专利名称：全高清摄像机的自动光圈控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及自动光圈控制装置及方法，特别涉及一种高清摄像机的自动光圈控制装置及方法。
背景技术：
光圈是用来控制通过镜头的光线多少的装置。光圈对摄像机的成像质量有很大的影响，光圈的大小可以影响图像 的亮度和景深。自动光圈就是自动控制镜头的光圈大小，使得不同的光照下获得很好的图像亮度和景深。标清摄像机一般采用CXD传感器，CXD传感器输出的是模拟视频信号。模拟视频信号可直接用于视频驱动的自动光圈，或使用比较和积分电路转化为直流信号，用于DC驱动的自动光圈。采用CMOS传感器的标清摄像机，CMOS传感器输出的是数字视频信号，需要将数字视频信号转为模拟视频信号后，再用于光圈控制。全高清摄像机的传感器一般采用CMOS传感器，CMOS传感器输出的是高清数字视频信号。高清信号的分辨率远大于标清信号的分辨率。要实现光圈控制需要将高分辨率的高清信号转为标清信号，再将数字视频信号转换为模拟视频信号(比如通过D/A转换芯片及其驱动电路)，用于自动光圈控制，其中的数模转换元器件比如D/A转换芯片必然会大大增加摄像机的成本。CMOS传感器内部有曝光控制电路和增益控制电路，由CMOS传感器输出的数字视频信号可计算出当前帧的亮度值，但此亮度值已经包含了曝光控制和增益控制电路的影响，不是实际经过光圈到达传感器的亮度值，因此在本发明中被称为帧的亮度计算值。将此亮度计算值直接用于光圈控制，会导致光圈位置不准确。
发明内容
本发明一种全高清摄像机的自动光圈控制装置及方法，去掉了 CMOS传感器内部的曝光和增益值对光圈控制的影响，光圈控制准确，而且实现方式简单，降低了成本。一种全高清摄像机的自动光圈控制装置，包括CMOS传感器和运算模块；所述CMOS传感器设置在镜头后部，接收通过镜头的光圈进入的输入光线使其形成数字视频图像；CMOS传感器与运算模块连接，并且CMOS传感器输出数字视频图像的帧到运算模块，所述CMOS传感器具有曝光设定，通过曝光设定计算帧的曝光参数和增益参数；所述自动光圈控制装置还包括辅助设备，所述辅助设备可以是D/A转换芯片及其驱动电路；所述CMOS传感器与运算模块、D/A转换芯片及其驱动电路顺序连接；所述运算模块包括帧亮度计算值计算模块，实际亮度值计算模块，亮度差计算模块，所述帧亮度计算值计算模块接收输入的数字视频图像，计算数字视频图像的帧的亮度计算值，并传送给所述实际亮度值计算模块；所述实际亮度值计算模块读取所述帧在CMOS传感器中的曝光参数和增益参数，并计算出亮度增益，然后根据所述帧亮度计算值计算模块的所述帧的亮度计算值，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际亮度值并将其传输给所述亮度差计算模块，所述亮度差计算模块比较所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值得到亮度差，并传输给D/A转换芯片及其驱动电路；所述驱动电路与所述光圈连接，控制所述光圈打开到合适的位置。 一种全高清摄像机的自动光圈控制装置，包括CMOS传感器和运算模块；所述CMOS传感器设置在镜头后部，接收通过镜头的光圈进入的输入光线使其形成数字视频图像；CMOS传感器与运算模块连接，并且CMOS传感器输出数字视频图像的帧到运算模块，所述CMOS传感器具有曝光设定，通过曝光设定计算帧的曝光参数和增益参数；所述自动光圈控制装置还包括辅助设备，所述辅助设备可以是积分电路；所述CMOS传感器与运算模块和积分电路顺序连接；所述运算模块包括帧亮度计算值计算模块，实际亮度值计算模块，亮度差计算模块，PWM输出值计算模块；所述帧亮度计算值计算模块接收输入的数字视频图像，计算数字视频图像的帧的亮度计算值，并传送给所述实际亮度值计算模块；所述实际亮度值计算模块读取所述帧在CMOS传感器中的曝光参数和增益参数，并计算出亮度增益，然后根据所述帧亮度计算值计算模块的所述帧的亮度计算值，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际亮度值并将其传输给所述亮度差计算模块，所述亮度差计算模块比较所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值得到亮度差，并传输给所述PWM输出值计算模块，所述PWM输出值计算模块计算得出PWM输出值并将其传输给所述积分电路；积分电路与所述光圈连接，所述积分电路转换PWM输出值为模拟电压值，通过所述模拟电压值控制所述光圈打开到合适的位置。所述PWM输出值计算模块可以将所述亮度差与光圈的均衡值相乘，计算得到PWM输出值并将其传输给所述积分电路。所述运算模块可以是FPGA逻辑处理模块；所述CMOS传感器可以是HD CMOS传感器。所述曝光参数可以包括曝光行数eXp_line，所述增益参数包括模拟增益analog_gain和数字增益digital_gain,所述亮度增益即曝光和增益补偿值exposure可以是通过公式 exposure = exp_lineXanalog_gainXdigital_gain 得至Ij的，或通过公式 exposure=exp_lineX (analog_gainXNa) X (digital_gainXNd)得到的，其中的 Na 是模拟增益的比例系数，Nd是数字增益的比例系数；所述的帧的实际亮度值可以是由帧的亮度计算值除以曝光和增益补偿值exposure得到的。所述运算模块还可以包括彩色空间变换模块，所述彩色空间变换模块将CMOS传感器输入的视频图像转换到YUV彩色空间，再传输给所述的帧亮度计算值计算模块。—种全高清摄像机的自动光圈控制方法,包括如下步骤I)使光线进入镜头的光圈及其后部的CMOS传感器，形成数字视频图像，输出数字视频图像的帧到运算模块；CM0S传感器通过曝光设定计算帧的曝光参数和增益参数；2)所述运算模块计算数字视频图像的某帧的亮度计算值；3)所述运算模块读取所述帧在CMOS传感器中的曝光参数和增益参数，并计算出亮度增益；4)所述运算模块从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际
亮度值；
5)所述运算模块通过比较所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值，计算得出光圈控制信号，控制光圈打开到合适的位置；6)重复上述步骤I)至5)，直到帧的实际亮度值等于设定的亮度目标值，自动光圈调整结束。所述CMOS传感器可以是HD CMOS传感器；所述运算模块可以是FPGA逻辑处理模块。所述步骤I)中的所述曝光参数可以包括曝光行数eXp_line，所述增益参数可以包括模拟增益analog_gain和数字增益digital_gain,步骤3)中的所述亮度增益即曝光和增益补偿值exposure可以通过公式exposure=exp_line X analog_gain X digital_gain 得至丨J 的；或通过公式 exposure = exp_lineX (analog_gainXNa) X (digital_gainXNd)得到的，其中的Na是模拟增益的比例系数，Nd是数字增益的比例系数；步骤4)中的所述的从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际亮度值可以是指由帧的亮度计算值除以曝光和增益补偿值exposure得到所述帧的实际亮度值。步骤2)可以先将输入视频图像转换到YUV彩色空间，再计算数字视频图像的某帧的亮度计算值；步骤5)可以包括5A)将所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值做差值，再与光圈的均衡值相乘，得到输出的PWM输出值；以及5B)经过积分电路将PWM输出值转换为模拟电压值，通过所述模拟电压值控制光圈打开到合适的位置。本发明的技术效果本发明的一种全高清摄像机的自动光圈控制装置，在所述运算模块内设置帧亮度计算值计算模块，实际亮度值计算模块，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，计算出所述帧的实际亮度值，再用于光圈控制，消除了 CMOS传感器内部的曝光和增益值对光圈控制的影响，对光圈的控制更加准确。 本发明的一种全高清摄像机的自动光圈控制装置，在所述运算模块内设置帧亮度计算值计算模块，实际亮度值计算模块，亮度差计算模块和PWM输出值计算模块，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，计算出所述帧的实际亮度值，再用于光圈控制，消除了 CMOS传感器内部的曝光和增益值对光圈控制的影响，对光圈的控制更加准确；而且通过PWM输出值计算模块使用PWM输出值以数字方式控制模拟电路，并通过积分电路将PWM输出值转换为模拟电压值从而实现对光圈的自动控制，只需使用少量的外围电路，使得电路实现方式更加简单，降低了成本。本发明进一步的方案在所述PWM输出值计算模块将所述亮度差与光圈的均衡值相乘，是一种优选的计算PWM输出值的具体方式，可以方便、准确的得出PWM输出值。本发明进一步的方案提供了运算模块和/或CMOS传感器的优选方式，便于本发明优选的具体实施方式
的实施。
本发明进一步的方案提供了优选的计算数字视频图像的帧的亮度增益和实际亮度值的具体方式，可以准确的得到数字视频图像的实际亮度值。本发明进一步的方案还提供了另一种优选的计算数字视频图像的帧的亮度增益的具体方式，将增益转化为倍数，并且可以准确的得到数字视频图像的实际亮度值。本发明进一步的方案的运算模块将输入视频图像转换到YUV彩色空间，便于得到数字视频图像的亮度计算值。本发明的一种全高清摄像机的自动光圈控制方法，通过多次循环校正，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，计算出所述帧的实际亮度值，再用于光圈控制，消除了CMOS传感器内部的曝光和增益值对光圈控制的影响，对光圈的控制更加准确。本发明进一步的方案提供了 CMOS传感器和/或运算模块的具体方式，便于本发明方案的实施。本发明进一步的方案提供了优选的计算数字视频图像的帧的亮度增益和实际亮度值的具体方式，可以准确的得到数字视频图像的实际亮度值。本发明进一步的方案还提供了另一种优选的计算数字视频图像的帧的亮度增益的具体方式，将增益转化为倍数，并且可以准确的得到数字视频图像的实际亮度值。本发明进一步的方案的运算模块将输入视频图像转换到YUV彩色空间，便于得到数字视频图像的亮度计算值。本发明进一步的方案将所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值做差值，再与光圈的均衡值相乘，提供了优选的计算PWM输出值的具体方式，可以方便、准确的得出PWM输出值，再经过积分电路转换为模拟电压值，便于对光圈的准确控制。
图I是本发明的一个具体实施方式
的全高清摄像机的自动光圈控制装置的结构示意图。图2是图I中的FPGA逻辑处理模块的内部逻辑示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
描述如下。实施例I一种全高清摄像机的自动光圈控制装置，包括顺序连接的CMOS传感器(比如HDCMOS传感器)I、运算模块，以及辅助运算模块对光圈进行控制的辅助设备，比如若运算模块中包含以数字方式控制模拟电路以便对光圈进行控制的PWM(脉宽调制)输出值计算模块，那么运算模块需要连接的辅助设备就是转换PWM输出值为模拟电压值的积分电路，所述的模拟电压值可以控制光圈打开到合适的位置。这样相对于以D/A转换芯片及其驱动电路为辅助设备而在运算模块中没有PWM输出值计算模块的自动光圈控制装置，可以大幅度地降低系统的成本和功耗。运算模块的具体形式有很多，比如FPGA逻辑处理模块、CPLD逻 辑门以及其它ASIC器件。本发明以FPGA逻辑处理模块为例进行描述，但是本领域技术人员可以将本发明的技术方案拓展应用于上述的CPLD逻辑门或其它ASIC器件，因此本发明具体实施方式
中的FPGA逻辑处理模块不应被认为是对本发明的运算模块的限制。以下结合附图并以FPGA逻辑处理模块作为运算模块的例子和以积分电路作为辅助设备的例子对本发明的具体实施方式
进行描述，如图I所示。所述CMOS传感器I设置在镜头后部，接收通过镜头的光圈进入的输入光线使其形成数字视频图像；CM0S传感器I与运算模块(图I中是FPGA逻辑处理模块2)连接，且CMOS传感器I输出数字视频图像的帧到运算模块(图I中是FPGA逻辑处理模块2)，所述CMOS传感器I具有曝光设定，通过曝光设定计算帧的曝光参数和增益参数。FPGA逻辑处理模块2得到CMOS传感器I的数字视频图像，并读取CMOS传感器I中的曝光参数和增益参数，经过一系列计算得到PWM输出值并将其传输给积分电路3作为一个具体实施方式
，FPGA逻辑处理模块2的内部逻辑如图2所示(当然也可以类比到上述的其它形式的运算模块的内部逻辑)。所述FPGA逻辑处理模块2可以包括帧亮度计算值计算模块22，实际亮度值计算模块23，亮度差计算模块，PWM输出值计算模块24。作为优选实施方式，所述FPGA逻辑处理模块2还可以包括彩色空间变换模块21，此时，所述彩色空间变换模块21将CMOS传感器I输入的RGB格式的数字视频图像转换到YUV彩色空间的YUV格式，再传输给所述的帧亮度计算值计算模块22 (当然根据情况可以转换为其它格式或不转换格式，若不需要转换格式，当然也就可以取消彩色空间变换模块21)。所述帧亮度计算值计算模块22根据接收的输入的数字视频图像计算数字视频图像的帧的亮度计算值(反映输入光线的亮度值，但包含了增益参数的影响)。所述实际亮度值计算模块23读取所述帧在CMOS传感器I中的曝光参数和增益参数，并计算出亮度增益，然后根据所述帧亮度计算值计算模块22的所述帧的亮度计算值，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际亮度值(即实际光圈输入的亮度值)并将其传输给所述亮度差计算模块。所述亮度差计算模块比较所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值(即由人工设定或设备自动设定的亮度值)得到亮度差，并传输给所述PWM输出值计算模块24。所述PWM输出值计算模块24计算得出PWM输出值并将其传输给所述积分电路3。作为一个优选实施方式，PWM输出值计算模块24根据亮度差、均衡值和光圈速度值计算出PWM输出值，比如所述PWM输出值计算模块24将所述亮度差与光圈的均衡值相乘，计算得到PWM输出值并将其传输给所述积分电路。所述均衡值是与光圈相关的参数，不同的自动光圈镜头，在达到同样的光圈值时，控制电压会略有不同，改变均衡值可以改变控制电压。调整均衡值可适应不同的镜头，均衡值越大，输出的PWM值越大。本发明使用可调整均衡值来适应不同的镜头，适应性强。调整光圈速度，可调整光圈运动的快慢。作为运算模块的辅助设备的例子，在图I中，积分电路3与所述光圈连接，所述积分电路3转换PWM输出值为模拟电压值，通过所述模拟电压值控制所述光圈打开到合适的位置。上述各部件的控制过程可能需要循环几次才能达到对光圈的准确控制，也就是说，上述当积分电路3输出的模拟电压值控制光圈打开到某个合适的位置后，光圈的输入光线的亮度随之发生改变，从而引起FPGA逻辑处理模块2的新一轮计算，对光圈的开度产生新的控制，这个过程将在实际亮度值计算模块23计算得到的帧的实际亮度值等于设定的亮度目标值或在设定的亮度目标值某个阈值范围内时停止，从而达到对光圈的准确自动控制。实施例2一种全高清摄像机的自动光圈控制装置，包括CMOS传感器I和运算模块(与实施例I类似，同样可以是FPGA逻辑处理模块2、CPLD逻辑门或其它ASIC器件)；所述CMOS传感器I的设置及功能与实施例I相同，也是设置在镜头后部，接收通过镜头的光圈进入的输入光线使其形成数字视频图像；CM0S传感器与运算模块连接，并且CMOS传感器输出数字视频图像的帧到运算模块，所述CMOS传感器具有曝光设定，通过曝光设定计算帧的曝光参数和增益参数。在该实施例中，辅助设备是D/A转换芯片及其驱动电路；所述CMOS传感器与运算模块、D/A转换芯片及其驱动电路顺序连接。在该实施例中，所述运算模块包括帧亮度计算值计算模块，实际亮度值计算模块，亮度差计算模块，但相对于实施例I，不包括PWM输出值计算模块24。其它模块的连接和信号传输关系与实施例I类似，比如，所述帧亮度计算值计算模块接收输入的数字视频图像，计算数字视频图像的帧的亮度计算值，并传送给所述实际亮度值计算模块；所述实际亮度值计算模块读取所述帧在CMOS传感器中的曝光参数和增益参数，并计算出亮度增益，然后根据所述帧亮度计算值计算模块的所述帧的亮度计算值，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际亮度值并将其传输给所述亮度差计算模块，所述亮度差计算模块比较所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值得到亮度差。实施例2与实施例I的区别在于，亮度差计算模块将所述亮度差传输给D/A转换芯片及其驱动电路；所述驱动电路与所述光圈连接，控制所述光圈打开到合适的位置。上述各部件的控制过程可能也需要循环几次才能达到对光圈的准确控制，与实施例I的情况类似，此处从略。实施例2是通过D/A转换芯片及其驱动电路转换FPGA逻辑处理模块2的输出值从而控制光圈的，同样具有实施例I中的从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，计算出所述帧的实际亮度值，再用于光圈控制的技术效果，在对光圈控制的准确率上相对于现有技术同样有了明显提高。但由于实施例I使用PWM输出值以数字方式控制模拟电路，并通过积分电路3将PWM输出值转换为模拟电压值从而实现对光圈的自动控制，只需使用少量的外围电路，使得电路比实施例2的结构更加简单，工作可靠。实施例3在上述实施例I、实施例2的结构基础上，本实施例提出了一个准确计算亮度增益的优选的
具体实施例方式所述曝光参数包括曝光行数expjine，所述增益参数包括模拟增益analog_gain和数字增益digital_gain,所述亮度增益即曝光和增益补偿值exposure是通过公式 exposure = exp_lineXanalog_gainXdigital_gain 得到的(可以在 FPGA 逻辑处理模块2中进行)。如果考虑到实际中的单位变换，即将增益(以dB为单位)转换为倍数，则所述亮度增益即曝光和增益补偿值exposure可以通过公式exposure = exp_lineX (analog_gainXNa) X (digital_gainXNd)得到的,其中的Na是模拟增益的比例系数，Nd是数字增益的比例系数。比如 Na = 1149/1024，Nd = 4140/4096，那么 analog_gainX 1149/1024 是将模拟增益值转换为倍数，digital_gainX4140/4096是将数字增益值转换为倍数。在本实施例中，作为一个更加优选的实施方式，所述的帧的实际亮度值可以由帧的亮度计算值除以曝光和增益补偿值exposure得到。本发明还介绍了一种全高清摄像机的自动光圈控制方法，包括如下步骤I)使光线进入镜头的光圈及其后部的CMOS传感器I (比如HD CMOS传感器)，形成数字视频图像，输出数字视频图像的帧到运算模块(比如图I、图2中的FPGA逻辑处理模块2)，CMOS传感器I通过曝光设定计算帧的曝光参数和增益参数；2)所述运算模块计算数字视频图像的某帧的亮度计算值；
3)所述运算模块读取所述帧在CMOS传感器I中的曝光参数和增益参数，并计算出亮度增益；4)所述运算模块从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际
亮度值；5)所述运算模块通过比较所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值(即人工设定或设备自动设定的亮度值)，计算得出光圈控制信号(比如在图I中的由PWM输出值经积分电路3转化的模拟电压值，也可以是经过D/A转换芯片及其驱动电路发出的控制信号)，控制光圈打开到合适的位置；所述光圈控制信号 在需要时可以是DC光圈控制信号；6)重复上述步骤I)至5)，直到帧的实际亮度值等于设定的亮度目标值，自动光圈调整结束。比如，使用积分电路3转换PWM输出为模拟电压值，控制光圈打开到合适的位置。光圈的开度的变化又改变了输入光线(即帧)的实际亮度值，多次重复上述循环直到输入光线的实际亮度值等于设定的亮度值，至此自动光圈调整结束。优选地，在高清摄像机的情况下，所述CMOS传感器是HD CMOS传感器；所述运算模块可以是FPGA逻辑处理模块2。优选地，步骤2)先将输入视频图像转换到YUV彩色空间，再计算数字视频图像的某帧的亮度计算值。优选地，步骤I)中的所述曝光参数包括曝光行数eXp_line，所述增益参数包括模拟增益analog_gain和数字增益digital_gain ;步骤3)中的所述亮度增益即曝光和增益补偿值 exposure 是通过公式 exposure = exp_lineXanalog_gainXdigital_gain 得至Ij的；在需要单位转换，即将增益(单位为dB)转换为倍数的情况下，exposure可以通过公式exposure = exp_lineX (analog_gainXNa) X (digital_gainXNd)得到，其中的Na是模拟增益的比例系数，Nd是数字增益的比例系数。比如Na = 1149/1024，Nd = 4140/4096，那么analog_gainX 1149/1024是将模拟增益值转换为倍数，digital_gainX 4140/4096是将数字增益值转换为倍数。优选地，步骤4)中的所述的从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述中贞的实际亮度值是指由巾贞的亮度计算值除以曝光和增益补偿值exposure得到的所述中贞的实际亮度值。步骤5)可以是通过FPGA逻辑处理模块和积分电路协同光圈实现的。作为一个具体实施方式
，步骤5)可以包括5A)将所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值做差值，再与光圈的均衡值相乘，得到输出的PWM输出值；以及5B)经过积分电路3将PWM输出值转换为模拟电压值，通过所述模拟电压值控制光圈打开到合适的位置。本发明中的CMOS传感器在高清摄像机中优选HD CMOS传感器。与将CMOS传感器输出的数字信号转为模拟的电视信号,再控制光圈的方法相比，本发明的优点在于a)电路实现简单；b)由于大多数的高清镜头的光圈控制是DC控制的，本发明特别适合高清摄像机；c)去除了曝光和增益值对光圈控制的影响，光圈控制更准确。
权利要求
1.一种全高清摄像机的自动光圈控制装置，包括CMOS传感器和运算模块；所述CMOS传感器设置在镜头后部，接收通过镜头的光圈进入的输入光线使其形成数字视频图像；CMOS传感器与运算模块连接，并且CMOS传感器输出数字视频图像的帧到运算模块，所述CMOS传感器具有曝光设定，通过曝光设定计算帧的曝光参数和增益参数； 其特征在于，还包括辅助设备，所述辅助设备是D/A转换芯片及其驱动电路；所述CMOS传感器与运算模块、D/A转换芯片及其驱动电路顺序连接； 所述运算模块包括帧亮度计算值计算模块，实际亮度值计算模块，亮度差计算模块，所述帧亮度计算值计算模块接收输入的数字视频图像，计算数字视频图像的帧的亮度计算值，并传送给所述实际亮度值计算模块；所述实际亮度值计算模块读取所述帧在CMOS传感器中的曝光参数和增益参数，并计算出亮度增益，然后根据所述帧亮度计算值计算模块的所述帧的亮度计算值，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际亮度值并将其传输给所述亮度差计算模块，所述亮度差计算模块比较所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值得到亮度差，并传输给D/A转换芯片及其驱动电路； 所述驱动电路与所述光圈连接，控制所述光圈打开到合适的位置。
2.一种全高清摄像机的自动光圈控制装置，包括CMOS传感器和运算模块；所述CMOS传感器设置在镜头后部，接收通过镜头的光圈进入的输入光线使其形成数字视频图像；CMOS传感器与运算模块连接，并且CMOS传感器输出数字视频图像的帧到运算模块，所述CMOS传感器具有曝光设定，通过曝光设定计算帧的曝光参数和增益参数； 其特征在于，还包括辅助设备，所述辅助设备是积分电路；所述CMOS传感器与运算模块和积分电路顺序连接； 所述运算模块包括帧亮度计算值计算模块，实际亮度值计算模块，亮度差计算模块，PWM输出值计算模块；所述帧亮度计算值计算模块接收输入的数字视频图像，计算数字视频图像的帧的亮度计算值，并传送给所述实际亮度值计算模块；所述实际亮度值计算模块读取所述帧在CMOS传感器中的曝光参数和增益参数，并计算出亮度增益，然后根据所述帧亮度计算值计算模块的所述帧的亮度计算值，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际亮度值并将其传输给所述亮度差计算模块，所述亮度差计算模块比较所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值得到亮度差，并传输给所述PWM输出值计算模块，所述PWM输出值计算模块计算得出PWM输出值并将其传输给所述积分电路； 积分电路与所述光圈连接，所述积分电路转换PWM输出值为模拟电压值，通过所述模拟电压值控制所述光圈打开到合适的位置。
3.根据权利要求2所述的自动光圈控制装置，其特征在于，所述PWM输出值计算模块将所述亮度差与光圈的均衡值相乘，计算得到PWM输出值并将其传输给所述积分电路。
4.根据权利要求I至3之一所述的自动光圈控制装置，其特征在于，所述运算模块是FPGA逻辑处理模块；和/或所述CMOS传感器是HD CMOS传感器。
5.根据权利要求I至4之一所述的自动光圈控制装置，其特征在于，所述曝光参数包括曝光行数exp_line,所述增益参数包括模拟增益analog_gain和数字增益digital_gain,所述亮度增益即曝光和增益补偿值exposure是通过公式exposure = exp_lineXanalog_gainX digital_gain 得至Ij的，或通过公式 exposure = exp_lineX (analog_gainXNa) X (digital_gainXNd)得到的，其中的Na是模拟增益的比例系数，Nd是数字增益的比例系数；所述的帧的实际亮度值是由帧的亮度计算值除以曝光和增益补偿值exposure得到的。
6.根据权利要求I至5之一所述的自动光圈控制装置，其特征在于，所述运算模块还包括彩色空间变换模块，所述彩色空间变换模块将CMOS传感器输入的视频图像转换到YUV彩色空间，再传输给所述的帧亮度计算值计算模块。
7.一种全高清摄像机的自动光圈控制方法，其特征在于，包括如下步骤 1)使光线进入镜头的光圈及其后部的CMOS传感器，形成数字视频图像，输出数字视频图像的帧到运算模块；CM0S传感器通过曝光设定计算帧的曝光参数和增益参数； 2)所述运算模块计算数字视频图像的某帧的亮度计算值； 3)所述运算模块读取所述帧在CMOS传感器中的曝光参数和增益参数，并计算出亮度增益； 4)所述运算模块从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际亮度值； 5)所述运算模块通过比较所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值，计算得出光圈控制信号，控制光圈打开到合适的位置； 6)重复上述步骤I)至5)，直到帧的实际亮度值等于设定的亮度目标值，自动光圈调整结束。
8.根据权利要求6所述的全高清摄像机的自动光圈控制方法，其特征在于，所述CMOS传感器是HD CMOS传感器；和/或所述运算模块是FPGA逻辑处理模块。
9.根据权利要求6或7所述的自动光圈控制方法，其特征在于， 步骤I)中的所述曝光参数包括曝光行数eXp_line，所述增益参数包括模拟增益analog_gain 和数字增益 digital_gain, 步骤3)中的所述亮度增益即曝光和增益补偿值exposure是通过公式exposure=exp_line X analog_gainX digital_gain 得至丨J 的；或通过公式 exposure = exp_lineX (analog_gainXNa) X (digital_gainXNd)得到的，其中的Na是模拟增益的比例系数，Nd是数字增益的比例系数； 步骤4)中的所述的从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，得到所述帧的实际亮度值是指由巾贞的亮度计算值除以曝光和增益补偿值exposure得到所述巾贞的实际亮度值。
10.根据权利要求6至8之一所述的自动光圈控制方法，其特征在于， 步骤2)是先将输入视频图像转换到YUV彩色空间，再计算数字视频图像的某帧的亮度计算值； 和/或步骤5)包括5A)将所述帧的实际亮度值和设定的亮度目标值做差值，再与光圈的均衡值相乘，得到输出的PWM输出值；以及5B)经过积分电路将PWM输出值转换为模拟电压值，通过所述模拟电压值控制光圈打开到合适的位置。
全文摘要
本发明一种全高清摄像机的自动光圈控制装置及方法，包括顺序相连的CMOS传感器、运算模块和辅助设备。所述运算模块包括帧亮度计算值计算模块，实际亮度值计算模块，亮度差计算模块，从所述帧的亮度计算值中去掉所述亮度增益，计算出所述帧的实际亮度值，再用于光圈控制，消除了CMOS传感器内部的曝光和增益值对光圈控制的影响，光圈控制准确，而且实现方式简单，降低了成本。
文档编号G03B7/085GK102625048SQ20121008249
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者闫威 申请人:北京博研新创数码科技有限公司