一種基于快速預測調整的自動光圈控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于快速預測調整的自動光圈控制系統，包括攝像機鏡頭、快速預測單元、目標計算單元、動態調整單元、復位檢測單元和控制單元，攝像機鏡頭分別連接快速預測單元輸入端和復位檢測單元輸入端，復位檢測單元輸出端分別連接快速預測單元輸入端和目標計算單元輸入端，目標計算單元輸出端連接動態調整單元輸入端，快速預測單元輸出端分別連接控制單元和動態調整單元輸入端，動態調整單元輸出端連接控制單元。本發明本利用快速預測保持自動光圈鏡頭孔徑大小穩定的目標數字控制信號值HoldValue，并不斷修正該值，最終使得自動光圈鏡頭保持一個恰當的孔徑大小，實現了自動光圈鏡頭的即插即用，解決了生產線上需要人力手動校正的問題。
【專利說明】
一種基于快速預測調整的自動光圈控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及攝像機配件，具體是一種基于快速預測調整的自動光圈控制系統。
【背景技術】
[0002]在視頻監控領域，為了使得攝像機采集的圖像在各種場景下，不產生過曝或過暗的現象，通常采用自動光圈鏡頭。自動光圈鏡頭通過調整其孔徑的大小，使得鏡頭在各種場景下，都能滿足需求。
[0003]自動光圈鏡頭有一個阻尼線圈和一個驅動線圈，當驅動線圈的力矩等于阻尼線圈的力矩時，自動光圈的孔徑固定，光通量保持穩定；當驅動線圈的力矩大于阻尼線圈的力矩時，自動光圈的孔徑打開，光通量增加；當驅動線圈的力矩小于阻尼線圈的力矩時，自動光圈的孔徑關閉，光通量減小。驅動線圈的力矩由電壓值控制，而電壓值由數字控制信號值轉換而來，電壓值越大，力矩越大。
[0004]在控制自動光圈鏡頭時，通常需要得到使得驅動線圈的力矩等于阻尼線圈力矩的電壓值。如果不能得到相對準確的使得驅動線圈的力矩等于阻尼線圈力矩的電壓值去控制自動光圈，自動光圈鏡頭的控制就失去了基準，在控制過程中，自動光圈鏡頭孔徑打開或關閉的速度會過快；在控制結束后，也不能很好地穩定住自動光圈鏡頭孔徑大小，從而造成連續采集的視頻幀亮暗差距明顯，頻繁閃爍，且收斂時間長的問題。
[0005]自動光圈鏡頭控制的難點在于，對于眾多品質參差不起的自動光圈鏡頭，使得驅動線圈的力矩等于阻尼線圈的力矩的電壓值并不一致。因此通常的做法是，在使用自動光圈之前，通過手動校正的方式得到這個基準的電壓值，然后才使用自動光圈鏡頭。如果在生產線上，對每個自動光圈鏡頭都手動校正，這是十分巨大的工作量。目前業界都傾向于實現自動光圈鏡頭的自適應使用，不進行人工手動校正。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種能夠使自動光圈鏡頭即插即用的基于快速預測調整的自動光圈控制系統，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0007]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
一種基于快速預測調整的自動光圈控制系統，包括攝像機鏡頭、快速預測單元、目標計算單元、動態調整單元、復位檢測單元和控制單元，攝像機鏡頭分別連接快速預測單元輸入端和復位檢測單元輸入端，復位檢測單元輸出端分別連接快速預測單元輸入端和目標計算單元輸入端，目標計算單元輸出端連接動態調整單元輸入端，快速預測單元輸出端分別連接控制單兀和動態調整單兀輸入動態調整單兀輸出連接控制單兀；所述攝像機鏡頭用于采集圖像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure ;所述快速預測單元對攝像機鏡頭采集的每巾貞圖像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure進行處理分析得到預測的目標數字控制信號值HoldValue，并將分析結果傳輸給控制單元；所述目標計算單元用來計算自動光圈鏡頭的光通量Flux的期望值，自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值=圖像平均亮度AveLum的期望值/CMOS曝光量Exposure ;所述動態調整單元根據自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值和預測的目標數字控制信號值HoldValue，調整最終的數字控制信號值PwmValue,并實時修正預測的目標數字控制信號值HoldValue,同時將分析結果傳輸給控制單元；復位檢測單元在檢測到圖像平均亮度AveLum近似為零，并經過一個超時時間后仍然近似為零時將系統恢復初始狀態；控制單元將分析結果轉換為對自動光圈的控制信號。
[0008]作為本發明進一步的方案:所述攝像機鏡頭中安裝有脈寬調制控制器，脈寬調制控制器將數字控制信號值PwmValue轉換為方波模擬信號，再將方波模擬信號轉換為直流電壓信號，用直流電壓信號驅動自動光圈鏡頭的驅動線圈，從而驅動自動光圈鏡頭孔徑的打開或關閉。
[0009]作為本發明再進一步的方案:所述快速預測單元工作時，先將自動光圈鏡頭孔徑開到最大，再依次嘗試各個數字控制信號值PwmValue，找到第一個將自動光圈鏡頭孔徑關閉的數字控制信號值PwmValue，并將這個數字控制信號值PwmValue定為預測的目標數字控制信號值HoldValue。
[0010]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
本發明本利用快速預測保持自動光圈鏡頭孔徑大小穩定的目標數字控制信號值HoldValue，并不斷修正該值，最終使得自動光圈鏡頭保持一個恰當的孔徑大小，實現了自動光圈鏡頭的即插即用，解決了生產線上需要人力手動校正的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的功能結構示意框圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合【具體實施方式】對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
[0013]請參閱圖1，一種基于快速預測調整的自動光圈控制系統，包括攝像機鏡頭、快速預測單元、目標計算單元、動態調整單元、復位檢測單元和控制單元，攝像機鏡頭分別連接快速預測單元輸入端和復位檢測單元輸入端，復位檢測單元輸出端分別連接快速預測單元輸入端和目標計算單元輸入端，目標計算單元輸出端連接動態調整單元輸入端，快速預測單元輸出端分別連接控制單元和動態調整單元輸入端，動態調整單元輸出端連接控制單
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[0014]攝像機鏡頭中安裝有脈寬調制控制器，脈寬調制控制器將數字控制信號值PwmValue轉換為方波模擬信號，再將方波模擬信號轉換為直流電壓信號，用直流電壓信號驅動自動光圈鏡頭的驅動線圈，從而驅動自動光圈鏡頭孔徑的打開或關閉；每個直流電壓信號對應一個數字控制信號值PwmValue，數字控制信號值PwmValue的取值范圍從O到100，當驅動電壓值使得驅動線圈的力矩等于阻尼線圈的力矩時，就是能穩定自動光圈鏡頭，使得孔徑不再變化，這個數字控制信號值PwmValue為目標數字控制信號值HoldValue。當數字控制信號值PwmValue偏離目標數字控制信號值HoldValueHoldValue，自動光圈的孔徑開始打開或關閉，偏離的差值越大，驅動線圈和阻尼線圈的力矩差越大，打開或關閉的速度越快。
[0015]攝像機鏡頭用于采集圖像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure,圖像平均亮度AveLum=自動光圈鏡頭光通量FluxX CMOS曝光量Exposure, CMOS曝光Exposure=曝光時間X增益，因此自動光圈鏡頭光通量Flux=圖像平均亮度AveLum/CMOS曝光量Exposure，自動光圈鏡頭光通量Flux由環境亮度和自動光圈鏡頭孔徑大小決定，若環境亮度短時期內保持不變，自動光圈鏡頭光通量Flux將用于衡量自動光圈鏡頭孔徑大小，即使CMOS曝光量因其他算法的控制而不斷變化。
[0016]快速預測單元對攝像機鏡頭采集的每幀圖像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure進行處理分析并將分析結果傳輸給控制單元，快速預測單元先將自動光圈鏡頭孔徑開到最大，再依次嘗試各個數字控制信號值PwmValue，找到第一個將自動光圈鏡頭孔徑關閉的數字控制信號值PwmValue，并將這個數字控制信號值PwmValue暫定為目標數字控制信號值HoldValue。
[0017]例如一個自動光圈鏡頭的目標數字控制信號值HoldValue是43，那么數字控制信號值PwmValue=O時，自動光圈鏡頭孔徑全速打開，數字控制信號值PwmValue=43時，孔徑保持原有大小，數字控制信號值PwmValue=44時，孔徑以較小速度關閉，數字控制信號值PwmValue=10時，孔徑全速關閉，數字控制信號值PwmValue對應孔徑的打開或關閉速度，快速預測單元設定數字控制信號值PwmValue=O時，自動光圈鏡頭孔徑全速打開，當前后幀的自動光圈鏡頭光通量Flux相同時，則認為孔徑達到最大值；依次測試每個數字控制信號值PwmValue，找出第一個能將自動光圈鏡頭孔徑關閉的數字控制信號值PwmValue。每個數字控制信號值PwmValue測試時間為0.5s,即N/2幀，測試自動光圈鏡頭光通量Flux是否減少，如果自動光圈鏡頭光通量Flux減少，表明自動光圈鏡頭孔徑關閉，則該數字控制信號值PwmValue再多測試ls，理論上共有100個PwmValue需要測試，但對于不同的自動光圈鏡頭，目標數字控制信號值HoldValue都集中在中間1/3的數字控制信號值PwmValue中，因此通常最多測試(100/3)*0.5s=16s。在實際場景中，由于可能環境亮度存在擾動，譬如人物走動，測試得出的數字控制信號值PwmValue并不是精確的目標數字控制信號值HoldValue，但可以認為是大致精確的目標數字控制信號值HoldValue。
[0018]目標計算單元用來計算自動光圈鏡頭的光通量Flux的期望值，自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值=圖像平均亮度AveLum的期望值/CMOS曝光量Exposure。
[0019]若曝光控制為全自動或半自動控制，自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值=圖像平均亮度AveLum的時域平均值/期望曝光量。當曝光控制調整得到的曝光量大于期望曝光量時，實際自動光圈鏡頭光通量Flux要小于自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值，自動光圈鏡頭孔徑會打開；當環境亮度非常亮，使得曝光控制調整得到的曝光量小于期望曝光量時，自動光圈鏡頭孔徑會關閉，避免圖像過曝。
[0020]若曝光控制為手動控制時，曝光量是固定值，圖像平均亮度完全取決于環境亮度和自動光圈鏡頭孔徑大小，自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值=圖像平均亮度AveLum的期望值/固定的曝光量。
[0021]動態調整單元根據自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值和預測的目標數字控制信號值HoldValue，調整最終的數字控制信號值PwmValue，并實時修正預測的目標數字控制信號值 HoldValue。
[0022]自動光圈鏡頭的狀態根據數字控制信號值PwmValue與目標數字控制信號值HoldValue的大小關系，分為打開/保持/關閉三種狀態。當自動光圈鏡頭狀態剛從保持狀態切換到打開或關閉狀態時，數字控制信號值PwmValue也從目標數字控制信號值HoldValue切換到目標數字控制信號值HoldValue+Ι或目標數字控制信號值HoldValue-1的值，當數字控制信號值PwmValue嘗試一個新值時，測試N/10幀的時間內自動光圈鏡頭光通量Flux的變化值Λ Flux。若當前自動光圈鏡頭光通量Flux與自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值之間的差值與AFlux的比例較大,將數字控制信號值PwmValue向遠離目標數字控制信號值HoldValue的方向調節，即加快打開或關閉自動光圈鏡頭孔徑的速度；若當前自動光圈鏡頭光通量Flux與自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值之間的差值與Λ Flux的比例較小，AFlux可以使得當前自動光圈鏡頭光通量Flux在較短時間內達到自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值，則將數字控制信號值PwmValue向靠近目標數字控制信號值HoldValue的方向調節，即降低打開或關閉自動光圈鏡頭孔徑的速度，這樣達到快速平穩調節自動光圈鏡頭孔徑的目的；當自動光圈鏡頭狀態從關閉狀態切換到保持狀態然后又切換到關閉狀態，或者從打開狀態切換到保持狀態然后又切換到打開狀態，當前目標數字控制信號值HoldValue不準確，需要修正，修正的幅度與保持狀態持續的時間長短相關，保持狀態持續的時間越長，修正的幅度越小；當自動光圈鏡頭狀態從關閉狀態切換到保持狀態然后又切換到打開狀態，或者從打開狀態切換到保持狀態然后又切換到關閉狀態，這是由于自動光圈鏡頭在打開或關閉時速度過快的慣性動作導致，可以修正目標數字控制信號值PwmValue向遠離目標數字控制信號值HoldValue的方向調節速度和幅度。
[0023]復位檢測單元在檢測到圖像平均亮度AveLum近似為零，并經過一個超時時間后仍然近似為零時，復位檢測單元將系統恢復初始狀態。例如用手長時間捂住鏡頭、或者更換自動光圈鏡頭等等。
[0024]控制單元將分析結果轉換為對自動光圈的控制信號。
[0025]本發明本利用快速預測保持自動光圈鏡頭孔徑大小穩定的目標數字控制信號值HoldValue，并不斷修正該值，最終使得自動光圈鏡頭保持一個恰當的孔徑大小，實現了自動光圈鏡頭的即插即用，解決了生產線上需要人力手動校正的問題。
[0026]上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種基于快速預測調整的自動光圈控制系統，其特征在于，包括攝像機鏡頭、快速預測單元、目標計算單元、動態調整單元、復位檢測單元和控制單元，攝像機鏡頭分別連接快速預測單元輸入端和復位檢測單元輸入端，復位檢測單元輸出端分別連接快速預測單元輸入端和目標計算單元輸入端，目標計算單元輸出端連接動態調整單元輸入端，快速預測單元輸出端分別連接控制單元和動態調整單元輸入端，動態調整單元輸出端連接控制單元；所述攝像機鏡頭用于采集圖像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure ;所述快速預測單元對攝像機鏡頭采集的每巾貞圖像平均亮度AveLum和CMOS曝光量Exposure進行處理分析得到預測的目標數字控制信號值HoldValue，并將分析結果傳輸給控制單元；所述目標計算單元用來計算自動光圈鏡頭的光通量Flux的期望值，自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值=圖像平均亮度AveLum的期望值/CMOS曝光量Exposure ;所述動態調整單元根據自動光圈鏡頭光通量Flux的期望值和預測的目標數字控制信號值HoldValue，調整最終的數字控制信號值PwmValue，并實時修正預測的目標數字控制信號值HoldValue，同時將分析結果傳輸給控制單元；復位檢測單元在檢測到圖像平均亮度AveLum近似為零，并經過一個超時時間后仍然近似為零時將系統恢復初始狀態；控制單元將分析結果轉換為對自動光圈的控制信號。
2.根據權利要求1所述的基于快速預測調整的自動光圈控制系統，其特征在于，所述攝像機鏡頭中安裝有脈寬調制控制器，脈寬調制控制器將數字控制信號值PwmValue轉換為方波模擬信號，再將方波模擬信號轉換為直流電壓信號，用直流電壓信號驅動自動光圈鏡頭的驅動線圈，從而驅動自動光圈鏡頭孔徑的打開或關閉。
3.根據權利要求1所述的基于快速預測調整的自動光圈控制系統，其特征在于，所述快速預測單元工作時，先將自動光圈鏡頭孔徑開到最大，再依次嘗試各個數字控制信號值PwmValue,找到第一個將自動光圈鏡頭孔徑關閉的數字控制信號值PwmValue，并將這個數字控制信號值PwmValue定為預測的目標數字控制信號值HoldValue。
【文檔編號】H04N5/225GK104301625SQ201410625693
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】陳建群, 陳俊, 聶嘉棟 申請人:上海集光安防科技股份有限公司, 上海愛譜華頓電子科技（集團）有限公司, 上海愛譜華頓電子工業有限公司