微处理器的初始化工作。

图4为FPGA器件工作流程图，图5为DSP微处理器工作流程图，如图4和图5所示，并请再次参考图2和图3，系统开始运行时，所述FPGA器件进入等待状态，等待接收从所述DSP微处理器发送的开始采集信号；所述DSP微处理器通过外部中断(EXINT)向所述FPGA器件发送开始采集信号，当FPGA器件检测到该信号之后，控制视频数据采集单元1开始视频采集，所述FPGA器件在采集的同时，将信号数据缓存到所述SRAM 51中，存储完完整的一帧图像之后，由外部中断(EXINT)向所述DSP微处理器发送触发信号，所述DSP微处理器接收到该信号之后，通过EMIF接口23和读取逻辑部213，将所DSP微处理器数据总线连接到SRAM 51中，并从SRAM 51中高速读取这一帧图像，同时将该图像存储到SDRAM 52当中。所述DSP微处理器读取和存储完成数据之后，将与FPGA器件相连的一个通用输入输出管脚置低(图未示)，当FPGA器件检测到该管脚变低之后再次进入等待状态，所述DSP微处理器开始处理该帧图像，由图像处理子单元22完成对视频数据的分析，由于视频数据是由图像组成，因此，在分析时，主要是对读出来的这一帧图像进行分析，在本发明中，所述的分析指的是根据能量梯度函数计算图像的清晰度评价值，然后将该计算数据发送到电机控制单元3，所述电机控制单元3根据该计算数据得到电机的控制数据，对电机进行一次驱动，控制电机(图未示)正转或反转，从而移动镜头，完成对焦，即完成一次循环，之后重新开始。

本实用新型提供的镜头自动聚焦控制模块可以实现摄像机的自动对焦，即使在背景光线变化的场景中，也可以根据当前图像的清晰程度自动调整焦距。并且，在实施时采用FPGA器件和DSP微处理器相组合的系统架构，发挥了FPGA器件并行处理速度快和DSP微处理器实现算法灵活的优点，较现有技术能够快速地实现更为复杂的算法。从而为本模块在各种复杂环境下能够正常工作提供了保证，例如：在光照条件不理想的情况下，对图像做相应的预处理，如图像去噪，图像增强等；并结合多种清晰度评价函数来评价图像，再辅助以改进的爬山搜索算法，使得在光照条件较差的情况下仍能对准，可实现监控摄像机全自动、脱离人工操控对焦，节省时间以及避免人力资源的浪费，另外，本实用新型采用低功耗芯片，整体模块耗电量也明显低于现有技术。

Claims (8)

1.一种镜头自动聚焦控制模块，包括电机控制单元(3)，其特征在于，还包括视频数据采集单元(1)和视频数据处理单元(2)；所述视频数据采集单元(1)将从摄像机得到的模拟视频数据转换成数字视频数据，并将所述数字视频数据发送给所述视频数据处理单元(2)，所述视频数据处理单元(2)对所述数字视频数据进行处理，并将处理结果发送给所述电机控制单元(3)，所述电机控制单元(3)根据所述处理结果向电机(4)输出相应的电机控制信号。

2.如权利要求1所述的镜头自动聚焦控制模块，其特征在于，所述视频数据处理单元(2)包括数据预处理子单元(21)和图像处理子单元(22)，所述信号预处理子单元(21)接收所述视频数据采集单元(1)发来的数字视频数据，在得到一帧图像后，将所述一帧图像发送给所述图像处理子单元(22)，所述图像处理子单元(22)接收完所述一帧图像后，对该帧图像进行处理，并将处理结果发送给所述电机控制单元(3)。

3.如权利要求2所述的镜头自动聚焦控制模块，其特征在于，还包括存储子单元(5)；所述数据预处理子单元(21)包括视频流接收部(211)、写入逻辑部(212)和读取逻辑部(213)；

所述视频流接收部(211)接收所述视频数据采集单元(1)发送来的数字视频数据，通过写入逻辑部(212)将接收到的数字视频数据存储到所述存储子单元(5)，当存储完一帧图像后，向所述图像处理子单元(22)发送中断信号；

所述读取逻辑部(213)与所述图像处理子单元(22)相连接，所述图像处理子单元(22)通过所述读取逻辑部(213)从所述存储子单元(5)中读取数字视频数据。

4.如权利要求3所述的镜头自动聚焦控制模块，其特征在于，所述数据预处理子单元(21)为FPGA器件，所述图像处理子单元(22)和电机控制单元(3)组合在一起为DSP微处理器。

5.如权利要求4所述的镜头自动聚焦控制模块，其特征在于，所述DSP微处理器还包括EMIF接口(23)，所述EMIF接口(23)分别与所述FPGA的读取逻辑部(213)和所述图像处理子单元(22)连接。

6.如权利要求4或5所述的镜头自动聚焦控制模块，其特征在于，所述存储子单元(5)包括SRAM、SDRAM和FLASH存储器，所述SRAM用于缓存所述数据预处理子单元(21)从所述视频数据采集单元(1)接收到的数字视频数据；所述SDRAM用于存储所述图像处理子单元(22)从所述数据预处理子单元(21)接收到的图像；所述FLASH存储器用于存储各种参数。

7.如权利要求1-5任一所述的镜头自动聚焦控制模块，其特征在于，所述视频数据采集单元(1)为一视频解码器及其外围电路。

8.如权利要求7所述的镜头自动聚焦控制模块，其特征在于，所述视频解码器采用ADV7180型号芯片。

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