基于视频同步的智能补光灯系统设计

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引言

摄像机广泛应用于智能交通行业,场景监控、车牌识别、事件检测等系统都需要摄像头采集实时视频。图像的质量对自动识别效果影响重大,在黑夜或雨天等照度不佳,由于图像亮度不够,导致自动识别率明显下降,因此设计一款智能补光灯系统意义重大。

当前使用的补光方案多采用小功率LED灯点阵或者大功率LED灯, LED灯工作在常亮方式。现有方案存在如下问题:①小功率LED灯点阵亮度不够,不能满足自动算法对图像亮度、质量的需要;②大功率LED补光灯处于常亮状态,耗电量大,发热量大;③LED灯亮度不易调整,只能在安装时选择固定的亮度值,不能在运行过程中根据环境亮度的变化适时改变LED灯的亮度,适应环境的变化。

本文基于视频同步大功率LED补光技术设计的智能补光灯,很好的解决了上述问题。

工作原理

摄像机每秒扫描25帧图像,每帧又分奇偶两场,即每秒扫描50场图像。摄像机每场打开快门一次进行感光,打开快门的时长定义为快门速度。拍摄对象是行驶的车辆,属于快速运动物体,快门打开时间很短暂,否则会产生严重的拖影现象。卡口车速比较慢,快门速度选择1/2000~1/500s,对道路上高速运动的车辆,快门速度选择1/2000~1/10000s,也就是,每次快门打开的时间,从0.1~2ms。

补光灯,只有在摄像机快门打开的时间段才是有效补光,其余的时间对摄像机是无效补光。视频同步补光,就是从视频中分离出场同步信号,并以此为基准,通过调整LED和此信号的时延参数和LED点亮时长参数,达到在摄像机快门打开的同时,控制LED灯同步点亮,在快门关闭时,关闭LED灯。还可以通过调整LED灯的点亮时长参数,在摄像机快门关闭前,熄灭LED灯,达到控制图像亮度的目的。原理如图1所示。
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图1 视频同步补光系统原理

智能补光灯有四种工作方式:①常灭,LED灯始终关闭;②常亮,LED灯始终打开;③闪光灯模式,仅在下次场同步信号到来时,打开LED灯一次;④快门同步模式,在每次视频的场同步信号到来时,都按照事先设定的延时和开灯时间打开LED灯。根据实际的光照条件,采用相应的工作方式。

智能补光灯有两种工作模式:
1)联机模式,PC对采集到的图像亮度进行分析,根据分析结果,通过串口对LED灯模块和摄像机进行配制,使图像亮度符合要求。
2)脱机模式,MSP430F2272通过光敏电阻对当前环境光进行采样,根据光敏电阻的值并结合当前时间,根据预设光照模型对灯模块和摄像机进行设置。

硬件设计

智能补光系统由LED灯、MSP430F2272微处理器、LED控制模块、视频同步信号分离模块、光敏电阻检测模块、实时时钟、实时时钟后备电池等构成,整体框图如图2所示。

本文更多内容,请参阅http://www.epc.com.cn/pdfdown.php?source=2013.12.pdf

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