CN100458540C - 自动曝光调节方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动曝光调节方法与装置，所述方法包括以下步骤：(1)判断当前图像是否处于锁定状态；(2)在当前图像未处于锁定状态的情况下，根据当前图像平均亮度(Ymean)与目标图像亮度(Ytarget)的差值确定曝光时间和/或数字增益的调整步长(Step)；以及(3)根据所述调整步长(Step)调整曝光时间和/或数字增益。本发明采用可变调整步长，有效解决了因采用固定调整步长而造成的曝光调节速度慢或易出现无法锁定情况的问题。
Description
技术领域
本发明涉及摄像装置的图像处理领域，特别地，涉及一种自动曝光调节方法与装置。
背景技术
在环境亮度不变的前提下，摄像装置中图像传感器的曝光时间越长，图像越亮；反之，曝光时间越短，图像越暗。而在曝光时间固定的情况下，数字增益越大，图像越亮；数字增益越小，图像越暗。如果图像中景物过亮，而且亮的部分没有层次或细节，就是曝光过度；如果图像较黑暗，无法真实反映景物的色泽，就是曝光不足。因此，当环境亮度发生变化时，需要相应地调整曝光时间，以避免在亮环境下曝光过度或在暗环境下曝光不足。
在调节曝光时间的过程中，为了保证图像亮度平滑变化，通常结合曝光时间与数字增益进行自动曝光调节。每一级曝光时间对应不同的数字增益范围，需要进行曝光调整时，先按照某一预先设定的步长调整数字增益，如果数字增益已超出范围但尚未满足要求，则将曝光时间改变到下一级，如此反复，逐步逼近图像的目标亮度。
上述方法的缺点在于，调整步长是固定的。如果步长较大，很容易出现自动曝光无法锁定的情况；如果步长较小，则每调节一次，图像亮度的变化量就比较小，这样，当环境亮度发生较大变化时，往往需要很长时间才能完成曝光调节过程。
发明内容
本发明的目的在于，解决因采用固定调整步长而造成的曝光调节速度慢或易出现无法锁定情况的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种自动曝光调节方法，所述方法包括以下步骤：(1)判断当前图像是否处于锁定状态；(2)在当前图像未处于锁定状态的情况下，根据当前图像平均亮度Ymean与目标图像亮度Ytarget的差值确定曝光时间和/或数字增益的调整步长Step；以及(3)根据所述调整步长Step调整曝光时间和/或数字增益，在步骤(2)中，利用公式Step＝(|Ytarget-Ymean|-Ylock)*SpeedFactor+D确定所述调整步长Step，其中Ylock表示自动曝光锁定范围，SpeedFactor表示自动曝光调整速度，D为一常数。
在第一方面中，优选地，在所述当前图像平均亮度Ymean小于所述目标图像亮度Ytarget时，在步骤(2)中，在室外模式下将数字增益设为固定值，确定曝光时间的调整步长Step。
优选地，所述D为1。
优选地，所述SpeedFactor小于1。
优选地，在步骤(2)中，在当前图像未处于锁定状态的情况下，将当前图像平均亮度Ymean与目标图像亮度Ytarget的差值与一阈值进行比较，并且在所述差值大于该阈值的情况下，根据所述差值确定曝光时间和/或数字增益的调整步长Step。
根据第二方面，提供一种自动曝光调节装置，所述装置包括：锁定状态判断装置，用于判断当前图像是否处于锁定状态；调整步长确定装置，用于在当前图像未处于锁定状态的情况下，根据当前图像平均亮度Ymean与目标图像亮度Ytarget的差值确定曝光时间和/或数字增益的调整步长Step；以及调整装置，用于根据所述调整步长Step调整曝光时间和/或数字增益，所述调整步长确定装置，利用公式Step＝(|Ytarget-Ymean|-Ylock)*SpeedFactor+D确定所述调整步长Step，其中Ylock表示自动曝光锁定范围，SpeedFactor表示自动曝光调整速度，D为一常数。
在第二方面中，优选地，所述调整步长确定装置在室外模式下将数字增益设为固定值，确定曝光时间的调整步长Step。
根据第三方面，提供一种摄像装置，所述摄像装置包括如第二方面所述的自动曝光调节装置。
本发明采用可变调整步长，将调整步长与当前图像亮度和目标图像亮度的差异关联起来，使得调整步长与当前图像亮度和目标图像亮度的差值之间呈线性关系。这样，在当前图像亮度与目标图像亮度相差较远的情况下，相应增大调整步长，从而提高了曝光调节速度。同时，也有效避免了无法锁定情况的发生。
附图说明
为更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，附图中：
图1为判断当前图像是否处于锁定状态的示意图；
图2为本发明一个具体实施方式的自动曝光调节方法的流程图。
具体实施方式
参照图2，图2示出了本发明一个具体实施方式的自动曝光调节方法的流程。要实现自动曝光调节过程，首先判断是否需要进行曝光调整。在步骤S21，获取当前图像平均亮度Ymean，这里，“平均亮度”包括权值不同的加权平均亮度；在步骤S22，判断当前图像是否处于锁定状态，如处于锁定状态，则不需要进行自动曝光调节。这一判断过程与采用固定调整步长的方法中的锁定判断相同。
参照图1，图1为判断当前图像是否处于锁定状态的示意图。其中，Ytarget表示目标图像亮度；Ylock表示自动曝光的锁定范围；Yunlock表示自动曝光的非锁定范围。在锁定状态下，如果|Ymean-Ytarget|＞Yunlock，则进入非锁定状态，需要进行自动曝光调节，否则仍保持锁定状态；在非锁定状态下，如果|Ymean-Ytarget|＜Ylock，则进入锁定状态，否则仍处于非锁定状态，继续进行自动曝光调节。
根据本发明，在未锁定的情况下，将自动曝光调节分为三种状态：状态一，曝光时间已达最大值，并且当前图像平均亮度Ymean小于目标图像亮度Ytarget；状态二，即室外模式，该模式下曝光时间小于室内照明系统光照强度的变化周期；状态三，常规模式，即除了状态一、二以外的其他状态。
再次参照图2，在步骤S23，判断所述非锁定状态是否属于状态一。若属于状态一，因曝光时间已不能再增加，只能通过提高数字增益来进一步增加当前图像平均亮度Ymean。通常，为了看清更暗环境下的场景，最大一级曝光时间所对应的数字增益上限要适当提高至一最高值。此时，在步骤S24，可按下式确定数字增益的调整步长Step：
Step＝((Ytarget-Ylock)-Ymean)*SpeedFactor+D (1)
其中D为一常数，SpeedFactor表示自动曝光调整速度(在下述公式(2)至(5)中，相同参数表示相同含义)。这里，一般来讲，自动曝光调整速度SpeedFactor的值小于1。
若判断不属于状态一，接下来在步骤S25，进一步判断所述非锁定状态是否属于状态二。若属于状态二，则进入室外模式后，因相邻两级曝光时间的差远小于室内模式(室内模式为避免出现flicker，曝光时间必须是照明系统光照强度的变化周期的整数倍)，可将数字增益固定为缺省值GainDefault，而只调整曝光时间。在步骤S26，在当前图像平均亮度Ymean小于目标图像亮度Ytarget的情况下，可按下式确定曝光时间的调整步长Step：
Step＝((Ytarget-Ylock)-Ymean)*SpeedFactor+D (2)
而在当前图像平均亮度Ymean大于目标图像亮度Ytarget的情况下，可按下式确定曝光时间的调整步长Step：
Step＝(Ymean-(Ytarget+Ylock))*SpeedFactor+D (3)
若判断不属于状态二，则所述非锁定状态属于状态三。对于状态三，所述调整步长不再只针对数字增益或曝光时间，而是将两者统一起来考虑。将常规模式下第n级曝光时间所对应的可调数字增益范围表示为[GainDefault-GainRange[n-1]，GainDefault
+GainRange [n-1]]，具体而言，第一调整级为第一级曝光时间配合与之相对应的最小数字增益GainDefault-GainRange[0]，第二调整级为第一级曝光时间配合数字增益GainDefault-GainRange[0]+1，如此下去，第m调整级为第一级曝光时间配合与之相对应的最大数字增益GainDefault+GainRange[0]；接下来，第m+1调整级为第二级曝光时间配合与之相对应的最小数字增益GainDefault-GainRange[1]，以此类推。下表示出了状态三的调整级：
| 调整级 | 曝光时间级 | 数字增益 |
| 1 | 1 | GainDefault-GainRange[0] |
| 2 | 1 | GainDefault-GainRange[0]+1 |
| …… | …… | …… |
| 2*GainRange[0]+1 | 1 | GainDefault+GainRange[0] |
| 2*GainRange[0]+2 | 2 | GainDefault-GainRange[1] |
| 2*GainRange[0]+3 | 2 | GainDefault-GainRange[1]+1 |
| …… | …… | …… |
| 2*GainRange[0]+1+2*GainRange[1]+1 | 2 | GainDefault+GainRange[1] |
| 2*GainRange[0]+1+2*GainRange[1]+2 | 3 | GainDefault-GainRange[2] |
| …… | …… | …… |
接着在步骤S27，在当前图像平均亮度Ymean小于目标图像亮度Ytarget的情况下，可按下式确定调整步长Step：
Step＝((Ytarget-Ylock)-Ymean)*SpeedFactor+D (4)
而在当前图像平均亮度Ymean大于目标图像亮度Ytarget的情况下，可按下式确定调整步长Step：
Step＝(Ymean-(Ytarget+Ylock))*SpeedFactor+D (5)
待所述调整步长确定后，就可以对曝光时间和数字增益进行调整了。
在上述式(1)至式(5)中，优选地，常数D为1，以避免出现总是差一点无法进入锁定状态的情况，使调整步长Step至少为1。当然，常数D也可以是除了1以外的其他值，这对本领域技术人员来讲是显然的。
要说明的是，为了在各种状态下，使自动曝光调节过程中图像的亮度变化都能给人以较好的主观感觉，上述式(1)至式(5)中的自动曝光调整速度SpeedFactor参数可以取不同的值。之所以需要不同的Speedfactor值，与每一调整级所引起的亮度变化不同有关。例如对于某些传感器，对与较小的曝光时间级相对应的调整级来说，每调整一级所引起的图像亮度变化要小于与较大的曝光时间级相对应的调整级。在这样的条件下，当从很暗的环境进入很亮的环境时(Ymean＞Ytarget)，当前的曝光时间较大，变化若干调整级数所引起的亮度变化较大，就可以考虑将Speedfactor值设小些。相反，当从很亮的环境进入很暗的环境时(Ymean＜Ytarget)，可以将Speedfactor值设大些。
鉴于各种传感器的响应不同，相同条件下不同人的主观感觉也不完全相同，针对不同情况而采用不同的Speedfactor值为本发明的实施提供了更大的灵活性。当然，在各种情况下Speedfactor也可取相同值。
有时，在当前图像平均亮度与目标图像亮度的差异没有大到一定程度的情况下，可能不希望加快自动曝光调节速度。在这种情况下，优选地，可设定一阈值FastThd，用于判断是否进行可变步长的快速调整。当|Ymean-Ytarget|＜FastThd时，仍采用预先设定的固定步长进行调整；当|Ymean-Ytarget|＞FastThd时，采用本发明的可变步长进行调整。
本发明的自动曝光调节方法与装置可以应用于包括但不限于PC摄像头、手机摄像头、监控摄像头以及数码相机等摄像装置中。
显然，在此描述的本发明可以有许多变化。例如，在上述具体实施方式中，虽然在判断是否属于状态一之后再判断是否属于状态二，但本领域技术人员易于理解的是，也可在判断是否属于状态二之后再判断是否属于状态一。这些变化不能认为偏离本发明的精神和范围，因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在随附权利要求书的涵盖范围之内。
Claims (10)
1、一种自动曝光调节方法，包括以下步骤：
(1)判断当前图像是否处于锁定状态；
(2)在当前图像未处于锁定状态的情况下，根据当前图像平均亮度Ymean与目标图像亮度Ytarget的差值确定曝光时间和/或数字增益的调整步长Step；以及
(3)根据所述调整步长Step调整曝光时间和/或数字增益，
在步骤(2)中，利用公式Step＝(|Ytarget-Ymean|-Ylock)*SpeedFactor+D确定所述调整步长Step，其中Ylock表示自动曝光锁定范围，SpeedFactor表示自动曝光调整速度，D为一常数。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述当前图像平均亮度Ymean小于所述目标图像亮度Ytarget时，在步骤(2)中，在曝光时间已达最大值的情况下，确定数字增益的调整步长Step。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在室外模式下将数字增益设为固定值，确定曝光时间的调整步长Step。
4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述D为1。
5、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述SpeedFactor小于1。
6、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在当前图像未处于锁定状态的情况下，将当前图像平均亮度Ymean与目标图像亮度Ytarget的差值与一阈值进行比较，并且在所述差值大于该阈值的情况下，根据所述差值确定曝光时间和/或数字增益的调整步长Step。
7、一种自动曝光调节装置，包括：
锁定状态判断装置，用于判断当前图像是否处于锁定状态；
调整步长确定装置，用于在当前图像未处于锁定状态的情况下，根据当前图像平均亮度Ymean与目标图像亮度Ytarget的差值确定曝光时间和/或数字增益的调整步长Step；以及
调整装置，用于根据所述调整步长Step调整曝光时间和/或数字增益，
所述调整步长确定装置，利用公式Step＝(|Ytarget-Ymean|-Ylock)*SpeedFactor+D确定所述调整步长Step，其中Ylock表示自动曝光锁定范围，SpeedFactor表示自动曝光调整速度，D为一常数。
8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述当前图像平均亮度Ymean小于所述目标图像亮度Ytarget时，所述调整步长确定装置在曝光时间已达最大值的情况下，确定数字增益的调整步长Step。
9、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调整步长确定装置在室外模式下将数字增益设为固定值，确定曝光时间的调整步长Step。
10、一种摄像装置，其特征在于，包括权利要求7至9中任一项所述的装置。
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