[发明专利]一种卡口摄像机

说明书

技术领域

本发明涉及安防技术，尤其涉及一种能够简单高效进行工频同步的卡口摄像机。

背景技术

交通卡口通常采用先进的光电、计算机、图像处理、模式识别、远程数据访问等技术，对监控路段的机动车道、非机动车道进行全天候实时监控并记录相关图像数据。前端处理系统对所拍摄的图像进行分析，从中自动获取车辆的通过时间、地点、行驶方向、号牌号码、号牌颜色、车身颜色等数据。并将获取到的信息通过计算机网络传输到卡口系统控制中心的数据库中进行数据存储、查询、比对等处理，当发现肇事逃逸、违规或可疑车辆时，系统会自动向拦截系统及相关人员发出告警信号。现在卡口摄像机在智能交通领域逐步得到了推广。卡口摄像机通常架设在道路、建筑物等出入口，对车辆进行过往记录、流量统计、车速测量、闯红灯取证等。

交通卡口摄像机在拍摄红绿灯时，需要考虑“工频同步”问题。请参考图1，我国市电电压表示为：U=UmSin(2πft+ψ)。其中U为瞬时电压，Um为峰值电压，2πf为角频率，为初相。角频率2πf反映交流电随时间变化的快慢，其中f称为工频，我国市电的工频为50Hz，即瞬时电压的变化周期为20ms。请参考图2，在使用市电的情况下，红绿灯光能量可以表示为：P=|PmSin(2πft+ψ)|，其中P为红绿灯光瞬时能量，Pm为红绿灯光能量峰值，瞬时能量的变化周期为10ms，图1以及图2仅仅是一个原理性示例，其中未有示出了初相因素。

假设快门时间保持不变，卡口摄像机采样红绿灯信号画面时，如果曝光时间点落在信号能量峰值Pm附近，则采集到的图像中红绿灯较亮；然而如果曝光时间点落在能量波谷附近，图片中红绿灯较暗，甚至无法辨识。在实际工程中，如果卡口摄像机的曝光时间点不加以控制，很容易导致连续图片红绿灯忽明忽暗，并且容易导致抓拍取证时误认为红绿灯不亮。

所谓曝光工频同步其原理是：控制卡口摄像机曝光时间点，使得该时间点能够跟随红绿灯光能量变化，以使每次曝光时间点都能落在高能量值附近，最好落在能量峰值附近，使得连续图像中红绿灯最亮，并且闪烁最小。请参考图3，其中展示了几种工频同步情况。

现有技术中工频同步装置主要包括交流电源输入模块、电源过零检测电路、锁相环倍频模块、相位检测和信号输出功能模块。请参考图4的工频同步过程。交流电源输入模块和电源过零检测电路模块的主要作用是将50Hz的交流工频信号转换成100Hz(或者50Hz)的方波信号，使该方波信号能够被锁相环倍频模块识别，相当于一个使正弦信号变方波信号、使高振幅信号变低振幅信号的整形电路。锁相环倍频模块将整形得到的方波信号倍频360倍，这样在控制前文所说的曝光时间点时，调整曝光时间点步长精度可以控制在(10/360)ms（以100Hz的方波为例）。相位检测电路在逻辑器件内部实现，它对倍频后的方波进行计数，计数到设定相位所对应的计数值时，输出抓拍控制信号。如此一来，摄像机抓拍控制信号与交流电之间可以固定在某个相位差上，实现相机抓拍工频同步，并可以通过调整相位差实现抓拍红绿灯的明暗。现有技术中的锁相环倍频模块对后期的相位的检测起着非常关键的作用，其设计意图也显而易见，然而引入锁相环倍频模块存在一些不足：

1）100Hz作为锁相环的输入，通常会考虑模拟方案，因此需要在电路板上增加了额外的模拟锁相环电路，这就会相应增加电路板的复杂度和成本。即使可以采用数字锁相环方案（通常很难找到数字方案），仍然是对硬件资源的额外开销。

2）锁相环将工频方波倍频360倍后，曝光时间点调整步长值占整个红绿灯能量周期的1/360，时间上数量级为us级（1/360×10ms），另外锁相环的倍频数通常受到一定限制，故曝光时间点调整步长值变更受到一定限制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种卡口摄像机，包括整流单元、同步控制单元以及感光控制单元；其中，

整流单元，用于根据市电交流电生成工频方波；

同步控制单元，用于在需要产生同步控制信号的工频方波周期产生同步控制信号，其中同步控制信号的上升沿晚于本工频方波周期内的上升沿一个预设的时间差；

感光控制单元，用于根据同步控制单元输出的同步控制信号生成感光器件时序控制信号，并输出到感光器件。

相较于现有技术来说，本方案避开了锁相环倍频电路，在FPGA内部实现“工频交流时钟域”与“卡口直流时钟域”的尽可能同步，单板电路设计简单；曝光时间点调整步长更为精细，其数量级可以达到ns级。

附图说明

图1是市电电压变化曲线示意图。