专利名称：摄像机快门自动实时逐帧连续调节器的制作方法
技术领域：
本发明属数字信息的传输与处理，具体涉及到在智能交通、视频监控等视频图像处理应用领域中的一种摄像机连续帧快门自动调节的装置。
背景技术：
在智能交通、视频监控等视频图像处理应用领域中要求获取运动视频图像，特别是室外全天候实时视频采集时会遇到诸多的困难，例如自然光线的强烈变化，光线从白天到夜晚，从夏天到冬天的变化差异，又如中午太阳光直射水泥路面反光的强光的影响，夜晚汽车突然开启大灯的行驶等等；而一般监控摄像机的自动光圈调节范围有限，快门手动设定后，很难兼顾高速运动物体要求的高速快门与夜晚曝光量不足的矛盾。现有技术中有些监控摄像机虽然提供了串行接口，可以更改快门速度，但是串行接口由于波特率的限制(以9600波特率，一位起始位、8位数据位、一位停止位发送一个字节约需要1ms，)速度比较慢，而且由于不知道摄像机何时开始一帧图像的采集，控制端没有办法实现逐帧改变摄像机快门；但是在实际应用中，有时需要获取高速运动物体不同曝光值的图像，高速物体由于有运动拖尾，对于现在的隔行扫描摄像机，后端图像识别系统只能采用单场(奇场或偶场)图像，这就要求摄像机逐帧改变快门，现有技术的方法显然是不适应的。
发明内容
本发明的目的就是提供一种按预先设定值实时、连续地对摄像机每帧图像的曝光时间进行调节，获得运动物体不同曝光值的逐帧连续图像的摄像机快门自动实时逐帧连续调节器，以解决现有调节摄像机快门方法(手动调节、串行接口调节或自动快门)不能实现逐帧连续调节的困难。
采用以下技术方案可以实现上述目的一种摄像机快门自动实时逐帧连续调节器，主要包括连接外部摄像机装置并对输入的复合视频信号进行分离的同步信号分离电路U3，以及与之连接的脉宽调整、延时电路U6、U7，对分离获得的同步信号进行控制的MCU微控制器U1，与MCU微控制器U1相连的总线驱动电路U8，对摄像机输入的复合视频信号加以标注的字符叠加器U2以及输入输出插座JP，其特征在于MCU微控制器U1的14脚、15脚与总线驱动电路U8的9脚、7脚连接，MCU微控制器U1的第16、17、18、19脚与总线驱动器U8的第8、6、4、2脚连接，MCU微控制器U1的11、12脚与字符叠加器件U2的1、2脚连接；MCU微控制器U1内设控制装置，该装置可对如下动作进行选择在待机状态下，MCU微控制器U1一直检测触发信号，当有触发信号时，MCU微控制器U1首先判别是否同步信号出现，如没有则继续等待，当同步信号到来时，按照预先设定的连续改变快门的帧数和每帧图像的快门值，指令输出第一次改变的快门值，同时控制字符叠加器件U2在视频上叠加字符，表明此帧图像改变的快门值。当完成一帧图像快门改变后，立即进行后继帧快门改变的判别，直到完成预定的次数；其特征还在于同步信号分离电路U3把从视频中分离出的同步信号经过脉宽调整、延迟电路U6、U7中U6A的整形以及逻辑处理后，输入到带有施密特触发器输入端的双单稳态多谐振荡器U7A的第2脚，调节其外接的定时元件Cext和Rext的值，改变输出脉冲宽度，获得延迟同步信号；经脉宽调整、延迟电路U6、U7分离获得的复合同步信号(COMPOSITE SYNC)接到脉宽调整、延迟电路U6、U7中U6A的第12脚、第13脚，经整形后输入到字符叠加器U2的第17脚，作为字符叠加的同步信号；MCU微控制器U1从第16、17、18、19脚输出控制摄像机快门信号，经总线驱动电路U8的第12、14、、16、18脚输出控制信号与输入输出插座JP的第5、6、7、8脚相连接，可以通过一根S端子连线连接到摄像机的S端子上，对摄像机快门进行调节；其特征还在于由外部车辆检测器提供的动目标检测触发信号，接到输入输出插座JP的第3脚、第4脚，再输入到总线驱动器U8的第11脚，经驱动、隔离后送MCU微控制器U1的14脚，MCU微控制器U1监测到此信号后，同时根据获得的同步信号调节摄像机快门，控制字符叠加；由摄像机输入的视频信号同时也输入到字符叠加器U2的第24脚，当有车辆经过时，MCU微控制器U1调节摄像机快门的同时，会控制字符叠加器U2对摄像机输出的视频信号进行字符叠加，通过字符叠加器U2的21脚输出到J2，后端设备可以通过此输出接口接受视频信号。
需要说明的是预定帧数，指的是调节器设置可连续调节视频图像快门的帧数，比如连续调节3帧；预定快门值，指的是设定调节3帧中每一帧的快门值，比如1/1000、1/2000、1/4000秒。这些设定值在使用中是可以更改的。
本发明公开的技术方案通过试验产生的积极效果表明，一是在某些室外视频系统如汽车高速路收费站、交通智能管制系统中，解决了监控用摄像机固定快门值不能兼顾白天强光照射，夜晚曝光不足等实际问题，有广泛实际应用价值；二是摄像机快门自动实时逐帧连续调节器解决了以往视频应用中不能连续、逐帧该变快门值的困难，特别是现有监控用摄像机一般不提供逐帧、实时改变快门；利用本发明所述的调节器能使监控用摄像机具增加了此功能，较圆满的解决了室外视频系统因为光线变化范围大而需要调节摄像机快门方法(手动调节、串行接口调节或自动快门)不能实现逐帧连续调节的问题。
四
图1是本发明摄像机快门自动实时逐帧连续调节器结构示意框2是本发明所说逐帧连续调节器同步信号分离电路原理3是本发明所说调节器触发信号检测与快门调节电路原理4是本发明所说逐帧连续调节器视频图像标注电路原理5是本发明所说逐帧连续调节器控制装置流程6是本发明摄像机快门自动实时逐帧连续调节器插座JP示意7是本发明所说调节器的改造摄像机手动开关结构连线示意8是本发明摄像机快门自动实时逐帧连续调节器工作流程示意图五具体实施方式
结合附图作进一步的具体说明并给出实施例和应用过程。
从图1图2图3图4可以看出，要实现本发明所说的目的，首先要从摄像机复合视频信号中通过同步信号分离电路U3提取帧、场同步信号，本实施例选用了LM1881芯片来处理，但是复合视频信号的帧、场同步信号指示的是帧、场视频信号的开始，如果直接作为同步信号去同步改变电子快门值，是不能达到改变本帧图像快门的目的。因此此在LM1881芯片输出的同步信号后增加了同步信号脉宽调整、延迟电路U6、U7，该电路选用了74HC00、74LS221芯片，作为对分离后的同步信号的脉宽调整、延迟处理，此处理是非常重要的。使当前帧的帧同步信号延迟一定时间后，作为改变下一帧图像曝光时间(快门值)的同步信号。当然也可以设法从摄像机时序控制、CCD驱动芯片(CXD2480)中获取时钟信号，但是这样做对摄像机改动较大，很难在实际工程安装中使用。本发明采取了一种最直接简便易于安装的设计，摄像机输出的模拟视频通过视频输入接口J3输入到本发明所说的调节器内，经过阻抗匹配电阻R1、R2和电容C33后输入到同步信号分离电路U3的LM1881芯片的第2脚(PIN2)；LM1881芯片从复合视频中分离出同步信号(COMPOSITE SYNC、VERTICALSYNC、ODD/EVEN FIELD PULSE复合同步、行同步、奇偶场脉冲)。
行同步信号(VERTICAL SYNC)接到U6的延迟电路U6、U7中U6A的74HC00芯片的第1脚、第2脚，经整形后输入到同一芯片U6B的第4脚奇偶场脉冲信号(ODD/EVENFIELD PULSE)接到U6B的74HC00芯片第5脚；行同步信号(VERTICAL SYNC)和奇偶场脉冲信号(ODD/EVEN FIELD PULSE)经过74HC00芯片(与非门)的整形以及逻辑处理后，输入到同步信号脉宽调整、延迟电路U6、U7中带施密特触发器输入端的双单稳态多谐振荡器U7A的第2脚，本实施例U7A选用74LS221芯片，调节74LS221芯片外接的定时元件Cext(C7_2)和Rext(R7_2)的值，就可以改变输出脉冲宽度tw＝tw＝Cext·RT·ln2，达到调整、延迟同步信号的目的。经过脉宽调节的信号从U7A的74LS221芯片第4脚输出，接到同一芯片U7B的第10脚，再经过具有相同功能U7B的第二个模块74LS221芯片处理后，经U7B的第5脚输出控制摄像机的同步信号。此同步信号输入到总线驱动器U8的第13脚，本实施例U8选用的是74HC244芯片，经驱动后由第7脚输出到MCU微控制器U1的第15脚。MCU微控制器U1根据此同步信号判别是否可以同步调节摄像机快门。延时电路U7输出的同步信号经总线驱动器U8的7脚连接到MCU微控制器U1的15引脚上。
一般的监控摄像机经过PAL编码后以模拟方式输出视频，为了使后端视频处理软件能够知道从哪帧图像起开始按照预定设值改变快门，必须在模拟视频上加以标注，本发明使用了常用的字符叠加器U2来对所述摄像机输入的复合视频信号加以标注。在本实施例中U2选用了NEC6464芯片完成字符叠加的功能。从摄像机输出的复合视频信号经U3的LM1881芯片分离出来的复合同步信号(COMPOSITESYNC)接到U6D的74HC00芯片的第12脚、第13脚，经整形后输入到字符叠加器U2的NEC6464芯片的17脚，作为字符叠加的同步信号。当MCU微控制器U1监测到有运动物体经过时，在指令改变快门的同时，会控制字符叠加器U2的NEC6464芯片叠加字符。
结合图1图5，本实施例采用了高性能的微控制器和逻辑器件为系统核心的设计，即MCU微控制器U1选用了高性能的AT89C2051芯片，其PEROM(programmable and erasable read only memory)内设了控制装置，该装置可对如下动作进行选择在待机状态下，MCU微控制器U1的控制装置一直检测运动目标检测触发信号，判断是否有运动目标出现，如果没有返回再继续检测；如果有运动目标检测触发信号，MCU微控制器U1首先检测判别摄像机同步信号是否出现，如果没有则继续等待；如果有则按照预先设定的连续改变快门的帧数和每帧图像的快门值，指令输出第一次改变的快门值，同时控制字符叠加器U2在视频上叠加字符，表明此帧图像改变的快门值。同时判断摄像机快门是否达到预定帧数？如果没有返回继续，直到达到预定帧数后，恢复摄像机常规快门设置。当完成一帧图像快门改变后，立即进行后继帧快门改变的判别，直到完成预定的次数。
为了获得动目标触发信号，以便与摄像机帧和场同步信号匹配，在MCU微控制器U1控制下直接调节摄像机快门速度，本实施例采用了动感线圈电路检测与驱动电路U8、MCU微控制器U1连接，动感线圈电路检测输出动目标触发信号经输入输出插座JP的3、4脚，经总线驱动器U8的9脚接到MCU微控制器U1的14引脚上，同时经J3输入本调节器的视频信号也输入到U2的NEC6464的第24脚，当有车辆经过时，MCU微控制器U1调节摄像机快门的同时，控制符叠加器U2的NEC6464芯片对摄像机输出的视频信号进行字符叠加，经U2的NEC6464芯片第21脚输出到本调节器的输出接口J2，后端设备可以通过此输出接口接受视频信号。
结合图6图7可以看出经总线驱动电路U8的第12、14、16、18脚输出控制信号与输入输出插座JP的第5、6、7、8脚相连接，并且通过一根S端子连线连接到摄像机的S端子上，对摄像机快门进行调节；而摄像机的S端子容易改造，即采用硬连结的方式，直接对摄像机手动拨码开关处进行改造，图7提供了手动拨码开关处进改造的示意方法。监控用摄像机一般都有手动改变快门的拨码开关，本实施例将手动快门的拨码开关原来的控制线引出来，形成一根S端子连线，完成了对摄像机的快门控制连接。满足上述条件后本发明完全能够自动、实时地连续改变、调节快门。附图8是本发明实际运用的一个实施例，在试验过程中使用过的一组快门值是1/5001/1000 1/4000 1/5000秒；当车辆从隧道口驶出时，正值盛夏中午太阳光十分强烈，传统监控用摄像机跟随车辆抓拍，其结果抓拍下来的照片曝光过度。采用本发明调节器后在一组快门值的中间突然提高快门值为1/1000、1/4000秒，使得强光照射对车辆牌照的影响减少到最少，使用变化的逐帧连续调节快门值的这一组照片获得了能满足要求的车牌号。
权利要求
1.一种摄像机快门自动实时逐帧连续调节器，主要包括连接外部摄像机装置并对输入的复合视频信号进行分离的同步信号分离电路[U3]，以及与之连接的脉宽调整、延时电路[U6、U7]，对分离获得的同步信号进行控制的MCU微控制器[U1]，与MCU微控制器[U1]相连的总线驱动电路[U8]，对所述摄像机输入的复合视频信号加以标注的字符叠加器[U2]以及输入输出插座[JP]，其特征是MCU微控制器[U1]的14脚、15脚与总线驱动电路[U8]的9脚、7脚连接，MCU微控制器[U1]的第16、17、18、19脚与总线驱动器[U8]的第8、6、4、2脚连接，MCU微控制器[U1]的11、12脚与字符叠加器[U2]的1、2脚连接；MCU微控制器[U1]内设控制装置，该装置可对如下动作进行选择在待机状态下，MCU微控制器[U1]一直检测触发信号，当有触发信号时，MCU微控制器[U1]首先判别是否同步信号出现，如没有则继续等待，当同步信号到来时，按照预先设定的连续改变快门的帧数和每帧图像的快门值，指令输出第一次改变的快门值，同时控制字符叠加器件[U2]在视频上叠加字符，表明此帧图像改变的快门值；当完成一帧图像快门改变后，立即进行后继帧快门改变的判别选择，直到完成预定的次数。
2.根据权利要求1所述的逐帧连续调节器，其特征是同步信号分离电路[U3]使从复合视频中分离出的同步信号经过脉宽调整、延迟电路[U6、U7]中的[U6A]电路的整形以及逻辑处理后，输入到带有施密特触发器输入端的双单稳态多谐振荡器[U7A]的第2脚，调节其外接的定时元件Cext和Rext的值，可以改变输出脉冲宽度，获得延迟同步信号；
3.根据权利要求1所述的逐帧连续调节器，其特征是经同步信号分离电路[U3]分离获得的复合同步信号(COMPOSITE SYNC)接到脉宽调整、延迟电路[U6、U7]中[U6D]的第12脚、第13脚，经整形后输入到字符叠加器[U2]的第17脚，作为字符叠加的同步信号；
4.根据权利要求1所述的逐帧连续调节器，其特征是MCU微控制器[U1]从第16、17、18、19脚输出控制摄像机快门信号，经总线驱动电路[U8]的第12、14、16、18脚输出控制信号与输入输出插座[JP]的第5、6、7、8脚相连接，可以通过一根S端子连线连接到摄像机的S端子上，对摄像机快门进行调节；
5.根据权利要求1所述的逐帧连续调节器，其特征是由外部车辆检测器提供的动目标检测信号，接到输入输出插座[JP]的第3脚、第4脚，再输入到总线驱动器[U8]的第11脚，经驱动、隔离后送MCU微控制器[U1]的14脚，MCU微控制器[U1]监测到此信号后，同时根据获得的同步信号调节摄像机快门，控制字符叠加；
6.根据权利要求1所述的逐帧连续调节器，其特征是输入的视频信号同时也输入到字符叠加器[U2]的第24脚，当有车辆经过时，MCU微控制器[U1]调节摄像机快门的同时，会控制字符叠加器[U2]对摄像机输出的视频信号进行字符叠加并通过[U2]的21脚输出到输出接口[J2]，后端设备可以通过此输出接口接受视频信号。
全文摘要
本发明公开了智能交通、视频监控等视频图像处理中的一种摄像机连续帧快门自动调节装置。其特征是MCU微控制器[U1]的14、15脚与总线驱动电路[U8]的9、7脚连接，MCU微控制器[U1]的16、17、18、19脚与总线驱动器[U8]的8、6、4、2脚连接，MCU微控制器[U1]的11、12脚与字符叠加器[U2]的1、2脚连接；MCU微控制器[U1]内设控制装置，该装置对如下动作进行选择待机状态下，MCU微控制器[U1]一直检测触发信号，有触发信号时，首先判别是否同步信号出现，如没有则继续等待，当同步信号到来时，按照预先设定连续改变快门帧数和每帧图像的快门值，输出首次改变的快门值，控制字符叠加器[U2]在视频上叠加此帧图像改变的快门值并进行后继帧快门改变的判别，直到完成预定的次数。
文档编号H04N5/243GK1984259SQ20051002230
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月15日 优先权日2005年12月15日
发明者袁学东 申请人:四川大学, 四川川大智胜软件股份有限公司