专利名称：宽动态摄像机及其实现宽动态摄像的方法
技术领域：
本发明关于一种安防设备，尤其涉及一种用于安防系统的宽动态摄像机及其实现 宽动态摄像的方法。
背景技术：
摄像机技术发明以来，一直存在着对光线动态范围适应过窄的问题，比如从室内 通过窗户照向室外，室内照度平均值在几百Lux，而室外光线在晴天的阳光下能达到几千甚 至Lux，在这样的光线环境下，室内、室外物体是不能同时看清楚的。比如这样的情况情况 下，室外光线占主导，摄像机的曝光时间会比较小，如达到1/4000S，对室外物体来说曝光时 间正好，物体清晰，而室内物体就曝光时间不足了，反映的现象是室内比较暗，看不到物体。 现有普通摄像机一般有背光补偿功能，减少曝光时间和通过增益亮度等方式调节，提高整 体亮度，室内可以得到清晰的图像，但室外物体就曝光过度，画面偏白，也就是说现有普通 摄像机只能看到在有限的光线动态范围使用，或者说在比较大的动态范围使用时只能看到 某一部分。为了改善上述问题，现有市面上提出了宽动态摄像机概念并有相应产品推出。宽 动态摄像机比传统的监控摄像机具有更高倍数的动态范围，能够在明暗对比强烈的环境下 获取清晰的图像，其越来越为广泛地应用于安防系统中，常见的宽动态摄像机主要有双扫 描CCD方式，正如上面所述，室内比较暗的光线曝光时间比较短如l/50s，而室外比较强的 光线则曝光时间比较长如1/4000S，再将两次曝光形成的图像叠加合成形成相对较理想的 图像。这种双扫描比较复杂，供货不多，价格比较贵，而且整个摄像机系统比较复杂。而且 如果一个物体处于光线分界处，如一个人站在日光灯下，整个人的图像边缘会有明显的边 框，这是因为这部分处于临界光线，曝光时间是个不确定值，且图像效果颜色也存在比较明 显的偏色现象。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种宽动态摄像机，其采用单扫面CCD光学传感器，不仅 成本较低，且宽动态效果明显，颜色色彩逼真、照度低，适合光线动态范围大，均勻光线等各 种光线日夜监控的需求；本发明的另一目的在于，提供一种宽动态摄像机实现宽动态摄像的方法，其实现 方法简单，架构组成灵活，可以解决传统摄像技术中对光线范围适应过窄的问题，且拍摄的 图像效果颜色不存在偏色的现象。为了实现上述目的，本发明提供一种宽动态摄像机，包括镜头、与镜头对应的光 学传感器、依次与光学传感器电性连接的模拟前端处理器和模数转换模块、宽动态处理模 块、及图像处理模块，该图像处理模块对镜头进行自动光圈控制。所述光学传感器为单扫描CCD光学传感器，该光学传感器还电性连接一时序驱动。
所述宽动态处理模块内包括传感器数字图像视频信号及同步信号接收模块、及后 端图像处理接口模块，宽动态处理模块通过该后端图像处理器接口模块与图像处理模块电 性连接。
所述图像处理模块包括白平衡处理单元、曝光处理单元、色彩处理单元、及视频编 码单元。进一步地，本发明还提供一种宽动态摄像机实现宽动态摄像的方法，该方法包 括步骤1、提供一宽动态摄像机，该宽动态摄像机包括镜头、与镜头对应的光学传感 器、依次与光学传感器电性连接的模拟前端处理器和模数转换模块、宽动态处理模块、及图 像处理模块，该图像处理模块对镜头进行自动光圈控制；步骤2、光线通过镜头聚焦到光学传感器上，光学传感器感应光线并产生电信号， 将该电信号传送至模拟前端处理器和模数转换模块；步骤3、模拟前端处理器和模数转换模块对接收到的电信号进行模拟处理，并转换 成并行原始数字视频信号和行、场同步信号传送至宽动态处理模块；步骤4、宽动态处理模块对接收到的数字视频信号进行处理，将实际光线的动态范 围进行压缩后，传送至图像处理模块；步骤5、图像处理模块对接收到的数字信号进行图像处理、曝光控制、及白平衡处 理，并编码成复合视频信号输出视频信号。所述光学传感器为单扫描CCD光学传感器，该光学传感器还电性连接一时序驱动。所述宽动态处理模块内包括传感器数字图像视频信号及同步信号接收模块、及后 端图像处理接口模块，宽动态处理模块通过该后端图像处理器接口模块与图像处理模块电 性连接。所述步骤4中，宽动态处理模块对接收到的数字视频信号进行处理的操作包括 传感器数字图像视频信号及同步信号接收模块接收数字视频信号、行同步信号、及场同步 信号，通过原始色彩基调、亮度、及伽马值处理，并经降噪系统处理，再经降噪色彩基调、亮 度、伽马值处理，最后进行动态范围降噪、点对点调整处理后，由后端图像处理器接口模块 送出ο所述步骤4中，宽动态处理模块对实际光线的动态范围进行压缩，该步骤中由后 端图像处理器接口模块送出的信号为原始数字视频信号。所述图像处理模块包括白平衡处理单元、曝光处理单元、色彩处理单元、及视频编 码单元。本发明的有益效果本发明的宽动态摄像机及其实现宽动态摄像的方法，其采用 价格较为便宜和通用的单扫面CCD光学传感器，不仅成本较低，配套元件供货便宜，系统构 架组成灵活，且宽动态效果明显，颜色色彩逼真、照度低，适合光线动态范围大，均勻光线等 各种光线日夜监控的需求，其可以有效解决传统摄像技术中对光线范围适应过窄的问题， 且拍摄的图像效果颜色不存在偏色的现象。为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细 说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的技术方案 及其他有益效果显而易见。附图中，图1为本发明宽动态摄像机的模块示意图；图2为本发明中宽动态处理模块的信号处理流程图；图3为本发明宽动态摄像机实现宽动态摄像的方法流程图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施 例及其附图进行详细描述。如图1所示，本发明提供一种宽动态摄像机，包括镜头10、与镜头10对应的光学 传感器20、依次与光学传感器20电性连接的模拟前端处理器和模数转换模块30、宽动态处 理模块40、及图像处理模块50，该图像处理模块50对镜头10进行自动光圈控制。在本发明中，光学传感器20为单扫描CCD光学传感器，该光学传感器20还电性连 接一时序驱动22。该单扫描CCD光学传感器不仅成本低廉，且配套元件供货便宜，系统架构 组成灵活，其和宽动态处理模块40和后端的图像处理模块50共同组成该宽动态摄像机，具 有宽动态效果明显、颜色色彩逼真、照度低等众多特点，其适合光线动态范围大、均勻光线 等各种光线日夜监控的需求。模拟前端处理器和模数转换模块30对从光学传感器20接收到的电信号进行模拟 处理，主要包括相关双采样滤除噪声、增益控制、黑电平钳位等处理，并转成并行原始数字 视频信号和行、场同步信号。如图2所示，本发明的宽动态处理模块40内包括传感器数字图像视频信号及同步 信号接收模块42、及后端图像处理接口模块44，宽动态处理模块40通过该后端图像处理器 接口模块44与图像处理模块50电性连接。工作时，传感器数字图像视频信号及同步信号接 收模块42接收数字视频信号、行同步信号、及场同步信号，通过原始色彩基调、亮度、及伽 马值处理，并经降噪系统处理，再经降噪色彩基调、亮度、伽马值处理，最后进行动态范围降 噪、点对点调整处理后，由后端图像处理器接口模块44送出至图像处理模块50进行处理。图像处理模块50包括白平衡处理单元、曝光处理单元、色彩处理单元、及视频编 码单元(未图示)。该图像处理模块50对由宽动态处理模块40的后端图像处理器接口模 块44处产生的数字信号进行图像处理、曝光控制、白平衡处理等，并编码成复合视频信号 进行视频输出。进一步地，本发明还提供一种宽动态摄像机实现宽动态摄像的方法(图3所示)， 该方法包括步骤1、提 供一宽动态摄像机，该宽动态摄像机包括镜头、与镜头对应的光学传感 器、依次与光学传感器电性连接的模拟前端处理器和模数转换模块、宽动态处理模块、及图 像处理模块，该图像处理模块对镜头进行自动光圈控制。在本发明中，光学传感器为单扫描 CXD光学传感器，该光学传感器还电性连接一时序驱动。
步骤2、光线通过镜头聚焦到光学传感器上，光学传感器感应光线并产生电信号， 将该电信号传送至模拟前端处理器和模数转换模块。步骤3、模拟前端处理器和模数转换模块对接收到的电信号进行模拟处理，并转换 成并行原始数字视频信号和行、场同步信号传送至宽动态处理模块。在该步骤中，模拟前端 处理器和模数转换模块对从光学传感器接收到的电信号进行模拟处理，主要包括相关双采 样滤除噪声、增益控制、黑电平钳位等处理，并转成并行原始数字视频信号和行、场同步信
号。 步骤4、宽动态处理模块对接收到的数字视频信号进行处理，将实际光线的动态范 围进行压缩后，传送至图像处理模块。本发明中，宽动态处理模块内包括传感器数字图像视 频信号及同步信号接收模块、及后端图像处理接口模块，宽动态处理模块通过该后端图像 处理器接口模块与图像处理模块电性连接。工作时，宽动态处理模块对接收到的数字视频 信号进行处理的操作包括传感器数字图像视频信号及同步信号接收模块接收数字视频信 号、行同步信号、及场同步信号，通过原始色彩基调、亮度、及伽马值处理，并经降噪系统处 理，再经降噪色彩基调、亮度、伽马值处理，最后进行动态范围降噪、点对点调整处理后，由 后端图像处理器接口模块送出。在该步骤4中，宽动态处理模块对接收到的数字信号进行 处理，具体为每帧像数内的各个像数点的色彩基调曲线、亮度曲线等，可以说将实际光线的 动态范围进行了压缩，该步骤中由后端图像处理器接口模块所送出的信号仍然为原始数字 视频信号。步骤5、图像处理模块对接收到的数字信号进行图像处理、曝光控制、及白平衡处 理，并编码成复合视频信号输出视频信号。图像处理模块包括白平衡处理单元、曝光处理单 元、色彩处理单元、及视频编码单元。该图像处理模块对由宽动态处理模块的后端图像处理 器接口模块处产生的数字信号进行图像处理、曝光控制、白平衡处理等，并编码成复合视频 信号进行视频输出。综上所述，本发明的宽动态摄像机及其实现宽动态摄像的方法，其采用价格较为 便宜和通用的单扫面CXD光学传感器，不仅成本较低，配套元件供货便宜，系统构架组成灵 活，且宽动态效果明显，颜色色彩逼真、照度低，适合光线动态范围大，均勻光线等各种光线 日夜监控的需求，其可以有效解决传统摄像技术中对光线范围适应过窄的问题，且拍摄的 图像效果颜色不存在偏色的现象。以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术 构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利 要求的保护范围。
权利要求
一种宽动态摄像机，其特征在于，包括镜头、与镜头对应的光学传感器、依次与光学传感器电性连接的模拟前端处理器和模数转换模块、宽动态处理模块、及图像处理模块，该图像处理模块对镜头进行自动光圈控制。
2.如权利要求1所述的宽动态摄像机，其特征在于，所述光学传感器为单扫描CCD光学 传感器，该光学传感器还电性连接一时序驱动。
3.如权利要求1所述的宽动态摄像机，其特征在于，所述宽动态处理模块内包括传感 器数字图像视频信号及同步信号接收模块、及后端图像处理接口模块，宽动态处理模块通 过该后端图像处理器接口模块与图像处理模块电性连接。
4.如权利要求1所述的宽动态摄像机，其特征在于，所述图像处理模块包括白平衡处 理单元、曝光处理单元、色彩处理单元、及视频编码单元。
5.一种如权利要求1所述的宽动态摄像机实现宽动态摄像的方法，其特征在于，包括 如下步骤步骤1、提供一宽动态摄像机，该宽动态摄像机包括镜头、与镜头对应的光学传感器、依 次与光学传感器电性连接的模拟前端处理器和模数转换模块、宽动态处理模块、及图像处 理模块，该图像处理模块对镜头进行自动光圈控制；步骤2、光线通过镜头聚焦到光学传感器上，光学传感器感应光线并产生电信号，将该 电信号传送至模拟前端处理器和模数转换模块；步骤3、模拟前端处理器和模数转换模块对接收到的电信号进行模拟处理，并转换成并 行原始数字视频信号和行、场同步信号传送至宽动态处理模块；步骤4、宽动态处理模块对接收到的数字视频信号进行处理，将实际光线的动态范围进 行压缩后，传送至图像处理模块；步骤5、图像处理模块对接收到的数字信号进行图像处理、曝光控制、及白平衡处理，并 编码成复合视频信号输出视频信号。
6.如权利要求5所述的实现宽动态摄像的方法，其特征在于，所述光学传感器为单扫 描CCD光学传感器，该光学传感器还电性连接一时序驱动。
7.如权利要求5所述的实现宽动态摄像的方法，其特征在于，所述宽动态处理模块内 包括传感器数字图像视频信号及同步信号接收模块、及后端图像处理接口模块，宽动态处 理模块通过该后端图像处理器接口模块与图像处理模块电性连接。
8.如权利要求7所述的实现宽动态摄像的方法，其特征在于，所述步骤4中，宽动态处 理模块对接收到的数字视频信号进行处理的操作包括传感器数字图像视频信号及同步信 号接收模块接收数字视频信号、行同步信号、及场同步信号，通过原始色彩基调、亮度、及伽 马值处理，并经降噪系统处理，再经降噪色彩基调、亮度、伽马值处理，最后进行动态范围降 噪、点对点调整处理后，由后端图像处理器接口模块送出。
9.如权利要求8所述的实现宽动态摄像的方法，其特征在于，所述步骤4中，宽动态处 理模块对实际光线的动态范围进行压缩，该步骤中由后端图像处理器接口模块送出的信号 为原始数字视频信号。
10.如权利要求5所述的实现宽动态摄像的方法，其特征在于，所述图像处理模块包括 白平衡处理单元、曝光处理单元、色彩处理单元、及视频编码单元。
全文摘要
一种宽动态摄像机及其实现宽动态摄像的方法，该宽动态摄像机包括镜头、与镜头对应的光学传感器、依次与光学传感器电性连接的模拟前端处理器和模数转换模块、宽动态处理模块、及图像处理模块，该图像处理模块对镜头进行自动光圈控制。本发明的宽动态摄像机及其实现宽动态摄像的方法，其采用价格较为便宜和通用的单扫面CCD光学传感器，不仅成本较低，配套元件供货便宜，系统构架组成灵活，且宽动态效果明显，颜色色彩逼真、照度低，适合光线动态范围大，均匀光线等各种光线日夜监控的需求，其可以有效解决传统摄像技术中对光线范围适应过窄的问题，且拍摄的图像效果颜色不存在偏色的现象。
文档编号H04N5/14GK101860675SQ201010181728
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者燕莉, 陈家振 申请人:深圳市艾威视数码科技有限公司