攝像機快門自動實時逐幀連續調節器的製作方法
2023-08-06 03:33:26
專利名稱：攝像機快門自動實時逐幀連續調節器的製作方法
技術領域：
本發明屬數字信息的傳輸與處理，具體涉及到在智能交通、視頻監控等視頻圖像處理應用領域中的一種攝像機連續幀快門自動調節的裝置。
背景技術：
在智能交通、視頻監控等視頻圖像處理應用領域中要求獲取運動視頻圖像，特別是室外全天候實時視頻採集時會遇到諸多的困難，例如自然光線的強烈變化，光線從白天到夜晚，從夏天到冬天的變化差異，又如中午太陽光直射水泥路面反光的強光的影響，夜晚汽車突然開啟大燈的行駛等等；而一般監控攝像機的自動光圈調節範圍有限，快門手動設定後，很難兼顧高速運動物體要求的高速快門與夜晚曝光量不足的矛盾。現有技術中有些監控攝像機雖然提供了串行接口，可以更改快門速度，但是串行接口由於波特率的限制(以9600波特率，一位起始位、8位數據位、一位停止位發送一個字節約需要1ms，)速度比較慢，而且由於不知道攝像機何時開始一幀圖像的採集，控制端沒有辦法實現逐幀改變攝像機快門；但是在實際應用中，有時需要獲取高速運動物體不同曝光值的圖像，高速物體由於有運動拖尾，對於現在的隔行掃描攝像機，後端圖像識別系統只能採用單場(奇場或偶場)圖像，這就要求攝像機逐幀改變快門，現有技術的方法顯然是不適應的。
發明內容
本發明的目的就是提供一種按預先設定值實時、連續地對攝像機每幀圖像的曝光時間進行調節，獲得運動物體不同曝光值的逐幀連續圖像的攝像機快門自動實時逐幀連續調節器，以解決現有調節攝像機快門方法(手動調節、串行接口調節或自動快門)不能實現逐幀連續調節的困難。
採用以下技術方案可以實現上述目的一種攝像機快門自動實時逐幀連續調節器，主要包括連接外部攝像機裝置並對輸入的複合視頻信號進行分離的同步信號分離電路U3，以及與之連接的脈寬調整、延時電路U6、U7，對分離獲得的同步信號進行控制的MCU微控制器U1，與MCU微控制器U1相連的總線驅動電路U8，對攝像機輸入的複合視頻信號加以標註的字符疊加器U2以及輸入輸出插座JP，其特徵在於MCU微控制器U1的14腳、15腳與總線驅動電路U8的9腳、7腳連接，MCU微控制器U1的第16、17、18、19腳與總線驅動器U8的第8、6、4、2腳連接，MCU微控制器U1的11、12腳與字符疊加器件U2的1、2腳連接；MCU微控制器U1內設控制裝置，該裝置可對如下動作進行選擇在待機狀態下，MCU微控制器U1一直檢測觸發信號，當有觸發信號時，MCU微控制器U1首先判別是否同步信號出現，如沒有則繼續等待，當同步信號到來時，按照預先設定的連續改變快門的幀數和每幀圖像的快門值，指令輸出第一次改變的快門值，同時控制字符疊加器件U2在視頻上疊加字符，表明此幀圖像改變的快門值。當完成一幀圖像快門改變後，立即進行後繼幀快門改變的判別，直到完成預定的次數；其特徵還在於同步信號分離電路U3把從視頻中分離出的同步信號經過脈寬調整、延遲電路U6、U7中U6A的整形以及邏輯處理後，輸入到帶有施密特觸發器輸入端的雙單穩態多諧振蕩器U7A的第2腳，調節其外接的定時元件Cext和Rext的值，改變輸出脈衝寬度，獲得延遲同步信號；經脈寬調整、延遲電路U6、U7分離獲得的複合同步信號(COMPOSITE SYNC)接到脈寬調整、延遲電路U6、U7中U6A的第12腳、第13腳，經整形後輸入到字符疊加器U2的第17腳，作為字符疊加的同步信號；MCU微控制器U1從第16、17、18、19腳輸出控制攝像機快門信號，經總線驅動電路U8的第12、14、、16、18腳輸出控制信號與輸入輸出插座JP的第5、6、7、8腳相連接，可以通過一根S端子連線連接到攝像機的S端子上，對攝像機快門進行調節；其特徵還在於由外部車輛檢測器提供的動目標檢測觸發信號，接到輸入輸出插座JP的第3腳、第4腳，再輸入到總線驅動器U8的第11腳，經驅動、隔離後送MCU微控制器U1的14腳，MCU微控制器U1監測到此信號後，同時根據獲得的同步信號調節攝像機快門，控制字符疊加；由攝像機輸入的視頻信號同時也輸入到字符疊加器U2的第24腳，當有車輛經過時，MCU微控制器U1調節攝像機快門的同時，會控制字符疊加器U2對攝像機輸出的視頻信號進行字符疊加，通過字符疊加器U2的21腳輸出到J2，後端設備可以通過此輸出接口接受視頻信號。
需要說明的是預定幀數，指的是調節器設置可連續調節視頻圖像快門的幀數，比如連續調節3幀；預定快門值，指的是設定調節3幀中每一幀的快門值，比如1/1000、1/2000、1/4000秒。這些設定值在使用中是可以更改的。
本發明公開的技術方案通過試驗產生的積極效果表明，一是在某些室外視頻系統如汽車高速路收費站、交通智能管制系統中，解決了監控用攝像機固定快門值不能兼顧白天強光照射，夜晚曝光不足等實際問題，有廣泛實際應用價值；二是攝像機快門自動實時逐幀連續調節器解決了以往視頻應用中不能連續、逐幀該變快門值的困難，特別是現有監控用攝像機一般不提供逐幀、實時改變快門；利用本發明所述的調節器能使監控用攝像機具增加了此功能，較圓滿的解決了室外視頻系統因為光線變化範圍大而需要調節攝像機快門方法(手動調節、串行接口調節或自動快門)不能實現逐幀連續調節的問題。
四
圖1是本發明攝像機快門自動實時逐幀連續調節器結構示意框2是本發明所說逐幀連續調節器同步信號分離電路原理3是本發明所說調節器觸發信號檢測與快門調節電路原理4是本發明所說逐幀連續調節器視頻圖像標註電路原理5是本發明所說逐幀連續調節器控制裝置流程6是本發明攝像機快門自動實時逐幀連續調節器插座JP示意7是本發明所說調節器的改造攝像機手動開關結構連線示意8是本發明攝像機快門自動實時逐幀連續調節器工作流程示意圖五具體實施方式
結合附圖作進一步的具體說明並給出實施例和應用過程。
從圖1圖2圖3圖4可以看出，要實現本發明所說的目的，首先要從攝像機複合視頻信號中通過同步信號分離電路U3提取幀、場同步信號，本實施例選用了LM1881晶片來處理，但是複合視頻信號的幀、場同步信號指示的是幀、場視頻信號的開始，如果直接作為同步信號去同步改變電子快門值，是不能達到改變本幀圖像快門的目的。因此此在LM1881晶片輸出的同步信號後增加了同步信號脈寬調整、延遲電路U6、U7，該電路選用了74HC00、74LS221晶片，作為對分離後的同步信號的脈寬調整、延遲處理，此處理是非常重要的。使當前幀的幀同步信號延遲一定時間後，作為改變下一幀圖像曝光時間(快門值)的同步信號。當然也可以設法從攝像機時序控制、CCD驅動晶片(CXD2480)中獲取時鐘信號，但是這樣做對攝像機改動較大，很難在實際工程安裝中使用。本發明採取了一種最直接簡便易於安裝的設計，攝像機輸出的模擬視頻通過視頻輸入接口J3輸入到本發明所說的調節器內，經過阻抗匹配電阻R1、R2和電容C33後輸入到同步信號分離電路U3的LM1881晶片的第2腳(PIN2)；LM1881晶片從複合視頻中分離出同步信號(COMPOSITE SYNC、VERTICALSYNC、ODD/EVEN FIELD PULSE複合同步、行同步、奇偶場脈衝)。
行同步信號(VERTICAL SYNC)接到U6的延遲電路U6、U7中U6A的74HC00晶片的第1腳、第2腳，經整形後輸入到同一晶片U6B的第4腳奇偶場脈衝信號(ODD/EVENFIELD PULSE)接到U6B的74HC00晶片第5腳；行同步信號(VERTICAL SYNC)和奇偶場脈衝信號(ODD/EVEN FIELD PULSE)經過74HC00晶片(與非門)的整形以及邏輯處理後，輸入到同步信號脈寬調整、延遲電路U6、U7中帶施密特觸發器輸入端的雙單穩態多諧振蕩器U7A的第2腳，本實施例U7A選用74LS221晶片，調節74LS221晶片外接的定時元件Cext(C7_2)和Rext(R7_2)的值，就可以改變輸出脈衝寬度tw＝tw＝Cext·RT·ln2，達到調整、延遲同步信號的目的。經過脈寬調節的信號從U7A的74LS221晶片第4腳輸出，接到同一晶片U7B的第10腳，再經過具有相同功能U7B的第二個模塊74LS221晶片處理後，經U7B的第5腳輸出控制攝像機的同步信號。此同步信號輸入到總線驅動器U8的第13腳，本實施例U8選用的是74HC244晶片，經驅動後由第7腳輸出到MCU微控制器U1的第15腳。MCU微控制器U1根據此同步信號判別是否可以同步調節攝像機快門。延時電路U7輸出的同步信號經總線驅動器U8的7腳連接到MCU微控制器U1的15引腳上。
一般的監控攝像機經過PAL編碼後以模擬方式輸出視頻，為了使後端視頻處理軟體能夠知道從哪幀圖像起開始按照預定設值改變快門，必須在模擬視頻上加以標註，本發明使用了常用的字符疊加器U2來對所述攝像機輸入的複合視頻信號加以標註。在本實施例中U2選用了NEC6464晶片完成字符疊加的功能。從攝像機輸出的複合視頻信號經U3的LM1881晶片分離出來的複合同步信號(COMPOSITESYNC)接到U6D的74HC00晶片的第12腳、第13腳，經整形後輸入到字符疊加器U2的NEC6464晶片的17腳，作為字符疊加的同步信號。當MCU微控制器U1監測到有運動物體經過時，在指令改變快門的同時，會控制字符疊加器U2的NEC6464晶片疊加字符。
結合圖1圖5，本實施例採用了高性能的微控制器和邏輯器件為系統核心的設計，即MCU微控制器U1選用了高性能的AT89C2051晶片，其PEROM(programmable and erasable read only memory)內設了控制裝置，該裝置可對如下動作進行選擇在待機狀態下，MCU微控制器U1的控制裝置一直檢測運動目標檢測觸發信號，判斷是否有運動目標出現，如果沒有返回再繼續檢測；如果有運動目標檢測觸發信號，MCU微控制器U1首先檢測判別攝像機同步信號是否出現，如果沒有則繼續等待；如果有則按照預先設定的連續改變快門的幀數和每幀圖像的快門值，指令輸出第一次改變的快門值，同時控制字符疊加器U2在視頻上疊加字符，表明此幀圖像改變的快門值。同時判斷攝像機快門是否達到預定幀數？如果沒有返回繼續，直到達到預定幀數後，恢復攝像機常規快門設置。當完成一幀圖像快門改變後，立即進行後繼幀快門改變的判別，直到完成預定的次數。
為了獲得動目標觸發信號，以便與攝像機幀和場同步信號匹配，在MCU微控制器U1控制下直接調節攝像機快門速度，本實施例採用了動感線圈電路檢測與驅動電路U8、MCU微控制器U1連接，動感線圈電路檢測輸出動目標觸發信號經輸入輸出插座JP的3、4腳，經總線驅動器U8的9腳接到MCU微控制器U1的14引腳上，同時經J3輸入本調節器的視頻信號也輸入到U2的NEC6464的第24腳，當有車輛經過時，MCU微控制器U1調節攝像機快門的同時，控制符疊加器U2的NEC6464晶片對攝像機輸出的視頻信號進行字符疊加，經U2的NEC6464晶片第21腳輸出到本調節器的輸出接口J2，後端設備可以通過此輸出接口接受視頻信號。
結合圖6圖7可以看出經總線驅動電路U8的第12、14、16、18腳輸出控制信號與輸入輸出插座JP的第5、6、7、8腳相連接，並且通過一根S端子連線連接到攝像機的S端子上，對攝像機快門進行調節；而攝像機的S端子容易改造，即採用硬連結的方式，直接對攝像機手動撥碼開關處進行改造，圖7提供了手動撥碼開關處進改造的示意方法。監控用攝像機一般都有手動改變快門的撥碼開關，本實施例將手動快門的撥碼開關原來的控制線引出來，形成一根S端子連線，完成了對攝像機的快門控制連接。滿足上述條件後本發明完全能夠自動、實時地連續改變、調節快門。附圖8是本發明實際運用的一個實施例，在試驗過程中使用過的一組快門值是1/5001/1000 1/4000 1/5000秒；當車輛從隧道口駛出時，正值盛夏中午太陽光十分強烈，傳統監控用攝像機跟隨車輛抓拍，其結果抓拍下來的照片曝光過度。採用本發明調節器後在一組快門值的中間突然提高快門值為1/1000、1/4000秒，使得強光照射對車輛牌照的影響減少到最少，使用變化的逐幀連續調節快門值的這一組照片獲得了能滿足要求的車牌號。
權利要求
1.一種攝像機快門自動實時逐幀連續調節器，主要包括連接外部攝像機裝置並對輸入的複合視頻信號進行分離的同步信號分離電路[U3]，以及與之連接的脈寬調整、延時電路[U6、U7]，對分離獲得的同步信號進行控制的MCU微控制器[U1]，與MCU微控制器[U1]相連的總線驅動電路[U8]，對所述攝像機輸入的複合視頻信號加以標註的字符疊加器[U2]以及輸入輸出插座[JP]，其特徵是MCU微控制器[U1]的14腳、15腳與總線驅動電路[U8]的9腳、7腳連接，MCU微控制器[U1]的第16、17、18、19腳與總線驅動器[U8]的第8、6、4、2腳連接，MCU微控制器[U1]的11、12腳與字符疊加器[U2]的1、2腳連接；MCU微控制器[U1]內設控制裝置，該裝置可對如下動作進行選擇在待機狀態下，MCU微控制器[U1]一直檢測觸發信號，當有觸發信號時，MCU微控制器[U1]首先判別是否同步信號出現，如沒有則繼續等待，當同步信號到來時，按照預先設定的連續改變快門的幀數和每幀圖像的快門值，指令輸出第一次改變的快門值，同時控制字符疊加器件[U2]在視頻上疊加字符，表明此幀圖像改變的快門值；當完成一幀圖像快門改變後，立即進行後繼幀快門改變的判別選擇，直到完成預定的次數。
2.根據權利要求1所述的逐幀連續調節器，其特徵是同步信號分離電路[U3]使從複合視頻中分離出的同步信號經過脈寬調整、延遲電路[U6、U7]中的[U6A]電路的整形以及邏輯處理後，輸入到帶有施密特觸發器輸入端的雙單穩態多諧振蕩器[U7A]的第2腳，調節其外接的定時元件Cext和Rext的值，可以改變輸出脈衝寬度，獲得延遲同步信號；
3.根據權利要求1所述的逐幀連續調節器，其特徵是經同步信號分離電路[U3]分離獲得的複合同步信號(COMPOSITE SYNC)接到脈寬調整、延遲電路[U6、U7]中[U6D]的第12腳、第13腳，經整形後輸入到字符疊加器[U2]的第17腳，作為字符疊加的同步信號；
4.根據權利要求1所述的逐幀連續調節器，其特徵是MCU微控制器[U1]從第16、17、18、19腳輸出控制攝像機快門信號，經總線驅動電路[U8]的第12、14、16、18腳輸出控制信號與輸入輸出插座[JP]的第5、6、7、8腳相連接，可以通過一根S端子連線連接到攝像機的S端子上，對攝像機快門進行調節；
5.根據權利要求1所述的逐幀連續調節器，其特徵是由外部車輛檢測器提供的動目標檢測信號，接到輸入輸出插座[JP]的第3腳、第4腳，再輸入到總線驅動器[U8]的第11腳，經驅動、隔離後送MCU微控制器[U1]的14腳，MCU微控制器[U1]監測到此信號後，同時根據獲得的同步信號調節攝像機快門，控制字符疊加；
6.根據權利要求1所述的逐幀連續調節器，其特徵是輸入的視頻信號同時也輸入到字符疊加器[U2]的第24腳，當有車輛經過時，MCU微控制器[U1]調節攝像機快門的同時，會控制字符疊加器[U2]對攝像機輸出的視頻信號進行字符疊加並通過[U2]的21腳輸出到輸出接口[J2]，後端設備可以通過此輸出接口接受視頻信號。
全文摘要
本發明公開了智能交通、視頻監控等視頻圖像處理中的一種攝像機連續幀快門自動調節裝置。其特徵是MCU微控制器[U1]的14、15腳與總線驅動電路[U8]的9、7腳連接，MCU微控制器[U1]的16、17、18、19腳與總線驅動器[U8]的8、6、4、2腳連接，MCU微控制器[U1]的11、12腳與字符疊加器[U2]的1、2腳連接；MCU微控制器[U1]內設控制裝置，該裝置對如下動作進行選擇待機狀態下，MCU微控制器[U1]一直檢測觸發信號，有觸發信號時，首先判別是否同步信號出現，如沒有則繼續等待，當同步信號到來時，按照預先設定連續改變快門幀數和每幀圖像的快門值，輸出首次改變的快門值，控制字符疊加器[U2]在視頻上疊加此幀圖像改變的快門值並進行後繼幀快門改變的判別，直到完成預定的次數。
文檔編號H04N5/243GK1984259SQ20051002230
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月15日 優先權日2005年12月15日
發明者袁學東 申請人:四川大學, 四川川大智勝軟體股份有限公司