專利名稱：鏡頭自動聚焦控制模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鏡頭自動聚焦驅動技術領域，尤其是一種應用于監控攝像機中的鏡頭自動聚焦控制模塊。
背景技術：
隨著數字技術不斷深化，視頻監控技術有了長足的發展。監控攝像機在安防系統中承擔著為使用者提供特定區域內動態視頻信息的職責，視頻圖像的清晰度是衡量監控系統的重要指標之一。為了獲得清晰的視頻圖像，目前現有的監控攝像機大多具有鏡頭聚焦控制模塊和變焦機構，所述變焦機構包括驅動電機，所述聚焦控制模塊控制驅動電機則可以改變焦距， 實現焦距對準以獲得清晰的視頻圖像的目的。目前的聚焦控制模塊需要通過人工作用于手動按鍵或其它機械開關，以此獲得一次變焦動作的觸發信號，聚焦控制模塊根據該觸發信號來控制變焦鏡頭外接有變焦機構中的電機控制端口的電壓高低，電機根據電壓的高低控制焦距的大小，從而實現焦距對準。現有技術中的監控攝像機的鏡頭聚焦是由使用者手動按下一個按鍵來觸發的，即每按一次按鍵，攝像機開始一次對焦。針對這種情況，攝像機的每一次焦距變化，都需要人工來觸發。當場景變換或光照改變引起失焦時，攝像機不能自動調整焦距，必須人為調整， 否則得不到清晰的視頻圖像。因而占用了大量的人力資源
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足提供一種鏡頭自動聚焦控制模塊，可使攝像機自動聚焦，從而節省人力資源，可以低成本、高效率的得到清晰的視頻圖像。本實用新型所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的—種鏡頭自動聚焦控制模塊，包括電機控制單元，還包括視頻數據采集單元和視頻數據處理單元；所述視頻數據采集單元將從攝像機得到的模擬視頻數據轉換成數字視頻數據，并將所述數字視頻數據發送給所述視頻數據處理單元，所述視頻數據處理單元對所述數字視頻數據進行處理，并將處理結果發送給所述電機控制單元，所述電機控制單元根據所述處理結果向電機輸出相應的電機控制信號。其中所述視頻數據處理單元包括數據預處理子單元和圖像處理子單元，所述信號預處理子單元接收所述視頻數據采集單元發來的數字視頻數據，在得到一幀圖像后，將所述一幀圖像發送給所述圖像處理子單元，所述圖像處理子單元接收完所述一幀圖像后， 對該幀圖像進行處理，并將處理結果發送給所述電機控制單元。更好地，還包括存儲子單元；所述數據預處理子單元包括視頻流接收部、寫入邏輯部和讀取邏輯部；所述視頻流接收部接收所述視頻數據采集單元發送來的數字視頻數據，通過寫入邏輯部將接收到的數字視頻數據存儲到所述存儲子單元，當存儲完一幀圖像后，向所述圖像處理子單元發送中斷信號；所述讀取邏輯部與所述圖像處理子單元相連接，所述圖像處理子單元通過所述讀取邏輯部從所述存儲子單元中讀取數字視頻數據。所述數據預處理子單元為FPGA器件，所述圖像處理子單元和電機控制單元組合在一起為DSP微處理器。更好地，所述DSP微處理器還包括EMIF接口，所述EMIF接口分別與所述FPGA的讀取邏輯部和所述圖像處理子單元連接。所述數字信號處理器芯片還包括第二信號處理單元，所述第二信號處理單元通過外部中斷和通用輸入輸出引腳向第一信號處理單元發送使所述數字信號處理器芯片從靜態隨機存取存儲器芯片中高速讀取圖像的觸發信號。所述視頻數據采集單元為一視頻解碼器。所述視頻解碼器采用ADV7180芯片。本實用新型的有益效果在于本實用新型可使攝像機鏡頭自動聚焦，從而節省人力資源。在具體實施時采用FPGA器件和DSP微處理器相組合的系統架構，發揮了 FPGA器件并行處理速度快和DSP微處理器實現算法靈活的優點，較現有系統能夠快速地實現更為復雜的算法。從而為本系統在各種復雜環境下能夠正常工作提供了保證，例如在光照條件不理想的情況下，對圖像做相應的預處理，如圖像去噪，圖像增強等；并結合多種清晰度評價函數來評價圖像，再輔助以改進的爬山搜索算法，使得在光照條件較差的情況下仍能對準， 可實現監控攝像機全自動、脫離人工操控對焦，節省時間以及人力資源的浪費。另外，本實用新型采用低功耗芯片，整體模塊耗電量相比現有技術明顯降低。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案進行詳細地說明。
圖1為本實用新型的鏡頭自動聚焦驅動系統總原理圖；圖2為本發明實施例一的鏡頭自動聚焦控制模塊原理框圖；圖3為本發明實施例一的鏡頭自動聚焦控制模塊電路原理簡圖； 圖4為FPGA器件工作流程圖；圖5為DSP微處理器工作流程圖。
具體實施方式
圖1為本實用新型的鏡頭自動聚焦驅動系統總原理圖，如圖所示，一種鏡頭自動聚焦控制模塊由視頻數據采集單元1、視頻數據處理單元2和電機控制單元3組成。所述視頻數據采集單元1將采集到的復合模擬視頻數據轉換為數字視頻數據，并將該數字視頻數據發送給所述視頻數據處理單元2內部設置中的數據預處理子單元21。所述數據預處理子單元21將該數字視頻數據進行優化，濾除掉該信號中無效的消隱期信號，并完成數據的存儲和傳輸。所述視頻數據處理單元2內還設置有圖像處理子單元22，所述數據預處理子單元21將優化好的數字視頻數據發送給所述圖像處理子單元22，所述圖像處理子單元22對數字視頻數據進行分析，即根據能量梯度函數計算圖形，得出清晰度評價值數據，所述電機控制單元3根據所述圖像處理子單元22發送的清晰度函數評價值數據得到電機控制數據。例如，當電機采用步進電機時，根據清晰度函數評價值確定步進電機的步長。具體地，若清晰度評價函數評價值變大，則電機控制單元3控制電機正向移動一個步長；清晰度函數評價值變小，則電機控制單元3控制電機反向移動一個步長。其中電機移動的步長由清晰度評價值變化幅度決定，清晰度函數評價值變化較大，則采用較小步長；清晰度函數評價值變化較小，則采用大步長。圖2為本發明實施例一的鏡頭自動聚焦控制模塊原理框圖，圖3為本發明實施例一的鏡頭自動聚焦控制模塊電路原理簡圖，如圖2和圖3所示，鏡頭自動聚焦控制模塊由視頻數據采集單元1、視頻數據處理單元2、電機控制單元3以及儲存子單元5組成；所述視頻數據處理單元2由數據預處理子單元21、圖像處理子單元22和電機控制單元3組成； 在本實施例中，所述數據預處理子單元21由FPGA器件實現，所述圖像處理子單元22和電機控制單元3由DSP微處理器實現。所述視頻數據處理單元2由視頻解碼器及其外圍電路實現，其中，視頻解碼器可以采用ADV7180型號芯片。ADV7180通過MCX連接器采集由攝像機輸出的復合模擬視頻數據(CVBS)，并將其轉換為8位的符合ITU-T BT656標準的YCrCb 4:2: 2的數字視頻數據。由于輸出的數字視頻數據存在消隱信號，即無效的視頻數據， 因此通過所述數據預處理子單元21 (即FPGA)中的視頻流接收部211對數字視頻數據進行處理優化，即去掉數字視頻數據中的消隱信號。所述被處理優化的數字視頻數據通過寫入邏輯部212將該數據緩存到與數據預處理子單元21連接的存儲子單元5中的靜態隨機存取存儲器(SRAM) 51中；所述數據預處理子單元21 (即FPGA)還包括與DSP微處理器連接的讀取邏輯部213，所述讀取邏輯部213的作用為DSP微處理器的數據總線DO D15及讀取信號Α0Ε，進而轉接到SRAM 51的數據線及讀使能線上(如圖2所示)，并根據讀取信號進行記數，自動生成SRAM 51的讀取地址，從而在DSP微處理器發出讀取信號時，能夠讀出SRAM 51中所需的存儲數據。所述DSP微處理器通過外部中斷(EXINT)和通用輸入輸出(I/O)引腳連接到FPAG 21 ；所述DSP微處理器通過EMIF接口 23與所述數據預處理子單元21內部設置的讀取邏輯部213相連接，通過讀取邏輯部213與所述SRAM 51連接，用來讀取SRAM 51中的圖像數據，之后由EMIF接口 23將該圖像數據發送給所述圖像處理子單元22，由圖像處理子單元22完成對圖像的分析，即根據能量梯度函數計算圖像的清晰度評價值，并將該計算數據發送到電機控制單元3，所述電機控制單元3根據該計算數據控制電機(圖未示)正反轉來移動鏡頭，完成對焦。DSP微處理器還與同步動態隨機存取存儲器(SDRAM) 52 和FLASH存儲器53連接，當所述EMIF接口 23接收完來自SRAM 51中的圖像同時，DSP將圖像數據存儲到SDRAM 52中，FLASH 53中存儲有各種參數，包括初始化參數和運行過程參數，從而可以完成掉電后程序的保存。請再次參考圖2和圖3，系統加電開始運行后，所述FPGA器件和DSP微處理器分別需要從FPGA專用配置芯片EPCSl和DSP所連接的外部所述的FLASH 53當中加載代碼， 由于FPGA器件以及DSP微處理器內部都沒有非易失性存儲空間，系統斷電后，存儲于處理器內部的程序會丟失，因此，所述FPGA器件連接自己專用的主動配置芯片EPCSl ( 一種串行 Flash)，來完成內部配置，由于EPCSl是配合FPGA使用的常見附屬元件，在此不再贅述；所述FLASH存儲器用于存儲各種參數，用于對所述DSP微處理器進行加載代碼，完成內部寄存器的配置；即完成FPFA器件和DSP微處理器的初始化工作。圖4為FPGA器件工作流程圖，圖5為DSP微處理器工作流程圖，如圖4和圖5所示，并請再次參考圖2和圖3，系統開始運行時，所述FPGA器件進入等待狀態，等待接收從所述DSP微處理器發送的開始采集信號；所述DSP微處理器通過外部中斷(EXINT)向所述 FPGA器件發送開始采集信號，當FPGA器件檢測到該信號之后，控制視頻數據采集單元1開始視頻采集，所述FPGA器件在采集的同時，將信號數據緩存到所述SRAM 51中，存儲完完整的一幀圖像之后，由外部中斷(EXINT)向所述DSP微處理器發送觸發信號，所述DSP微處理器接收到該信號之后，通過EMIF接口 23和讀取邏輯部213，將所DSP微處理器數據總線連接到SRAM 51中，并從SRAM 51中高速讀取這一幀圖像，同時將該圖像存儲到SDRAM 52當中。所述DSP微處理器讀取和存儲完成數據之后，將與FPGA器件相連的一個通用輸入輸出管腳置低(圖未示)，當FPGA器件檢測到該管腳變低之后再次進入等待狀態，所述DSP微處理器開始處理該幀圖像，由圖像處理子單元22完成對視頻數據的分析，由于視頻數據是由圖像組成，因此，在分析時，主要是對讀出來的這一幀圖像進行分析，在本發明中，所述的分析指的是根據能量梯度函數計算圖像的清晰度評價值，然后將該計算數據發送到電機控制單元3，所述電機控制單元3根據該計算數據得到電機的控制數據，對電機進行一次驅動， 控制電機(圖未示)正轉或反轉，從而移動鏡頭，完成對焦，即完成一次循環，之后重新開始。 本實用新型提供的鏡頭自動聚焦控制模塊可以實現攝像機的自動對焦，即使在背景光線變化的場景中，也可以根據當前圖像的清晰程度自動調整焦距。并且，在實施時采用 FPGA器件和DSP微處理器相組合的系統架構，發揮了 FPGA器件并行處理速度快和DSP微處理器實現算法靈活的優點，較現有技術能夠快速地實現更為復雜的算法。從而為本模塊在各種復雜環境下能夠正常工作提供了保證，例如在光照條件不理想的情況下，對圖像做相應的預處理，如圖像去噪，圖像增強等；并結合多種清晰度評價函數來評價圖像，再輔助以改進的爬山搜索算法，使得在光照條件較差的情況下仍能對準，可實現監控攝像機全自動、脫離人工操控對焦，節省時間以及避免人力資源的浪費，另外，本實用新型采用低功耗芯片，整體模塊耗電量也明顯低于現有技術。
權利要求1.一種鏡頭自動聚焦控制模塊，包括電機控制單元(3)，其特征在于，還包括視頻數據采集單元(1)和視頻數據處理單元(2)；所述視頻數據采集單元(1)將從攝像機得到的模擬視頻數據轉換成數字視頻數據，并將所述數字視頻數據發送給所述視頻數據處理單元 O)，所述視頻數據處理單元( 對所述數字視頻數據進行處理，并將處理結果發送給所述電機控制單元(3)，所述電機控制單元C3)根據所述處理結果向電機(4)輸出相應的電機控制信號。
2.如權利要求1所述的鏡頭自動聚焦控制模塊，其特征在于，所述視頻數據處理單元 (2)包括數據預處理子單元和圖像處理子單元(22)，所述信號預處理子單元接收所述視頻數據采集單元(1)發來的數字視頻數據，在得到一幀圖像后，將所述一幀圖像發送給所述圖像處理子單元(22)，所述圖像處理子單元0 接收完所述一幀圖像后，對該幀圖像進行處理，并將處理結果發送給所述電機控制單元(3)。
3.如權利要求2所述的鏡頭自動聚焦控制模塊，其特征在于，還包括存儲子單元(5)； 所述數據預處理子單元包括視頻流接收部011)、寫入邏輯部(21 和讀取邏輯部 (213)；所述視頻流接收部(211)接收所述視頻數據采集單元(1)發送來的數字視頻數據，通過寫入邏輯部(21 將接收到的數字視頻數據存儲到所述存儲子單元(5)，當存儲完一幀圖像后，向所述圖像處理子單元0 發送中斷信號；所述讀取邏輯部(21 與所述圖像處理子單元0 相連接，所述圖像處理子單元02) 通過所述讀取邏輯部(21 從所述存儲子單元(5)中讀取數字視頻數據。
4.如權利要求3所述的鏡頭自動聚焦控制模塊，其特征在于，所述數據預處理子單元(21)為FPGA器件，所述圖像處理子單元0 和電機控制單元C3)組合在一起為DSP微處理器。
5.如權利要求4所述的鏡頭自動聚焦控制模塊，其特征在于，所述DSP微處理器還包括EMIF接口(23)，所述EMIF接口 Q3)分別與所述FPGA的讀取邏輯部(213)和所述圖像處理子單元0 連接。
6.如權利要求4或5所述的鏡頭自動聚焦控制模塊，其特征在于，所述存儲子單元(5) 包括SRAM、SDRAM和FLASH存儲器，所述SRAM用于緩存所述數據預處理子單元Ql)從所述視頻數據采集單元(1)接收到的數字視頻數據；所述SDRAM用于存儲所述圖像處理子單元(22)從所述數據預處理子單元接收到的圖像；所述FLASH存儲器用于存儲各種參數。
7.如權利要求1-5任一所述的鏡頭自動聚焦控制模塊，其特征在于，所述視頻數據采集單元(1)為一視頻解碼器及其外圍電路。
8.如權利要求7所述的鏡頭自動聚焦控制模塊，其特征在于，所述視頻解碼器采用 ADV7180型號芯片。
專利摘要一種鏡頭自動聚焦控制模塊，包括電機控制單元，還包括視頻數據采集單元和視頻數據處理單元；所述視頻數據采集單元將從攝像機得到的模擬視頻數據轉換成數字視頻數據，并將所述數字視頻數據發送給所述視頻數據處理單元，所述視頻數據處理單元對所述數字視頻數據進行處理，并將處理結果發送給所述電機控制單元，所述電機控制單元根據所述處理結果向電機輸出相應的電機控制信號。本系統采用現場FPGA器件和DSP微處理器相組合的系統架構，發揮了FPGA器件并行處理速度快和DSP微處理器實現算法靈活的優點，較現有系統能夠快速地實現更為復雜的算法，可實現監控攝像機全自動、脫離人工操控對焦，節省時間以及避免了人力資源的浪費。
文檔編號G03B13/36GK202003114SQ20112003495
公開日2011年10月5日 申請日期2011年1月27日 優先權日2011年1月27日
發明者馬菁汀 申請人:北京高普樂光電科技有限公司