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[分享] 基于DPS技术的日夜型摄像机的研制

随着安防监控市场的发展,单纯进行白天监控的摄像机已经不能满足市场的需求。这种情况下能够同时对白天和夜晚进行监控的摄像机也就应运而生了。口前市场上所出现的日夜型摄像机都是通过在夜晚加装红外灯来达到夜晚监控的目的,而且白天和夜晚两种模式不能进行自动切换。基于DPS技术摄像机的传感器有一特殊功能,就是通过判断进入传感器的光照度,能够提供给处理器白天/夜晚的信号。通过自动控制电路利用此信号可以控制滤光片驱动开关动作。此方案具有设计成本小、系统工作稳定等优点。  

1 系统运行原理

系统结构如图1所示,DPS摄像机通过传感器芯片获取光信号,从而根据设定的阈值来判断白天/夜晚模式,这里传感器对光照度判断的阈值我们可以通过OSD菜单对它进行设置。这样就可以针对不同的环境来设置不同的阈值使得摄像机能够运行更平稳,不至于出现误动作。摄像机的GPIO口会输出一个从高电平到低电平的转换信号给自动控制电路,自动控制电路根据从摄像机输出的信号来驱动滤光片开关转动,使得开关能自动调节到合适的镜片,最人限度地保证进光量。此外存摄像机内部也提供了检测程序,一旦摄像机进入夜晚模式,可根据用户的要求自动把图像转换为黑白图像,以增加图像的清晰度;同时在摄像机中加入图像增强去躁功能,当进入夜晚模式下,这个功能能够更好的发挥作用。




2 系统硬件设计

2.1 滤光片驱动开关

系统的硬件设计的主要任务就是为滤光片驱动开关来设计驱动电路,为此,我们先要了解驱动开关的要求,其实例图片如图2所示,它是有一个电机来控制两个滤光片的自动切换,在白天模式下,使用如图右边的红外滤光片,在夜晚模式下,开关会切换到左边的增透镜片,可以最大限度的增加进光量。电机只需要DC3.3V/50mA的驱动条件。并且器件符合国际环保Rohs标准。





2.2 驱动电路设计

当DPS摄像机监控的环境由白天转入夜晚时,处理器的GPIO口会输出一个从高电平到低电平的一个转换,然后保持在低电平;同理,当环境由夜晚模式转入白天模式时,GPIO口也会出现一个从低电平到高电平的转换。利用GPIO口电平的这种变换,来驱动一个滤光片开关来进行来回切换。如图3所示,摄像机输出的信号从IN口输入,首先经过Q1使信号翻转,然后通过两个比较器对信号进行比较,使得在IN信号在发生转换的时候,从比较器输出的两路信号有一个宽度压差。最后通过4个MOS管驱动滤光片开关。4个MOS管成互补方式,在任一时刻只有两个工作,保证滤光片开关的正反转工作。

在驱动电路中,使用单电源供电,电源输入使用DC12V,使用两个DC-DC转换模块LM7805、LT1086CT-3.3,最终使电压稳定在3.3V。图中所有的V+均为3.3V。

从夜晚模式转到白天模式的输出如图4所示。输出一个宽度约为500ms的矩形脉冲,驱动滤光片开关翻转,使得镜片调节到红外滤光片;同理,如果是从白天模式转换为夜晚模式,输出的宽度相同,但极性相反,使开关向反方向转动。





3 系统软件的设计

系统的软件部分包括对系统的初始化,进行图像的增强去躁功能等,进而增加夜晚模式时图像的清晰度。其结构流程图如图5所示,系统的初始化工作包括系统增益、系统转换延时等,其具体没置如下列的语句:





初始化完成后转入检测用户是否设置在黑夜模式时转化为黑白模式,缺省值为彩色模式;然后检测用户设置的白天/夜晚模式的阈值,并对阈值进行判断,如果小于阈值则认为系统进入黑夜模式,自动调用图像增强去躁程序,如果大于此阈值,则系统处于白天模式。

其中图像增强去跺程序是系统进入黑夜模式,系统图像出现噪声,雪花点增多增大,图像边沿模糊等情况出现时,对图像进行优化而编写的代码,具体采用众数滤波方式来去除图像噪声,众数滤波就是用众数值取代原来的灰度值,其优点是去躁的同时又可以较好的保留并锐化边缘部分。相比较中值滤波,均值滤波等去躁效果较好;此外采取微分锐化来对图像进行优化。

4 结束语

通过对系统进行测试,已经能够应用于实际工程。基于对系统不断优化的考虑,拟对系统的硬件进行优化,把目前的滤光片开关的机械装置更换为电子类型,以增加其使用寿命和稳定性;同时对系统图像增强程序的算法进一步优化,使用更高效,效果更明显的算法。

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