專利名稱：一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法，特別是被攝物所在 環(huán)境光線照度低時(shí)一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法。
技術(shù)背景低照度攝像機(jī)在市場(chǎng)上已經(jīng)存在多年，從最早期的日夜兩用彩色黑白切換式、慢速快門圖像累積式，或是采用超低照度CCD, —直到目前流行 的紅外線投光式攝像機(jī)，種類繁多。然而沒(méi)有一種方法是其不足的地方。 下面介紹一下市場(chǎng)上現(xiàn)有的幾種低M攝像機(jī)1. 日夜兩用型此類攝像機(jī)目前在市場(chǎng)上仍有一定的市場(chǎng)需求。它是利用黑白影像對(duì) 紅外線感度較高的特點(diǎn)，在一定的光源條件，利用線路切換的方式將影像 由彩色轉(zhuǎn)為黑白，以便于搭配紅外線。在彩色/黑白線路轉(zhuǎn)換的技術(shù)演進(jìn)過(guò)程中，此類攝^f象機(jī)已采用單一 CCD 彩色設(shè)計(jì)，在白天或光源充足時(shí)為彩色攝像機(jī)，當(dāng)夜晚降臨或光源不足時(shí) 即利用數(shù)位電路將彩色信號(hào)消除掉，成為黑白影像，且為了搭配紅外線， 亦取消了彩色攝像機(jī)不可缺的紅外線濾除器，真正的"低照度攝像機(jī)"應(yīng) 指攝像機(jī)本身所采用的組件和技術(shù)所可達(dá)到的功能，而白天彩色、晚上黑 白的攝^^幾因受限于CCD感度，本身的組件并無(wú)法改變，只是利用線路切 換及搭配紅外光的方式將功能提升，并不能算是真正意義上的低照度攝像 機(jī)。2. 慢速快門式此類攝^^幾又稱為累積型攝像機(jī)或畫面累積型攝像機(jī)，是利用電腦記 憶體的技術(shù)，連續(xù)將幾個(gè)因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來(lái)，成為一 個(gè)影像清晰的畫面，運(yùn)用慢快門技術(shù)降低攝像機(jī)的照度至0. 008LUX/F1. 2 (128)，并且畫面能夠累積的的最大幀數(shù)為128幀。此類低照度攝像機(jī)適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館，夜間生物活動(dòng)觀察，夜間軍事海岸線 監(jiān)視等，屬性較靜態(tài)場(chǎng)所的監(jiān)視，但對(duì)所攝畫面內(nèi)容要求流暢與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) 的監(jiān)視環(huán)境，此類低照度攝像機(jī)就不能滿足要求了 。3. 低照度攝像機(jī)此類攝像機(jī)也稱24小時(shí)攝像機(jī)，采用電荷耦合器件(CCD)技術(shù)，其 彩色照度一般可達(dá)O. 05LUX,黑白則一般可達(dá)O. 003-0. 001LUX,但在一些 特殊光照環(huán)境下，特別是環(huán)境非常暗的時(shí)候，攝像機(jī)的光線敏感度低，在 畫面上很難辨認(rèn)成一些具體物體。4. 紅外線投光式攝像機(jī)此類攝像機(jī)在原有的低照度攝像機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)攝像機(jī)加配紅外線投 光，即為采用紅外線投光式電荷耦合器件(Exview HAD CCD)技術(shù)的低照 度攝像機(jī)，對(duì)外界光線的敏感程度會(huì)大大提高，在近紅外區(qū)域，其感度可 以提高到普通攝像機(jī)的4倍。在O照度的監(jiān)控環(huán)境下，即完全無(wú)光的情況 下，也能在畫面上得到較清晰的物體畫面。但是實(shí)際運(yùn)用時(shí)，掘/fl^幾系統(tǒng) 統(tǒng)信號(hào)會(huì)因原始電荷耦合器件輸出包含有因Reset動(dòng)作而所導(dǎo)致包含 reset噪聲，以及因隨光信號(hào)強(qiáng)弱而改變的亮度信號(hào)所產(chǎn)生的畫面質(zhì)量下 降，使整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)噪比出現(xiàn)惡化，卻難以消除。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中超低照度攝像機(jī)存在的 攝像機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)信號(hào)會(huì)因原始電荷耦合器件輸出包含有因Reset動(dòng)作而導(dǎo)致 包含reset噪聲，以及因隨光信號(hào)強(qiáng)弱而改變的亮度信號(hào)所產(chǎn)生的畫面質(zhì) 量下降，而使整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)噪比出現(xiàn)惡化的缺陷，達(dá)到使整個(gè)攝像系統(tǒng)的 reset噪聲完全消除，使低照度特性獲得更好的改善，有效的提升系統(tǒng)的 最低照度，取得高信噪比的影像亮度輸出信號(hào)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種低照度攝像機(jī)降低噪聲 提升增益的方法，所述方法基于采用電荷耦合圖像傳感器的攝像機(jī)，所述 方法包括A. 在電荷耦合圖像傳感器的圖像信號(hào)輸出端接相關(guān)二次取樣保持電 路；B. 圖像信號(hào)進(jìn)入相關(guān)二次取樣保持電路后，由兩電容分成兩路，一 路為上方電路， 一路為下方電路；D.然后在上方電路和下方電路的輸出處連接差動(dòng)放大器。 所述步驟C中，XSHP取樣脈沖在前，XSHD取樣脈沖在后。 所述步驟C中，XSHP取樣脈沖觸發(fā)第一電子電路SH1， XSHD取樣脈 沖觸發(fā)第二電子電路SH2、第三電子電路SH3。所述第一電子電路SH1和第二電子電路SH2前后串接，接入上方電路中。所述第三電子電路SH3接入下方電路中，其輸出接差動(dòng)放大器。 所述XSHD取樣脈沖、XSHP取樣脈沖和電荷耦合圖像傳感器的工作頻 率相同。與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用本發(fā)明所述方法可以使低照度攝像機(jī)對(duì)外界光 線的敏感程度大大提高，對(duì)各種光照環(huán)境下均可表現(xiàn)出最佳的效果，即使 在非常暗的環(huán)境下，也能清晰的辯識(shí)影像，顯示實(shí)時(shí)連續(xù)的畫面，特別是 配合專用的紅外照明設(shè)備后，在完全無(wú)光的環(huán)境下也可以得到高清晰度的 黑白圖像，實(shí)現(xiàn)零照度的監(jiān)控。


圖1是本發(fā)明一種低照度攝^4幾降低噪聲提升增益的方法的電路示意圖；圖2是本發(fā)明一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法的圖像信號(hào) 輸出示意圖；圖3是本發(fā)明一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法的相關(guān)二重 取樣與保持電路電原理圖；圖4是本發(fā)明一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法的信噪比與感度對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1到圖3所示，本發(fā)明提供了一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增 益的方法，所述方法基于采用電荷耦合圖像傳感器6的攝像機(jī)，所述方法 包括A. 在電荷耦合圖像傳感器6的圖像信號(hào)輸出端接相關(guān)二次取樣保持 電路；B. 圖像信號(hào)進(jìn)入相關(guān)二次取樣保持電路后，由兩電容分成兩路，一 路為上方電路， 一路為下方電路；C. 將XSHP取樣脈沖1和XSHD取樣脈沖2分別4妄入上方電路和下方 電路；D. 然后在上方電路和下方電路的輸出處連接差動(dòng)放大器7。 原始電荷耦合圖像傳感器6的圖像信號(hào)輸出端包含有因Reset動(dòng)作所導(dǎo)致的reset噪聲及隨光信號(hào)強(qiáng)弱而改變的亮度信號(hào)，reset噪聲是整個(gè) 信噪比惡化的主因，必須給予消除，本發(fā)明所述方法利用XSHP取樣脈沖1 取出reset噪聲，以XSHD取樣脈沖2取出亮度信號(hào)大小，再經(jīng)由低噪聲自 動(dòng)增益放大器10后，可將reset噪聲完全消除，取得高信噪比的影像亮度 輸出信號(hào)。所述步驟C中，XSHP取樣脈沖l在前，XSHD取樣脈沖2在后。 所述步驟C中，XSHP取樣脈沖1觸發(fā)第一電子電路SH1 3， XSHD取樣脈沖2觸發(fā)第二電子電路SH2 4、第三電子電路SH3 5。所述第一電子電路SH1 3和第二電子電路SH2 4前后串接，接入上方電路中。所述第三電子電路SH3 5接入下方電路中，其輸出接差動(dòng)放大器7。 所述XSHD取樣脈沖2、XSHP取樣脈沖l和電荷耦合圖像傳感器6的 工作頻率相同。7如圖2和圖3所示，相關(guān)二重取樣與保持電路輸出經(jīng)由電容C1和C2 耦合后，分成兩個(gè)回路，上方回路由反向運(yùn)算放大器及第一電子電路SH1 3, 第一電子電路SH2 4所組成。下方回路由反向運(yùn)算放大器及第一電子電路 SH3 5所組成；當(dāng)XSHP取樣脈沖1動(dòng)作時(shí)，U4的輸出會(huì)取得RESET噪聲位 準(zhǔn)8，接下來(lái)當(dāng)XSHD取樣脈沖2動(dòng)作時(shí)，U6會(huì)取得有效亮度信號(hào)影像位準(zhǔn) 9, U5仍會(huì)取得原有RESET噪聲位準(zhǔn)，經(jīng)由差動(dòng)運(yùn)算放大器7后即可獲得真
正代表亮度的有效影像信號(hào)輸出。
現(xiàn)有技術(shù)中的前級(jí)i文大器其最大放大率通常為+31db，本發(fā)明所述方法 利用相關(guān)二次取樣電路消除原始電荷耦合圖像傳感器6的圖像信號(hào)輸出端 所包含的特定噪聲，可將^:大器增益再提升+6db。
如圖4所示，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)在信噪比與感度提升上之差異，由圖 4可以很清楚的看到，按本發(fā)明所述方法設(shè)計(jì)的放大器增益提升了+6db。 其信噪比可維持不變。
本發(fā)明所述方法使低照度攝像機(jī)對(duì)外界光線的敏感程度會(huì)大大提高， 對(duì)各種光照環(huán)境下均可表現(xiàn)出最佳的效果，即使在非常暗的環(huán)境下，也能 清晰的辯識(shí)影像，顯示實(shí)時(shí)連續(xù)的畫面，特別是配合專用的紅外照明設(shè)備 后，在完全無(wú)光的環(huán)境下也可以得到高清晰度的黑白圖像，實(shí)現(xiàn)零照度的 監(jiān)控。在近紅外760mm-1100mm的近紅外區(qū)域，如果配合合適波長(zhǎng)的紅外照 明，就可以實(shí)現(xiàn)清晰的黑白圖像。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法，所述方法基于采用電荷耦合圖像傳感器的攝像機(jī)，其特征在于，所述方法包括A.在電荷耦合圖像傳感器的圖像信號(hào)輸出端接相關(guān)二次取樣保持電路；B.圖像信號(hào)進(jìn)入相關(guān)二次取樣保持電路后，由兩電容分成兩路，一路為上方電路，一路為下方電路；C.將XSHP取樣脈沖和XSHD取樣脈沖分別接入上方電路和下方電路；D.然后在上方電路和下方電路的輸出處連接差動(dòng)放大器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法，其 特征在于所述步驟C中，XSHP取樣脈沖在前，XSHD取樣脈沖在后。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法，其 特征在于所述步驟C中，XSHP取樣脈沖觸發(fā)第一電子電路SH1, XSHD取樣 脈沖觸發(fā)第二電子電路SH2、第三電子電路SH3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低照度攝<|4幾降低噪聲提升增益的方法，其 特征在于所述第一電子電路SH1和第二電子電路SH2前后串接，接入上方電 路中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法，其 特征在于所述第三電子電路SH3接入下方電路中，其輸出接差動(dòng)放大器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法，其 特征在于所述XSHD取樣脈沖、XSHP取樣脈沖和電荷耦合圖像傳感器的工作頻率相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低照度攝像機(jī)降低噪聲提升增益的方法，適用于低照度或超感度攝像機(jī)，所述方法基于采用電荷耦合圖像傳感器的攝像機(jī)，所述方法包括在電荷耦合圖像傳感器的圖像信號(hào)輸出端接相關(guān)二次取樣保持電路，圖像信號(hào)進(jìn)入相關(guān)二次取樣保持電路后，由兩電容分成兩路，一路為上方電路，一路為下方電路；將XSHP取樣脈沖和XSHD取樣脈沖分別接入上方電路和下方電路；然后在上方電路和下方電路的輸出處連接差動(dòng)放大器。本發(fā)明所述方法使低照度攝像機(jī)對(duì)外界光線的敏感程度會(huì)大大提高，對(duì)各種光照環(huán)境下均可表現(xiàn)出最佳的效果，即使在非常暗的環(huán)境下，也能清晰的辨識(shí)影像，顯示實(shí)時(shí)連續(xù)的畫面。
文檔編號(hào)H04N5/235GK101674416SQ20081014219
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
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