摄像系统和摄像方法 【技术领域】
本发明涉及图像采集领域， 具体地涉及摄像系统和摄像方法。背景技术 由于目前全球使用的电源公频为 50/60Hz， 而相机视频图像的频率有很多种。 尤其 是在高清领域， 由于像素越来越高而帧率变得越来越低。帧率例如可以是 25 帧 / 秒、 22.5 帧 / 秒、 15 帧 / 秒、 12.5 帧 / 秒、 10 帧 / 秒、 9 帧 / 秒或 8 帧 / 秒等。在视频监控领域的应 用中， 如何使视频或抓拍图像与外部光源同步变得尤为重要。
图 1 示出了发光装置 ( 例如， 信号灯、 照明装置等 ) 在曝光时间内的能量变化图。
由于视频曝光和外部光源不同步， 在相同曝光时间里， 曝光时间相对于信号灯同 步信号的相位是移动的。在曝光时间内补进每帧图像的能量是不同的。曝光时间内的能量 总和 ：
其中， t0 表示曝光开始时刻， t1 表示曝光结束时刻。(t1-t0) 表示视频图像的曝 光时间。S 表示能量， 并随着 t0 和 t1 位置而变化。
例如， 目前很多高清智能网络相机交通领域应用， 采用选择常亮发光二极管 ( 简 称 LED) 信号灯来避开相机视频或者抓拍图片和频闪 LED 光源同步问题， 但采用常亮 LED 灯 存在以下几个问题 ： 首先， 很多十字路口信号灯已经安装完毕， 相机受到路口已经安装信号 灯中 LED 灯管限制， 没法适应所有工程应用 ； 其次， 常亮灯管功率比较大， 浪费能源， 环境污 染， 而且 LED 寿命受到影响， 容易老化损坏 ； 再次， 如果采用常亮 LED 灯， 晚间信号灯区域过 曝问题很难解决。
类似地， 在用交流驱动信号驱动的路灯照明的情况下， 由于该交流驱动信号与摄 像系统的视频曝光不同步， 也可能造成视频亮度变化或变黑。
可见， 发光装置的交流驱动信号与摄像系统的视频曝光不同步， 可能造成视频亮 度变化或变黑， 或造成抓拍图像亮度变黑。
因此， 需要一种能够根据发光装置的驱动信号的频率来进行拍摄的技术。
发明内容 在下文中给出关于本发明的简要概述， 以便提供关于本发明的某些方面的基本理 解。应当理解， 这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关 键或重要部分， 也不是意图限定本发明的范围。 其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念， 以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明的一个主要目的在于， 提供能够根据发光装置的驱动信号的频率来摄像的 摄像系统和摄像方法。
根据本发明的一个方面， 提供了一种摄像系统。在该摄像系统附近布置了用交流
驱动信号驱动的发光装置。 该摄像系统包括 ： 相位检测单元， 用于检测布置在摄像系统附近 的发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的 相位差并产生用于表示相位差的相位差信号 ； 第一时钟信号产生单元， 用于产生与相位差 信号相对应的第一时钟信号 ； 同步信号产生单元， 用于在第一时钟信号的控制下产生发光 装置的理想驱动信号的同步信号 ； 视频帧驱动信号产生单元， 用于在第一时钟信号的控制 下产生视频帧驱动信号 ； 以及图像采集生成单元， 用于根据视频帧驱动信号采集视频帧以 产生视频。
根据本发明的又一个方面， 提供了一种摄像方法， 包括 ： 检测发光装置的实际驱动 信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示 相位差的相位差信号， 其中， 实际驱动信号和理想驱动信号均为交流信号 ； 产生与相位差信 号相对应的第一时钟信号 ； 在第一时钟信号的控制下产生发光装置的理想驱动信号的同步 信号 ； 在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号 ； 以及根据视频帧驱动信号采集视频 帧以产生视频。
在本发明中， 通过根据发光装置的驱动信号的频率来摄像， 使得拍摄的视频清晰 并且视频亮度稳定。 附图说明 参照下面结合附图对本发明实施例的说明， 会更加容易地理解本发明的以上和其 它目的、 特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中， 相同的或类似 的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
图 1 是示出用交流驱动信号驱动的发光装置的发光信号的能量曲线 ；
图 2 是示出根据本发明的第一实施例的摄像系统的框图 ；
图 3 是示出根据本发明的第二实施例的摄像系统的框图 ；
图 4 是示出根据本发明的第三实施例的摄像系统的框图 ；
图 5 是示出根据本发明的第四实施例的摄像系统的框图 ；
图 6 是示出根据本发明的第五实施例的摄像系统的框图 ；
图 7 是示出根据本发明的第六实施例的摄像系统的框图 ；
图 8 是示出根据本发明的第七实施例的摄像系统的框图 ；
图 9 是示出根据本发明的第八实施例的摄像系统的框图 ；
图 10 是示出根据本发明的第九实施例的摄像系统的框图 ；
图 11 是示出根据本发明的第十实施例的摄像系统的框图 ；
图 12 是示出根据本发明的第十一实施例的摄像方法的流程图 ；
图 13 是示出根据本发明的第十二实施例的摄像方法的流程图 ；
图 14 是示出根据本发明的第十三实施例的摄像方法的流程图 ；
图 15 是示出根据本发明的第十四实施例的摄像方法的流程图 ； 以及
图 16 是示出交通信号灯的能量曲线。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。 在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。 应 当注意， 为了清楚的目的， 附图和说明中省略了与本发明无关的、 本领域普通技术人员已知 的部件和处理的表示和描述。
摄像系统
以下参考图 2 来描述根据本发明的第一实施例的摄像系统 200。
用交流驱动信号驱动的发光装置 ( 未示出 ) 可以被布置在摄像系统 200 附近。例 如， 发光装置可以是交通信号灯、 路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。如图 2 所 示， 摄像系统 200 可以包括相位检测单元 202、 同步信号产生单元 204、 第一时钟信号产生单 元 206、 视频帧驱动信号产生单元 208 和图像采集生成单元 210。相位检测单元 202 可以检 测发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的 相位差并产生用于表示相位差的相位差信号。第一时钟信号产生单元 206 可以产生与相位 差信号相对应的第一时钟信号。同步信号产生单元 204 可以在第一时钟信号的控制下产生 发光装置的理想驱动信号的同步信号。视频帧驱动信号产生单元 208 可以在第一时钟信号 的控制下产生视频帧驱动信号。图像采集生成单元 210 可以响应于视频帧驱动信号采集视 频帧以产生视频。在图 2 中， 虚线框内的同步信号产生单元 204 和视频帧驱动信号产生单 元 208 可以集成在一起， 从而形成一个控制模块。 例如， 摄像系统 200 可以设置在交通信号灯附近、 路灯附近或者其他需要监控的 地点。也可以在使用交流电驱动的照明灯照明的室内进行视频通话时使用摄像系统 200。
以下参照图 3 来描述根据本发明的第二实施例的摄像系统 300。
用交流驱动信号驱动的发光装置 ( 未示出 ) 可以被布置在摄像系统 300 的附近。 摄像系统 300 可以包括相位检测单元 202、 同步信号产生单元 204、 第一时钟信号产生单元 206、 视频帧驱动信号产生单元 208、 图像采集生成单元 210、 信号检测单元 212、 第二时钟信 号产生单元 214 和时钟选择单元 216。摄像系统 300 和摄像系统 200 的区别在于， 摄像系统 300 包括信号检测单元 212、 第二时钟信号产生单元 214 和时钟选择单元 216。信号检测单 元 212 可以检测发光装置是否发光。第二时钟信号产生单元 214 可以产生独立的第二时钟 信号。时钟选择单元 216 可以在信号检测单元 212 检测到发光装置发光的情况下， 选择第 一时钟信号作为用于视频帧驱动信号产生单元的时钟信号， 以及在信号检测单元 212 未检 测到发光装置发光的情况下， 选择第二时钟信号作为用于视频帧驱动信号产生单元的时钟 信号。第二时钟产生单元 214 可以是晶振部件以及其他任何可以产生时钟的部件。为了简 明， 在此不再赘述与根据第二实施例摄像系统 200 的各单元类似的单元的描述。
在图 3 中， 虚线框内的同步信号产生单元 204、 视频帧驱动信号产生单元 208、 信号 检测单元 212 和时钟选择单元 216 可以集成在一起， 从而形成一个控制模块。
以下参照图 4 来描述根据本发明的第三实施例的摄像系统 400。
用交流驱动信号驱动的发光装置 ( 未示出 ) 可以被布置在摄像系统 400 的附近。 摄像系统 400 可以包括相位检测单元 202、 同步信号产生单元 204、 第一时钟信号产生单元 206、 视频帧驱动信号产生单元 208、 图像采集生成单元 210、 信号检测单元 212、 第二时钟信 号产生单元 214 和时钟选择单元 216 和相位调整单元 218。摄像系统 400 和摄像系统 300 的区别在于， 摄像系统 400 包括相位调整单元 218。视频帧驱动信号产生单元 208 以时钟 选择单元 216 所选择的第一时钟信号或第二时钟信号为基准产生触发信号。相位调整单元
218 可以调整以时钟选择单元 216 所选择的第一时钟信号或第二时钟信号为基准所产生的 触发信号相对于理想同步信号的相位， 使得视频帧的曝光程度适当， 并将经过调整的触发 信号输出到视频帧驱动信号产生单元 208。视频帧驱动信号产生单元 208 基于经过调整的 触发信号产生视频帧驱动信号。
可选地， 根据第三实施例的摄像系统 400 可以不包括信号检测单元 212、 第二时钟 信号产生单元 214 和时钟选择单元 216。在这种情况下， 相位调整单元 218 直接接收来自 第一时钟信号产生单元 206 所产生的第一时钟信号并对第一时钟信号进行相位调整， 使得 视频帧的曝光程度适当， 之后将经过调整的第一时钟信号输出到视频帧驱动信号产生单元 208。
在图 4 中， 虚线框内的同步信号产生单元 204、 视频帧驱动信号产生单元 208、 信 号检测单元 212、 时钟选择单元 216 和相位调整单元可以集成在一起， 从而形成一个控制模 块。
以下参照图 5 来描述根据本发明的第四实施例的摄像系统 500。
摄像系统 500 类似于摄像系统 400。摄像系统 400 和摄像系统 500 的区别在于， 在摄像系统 500 中， 相位调整单元 218 可以调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光 程度适当， 并将经过调整的视频帧驱动信号输出到图像采集生成单元 210。在摄像系统 400 中， 相位调整单元 218 可以调整以时钟选择单元 216 所选择的第一时钟信号或第二时钟信 号为基准所产生的触发信号相对于理想同步信号的相位， 使得视频帧的曝光程度适当， 并 将经过调整的触发信号输出到视频帧驱动信号产生单元 208。 在图 5 中， 虚线框内的同步信号产生单元 204、 视频帧驱动信号产生单元 208、 信号 检测单元 212 和时钟选择单元 216 可以集成在一起， 从而形成一个控制模块。
以下参照图 6 来描述根据本发明的第五实施例的摄像系统 600。
在摄像系统 600 中， 第一时钟信号产生单元 206 可以包括滤波子单元 206-2 和压 控振荡子单元 206-4。 其中， 滤波子单元 206-2 可以从相位检测单元 202 检测到的相位差信 号中滤波高频噪声， 压控振荡子单元 206-4 可以根据滤波后的相位差信号产生第一时钟信 号。
实际上， 在摄像系统 200、 摄像系统 300、 摄像系统 400 和摄像系统 500 中， 第一时 钟信号产生单元 206 也可以包括滤波子单元 206-2 和压控振荡子单元 206-4。
在图 6 中， 虚线框内的同步信号产生单元 204、 视频帧驱动信号产生单元 208、 信号 检测单元 212 和时钟选择单元 216 可以集成在一起， 从而形成一个控制模块。
以下， 在发光装置为信号灯以及图像采集生成单元 210 为高清视频采集单元的情 况下， 对摄像系统 600 进行描述。
在传统技术中， 视频帧驱动信号和信号灯的驱动信号是两个相互独立运行的信 号， 一旦高清视频采集单元开始工作， 视频帧驱动信号和信号灯的驱动信号将按照自己的 频率开始工作。如果能够在视频帧驱动信号和信号灯的驱动信号间建立起负反馈机制， 使 得相机每帧视频曝光在信号灯的某个相位间左右摆动， 则建立起信号灯与相机每帧视频曝 光的动态同步， 从而解决了信号灯与高清视频采集单元所采集的每帧视频曝光同步问题。 可以将以上方案理解为从视频的角度去实现相机每帧视频曝光与信号灯同步。
相位检测单元 202 负责检测信号灯信号相位与同步信号产生单元 204 所产生的信
号灯的理想驱动信号的同步信号与视频帧同步的输出信号间的相位差。
滤波子单元 206-2 例如可以采用低通滤波器滤除相位检测单元 202 检测出的相位 差 ( 例如， 电压信号 ) 抖动的高频噪声， 提供表示相位差的电平信号。
压控振荡子单元 206-4 可以对滤波子单元 206-2 输出的电平信号产生对应的时钟 频率。
同步信号产生单元用于根据时钟选择单元 216 所提供的时钟信号来产生信号灯 的理想驱动信号的同步信号并将该同步信号输出到相位检测单元 202。视频帧驱动信号产 生单元 208 将根据时钟选择单元 216 所提供的时钟产生视频帧驱动信号， 并将视频帧驱动 信号输出到相位调整单元 218。
相位调整单元 218 对视频帧驱动信号的相位进行调整， 并将经调整的视频帧驱动 信号输出到前端的图像采集生成单元 210， 即， 高清视频采集单元。图像采集生成单元产生 和信号灯同步信号同相位的视频。
信号检测单元 212 根据是否检测到信号灯同步信号来确定工作模式是信号灯同 步模式还是信号灯非同步模式。时钟选择单元 216 信号检测单元选择的工作模式选择对应 的时钟。 如果工作模式为与信号灯同步模式， 则时钟选择单元 216 选择压控振荡子单元 206-4 提供的时钟信号。 如果工作模式为信号灯非同步模式， 则时钟选择单元 216 选择第二 时钟信号产生单元 ( 例如， 晶振单元 )214 提供的时钟信号。相位调整单元 218 可以从 0 至 360 度相位选择一个合适相位使得视频帧的曝光程度最佳。
通过相位调整， 在视频中信号灯处于一个合适的亮度， 使得视频帧不过曝， 从而例 如能够准确区分信号灯的状态。这个合适相位的调整可以与现场相关， 也可以与信号灯 ( 例如， LED) 的特性相关。
在以上的各个实施例中， 理想驱动信号的同步信号的频率和视频帧驱动信号的频 率可以是倍数关系。换句话说， 理想驱动信号的同步信号的频率可以是视频帧驱动信号的 频率的 N 倍。相反， 视频帧驱动信号的频率可以是理想驱动信号的同步信号的频率的 N 倍。 这里， N 是大于或等于 1 的整数。可以根据图像采集生成单元 210 的前端图像传感器的最 大视频帧率来确定倍数 N。
在以下的描述中， fled 为同步信号产生单元 204 所产生的理想驱动信号的同步信 号的频率， fv 为视频帧驱动信号产生单元 208 所产生的视频帧驱动信号的频率。
由于要使发光装置的驱动信号与图像采集生成单元 210 采集视频帧所用的视频 帧驱动信号的频率保持同步， 所以 fv 和 fled 需要满足倍数关系， 即 fled ＝ N×fv， 或 fv ＝ N×fled， 其中， N 为大于或等于 1 的整数。
以下， 在满足关系式 fled ＝ N×fv 的情况下， 进行推导。
目前全球范围内市电的频率为 50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过 半波整流出来的， 则发光装置的频率 fled 为 50/60Hz。 如果发光装置的驱动信号是从市电通 过全波整流出来的， 则发光装置的频率 fled 为 100/120Hz。
视频帧率 ( 即， 视频帧驱动信号的频率 ) 可能受到图像采集生成单元 210 的前端 图像传感器的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为 fclk， 则最大视频帧率 fmax ＝ fclk/H ＊ V， 其中， H 表示每一行需要多少个时钟频率， V 表示一帧图像需要多少个行。
尽管不同的前端传感器帧率是不同的， 但是对于某一个特定的前端图像传感器 fmax 是固定 的。
fled/fmax ＝ N0， 如果 N0 为整数， 则 N ＝ N0。如果 N0 为非整数， 则 N ＝ [N0]+1。其 中， [N0] 表示对 N0 取整数。
fv/fmax ＝ fled/(N×fmax) ＝ N0/N。
通过上述推导， 可以确定 N 的值。即， N 的值受到前端图像传感器的最大时钟频率 fclk 的限制。
类似地， 在需要满足关系式 fv ＝ N ×fled 的情况下， 可以通过类似推导， 得到 N 的 值， 在此不再赘述。
以下参照图 7 来描述根据本发明的第六实施例的摄像系统 700。
用交流驱动信号驱动的发光装置 ( 未示出 ) 可以被布置在摄像系统 700 附近。例 如， 发光装置可以是交通信号灯、 路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。如图 7 所 示， 摄像系统 700 可以包括视频帧驱动信号产生单元 702 和图像采集生成单元 704。 视频帧 驱动信号产生单元 702 可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N 个周期产生一个 视频帧驱动信号， 其中， N 为大于或等于 1 的整数。图像采集生成单元 704 可以响应于视频 帧驱动信号采集视频帧以产生视频。
例如， 摄像系统 700 可以设置在交通信号灯附近、 路灯附近或者其他需要监控的 地点。也可以在使用交流电驱动的照明灯照明的室内进行视频通话时使用摄像系统 700。
以下参照图 8 来描述根据本发明的第七实施例的摄像系统 800。
用交流驱动信号驱动的发光装置 ( 未示出 ) 可以被布置在摄像系统 800 的附近。 如图 8 所示， 摄像系统 800 可以包括视频帧驱动信号产生单元 702、 图像采集生成单元 704、 同步信号产生单元 706、 驱动信号选择单元 708 和信号检测单元 710。摄像系统 700 和摄像 系统 800 的区别在于， 摄像系统 800 包括同步信号产生单元 706、 驱动信号选择单元 708 和 信号检测到单元 710。
其中， 同步信号产生单元 706 可以产生备用同步信号， 该备用同步信号与发光装 置的实际驱动信号的同步信号的理想频率同频。信号检测单元 710 可以检测发光装置是否 发光。在信号检测单元 710 检测到发光装置发光的情况下， 驱动信号选择单元 708 将实际 驱动信号的同步信号提供给视频帧驱动信号产生单元 702， 以及在信号检测单元 710 未检 测到发光装置发光的情况下， 驱动信号选择单元 708 将备用同步信号提供给视频帧驱动信 号产生单元 702。视频帧驱动信号产生单元 702 可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步 信号的周期或备用同步信号的 N 个周期产生一个视频帧驱动信号， 其中， N 为大于或等于 1 的整数。换句话说， 视频帧驱动信号产生单元 702 对驱动信号选择单元 708 所提供的实际 驱动信号的同步信号的周期或备用同步信号的周期进行计数。图像采集生成单元 704 可以 响应于视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。通过在摄像系统 800 中设置同步信号产生 单元 706、 驱动信号选择单元 708 和信号检测单元 710， 在未检测到发光装置发光的情况下， 摄像系统 800 可以根据同步信号产生单元产生的备用同步信号来进行工作。这样， 即使发 光装置的频率随着时候有轻微变化， 图像采集生成单元 704 采集的视频也可以基本上和发 光装置的驱动信号的频率保持同步。
可选地， 同步信号产生单元 706 可以不产生备用同步信号而产生帧同步信号。可以将帧同步信号的频率设定为最大视频帧率 fmax。fmax ＝ fclk/H ＊ V， 其中， fclk 表示图像采 集生成单元的前端图像传感器的工作的最大时钟频率， H 表示每一行需要多少个时钟频率， V 表示一帧图像需要多少个行。
在信号检测单元 710 检测不到发光装置的驱动信号的同步信号的情况下， 驱动信 号选择单元 708 选择帧同步信号并将帧同步信号输出到视频帧驱动信号产生单元 702。
与备用同步信号的情况不同的是， 视频帧驱动信号产生单元 702 不对帧同步信号 进行计数， 而是响应于帧同步信号的周期产生用于控制图像采集生成单元 704 的一组序 列。图像采集生成单元 704 在该组序列的驱动下采集视频帧以产生视频。
这样， 在检测不到发光装置的驱动信号的同步信号的情况下， 可以采用具有最大 视频帧率的帧同步信号来采集视频帧， 从而提高视频清晰度。
以下参照图 9 来描述根据本发明的第八实施例的摄像系统 900。
如图 9 所示， 摄像系统 900 可以包括视频帧驱动信号产生单元 702、 图像采集生成 单元 704、 同步信号产生单元 706、 驱动信号选择单元 708、 信号检测单元 710 和相位调整单 元 712。
摄像系统 900 和摄像系统 800 的区别在于， 摄像系统 900 包括相位调整单元 712。 相位调整单元 712 可以调整发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位或备用同步信号 的相位使得视频帧的曝光程度适当， 并将经过调整的实际驱动信号的同步信号或备用同步 信号发送给视频帧驱动信号产生单元 702。 可选地， 摄像系统 900 可以不包括同步信号产生单元 706、 驱动信号选择单元 708 和信号检测单元 710。 换句话说， 相位调整单元 712 直接接收发光装置的驱动信号的同步信 号， 并对该同步信号的相位进行调整。之后， 相位调整单元 712 将经过调整的同步信号输出 到视频帧驱动信号产生单元。
以下参照图 10 来描述根据本发明的第九实施例的摄像系统 1000。
如图 10 所示， 摄像系统 1000 可以包括视频帧驱动信号产生单元 702、 图像采集生 成单元 704、 同步信号产生单元 706、 驱动信号选择单元 708、 信号检测单元 710 和相位调整 单元 712。
摄像系统 1000 和摄像系统 900 的区别在于， 相位调整单元 712 和视频帧驱动信号 产生单元 702 的位置。在摄像系统 1000 中， 相位调整单元 712 调整视频帧驱动信号的相位 使得视频帧的曝光程度适当， 并将经过调整的视频帧驱动信号发送给图像采集生成单元。 在摄像系统 900 中， 相位调整单元 712 可以调整发光装置的实际驱动信号的同步信号的相 位或备用同步信号的相位使得视频帧的曝光程度适当， 并将经过调整的实际驱动信号的同 步信号或备用同步信号发送给视频帧驱动信号产生单元 702。
可选地， 摄像系统 900 可以不包括同步信号产生单元 706、 驱动信号选择单元 708 和信号检测单元 710。 换句话说， 视频帧驱动信号产生单元 702 直接接收发光装置的驱动信 号的同步信号。
以下参照图 11 来描述根据本发明的第十实施例的摄像系统 1100。
摄像系统 1100 可以包括视频帧驱动信号产生单元 702、 图像采集生成单元 704、 同 步信号产生单元 706、 驱动信号选择单元 708、 信号检测单元 710 和相位调整单元 712。 其中， 视频帧驱动信号产生单元 702 可以包括周期计数子单元 702-2 和时序产生子单元 702-4。
周期计数子单元 702-2 可以同步地对发光装置的实际驱动信号的同步信号的周期或备用 同步信号的周期进行计数， 并每隔 N 个周期产生一个触发信号。时序产生子单元 702-4 可 以在触发信号的触发下产生用于控制图像采集生成单元 704 的时序。
实际上， 在第六至第十实施例中， 视频帧驱动信号产生单元 702 也可以包括周期 计数子单元 702-2 和时序产生子单元 702-4。
以下， 在发光装置为信号灯以及图像采集生成单元 210 为高清视频采集单元的情 况下， 对摄像系统 1100 进行描述。
由于视频是由图片组成， 每一帧视频图像就是一张图片， 如果实现每一张图像的 曝光和信号灯同步， 则实现了实现信号灯与相机每帧视频曝光同步。可以将上述方案理解 为从图片的角度去实现信号灯与相机每帧视频曝光同步。
信号检测单元 710 可以检测外部信号灯的同步信号。在信号检测单元 710 检测 到外部信号灯的同步信号的情况下， 驱动信号选择单元 708 可以选择外部信号灯的驱动信 号的同步信号， 并将该同步信号输出到周期计数子单元 702-2。在信号检测单元 710 未检 测到外部信号灯的同步信号的情况下， 驱动信号选择单元 708 可以选择同步信号产生单元 706 产生的同步信号。驱动信号选择单元 708 将所选择的同步信号输出到周期计数子单元 702-2。周期计数子单元 702-2 可以同步地对发光装置的实际驱动信号的同步信号的周期 或备用同步信号的周期进行计数， 并每隔 N 个周期产生一个触发信号。 时序产生子单元 702-4 可以在触发信号的触发下产生用于控制图像采集生成单 元 ( 高清视频采集单元 ) 的时序。
相位调整单元 712 对时序产生子单元 702-4 产生的时序中的视频帧驱动信号的相 位进行 0-360 度的调节， 使得视频帧的曝光程度适当。
通过相位调整， 在视频中信号灯处于一个合适的亮度， 使得视频帧不过曝， 从而例 如能够准确区分信号灯的状态。这个合适相位的调整可以与现场相关， 也可以与信号灯 ( 例如， LED) 的特性相关。
通过上述， 使得视频图像中的每一帧图像曝光时间都和信号灯保持同步， 不仅能 够满足电子警察抓拍用， 也能作为十字路口录像用， 能够完成的记录事件发生时刻的信号 灯状态。 其次， 可以通过同步相位的调整， 保持某一个特定相位使得信号灯在白天和晚上效 果良好， 解决晚间信号灯区域过曝的问题。 最后， 在实现高清智能网络相机与交通信号灯同 步时， 对整个视频的帧率影响很小。
在第六至第十一实施例中， 可以根据图像采集生成单元 704 的前端图像传感器的 最大视频帧率来确定 N 值。
在以下的描述中， fled 为同步信号产生单元 706 所产生的备用同步信号的频率， fv 为视频帧驱动信号产生单元 702 所产生的视频帧驱动信号的频率。
由于要使发光装置的驱动信号与图像采集生成单元 704 采集视频帧所用的视频 帧驱动信号的频率保持同步， 所以 fv 和 fled 需要满足倍数关系， 即 fled ＝ N×fv， 或 fv ＝ N×fled， 其中， N 为大于或等于 1 的整数。
以下， 在满足关系式 fled ＝ N×fv 的情况下， 进行推导。
目前全球范围内市电的频率为 50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过 半波整流出来的， 则发光装置的频率 fled 为 50/60Hz。 如果发光装置的驱动信号是从市电通
过全波整流出来的， 则发光装置的频率 fled 为 100/120Hz。
视频帧率 ( 即， 视频帧驱动信号的频率 ) 可能受到图像采集生成单元 704 的前端 图像传感器的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为 fclk， 则最大视频帧率 fmax ＝ fclk/H ＊ V， 其中， H 表示每一行需要多少个时钟频率， V 表示一帧图像需要多少个行。 尽管不同的前端传感器帧率是不同的， 但是对于某一个特定的前端图像传感器 fmax 是固定 的。
fled/fmax ＝ N0， 如果 N0 为整数， 则 N ＝ N0。如果 N0 为非整数， 则 N ＝ [N0]+1。其 中， [N0] 表示对 N0 取整数。
fv/fmax ＝ fled/(N×fmax) ＝ N0/N。
通过上述推导， 可以确定 N 的值。
摄像方法
以下参照图 12 来描述根据本发明的第十一实施例的摄像方法。
在步骤 1202 中， 检测发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信 号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示相位差的相位差信号。其中， 实际驱动 信号和理想驱动信号均为交流信号。 例如， 发光装置可以是交通信号灯、 路灯或者其他用交 流驱动信号驱动的发光装置。 在步骤 1204 中， 产生与相位差信号相对应的第一时钟信号。在步骤 1206 中， 在第 一时钟信号的控制下产生发光装置的理想驱动信号的同步信号。在步骤 1208 中， 在第一时 钟信号的控制下产生视频帧驱动信号。在步骤 1210 中， 响应于视频帧驱动信号采集视频帧 以产生视频。
在根据第十一实施例的摄像方法中， 还可以检测发光装置是否发光并产生独立的 第二时钟信号。在检测到发光装置发光的情况下， 在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱 动信号， 以及在检测到发光装置未发光的情况下， 在第二时钟信号的控制下产生视频帧驱 动信号。
在根据第十一实施例的摄像方法中， 还可以调整视频帧驱动信号的相位使得视频 帧的曝光程度适当， 并响应于经过调整的视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。
在根据第十一实施例的摄像方法中， 理想驱动信号的同步信号的频率和视频帧驱 动信号的频率是倍数关系。换句话说， 理想驱动信号的同步信号的频率可以是视频帧驱动 信号的频率的 N 倍。相反， 视频帧驱动信号的频率可以是理想驱动信号的同步信号的频率 的 N 倍。这里， N 是大于或等于 1 的整数。
可以根据可用于采集视频帧的最大视频帧率来确定倍数 N。
在以下的描述中， fled 为理想驱动信号的同步信号的频率， fv 为视频帧驱动信号的 频率。
由于要使发光装置的驱动信号与采集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持 同步， 所以 fv 和 fled 需要满足倍数关系， 即 fled ＝ N×fv， 或 fv ＝ N×fled， 其中， N 为大于或 等于 1 的整数。
以下， 在满足关系式 fled ＝ N×fv 的情况下， 进行推导。
目前全球范围内市电的频率为 50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过 半波整流出来的， 则发光装置的频率 fled 为 50/60Hz。 如果发光装置的驱动信号是从市电通
过全波整流出来的， 则发光装置的频率 fled 为 100/120Hz。
视频帧率 ( 即， 视频帧驱动信号的频率 ) 可能受到可用于采集图像的图像采集生 成单元的前端传感器的工作时钟频率的限制。 假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率 为 fclk， 则最大视频帧率 fmax ＝ fclk/H ＊ V， 其中， H 表示每一行需要多少个时钟频率， V 表示 一帧图像需要多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的， 但是对于某一个特定的前 端图像传感器 fmax 是固定的。
fled/fmmax ＝ N0， 如果 N0 为整数， 则 N ＝ N0。如果 N0 为非整数， 则 N ＝ [N0]+1。其 中， [N0] 表示对 N0 取整数。
fv/fmax ＝ fled/(N ×fmax) ＝ N0/N。
通过上述推导， 可以确定 N 的值。即， N 的值受到前端图像传感器的最大时钟频率 fclk 的限制。
类似地， 在需要满足关系式 fv ＝ N×fled 的情况下， 可以通过类似推导， 得到 N 的 值， 在此不再赘述。
以下参照图 13 来描述根据本发明的第十二实施例的摄像方法。
该摄像方法开始于步骤 1302， 即， 系统上电。 在步骤 1304 中， 检测是否有发光装置 ( 信号灯 ) 的驱动信号的同步信号， 即， 检测发光装置是否发光。
如果未检测到信号灯的驱动信号的同步信号， 则在步骤 1306 中， 选择外部晶帧模 块产生的时钟信号。之后， 在步骤 1308 中， 以非信号灯同步模式采集视频。
如果检测到信号灯的驱动信号的同步信号， 则在步骤 1310 中， 产生第一时钟信 号。稍后将在步骤 1318、 步骤 1320 和步骤 1322 中描述如何产生第一时钟信号。
在步骤 1312 中， 以第一时钟信号为基准产生触发信号。在步骤 1314 中， 调整触发 信号相对于理想驱动信号的同步信号的相位。在步骤 1315 中， 根据触发信号产生视频帧驱 动信号。在步骤 1316 中， 响应于视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。
在步骤 1318 中， 产生理想驱动信号的同步信号。在步骤 1320 中， 检测来自信号灯 的实际驱动信号与理想驱动信号之间的相位差。在步骤 1322 中， 对相位差信号进行低通滤 波以滤除高频噪声。接着， 在步骤 1310 中， 根据滤波后的相位差信号产生第一时钟信号。
以下参照图 14 来描述根据本发明的第十三实施例的摄像方法。
在步骤 1402 中， 可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N 个周期产生一 个视频帧驱动信号， 其中， N 为大于或等于 1 的整数， 其中， 实际驱动信号为交流信号。 例如， 发光装置可以是交通信号灯、 路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。在步骤 104 中， 可以响应于视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。
在根据第十三实施例的摄像方法中， 还可以产生备用同步信号， 并检测发光装置 是否发光。 其中， 备用同步信号与发光装置的实际驱动信号的同步信号的理想频率同频。 在 检测到发光装置发光的情况下， 可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N 个周期 产生一个视频帧驱动信号， 以及在检测到发光装置未发光的情况下， 可以每隔备用同步信 号的 N 个周期产生一个视频帧驱动信号。
根据本发明的第十三实施例的摄像方法， 还可以调整发光装置的实际驱动信号的 同步信号的相位或备用同步信号的相位使得视频帧的曝光程度适当。 可以每隔经过调整的 实际驱动信号的同步信号的 N 个周期或备用同步信号的 N 个周期产生一个视频帧驱动信号。 可选地， 可以调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光程度适当， 并响应于 经过调整的视频帧驱动信号采集视频帧以产生视频。
可选地， 该摄像方法可以包括以下步骤 ： 产生帧同步信号， 其中， 帧同步信号的频 率为最大视频帧率 ； 检测发光装置是否发光 ； 以及在检测到发光装置发光的情况下， 每隔 发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N 个周期产生一个视频帧驱动信号， 以及在未检测 到发光装置发光的情况下， 响应于帧同步信号的周期来采集视频帧。
其中， 可以根据可用于采集视频帧的最大视频帧率来确定 N 值。
在以下的描述中， fled 为理想驱动信号的同步信号的频率， fv 为视频帧驱动信号的 频率。
由于要使发光装置的驱动信号与采集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持 同步， 所以 fv 和 fled 需要满足倍数关系， 即 fled ＝ N×fv， 或 fv ＝ N×fled， 其中， N 为大于或 等于 1 的整数。
以下， 在满足关系式 fled ＝ N×fv 的情况下， 进行推导。
目前全球范围内市电的频率为 50/60Hz。如果发光装置的驱动信号是从市电通过 半波整流出来的， 则发光装置的频率 fled 为 50/60Hz。 如果发光装置的驱动信号是从市电通 过全波整流出来的， 则发光装置的频率 fled 为 100/120Hz。
视频帧率 ( 即， 视频帧驱动信号的频率 ) 可能受到用于采集图像的图像采集生成 单元的前端图像传感器的限制。 假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为 fclk， 则最大 视频帧率 fmax ＝ fclk/H ＊ V， 其中， H 表示每一行需要多少个时钟频率， V 表示一帧图像需要 多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的， 但是对于某一个特定的前端图像传感器 fmax 是固定的。
fledd/fmax ＝ N0， 如果 N0 为整数， 则 N ＝ N0。如果 N0 为非整数， 则 N ＝ [N0]+1。其 中， [N0] 表示对 N0 取整数。
fv/fmax ＝ fled/(N×fmax) ＝ N0/N。
通过上述推导， 可以确定 N 的值。
以下参照图 15 来描述根据本发明的第十四实施例的摄像方法。
该摄像方法开始于步骤 1502， 即， 系统上电。接着在步骤 1504 中， 检测是否有信 号灯的驱动信号的同步信号。如果未检测到信号灯的驱动信号的同步信号， 则在步骤 1506 中， 在非信号灯同步模式下采集视频帧并生成视频。
如果检测到信号灯的驱动信号的同步信号， 则在步骤 1508 中确定是否达到设定 的同步相位。在未达到同步相位时， 重复步骤 1508。接下来在步骤 1510 中， 对信号灯的驱 动信号的同步信号进行计数。
如果计数到 N， 则在步骤 1512 中产生同步图像时序组合。接下来在步骤 1514 中， 在同步图像时序组合的控制下采集视频帧并生成视频。
通过该方法， 使每一帧视频数据曝光和交通信号灯同步并保持某个特定相位， 从 而视频或者抓拍图片整体亮度和局部信号灯的亮度都保持恒定。这样， 在照片或视频中都 能够记录有效的信号灯信息。
以下描述以高清视频采集单元和信号灯为例， 来描述如何计算 N 的值。假设高清
视频采集单元的最高帧率 ( 即， 视频帧驱动信号的频率 ) 为 15fps。 该帧率受到图像采集生 成单元的前端图像传感器的时钟频率的限制。 采用的交通信号灯的驱动信号是从市电通过 全波整流出来的， 所以在国内市电为 50Hz 条件下， 信号灯的频率 fled 为 100Hz。即已知 fled ＝ 100HZ。fmax ＝ 15Hz。
首先通过以下计算来确定 N 的值。
存在关系 fled/fmax ＝ N0。如果 N0 为整数， 则 N ＝ N0。如果 N0 为非整数， 则N＝ [N0]+1。这样， N ＝ 7。
所以由 fled ＝ N×fv， 得到 fv ＝ (100/7)Hz
所以， 帧率的损失率满足以下关系式 ：
帧率的损失率＝ (fmax-fv)/fmax ＝ 1-fled/(N×fmax) ＝ 1-[100/(7×15)] ＝ 4.76％。
以下参照图 16 来描述在进行相位调整时如何选择适当的相位。假设发光装置是 发光二极管 (LED) 来进行以下描述。
如图 16 所示， LED 发光能量曲线分 4 个区。A 区表示信号灯 LED 发光二极管截止 区， 即 LED 发光管不导通， LED 不发光。B 区表示信号灯 LED 发光二极管的工作区， 即 LED 发 光二极管导通， 电压逐渐升高， LED 发光光经流的电流变大， 发光管由暗变亮发光。C 区表示 信号灯 LED 发光二极管的饱和区， 即 LED 发光二极管电流已经饱和， 电压再升高， 电流也不 变化， LED 发光管也保持原来亮度。D 区表示信号灯 LED 发光二极管的工作区， 即 LED 发光 二极管导通， 电压逐渐下降， LED 发光光经流的电流变小， 发光管由亮变暗发光。 通过相位调整单元 218 或相位调整单元 712 对输入至其的信号的相位进行调整， 使得视频帧的曝光时间落在 C 区和 D 区之间。这样可以解决晚间由于整体场景过暗， 曝光 时间过长造成信号灯局部区域产生过曝问题又能兼顾白天曝光时间过短而造成信号灯区 域过暗问题。
以下是使得视频曝光于信号灯同步相位落在 C 区和 D 区之间原因分析。由于相机 采用自动曝光， 在智能交通应用中由于要看清车牌， 车辆外型， 颜色等信息， 又避免拖尾造 成图像模糊， 最大曝光时间有限制， 一般为 5ms 左右， 所以自动曝光时间为 0-5ms， 我们要综 合考虑白天照度很高， 和晚上照度很低时候信号灯状态都要清晰可辨。
对于白天照度很高时候， 自动曝光的曝光值一般很小， 可能曝光值小于 1ms。此时 曝光时间最好落在 C 区域， 使得信号灯不会因为曝光时间短而变得太黑以至于无法辨别信 号灯状态。
对于晚上照度很低， 自动曝光时间肯定是在最大曝光时间工作即 5ms 左右 ； 由于 曝光时间变大， 信号灯再曝光时间内的能量和比较大， 但是从图 16 的信号灯能量曲线可以 看出， 当曝光时间比较大时候信号灯已经进入 D 区。使得 LED 在相同时间内能量没有 C 区 间高， 所以使得信号灯区域也不会因为曝光时间过长而造成过曝。
在实际应用中， 由于现场情况的差别， 以及相机最大曝光时间， 最小曝光时间的差 别， 信号灯内部 LED 管子特性的差异， 可能 A、 B、 C 和 D 区域大小会有所不同， 但上述调整的 方法和策略都为有效。
通过上述实施例， 使得所采集的视频帧都与发光装置的驱动信号同步。
通过本发明给出的技术方案， 可以使高清智能网络相机的每一帧视频数据曝光和 频闪 LED 外部光源同步， 保持某个特定相位， 使得视频和抓拍的亮度都保持恒定。在照片或
视频中都能够记录有效的视频和图像信息。
虽然已经详细说明了在本发明的设备和方法中， 显然， 各部件或各步骤是可以分 解、 组合和 / 或分解后重新组合的。 这些分解和 / 或重新组合应视为本发明的等效方案。 还 需要指出的是， 执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行， 但 是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时， 在上面 对本发明具体实施例的描述中， 针对一种实施方式描述和 / 或示出的特征可以以相同或类 似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用， 与其它实施方式中的特征相组合， 或替代 其它实施方式中的特征。
应该强调， 术语 “包括 / 包含” 在本文使用时指特征、 要素、 步骤或组件的存在， 但 并不排除一个或更多个其它特征、 要素、 步骤或组件的存在或附加。
虽然已经详细说明了本发明及其优点， 但是应当理解在不超出由所附的权利要求 所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、 替代和变换。而且， 本发明的 范围不仅限于说明书所描述的过程、 设备、 手段、 方法和步骤的具体实施例。本领域内的普 通技术人员从本发明的公开内容将容易理解， 根据本发明可以使用执行与在此的相应实施 例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、 现有和将来要被开发的过程、 设备、 手 段、 方法或者步骤。因此， 所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、 设备、 手 段、 方法或者步骤。