攝像系統和攝像方法

2023-10-06 22:02:34

專利名稱：攝像系統和攝像方法
技術領域：
本發明涉及圖像採集領域，具體地涉及攝像系統和攝像方法。
背景技術：
由於目前全球使用的電源公頻為50/60HZ，而相機視頻圖像的頻率有很多種。尤其 是在高清領域，由於像素越來越高而幀率變得越來越低。幀率例如可以是25幀/秒、22. 5 幀/秒、15幀/秒、12. 5幀/秒、10幀/秒、9幀/秒或8幀/秒等。在視頻監控領域的應 用中，如何使視頻或抓拍圖像與外部光源同步變得尤為重要。圖1示出了發光裝置(例如，信號燈、照明裝置等)在曝光時間內的能量變化圖。由於視頻曝光和外部光源不同步，在相同曝光時間裡，曝光時間相對於信號燈同 步信號的相位是移動的。在曝光時間內補進每幀圖像的能量是不同的。曝光時間內的能量 總和
ΠS 二 [ sin χ ( tl-tO
to其中，to表示曝光開始時刻，tl表示曝光結束時刻。(tl-to)表示視頻圖像的曝 光時間。S表示能量，並隨著to和tl位置而變化。例如，目前很多高清智能網絡相機交通領域應用，採用選擇常亮發光二極體(簡 稱LED)信號燈來避開相機視頻或者抓拍圖片和頻閃LED光源同步問題，但採用常亮LED燈 存在以下幾個問題首先，很多十字路口信號燈已經安裝完畢，相機受到路口已經安裝信號 燈中LED燈管限制，沒法適應所有工程應用；其次，常亮燈管功率比較大，浪費能源，環境汙 染，而且LED壽命受到影響，容易老化損壞；再次，如果採用常亮LED燈，晚間信號燈區域過 曝問題很難解決。類似地，在用交流驅動信號驅動的路燈照明的情況下，由於該交流驅動信號與攝 像系統的視頻曝光不同步，也可能造成視頻亮度變化或變黑。可見，發光裝置的交流驅動信號與攝像系統的視頻曝光不同步，可能造成視頻亮 度變化或變黑，或造成抓拍圖像亮度變黑。因此，需要一種能夠根據發光裝置的驅動信號的頻率來進行拍攝的技術。

發明內容
在下文中給出關於本發明的簡要概述，以便提供關於本發明的某些方面的基本理 解。應當理解，這個概述並不是關於本發明的窮舉性概述。它並不是意圖確定本發明的關 鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的範圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念， 以此作為稍後論述的更詳細描述的前序。本發明的一個主要目的在於，提供能夠根據發光裝置的驅動信號的頻率來攝像的 攝像系統和攝像方法。根據本發明的一個方面，提供了一種攝像系統。在該攝像系統附近布置了用交流驅動信號驅動的發光裝置。該攝像系統包括相位檢測單元，用於檢測布置在攝像系統附近 的發光裝置的實際驅動信號的同步信號的相位與理想驅動信號的同步信號的相位之間的 相位差並產生用於表示相位差的相位差信號；第一時鐘信號產生單元，用於產生與相位差 信號相對應的第一時鐘信號；同步信號產生單元，用於在第一時鐘信號的控制下產生發光 裝置的理想驅動信號的同步信號；視頻幀驅動信號產生單元，用於在第一時鐘信號的控制 下產生視頻幀驅動信號；以及圖像採集生成單元，用於根據視頻幀驅動信號採集視頻幀以 產生視頻。根據本發明的又一個方面，提供了一種攝像方法，包括檢測發光裝置的實際驅動 信號的同步信號的相位與理想驅動信號的同步信號的相位之間的相位差並產生用於表示 相位差的相位差信號，其中，實際驅動信號和理想驅動信號均為交流信號；產生與相位差信 號相對應的第一時鐘信號；在第一時鐘信號的控制下產生發光裝置的理想驅動信號的同步 信號；在第一時鐘信號的控制下產生視頻幀驅動信號；以及根據視頻幀驅動信號採集視頻 幀以產生視頻。在本發明中，通過根據發光裝置的驅動信號的頻率來攝像，使得拍攝的視頻清晰 並且視頻亮度穩定。


參照下面結合附圖對本發明實施例的說明，會更加容易地理解本發明的以上和其 它目的、特點和優點。附圖中的部件只是為了示出本發明的原理。在附圖中，相同的或類似 的技術特徵或部件將採用相同或類似的附圖標記來表示。圖1是示出用交流驅動信號驅動的發光裝置的發光信號的能量曲線；圖2是示出根據本發明的第一實施例的攝像系統的框圖；圖3是示出根據本發明的第二實施例的攝像系統的框圖；圖4是示出根據本發明的第三實施例的攝像系統的框圖；圖5是示出根據本發明的第四實施例的攝像系統的框圖；圖6是示出根據本發明的第五實施例的攝像系統的框圖；圖7是示出根據本發明的第六實施例的攝像系統的框圖；圖8是示出根據本發明的第七實施例的攝像系統的框圖；圖9是示出根據本發明的第八實施例的攝像系統的框圖；圖10是示出根據本發明的第九實施例的攝像系統的框圖；圖11是示出根據本發明的第十實施例的攝像系統的框圖；圖12是示出根據本發明的第十一實施例的攝像方法的流程圖；圖13是示出根據本發明的第十二實施例的攝像方法的流程圖；圖14是示出根據本發明的第十三實施例的攝像方法的流程圖；圖15是示出根據本發明的第十四實施例的攝像方法的流程圖；以及圖16是示出交通信號燈的能量曲線。
具體實施例方式下面參照附圖來說明本發明的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特徵可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特徵相結合。應 當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知 的部件和處理的表示和描述。攝像系統以下參考圖2來描述根據本發明的第一實施例的攝像系統200。用交流驅動信號驅動的發光裝置(未示出)可以被布置在攝像系統200附近。例 如，發光裝置可以是交通信號燈、路燈或者其他用交流驅動信號驅動的發光裝置。如圖2所 示，攝像系統200可以包括相位檢測單元202、同步信號產生單元204、第一時鐘信號產生單 元206、視頻幀驅動信號產生單元208和圖像採集生成單元210。相位檢測單元202可以檢 測發光裝置的實際驅動信號的同步信號的相位與理想驅動信號的同步信號的相位之間的 相位差並產生用於表示相位差的相位差信號。第一時鐘信號產生單元206可以產生與相位 差信號相對應的第一時鐘信號。同步信號產生單元204可以在第一時鐘信號的控制下產生 發光裝置的理想驅動信號的同步信號。視頻幀驅動信號產生單元208可以在第一時鐘信號 的控制下產生視頻幀驅動信號。圖像採集生成單元210可以響應於視頻幀驅動信號採集視 頻幀以產生視頻。在圖2中，虛線框內的同步信號產生單元204和視頻幀驅動信號產生單 元208可以集成在一起，從而形成一個控制模塊。例如，攝像系統200可以設置在交通信號燈附近、路燈附近或者其他需要監控的 地點。也可以在使用交流電驅動的照明燈照明的室內進行視頻通話時使用攝像系統200。以下參照圖3來描述根據本發明的第二實施例的攝像系統300。用交流驅動信號驅動的發光裝置(未示出)可以被布置在攝像系統300的附近。 攝像系統300可以包括相位檢測單元202、同步信號產生單元204、第一時鐘信號產生單元 206、視頻幀驅動信號產生單元208、圖像採集生成單元210、信號檢測單元212、第二時鐘信 號產生單元214和時鐘選擇單元216。攝像系統300和攝像系統200的區別在於，攝像系統 300包括信號檢測單元212、第二時鐘信號產生單元214和時鐘選擇單元216。信號檢測單 元212可以檢測發光裝置是否發光。第二時鐘信號產生單元214可以產生獨立的第二時鐘 信號。時鐘選擇單元216可以在信號檢測單元212檢測到發光裝置發光的情況下，選擇第 一時鐘信號作為用於視頻幀驅動信號產生單元的時鐘信號，以及在信號檢測單元212未檢 測到發光裝置發光的情況下，選擇第二時鐘信號作為用於視頻幀驅動信號產生單元的時鐘 信號。第二時鐘產生單元214可以是晶振部件以及其他任何可以產生時鐘的部件。為了簡 明，在此不再贅述與根據第二實施例攝像系統200的各單元類似的單元的描述。在圖3中，虛線框內的同步信號產生單元204、視頻幀驅動信號產生單元208、信號 檢測單元212和時鐘選擇單元216可以集成在一起，從而形成一個控制模塊。以下參照圖4來描述根據本發明的第三實施例的攝像系統400。用交流驅動信號驅動的發光裝置(未示出)可以被布置在攝像系統400的附近。 攝像系統400可以包括相位檢測單元202、同步信號產生單元204、第一時鐘信號產生單元 206、視頻幀驅動信號產生單元208、圖像採集生成單元210、信號檢測單元212、第二時鐘信 號產生單元214和時鐘選擇單元216和相位調整單元218。攝像系統400和攝像系統300 的區別在於，攝像系統400包括相位調整單元218。視頻幀驅動信號產生單元208以時鐘 選擇單元216所選擇的第一時鐘信號或第二時鐘信號為基準產生觸發信號。相位調整單元218可以調整以時鐘選擇單元216所選擇的第一時鐘信號或第二時鐘信號為基準所產生的 觸發信號相對於理想同步信號的相位，使得視頻幀的曝光程度適當，並將經過調整的觸發 信號輸出到視頻幀驅動信號產生單元208。視頻幀驅動信號產生單元208基於經過調整的 觸發信號產生視頻幀驅動信號。可選地，根據第三實施例的攝像系統400可以不包括信號檢測單元212、第二時鐘 信號產生單元214和時鐘選擇單元216。在這種情況下，相位調整單元218直接接收來自 第一時鐘信號產生單元206所產生的第一時鐘信號並對第一時鐘信號進行相位調整，使得 視頻幀的曝光程度適當，之後將經過調整的第一時鐘信號輸出到視頻幀驅動信號產生單元 208。在圖4中，虛線框內的同步信號產生單元204、視頻幀驅動信號產生單元208、信 號檢測單元212、時鐘選擇單元216和相位調整單元可以集成在一起，從而形成一個控制模 塊。以下參照圖5來描述根據本發明的第四實施例的攝像系統500。攝像系統500類似於攝像系統400。攝像系統400和攝像系統500的區別在於， 在攝像系統500中，相位調整單元218可以調整視頻幀驅動信號的相位使得視頻幀的曝光 程度適當，並將經過調整的視頻幀驅動信號輸出到圖像採集生成單元210。在攝像系統400 中，相位調整單元218可以調整以時鐘選擇單元216所選擇的第一時鐘信號或第二時鐘信 號為基準所產生的觸發信號相對於理想同步信號的相位，使得視頻幀的曝光程度適當，並 將經過調整的觸發信號輸出到視頻幀驅動信號產生單元208。在圖5中，虛線框內的同步信號產生單元204、視頻幀驅動信號產生單元208、信號 檢測單元212和時鐘選擇單元216可以集成在一起，從而形成一個控制模塊。以下參照圖6來描述根據本發明的第五實施例的攝像系統600。在攝像系統600中，第一時鐘信號產生單元206可以包括濾波子單元206_2和壓 控振蕩子單元206-4。其中，濾波子單元206-2可以從相位檢測單元202檢測到的相位差信 號中濾波高頻噪聲，壓控振蕩子單元206-4可以根據濾波後的相位差信號產生第一時鐘信 號。實際上，在攝像系統200、攝像系統300、攝像系統400和攝像系統500中，第一時 鍾信號產生單元206也可以包括濾波子單元206-2和壓控振蕩子單元206-4。在圖6中，虛線框內的同步信號產生單元204、視頻幀驅動信號產生單元208、信號 檢測單元212和時鐘選擇單元216可以集成在一起，從而形成一個控制模塊。以下，在發光裝置為信號燈以及圖像採集生成單元210為高清視頻採集單元的情 況下，對攝像系統600進行描述。在傳統技術中，視頻幀驅動信號和信號燈的驅動信號是兩個相互獨立運行的信 號，一旦高清視頻採集單元開始工作，視頻幀驅動信號和信號燈的驅動信號將按照自己的 頻率開始工作。如果能夠在視頻幀驅動信號和信號燈的驅動信號間建立起負反饋機制，使 得相機每幀視頻曝光在信號燈的某個相位間左右擺動，則建立起信號燈與相機每幀視頻曝 光的動態同步，從而解決了信號燈與高清視頻採集單元所採集的每幀視頻曝光同步問題。 可以將以上方案理解為從視頻的角度去實現相機每幀視頻曝光與信號燈同步。相位檢測單元202負責檢測信號燈信號相位與同步信號產生單元204所產生的信號燈的理想驅動信號的同步信號與視頻幀同步的輸出信號間的相位差。濾波子單元206-2例如可以採用低通濾波器濾除相位檢測單元202檢測出的相位 差(例如，電壓信號)抖動的高頻噪聲，提供表示相位差的電平信號。壓控振蕩子單元206-4可以對濾波子單元206-2輸出的電平信號產生對應的時鐘頻率。同步信號產生單元用於根據時鐘選擇單元216所提供的時鐘信號來產生信號燈 的理想驅動信號的同步信號並將該同步信號輸出到相位檢測單元202。視頻幀驅動信號產 生單元208將根據時鐘選擇單元216所提供的時鐘產生視頻幀驅動信號，並將視頻幀驅動 信號輸出到相位調整單元218。相位調整單元218對視頻幀驅動信號的相位進行調整，並將經調整的視頻幀驅動 信號輸出到前端的圖像採集生成單元210，S卩，高清視頻採集單元。圖像採集生成單元產生 和信號燈同步信號同相位的視頻。信號檢測單元212根據是否檢測到信號燈同步信號來確定工作模式是信號燈同 步模式還是信號燈非同步模式。時鐘選擇單元216信號檢測單元選擇的工作模式選擇對應 的時鐘。如果工作模式為與信號燈同步模式，則時鐘選擇單元216選擇壓控振蕩子單元 206-4提供的時鐘信號。如果工作模式為信號燈非同步模式，則時鐘選擇單元216選擇第二 時鐘信號產生單元(例如，晶振單元)214提供的時鐘信號。相位調整單元218可以從0至 360度相位選擇一個合適相位使得視頻幀的曝光程度最佳。通過相位調整，在視頻中信號燈處於一個合適的亮度，使得視頻幀不過曝，從而例 如能夠準確區分信號燈的狀態。這個合適相位的調整可以與現場相關，也可以與信號燈 (例如，LED)的特性相關。在以上的各個實施例中，理想驅動信號的同步信號的頻率和視頻幀驅動信號的頻 率可以是倍數關係。換句話說，理想驅動信號的同步信號的頻率可以是視頻幀驅動信號的 頻率的N倍。相反，視頻幀驅動信號的頻率可以是理想驅動信號的同步信號的頻率的N倍。 這裡，N是大於或等於1的整數。可以根據圖像採集生成單元210的前端圖像傳感器的最 大視頻幀率來確定倍數N。在以下的描述中，fled為同步信號產生單元204所產生的理想驅動信號的同步信 號的頻率，fv為視頻幀驅動信號產生單元208所產生的視頻幀驅動信號的頻率。由於要使發光裝置的驅動信號與圖像採集生成單元210採集視頻幀所用的視頻 幀驅動信號的頻率保持同步，所以fv和fled需要滿足倍數關係，即fled = NXfv,或fv = NX fled，其中，N為大於或等於1的整數。以下，在滿足關係式fled = NXfv的情況下，進行推導。目前全球範圍內市電的頻率為50/60HZ。如果發光裝置的驅動信號是從市電通過 半波整流出來的，則發光裝置的頻率fled為50/60HZ。如果發光裝置的驅動信號是從市電通 過全波整流出來的，則發光裝置的頻率fled為100/120HZ。視頻幀率(即，視頻幀驅動信號的頻率)可能受到圖像採集生成單元210的前端 圖像傳感器的限制。假設前端圖像傳感器的工作的最大時鐘頻率為f。lk，則最大視頻幀率 ffflax = fclk/H * V，其中，H表示每一行需要多少個時鐘頻率，V表示一幀圖像需要多少個行。儘管不同的前端傳感器幀率是不同的，但是對於某一個特定的前端圖像傳感器fmax是固定 的。&(1/^_ =冊，如果冊為整數^1^ =冊。如果NO為非整數，則N= [NO]+I0其 中，[NO]表示對NO取整數。fv/ffflax = fled/ (NXffflax) = NO/N。
通過上述推導，可以確定N的值。即，N的值受到前端圖像傳感器的最大時鐘頻率 fclk的限制。類似地，在需要滿足關係式fv = N Xfled的情況下，可以通過類似推導，得到N的 值，在此不再贅述。以下參照圖7來描述根據本發明的第六實施例的攝像系統700。用交流驅動信號驅動的發光裝置(未示出)可以被布置在攝像系統700附近。例 如，發光裝置可以是交通信號燈、路燈或者其他用交流驅動信號驅動的發光裝置。如圖7所 示，攝像系統700可以包括視頻幀驅動信號產生單元702和圖像採集生成單元704。視頻幀 驅動信號產生單元702可以每隔發光裝置的實際驅動信號的同步信號的N個周期產生一個 視頻幀驅動信號，其中，N為大於或等於1的整數。圖像採集生成單元704可以響應於視頻 幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。例如，攝像系統700可以設置在交通信號燈附近、路燈附近或者其他需要監控的 地點。也可以在使用交流電驅動的照明燈照明的室內進行視頻通話時使用攝像系統700。以下參照圖8來描述根據本發明的第七實施例的攝像系統800。用交流驅動信號驅動的發光裝置(未示出)可以被布置在攝像系統800的附近。 如圖8所示，攝像系統800可以包括視頻幀驅動信號產生單元702、圖像採集生成單元704、 同步信號產生單元706、驅動信號選擇單元708和信號檢測單元710。攝像系統700和攝像 系統800的區別在於，攝像系統800包括同步信號產生單元706、驅動信號選擇單元708和 信號檢測到單元710。其中，同步信號產生單元706可以產生備用同步信號，該備用同步信號與發光裝 置的實際驅動信號的同步信號的理想頻率同頻。信號檢測單元710可以檢測發光裝置是否 發光。在信號檢測單元710檢測到發光裝置發光的情況下，驅動信號選擇單元708將實際 驅動信號的同步信號提供給視頻幀驅動信號產生單元702，以及在信號檢測單元710未檢 測到發光裝置發光的情況下，驅動信號選擇單元708將備用同步信號提供給視頻幀驅動信 號產生單元702。視頻幀驅動信號產生單元702可以每隔發光裝置的實際驅動信號的同步 信號的周期或備用同步信號的N個周期產生一個視頻幀驅動信號，其中，N為大於或等於1 的整數。換句話說，視頻幀驅動信號產生單元702對驅動信號選擇單元708所提供的實際 驅動信號的同步信號的周期或備用同步信號的周期進行計數。圖像採集生成單元704可以 響應於視頻幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。通過在攝像系統800中設置同步信號產生 單元706、驅動信號選擇單元708和信號檢測單元710，在未檢測到發光裝置發光的情況下， 攝像系統800可以根據同步信號產生單元產生的備用同步信號來進行工作。這樣，即使發 光裝置的頻率隨著時候有輕微變化，圖像採集生成單元704採集的視頻也可以基本上和發 光裝置的驅動信號的頻率保持同步。可選地，同步信號產生單元706可以不產生備用同步信號而產生幀同步信號。可以將幀同步信號的頻率設定為最大視頻幀率4 。fmax = fclk/H女V，其中，f。lk表示圖像採 集生成單元的前端圖像傳感器的工作的最大時鐘頻率，H表示每一行需要多少個時鐘頻率， V表示一幀圖像需要多少個行。在信號檢測單元710檢測不到發光裝置的驅動信號的同步信號的情況下，驅動信 號選擇單元708選擇幀同步信號並將幀同步信號輸出到視頻幀驅動信號產生單元702。與備用同步信號的情況不同的是，視頻幀驅動信號產生單元702不對幀同步信號 進行計數，而是響應於幀同步信號的周期產生用於控制圖像採集生成單元704的一組序 列。圖像採集生成單元704在該組序列的驅動下採集視頻幀以產生視頻。這樣，在檢測不到發光裝置的驅動信號的同步信號的情況下，可以採用具有最大 視頻幀率的幀同步信號來採集視頻幀，從而提高視頻清晰度。以下參照圖9來描述根據本發明的第八實施例的攝像系統900。如圖9所示，攝像系統900可以包括視頻幀驅動信號產生單元702、圖像採集生成 單元704、同步信號產生單元706、驅動信號選擇單元708、信號檢測單元710和相位調整單 元 712。攝像系統900和攝像系統800的區別在於，攝像系統900包括相位調整單元712。 相位調整單元712可以調整發光裝置的實際驅動信號的同步信號的相位或備用同步信號 的相位使得視頻幀的曝光程度適當，並將經過調整的實際驅動信號的同步信號或備用同步 信號發送給視頻幀驅動信號產生單元702。可選地，攝像系統900可以不包括同步信號產生單元706、驅動信號選擇單元708 和信號檢測單元710。換句話說，相位調整單元712直接接收發光裝置的驅動信號的同步信 號，並對該同步信號的相位進行調整。之後，相位調整單元712將經過調整的同步信號輸出 到視頻幀驅動信號產生單元。以下參照圖10來描述根據本發明的第九實施例的攝像系統1000。如圖10所示，攝像系統1000可以包括視頻幀驅動信號產生單元702、圖像採集生 成單元704、同步信號產生單元706、驅動信號選擇單元708、信號檢測單元710和相位調整 單元712。攝像系統1000和攝像系統900的區別在於，相位調整單元712和視頻幀驅動信號 產生單元702的位置。在攝像系統1000中，相位調整單元712調整視頻幀驅動信號的相位 使得視頻幀的曝光程度適當，並將經過調整的視頻幀驅動信號發送給圖像採集生成單元。 在攝像系統900中，相位調整單元712可以調整發光裝置的實際驅動信號的同步信號的相 位或備用同步信號的相位使得視頻幀的曝光程度適當，並將經過調整的實際驅動信號的同 步信號或備用同步信號發送給視頻幀驅動信號產生單元702。可選地，攝像系統900可以不包括同步信號產生單元706、驅動信號選擇單元708 和信號檢測單元710。換句話說，視頻幀驅動信號產生單元702直接接收發光裝置的驅動信 號的同步信號。以下參照圖11來描述根據本發明的第十實施例的攝像系統1100。 攝像系統1100可以包括視頻幀驅動信號產生單元702、圖像採集生成單元704、同 步信號產生單元706、驅動信號選擇單元708、信號檢測單元710和相位調整單元712。其中， 視頻幀驅動信號產生單元702可以包括周期計數子單元702-2和時序產生子單元702-4。周期計數子單元702-2可以同步地對發光裝置的實際驅動信號的同步信號的周期或備用 同步信號的周期進行計數，並每隔N個周期產生一個觸發信號。時序產生子單元702-4可 以在觸發信號的觸發下產生用於控制圖像採集生成單元704的時序。實際上，在第六至第十實施例中，視頻幀驅動信號產生單元702也可以包括周期 計數子單元702-2和時序產生子單元702-4。以下，在發光裝置為信號燈以及圖像採集生成單元210為高清視頻採集單元的情 況下，對攝像系統1100進行描述。由於視頻是由圖片組成，每一幀視頻圖像就是一張圖片，如果實現每一張圖像的 曝光和信號燈同步，則實現了實現信號燈與相機每幀視頻曝光同步。可以將上述方案理解 為從圖片的角度去實現信號燈與相機每幀視頻曝光同步。信號檢測單元710可以檢測外部信號燈的同步信號。在信號檢測單元710檢測 到外部信號燈的同步信號的情況下，驅動信號選擇單元708可以選擇外部信號燈的驅動信 號的同步信號，並將該同步信號輸出到周期計數子單元702-2。在信號檢測單元710未檢 測到外部信號燈的同步信號的情況下，驅動信號選擇單元708可以選擇同步信號產生單元 706產生的同步信號。驅動信號選擇單元708將所選擇的同步信號輸出到周期計數子單元 702-2。周期計數子單元702-2可以同步地對發光裝置的實際驅動信號的同步信號的周期 或備用同步信號的周期進行計數，並每隔N個周期產生一個觸發信號。時序產生子單元702-4可以在觸發信號的觸發下產生用於控制圖像採集生成單 元(高清視頻採集單元)的時序。相位調整單元712對時序產生子單元702-4產生的時序中的視頻幀驅動信號的相 位進行0-360度的調節，使得視頻幀的曝光程度適當。通過相位調整，在視頻中信號燈處於一個合適的亮度，使得視頻幀不過曝，從而例 如能夠準確區分信號燈的狀態。這個合適相位的調整可以與現場相關，也可以與信號燈 (例如，LED)的特性相關。通過上述，使得視頻圖像中的每一幀圖像曝光時間都和信號燈保持同步，不僅能 夠滿足電子警察抓拍用，也能作為十字路口錄像用，能夠完成的記錄事件發生時刻的信號 燈狀態。其次，可以通過同步相位的調整，保持某一個特定相位使得信號燈在白天和晚上效 果良好，解決晚間信號燈區域過曝的問題。最後，在實現高清智能網絡相機與交通信號燈同 步時，對整個視頻的幀率影響很小。在第六至第十一實施例中，可以根據圖像採集生成單元704的前端圖像傳感器的 最大視頻幀率來確定N值。在以下的描述中，fled為同步信號產生單元706所產生的備用同步信號的頻率，fv 為視頻幀驅動信號產生單元702所產生的視頻幀驅動信號的頻率。由於要使發光裝置的驅動信號與圖像採集生成單元704採集視頻幀所用的視頻 幀驅動信號的頻率保持同步，所以fv和fled需要滿足倍數關係，即fled = NXfv, Sgfv = NX fled，其中，N為大於或等於1的整數。以下，在滿足關係式fled = NXfv的情況下，進行推導。目前全球範圍內市電的頻率為50/60HZ。如果發光裝置的驅動信號是從市電通過 半波整流出來的，則發光裝置的頻率fled為50/60HZ。如果發光裝置的驅動信號是從市電通過全波整流出來的，則發光裝置的頻率fled為100/120HZ。視頻幀率(即，視頻幀驅動信號的頻率)可能受到圖像採集生成單元704的前端圖像傳感器的限制。假設前端圖像傳感器的工作的最大時鐘頻率為f。lk，則最大視頻幀率 ffflax = fclk/H * V，其中，H表示每一行需要多少個時鐘頻率，V表示一幀圖像需要多少個行。 儘管不同的前端傳感器幀率是不同的，但是對於某一個特定的前端圖像傳感器fmax是固定 的。&(1/^_ =冊，如果冊為整數^1^ =冊。如果NO為非整數，則N= [NO]+I0其 中，[NO]表示對NO取整數。fv/ffflax = fled/ (NXffflax) = NO/N。通過上述推導，可以確定N的值。攝像方法以下參照圖12來描述根據本發明的第十一實施例的攝像方法。在步驟1202中，檢測發光裝置的實際驅動信號的同步信號的相位與理想驅動信 號的同步信號的相位之間的相位差並產生用於表示相位差的相位差信號。其中，實際驅動 信號和理想驅動信號均為交流信號。例如，發光裝置可以是交通信號燈、路燈或者其他用交 流驅動信號驅動的發光裝置。在步驟1204中，產生與相位差信號相對應的第一時鐘信號。在步驟1206中，在第 一時鐘信號的控制下產生發光裝置的理想驅動信號的同步信號。在步驟1208中，在第一時 鍾信號的控制下產生視頻幀驅動信號。在步驟1210中，響應於視頻幀驅動信號採集視頻幀 以產生視頻。在根據第十一實施例的攝像方法中，還可以檢測發光裝置是否發光並產生獨立的 第二時鐘信號。在檢測到發光裝置發光的情況下，在第一時鐘信號的控制下產生視頻幀驅 動信號，以及在檢測到發光裝置未發光的情況下，在第二時鐘信號的控制下產生視頻幀驅 動信號。在根據第十一實施例的攝像方法中，還可以調整視頻幀驅動信號的相位使得視頻 幀的曝光程度適當，並響應於經過調整的視頻幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。在根據第十一實施例的攝像方法中，理想驅動信號的同步信號的頻率和視頻幀驅 動信號的頻率是倍數關係。換句話說，理想驅動信號的同步信號的頻率可以是視頻幀驅動 信號的頻率的N倍。相反，視頻幀驅動信號的頻率可以是理想驅動信號的同步信號的頻率 的N倍。這裡，N是大於或等於1的整數。可以根據可用於採集視頻幀的最大視頻幀率來確定倍數N。在以下的描述中，fled為理想驅動信號的同步信號的頻率，fv為視頻幀驅動信號的頻率。由於要使發光裝置的驅動信號與採集視頻幀所用的視頻幀驅動信號的頻率保持 同步，所以仁和fled需要滿足倍數關係，即fled = NXfv, Sgfv = NXfled，其中，N為大於或 等於1的整數。以下，在滿足關係式fled = NXfv的情況下，進行推導。目前全球範圍內市電的頻率為50/60HZ。如果發光裝置的驅動信號是從市電通過 半波整流出來的，則發光裝置的頻率fled為50/60HZ。如果發光裝置的驅動信號是從市電通過全波整流出來的，則發光裝置的頻率fled為100/120HZ。視頻幀率(即，視頻幀驅動信號的頻率)可能受到可用於採集圖像的圖像採集生 成單元的前端傳感器的工作時鐘頻率的限制。假設前端圖像傳感器的工作的最大時鐘頻率 為f。lk，則最大視頻幀率fmax = fclk/H女V，其中，H表示每一行需要多少個時鐘頻率，V表示 一幀圖像需要多少個行。儘管不同的前端傳感器幀率是不同的，但是對於某一個特定的前 端圖像傳感器fmax是固定的。&(1/^_!￡ =冊，如果冊為整數^1^ =冊。如果NO為非整數，則N= [NO]+I0其 中，[NO]表示對NO取整數。
_] H = fied/(N Xf-) = Ν0/Ν。通過上述推導，可以確定N的值。即，N的值受到前端圖像傳感器的最大時鐘頻率 fclk的限制。類似地，在需要滿足關係式fv = NXfled的情況下，可以通過類似推導，得到N的 值，在此不再贅述。以下參照圖13來描述根據本發明的第十二實施例的攝像方法。該攝像方法開始於步驟1302，即，系統上電。在步驟1304中，檢測是否有發光裝置 (信號燈)的驅動信號的同步信號，即，檢測發光裝置是否發光。如果未檢測到信號燈的驅動信號的同步信號，則在步驟1306中，選擇外部晶幀模 塊產生的時鐘信號。之後，在步驟1308中，以非信號燈同步模式採集視頻。如果檢測到信號燈的驅動信號的同步信號，則在步驟1310中，產生第一時鐘信 號。稍後將在步驟1318、步驟1320和步驟1322中描述如何產生第一時鐘信號。在步驟1312中，以第一時鐘信號為基準產生觸發信號。在步驟1314中，調整觸發 信號相對於理想驅動信號的同步信號的相位。在步驟1315中，根據觸發信號產生視頻幀驅 動信號。在步驟1316中，響應於視頻幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。在步驟1318中，產生理想驅動信號的同步信號。在步驟1320中，檢測來自信號燈 的實際驅動信號與理想驅動信號之間的相位差。在步驟1322中，對相位差信號進行低通濾 波以濾除高頻噪聲。接著，在步驟1310中，根據濾波後的相位差信號產生第一時鐘信號。以下參照圖14來描述根據本發明的第十三實施例的攝像方法。在步驟1402中，可以每隔發光裝置的實際驅動信號的同步信號的N個周期產生一 個視頻幀驅動信號，其中，N為大於或等於1的整數，其中，實際驅動信號為交流信號。例如， 發光裝置可以是交通信號燈、路燈或者其他用交流驅動信號驅動的發光裝置。在步驟104 中，可以響應於視頻幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。在根據第十三實施例的攝像方法中，還可以產生備用同步信號，並檢測發光裝置 是否發光。其中，備用同步信號與發光裝置的實際驅動信號的同步信號的理想頻率同頻。在 檢測到發光裝置發光的情況下，可以每隔發光裝置的實際驅動信號的同步信號的N個周期 產生一個視頻幀驅動信號，以及在檢測到發光裝置未發光的情況下，可以每隔備用同步信 號的N個周期產生一個視頻幀驅動信號。根據本發明的第十三實施例的攝像方法，還可以調整發光裝置的實際驅動信號的 同步信號的相位或備用同步信號的相位使得視頻幀的曝光程度適當。可以每隔經過調整的 實際驅動信號的同步信號的N個周期或備用同步信號的N個周期產生一個視頻幀驅動信號。可選地，可以調整視頻幀驅動信號的相位使得視頻幀的曝光程度適當，並響應於經過調整的視頻幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。可選地，該攝像方法可以包括以下步驟產生幀同步信號，其中，幀同步信號的頻 率為最大視頻幀率；檢測發光裝置是否發光；以及在檢測到發光裝置發光的情況下，每隔 發光裝置的實際驅動信號的同步信號的N個周期產生一個視頻幀驅動信號，以及在未檢測 到發光裝置發光的情況下，響應於幀同步信號的周期來採集視頻幀。其中，可以根據可用於採集視頻幀的最大視頻幀率來確定N值。在以下的描述中，fled為理想驅動信號的同步信號的頻率，fv為視頻幀驅動信號的 頻率。由於要使發光裝置的驅動信號與採集視頻幀所用的視頻幀驅動信號的頻率保持 同步，所以仁和fled需要滿足倍數關係，即fled = NXfv, Sgfv = NXfled，其中，N為大於或 等於1的整數。以下，在滿足關係式fled = NXfv的情況下，進行推導。目前全球範圍內市電的頻率為50/60HZ。如果發光裝置的驅動信號是從市電通過 半波整流出來的，則發光裝置的頻率fled為50/60HZ。如果發光裝置的驅動信號是從市電通 過全波整流出來的，則發光裝置的頻率fled為100/120HZ。視頻幀率(即，視頻幀驅動信號的頻率)可能受到用於採集圖像的圖像採集生成 單元的前端圖像傳感器的限制。假設前端圖像傳感器的工作的最大時鐘頻率為f。lk，則最大 視頻幀率fmax = fclk/H女V，其中，H表示每一行需要多少個時鐘頻率，V表示一幀圖像需要 多少個行。儘管不同的前端傳感器幀率是不同的，但是對於某一個特定的前端圖像傳感器 fmax是固定的。、況作-二冊，如果冊為整數^⑶=·。如果NO為非整數，則N=[NO]+I0其 中，[NO]表示對NO取整數。fv/ffflax = fled/ (NXffflax) = NO/N。通過上述推導，可以確定N的值。以下參照圖15來描述根據本發明的第十四實施例的攝像方法。該攝像方法開始於步驟1502，S卩，系統上電。接著在步驟1504中，檢測是否有信 號燈的驅動信號的同步信號。如果未檢測到信號燈的驅動信號的同步信號，則在步驟1506 中，在非信號燈同步模式下採集視頻幀並生成視頻。如果檢測到信號燈的驅動信號的同步信號，則在步驟1508中確定是否達到設定 的同步相位。在未達到同步相位時，重複步驟1508。接下來在步驟1510中，對信號燈的驅 動信號的同步信號進行計數。如果計數到N，則在步驟1512中產生同步圖像時序組合。接下來在步驟1514中， 在同步圖像時序組合的控制下採集視頻幀並生成視頻。通過該方法，使每一幀視頻數據曝光和交通信號燈同步並保持某個特定相位，從 而視頻或者抓拍圖片整體亮度和局部信號燈的亮度都保持恆定。這樣，在照片或視頻中都 能夠記錄有效的信號燈信息。以下描述以高清視頻採集單元和信號燈為例，來描述如何計算N的值。假設高清視頻採集單元的最高幀率(即，視頻幀驅動信號的頻率)為15fps。該幀率受到圖像採集生 成單元的前端圖像傳感器的時鐘頻率的限制。採用的交通信號燈的驅動信號是從市電通過 全波整流出來的，所以在國內市電為50Hz條件下，信號燈的頻率fled為100Hz。即已知fled =100HZ。fmax = 15Hz。首先通過以下計算來確定N的值。存在關係fled/fmax = NO。如果NO為整數，則N = NO。如果NO為非整數，則N = [NO]+I0 這樣，N = 7。所以由fled = NXfv,得至IJ fv = (100/7)Hz所以，幀率的損失率滿足以下關係式幀率的損失率=(fmax-fv)/fmax= l-fled/(NXfmax) = 1-[100/(7X 15)] =4. 76% 0以下參照圖16來描述在進行相位調整時如何選擇適當的相位。假設發光裝置是 發光二極體(LED)來進行以下描述。如圖16所示，LED發光能量曲線分4個區。A區表示信號燈LED發光二極體截止 區，即LED發光管不導通，LED不發光。B區表示信號燈LED發光二極體的工作區，即LED發 光二極體導通，電壓逐漸升高，LED發光光經流的電流變大，發光管由暗變亮發光。C區表示 信號燈LED發光二極體的飽和區，即LED發光二極體電流已經飽和，電壓再升高，電流也不 變化，LED發光管也保持原來亮度。D區表示信號燈LED發光二極體的工作區，即LED發光 二極體導通，電壓逐漸下降，LED發光光經流的電流變小，發光管由亮變暗發光。通過相位調整單元218或相位調整單元712對輸入至其的信號的相位進行調整， 使得視頻幀的曝光時間落在C區和D區之間。這樣可以解決晚間由於整體場景過暗，曝光 時間過長造成信號燈局部區域產生過曝問題又能兼顧白天曝光時間過短而造成信號燈區 域過暗問題。以下是使得視頻曝光於信號燈同步相位落在C區和D區之間原因分析。由於相機 採用自動曝光，在智能交通應用中由於要看清車牌，車輛外型，顏色等信息，又避免拖尾造 成圖像模糊，最大曝光時間有限制，一般為5ms左右，所以自動曝光時間為0-5ms，我們要綜 合考慮白天照度很高，和晚上照度很低時候信號燈狀態都要清晰可辨。對於白天照度很高時候，自動曝光的曝光值一般很小，可能曝光值小於1ms。此時 曝光時間最好落在C區域，使得信號燈不會因為曝光時間短而變得太黑以至於無法辨別信 號燈狀態。對於晚上照度很低，自動曝光時間肯定是在最大曝光時間工作即5ms左右；由於 曝光時間變大，信號燈再曝光時間內的能量和比較大，但是從圖16的信號燈能量曲線可以 看出，當曝光時間比較大時候信號燈已經進入D區。使得LED在相同時間內能量沒有C區 間高，所以使得信號燈區域也不會因為曝光時間過長而造成過曝。在實際應用中，由於現場情況的差別，以及相機最大曝光時間，最小曝光時間的差 別，信號燈內部LED管子特性的差異，可能A、B、C和D區域大小會有所不同，但上述調整的 方法和策略都為有效。通過上述實施例，使得所採集的視頻幀都與發光裝置的驅動信號同步。通過本發明給出的技術方案，可以使高清智能網絡相機的每一幀視頻數據曝光和 頻閃LED外部光源同步，保持某個特定相位，使得視頻和抓拍的亮度都保持恆定。在照片或視頻中都能夠記錄有效的視頻和圖像信息。雖然已經詳細說明了在本發明的設備和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解後重新組合的。這些分解和/或重新組合應視為本發明的等效方案。還 需要指出的是，執行上述系列處理的步驟可以自然地按照說明的順序按時間順序執行，但 是並不需要一定按照時間順序執行。某些步驟可以並行或彼此獨立地執行。同時，在上面 對本發明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特徵可以以相同或類 似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特徵相組合，或替代 其它實施方式中的特徵。應該強調，術語「包括/包含」在本文使用時指特徵、要素、步驟或組件的存在，但 並不排除一個或更多個其它特徵、要素、步驟或組件的存在或附加。雖然已經詳細說明了本發明及其優點，但是應當理解在不超出由所附的權利要求 所限定的本發明的精神和範圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發明的 範圍不僅限於說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領域內的普 通技術人員從本發明的公開內容將容易理解，根據本發明可以使用執行與在此的相應實施 例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結果的、現有和將來要被開發的過程、設備、手 段、方法或者步驟。因此，所附的權利要求旨在在它們的範圍內包括這樣的過程、設備、手 段、方法或者步驟。
權利要求
一種攝像系統，用交流驅動信號驅動的發光裝置被布置在所述攝像系統附近，所述攝像系統包括相位檢測單元，用於檢測所述發光裝置的實際驅動信號的同步信號的相位與理想驅動信號的同步信號的相位之間的相位差並產生用於表示所述相位差的相位差信號；第一時鐘信號產生單元，用於產生與所述相位差信號相對應的第一時鐘信號；同步信號產生單元，用於在所述第一時鐘信號的控制下產生所述發光裝置的所述理想驅動信號的同步信號；視頻幀驅動信號產生單元，用於在所述第一時鐘信號的控制下產生視頻幀驅動信號；以及圖像採集生成單元，用於響應於所述視頻幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。
2.根據權利要求1所述的攝像系統，還包括 信號檢測單元，用於檢測所述發光裝置是否發光；第二時鐘信號產生單元，用於產生獨立的第二時鐘信號；以及 時鐘選擇單元，用於在所述信號檢測單元檢測到所述發光裝置發光的情況下，選擇所 述第一時鐘信號作為用於所述視頻幀驅動信號產生單元的時鐘信號，以及在所述信號檢測 單元未檢測到所述發光裝置發光的情況下，選擇所述第二時鐘信號作為用於所述視頻幀驅 動信號產生單元的時鐘信號。
3.根據權利要求1所述的攝像系統，還包括相位調整單元，用於調整所述視頻幀驅動信號的相位使得所述視頻幀的曝光程度適 當，並將經過調整的所述視頻幀驅動信號輸出到所述圖像採集生成單元。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的攝像系統，其中，所述理想驅動信號的同步信號 的頻率和所述視頻幀驅動信號的頻率是倍數關係。
5.根據權利要求4所述的攝像系統，其中，根據所述圖像採集生成單元的前端圖像傳 感器的最大視頻幀率來確定所述倍數關係。
6.一種攝像方法，包括檢測發光裝置的實際驅動信號的同步信號的相位與理想驅動信號的同步信號的相位 之間的相位差並產生用於表示所述相位差的相位差信號，其中，所述實際驅動信號和所述 理想驅動信號均為交流信號；產生與所述相位差信號相對應的第一時鐘信號；在所述第一時鐘信號的控制下產生所述發光裝置的所述理想驅動信號的同步信號； 在所述第一時鐘信號的控制下產生視頻幀驅動信號；以及 響應於所述視頻幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。
7.根據權利要求6所述的攝像方法，還包括 檢測所述發光裝置是否發光；產生獨立的第二時鐘信號；以及在檢測到所述發光裝置發光的情況下，在所述第一時鐘信號的控制下產生所述視頻幀 驅動信號，以及在未檢測到所述發光裝置發光的情況下，在所述第二時鐘信號的控制下產 生所述視頻幀驅動信號。
8.根據權利要求6所述的攝像方法，還包括調整所述視頻幀驅動信號的相位使得所述視頻幀的曝光程度適當；以及 響應於經過調整的所述視頻幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。
9.根據權利要求6至8中任一項所述的攝像方法，其中，所述理想驅動信號的同步信號 的頻率和所述視頻幀驅動信號的頻率是倍數關係。
10.根據權利要求9所述的攝像方法，其中，根據可用於採集視頻幀的最大視頻幀率來 確定所述倍數關係。
全文摘要
本發明涉及攝像系統和攝像方法。根據本發明的一個方面的攝像系統包括相位檢測單元，用於檢測布置在攝像系統附近的發光裝置的實際驅動信號的同步信號的相位與理想驅動信號的同步信號的相位之間的相位差並產生用於表示相位差的相位差信號；第一時鐘信號產生單元，用於產生與相位差信號相對應的第一時鐘信號；同步信號產生單元，用於在第一時鐘信號的控制下產生發光裝置的理想驅動信號的同步信號；視頻幀驅動信號產生單元，用於在第一時鐘信號的控制下產生視頻幀驅動信號；以及圖像採集生成單元，用於根據視頻幀驅動信號採集視頻幀以產生視頻。在本發明中，通過根據發光裝置的驅動信號的頻率來攝像，使得拍攝的視頻清晰並且視頻亮度穩定。
文檔編號H04N5/232GK101977284SQ201010565888
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者張鏵鏵, 徐鵬, 胡揚忠, 鄔偉琪, 陳樹毅 申請人:杭州海康威視軟體有限公司