一种基于IR-CUT的光强自适应摄像系统

摘要

本发明提供了一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，其特征在于，包括处理器、成像子系统、过滤子系统，所述过滤子系统用于检测并改善入射光线，所述成像子系统用于根据入射光线形成图像，所述处理器用于处理所述过滤子系统检测到的数据并控制所述过滤子系统，所述过滤子系统包括照度传感器、波长过滤模块和偏振过滤模块，所述照度传感器用于检测进入所述摄像系统的光线的光照强度，所述波长过滤模块用于控制进入所述成像子系统的光线的波长范围，所述偏振过滤模块用于控制进入所述成像子系统的光照强度；本系统通过控制波长范围和光照强度两个方面使的用于成像的光线更加接近理想情况。

权利要求

1.一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，其特征在于，包括处理器、成像子系统、过滤子系统，所述过滤子系统用于检测并改善入射光线，所述成像子系统用于根据入射光线形成图像，所述处理器用于处理所述过滤子系统检测到的数据并控制所述过滤子系统；

所述过滤子系统包括照度传感器、波长过滤模块和偏振过滤模块，所述照度传感器用于检测进入所述摄像系统的光线的光照强度I，所述波长过滤模块用于控制进入所述成像子系统的光线的波长范围(λc，λd)，所述偏振过滤模块用于控制进入所述成像子系统的光照强度；

当所述光照强度I大于阈值I’时，控制λd为：其中，λ0为红外光与可见光的临界波长，Δλ为基础带宽，中间参数u的表达式为：其中，kI为基础带宽系数；

控制所述偏振过滤模块的偏振角度θ为：其中过滤边界λ′d为：

2.如权利要求1所述的一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，其特征在于，所述波长过滤模块包括前滤光片切换模块和前滤光片切换驱动器，所述前滤光片切换模块包括带通滤光单元，所述带通滤光单元由短波通滤光片和长波通滤光片构成，所述长波通滤光片固定在光轴上，前滤光片切换驱动器由用于驱动前滤光片切换模块马达的电路构成，根据处理器的控制指令，前滤光片切换驱动器通过驱动前滤光片切换模块电机来移动短波通滤光片，使需要的短波通滤光片在光轴上。

3.如权利要求2所述的一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，其特征在于，短波通滤光片包括n个不同的红外滤光片，所述红外滤光片的过滤边界用λ1、λ2、..、λn表示，第i个红外外滤光片的过滤边界λi设置为：

4.如权利要求3所述的一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，其特征在于，所述偏振过滤模块包括偏振滤光片转动驱动器和偏振滤光片，所述偏振滤光片转动驱动器由用于驱动偏振滤光片旋转电机的电路构成并使设置在光轴上的偏振滤光片的偏光轴旋转预定角度。

5.如权利要求4所述的一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，其特征在于，所述摄像系统还包括短波长照明，当所述光照强度I小于阈值I’时，通过启用短波长照明补偿适合成像的光量。

说明书

一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统

技术领域

[0001] 本发明涉及摄像处理技术领域，尤其涉及一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统。

背景技术

[0002] 在摄像系统中，成像元件能够识别到人眼无法观测到的光线，因此，最终的成像效果与裸眼观测的效果存在偏差，而在黑暗环境下，由于光照的不足使得成像偏暗，无法呈现
出清晰的画面，因此，需要IR‑CUT滤镜对光线进行预处理，IR‑CUT滤镜根据外部光线的强弱
随之自动切换，使图像达到最佳效果。

[0003] 现在已经开发出了很多摄像系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的摄像系统有如公开号为KR101815106B1，KR101782304B1、CN109996061B和KR100848167B1所公开
的系统，该系统的IR‑CUT安装于监控相机中，所述监控相机放置于红外光与可见光的强度
大小可调的灯箱中，该方法包括：响应用户的操作设置监控相机的工作状态为黑白状态或
彩色状态，并根据监控相机在黑白状态或彩色状态下采集的图像分别计算图像上所有像素
点的三原色中每种颜色的颜色总值，进而根据不同颜色的颜色总值之间的比值确定该IR‑
CUT是否异常。但该系统中IR‑CUT的切换状态有限，调整效果具有离散性，无法达到最佳的
图像调整效果。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，

[0005] 本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，其特征在于，包括处理器、成像子系统、过滤子系统，所述过滤子系统用于检测并改善入射光线，所述成像子系统用于根据入射光
线形成图像，所述处理器用于处理所述过滤子系统检测到的数据并控制所述过滤子系统；

[0007] 所述过滤子系统包括照度传感器、波长过滤模块和偏振过滤模块，所述照度传感器用于检测进入所述摄像系统的光线的光照强度I，所述波长过滤模块用于控制进入所述
成像子系统的光线的波长范围(λc，λd)，所述偏振过滤模块用于控制进入所述成像子系统的
光照强度；

[0008] 当所述光照强度I大于阈值I’时，控制λd为：

[0009]

[0010] 其中，λ0为红外光与可见光的临界波长，Δλ为基础带宽，中间参数u的表达式为：

[0011]

[0012] 其中，kI为基础带宽系数；

[0013] 控制所述偏振过滤模块的偏振角度θ为：

[0014]

[0015] 进一步的，所述波长过滤模块包括前滤光片切换模块和前滤光片切换驱动器，所述前滤光片切换模块包括带通滤光单元，所述带通滤光单元由短波通滤光片和长波通滤光
片构成，所述长波通滤光片固定在光轴上，前过滤器切换驱动器由用于驱动前滤光片切换
模块马达的电路构成，根据处理器的控制指令，前滤光片切换驱动器通过驱动前滤光片切
换模块电机来移动短波通滤光片，使需要的短波通滤光片在光轴上；

[0016] 进一步的，短波通滤光片包括n个不同的红外滤光片，所述红外滤光片的过滤边界用λ1、λ2、..、λn表示，第i个红外外滤光片的过滤边界λi设置为：

[0017]

[0018] 进一步的，所述偏振过滤模块包括偏振滤光片转动驱动器和偏振滤光片，所述偏振滤光片转动驱动器由用于驱动偏振滤光片旋转电机的电路构成并使设置在光轴上的偏
振滤光片的偏光轴旋转预定角度；

[0019] 进一步的，所述摄像系统还包括短波长照明，当所述光照强度I小于阈值I’时，通过启用短波长照明补偿适合成像的光量。

[0020] 本发明所取得的有益效果是：

[0021] 本系统的红外滤光片集成在一个环形结构中，在不大幅占用空间的前提下尽可能多地提高了IR‑CUT的切换状态数量，同时配合偏振滤光片对光强进行调整，使得调整效果
具有线性变化，更容易使用于成像的光线更加接近理想情况。

附图说明

[0022] 从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

[0023] 图1为整体结构框架示意图；

[0024] 图2为系统模式选择示意图；

[0025] 图3为带通滤光单元结构示意图；

[0026] 图4为红外滤光片的过滤边界分布示意图；

[0027] 图5为偏振滤光片偏振光分解示意图。

具体实施方式

[0028] 为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用
于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系
统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在
本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述
了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

[0029] 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图
所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的
装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的
用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可
以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

[0030] 实施例一。

[0031] 结合图1，本实施例提供了一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，其特征在于，包括处理器、成像子系统、过滤子系统，所述过滤子系统用于检测并改善入射光线，所述成
像子系统用于根据入射光线形成图像，所述处理器用于处理所述过滤子系统检测到的数据
并控制所述过滤子系统；

[0032] 所述过滤子系统包括照度传感器、波长过滤模块和偏振过滤模块，所述照度传感器用于检测进入所述摄像系统的光线的光照强度I，所述波长过滤模块用于控制进入所述
成像子系统的光线的波长范围(λc，λd)，所述偏振过滤模块用于控制进入所述成像子系统的
光照强度；

[0033] 当所述光照强度I大于阈值I’时，控制λd为：

[0034]

[0035] 其中，λ0为红外光与可见光的临界波长，Δλ为基础带宽，中间参数u的表达式为：

[0036]

[0037] 其中，kI为基础带宽系数；

[0038] 控制所述偏振过滤模块的偏振角度θ为：

[0039]

[0040] 所述波长过滤模块包括前滤光片切换模块和前滤光片切换驱动器，所述前滤光片切换模块包括带通滤光单元，所述带通滤光单元由短波通滤光片和长波通滤光片构成，所
述长波通滤光片固定在光轴上，前过滤器切换驱动器由用于驱动前滤光片切换模块马达的
电路构成，根据处理器的控制指令，前滤光片切换驱动器通过驱动前滤光片切换模块电机
来移动短波通滤光片，使需要的短波通滤光片在光轴上；

[0041] 短波通滤光片包括n个不同的红外滤光片，所述红外滤光片的过滤边界用λ1、λ2、..、λn表示，第i个红外外滤光片的过滤边界λi设置为：

[0042]

[0043] 所述偏振过滤模块包括偏振滤光片转动驱动器和偏振滤光片，所述偏振滤光片转动驱动器由用于驱动偏振滤光片旋转电机的电路构成并使设置在光轴上的偏振滤光片的
偏光轴旋转预定角度；

[0044] 所述摄像系统还包括短波长照明，当所述光照强度I小于阈值I’时，通过启用短波长照明补偿适合成像的光量。

[0045] 实施例二。

[0046] 本实施例包含了实施例一的全部内容，提供了一种基于IR‑CUT的光强自适应摄像系统，包括处理器、存储器、成像元件、照明驱动器、短波长照明、镜头块、镜头驱动器、镜头
内滤光片切换模块、镜头内滤光片切换驱动器、前滤光片切换模块、前滤光片切换驱动器、
偏振滤光片、偏振滤光片转动驱动器和照度传感器；

[0047] 所述处理器用作控制系统整体操作的控制器，所述处理器执行控制各单元操作的控制处理、各单元之间的数据输入和输出处理、数据计算处理和数据存储处理，所述处理器
根据存储在存储器中的程序进行操作，所述处理器在操作期间使用存储器，并将处理器产
生或获取的数据或信息临时存储在存储器中；

[0048] 所述存储器包括RAM和ROM两部分，所述RAM用于临时保存系统操作中使用的数据或信息，所述ROM预先存储执行系统操作所需的程序；

[0049] 所述成像元件是能够进行成像的图像传感器，由固态成像元件实现，所述固态成像元件基于入射光的光电转换产生捕获图像的电信号成像在成像面上，所述成像元件由集
成电路板实现，在该集成电路板上具有上述固态成像元件、用于放大固态成像元件输出的
电信号的放大器、能够调节增益的增益调节单元，所述成像元件的输出可输入至处理器并
执行预定信号处理以产生所拍摄图像的数据，或成像元件可设有控制电路以执行上述预定
信号处理以生成捕获图像的数据；

[0050] 所述照明驱动器由开关电路来实现，所述照明驱动器根据来自处理器的控制指令控制开关电路进而打开或关闭每个短波长照明，所述照明驱动器还可以包括能够调节短波
长照明的发光量的可变放大器电路，在这种情况下，所述照明驱动器可以根据来自处理器
的控制指令来调整短波长照明的发光量；

[0051] 所述短波长照明由发光二极管实现，所述摄像系统配置多个的短波长照明，所述短波长照明用IR光照射，IR光是具有根据照明驱动器的控制的强度的照明光，以便能够对
封闭空间内的物体进行成像，通过用来自短波长照明的IR光照射，补偿适合成像的红外光
的光量；

[0052] 所述透镜块包括通过根据其到对象的距离来聚焦而在成像元件的成像表面上成像对象的光学图像的聚焦透镜，以及可以改变放大率的变焦透镜，镜头块中的聚焦镜头的
位置和变焦镜头的位置被作为相机参数存储在存储器中；

[0053] 所述镜头驱动器由用于调整构成镜头块的镜头的位置的电路构成，所述镜头驱动器根据来自处理器的控制指令调整聚焦镜头在镜头块中的位置，镜头驱动器可以根据来自
处理器的控制指令通过调整变焦镜头的位置来改变变焦倍率；

[0054] 所述镜头内滤光片切换模块设置在透镜块的后面和成像元件的前面，在透镜内滤光片切换模块中，可以切换可见光截止滤光片和平面玻璃，可见光截止滤光片和平面玻璃
交替切换设置在光学元件的光轴上，例如在白天模式期间，镜头内滤光器切换模块在光轴
上布置可见光截止滤光器，因此，在白天模式下，成像元件接收可见光中未被阻挡的光，并
且获得具有良好图像质量的捕获图像，另一方面，例如在夜间模式期间，镜头内滤光器切换
模块将平面玻璃布置在光轴上，因此，在夜间模式下，成像元件接收其中IR波段的成分穿过
平面玻璃的入射光，以及基于该入射光获得具有恒定亮度的IR图像，镜头内滤光片切换驱
动器由用于驱动镜头内滤光片切换模块的电路构成，根据来自处理器的控制指令，镜头内
滤光片切换驱动器驱动镜头内滤光片切换模块；

[0055] 所述前滤光片切换模块包括带通滤光单元，所述带通滤光单元由短波通滤光片和长波通滤光片构成，所述长波通滤光片固定在光轴上，前过滤器切换驱动器由用于驱动前
滤光片切换模块马达的电路构成，根据处理器的控制指令，前滤光片切换驱动器通过驱动
前滤光片切换模块电机来移动短波通滤光片，使需要的短波通滤光片在光轴上；

[0056] 所述偏振滤光片转动驱动器由用于驱动偏振滤光片旋转电机的电路构成，根据来自处理器的控制指令，偏振滤光片转动驱动器驱动偏振滤光片旋转电机，设置在光轴上的
偏振滤光片的偏光轴旋转预定角度，透过所述偏振滤光片的光量通过倾斜偏振滤光片的偏
光轴而受到限制，偏振滤光片可在机械旋转范围内旋转，当偏振滤光片旋转电机启动后，偏
振滤光片旋转电机的旋转加速时，偏振滤光片旋转电机的角速度逐渐增加并达到恒定角速
度，在这种情况下，偏振滤光片加速移动到偏振滤光片可以以恒定速度旋转的范围，另一方
面，当偏振滤光片旋转电机的旋转减速时，偏振滤光片旋转电机的角速度逐渐减小到0；

[0057] 所述偏振滤光片可以匀速旋转的范围可以通过偏振滤光片旋转电机的扭矩任意调节，偏振滤光片的偏光轴的角度根据偏振滤光片从偏振滤光片旋转原点传感器检测到的
原点的旋转量来调整，偏振滤光片的偏角被作为相机参数存储在存储器中；

[0058] 结合图2，所述照度传感器用于检测摄像系统周围的光的照度，所述照度传感器使用光电二极管或光电晶体管，照度传感器安装在镜头块的前面，以便能够检测作为所在方
向上的光的照度，照度传感器检测到的照度信息被输入到处理器，处理器根据照度信息判
断当前时间点摄像系统的工作模式是白天模式还是夜间模式，例如，当处理器确定照度信
息高于预定阈值时，处理器将摄像系统的操作模式设置为切换到白天模式，当处理器确定
照度信息低于预定阈值时，处理器将车载摄像头的工作模式设置为切换至夜间模式，指示
白天模式或夜间模式的信息被临时保存在存储器中。

[0059] 实施例三。

[0060] 本实施例包含了上述实施例的全部内容，结合图3、图4，本实施例的所述短波通滤光片构成一个圆环带，所述圆环带安装于环轨上，所述前过滤器切换驱动器能够控制所述
圆环带在所述环轨上移动，所述圆环带被平均分割成多个红外滤光片和一个全透光谱滤光
片，每个红外滤光片设有不同的过滤边界λd，所述红外滤光片能够透过的光线波长区间为
(0，λd)，所述长波通滤光片能够透过的光线波长区间为(λc，+∞)，所述红外滤光片或所述全
透光谱滤光片与所述长波通滤光片组合形成一个带通滤光单元使得波长处于(λc，λd)内的
光线能够通过，通过选择不同的红外滤光片处在光轴上来控制能够透过的红外波长范围；

[0061] 若不同红外滤光片的过滤边界λd用λ1、λ2、...、λn表示，其中，n表示所述圆环带上的红外滤光片的个数，则第i个红外滤光片的过滤边界λi设置为：

[0062]

[0063] 其中，λ0为红外光与可见光的临界波长，Δλ为基础带宽；

[0064] 结合图5，通过设置偏振滤光片的偏振角度θ能够控制透过光线的光强，透过光线光强与原有光线光强的百分比η为：

[0065] η＝(cosθ)2；

[0066] 根据所述照度传感器检测到的照度信息来控制短波长照明、红外滤光片的选择和偏振滤光片的偏振角度，进而改善摄像系统的成像质量；

[0067] 当所述照度传感器检测到的照度信息I低于阈值I’时，启用所述短波长照明，选择圆环带中的全透光谱滤光片，将偏振滤光片的偏振角度θ设置为0°，启用的短波长照明的数
量nd为：

[0068]

[0069] 其中，I0为单个短波长照明的光照强度，k为补偿系数；

[0070] 当所述照度传感器检测到的照度信息I高于阈值I’时，关闭所述短波长照明，选择圆环带中合适的红外滤光片以及偏振滤光片的偏振角度θ，选择的红外滤光片的过滤边界
λd′为：

[0071]

[0072] 其中，中间参数u的表达式为：

[0073]

[0074] 其中，kI为基础带宽系数；

[0075] 所述偏振滤光片的偏振角度θ的计算公式为：

[0076]

[0077] 通过控制透过光线的波长范围和偏振角度两个方面来削弱白天模式下的入射光线，使得进入摄像系统的光线更加接近理想成像光线，提高了最终的成像质量。

[0078] 虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。
各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所
描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某
些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和
元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权
利要求的范围。

[0079] 在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算
法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限
制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于
实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功
能和布置进行各种改变。

[0080] 综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明
的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样
落入本发明权利要求所限定的范围。