能消除灯光频闪的数字摄像头制造技术

本发明专利技术为在照明灯光中不会出现频闪的数字摄像头，该摄像头包括镜头、图像传感器、主控芯片DSP、光线感应器及与该光线感应器相连的模数转换器，其中所述光线感应器安装在摄像头镜头的边缘用于检测拍摄过程中照射每个像素单元的光源强度，模数转换器将光线感应器中的表示光源强度的模拟值转化为表示光源强度的数值，主控芯片DSP累加光源强度的数值，并根据各个像素单元的光源强度、像素单元的三个原色光照值及帧光源强度平均值，计算各个像素在帧光源强度平均值照射下取样时的三个原色匀光照值，就可实现消除照明灯光照强度波动对本帧的影响，从而实现消除视频中的频闪。

【技术实现步骤摘要】
能消除灯光频闪的数字摄像头
本专利技术属于数字摄像头。
技术介绍
当前无论是手机、数码相机还是录像机在室内使用普通灯光照明条件下拍摄时容易出现视频闪烁的现象，这种现象主要表现为视频中图像出现明暗交替变化，且在这种变化中往往会出现明暗交替变化的条纹，又由于这种变化是由于灯中电流按照固定频率交替变化引起灯光闪烁即出现灯光频闪，灯光频闪的出现导致摄像头的视频中出现闪烁，摄像头的视频中的这种闪烁就是灯光频闪的反映也是频闪现象。其实摄像头在有频闪的照明灯光中拍摄时视频中出现的频闪往往更像是晃动或移动的影子，但拍摄者往往希望拍摄设备中的摄像头能够去掉视频中出现的频闪，虽然现在比较先进的视频拍摄设备可以通过调整频率去掉明显的频闪，但这不利于拍摄者自由利用设备频率拍摄快慢动作，甚至会因为增加摄像头拍摄频率使视频文件占用的空间大幅增加，有的摄像头这样拍摄的视频还会出现有的地方偏暗有的地方偏亮的情况，为改善这些缺点特提出本专利技术。
技术实现思路
数字摄像头的核心部件是镜头和图像传感器，图像传感器一个直观的性能指标就是对图像的复现能力，而像素阵列就是直接关系到这一指标的关键的功能模块，像素阵列中有大量像素阵列单元(下文简称像素单元)，这些像素单元基本的工作原理可分为以下三步①复位过程；②固定时间间隔取样过程；③样本被读取的过程。图像传感器上集成了电子快门，该电子快门根据像素单元曝光设计的不同，分为全局快门式图像传感器和卷帘快门式图像传感器。其中卷帘快门式图像传感器在照明灯有频闪条件下输出的视频出现频闪的现象往往更明显，因此本专利技术中主要针对采用了卷帘快门式图像传感器的摄像头。这种类型的摄像头广泛应用到智能手机、数字相机等设备中。但这种摄像头的图像传感器中各像素单元在工作过程中的第二步虽然取样时间相等即实际曝光时间相同，但开始曝光和截止曝光是在不同时间点发生的，而是逐个开始曝光，逐个停止曝光，逐个读出。由此可知各像素单元中的取样时间分别在不同的时间段。参见图1(X轴表示时间，Y轴表示光照强度)，在交流电灯光照射条件下,光照强度并不稳定而是跟随交流电的变化而波动的,参见图2(X轴表示时间，Y轴表示光照强度)，设在摄像头拍摄第N帧的过程中，像素阵列中四个像素单元A、B、C、D分别在ta、tb、tc、td时刻开始取样，且分别在Ta、Tb、Tc、Td时刻结束取样，由于取样时间的长度相等，因此Ta-ta＝Tb-tb＝Tc-tc＝Td-td，图2中四个阴影条面积反映了对应的像素单元获取的光照值大小，本文所述光照值是指通过检测像素单元样本所得到的与光照成正比例的数值，该数值可以是以下四者之一：①电压值；②电流值；③电荷数；④与光电荷数成正比的数值，显然像素单元A、B、C、D在取样过程中，像素单元A取样时的光照强度比其他三个像素单元取样时的光照强度要低，因此像素单元A在图像中所对应的位置的像素颜色就会偏黑，像素单元C取样时的光照强度比其他三个像素单元取样时的光照强度要高，因此像素单元C在图像中所对应的位置的像素颜色就会偏亮，又因摄像头的频率与照明灯光光照强度的波动频率并不完全相等，因此该频率的差异会使下一帧的读取过程中像素单元A、B、C、D的取样时间段在光照强度的波形上发生移动，即像素单元A在下一帧的取样时间段可能处在光照强度的波峰出现的时间点附近此时像素单元A在图像中所对应的位置的像素颜色就会偏亮，也可能处在光照强度的波谷出现的时间点附近此时像素单元A在图像中所对应的位置的像素颜色就会偏暗，也可能处在光照强度波形的其他位置，同样其他像素单元也会出现这种变化，摄像头中各个像素单元的这种变化汇聚在一起就形成了频闪，简单点说频闪是由于光照强度的波动及像素单元的轮流按固定时间间隔取样这两个因素致使成像阵列中的图形也出现了波动，由此可知摄像头在照明灯光下的频闪是一种反映光照强度的波动，前面所述轮流按固定时间间隔取样是指像素单元轮流开始取样，轮流结束取样，每个像素单元的取样时间长度相等，后一个取样的像素单元与前一个取样的像素单元开始取样时刻之差固定不变。既然如此，如果摄像头能在拍摄过程中记录各像素单元取样时照射到该取样的像素单元的光照强度，我们就可利用该数据消除像素阵列中的图形波动，从而实现消除摄像头在照明灯光下的频闪。虽然照明灯光光照强度是波动的，但由于每个像素单元取样的时间长度都相等。为便于描述本文先针对取样时间(相对灯光频闪的周期)很短的摄像头应用本专利技术进行说明。在取样时间很短时，我们可以认为虽然在生成一帧照片的过程中光照强度是变化的，但在一个像素单元单独一次取样的过程中光照强度变化很小，因此可以认为一个像素单元单独一次取样的过程中光照强度是不变的。基于以上理论，本专利技术主张在摄像头透镜的边缘附近设置透光的窗口，在窗口里面安装光线感应器检测拍摄过程中每个像素单元取样时的照射拍摄窗口的光照强度，而本文所提用于检测光照强度的光线感应器要检测整个拍摄窗口的光照情况，但为了避免光线感应器对拍摄窗口的不利影响，光线感应器不允许出现在镜头中，同时为了使照射光线感应器和摄像头透镜这两者的光照强度和角度尽量一致，光线感应器的安装位置应尽量靠近摄像头透镜，因此本专利技术主张在摄像头透镜的边缘附近设置透光的窗口，并在该窗口里面安装光线感应器，光线感应器上连接了模数转换器。由于图像传感器中已经集成了将模拟信号转换为数字信号的电路，因此本文不再谈及图像传感器中将模拟信号转换为数字信号的电路，本文所提模数转换器都是指连接在光线感应器上的模数转换器，与光线感应器相连的模数转换器将光线感应器中的表示光照强度的模拟值转化为与光照强度成正比的数值，为便于表述后文将该数值称为光源强度，与光线感应器相连的模数转换器在某个像素单元取样时读取一次光源强度，该光源强度就是该像素单元取样时的光源强度，该光源强度反映了照射拍摄窗口的光线情况，并不等同照射某一个像素单元的光线情况，但在以照明灯为主的照明条件下，该光源强度的数值往往与摄像头中的照射该像素单元的光照成正比，也就是该光源强度的数值与照射该像素单元的光照的比值为一个定值，又由于本文利用光源强度的数值和光源强度的平均值之比来计算，因此可以消除这个定值。因此该光源强度除以这个定值就可以用来表达像素单元的光源强度，为便于描述后文将该光源强度称为像素单元的光源强度，模数转换器所转换的像素单元的光源强度被暂时保存在缓存，主控芯片DSP累加各个像素单元的光源强度，在一帧中所有像素都取样完毕后，主控芯片DSP根据各个像素单元的光源强度、像素单元的光照值及本帧的光源强度平均值，计算各个像素在本帧的光源强度平均值照射下取样时的光照值，为便于区别本文将各个像素在光源强度平均值照射下取样时的光照值叫做匀光照值，各个像素单元的光照值都被本像素单元的匀光照值代替就可实现消除照明灯光照强度波动对本帧的影响，本文所述本帧都是指当前正在进行消除频闪运算的这帧。下面针对第N帧进行说明，摄像头从像素阵列上读取第N帧中所有像素所对应的像素单元的光照值，并从与光线感应器相连的模数转换器中读取第N帧中所有像素单元的光源强度后，摄像头中的主控芯片DSP用累加光源强度的数值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能消除频闪的数字摄像头，其特征是：/n该摄像头包括镜头、图像传感器、主控芯片DSP、白色光线感应器及与该光线感应器相连的模数转换器，/n且当该摄像头在有频闪的照明灯光中拍摄时，启用消除频闪的功能后拍摄的视频中不会出现人眼可观察到的频闪，/n且当该摄像头在有频闪的照明灯光中拍摄时，关闭消除频闪的功能后拍摄的视频中至少会出现以下五者之一：①人眼可观察到的频闪，②黑屏，③变模糊，④图像刷新缓慢，⑤摄像头调整拍摄频率。/n

【技术特征摘要】
20190104 CN 20191002969591.一种能消除频闪的数字摄像头，其特征是：
该摄像头包括镜头、图像传感器、主控芯片DSP、白色光线感应器及与该光线感应器相连的模数转换器，
且当该摄像头在有频闪的照明灯光中拍摄时，启用消除频闪的功能后拍摄的视频中不会出现人眼可观察到的频闪，
且当该摄像头在有频闪的照明灯光中拍摄时，关闭消除频闪的功能后拍摄的视频中至少会出现以下五者之一：①人眼可观察到的频闪，②黑屏，③变模糊，④图像刷新缓慢，⑤摄像头调整拍摄频率。


2.一种能消除频闪的数字摄像头，其特征是：
该摄像头包括镜头、图像传感器、主控芯片DSP、三个彩色光线感应器及与这三个彩色光线感应器都相连接的模数转换器，
且当该摄像头在有频闪的照明灯光中拍摄时，启用消除频闪的功能后拍摄的视频中不会出现人眼可观察到的频闪，
且当该摄像头在有频闪的照明灯光中拍摄时，关闭消除频闪的功能后拍摄视频中至少会出现以下五者之一：①人眼可观察到的频闪，②黑屏，③变模糊，④图像刷新缓慢，⑤摄像头调整拍摄频率，
且其中所述三个彩色光线感应器为以下两者之一：①红色光线感应器，绿色光线感应器和蓝色光线感应器；②红色光线感应器，黄色光线感应器和蓝色光线感应器。


3.一种能消除频闪的数字摄像头，其特征是：
该摄像头包括镜头、图像传感器、主控芯片DSP、三个彩色光线感应器，且每...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海云，
申请(专利权)人：刘海云，
类型：发明
国别省市：广东;44