專利名稱：一種卡口攝像機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安防技術(shù)，尤其涉及一種能夠簡單高效進(jìn)行工頻同步的卡口攝像機(jī)。
背景技術(shù)：
交通卡口通常采用先進(jìn)的光電、計算機(jī)、圖像處理、模式識別、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問等技術(shù)，對監(jiān)控路段的機(jī)動車道、非機(jī)動車道進(jìn)行全天候?qū)崟r監(jiān)控并記錄相關(guān)圖像數(shù)據(jù)。前端處理系統(tǒng)對所拍攝的圖像進(jìn)行分析，從中自動獲取車輛的通過時間、地點、行駛方向、號牌號碼、號牌顏色、車身顏色等數(shù)據(jù)。并將獲取到的信息通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇谙到y(tǒng)控制中心的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、查詢、比對等處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)肇事逃逸、違規(guī)或可疑車輛時，系統(tǒng)會自動向攔截系統(tǒng)及相關(guān)人員發(fā)出告警信號?，F(xiàn)在卡口攝像機(jī)在智能交通領(lǐng)域逐步得到了推廣?？跀z像機(jī)通常架設(shè)在道路、建筑物等出入口，對車輛進(jìn)行過往記錄、流量統(tǒng)計、車速測量、闖紅燈取證等。 交通卡口攝像機(jī)在拍攝紅綠燈時，需要考慮“工頻同步”問題。請參考圖1，我國市電電壓表示為U=UmSin(2 Ji ft+ψ)。其中U為瞬時電壓，Um為峰值電壓，2 π f為角頻率，φ為初相。角頻率2Jif反映交流電隨時間變化的快慢，其中f稱為工頻，我國市電的工頻為50Hz,即瞬時電壓的變化周期為20ms。請參考圖2，在使用市電的情況下，紅綠燈光能量可以表示為P= I PmSin (2 Jift+ψ) |，其中P為紅綠燈光瞬時能量，Pm為紅綠燈光能量峰值，瞬時能量的變化周期為IOms,圖I以及圖2僅僅是一個原理性示例,其中未有示出了初相因素。假設(shè)快門時間保持不變，卡口攝像機(jī)采樣紅綠燈信號畫面時，如果曝光時間點落在信號能量峰值Pm附近，則采集到的圖像中紅綠燈較亮；然而如果曝光時間點落在能量波谷附近，圖片中紅綠燈較暗，甚至無法辨識。在實際工程中，如果卡口攝像機(jī)的曝光時間點不加以控制，很容易導(dǎo)致連續(xù)圖片紅綠燈忽明忽暗，并且容易導(dǎo)致抓拍取證時誤認(rèn)為紅綠燈不亮。所謂曝光工頻同步其原理是控制卡口攝像機(jī)曝光時間點，使得該時間點能夠跟隨紅綠燈光能量變化，以使每次曝光時間點都能落在高能量值附近，最好落在能量峰值附近，使得連續(xù)圖像中紅綠燈最亮，并且閃爍最小。請參考圖3，其中展示了幾種工頻同步情況?，F(xiàn)有技術(shù)中工頻同步裝置主要包括交流電源輸入模塊、電源過零檢測電路、鎖相環(huán)倍頻模塊、相位檢測和信號輸出功能模塊。請參考圖4的工頻同步過程。交流電源輸入模塊和電源過零檢測電路模塊的主要作用是將50Hz的交流工頻信號轉(zhuǎn)換成IOOHz (或者50Hz)的方波信號，使該方波信號能夠被鎖相環(huán)倍頻模塊識別，相當(dāng)于一個使正弦信號變方波信號、使高振幅信號變低振幅信號的整形電路。鎖相環(huán)倍頻模塊將整形得到的方波信號倍頻360倍，這樣在控制前文所說的曝光時間點時，調(diào)整曝光時間點步長精度可以控制在(10/360)ms (以IOOHz的方波為例)。相位檢測電路在邏輯器件內(nèi)部實現(xiàn)，它對倍頻后的方波進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)到設(shè)定相位所對應(yīng)的計數(shù)值時，輸出抓拍控制信號。如此一來，攝像機(jī)抓拍控制信號與交流電之間可以固定在某個相位差上，實現(xiàn)相機(jī)抓拍工頻同步，并可以通過調(diào)整相位差實現(xiàn)抓拍紅綠燈的明暗?，F(xiàn)有技術(shù)中的鎖相環(huán)倍頻模塊對后期的相位的檢測起著非常關(guān)鍵的作用，其設(shè)計意圖也顯而易見，然而引入鎖相環(huán)倍頻模塊存在一些不足DlOOHz作為鎖相環(huán)的輸入，通常會考慮模擬方案，因此需要在電路板上增加了額外的模擬鎖相環(huán)電路，這就會相應(yīng)增加電路板的復(fù)雜度和成本。即使可以采用數(shù)字鎖相環(huán)方案(通常很難找到數(shù)字方案)，仍然是對硬件資源的額外開銷。2)鎖相環(huán)將工頻方波倍頻360倍后，曝光時間點調(diào)整步長值占整個紅綠燈能量周期的1/360，時間上數(shù)量級為us級(1/360X 10ms)，另外鎖相環(huán)的倍頻數(shù)通常受到一定限制，故曝光時間點調(diào)整步長值變更受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種卡口攝像機(jī)，包括整流單元、同步控制單元以及感光控制單兀；其中， 整流單元，用于根據(jù)市電交流電生成工頻方波；同步控制單元，用于在需要產(chǎn)生同步控制信號的工頻方波周期產(chǎn)生同步控制信號，其中同步控制信號的上升沿晚于本工頻方波周期內(nèi)的上升沿一個預(yù)設(shè)的時間差；感光控制單元，用于根據(jù)同步控制單元輸出的同步控制信號生成感光器件時序控制信號，并輸出到感光器件。相較于現(xiàn)有技術(shù)來說，本方案避開了鎖相環(huán)倍頻電路，在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)“工頻交流時鐘域”與“卡口直流時鐘域”的盡可能同步，單板電路設(shè)計簡單；曝光時間點調(diào)整步長更為精細(xì)，其數(shù)量級可以達(dá)到ns級。


圖I是市電電壓變化曲線示意圖。圖2是紅綠燈光能量變化曲線示意圖。圖3是二種曝光工頻同步情況不意圖。圖4是現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)工頻同步的處理流程圖。圖5是本發(fā)明一種實施方式中卡口攝像機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明一種實施方式中時序示意圖。圖7是本發(fā)明一種實施方式中產(chǎn)生VD的狀態(tài)圖。圖8是本發(fā)明一種實施方式中各種信號在時序上的對比圖。
具體實施例方式在卡口攝像機(jī)設(shè)計中，通常采用CXD感光器件，相對于CMOS感光器件而言，CXD具有低照效果好，且支持全局曝光等優(yōu)勢，在抓拍快速行駛車輛時，車輛成像不易變形；當(dāng)然CMOS感光器件在部分場合也有不錯的應(yīng)用。以下以解決CCD卡口曝光工頻同步為例進(jìn)行闡述，本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題的方案同樣適用于采用CMOS感光器件方案的卡口攝像機(jī)。請參考圖5，在一種實施方式中，本發(fā)明提供一種卡口攝像機(jī)，用于采集包括紅綠燈的預(yù)定區(qū)域的圖像信號，其中該裝置包括整流單元、感光控制單元以及同步控制單元；在優(yōu)選的實施方式中，同步控制單元是采用邏輯器件(比如FPGA實現(xiàn))，而感光控制單元可以是CCD的AFE器件。在快門時間保持不變的前提下，要保證使用CCD感光器件的卡口攝像機(jī)不嚴(yán)重閃爍，則需要恰當(dāng)控制卡口曝光時間點，使得該時間點依賴于紅綠燈光能量變化，使每次曝光時間點都能落在固定能量值附近。如前所述，紅綠燈能量變化遵循公式P= I PmSin (2 31 ft+ψ)，f = 50Hz，即P的變化周期是10ms，那么，控制相鄰曝光時間點相差I(lǐng)Oms的整數(shù)倍(如20ms、30ms、40ms、50ms等)，則每次曝光時間對應(yīng)的P是基本一致的，如此便能夠保證連續(xù)圖像不發(fā)生嚴(yán)重閃爍?？跀z像機(jī)通常有自身直流時鐘域，負(fù)責(zé)圖像采集圖像的CXD以及周邊器件通常工作在直流電源下，該直流系統(tǒng)內(nèi)部有自身的時鐘域，CCD曝光時間點受制于該直流時鐘域，CCD曝光時間依照直流時鐘域每隔IOms的整數(shù)倍”曝光一次。而工頻交流時鐘域紅綠燈工作電源為工頻50Hz的交流電源，可以看成一個交流時鐘域，紅綠燈光能量變化受制于該交流時鐘域，能量變化周期為10ms。
由于卡口直流時鐘域下的IOms的整數(shù)倍與工頻交流時鐘域下的IOms之間存在頻偏，隨著時間的推移，兩個時鐘域隨著時間的推移時間將產(chǎn)生偏差。紅綠燈光能量變化完全與交流電壓變化同步，故交流電壓的變化頻率可以作為“標(biāo)準(zhǔn)參考時鐘”，CCD內(nèi)部工作時鐘需向標(biāo)準(zhǔn)參考時鐘進(jìn)行同步。以下介紹本發(fā)明是如何實現(xiàn)這一同步過程的。步驟10，整流單元通過自身的整流電路將紅綠燈的交流電壓轉(zhuǎn)換為周期為IOms的工頻方波。步驟11，同步控制單元采集工頻方波，并執(zhí)行曝光同步操作；步驟12，同步控制單元將曝光同步控制信號輸出到感光控制單元；步驟13，感光控制單元接收同步后的同步控制信號，產(chǎn)生對應(yīng)的感光器件工作時序信號；步驟14，感光器件接收到包含工頻同步信息的工作時序信號后，根據(jù)配置完成曝光。在本實施方式中，同步控制單元采用FPGA來實現(xiàn)。所述工頻方波可以理解為“可用于提取工頻同步信息的方波”，即將交流正弦信號轉(zhuǎn)化成周期為本身1/2的方波。此時，工頻方波完全與紅綠燈光能量變化同步，并且在本實施方式中，要求該工頻方波的電平標(biāo)準(zhǔn)符合FPGA管腳電平標(biāo)準(zhǔn)，即可被FPGA采集。在描述FPGA生成曝光同步控制信號之前，先介紹一下感光控制單元(本實施方式中為AFE器件)以及AFE器件輸出的垂直驅(qū)動信號(VD信號)以及水平驅(qū)動信號(HD信號)。每一款CCD感光器件通常都會配套一款A(yù)FE器件，AFE器件是用來產(chǎn)生CCD工作時序信號的，CCD何時曝光受CCD工作時序信號控制，而CCD工作時序信號又受到VD和HD信號控制；其中CCD曝光時間點主要受VD信號(也就是前述同步控制信號)控制；本發(fā)明中并不涉及HD信號的特殊處理，這部分可以參考現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。AFE器件一般有兩種工作模式主模式以及從模式。當(dāng)AFE工作在主模式下時，VD和HD信號是由AFE內(nèi)部產(chǎn)生；當(dāng)AFE工作在從模式下時，VD和HD信號可由外部輸入。本發(fā)明中，AFE被配置在從模式下工作，并和FPGA同在一個參考時鐘下(也可以理解為同一個時鐘域內(nèi))，在優(yōu)選的實施方式中，F(xiàn)PGA的工作時鐘CLK可由AFE隨路時鐘(如圖6中的晶振)。
請進(jìn)一步參考圖8，C⑶在VD上升沿產(chǎn)生之后，通常會經(jīng)過一個固定長度的曝光延時(假設(shè)為時間b)開始曝光，曝光持續(xù)時間假設(shè)為時間C，其中時間b以及時間c通常為配置好的時間長度，在配置沒有改變之前二者皆為固定值；因此確定曝光輸出時間點(也就是產(chǎn)生VD上升沿的時間點)是控制的關(guān)鍵所在，假設(shè)工頻方波上升沿到VD上升沿的時間為時間a，F(xiàn)PGA的主要工作就是如何管理好時間a來使得曝光同步且在符合預(yù)期的能量位置。請參考圖8，由于時間b和時間c是可固定配置的，因此要保證曝光區(qū)間相對于工頻方波不發(fā)生偏移，只要滿足每次曝光時，時間a不變即可。請參考圖7，本發(fā)明中，F(xiàn)PGA中內(nèi)置有一個計時器A_cnt，A_cnt將對FPGA時鐘周期進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)規(guī)則如下在每個CLK上升沿，A_cnt將作“加I”或者“清零”操作；在0^上升沿時，若沒有檢測到工頻方波上升沿，A_cnt作“加I”操作；若檢測到工頻方波上升沿，A_cnt作“清零”操作(也就是復(fù)位)；清零操作目的是消除“工頻交流時鐘域”與“卡口直流時鐘域”的偏差累積，因為如果沒有清零操作，一旦每個工頻方波周期內(nèi)發(fā)生少量偏差，若干周期之后這些偏差累積會導(dǎo)致曝光開始時間點嚴(yán)重偏移，出現(xiàn)圖像閃爍的問題。在優(yōu)選的實施方式中，A_cnt的計數(shù)值表示一個時間長度，每次計數(shù)增加代表的時間步長可以是一個FPGA參考時鐘的周期，也就是CLK的周期長度。由于在設(shè)置“時間a”時，其時間步長為 一個FPGA時鐘周期，即卡口攝像機(jī)曝光開始時間點調(diào)整的時間步長為一個FPGA時鐘周期。如前所述FPGA的時鐘由AFE提供，該時鐘頻率一般在IOMHz IOOMHz之間，因此曝光時間點調(diào)整步長一般在IOns IOOns之間，調(diào)整的靈活度很高。如前所述在CLK上升沿時，若沒有檢測到工頻方波上升沿，A_cnt作“加I”操作，A_cnt計時到“時間a”時，F(xiàn)PGA還需要判斷本工頻方波周期內(nèi)是否要產(chǎn)生VD脈沖；如果該方波周期內(nèi)需要曝光，那么生成一個VD脈沖，如果該方波周期內(nèi)不需要曝光，那么不需要生成VD脈沖。是否需要曝光的依據(jù)主要是參考場同步信號，或者參考當(dāng)前的幀率，比如說幀率為25，那么每個40毫秒才需要曝光一次，因此不是每個工頻方波周期內(nèi)都需要進(jìn)行曝光的，F(xiàn)PGA可以根據(jù)兩者的倍數(shù)關(guān)系來確定當(dāng)前的工頻方波周期內(nèi)是否需要產(chǎn)生VD信號。無論是否需要產(chǎn)生VD信號，A_cnt都可以在每個工頻方波周期內(nèi)執(zhí)行上述的“清零”操作，請同時參考圖6以及圖8，由于每個工頻方波周期內(nèi)的清零操作，這就使得卡口攝像機(jī)直流時鐘域與工頻交流時鐘域在每個工頻方波周期內(nèi)可能產(chǎn)生的偏差就不會累積，也就是說，每次VD上升沿與工頻方波上升沿之間的時間差(也就是時間a)都是固定的，所以拍攝到的紅綠燈不會發(fā)生明顯的閃爍。而由于FPGA可以通過設(shè)定“時間a”預(yù)置值，比如N個CLK的長度，調(diào)整時間a的數(shù)值可以使曝光的開始到結(jié)束(也就是時間c)坐落于紅綠燈光能量很大的區(qū)域，比如覆蓋到紅綠燈能量的峰值，這樣使拍攝的紅綠燈非常明亮，不會暗淡。假設(shè)FPGA沒有進(jìn)行上述工頻同步的處理，如果卡口攝像機(jī)每“ IOms整數(shù)倍”曝光一次，那么FPGA每“ IOms整數(shù)倍”產(chǎn)生一個VD脈沖，該VD脈沖以FPGA內(nèi)部時鐘CLK為參考，若FPGA內(nèi)部時鐘在Ims內(nèi)比工頻方波包含的時鐘信息慢1ns，那么Is后，VD相對于工頻方波偏移1ms，IOs后，偏移10ms。由于紅綠燈光能量變化周期為10ms，故IOs內(nèi)必定會出現(xiàn)一幅紅綠燈很暗的圖片，從而造成連續(xù)圖像閃爍。實際FPGA內(nèi)部時鐘CLK與工頻方波包含的時鐘信息偏差不到1ns，但是通過上述分析可知，其仍然不能保證卡口攝像機(jī)長時間拍攝紅綠燈不閃爍。同樣道理，如果抓拍單幅圖片，也不能保證抓拍圖片中紅綠燈一定是明売的ο
本發(fā)明可以確保保證卡口攝像機(jī)對紅綠燈等工頻照明設(shè)備連續(xù)拍攝時，照明設(shè)備成像不嚴(yán)重閃爍；其次對于抓拍單幅圖片，或者幾幅圖片，可以確保避開紅綠燈光能量波谷附近區(qū)域，盡量靠近紅綠燈光的能量波峰區(qū)，這樣就可以減少闖紅燈漏判。相較于現(xiàn)有技術(shù)來說，本方案避開了鎖相環(huán)倍頻電路，在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)“工頻交流時鐘域”與“卡口直流時鐘域”的盡可能同步，單板電路設(shè)計簡單 ；曝光時間點調(diào)整步長更為精細(xì)，其數(shù)量級可以達(dá)到ns級。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種卡口攝像機(jī)，包括整流單元、同步控制單元以及感光控制單元；其特征在于， 整流單元，用于根據(jù)市電交流電生成工頻方波； 同步控制單元，用于在需要產(chǎn)生同步控制信號的工頻方波周期產(chǎn)生同步控制信號，其中同步控制信號的上升沿晚于本工頻方波周期內(nèi)的上升沿一個預(yù)設(shè)的時間差； 感光控制單元，用于根據(jù)同步控制單元輸出的同步控制信號生成感光器件時序控制信號，并輸出到感光器件。
2.如權(quán)利要求I所述的卡口攝像機(jī)，其特征在于，其中該預(yù)設(shè)的時間差為預(yù)設(shè)時間步長的N倍；所述同步控制單元進(jìn)一步用于在每個工頻方波周期的上升沿到達(dá)時將預(yù)設(shè)計數(shù)器清零，然后每隔一個時間步長對計數(shù)值加1，當(dāng)計數(shù)器的計數(shù)值到達(dá)N時，判斷當(dāng)前工頻方波周期內(nèi)是否需要產(chǎn)生同步控制信號，如果是則產(chǎn)生同步控制信號。
3.如權(quán)利要求2所述的卡口攝像機(jī)，其特征在于，所述同步控制單元使用感光控制單元的參考時鐘作為自身的參考時鐘。
4.如權(quán)利要求3所述的卡口攝像機(jī)，其特征在于，所述時間步長為所述參考時鐘周期。
5.如權(quán)利要求2所述的卡口攝像機(jī)，其特征在于，所述同步控制信號的周期為工頻方波周期的正整數(shù)倍，所述同步控制單元進(jìn)一步用于根據(jù)同步控制信號周期與工頻方波周期之間的倍數(shù)關(guān)系確定當(dāng)前工頻方波周期是否需要產(chǎn)生同步控制信號。
6.如權(quán)利要求I所述的卡口攝像機(jī)，其特征在于，其中所述感光控制單元包括主模式以及從模式兩種工作模式，其中感光控制單元被配置為從模式以接收外部輸入的同步控制信號。
7.如權(quán)利要求I所述的卡口攝像機(jī)，其特征在于，所述工頻方波的周期為10毫秒。
8.如權(quán)利要求I所述的卡口攝像機(jī)，其特征在于，其中所述同步控制單元為FPGA器件。
9.如權(quán)利要求I所述的卡口攝像機(jī)，其特征在于，所述感光控制單元為AFE器件，所述感光器件為CXD器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種卡口攝像機(jī)，包括整流單元、同步控制單元以及感光控制單元；其中整流單元，用于根據(jù)市電交流電生成工頻方波；同步控制單元，用于在需要產(chǎn)生同步控制信號的工頻方波周期產(chǎn)生同步控制信號，其中同步控制信號的上升沿晚于本工頻方波周期內(nèi)的上升沿一個預(yù)設(shè)的時間差；感光控制單元，用于根據(jù)同步控制單元輸出的同步控制信號生成感光器件時序控制信號，并輸出到感光器件。相較于現(xiàn)有技術(shù)來說，本方案避開了鎖相環(huán)倍頻電路，在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)“工頻交流時鐘域”與“卡口直流時鐘域”的盡可能同步，單板電路設(shè)計簡單；曝光時間點調(diào)整步長更為精細(xì)，其數(shù)量級可以達(dá)到ns級。
文檔編號H04N5/232GK102801921SQ201210292059
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者劉強(qiáng), 羊海龍, 陳成 申請人:浙江宇視科技有限公司