一种具有红灯颜色校正功能的图像采集系统技术方案

本发明专利技术公开了具有红灯颜色校正功能的图像采集系统，所述图像采集系统包括图像传感器、模拟增益模块、模数转换装置、颜色校正模块和数字增益模块，所述图像传感器拍摄具有交通信号灯的图像，所述模拟增益模块以预定增益系数对所拍摄的图像进行模拟放大，所述模数转换装置将经放大后的模拟图像数据进行模数转换，以转换成数字图像数据，所述颜色校正模块用于对所述数字图像中的交通信号灯进行颜色校正，所述数字增益模块用于对所述数字图像数字放大。本发明专利技术在图像数字增益拉大时保持过曝像素的颜色分量比例不变，在不影响图像整体亮度的同时，解决了红灯过亮导致的红灯偏黄、泛白问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具有红灯颜色校正功能的图像采集系统
本专利技术涉及图像处理领域，具体涉及一种具有红灯颜色校正功能的图像采集系统。
技术介绍
电子警察是一种利用高清摄像机自动记录机动车闯红灯、逆向行驶、超速行驶等交通违法行为的现代化交通执法系统，GA/T496-2009《闯红灯自动记录系统通用技术条件》中对电子警察系统的记录图片提出了要求：“图片清晰度应能满足人工对车辆号牌号码认定的要求，且不应出现因红灯信号泛白、光晕等颜色失真而影响人工对红灯信号的判断。”交通信号灯按照光源的不同一般可分为白炽灯、卤素灯和发光二极管LED，LED交通信号灯由于其功耗低、亮度高、直流无闪烁等优点近年被广泛的应用。工业摄像机作为电子警察记录系统的核心部件，由于受到信号灯亮度、外界光线、拍摄角度以及自身动态范围的限制等原因，在夜间拍摄过程中，在不影响周边场景亮度的前提下容易造成红色信号灯泛黄、泛白乃至完全溢出，而且由于LED信号灯亮度不随时间发生变化，无法采用摄像机与其同步的方式改变拍摄瞬间信号灯的亮度。目前，传统的信号灯图像采集系统中，红灯校正方法大多采用降低摄像机的曝光时间、改变环境光的亮度或者替换红灯区域的图像处理算法。其中通过降低摄像机的曝光时间或者通过添加光学结构改变环境光亮度的方法虽然抑制了红灯的变色，但是使得环境的亮度同时下降，难以满足要求。而通过识别红灯区域然后再对区域进行着色处理的方法，使得红灯区域的处理显得生硬，缺乏真实感，如1所示为采用这种处理方式获得的图片，从图中可以看出，信号灯已经被处理得变形，这样的图像由于采用了后期的处理，很难处理的比较自然，有明显造假的痕迹，原则上也不允许用于处罚证据。
技术实现思路
针对现有信号灯校正方法的问题，申请人进行了深入的研究。申请人发现，现有技术中对交通信号灯颜色校正的方法不能解决信号灯变色的原因，实际上是现有技术中的解决方案都没有找到红色信号灯变色的根源症结所在。现有技术中的处理方式都是基于整幅图像的处理，而本专利技术提出了一种新的图像采集系统，其基于图像中像素动态范围进行校正，从微观上解决了红色信号灯泛黄的问题。本专利技术图像采集系统，通过降低采集系统的曝光时间，增加数模转换精度，最大限度的保证图像的原始颜色比例信息。在采用系统数字增益增大图像整体亮度的同时，保证红色过曝像素点的颜色比例，从而解决红色信号灯过亮导致的偏黄泛白问题。具体而言，本专利技术提供了一种具有红灯颜色校正功能的图像采集系统，其特征在于，所述图像采集系统包括图像传感器、模拟增益模块、模数转换装置、颜色校正模块和数字增益模块，所述图像传感器拍摄具有交通信号灯的图像，所述模拟增益模块以预定增益系数对所拍摄的图像进行模拟放大，所述模数转换装置将经放大后的模拟图像数据进行模数转换，以转换成数字图像数据，所述颜色校正模块用于对所述数字图像中的交通信号灯进行颜色校正，所述数字增益模块用于对所述数字图像数字放大。优选地，所述颜色校正模块分别获取图像数据中每个像素的R、G、B通道像素值，判断R通道像素值是否存在放大溢出，基于溢出情况计算不同情况下的截断系数，并且将将每个像素点的R、G、B通道像素值乘以不同的截断系数进行区分放大。优选地，所述图像传感器的曝光时间设置为短于正常拍摄的曝光时间。优选地，所述模拟增益模块的模拟增益系数设置为低于正常拍摄的模拟增益系数。优选地，所述图像采集系统用于对交通信号灯和道路车辆同时进行图像采集。优选地，所述图像采集系统所采集的图像包含目标车辆的车牌，所述交通信号灯中至少包含红色信号灯。优选地，颜色校正的过程包括对目标图像数据中各个像素计算截断系数，并通过截断系数对每个像素各通道的数据进行调整，以使得各通道数据在数字放大增益后不超出增益后的动态范围，所述颜色校正模块通过下述方式进行截断系数计算：对于存在放大溢出的情况P_Gain＝2N/Pr；对于不存在放大溢出的情况：P_Gain<＝Gain，其中P_Gain表示当前像素的数字增益值。优选地，所述模拟增益模块、模数转换装置、颜色校正模块、数字增益模块在FPGA中实现。技术效果本专利技术通过降低曝光时间、模拟增益来采集原始图像，并记录每个像素的颜色分量比例，并在图像数字增益放大时保持过曝像素的颜色分量比例不变，在不影响图像整体亮度的同时，解决了红灯过亮导致的红灯偏黄、泛白问题。相比传统的信号灯图像采集系统中所采用的红色信号灯校正方式，本专利技术的图像采集系统从动态范围衰减导致颜色比例失衡这一根源入手，通过保留原始的图像颜色比例信息，在不损失图像整体亮度的前提下，不但解决了环境亮度与红灯偏色不可兼得的问题，而且使得红灯信息更加真实，有效解决了纯粹后期着色处理的图片无法作为执法证据的问题。本专利技术能够显著提升电子警察在违章拍照过程中的执法准确性。附图说明图1为：现有技术中采用区域替换处理方式进行处理后的图像处理结果；图2为本专利技术的具有红灯颜色校正功能的图像采集系统结构框图；图3为：图像采集和显示过程的动态范围链；图4为：像素的颜色通道比例；图5为：动态范围衰减之后的颜色通道比例；图6为：摄像机红灯矫正的环节设置；图7为：动态范围衰减之后经过校正的颜色通道比例；图8为：普通的图像传感器采集的图像(未经校正)；图9为：采用本专利技术具有红灯颜色校正功能的图像采集系统采集的图像。具体实施方式以下结合附图及其实施例对本专利技术进行详细说明，但并不因此将本专利技术的保护范围限制在实施例描述的范围之中。下面对本专利技术的系统中的图像采集过程以及交通信号灯颜色校正的原理以及校正的具体过程进行详细描述。如图2所示为本专利技术的图像采集系统的结构示意图。1.动态范围衰减申请人在研发过程中注意到，景物从被摄像机采集到显示的整个过程中，出现了逐级的动态范围衰减现象，整个系统的动态范围则由动态范围最低的一个环节决定，如图3所示。对于工业相机，传感器中每个像素值的动态范围由传感器自身特性来决定，模数转换装置ADC转换后像素的动态范围取决于采样宽度(如采用的是14位AD)和模拟增益，图像处理部分像素的动态范围取决于数字增益造成的数据截取，而显示部分像素的动态范围则取决于显示器的响应特性。2.像素动态范围衰减造成的红灯偏色如图4所示，图中为P1、P2、P3三个像素点没有经过任何动态范围衰减的颜色通道值比例，假如，经过一系列动态范围衰减过后，从虚线的位置进行截断，则三个像素点颜色通道值比例如图5所示，可以看出，P1和P2两个像素点出现了严重的颜色通道比例失衡，表现在图像上就出现了变色。因此造成红色信号灯偏色的原因在于：由于工业相机中像素动态范围的衰减，使得在衰减过程中红色通道出现了溢出截止，从而造成了颜色通道比例的失衡，进而出现了红灯偏色的现象。3.曝光时间、模拟增益以及数字增益的调节针对图3的动态范围链，为了使经过AD之后不致出现动态范围衰减进而造成颜色通道比例失调，使得这一级每个通道都能落在图4虚线之下，申请人提出了一种新的从图像采集、模数转换到增益放大的系统性校正方法。具体而言，首先申请人调整图像传感器采集图像的曝光时间，即，缩短图像传感器的曝光时间以降低图像传感器(sensor)中像素的动态范围衰减；比如，将曝光时间调节至1ms或者500us然后，在进行模数转换时，申请人调整模数转换模块的模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有红灯颜色校正功能的图像采集系统，其特征在于，所述图像采集系统包括图像传感器、模拟增益模块、模数转换装置、颜色校正模块和数字增益模块，所述图像传感器拍摄具有交通信号灯的图像，所述模拟增益模块以预定增益系数对所拍摄的图像进行模拟放大，所述模数转换装置将经放大后的模拟图像数据进行模数转换，以转换成数字图像数据，所述颜色校正模块用于对所述数字图像中的交通信号灯进行颜色校正，所述数字增益模块用于对所述数字图像数字放大。

【技术特征摘要】
1.一种具有红灯颜色校正功能的图像采集系统，其特征在于，所述图像采集系统包括图像传感器、模拟增益模块、模数转换装置、颜色校正模块和数字增益模块，所述图像传感器拍摄具有交通信号灯的图像，所述模拟增益模块以预定增益系数对所拍摄的图像进行模拟放大，所述模数转换装置将经放大后的模拟图像数据进行模数转换，以转换成数字图像数据，所述颜色校正模块用于对所述数字图像中的交通信号灯进行颜色校正，所述数字增益模块用于对所述数字图像数字放大。2.根据权利要求1所述的具有红灯颜色校正功能的图像采集系统，其特征在于，所述颜色校正模块分别获取图像数据中每个像素的R、G、B通道像素值，判断R通道像素值是否存在放大溢出，基于溢出情况计算不同情况下的截断系数，并且将将每个像素点的R、G、B通道像素值乘以不同的截断系数进行区分放大。3.根据权利要求1所述的具有红灯颜色校正功能的图像采集系统，其特征在于，所述图像传感器的曝光时间设置为短于正常拍摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟铭，罗松彬，周中亚，张强，刘敏，
申请(专利权)人：北京大恒图像视觉有限公司，中国大恒集团有限公司北京图像视觉技术分公司，
类型：发明
国别省市：北京,11