采用CMOS图像传感器的摄像机自动光圈镜头控制电路

摘要

本发明为一种采用CMOS图像传感器的摄像机自动光圈镜头控制电路。它由微处理器、数模转换电路、同步信号发生电路、信号合成电路经电路连接组成。其中，由微处理器根据CMOS图像传感器的输出、产生与每帧的平均亮度成正比的模拟电压信号；独立的同步信号发生电路使输出的控制信号的行、场频率始终稳定；模拟电压信号与行、场同步信号合成稳定的全电视信号，作为自动光圈镜头的控制信号。

说明书

技术领域

本发明属于一种控制电路，具体涉及采用CMOS图像传感器的摄像机自动光圈镜头的控制电路。

背景技术

由于摄像机的图像传感器对于外界光线的敏感性，为了在不同的光照条件下能够得到曝光适中的影像，摄像机均采用调整镜头光圈开度的方法来适应外界光线的变化。为了能够在外界光线发生变化时及时进行调整，通常使用带有自动光圈的镜头。该镜头能够接收摄像机送出的与图像传感器接收到的图像亮度有关的信号，然后根据此信号进行光圈的自动调整。

常见的镜头有两种自动控制光圈的信号形式：直流信号控制与视频信号控制。本发明针对带有视频信号控制方式的自动光圈镜头。

视频信号控制方式的自动光圈镜头需要一个全电视视频信号作为自动光圈的控制信号。当图像传感器接收到的图像亮度增加时，全电视视频信号电平加大，反之信号电平降低，自动光圈镜头藉此信号电平进行光圈开度的控制。

在以CCD器件作为图像传感器的摄像机中，对于带视频信号控制方式自动光圈镜头的控制是十分简单的。由于CCD图像传感器直接输出模拟视频信号，所以只要将输出的模拟视频信号经过缓冲放大，就可以直接作为镜头光圈的控制信号。但是，对于采用CMOS图像传感器的摄像机，由于CMOS图像传感器输出的是数字信号，无法直接接驳自动光圈镜头，所以要得到控制自动光圈的信号比较困难。本发明旨在解决采用CMOS图像传感器的数字摄像机接驳自动光圈镜头的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用CMOS图像传感器的摄像机自动光图镜头的控制电路，使电视频信号作为自动光圈镜头的控制信号。

本发明提供的采用CMOS图像传感器的摄像机自动光圈镜头控制电路，由微处理器、数模转换电路、同步信号发生电路、信号合成电路经电路连接组成，见图1所示。由微处理器2读出CMOS图像传感器1所感应的图像信号的每帧的平均亮度；此平均亮度信号经过数模转换发生电路3，变成一个与每帧的平均亮度成正比的模拟电压信号，同步信号发生电路4独立产生一个稳定的行、场同步信号；数模转换电路3产生的平均亮度输出与同步信号发生电路4产生的行、场同步信号，经过信号合成电路5，形成包含平均亮度信号的全电视信号。此信号即可用于控制自动光圈镜头。

本发明的电路结构(见图1)进一步说明如下：

1)微处理器2读出CMOS图像传感器1所感应的图像信号的每帧的平均亮度，读出的方式有2种，第一种是直接读出CMOS图像传感器1的平均亮度寄存器的值；第二种是读出CMOS图像传感器1输出的每个像素的亮度，然后计算出每帧的平均亮度。

2)平均亮度信号经过数模转换电路3，变成一个与每帧的平均亮度成正比的模拟电压信号。数模转换电路3的实际电路可以是任何一种商品化的数模转换(ADC)电路，包括微处理器内嵌的数模转换电路。更为简单的形式是由微处理器产生脉冲宽度调制(PWM)信号，然后通过合适的滤波器转变为直流电平信号。

3)由于CMOS图像传感器的输出信号的行频和场频可以在很大范围内改变，在不同的应用场合，摄像机可能需要输出不同行频和场频的信号。由于行频和场频变化可能对于自动光圈镜头的控制产生一定的影响，在极端情况下可能造成失控，所以不能用CMOS图像传感器输出的行、场同步信号作为控制自动光圈镜头的模拟视频信号的同步信号。本发明设置了一个独立的同步信号产生电路4，用以产生一个稳定的行、场同步信号，该同步信号频率与CMOS图像传感器输出的行频和场频信号无关。

4)将数模转换电路3产生的平均亮度输出与同步信号产生电路4产生的行、场同步信号，通过信号合成电路5，形成包含平均亮度信号的全电视信号，此信号可以控制自动光圈镜头。

本发明的上述方案有如下特点：

1、由微处理器根据CMOS图像传感器的输出，产生与每帧的平均亮度成正比的模拟电压信号。

2、具有独立的同步信号产生电路。无论CMOS图像传感器的实际输出频率如何变化，输出控制信号的行、场频率始终稳定。

3、由与每帧的平均亮度成正比的模拟电压信号和稳定的行、场同步信号合成稳定的全电视信号，作为自动光圈镜头的控制信号。

附图说明

图1为本发明的电路结构框图。

图2为本发明的一种电路结构图。

图中标号：1为CMOS图像传感器，2为微处理器，3为数模转换器，4为同步信号发生电路，5为信号合成电路，41为晶体振荡器，42为行计数器，43为场计数器，44为行消隐产生器，45为行同步产生器，46为场消隐产生器，45为场同步产生器，51为逻辑与门，52为逻辑异或门，53为模拟开关，54为运算放大器，55、56、57为电阻。

具体实施方式

下面通过一个电路结构的实施例，对本发明作进一步的介绍，但不限于该实施例电路结构。

图2为本实施例的电路结构图。电路中微处理器2、数模转换电路3均为常规器件，不作具体说明，仅对同步信号发生电路和信号合成电路作详细描述。

同步信号发生电路4由晶体振荡器41、行计数器42、场计数器43、行消隐信号产生电路44、行同步信号产生电路45、场消隐信号产生电路46、场同步信号产生电路47经电路连接构成。

晶体振荡器41产生一个稳定的时钟信号，行计数器42对此信号进行计数；行计数器42的计数长度可被设计得正好在一行的周期(如64μs)发生溢出并重新开始计数；行消隐信号产生电路44和行同步信号产生电路45分别对行计数器42的计数值进行译码，在对应行消隐时间(如52μs～64μs)和行同步时间(如54μs～58μs)的计数值范围内，分别输出行消隐信号和行同步信号。

当行计数器42发生溢出时，场计数器43得到进位信号，开始计数；场计数器43的计数长度可被设计成等于312行，当场计数器44发生溢出后重新开始计数；场消隐信号产生电路46和场同步信号产生电路47分别对场计数器43的计数值进行译码，在对应场消隐时间(如288行～311行)和场同步时间(如291行～293行)的计数值的周期内，分别输出场消隐信号和场同步信号。

所有的消隐信号和同步信号的有效电平都是逻辑低电平。

以上给出的具体参数可能随着电视制式的不同而有所差别，但是本领域的一般工程技术人员能够掌握实际的参数并可以据此设计具体电路。

信号合成电路由逻辑与门51、逻辑异或门52、模拟开关53、运算放大器54以及电阻55、56、57经电路连接构成。

逻辑与门51将行消隐信号和场消隐信号合并为混合消隐信号，此信号用于控制数模转换电路3输出的模拟亮度信号电平是否有效。当混合消隐信号有效(逻辑低电平)时，模拟开关53被关断，从而阻止数模转换电路3输出的模拟亮度信号的传输。

逻辑异或门52将行同步信号和场同步信号合并为混合同步信号。

运算放大器54以及电阻55、56、57构成模拟同相加法电路，将数模转换电路3输出的模拟亮度信号与逻辑异或非门52输出的混合同步信号合成，形成最终的全电视信号。改变电阻55、56、57之间的相互比例关系，可以使得最终的输出信号满足全电视信号的电平要求。

本电路输出的全电视信号为正极性信号。显而易见，将由运算放大器54以及电阻55、56、57构成的模拟同相加法电路改接成反相加法电路，可以输出负极性全电视信号。

此全电视信号的信号电平与传感器接收到的图像亮度相关，所以可以用作自动光圈的控制信号。