一種超智能場景攝像機及超智能攝像方法
2023-06-20 19:46:51
專利名稱：一種超智能場景攝像機及超智能攝像方法
技術領域：
本發明涉及一種攝像機，尤其涉及的是一種超智能場景攝像機及超智能攝像方法。
背景技術：
目前，視頻監控已成為一種常規的安全監控手段，而現今的社會受監控場景複雜變化無窮；傳統的攝像機無法適應變化多端的複雜場景，無法起到很好的監控同預警作用。 場景不全面智能度不足，無法起到很好的監控同預警作用。因此，現有技術還有待於改進和發展。
發明內容
本發明的目的在於提供一種超智能場景攝像機及超智能攝像方法，旨在解決現有的攝像機無法適應變化多端的複雜場景，無法起到很好的監控的問題。本發明的技術方案如下
一種超智能場景攝像機，其包括攝像機集成電路、鏡片除霧裝置、溫度傳感器、溫度控制驅動模塊、溼度傳感器和成像傳感器，所述攝像機集成電路包括微控制器、數字處理器和用於進行模擬信號處理的模擬前端模塊；所述數字處理器包括用於對拍攝的圖像進行除霧處理的圖像除霧模塊，其中，所述成像傳感器連接所述模擬前端模塊和數字處理器，所述模擬前端模塊分別連接所述微控制器和數字處理器；所述微控制器與數字處理器連接；所述溫度傳感器連接在溫度控制驅動模塊上，所述溫度控制驅動模塊和溼度傳感器連接至微控制器；所述鏡片除霧裝置設置在鏡片上且電連接至微控制器。所述DSP還包括用於自動控制、調整圖像增益的自動增益控制模塊；用於檢測環境亮度值的AE測光模塊；用於設置低速快門適用於低照度模式下的低速快門模塊；用於自動調整圖像白平衡值的自動白平衡模塊；用於控制圖像亮度及色溫的變換範圍的寬動態功能模塊；用於識別車牌的車牌識別模塊；用於偵測移動物體的移動偵測模塊；用於對拍攝的圖像進行除霧處理的圖像除霧模塊；以及用於識別人臉和動物的人臉與動物識別模塊。—種超智能場景攝像機的超智能攝像方法，其中，包括一種智能的除霧方法，具體步驟為溫度傳感器及溼度傳感器採集周圍場景的溼度和溫度，並發送給微控制器；所述微控制器根據溫度和溼度判定當前場景是否為霧天場景，若是霧天場景則自動啟動鏡片除霧裝置電源進行鏡片除霧；圖像拍攝完成後，數字處理器中的圖像除霧模塊自動啟動進行圖像除霧操作，最後得到清洗的圖像。所述的超智能場景攝像機的超智能攝像方法，其中，還包括一種可根據室內外場景及各類燈光設置理想的曝光量的方法，具體步驟為微控制器首先通過色溫模塊識別出當前的場景模式，所述微控制器中根據不同的場景模式設置有相對應的理想的曝光參數; 然後通過AE測光模塊測得當前場景的亮度值，並對應P線圖來自動調節攝像機的感光度、 光圈量及電子快門速度，以達到預定的圖像暴光量。
所述的超智能場景攝像機的超智能攝像方法，其中，還包括一種自動判定當前場景是否是低照度場景的方法，具體步驟為通過AE測光模塊測得當前場景的亮度值，同時監測自動增益控制模塊中的自動增益量的變化情況；當測得的亮度值小於設定的閾值量， 同時自動增益量增大的幅度大於閾值量，則判定當前場景為低照度場景。所述的超智能場景攝像機的超智能攝像方法，其中，還包括超智能場景攝像機在錄製黑白視頻時的補光方法，其具體步驟為首先通過AE測光模塊檢測當前場景的亮度值，並通過AF傳感器測量被監控目標到攝像機的距離；第二步攝像機根據當前場景的亮度值及被監控目標到攝像機的距離，計算出所需的補光量；最後，根據所需的補光量來控制紅外發光二極體的亮燈數及紅外發光二極體的恆流控制電源的電流。本發明的有益效果本發明提供的超智能場景攝像機能擁有自動判定外部複雜場景同時提供相對應的解決方案的功能。從而達到視頻監控最優化，確保在變化多端的複雜場景下監控無盲點的好處。
圖1是本發明提供的超智能場景攝像機的功能框圖。圖2是本發明提供的鏡片除霧裝置示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本發明進一步詳細說明。本發明提供的超智能場景攝像機是根據畫像自身的信息(即CCD/CMOS感應器獲取的圖像信息)配合各類專用傳感器來偵測外部的場景條件，然後根據所偵測到的場景條件使攝像機自動切換到對應的攝像模式、設定相應的參數或啟動相應的裝置，目的是使攝像機能在不同的場景下達到不同的曝光量，從而得到清晰的圖像。參見圖1，所述超智能場景攝像機包括攝像機ASIC (Application Specific Integrated Circuit，攝像機集成電路)即一種專門為攝像機設計的集成電路，所述攝像機 ASIC中包括MCU (微控制器)、DSP (數字處理器)和用於進行模擬信號處理的AFE模塊(模擬前端模塊)。所述超智能場景攝像機還包括色溫傳感器、存儲模塊和成像傳感器，所述色溫傳感器連接所述MCU ；所述存儲模塊連接所述攝像機ASIC ；所述成像傳感器連接所述AFE 模塊和DSP，所述AFE模塊分別連接所述MCU和DSP ；所述MCU與DSP連接。所述成像傳感器為CCD或CMOS感應器，用於獲取從鏡頭中射入的光線，並將光照度轉換為圖像灰度值傳給MCU與DSP處理；所述色溫傳感器用於獲取當前環境的色溫，並傳遞給MCU，所述MCU根據獲取的當前環境的色溫，來判定當前場景為室外場景或室內各類燈光場景，並根據不同的場景通過自動白平衡模塊自動設定WB (white Balance，白平衡值)。在所述MCU中設置有多組判斷閾值來判斷當前環境的場景，例如設定色溫為 1930K (開爾文溫度單位)的是標準燭光；色溫為2760-2900K的是鎢絲燈；色溫為3000K的是螢光燈；色溫為3800K的是閃光燈；色溫為5400K的是中午陽光；色溫為6000K的是電子閃光燈；色溫為12000-18000K的是藍天；色溫為2700K的是白熾燈。如圖1所示，所述攝像機還包括光敏感應器和紅外濾光片切換裝置，所述攝像機ASIC中還包括AD模塊和馬達驅動模塊，所述光敏感應器連接AD模塊，所述AD模塊連接 MCU ；所述紅外濾光片切換裝置連接所述馬達驅動模塊，所述馬達驅動模塊連接MCU。在白天，攝像機的CCD/CMOS傳感器會受紅外線光的影響，所以導致所採集的圖像存在色彩偏差的問題。為了避免紅外光的影響會在CCD/CMOS傳感器前加入具有截止或反射紅外光功能的濾光片，以解決圖像色彩偏差的問題。但是濾光片會使射入CCD/CMOS傳感器的光量產生損失，導致在低輝度下影響圖像的亮度。本發明通過設置光敏感應器和紅外濾光片切換裝置，以解決高輝度下圖像偏紅， 低輝度下亮度不足的問題。其具體原理為通過光敏感應器來感知光線強弱的變化，所述光敏感應器為光敏電阻。同時在光敏電阻前增設一個紅外截止濾光片用於濾去紅外光的幹擾。攝像機ASIC通過讀取光敏電阻上的電壓值來控制濾光片的切換。在高輝度環境下把濾光片切換至CCD/CMOS傳感器前進行紅外光濾除；在低輝度環境下把濾光片撤離CCD/CMOS 傳感器以增加進光量。請繼續參見圖1，為了使本發明提供的攝像機能夠保持內部工作環境的溫度，所述攝像機還包括溫度傳感器、溫度控制驅動模塊、加熱模塊和風扇模塊，所述溫度傳感器、加熱模塊和風扇模塊分別連接在溫度控制驅動模塊上；所述溫度控制驅動模塊連接至MCU。 通過所述溫度傳感器可獲取外界場景的溫度；當溫度低於MCU中設置的低溫閾值時，攝像機自動控制加熱模塊進行加熱以確保攝像機在超低溫(例如零下40度)的條件下也能正常工作。在加熱模塊進行加熱時，所述溫度傳感器也可以把攝像機的溫度反饋給MCU，當溫度達到MCU中設定的內部正常溫度時，(例如5度左右)時攝像機會自動切斷加熱裝置，減少功耗。當環境溫度高於MCU中設置的高溫閾值時，所述攝像機自動控制所述風扇模塊進行降溫操作，確保攝像機內部的溫度保持在MCU設定的正常工作溫度範圍內。所述DSP為攝像機的核心處理部件，本發明提供的DSP中包括用於自動控制、調整圖像增益的自動增益控制模塊；用於檢測環境亮度值的AE測光模塊；用於設置低速快門適用於低照度模式下的低速快門模塊；用於自動調整圖像白平衡值的自動白平衡模塊；用於控制圖像亮度及色溫的變換範圍的寬動態功能模塊；用於識別車牌的車牌識別模塊；用於偵測移動物體的移動偵測模塊；用於對拍攝的圖像進行除霧處理的圖像除霧模塊；以及用於識別人臉和動物的人臉與動物識別模塊。在本發明的DSP中的車輛牌照識別模塊是一個基於數字圖像處理和字符識別的智能化交通管理系統，該系統通過視頻採集接口採集攝像頭攝入包含車牌的視頻圖像，再對動態採集到的圖像進行處理以克服圖像幹擾，改善識別效果，接著在動態採集到的圖像中自動找到車牌的位置也就是邊緣檢測，並分割出單個字符的矩形區域；然後對車牌進行二值化；最後把規整好的字符輸入字符識別系統進行識別。所述移動偵測模塊，所述移動偵測模塊用於當畫面有變化時，系統能自動做出相應的處理。所述人臉與動物識別模塊，所述人臉與動物識別模塊可同時識別64張臉；同時可識別出自然界中的1000種動物，如雞、鴨、鵝、牛、馬、羊、鳥、狗、貓、蛇等等。請繼續參見圖1，所述攝像機還包括紅外燈驅動模塊和紅外燈，所述紅外燈通過紅外燈驅動模塊連接至MCU。用於通過紅外燈補光裝置補光實現黑白視頻的監控處理，而紅外燈的補光量是通過所述AE測光模塊所測得的亮度值決定的(具體方法詳見後文)。所述AE測光模塊是長期處於測光狀態的。所述攝像機紅外燈補光裝置是由1000個可單獨控制的 IR LED (紅外發光二極體)夠成。請參見圖1和圖2，所述攝像機還包括鏡片除霧裝置和溼度傳感器。所述鏡片除霧裝置和所述溼度傳感器連接所述MCU。所述鏡片除霧裝置為貼在鏡片1上的帶有線圈21的 FPC片(Flexible Printed Circuit，柔性電路板》，當FPC片2的線圈21通電時會形成渦流從而起到加熱除霧的作用。其智能除霧方法為所述攝像機是根據溫度傳感器及溼度傳感器來判別當前是否是霧天場景，若是霧天場景則自動啟動鏡片除霧裝置電源進行鏡片除霧；同時也會啟動 DSP中的圖像除霧模塊來進行硬體圖像除霧。實現鏡片圖像雙重除霧，從而更好的提高圖像質量。本發明涉及的超智能攝像機可根據室內外場景及各類燈光設置理想的曝光量，其方法為
首先識別出當前的場景模式，所述MCU中根據不同的場景模式設置有相對應的理想的曝光參數。然後通過所述AE測光模塊測得當前場景的BV值(亮度值)，並對應DSP中設置的P 線圖來自動調節攝像機的感光度(SV)、光圈量(AV)及電子快門速度(TV)，以達到理想的圖像暴光量EV。因為所述圖像暴光量EV的計算方法為EV=AV+TV=BV+SV。本發明提供的攝像機還可根據AE測光模塊所測得的BV值，及自動增益控制模塊中的自動增益量(AGC量)的大小來判定當前場景是否是低照度場景。其判定方法為
當BV值越小時，照度越低(一般的攝像機定義BV=-5時為全黑)；而在照度越低的情況下AGC量會較正常值增大。所以，當測得的BV值較小，一般可以設置一個閾值量，例如小於-3時；同時檢測到的AGC量較正常值有增大，一般也可以設置一個閾值量，當增大的幅度大於閾值量時，則判定當前場景為低照度場景。本發明提供的超智能場景攝像機設置有一種在低照度條件下實現彩色視頻攝像的方法，其具體方法包括
在低照度條件下為了達到理想的曝光畫面，本發明提供的攝像機可通過自動增大光量開口量，同時通過低速快門模塊啟動慢快門模式實現彩色視頻監控的處理。本發明提供所述超智能場景攝像機在錄製黑白視頻的補光方法，其具體包括
首先通過AE測光模塊檢測當前場景的BV值，並通過攝像機內置的AF傳感器(圖中未示出)測量被監控目標到攝像機的距離。然後，攝像機根據當前場景的亮度值及被監控目標到攝像機的距離，計算出所需的補光量；最後，根據補光量反饋信號來控制頂LED的亮燈數及頂LED的恆流控制電源的電流以達到理想的補光效果。攝像機在拍攝黑白視頻時，會根據被監控目標的距離定義一個理想的曝光量，每個曝光量都對應一個正常的BV值，將正常的BV值與測得的BV值比較計算出需要通過補光裝置補多少光。最終達到理想的曝光參數，提供畫面的質量。本發明提供的超智能場景攝像機還設置有一種在夜景場景中自動切換到理想攝像模式的方法
首先，通過AE測光模塊對視頻監控範圍內的多個區域進行AE測光，根據部分區域BV值大，而部分區域BV值小可判定當前場景存在高反差，並配合自動增益AGC量來判定當前場景是否是夜景場景。因為，在夜景場景下，照度底，AGC量會增大。結合當前場景存在高反差和AGC量增大這兩點就可判定當前場景是否是夜景場景。第二步，當判定為夜景場景時，攝像機會自動收縮光圈量使點光源成光芒狀態，另外自動限制AGC MAX量，以降底畫面噪聲，同時啟動DSP中的寬動態功能模塊控制圖像亮度及色溫的變換範圍以達到理想的夜景監控畫面。所述攝像機還包括一種高反差場景下可自動切換到的高反差場景攝像模式的方法，其具體包括
首先，通過AE測光模塊對視頻監控範圍內的多個區域進行AE測光，根據部分區域BV 值大、部分區域BV值小，可判定當前場景存在高反差，並配合自動增益AGC量來判定當前場景是否是高反差場景。因為，在非夜景場景中，照度高，AGC量會減小。所以當系統檢測到當前場景存在高反差並且AGC量減小時，即可判定當前場景為高反差場景。第二步，當判定為高反差場景時，所述攝像機會自動啟動寬動態功能模塊(WDR模塊)控制圖像亮度及色溫的變換範圍以達到理想的曝光量。本發明提供的超智能攝像機的超智能攝像方法還包括所述攝像機可通過移動偵測的結構來決定是否啟動錄像存儲裝置，當移動偵測模塊檢測到有移動的物體進入攝像機的監控範圍後，則啟動攝像機進行錄像並存儲。該功能還可結合車牌識別模塊，即當移動偵測模塊偵測到移動物體後，所述車牌識別模塊會搜索是否有車牌，並存儲車牌信息，若是陌生的車牌則啟動報警提示用戶。同時還可通過人臉與動物識別模塊來配合移動偵測，當識別出是常見的動物和人，則不發出報警。判斷是否為常見動物，是根據預先設定的資料庫判定的。用戶或廠商可以預先在資料庫存儲一些常見的動物和人臉作為判定的依據。本發明提供的超智能場景攝像機應用範圍廣，能提供高效的智能監控等特點。攝像機會自動判定外部複雜的場景同時提供相對應的解決方案。從而達到視頻監控最優化， 確保在變化多端的複雜場景下監控無盲點。應當理解的是，本發明的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種超智能場景攝像機，其特徵在於，包括攝像機集成電路、鏡片除霧裝置、溫度傳感器、溫度控制驅動模塊、溼度傳感器和成像傳感器，所述攝像機集成電路包括微控制器、 數字處理器和用於進行模擬信號處理的模擬前端模塊；所述數字處理器包括用於對拍攝的圖像進行除霧處理的圖像除霧模塊，其中，所述成像傳感器連接所述模擬前端模塊和數字處理器，所述模擬前端模塊分別連接所述微控制器和數字處理器；所述微控制器與數字處理器連接；所述溫度傳感器連接在溫度控制驅動模塊上，所述溫度控制驅動模塊和溼度傳感器連接至微控制器；所述鏡片除霧裝置設置在鏡片上且電連接至微控制器。
2.根據權利要求1所述的超智能場景攝像機，其特徵在於，所述DSP還包括 用於自動控制、調整圖像增益的自動增益控制模塊；用於檢測環境亮度值的AE測光模塊；用於設置低速快門適用於低照度模式下的低速快門模塊；用於自動調整圖像白平衡值的自動白平衡模塊；用於控制圖像亮度及色溫的變換範圍的寬動態功能模塊；用於識別車牌的車牌識別模塊；用於偵測移動物體的移動偵測模塊；用於對拍攝的圖像進行除霧處理的圖像除霧模塊；以及用於識別人臉和動物的人臉與動物識別模塊。
3.根據權利要求2所述的超智能場景攝像機，其特徵在於，所述攝像機還包括色溫傳感器，用於獲取當前環境的色溫的，並傳遞給與其連接的微控制器；所述微控制器根據獲取的當前環境的色溫，來判定當前場景為室外場景或室內各類燈光場景，並根據不同的場景通過自動白平衡模塊自動設定白平衡值。
4.根據權利要求1所述的超智能場景攝像機，其特徵在於，所述攝像機還包括光敏感應器和紅外濾光片切換裝置，所述攝像機集成電路中還包括AD模塊和馬達驅動模塊，所述光敏感應器連接AD模塊，所述AD模塊連接微控制器；所述紅外濾光片切換裝置連接所述馬達驅動模塊，所述馬達驅動模塊連接微控制器，所述微控制器根據光敏感應器上的電壓值， 控制所述紅外濾光片切換裝置進行濾光片的切換。
5.根據權利要求1所述的超智能場景攝像機，其特徵在於，所述攝像機還包括加熱模塊和風扇模塊，所述加熱模塊和風扇模塊分別連接在溫度控制驅動模塊上；所述溫度控制驅動模塊連接至微控制器，當溫度低於微控制器中設置的低溫閾值，所述加熱模塊啟動進行加熱；當環境溫度高於微控制器中設置的高溫閾值，所述風扇模塊啟動進行散熱。
6.根據權利要求1所述的超智能場景攝像機，其特徵在於，所述攝像機還包括紅外燈驅動模塊和紅外燈，所述紅外燈通過紅外燈驅動模塊連接至微控制器，所述紅外燈包括多個可單獨控制的紅外發光二極體。
7.一種超智能場景攝像機的超智能攝像方法，其特徵在於，包括一種智能的除霧方法， 具體步驟為溫度傳感器及溼度傳感器採集周圍場景的溼度和溫度，並發送給微控制器； 所述微控制器根據溫度和溼度判定當前場景是否為霧天場景，若是霧天場景則自動啟動鏡片除霧裝置電源進行鏡片除霧；圖像拍攝完成後，數字處理器中的圖像除霧模塊自動啟動進行圖像除霧操作，最後得到清洗的圖像。
8.根據權利要求7所述的超智能場景攝像機的超智能攝像方法，其特徵在於，還包括一種可根據室內外場景及各類燈光設置理想的曝光量的方法，具體步驟為微控制器首先通過色溫模塊識別出當前的場景模式，所述微控制器中根據不同的場景模式設置有相對應的理想的曝光參數；然後通過AE測光模塊測得當前場景的亮度值，並對應P線圖來自動調節攝像機的感光度、光圈量及電子快門速度，以達到預定的圖像暴光量。
9.根據權利要求7所述的超智能場景攝像機的超智能攝像方法，其特徵在於，還包括一種自動判定當前場景是否是低照度場景的方法，具體步驟為通過AE測光模塊測得當前場景的亮度值，同時監測自動增益控制模塊中的自動增益量的變化情況；當測得的亮度值小於設定的閾值量，同時自動增益量增大的幅度大於閾值量，則判定當前場景為低照度場旦ο
10.根據權利要求7所述的超智能場景攝像機的超智能攝像方法，其特徵在於，還包括超智能場景攝像機在錄製黑白視頻時的補光方法，其具體步驟為首先通過AE測光模塊檢測當前場景的亮度值，並通過AF傳感器測量被監控目標到攝像機的距離；第二步攝像機根據當前場景的亮度值及被監控目標到攝像機的距離，計算出所需的補光量；最後，根據所需的補光量來控制紅外發光二極體的亮燈數及紅外發光二極體的恆流控制電源的電流。
全文摘要
本發明公開了一種超智能場景攝像機及超智能攝像方法，其包括攝像機集成電路、鏡片除霧裝置、溫度傳感器、溫度控制驅動模塊、溼度傳感器和成像傳感器，所述攝像機集成電路包括微控制器、數字處理器和模擬前端模塊；所述數字處理器包括用於對拍攝的圖像進行除霧處理的圖像除霧模塊，其中，所述成像傳感器連接所述模擬前端模塊和數字處理器，所述模擬前端模塊分別連接所述微控制器和數字處理器；所述微控制器與數字處理器連接；所述溫度傳感器連接在溫度控制驅動模塊上，所述溫度控制驅動模塊和溼度傳感器連接至微控制器；所述鏡片除霧裝置設置在鏡片上且電連接至微控制器。採用本發明可達到視頻監控的最優化，確保在複雜場景下實現監控無盲點的好處。
文檔編號H04N5/232GK102271218SQ20111000933
公開日2011年12月7日 申請日期2011年1月17日 優先權日2011年1月17日
發明者莊敏, 鹿鵬 申請人:深圳市保千裡電子有限公司