CN102932603A - 一种补光控制方法及摄像机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摄像机，包括：控制单元，用于从机芯获取视频场同步信号以及曝光时间，并根据预设的位置规则生成补光控制信号，补光控制信号的使能时间大于等于曝光时间，小于所述视频场同步信号周期，该补光控制信号的周期与视频场同步信号周期相同，补光控制信号的使能时间覆盖所述曝光时间；补光驱动单元，用于根据控制单元生成的补光控制信号生成补光驱动信号，并将补光驱动信号输出到补光灯以使得补光灯在所述补光控制信号的使能时间内点亮。本发明合理利用摄像机工作的客观特点，对补光灯的开启与关闭进行精确地控制，大幅度降低补光灯能量消耗，节约了成本，并解决了补光灯引发的整机散热问题。

Description

一种补光控制方法及摄像机
技术领域
本发明涉及安防技术领域，尤其涉及一种补光控制方法及摄像机。
背景技术
相机在低照度环境下，其感光部件会无法成像或者成像噪声很大。在视频监控等领域，为了在低照环境下获得较好的图像质量，一般会采用辅助光源（如补光灯）来照亮相机的拍摄区域。
补光灯从发光类型上来看目前主要包括红外灯、激光、白光灯等几种。为了在照射距离、图像质量方面均达到比较好的效果，监控摄像机所采用的补光灯的功率都比较大。由于补光灯的功率较大，因而会增加了摄像机电源的负载，增加摄像机的整体能耗，也对整机散热设计提出了比较大的挑战。目前可以通过使用节能型补光灯器件来解决功耗以及散热问题，然而节能型器件成本较高，且稳定性未必能达到用户要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种摄像机，包括控制单元、机芯、补光驱动单元以及补光灯；其中：
控制单元，用于从机芯获取视频场同步信号以及曝光时间，并根据预设的位置规则生成补光控制信号，其中补光控制信号的使能时间大于或等于所述曝光时间，小于所述视频场同步信号周期的时间长度，且该补光控制信号的周期与视频场同步信号周期相同，补光控制信号的使能时间覆盖所述曝光时间；
补光驱动单元，用于根据控制单元生成的补光控制信号生成补光驱动信号，并将补光驱动信号输出到补光灯以使得补光灯在所述补光控制信号的使能时间内点亮，在其他时间内熄灭。
本发明还提供一种补光控制方法，包括以下步骤：
A、从机芯获取视频场同步信号以及曝光时间，并根据预设的位置规则生成补光控制信号，其中补光控制信号的使能时间大于或等于所述曝光时间，小于所述视频场同步信号周期的时间长度，且该补光控制信号的周期与视频场同步信号周期相同，补光控制信号的使能时间覆盖所述曝光时间；
B、根据控制单元生成的补光控制信号生成补光驱动信号，并将补光驱动信号输出到补光灯以使得补光灯在所述补光控制信号的使能时间内点亮，在其他时间内熄灭。
本发明合理利用摄像机工作的客观特点，对补光灯的开启与关闭进行精确地控制，在保证摄像机在曝光时间内得到补光的同时，大幅度降低补光灯这一高功耗器件的能量消耗，节约了成本，并解决了补光灯发热多所引发的整机散热问题。
附图说明
图1是现有技术中两种补光控制时序示意图。
图2是本发明一种实施方式中摄像机的逻辑结构图。
图3是本发明一种实施方式中补光控制流程图。
图4是本发明一种实施方式中控制时序对照示意图。
图5是本发明另一种实施方式控制时序对照示意图。
具体实施方式
本发明从场同步信号着手，在需要补光的时候对摄像机进行同步性补光控制，在确保补光充分的情况下，避免补光灯长期开启引发的高能耗与高发热的问题。
请参考图1，在此前的技术实现中，监控摄像机补光灯的控制方式主要分为两种：
补光控制方式1：补光灯常开状态，驱动芯片的使能管脚处于一直使能状态（包括模拟调光方式）。
补光控制方式2：补光控制采用一定占空比的PWM方式来调节工作电流方式（包括模拟调光方式）。
目前这两种方式中补光灯缺乏精确的控制，请继续参考图1，只有在T1快门开启的时间补光灯开启才是有效的，在T2时间，由补光灯产生的光能完全浪费，而且还会引发额外的发热问题。
请参考图2，本发明提供一种摄像机，其包括控制单元、机芯、补光驱动单元以及补光灯。其中控制单元可以使用DSP/MCU/FPGA等可编程器件来实现，当然也可以使用专用芯片来实现。机芯通常为一体化机芯，其与控制单元之间可以通过UART/I2C或其他方式进行通信。以下描述在补光时序控制上的实现过程。
步骤10，控制单元从机芯读取视频场同步信号并确定视频场同步信号周期；
步骤20，控制单元从机芯读取当前快门的曝光时间；
步骤30，控制单元根据预设的位置规则生成补光控制信号，其中补光控制信号的使能时间大于或等于所述曝光时间，小于所述视频场同步信号周期，且该补光控制信号的使能时间覆盖所述曝光时间；
步骤40，补光驱动单元根据控制单元生成的补光控制信号生成补光驱动信号，并将补光驱动信号输出到补光灯以使得补光灯在所述补光控制信号的使能时间内点亮，在其他时间内熄灭。
请参考图3，控制单元先通过自身与机芯（通常为一体化机芯）之间通信通道从机芯获取视频场同步信号。摄像机可能以不同的速率来采集视频图像，这个速率通常称为帧率。假设帧率为30帧/秒，视频场同步信号周期为1/30秒，通常这些数据都可以直接或者间接从机芯获取到。
通常摄像机会在一个视频场同步周期内启动快门一次来采集一帧图像；快门速度可以是固定配置的也可能是动态变化的，快门速度越高则曝光时间越短。比如快门速度是100，则相应的曝光时间为10毫秒。快门的曝光时间可能在一个视频场同步周期的任何位置上，在不同的产品中，两者的位置关系可能不同，但在一个产品中这两个时间的位置关系通常是固定的。在一种流行的方式中，曝光结束时间点与视频场同步信号周期结束时间点是重合的。
请继续参考图3，假设视频场同步信号周期为T3，曝光时间为T4；由于T3和T4通常具有固定的位置关系，因此本发明中控制单元可以预先设置一个位置规则来生成补光控制信号，也就是进行信号的时序控制。在优选的方式中，这个位置规则的要求包括：补光控制信号的使能时间T5覆盖到曝光时间；具体来说，通常包括两个要件：要件1，通常补光控制信号使能开始时间早于或者等于曝光开始时间；要件2，而补光控制信号使能结束时间要晚于或者等于曝光结束时间。
上述两个要件主要是为了确保补光时间相对于曝光时间在前后各有一定的余量，规避意外抖动造成补光无法覆盖到曝光；在优选的方式中，前后余量均不大于T4的20%，也就是T5不大于1.4倍的T4，如果T5过大节能效果不好，T5过小则可能需要承受一些意外抖动引发的图像质量下降风险。如前所述，在流行的方式中，T3的结束时间点与T4结束时间点重合；控制单元可以在T4开始之前提前一段时间生成补光控制信号。显然，为了在每个视频场同步周期内都能驱动补光灯进行补光，因此控制单元生成的补光控制信号是周期性的信号，其周期与视频场同步信号周期相同。
考虑到前述帧率可能会发生变化，比如摄像机可能因控制层面发送的业务需求变更帧率，另外，快门的曝光时间可能也会在人工或者程序干预下发生变化，而且因为电路抖动等问题引发失步的问题。比如补光控制信号可能会发生偏移，如果偏移过多可能会导致前述使能时间T4无法覆盖曝光时间T3；因此控制单元可以定期（比如按照视频场同步周期）来执行前述步骤10到步骤30来重新生成补光控制信号，避免失步的问题；控制单元可以启动一个定时器来实现。
请参考图4以及图5，本发明适用于背景技术所提及两种控制方式，一种是高/低电平有效，另一种是PWM控制方式。假设帧率为30帧/秒，快门速度为60，因此T3为1/30秒，T4为1/60秒，假设按照预定的位置规则生成的控制信号的使能时间T5为1/50秒，则其他时间（T6，也就是非使能时间）为1/75秒。在T6时间内补光控制信号处于非使能状态，此时补光驱动单元不会驱动补光灯点亮，补光灯处于关闭状态。从能耗角度来说，相对于现有技术来说，在补光灯上能耗可以下降T6/T3=40%。假设帧率为24帧/秒，快门速度为80，T5为1/60秒，则T6为1/40秒；此时补光灯上的能耗可以下降60%。
本发明合理利用摄像机工作的客观特点，对补光灯的开启与关闭进行精确地控制，在保证摄像机在曝光时间内得到补光的同时，大幅度降低补光灯这一高功耗器件的能量消耗，节约了成本，并解决了补光灯发热多所引发的整机散热问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种摄像机，包括控制单元、机芯、补光驱动单元以及补光灯；其特征在于：
控制单元，用于从机芯获取视频场同步信号以及曝光时间，并根据预设的位置规则生成补光控制信号，其中补光控制信号的使能时间大于或等于所述曝光时间，小于所述视频场同步信号周期的时间长度，且该补光控制信号的周期与视频场同步信号周期相同，补光控制信号的使能时间覆盖所述曝光时间；
补光驱动单元，用于根据控制单元生成的补光控制信号生成补光驱动信号，并将补光驱动信号输出到补光灯以使得补光灯在所述补光控制信号的使能时间内点亮，在其他时间内熄灭。
2.如权利要求1所述的摄像机，其特征在于，其中位置规则包括：补光控制信号使能开始时间点早于曝光开始时间点；且补光控制信号使能结束时间点晚于曝光结束时间点。
3.如权利要求1所述的摄像机，其特征在于，所述补光控制信号的使能时间不大于曝光时间的1.4倍。
4.如权利要求1所述的摄像机，其特征在于，所述曝光结束时间点与视频场同步周期结束时间点重合。
5.如权利要求1所述的摄像机，其特征在于，所述控制单元进一步用于定期重新生成补光控制信号。
6.一种补光控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、从机芯获取视频场同步信号以及曝光时间，并根据预设的位置规则生成补光控制信号，其中补光控制信号的使能时间大于或等于所述曝光时间，小于所述视频场同步信号周期的时间长度，且该补光控制信号的周期与视频场同步信号周期相同，补光控制信号的使能时间覆盖所述曝光时间；
B、根据控制单元生成的补光控制信号生成补光驱动信号，并将补光驱动信号输出到补光灯以使得补光灯在所述补光控制信号的使能时间内点亮，在其他时间内熄灭。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其中位置规则包括：补光控制信号使能开始时间点早于曝光开始时间点；且补光控制信号使能结束时间点晚于曝光结束时间点。
8.如权利要求6所述的摄像机，其特征在于，所述补光控制信号的使能时间不大于曝光时间的1.4倍。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述曝光结束时间点与视频场同步周期结束时间点重合。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤A是采用定期的方式来重新生成补光控制信号的。
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