專利名稱：一種攝像機(jī)同步led閃光補(bǔ)光的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攝像機(jī)補(bǔ)光的方法，尤其涉及一種攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ)光的 控制方法。
背景技術(shù)：
在低照度環(huán)境下，普通攝像機(jī)(非低照度攝像機(jī)，非超低照度(星光級(jí)) 攝像機(jī))不能成像或者圖像的噪聲很大圖像質(zhì)量很差。
為了彌補(bǔ)普通相機(jī)在低照度環(huán)境下光照不足的問題， 一般采用輔助光源來 照亮攝像機(jī)拍攝的區(qū)域。這種輔助光源常用恒定亮度白熾燈持續(xù)照明或恒定亮 度白光LED持續(xù)照明。
輔助的補(bǔ)光光源在室內(nèi)或半室內(nèi)半室外應(yīng)用最多，比如銀行辦公區(qū)域、24 小時(shí)自助銀行的自動(dòng)取款機(jī)照明、辦公大樓的室內(nèi)外走廊、大樓的電梯間等等。
室外應(yīng)用也有，但室外應(yīng)用多是安全監(jiān)控，在夜晚或光照不足時(shí)多采用紅 外補(bǔ)光照明。比如道路監(jiān)控、廣場(chǎng)治安監(jiān)控、高速路交通監(jiān)控等等。
在上述舉例的許多應(yīng)用場(chǎng)合，電源供電沒有問題，允許使用低成本大功率 燈光照明來保證攝像機(jī)獲得的圖像滿足應(yīng)用要求。
但對(duì)于某些應(yīng)用，供電系統(tǒng)不能提供大功率的照明供電。這種情況下，一 般會(huì)選用高成本的白光LED照明方案，比如移動(dòng)電話在低照度下的攝像照明、 家用攝像機(jī)在低照度下的攝像照明等等。這些照明方式都是恒定亮度白光LED 持續(xù)照明，LED的照明、供電控制簡單可靠，成本低廉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種在保證 成像質(zhì)量的前提下，被拍攝的人不會(huì)有燈光剌眼感覺的攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ) 光的控制方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 一種攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ) 光的控制方法，其特征在于，包括以下步驟
(1) 根據(jù)快門參數(shù)計(jì)算光脈沖寬度參數(shù)；
(2) 檢測(cè)是否計(jì)算完成，若檢測(cè)結(jié)果為否，則返回步驟(1);
(3) 若步驟(2)中檢測(cè)的結(jié)果為是，則根據(jù)快門參數(shù)設(shè)置脈沖寬度；
(4) 檢測(cè)是否設(shè)置完成，若檢測(cè)結(jié)果為否，則返回步驟(3);
(5) 若步驟(4)中檢測(cè)的結(jié)果為是，則根據(jù)脈沖寬度參數(shù)査表求得相位
參數(shù)；
(6) 檢測(cè)是否査表完成，若檢測(cè)結(jié)果為否，則返回步驟(5);
(7) 若步驟(6)中檢測(cè)的結(jié)果為是，則根據(jù)相位參數(shù)設(shè)置相位。 所述的根據(jù)快門參數(shù)計(jì)算光脈沖寬度參數(shù)包括以下步驟
設(shè)攝像機(jī)快門打開時(shí)刻的相位為O相位；
視頻圖像采集周期為T(PAL制式40.000ms; NTSC制式33.333ms);
場(chǎng)同步信號(hào)輸出延遲時(shí)間為D; 場(chǎng)同步信號(hào)分離延遲時(shí)間為tDis; 場(chǎng)同步信號(hào)鎖相跟蹤延遲時(shí)間為tPlx;
閃光燈開啟延遲時(shí)間為tL。n;
閃光燈關(guān)閉延遲時(shí)間為tL。ff; 貝U，攝像機(jī)快門打開的時(shí)刻為tso=nT(n=0,l，2，......)；
攝像機(jī)快門關(guān)閉的時(shí)刻為- tsc=nT+S(n=0,1,2，......);
場(chǎng)同步信號(hào)輸出的時(shí)刻為tSYNC=nT/2+D;
閃光燈開啟時(shí)刻為
ton= 2*( tSYNc —D) —tPLL—tLon+( tPLL+tLon)= nT = tso; 閃光燈關(guān)閉時(shí)刻為
toff= 2*( tSYNC —D) +S-tPLL—tL。fff( tPLL +tLoff)= nT+S = tsc。 由此計(jì)算，得到控制LED閃光燈的控制參數(shù) 閃光相位延遲時(shí)間P=2D+ tPLL +tLon 閃光脈沖寬度時(shí)間W=S
可得到控制相位關(guān)于開門速度的函數(shù)P(s)= 2*D(s) + tPIX +tL。n。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供不閃爍的并且與攝像機(jī)快門同步的閃光光源。將LED光源閃光脈沖與快門進(jìn)行同步，為攝像機(jī)提供高速閃光的光源，在 保證補(bǔ)光的前提下降低電能消耗，并通過這種方式降低LED的工作溫度從而延 長LED的壽命。還可以在對(duì)人攝像時(shí)，在保證成像質(zhì)量的前提下，感覺光源的 亮度較低，被拍攝的人不會(huì)有燈光刺眼感覺，因此拍攝過程表現(xiàn)自然的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明一種攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ)光的控制方法的流程圖2是本發(fā)明一種攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ)光的控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示，在一種攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ)光的控制方法中，步驟l為起 始步驟，根據(jù)快門參數(shù)計(jì)算光脈沖寬度參數(shù)；在步驟2中，檢測(cè)是否計(jì)算完成， 若檢測(cè)結(jié)果為否，則返回步驟l;若步驟2中檢測(cè)的結(jié)果為是，則在步驟3中， 根據(jù)快門參數(shù)設(shè)置脈沖寬度；在步驟4中，檢測(cè)是否設(shè)置完成，若檢測(cè)結(jié)果為 否，則返回步驟3;若步驟4中檢測(cè)的結(jié)果為是，則在步驟5中，根據(jù)脈沖寬 度參數(shù)査表求得相位參數(shù)；在步驟6中，檢測(cè)是否査表完成，若檢測(cè)結(jié)果為否， 則返回步驟5;若步驟6中檢測(cè)的結(jié)果為是，則在步驟7中，根據(jù)相位參數(shù)設(shè) 置相位。
LED光源的發(fā)光效率比白熾燈光源、日光燈光源、普通節(jié)能燈光源都要高。 同時(shí)，LED光源的體積很小。另外，LED光源的開關(guān)頻率可達(dá)到10000Hz以 上。LED光源的這些特點(diǎn)，為LED光源在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用創(chuàng)造了極好的條件。
雖然LED光源的成本比普通燈泡的成本高，但其發(fā)光效率高、可以降低能 源消耗，若使用同步閃光控制方法來工作，可以進(jìn)一步降低能源消耗并降低 LED的工作溫度，提高LED光源的壽命。.綜合上述優(yōu)點(diǎn)，LED的實(shí)際平均使 用成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通燈泡的照明，并且對(duì)供電的功率要求大大降低。
本發(fā)明中，使用LED光源來為攝像機(jī)提供輔助光源以便在光線不足時(shí)提供 補(bǔ)光。與常規(guī)的攝像機(jī)補(bǔ)光不同之處在于，本發(fā)明使用閃光形式的補(bǔ)光方式來 完成補(bǔ)光的功能。閃光只在攝像機(jī)快門打開的期間閃光，其余時(shí)間關(guān)閉光源的 輸出，這樣可以最大限度地節(jié)省電能。然而，使用一般的閃光形式來補(bǔ)光，會(huì)出現(xiàn)光源照明的閃爍感。本發(fā)明提供的LED閃光方式的攝像機(jī)同步補(bǔ)光方法， 還使用倍頻技術(shù)來提高閃光的頻率，消除閃光LED光源的閃爍感。
實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，低頻(60Hz以下)的LED閃光會(huì)使人夠感暈眩，被測(cè)試 者普遍感覺不舒服，這種心理感覺會(huì)影響健康。100Hz以上的閃光光源，不論 光脈沖的寬度多窄(光脈沖占空比可接近于O)，均不會(huì)被覺察到光源是閃爍 的，被測(cè)試者感覺光源的亮度是恒定的。因此，需要使用100Hz以上的閃光頻 率來消除閃光光源的閃爍感。
在快門速度為1/10000時(shí)使用閃光脈沖寬度為100us進(jìn)行測(cè)試，被測(cè)試者 不會(huì)覺察到閃光燈在工作。使用攝像機(jī)視頻信號(hào)的場(chǎng)同步信號(hào)的2倍頻(PAL 制式100Hz; NTSC制式120Hz)的閃光，人的視覺系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)閃爍感，會(huì) 感覺光源的亮度是恒定的。這樣在緩慢的亮度調(diào)節(jié)過程中，不會(huì)導(dǎo)致人的不適 應(yīng)。通過跟蹤攝像機(jī)的同步信號(hào)來實(shí)現(xiàn)閃光與像機(jī)快門之間的同步，通過控制 閃光的脈寬來調(diào)節(jié)補(bǔ)光的光量。
跟蹤攝像機(jī)同步信號(hào)的方法是利用復(fù)合視頻信號(hào)同步分離電路將場(chǎng)同步 信號(hào)分離出來，利用其偶數(shù)場(chǎng)的場(chǎng)同步信號(hào)的邊沿作為跟蹤同步的邊沿來鎖定
場(chǎng)同步信號(hào)。
給定攝像機(jī)快門參數(shù)S后，
設(shè)攝像機(jī)快門打開時(shí)刻的相位為O相位；
視頻圖像采集周期為T(PAL制式40.000ms; NTSC制式33.333ms); 場(chǎng)同步信號(hào)輸出延遲時(shí)間為D; 場(chǎng)同步信號(hào)分離延遲時(shí)間為tDis; 場(chǎng)同步信號(hào)鎖相跟蹤延遲時(shí)間為tPIx;
閃光燈開啟延遲時(shí)間為tL。n; 閃光燈關(guān)閉延遲時(shí)間為k。ff;
貝U，攝像機(jī)快門打開的時(shí)刻為tso=nT(n=0，l，2，......)；
攝像機(jī)快門關(guān)閉的時(shí)刻為tsc=nT+S(n=0，l,2,...…)； 場(chǎng)同步信號(hào)輸出的時(shí)刻為tSYNC=nT/2+D;
閃光燈開啟時(shí)刻為
ton= 2*(tSYNC _D) —tPLL—tLon+( tPLL+tLon)= nT = tso; 閃光燈關(guān)閉時(shí)刻為W產(chǎn)2*(tSYNC -D) +S—tPLL—tLofff( tPLL+tLoff)= nT+S = tsc。 由此計(jì)算，得到控制LED閃光燈的控制參數(shù) 閃光相位延遲時(shí)間P=2D+tPlx+tL。n 閃光脈沖寬度時(shí)間W=S
將攝像機(jī)在各種快門速度下的閃光控制相位制作成該攝像機(jī)的LED閃光
相位控制表，可得到控制相位關(guān)于開門速度的函數(shù)P(S)-2 + D(S)+tpLL+tL。n。這
樣，光源控制器就可以在各種不同的快門速度下實(shí)現(xiàn)與攝像機(jī)快門同步的閃 光。這種補(bǔ)光是最節(jié)省能源的閃光照明。
然而，上述的閃光頻率很低，PAL制式為25Hz; NTSC制式為30Hz。顯 然，這種很低的閃光頻率會(huì)引起人們的閃爍感覺，因此必須將其倍頻。由于普 通攝象機(jī)的復(fù)合視頻輸出信號(hào)將一幀圖象分兩場(chǎng)(奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng))輸出，場(chǎng) 頻已經(jīng)是幀頻的2倍頻，達(dá)到50Hz(PAL制式)或60Hz(NTSC制式)。這種50Hz 或60Hz頻率的閃光依然會(huì)引起人們的閃爍感覺。將閃光頻率提高到場(chǎng)頻的兩 倍，可到達(dá)100Hz(PAL制式)或120Hz(NTSC制式)，這樣的閃光頻率就不會(huì)引 起閃爍感。
為了消除LED閃光引起的閃爍感，需要將攝像機(jī)輸出的場(chǎng)同步信號(hào)分離出 來后倍頻，使閃光的頻率達(dá)到lOOHz以上。倍頻的方法可以使用PLL頻率合成 技術(shù)也可以使用DDS直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。但由于DDS不能進(jìn)行相位同步， 不能用于場(chǎng)同步信號(hào)的倍頻，以保證固定的相位關(guān)系。
為了準(zhǔn)確的定時(shí)關(guān)系，需要兩個(gè)定時(shí)器來處理LED閃光 一個(gè)是光脈沖輸 出定時(shí)器；另一個(gè)是光脈沖關(guān)閉定時(shí)器。兩個(gè)定時(shí)器都與場(chǎng)同步信號(hào)的二倍頻 信號(hào)同步。
控制器只需要根據(jù)快門的參數(shù)設(shè)置好兩個(gè)定時(shí)器的預(yù)設(shè)定時(shí)值，兩個(gè)減計(jì) 數(shù)定時(shí)器就會(huì)自動(dòng)在場(chǎng)同步倍頻信號(hào)的同步下進(jìn)行工作。定時(shí)完成自動(dòng)輸出一 個(gè)lus寬度的脈沖用于觸發(fā)閃光控制的開關(guān)。
其中場(chǎng)同步信號(hào)的倍頻采用的是PLL鎖相頻率合成技術(shù)。倍頻的信號(hào)相位 與場(chǎng)同步信號(hào)的相位進(jìn)行比較，使輸出的倍頻信號(hào)同步于攝像機(jī)的場(chǎng)同步信 號(hào)。
如圖2所示，該圖2是本發(fā)明一種攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ)光的控制系統(tǒng)的 主要結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)包含光源控制處理器8，同步定時(shí)器9， LED閃光燈10，晶振時(shí)鐘11，攝像機(jī)12。
根據(jù)圖像的亮度調(diào)節(jié)快門速度，將快門參數(shù)發(fā)送到攝像機(jī)8以及光源控制 處理器8，光源控制處理器8根據(jù)快門參數(shù)査表獲得控制光源的相位參數(shù)，然 后根據(jù)相位參數(shù)和快門參數(shù)設(shè)置同步定時(shí)器9。
同步定時(shí)器9在1.0000MHz晶振時(shí)鐘11的驅(qū)動(dòng)下，并在2倍頻場(chǎng)同步信
號(hào)的同步下，對(duì)光脈沖的相位及脈寬進(jìn)行高精度定時(shí)，使LED閃光燈10的閃
光脈沖與攝像機(jī)12的快門同步，并且其頻率是快門頻率的4倍，以保證LED
閃光燈10的光源不存在閃爍感。
PAL :英文Phase Alternating Line的縮寫。
NTSC:英文National Television System Committee的縮寫。
SECAM:法文Sequentiel Couleur A Memoire的縮寫。
LED: Light Emitting Diode的縮寫，即發(fā)光二極管。
us:微秒，l(T6秒。
Hz:赫茲，頻率的單位。
PLL:鎖相環(huán)。
DDS:直接數(shù)字頻率合成。
補(bǔ)光高亮度的光源在短時(shí)間內(nèi)發(fā)光。
同步閃光的光脈沖與圖像傳感器的快門同頻工作并保持相位穩(wěn)定。 攝像機(jī)利用圖像傳感器采集視頻圖像信號(hào)的設(shè)備，輸出信號(hào)為PAL制式、 NTSC制式或SECAM制式的復(fù)合視頻信號(hào)。
權(quán)利要求
1. 一種攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ)光的控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1)根據(jù)快門參數(shù)計(jì)算光脈沖寬度參數(shù)；(2)檢測(cè)是否計(jì)算完成，若檢測(cè)結(jié)果為否，則返回步驟(1)；(3)若步驟(2)中檢測(cè)的結(jié)果為是，則根據(jù)快門參數(shù)設(shè)置脈沖寬度；(4)檢測(cè)是否設(shè)置完成，若檢測(cè)結(jié)果為否，則返回步驟(3)；(5)若步驟(4)中檢測(cè)的結(jié)果為是，則根據(jù)脈沖寬度參數(shù)查表求得相位參數(shù)；(6)檢測(cè)是否查表完成，若檢測(cè)結(jié)果為否，則返回步驟(5)；(7)若步驟(6)中檢測(cè)的結(jié)果為是，則根據(jù)相位參數(shù)設(shè)置相位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ)光的控制方法，其 特征在于，所述的根據(jù)快門參數(shù)計(jì)算光脈沖寬度參數(shù)包括以下步驟設(shè)攝像機(jī)快門打開時(shí)刻的相位為0相位；視頻圖像采集周期為T(PAL制式40.000ms; NTSC制式33.333ms); 場(chǎng)同步信號(hào)輸出延遲時(shí)間為D; 場(chǎng)同步信號(hào)分離延遲時(shí)間為tDis; 場(chǎng)同步信號(hào)鎖相跟蹤延遲時(shí)間為tPUJ閃光燈開啟延遲時(shí)間為tL。n;閃光燈關(guān)閉延遲時(shí)間為tL。ff; 貝U，攝像機(jī)快門打開的時(shí)刻為tso=nT(n=0,l,2,......);攝像機(jī)快門關(guān)閉的時(shí)刻為tsc=nT+S(n=0， 1 ，2，......)；場(chǎng)同步信號(hào)輸出的時(shí)刻為tSYNC=nT/2+D;閃光燈開啟時(shí)刻為t。n= 2*( tSYNC -D) —tpLL—tLon+( tPLL+tLon)= nT = tS0; 閃光燈關(guān)閉時(shí)刻為toff= 2*( tSYNC —D) +S—tPLL—tLof^( tPLL +tLoff)= nT+S = tsc。 由此計(jì)算，得到控制LED閃光燈的控制參數(shù)閃光相位延遲時(shí)間P=2D+ tPLL +tLon 閃光脈沖寬度時(shí)間W=S可得到控制相位關(guān)于開門速度的函數(shù)P(S)= 2*D(S) + tPIX +tL。n。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種攝像機(jī)同步LED閃光補(bǔ)光的控制方法，包括以下步驟根據(jù)快門參數(shù)計(jì)算光脈沖寬度參數(shù)；檢測(cè)是否計(jì)算完成，若為是，則根據(jù)快門參數(shù)設(shè)置脈沖寬度；檢測(cè)是否設(shè)置完成，若為是，則根據(jù)脈沖寬度參數(shù)查表求得相位參數(shù)；檢測(cè)是否查表完成，若為是，則根據(jù)相位參數(shù)設(shè)置相位。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將LED光源閃光脈沖與快門進(jìn)行同步，為攝像機(jī)提供高速閃光的光源，在保證補(bǔ)光的前提下降低電能消耗，并通過這種方式降低LED的工作溫度從而延長LED的壽命。還可以在對(duì)人攝像時(shí)，在保證成像質(zhì)量的前提下，感覺光源的亮度較低，被拍攝的人不會(huì)有燈光刺眼感覺，因此拍攝過程表現(xiàn)自然的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03B15/05GK101414095SQ20071004724
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者薇 姚, 彭樹林 申請(qǐng)人:上海遙薇實(shí)業(yè)有限公司