用於安防監控領域的自動光圈控制方法及裝置與流程
2023-06-04 17:42:06 4
本發明屬於安防監控技術領域，尤其涉及用於安防監控領域的自動光圈控制方法及裝置。
背景技術：
在安防監控領域，尤其是道路監控，隧道監控等技術領域，不可避免地會出現環境亮暗變化劇烈的情況，為了適應上述監控過程中的光線變化，監控攝像機的自動光圈控制功能基本會採用比例-積分-微分(PID)的控制策略，常用策略是傳統的位置式PID控制，或者類似位置式PID控制結合階梯變步長控制。
然而，上述自動光圈控制策略在面對環境亮度變化劇烈的情況時，多少都會出現自動光圈調節緩慢並且出現過調節，使得光圈全關或者是來回劇烈震蕩，影響了安防監控的視頻輸出效果。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明實施例提供了用於安防監控領域的自動光圈控制方法及裝置，以解決現有技術在進行自動光圈控制時會出現自動光圈調節緩慢並且出現過調節，使得光圈全關或者是來回劇烈震蕩，影響了安防監控的視頻輸出效果的問題。
第一方面，提供了一種用於安防監控領域的自動光圈控制方法，包括：
獲取當前的亮度誤差值，所述亮度誤差值為攝像機當前獲取的實時畫面的平均亮度值與預設的目標亮度值的差值；
基於所述亮度誤差值，採用非線性PID算法計算增量式PID控制算子；
導入所述增量式PID控制算子，計算得到驅動PWM的值；
根據所述驅動PWM的值對所述攝像機進行自動光圈控制。
第二方面，提供了一種用於安防監控領域的自動光圈控制裝置，包括：
獲取單元，用於獲取當前的亮度誤差值，所述亮度誤差值為攝像機當前獲取的實時畫面的平均亮度值與預設的目標亮度值的差值；
第一計算單元，用於基於所述亮度誤差值，採用非線性PID算法計算增量式PID控制算子；
第二計算單元，用於導入所述增量式PID控制算子，計算得到驅動PWM的值；
控制單元，用於根據所述驅動PWM的值對所述攝像機進行自動光圈控制。
在本發明實施例中，根據監控攝像機當前實時畫面的亮度誤差值來計算當前需要的驅動PWM，以實現對攝像頭的自動光圈控制，在監控攝像機遇到環境亮度劇烈變化的情況下能夠自動控制光圈開合，以達到適宜的曝光效果，且整個調節過程快速穩定，提升了安防監控的視頻輸出效果。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是安防監控領域攝像機鏡頭的光圈控制原理示意圖；
圖2是本發明實施例提供的安防監控領域攝像機鏡頭的光圈控制流程的示意圖；
圖3是本發明實施例提供的用於安防監控領域的自動光圈控制方法的實現流程圖；
圖4是本發明實施例提供的用於安防監控領域的自動光圈控制方法S302的具體實現流程圖；
圖5是本發明實施例提供的用於安防監控領域的自動光圈控制方法S403的具體實現流程圖；
圖6是本發明實施例提供的用於安防監控領域的自動光圈控制裝置的結構框圖。
具體實施方式
以下描述中，為了說明而不是為了限定，提出了諸如特定系統結構、技術之類的具體細節，以便透徹理解本發明實施例。然而，本領域的技術人員應當清楚，在沒有這些具體細節的其它實施例中也可以實現本發明。在其它情況中，省略對眾所周知的系統、裝置、電路以及方法的詳細說明，以免不必要的細節妨礙本發明的描述。
為了更好地闡述本發明實施例，首先對安防監控領域攝像機鏡頭的光圈控制原理進行描述：
如圖1所示，輸入直流電機驅動晶片的包括基準脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation，PWM)和驅動PWM，其中，基準PWM由硬體電路預先設置好，其取值大小由硬體電路的具體結構決定；主控制晶片基於前端鏡頭輸入圖像的亮度信息統計結果，根據內部自動光圈控制算法計算驅動PWM並輸出給直流電機驅動晶片，直流電機驅動晶片轉換得到驅動電平，用來控制電機的轉動方向以及速度，從而達到控制鏡頭的光圈開合的目的。如圖2所示，在進行光圈控制時，首先判斷當前的光圈控制模式及曝光模式，以確定是否啟動相應的自動光圈控制功能模塊，實現自動光圈控制。
圖3示出了本發明實施例提供的用於安防監控領域的自動光圈控制方法的實現流程，其中的技術方案主要用於實現對攝像機鏡頭自動光圈控制，詳述如下：
在S301中，獲取當前的亮度誤差值，所述亮度誤差值為攝像機當前獲取的實時畫面的平均亮度值與預設的目標亮度值的差值。
其中，攝像機當前獲取的實時畫面的平均亮度值，是指攝像機當前獲取到的當前圖像幀中像素亮度的平均值，而預設的目標亮度值通常為監控系統設置的能夠滿足用戶對畫面亮度需求的一個亮度值。
作為本發明的一個實施例，在獲取到亮度誤差值之後，執行S302之前，所述方法還包括：
對所述亮度誤差值進行預處理，包括將所述亮度誤差值除以一個預設因子。
由於亮度誤差值可以為正，也可以為負，因此，亮度誤差值的正負分別對應不同的預設因子，預設因子的大小可以根據實際情況進行調節，其作用是確定亮度的最小調節範圍，以助於光圈大小的穩定性調節。
在S302中，基於所述亮度誤差值，採用非線性PID算法計算增量式PID控制算子。
在本發明實施例中，增量式PID控制算子由亮度誤差值來決定，具體地，如圖4所示：
在S401中，計算p_data、i_data和d_data，其中：
p_data＝p_coef*luma_data[0]/p_div，luma_data[0]為當前的所述亮度誤差值，p_div為預設常數，p_coef為關於所述亮度誤差值的非負的單調遞增函數；
i_data＝i_data+i_coef*luma_data[0]，luma_data[0]與i_coef呈反比；
d_data＝Δerror＝luma_data[0]-luma_data[1]，luma_data[1]為上一次輸入的所述亮度誤差值。
對於p_data，p_coef為一個隨著亮度誤差值的大小實時變化的一個值，p_coef是亮度誤差值luma_data[0]的函數，滿足p_coef＝F(luma_data[0])，其中F(luma_data[0])可以是線性函數，也可以是非線性函數，但是必須保證其為luma_data[0]非負的單調遞增函數，這樣使得程序更加簡化，只用兩條語句即可完成p_data的確定，並且p_data的大小嚴格按照luma_data[0]的變化趨勢迅速變化，調整的速度和平穩度也得到了顯著提高，p_div為預設常數，可以根據不同的自動光圈鏡頭進行調整。
對於i_data，根據PID控制原理中積分控制的作用，將i_data的控制做階梯分段處理，所分階數n可以根據實際自行調整，具體思想為：亮度誤差值越小，i_data中的乘因子i_coef越大。其實現方式為，將luma_data[0]分為正負兩個方向，每個方向分為n個等級，每個等級的步長可自行設置，對應的乘因子i_coef根據實際電路調試結果做相應的設置，其中n以及各個i_coef都為大於0的常數。
對於d_data，其值為亮度誤差增量，即當前的亮度誤差值與上一次輸入的亮度誤差值之差，在此，可以通過設置中間變量來保證當前輸入的亮度誤差值不覆蓋上一次輸入的亮度誤差值，中間變量的設置可通過如下語句實現：
luma_data[0]＝luma_data；
luma_data[1]＝luma_data[0]。
在S402中，將p_data、i_data和d_data導入Δduty＝Δu＝A*p_data+B*i_data+C*d_data。
在S403中，通過調試確定A、B、C的值，以得到所述增量式PID控制算子Δduty。
作為本發明的一個實施例，A、B、C的值可以通過圖5所示的方式調試得到：
在S501中，將B和C設置為0並調節A值，待所述攝像機的光圈達到第一預設穩定狀態時，確定當前的A值。
在S502中，將C設置為0，調節B值，待所述攝像機的光圈達到第二預設穩定狀態時，確定當前的B值。
在S503中，調節C值，待所述攝像機的光圈達到第三預設穩定狀態時，確定當前的C值。
在本實施例中，第一預設穩定狀態、第二預設穩定狀態、第三預設穩定狀態分別對應的光圈控制的穩定程度依序升高，例如，首先，將B和C設置為0，單獨調節A值，待攝像機的光圈能夠快速調節到合適狀態，並且出現振蕩較小時，確定當前的A值；其次，將C設置為0，調節B值，待到攝像機的光圈調節到光圈幾乎不再振蕩時，確定當前的B值；最後，調節C值，直到保證系統檢測到環境亮度發生劇烈變化的時候光圈能夠快速平穩收斂，確定當前的C值。
在S303中，導入所述增量式PID控制算子，計算得到驅動PWM的值。
在本發明實施例中，在增量式非線性PID算法中導入增量式PIID控制算子，以計算得到驅動PWM的值。
進一步地，作為本發明的一個實施例，可以對傳統的增量式PID算法進行改進，即：
將所述增量式PID控制算子導入u＝u(ref)±Δduty，將得到的u值作為所述驅動PWM的值。其中，將傳統的增量式PID算法中的u(k-1)替換為u(ref)，該u(ref)為與當前的基準PWM相關的值，根據具體電路來進行設置，這樣，最終輸出的驅動PWM的值與上一次輸出的驅動PWM的值的關係就直接切斷了，當前輸出的驅動PWM的值只與實際的硬體電路和當前的亮度誤差值有關，這樣一來，對攝像機的自動光圈控制實現起來更加簡單，調節速度更快，調節效果更加穩定。
在S304中，根據所述驅動PWM的值對所述攝像機進行自動光圈控制。
在本發明實施例中，根據監控攝像機當前實時畫面的亮度誤差值來計算當前需要的驅動PWM，以實現對攝像頭的自動光圈控制，在監控攝像機遇到環境亮度劇烈變化的情況下能夠自動控制光圈開合，以達到適宜的曝光效果，且整個調節過程快速穩定，提升了安防監控的視頻輸出效果。
應理解，上述實施例中各步驟的序號的大小並不意味著執行順序的先後，各過程的執行順序應以其功能和內在邏輯確定，而不應對本發明實施例的實施過程構成任何限定。
對應於上文實施例所述的用於安防監控領域的自動光圈控制方法，圖6示出了本發明實施例提供的用於安防監控領域的自動光圈控制裝置的結構框圖，為了便於說明，僅示出了與本實施例相關的部分。
參照圖6，該裝置包括：
獲取單元61，獲取當前的亮度誤差值，所述亮度誤差值為攝像機當前獲取的實時畫面的平均亮度值與預設的目標亮度值的差值；
第一計算單元62，基於所述亮度誤差值，採用非線性PID算法計算增量式PID控制算子；
第二計算單元63，導入所述增量式PID控制算子，計算得到驅動PWM的值；
控制單元64，根據所述驅動PWM的值對所述攝像機進行自動光圈控制。
可選地，所述裝置還包括：
預處理單元，對所述亮度誤差值進行預處理，包括將所述亮度誤差值除以一個預設因子。
可選地，所述第一計算單元62具體用於：
計算p_data、i_data和d_data，其中：
p_data＝p_coef*luma_data[0]/_div，luma_data[0]為當前的所述亮度誤差值，p_div為預設常數，p_coef為關於所述亮度誤差值的非負的單調遞增函數；
i_datd＝i_data+i_coef*luma_data[0]，luma_data[0]與i_coef呈反比；
d_data＝Δerror＝luma_data[0]-luma_data[1]，luma_data[1]為上一次輸入的所述亮度誤差值；
將p_data、i_data和d_data導入Δduty＝Δu＝A*p_data+B*i_data+C*d_data；
通過調試確定A、B、C的值，以得到所述增量式PID控制算子Δduty。
進一步地，所述第一計算單元62具體用於：
將B和C設置為0並調節A值，待所述攝像機的光圈達到第一預設穩定狀態時，確定當前的A值。
將C設置為0，調節B值，待所述攝像機的光圈達到第二預設穩定狀態時，確定當前的B值；
調節C值，待所述攝像機的光圈達到第三預設穩定狀態時，確定當前的C值。
可選地，所述第二計算單元63具體用於：
將所述增量式PID控制算子導入u＝u(ref)±Δduty，將得到的u值作為所述驅動PWM的值，u(ref)為與當前的基準PWM相關的值。
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為了描述的方便和簡潔，僅以上述各功能單元、模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據需要而將上述功能分配由不同的功能單元、模塊完成，即將所述裝置的內部結構劃分成不同的功能單元或模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。實施例中的各功能單元、模塊可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中，上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。另外，各功能單元、模塊的具體名稱也只是為了便於相互區分，並不用於限制本申請的保護範圍。上述系統中單元、模塊的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、或者計算機軟體和電子硬體的結合來實現。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。
在本發明所提供的實施例中，應該理解到，所揭露的裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的系統實施例僅僅是示意性的，例如，所述模塊或單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通訊連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通訊連接，可以是電性，機械或其它的形式。
所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。
所述集成的單元如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明實施例的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)或處理器(processor)執行本發明實施例各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬碟、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
以上所述實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍，均應包含在本發明的保護範圍之內。