一种基于快速预测调整的自动光圈控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于快速预测调整的自动光圈控制系统，包括摄像机镜头、快速预测单元、目标计算单元、动态调整单元、复位检测单元和控制单元，摄像机镜头分别连接快速预测单元输入端和复位检测单元输入端，复位检测单元输出端分别连接快速预测单元输入端和目标计算单元输入端，目标计算单元输出端连接动态调整单元输入端，快速预测单元输出端分别连接控制单元和动态调整单元输入端，动态调整单元输出端连接控制单元。本发明本利用快速预测保持自动光圈镜头孔径大小稳定的目标数字控制信号值HoldValue，并不断修正该值，最终使得自动光圈镜头保持一个恰当的孔径大小，实现了自动光圈镜头的即插即用，解决了生产线上需要人力手动校正的问题。
【专利说明】
一种基于快速预测调整的自动光圈控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及摄像机配件，具体是一种基于快速预测调整的自动光圈控制系统。
【背景技术】
[0002]在视频监控领域，为了使得摄像机采集的图像在各种场景下，不产生过曝或过暗的现象，通常采用自动光圈镜头。自动光圈镜头通过调整其孔径的大小，使得镜头在各种场景下，都能满足需求。
[0003]自动光圈镜头有一个阻尼线圈和一个驱动线圈，当驱动线圈的力矩等于阻尼线圈的力矩时，自动光圈的孔径固定，光通量保持稳定；当驱动线圈的力矩大于阻尼线圈的力矩时，自动光圈的孔径打开，光通量增加；当驱动线圈的力矩小于阻尼线圈的力矩时，自动光圈的孔径关闭，光通量减小。驱动线圈的力矩由电压值控制，而电压值由数字控制信号值转换而来，电压值越大，力矩越大。
[0004]在控制自动光圈镜头时，通常需要得到使得驱动线圈的力矩等于阻尼线圈力矩的电压值。如果不能得到相对准确的使得驱动线圈的力矩等于阻尼线圈力矩的电压值去控制自动光圈，自动光圈镜头的控制就失去了基准，在控制过程中，自动光圈镜头孔径打开或关闭的速度会过快；在控制结束后，也不能很好地稳定住自动光圈镜头孔径大小，从而造成连续采集的视频帧亮暗差距明显，频繁闪烁，且收敛时间长的问题。
[0005]自动光圈镜头控制的难点在于，对于众多品质参差不起的自动光圈镜头，使得驱动线圈的力矩等于阻尼线圈的力矩的电压值并不一致。因此通常的做法是，在使用自动光圈之前，通过手动校正的方式得到这个基准的电压值，然后才使用自动光圈镜头。如果在生产线上，对每个自动光圈镜头都手动校正，这是十分巨大的工作量。目前业界都倾向于实现自动光圈镜头的自适应使用，不进行人工手动校正。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种能够使自动光圈镜头即插即用的基于快速预测调整的自动光圈控制系统，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种基于快速预测调整的自动光圈控制系统，包括摄像机镜头、快速预测单元、目标计算单元、动态调整单元、复位检测单元和控制单元，摄像机镜头分别连接快速预测单元输入端和复位检测单元输入端，复位检测单元输出端分别连接快速预测单元输入端和目标计算单元输入端，目标计算单元输出端连接动态调整单元输入端，快速预测单元输出端分别连接控制单兀和动态调整单兀输入动态调整单兀输出连接控制单兀；所述摄像机镜头用于采集图像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure ;所述快速预测单元对摄像机镜头采集的每巾贞图像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure进行处理分析得到预测的目标数字控制信号值HoldValue，并将分析结果传输给控制单元；所述目标计算单元用来计算自动光圈镜头的光通量Flux的期望值，自动光圈镜头光通量Flux的期望值=图像平均亮度AveLum的期望值/CMOS曝光量Exposure ;所述动态调整单元根据自动光圈镜头光通量Flux的期望值和预测的目标数字控制信号值HoldValue，调整最终的数字控制信号值PwmValue,并实时修正预测的目标数字控制信号值HoldValue,同时将分析结果传输给控制单元；复位检测单元在检测到图像平均亮度AveLum近似为零，并经过一个超时时间后仍然近似为零时将系统恢复初始状态；控制单元将分析结果转换为对自动光圈的控制信号。
[0008]作为本发明进一步的方案:所述摄像机镜头中安装有脉宽调制控制器，脉宽调制控制器将数字控制信号值PwmValue转换为方波模拟信号，再将方波模拟信号转换为直流电压信号，用直流电压信号驱动自动光圈镜头的驱动线圈，从而驱动自动光圈镜头孔径的打开或关闭。
[0009]作为本发明再进一步的方案:所述快速预测单元工作时，先将自动光圈镜头孔径开到最大，再依次尝试各个数字控制信号值PwmValue，找到第一个将自动光圈镜头孔径关闭的数字控制信号值PwmValue，并将这个数字控制信号值PwmValue定为预测的目标数字控制信号值HoldValue。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明本利用快速预测保持自动光圈镜头孔径大小稳定的目标数字控制信号值HoldValue，并不断修正该值，最终使得自动光圈镜头保持一个恰当的孔径大小，实现了自动光圈镜头的即插即用，解决了生产线上需要人力手动校正的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的功能结构示意框图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0013]请参阅图1，一种基于快速预测调整的自动光圈控制系统，包括摄像机镜头、快速预测单元、目标计算单元、动态调整单元、复位检测单元和控制单元，摄像机镜头分别连接快速预测单元输入端和复位检测单元输入端，复位检测单元输出端分别连接快速预测单元输入端和目标计算单元输入端，目标计算单元输出端连接动态调整单元输入端，快速预测单元输出端分别连接控制单元和动态调整单元输入端，动态调整单元输出端连接控制单
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[0014]摄像机镜头中安装有脉宽调制控制器，脉宽调制控制器将数字控制信号值PwmValue转换为方波模拟信号，再将方波模拟信号转换为直流电压信号，用直流电压信号驱动自动光圈镜头的驱动线圈，从而驱动自动光圈镜头孔径的打开或关闭；每个直流电压信号对应一个数字控制信号值PwmValue，数字控制信号值PwmValue的取值范围从O到100，当驱动电压值使得驱动线圈的力矩等于阻尼线圈的力矩时，就是能稳定自动光圈镜头，使得孔径不再变化，这个数字控制信号值PwmValue为目标数字控制信号值HoldValue。当数字控制信号值PwmValue偏离目标数字控制信号值HoldValueHoldValue，自动光圈的孔径开始打开或关闭，偏离的差值越大，驱动线圈和阻尼线圈的力矩差越大，打开或关闭的速度越快。
[0015]摄像机镜头用于采集图像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure,图像平均亮度AveLum=自动光圈镜头光通量FluxX CMOS曝光量Exposure, CMOS曝光Exposure=曝光时间X增益，因此自动光圈镜头光通量Flux=图像平均亮度AveLum/CMOS曝光量Exposure，自动光圈镜头光通量Flux由环境亮度和自动光圈镜头孔径大小决定，若环境亮度短时期内保持不变，自动光圈镜头光通量Flux将用于衡量自动光圈镜头孔径大小，即使CMOS曝光量因其他算法的控制而不断变化。
[0016]快速预测单元对摄像机镜头采集的每帧图像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure进行处理分析并将分析结果传输给控制单元，快速预测单元先将自动光圈镜头孔径开到最大，再依次尝试各个数字控制信号值PwmValue，找到第一个将自动光圈镜头孔径关闭的数字控制信号值PwmValue，并将这个数字控制信号值PwmValue暂定为目标数字控制信号值HoldValue。
[0017]例如一个自动光圈镜头的目标数字控制信号值HoldValue是43，那么数字控制信号值PwmValue=O时，自动光圈镜头孔径全速打开，数字控制信号值PwmValue=43时，孔径保持原有大小，数字控制信号值PwmValue=44时，孔径以较小速度关闭，数字控制信号值PwmValue=10时，孔径全速关闭，数字控制信号值PwmValue对应孔径的打开或关闭速度，快速预测单元设定数字控制信号值PwmValue=O时，自动光圈镜头孔径全速打开，当前后帧的自动光圈镜头光通量Flux相同时，则认为孔径达到最大值；依次测试每个数字控制信号值PwmValue，找出第一个能将自动光圈镜头孔径关闭的数字控制信号值PwmValue。每个数字控制信号值PwmValue测试时间为0.5s,即N/2帧，测试自动光圈镜头光通量Flux是否减少，如果自动光圈镜头光通量Flux减少，表明自动光圈镜头孔径关闭，则该数字控制信号值PwmValue再多测试ls，理论上共有100个PwmValue需要测试，但对于不同的自动光圈镜头，目标数字控制信号值HoldValue都集中在中间1/3的数字控制信号值PwmValue中，因此通常最多测试(100/3)*0.5s=16s。在实际场景中，由于可能环境亮度存在扰动，譬如人物走动，测试得出的数字控制信号值PwmValue并不是精确的目标数字控制信号值HoldValue，但可以认为是大致精确的目标数字控制信号值HoldValue。
[0018]目标计算单元用来计算自动光圈镜头的光通量Flux的期望值，自动光圈镜头光通量Flux的期望值=图像平均亮度AveLum的期望值/CMOS曝光量Exposure。
[0019]若曝光控制为全自动或半自动控制，自动光圈镜头光通量Flux的期望值=图像平均亮度AveLum的时域平均值/期望曝光量。当曝光控制调整得到的曝光量大于期望曝光量时，实际自动光圈镜头光通量Flux要小于自动光圈镜头光通量Flux的期望值，自动光圈镜头孔径会打开；当环境亮度非常亮，使得曝光控制调整得到的曝光量小于期望曝光量时，自动光圈镜头孔径会关闭，避免图像过曝。
[0020]若曝光控制为手动控制时，曝光量是固定值，图像平均亮度完全取决于环境亮度和自动光圈镜头孔径大小，自动光圈镜头光通量Flux的期望值=图像平均亮度AveLum的期望值/固定的曝光量。
[0021]动态调整单元根据自动光圈镜头光通量Flux的期望值和预测的目标数字控制信号值HoldValue，调整最终的数字控制信号值PwmValue，并实时修正预测的目标数字控制信号值 HoldValue。
[0022]自动光圈镜头的状态根据数字控制信号值PwmValue与目标数字控制信号值HoldValue的大小关系，分为打开/保持/关闭三种状态。当自动光圈镜头状态刚从保持状态切换到打开或关闭状态时，数字控制信号值PwmValue也从目标数字控制信号值HoldValue切换到目标数字控制信号值HoldValue+Ι或目标数字控制信号值HoldValue-1的值，当数字控制信号值PwmValue尝试一个新值时，测试N/10帧的时间内自动光圈镜头光通量Flux的变化值Λ Flux。若当前自动光圈镜头光通量Flux与自动光圈镜头光通量Flux的期望值之间的差值与AFlux的比例较大,将数字控制信号值PwmValue向远离目标数字控制信号值HoldValue的方向调节，即加快打开或关闭自动光圈镜头孔径的速度；若当前自动光圈镜头光通量Flux与自动光圈镜头光通量Flux的期望值之间的差值与Λ Flux的比例较小，AFlux可以使得当前自动光圈镜头光通量Flux在较短时间内达到自动光圈镜头光通量Flux的期望值，则将数字控制信号值PwmValue向靠近目标数字控制信号值HoldValue的方向调节，即降低打开或关闭自动光圈镜头孔径的速度，这样达到快速平稳调节自动光圈镜头孔径的目的；当自动光圈镜头状态从关闭状态切换到保持状态然后又切换到关闭状态，或者从打开状态切换到保持状态然后又切换到打开状态，当前目标数字控制信号值HoldValue不准确，需要修正，修正的幅度与保持状态持续的时间长短相关，保持状态持续的时间越长，修正的幅度越小；当自动光圈镜头状态从关闭状态切换到保持状态然后又切换到打开状态，或者从打开状态切换到保持状态然后又切换到关闭状态，这是由于自动光圈镜头在打开或关闭时速度过快的惯性动作导致，可以修正目标数字控制信号值PwmValue向远离目标数字控制信号值HoldValue的方向调节速度和幅度。
[0023]复位检测单元在检测到图像平均亮度AveLum近似为零，并经过一个超时时间后仍然近似为零时，复位检测单元将系统恢复初始状态。例如用手长时间捂住镜头、或者更换自动光圈镜头等等。
[0024]控制单元将分析结果转换为对自动光圈的控制信号。
[0025]本发明本利用快速预测保持自动光圈镜头孔径大小稳定的目标数字控制信号值HoldValue，并不断修正该值，最终使得自动光圈镜头保持一个恰当的孔径大小，实现了自动光圈镜头的即插即用，解决了生产线上需要人力手动校正的问题。
[0026]上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种基于快速预测调整的自动光圈控制系统，其特征在于，包括摄像机镜头、快速预测单元、目标计算单元、动态调整单元、复位检测单元和控制单元，摄像机镜头分别连接快速预测单元输入端和复位检测单元输入端，复位检测单元输出端分别连接快速预测单元输入端和目标计算单元输入端，目标计算单元输出端连接动态调整单元输入端，快速预测单元输出端分别连接控制单元和动态调整单元输入端，动态调整单元输出端连接控制单元；所述摄像机镜头用于采集图像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure ;所述快速预测单元对摄像机镜头采集的每巾贞图像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure进行处理分析得到预测的目标数字控制信号值HoldValue，并将分析结果传输给控制单元；所述目标计算单元用来计算自动光圈镜头的光通量Flux的期望值，自动光圈镜头光通量Flux的期望值=图像平均亮度AveLum的期望值/CMOS曝光量Exposure ;所述动态调整单元根据自动光圈镜头光通量Flux的期望值和预测的目标数字控制信号值HoldValue，调整最终的数字控制信号值PwmValue，并实时修正预测的目标数字控制信号值HoldValue，同时将分析结果传输给控制单元；复位检测单元在检测到图像平均亮度AveLum近似为零，并经过一个超时时间后仍然近似为零时将系统恢复初始状态；控制单元将分析结果转换为对自动光圈的控制信号。
2.根据权利要求1所述的基于快速预测调整的自动光圈控制系统，其特征在于，所述摄像机镜头中安装有脉宽调制控制器，脉宽调制控制器将数字控制信号值PwmValue转换为方波模拟信号，再将方波模拟信号转换为直流电压信号，用直流电压信号驱动自动光圈镜头的驱动线圈，从而驱动自动光圈镜头孔径的打开或关闭。
3.根据权利要求1所述的基于快速预测调整的自动光圈控制系统，其特征在于，所述快速预测单元工作时，先将自动光圈镜头孔径开到最大，再依次尝试各个数字控制信号值PwmValue,找到第一个将自动光圈镜头孔径关闭的数字控制信号值PwmValue，并将这个数字控制信号值PwmValue定为预测的目标数字控制信号值HoldValue。
【文档编号】H04N5/225GK104301625SQ201410625693
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】陈建群, 陈俊, 聂嘉栋 申请人:上海集光安防科技股份有限公司, 上海爱谱华顿电子科技（集团）有限公司, 上海爱谱华顿电子工业有限公司