基于DPS技術(shù)的日夜型攝像機(jī)的研制

隨著安防監(jiān)控市場的發(fā)展，單純進(jìn)行白天監(jiān)控的攝像機(jī)已經(jīng)不能滿足市場的需求。這種情況下能夠同時(shí)對白天和夜晚進(jìn)行監(jiān)控的攝像機(jī)也就應(yīng)運(yùn)而生了。口前市場上所出現(xiàn)的日夜型攝像機(jī)都是通過在夜晚加裝紅外燈來達(dá)到夜晚監(jiān)控的目的，而且白天和夜晚兩種模式不能進(jìn)行自動(dòng)切換。基于DPS技術(shù)攝像機(jī)的傳感器有一特殊功能，就是通過判斷進(jìn)入傳感器的光照度，能夠提供給處理器白天／夜晚的信號。通過自動(dòng)控制電路利用此信號可以控制濾光片驅(qū)動(dòng)開關(guān)動(dòng)作。此方案具有設(shè)計(jì)成本小、系統(tǒng)工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 

1 系統(tǒng)運(yùn)行原理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，DPS攝像機(jī)通過傳感器芯片獲取光信號，從而根據(jù)設(shè)定的閾值來判斷白天／夜晚模式，這里傳感器對光照度判斷的閾值我們可以通過OSD菜單對它進(jìn)行設(shè)置。這樣就可以針對不同的環(huán)境來設(shè)置不同的閾值使得攝像機(jī)能夠運(yùn)行更平穩(wěn)，不至于出現(xiàn)誤動(dòng)作。攝像機(jī)的GPIO口會(huì)輸出一個(gè)從高電平到低電平的轉(zhuǎn)換信號給自動(dòng)控制電路，自動(dòng)控制電路根據(jù)從攝像機(jī)輸出的信號來驅(qū)動(dòng)濾光片開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得開關(guān)能自動(dòng)調(diào)節(jié)到合適的鏡片，最人限度地保證進(jìn)光量。此外存攝像機(jī)內(nèi)部也提供了檢測程序，一旦攝像機(jī)進(jìn)入夜晚模式，可根據(jù)用戶的要求自動(dòng)把圖像轉(zhuǎn)換為黑白圖像，以增加圖像的清晰度；同時(shí)在攝像機(jī)中加入圖像增強(qiáng)去躁功能，當(dāng)進(jìn)入夜晚模式下，這個(gè)功能能夠更好的發(fā)揮作用。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 濾光片驅(qū)動(dòng)開關(guān)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是為濾光片驅(qū)動(dòng)開關(guān)來設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，為此，我們先要了解驅(qū)動(dòng)開關(guān)的要求，其實(shí)例圖片如圖2所示，它是有一個(gè)電機(jī)來控制兩個(gè)濾光片的自動(dòng)切換，在白天模式下，使用如圖右邊的紅外濾光片，在夜晚模式下，開關(guān)會(huì)切換到左邊的增透鏡片，可以最大限度的增加進(jìn)光量。電機(jī)只需要DC3.3V／50mA的驅(qū)動(dòng)條件。并且器件符合國際環(huán)保Rohs標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

當(dāng)DPS攝像機(jī)監(jiān)控的環(huán)境由白天轉(zhuǎn)入夜晚時(shí)，處理器的GPIO口會(huì)輸出一個(gè)從高電平到低電平的一個(gè)轉(zhuǎn)換，然后保持在低電平；同理，當(dāng)環(huán)境由夜晚模式轉(zhuǎn)入白天模式時(shí)，GPIO口也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)從低電平到高電平的轉(zhuǎn)換。利用GPIO口電平的這種變換，來驅(qū)動(dòng)一個(gè)濾光片開關(guān)來進(jìn)行來回切換。如圖3所示，攝像機(jī)輸出的信號從IN口輸入，首先經(jīng)過Q1使信號翻轉(zhuǎn)，然后通過兩個(gè)比較器對信號進(jìn)行比較，使得在IN信號在發(fā)生轉(zhuǎn)換的時(shí)候，從比較器輸出的兩路信號有一個(gè)寬度壓差。最后通過4個(gè)MOS管驅(qū)動(dòng)濾光片開關(guān)。4個(gè)MOS管成互補(bǔ)方式，在任一時(shí)刻只有兩個(gè)工作，保證濾光片開關(guān)的正反轉(zhuǎn)工作。

在驅(qū)動(dòng)電路中，使用單電源供電，電源輸入使用DC12V，使用兩個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換模塊LM7805、LT1086CT-3.3，最終使電壓穩(wěn)定在3.3V。圖中所有的V+均為3.3V。

從夜晚模式轉(zhuǎn)到白天模式的輸出如圖4所示。輸出一個(gè)寬度約為500ms的矩形脈沖，驅(qū)動(dòng)濾光片開關(guān)翻轉(zhuǎn)，使得鏡片調(diào)節(jié)到紅外濾光片；同理，如果是從白天模式轉(zhuǎn)換為夜晚模式，輸出的寬度相同，但極性相反，使開關(guān)向反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件部分包括對系統(tǒng)的初始化，進(jìn)行圖像的增強(qiáng)去躁功能等，進(jìn)而增加夜晚模式時(shí)圖像的清晰度。其結(jié)構(gòu)流程圖如圖5所示，系統(tǒng)的初始化工作包括系統(tǒng)增益、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換延時(shí)等，其具體沒置如下列的語句：

初始化完成后轉(zhuǎn)入檢測用戶是否設(shè)置在黑夜模式時(shí)轉(zhuǎn)化為黑白模式，缺省值為彩色模式；然后檢測用戶設(shè)置的白天／夜晚模式的閾值，并對閾值進(jìn)行判斷，如果小于閾值則認(rèn)為系統(tǒng)進(jìn)入黑夜模式，自動(dòng)調(diào)用圖像增強(qiáng)去躁程序，如果大于此閾值，則系統(tǒng)處于白天模式。

其中圖像增強(qiáng)去跺程序是系統(tǒng)進(jìn)入黑夜模式，系統(tǒng)圖像出現(xiàn)噪聲，雪花點(diǎn)增多增大，圖像邊沿模糊等情況出現(xiàn)時(shí)，對圖像進(jìn)行優(yōu)化而編寫的代碼，具體采用眾數(shù)濾波方式來去除圖像噪聲，眾數(shù)濾波就是用眾數(shù)值取代原來的灰度值，其優(yōu)點(diǎn)是去躁的同時(shí)又可以較好的保留并銳化邊緣部分。相比較中值濾波，均值濾波等去躁效果較好；此外采取微分銳化來對圖像進(jìn)行優(yōu)化。

4 結(jié)束語

通過對系統(tǒng)進(jìn)行測試，已經(jīng)能夠應(yīng)用于實(shí)際工程。基于對系統(tǒng)不斷優(yōu)化的考慮，擬對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行優(yōu)化，把目前的濾光片開關(guān)的機(jī)械裝置更換為電子類型，以增加其使用壽命和穩(wěn)定性；同時(shí)對系統(tǒng)圖像增強(qiáng)程序的算法進(jìn)一步優(yōu)化，使用更高效，效果更明顯的算法。