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CN104702850A - 一种互补金属氧化物半导体摄像机及其补光方法 - Google Patents

一种互补金属氧化物半导体摄像机及其补光方法 Download PDF

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CN104702850A CN201410105788.2A CN201410105788A CN104702850A CN 104702850 A CN104702850 A CN 104702850A CN 201410105788 A CN201410105788 A CN 201410105788A CN 104702850 A CN104702850 A CN 104702850A
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Abstract

本发明公开了一种CMOS摄像机及其补光方法：获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间；根据获取到的信息确定出频闪周期；按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，利用补光灯为每帧图像进行补光，所述占空比大于0且小于1。应用本发明所述方案，能够提高补光效率和延长补光灯的使用寿命等。

Description

一种互补金属氧化物半导体摄像机及其补光方法
技术领域
本发明涉及视频监控领域，特别涉及一种互补金属氧化物半导体（CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor）摄像机及其补光方法。
背景技术
随着CMOS加工工艺的改进和提高，并考虑到CMOS的价格优势，在视频监控领域中，采用CMOS图像传感器（Sensor）的CMOS摄像机得到了越来越广泛的应用。
为了提高成像效果，在某些情况下，会需要对CMOS摄像机进行补光，现有技术中，通常采用常亮补光灯来对CMOS摄像机进行补光。
也就是说，在补光灯开启之后，到关闭之前，其将一直处于点亮状态，而在实际应用中，其实是不需要时时刻刻均对CMOS摄像机进行补光的，真正需要补光的只是某些特定时刻，相应地，则会导致补光效率低下，并降低了补光灯的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种CMOS摄像机及其补光方法，能够提高补光效率和延长补光灯的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种CMOS摄像机的补光方法，所述CMOS摄像机为采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机，包括：
获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间；
根据获取到的信息确定出频闪周期；
按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，利用补光灯为每帧图像进行补光，所述占空比大于0且小于1。
一种CMOS摄像机，所述CMOS摄像机为采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机，包括：补光控制模块和补光灯；
所述补光控制模块，用于获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间；根据获取到的信息确定出频闪周期；按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，控制所述补光灯为每帧图像进行补光，所述占空比大于0且小于1。
可见，采用本发明所述方案，补光灯无需一直处于点亮状态，而是仅在需要时才处于点亮状态，其它时间则处于关闭状态，从而提高了补光效率，而且减少了补光灯的功耗和发热等，延长了补光灯的使用寿命等。
附图说明
图1为现有卷帘快门曝光方式示意图。
图2为本发明CMOS摄像机的补光方法实施例的流程图。
图3为现有每帧图像数据的输出波形示意图。
图4为本发明补光方式示意图。
图5为本发明CMOS摄像机实施例的组成结构示意图。
具体实施方式
CMOS摄像机的曝光方式通常分为以下两种：全局快门（Global Shutter）和卷帘快门（Rolling Shutter）。在实际应用中，大多数的CMOS摄像机都会采用卷帘快门曝光方式。
图1为现有卷帘快门曝光方式示意图。如图1所示，清除电荷和读出电荷并行工作，对于每行像素，读出电荷（Read Time）和清除电荷（Reset Time）的时间差即为曝光时间（Exposure Time）；对于任一像素，电荷数据的清零和读出都是串行的，因此清零、曝光、读出也只能逐行顺序进行。
本发明所述方案即主要适用于采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机。
为了使本发明的技术方案更加清楚、明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步的详细说明。
图2为本发明CMOS摄像机的补光方法实施例的流程图。如图2所示，包括以下步骤：
步骤21：获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间；
步骤22：根据获取到的信息确定出频闪周期；
步骤23：按照确定出的频闪周期以及预先设定的占空比，利用补光灯（频闪灯）为每帧图像进行补光，所述占空比大于0且小于1。
假设CMOS摄像机的帧率为25fps，那么，帧间隔时间即为1/25=40ms。
帧间隔时间可表示为：F*Tpixclk，每行像素的曝光时间可表示为：S*Tpixclk。
其中，Tpixclk表示输出一个像素点的时钟周期。
F和S均为正整数，且F>S，F和S的具体取值均根据CMOS摄像机的实际工作参数等而定。
另外，假设补光灯的占空比为25％，点亮时间为x，那么，补光灯的频闪周期即为：x＋3x=4x。
基于上述介绍，所述根据获取到的信息确定出补光灯的频闪周期的方式可如下所示。
1）F和S之间非互质（即存在除1之外的其它公约数）
这种情况下，可求取F和S之间的最大公约数T1，即有：GCD（F，S）=T1，GCD（）表示求取最大公约数；
从T1的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与Tpixclk的乘积，将计算结果作为频闪周期，具体选择哪个因数可根据实际需要而定。
举例说明：
假设T1的取值为10，而10的因数包括：1、2、5和10，那么，可将1*Tpixclk、2*Tpixclk、5*Tpixclk以及10*Tpixclk中的一个作为频闪周期。
2）F和S之间互质
对于这种情况，可采用以下两种处理方式。
方式一
对S的取值进行微调，使得微调后的S和F之间非互质，并获取F和微调后的S之间的最大公约数T2；所述微调即指调整幅度较小，而且可以是向大调整，也可以是向小调整；
从T2的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与Tpixclk的乘积，将计算结果作为频闪周期。
T2和T1可能相同，也可能不同。
方式二
从位于F-B到F之间的各正整数中选定一个与S之间非互质的正整数F1，B为正整数，且B<F，B*Tpixclk为每帧图像中的帧消隐时间，并获取F1和S之间的最大公约数T3，即有：GCD（F1，S）=T3；
从T3的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与Tpixclk的乘积，将计算结果作为频闪周期。
如果位于F-B到F之间的各正整数中与S之间非互质的正整数的个数大于1，那么可随机选择一个作为F1。
T3和T2可能相同，也可能不同；同样，T3和T1可能相同，也可能不同。
图3为现有每帧图像数据的输出波形示意图。如图3所示，帧消隐期间的数据本质上是无效数据。
在确定出频闪周期之后，可根据频闪周期以及预先设定的占空比，利用补光灯为每帧图像进行补光。
本发明所述方案中的占空比需要大于0且小于1，如果等于0，则相当于未进行补光，如果等于1，则相当于现有技术中的常亮补光方式。
图4为本发明补光方式示意图。补光灯在工作电压、工作电流和点亮时间均相同的状态下，每次点亮的能量都相同，为每行像素贡献的补光能量也都相同。
另外，理论上来将，针对每帧图像，可一直按照本发明所述的方式进行补光，即从该帧图像的第一行曝光开始到该帧图像结束，按照确定出的频闪周期以及预先设定的占空比，利用补光灯为该帧图像进行补光。
但是，考虑到帧消隐期间是不需要进行补光的，因此为了节省能量等，可针对每帧图像，分别进行如下处理：从该帧图像的第一行曝光开始到F1*Tpixclk的时段内，按照确定出的频闪周期以及预先设定的占空比，利用补光灯为该帧图像进行补光，在剩余时段内，关闭补光灯。
所述补光灯通常为发光二极管（LED，Light Emitting Diode）灯。
基于上述介绍，图5为本发明CMOS摄像机实施例的组成结构示意图。如图5所示，包括：补光控制模块和补光灯；
补光控制模块，用于获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间；根据获取到的信息确定出频闪周期；按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，控制补光灯为每帧图像进行补光，所述占空比大于0且小于1。
其中，
所述帧间隔时间为：F*Tpixclk；所述每行像素的曝光时间为：S*Tpixclk；
所述F和所述S均为正整数，且F>S，所述Tpixclk表示输出一个像素点的时钟周期；
当所述F和所述S之间非互质时，补光控制模块可求取所述F和所述S之间的最大公约数T1，并从所述T1的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积，将计算结果作为所述频闪周期。
另外，
补光控制模块可进一步用于，当所述F和所述S之间互质时，对所述S的取值进行微调，使得微调后的S和所述F之间非互质，并获取所述F和微调后的S之间的最大公约数T2；从所述T2的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积，将计算结果作为所述频闪周期。
或者，
补光控制模块可进一步用于，当所述F和所述S之间互质时，从位于F-B到F之间的各正整数中选定一个与所述S之间非互质的正整数F1，所述B为正整数，且B<F，B*Tpixclk为每帧图像中的帧消隐时间，并获取所述F1和所述S之间的最大公约数T3；从所述T3的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积，将计算结果作为所述频闪周期。
再有，
补光控制模块还可进一步用于，针对每帧图像，从该帧图像的第一行曝光开始到F1*Tpixclk的时段内，按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，控制补光灯为该帧图像进行补光，在剩余时段内，控制补光灯关闭。
在实际应用中，除了上述补光控制模块和补光灯之外，CMOS摄像机中还会进一步包括一些其它组成部分，如图5中所示的CMOS图像传感器和曝光控制模块等。
其中，CMOS图像传感器，用于进行光电转换，采集视频图像；
曝光控制模块，用于控制CMOS图像传感器的曝光；
CMOS图像传感器和曝光控制模块的具体实现均和现有技术中相同，不再赘述。
补光控制模块可从CMOS图像传感器中获取帧间隔时间信息，从曝光控制模块中获取每行像素的曝光时间信息。
特殊地，如果补光控制模块对S的取值进行了微调，那么补光控制模块可将微调后的S通知给曝光控制模块，相应地，曝光控制模块可按照微调后的S来控制CMOS图像传感器的曝光。
总之，采用本发明所述方案，补光灯无需一直处于点亮状态，而是仅在需要时才处于点亮状态，其它时间则处于关闭状态，从而提高了补光效率，而且减少了补光灯的功耗和发热等，延长了补光灯的使用寿命；另外，当补光灯一直处于点亮状态时，补光灯的工作电流不能太大，否则可能导致补光灯被烧坏，因此补光灯的工作电流通常较小，而采用本发明所述方案后，当补光灯处于点亮状态时，其工作电流可远大于补光灯一直处于点亮状态时的工作电流，如可是其4倍，即可使得补光灯瞬间高亮，由于点亮时间较短，因此并不会导致补光灯被烧坏，但却可以使图像中高速运动的物体进行瞬间固化，从而提高了图像效果等。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种互补金属氧化物半导体CMOS摄像机的补光方法，所述CMOS摄像机为采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机，其特征在于，包括：
获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间；
根据获取到的信息确定出频闪周期；
按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，利用补光灯为每帧图像进行补光，所述占空比大于0且小于1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述帧间隔时间为：F*Tpixclk；所述每行像素的曝光时间为：S*Tpixclk；
所述F和所述S均为正整数，且F>S，所述Tpixclk表示输出一个像素点的时钟周期；
所述根据获取到的信息确定出频闪周期包括：
当所述F和所述S之间非互质时，求取所述F和所述S之间的最大公约数T1；
从所述T1的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积，将计算结果作为所述频闪周期。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
该方法进一步包括：
当所述F和所述S之间互质时，对所述S的取值进行微调，使得微调后的S和所述F之间非互质，并获取所述F和微调后的S之间的最大公约数T2；
从所述T2的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积，将计算结果作为所述频闪周期。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
该方法进一步包括：
当所述F和所述S之间互质时，从位于F-B到F之间的各正整数中选定一个与所述S之间非互质的正整数F1，所述B为正整数，且B<F，B*Tpixclk为每帧图像中的帧消隐时间，并获取所述F1和所述S之间的最大公约数T3；
从所述T3的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积，将计算结果作为所述频闪周期。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，利用补光灯为每帧图像进行补光包括：
针对每帧图像，从该帧图像的第一行曝光开始到F1*Tpixclk的时段内，按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，利用补光灯为该帧图像进行补光，在剩余时段内，关闭所述补光灯。
6.一种互补金属氧化物半导体CMOS摄像机，所述CMOS摄像机为采用卷帘快门曝光方式的CMOS摄像机，其特征在于，包括：补光控制模块和补光灯；
所述补光控制模块，用于获取帧间隔时间以及每行像素的曝光时间；根据获取到的信息确定出频闪周期；按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，控制所述补光灯为每帧图像进行补光，所述占空比大于0且小于1。
7.根据权利要求6所述的CMOS摄像机，其特征在于，
所述帧间隔时间为：F*Tpixclk；所述每行像素的曝光时间为：S*Tpixclk；
所述F和所述S均为正整数，且F>S，所述Tpixclk表示输出一个像素点的时钟周期；
当所述F和所述S之间非互质时，所述补光控制模块求取所述F和所述S之间的最大公约数T1，并从所述T1的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积，将计算结果作为所述频闪周期。
8.根据权利要求7所述的CMOS摄像机，其特征在于，
所述补光控制模块进一步用于，当所述F和所述S之间互质时，对所述S的取值进行微调，使得微调后的S和所述F之间非互质，并获取所述F和微调后的S之间的最大公约数T2；从所述T2的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积，将计算结果作为所述频闪周期。
9.根据权利要求7所述的CMOS摄像机，其特征在于，
所述补光控制模块进一步用于，当所述F和所述S之间互质时，从位于F-B到F之间的各正整数中选定一个与所述S之间非互质的正整数F1，所述B为正整数，且B<F，B*Tpixclk为每帧图像中的帧消隐时间，并获取所述F1和所述S之间的最大公约数T3；从所述T3的各因数中选定一个因数，计算所选定的因数与所述Tpixclk的乘积，将计算结果作为所述频闪周期。
10.根据权利要求9所述的CMOS摄像机，其特征在于，
所述补光控制模块进一步用于，针对每帧图像，从该帧图像的第一行曝光开始到F1*Tpixclk的时段内，按照所述频闪周期以及预先设定的占空比，控制所述补光灯为该帧图像进行补光，在剩余时段内，控制所述补光灯关闭。
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