CN101126661B - 一种确定环境亮度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定环境亮度的方法及装置，用以提供一种准确度高、易于实现，并且成本低的确定环境亮度的技术方案。本发明方法包括：获取成像设备的感光器件所成图像的平均亮度；根据所述图像平均亮度与环境亮度的比例关系，确定环境亮度。本发明用于更加准确地确定环境亮度。

Description

一种确定环境亮度的方法及装置

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种确定环境亮度的方法及装置。

背景技术

随着信息技术的发展，摄像头已经在很多的多媒体设备中得到普及，这些设备经常工作在不同的环境中，根据摄像头信息得到周围环境的亮度信息有时非常有用，比如根据环境亮度变化，改变显示设备(例如笔记本、台式机和手机的显示终端等)的显示亮度，从而在节省电能的同时，又保护了人们的视力。另外，某些特殊领域也需要环境亮度，比如某些自动门铃或者报警装置需要测定环境亮度的突变。

现有技术中，一般通过专门的测光传感器(如照度计等)测量环境光亮度。这种方法测量的精度高，但是需要独立的设备，在很多场合使用不方便。

现有技术中，还可以采用光敏电阻来测定环境亮度，但是，采用光敏电阻来测定环境亮度的技术方案，由于需要增加一个或多个光敏电阻，从而增加了成本，同时也增加了装置的复杂度。

摄像头已经在很多的多媒体移动设备中得到普及，根据摄像头拍摄图片时的信息，估算环境亮度是一个不错的选择。现有技术中，通过摄像头估算环境亮度的方法只是根据曝光时间简单地将环境亮度粗略的分为几个等级，没有考虑图像采集设备对图像亮度的影响，并且，对环境亮度的分级也过于简单，所以这种方法的精度不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种确定环境亮度的方法及装置，用以提供一种精度高、实现简单、所需成本低的确定环境亮度的技术方案。

本发明实施例提供的方法包括：

获取成像设备的感光器件所成图像的平均亮度；

根据所述图像平均亮度与环境亮度的比例关系，确定环境亮度。

本发明实施例提供的装置包括：

图像平均亮度单元，用于获取成像设备的感光器件所成图像的平均亮度；

确定单元，根据所述图像平均亮度与环境亮度的比例关系，确定环境亮度。

本发明实施例，获取成像设备的感光器件所成图像的平均亮度；根据所述图像平均亮度与环境亮度的比例关系，确定环境亮度。图像平均亮度更能反映周围环境亮度的细微变化，因此，本发明实施例通过图像平均亮度确定的环境亮度精度高，并且，实现简单，所需成本低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的方法流程示意图；

图3为本发明实施例提供的方法流程示意图；

图4为本发明实施例提供的方法流程示意图；

图5为本发明实施例提供的装置结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例，提供了一种确定环境亮度的方法及装置。本发明实施例，考虑到成像设备在成像过程中对最终输出图像亮度有影响的图像信号处理模块(ISP，Image signal processing)中的各个环节，通过感光器件(sensor)的靶面照度，估算出比较精确的环境亮度信息，并且，本发明实施例提供的技术方案实现简单、成本低。

本发明实施例中提到的成像设备，包括摄像头、数码相机、摄像机以及其他所有支持自动曝光方式的成像设备。本发明实施例无需增加额外硬件便能够根据成像设备的曝光参数测定环境亮度。

一般而言，成像设备为了适应环境亮度在各种不同的环境条件下均可以显示人眼可接受的图像，均会包含一个自动曝光模块。该模块会根据环境亮度的不同，调整感光器件的曝光时间，从而在较暗的环境条件下和较亮的环境条件下都可以得到图像亮度和对比度都在人眼接受范围的图像。即当环境较亮时，曝光时间就设得短些，这样，感光器件接收到的光能就少些；而在环境较暗时，曝光时间就设得长些，这样，感光器件接收到的光能就多些。从而不会在环境亮时得到的图像过亮，也不会在图像较暗时得到的图像过暗。

环境亮度用来代表环境的明暗程度。环境亮度通过光通量表示，光通量为光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量，用符号

表示，单位为流明(lm)。照度是用来表示被照面(点)上的光的强弱。投射到被照面上的光通量与被照面的面积之比称为该面的照度，用符号E表示，

其中

为被照面上接收的光通量。

成像设备中的感光器件的感光过程是电荷累加积分的过程，它的输出结果等于在曝光时间内，入射到感光器件靶面上的电荷总和。感光器件的输出结果和入射到靶面上的光通量成正比，也和感光器件的靶面照度成正比。因此，本发明实施例中，近似认为环境光是均匀分布的，通过感光器件的靶面照度来近似表示光通量，从而确定环境的平均亮度。

本发明实施例中，设置感光器件的靶面照度为L(单位为lux)，感光器件的面积为S_sensor，感光器件的曝光时间(感光器件的感光时间)为ET，感光器件输出的图像平均亮度为Y_mean ^S，则

此外，为了增加感光器件支持的环境亮度范围，还会在感光器件得到的图像平均亮度上乘一个增益，假设该感光器件增益为S_gain，则

下面介绍一下本发明的具体实施例。

参见图1，本发明实施例提供的方法包括：

S101、获取感光器件的面积S_sensor和感光器件输出的图像平均亮度T_mean ^S，并且，读取感光器件的曝光时间ET和感光器件增益S_gain。

其中，感光器件输出的图像平均亮度，可以通过读取相应寄存器得到。当然，在得到图像数据的情况下，对图像中所有像素亮度求平均也可以得到感光器件输出图像平均亮度。

S102、通过所述感光器件的面积S_sensor、感光器件输出的图像平均亮度Y_mean ^S、所述感光器件的曝光时间ET以及感光器件增益S_gain，计算感光器件的靶面照度L，从而确定环境亮度。

根据公式： $Y_{\mathrm{mean}}^S=L*S_{\mathrm{sensor}}*\mathrm{ET}*S_{\mathrm{gain}}$ 可得：

$L=\frac{Y_{\mathrm{mean}}^S}{S_{\mathrm{sensor}}*\mathrm{ET}*S_{\mathrm{gain}}},---\left(1\right)$

根据公式(1)可以计算得到感光器件的靶面照度L，从而确定环境亮度。

在公式(1)中，需要已知感光器件的面积，而测定感光器件面积需要额外的工作。为了节省测定感光器件面积的工作量，考虑到一般设备的成像单元是固定的，即感光器件面积是固定不变的。所以设定参数L’，并且L′＝L*S_sensor，当感光器件固定时，其面积便为一常数。对固定的成像设备，L′与环境亮度成正比，可以采用L′作为环境亮度的度量。

参见图2，本发明实施例提供的方法包括：

S201、获取感光器件输出的图像平均亮度Y_mean ^S，读取曝光时间ET和感光器件增益S_gain。

S202、根据所述感光器件输出的图像平均亮度Y_mean ^S、所述感光器件的曝光时间ET和感光器件增益S_gain，计算感光器件的靶面照度L，从而确定环境亮度。

可以根据公式：

$L^{\′}=\frac{Y_{\mathrm{mean}}^S}{\mathrm{ET}*S_{\mathrm{gain}}}---\left(2\right)$

确定环境亮度。

在实际应用中，成像设备中除了感光器件外，还会包含图像信号处理模块(ISP)，ISP会对图像亮度、图像对比度、色彩等进行处理和调整，从而影响最终得到的图像平均亮度。因此，本发明实施例，考虑了ISP对图像平均亮度的影响，以使确定的环境亮度更加准确。

ISP中会对图像平均亮度产生较大影响的模决包含图像亮度整体增益(Global Gain)模块，和亮度分量的伽马矫正(Y伽马矫正，即Y Gamma)模块等，其他如R、G、B Gamma，和自动白平衡(AWB，Automatic White Balance)等模块对平均亮度的影响较小，为了减少运算复杂度，本发明实施例中仅考虑图像亮度整体增益和Y伽马矫正对图像平均亮度的影响。

图像亮度整体增益是为了进一步扩展支持的亮度范围而对成像设备输出的图像平均亮度整体乘以一个倍数，而Y伽马矫正是为了补偿人眼对于亮度的响应曲线，一般是采用一个函数f(x)对图像平均亮度进行调整。假设图像亮度整体增益为G_gain，Y伽马矫正的矫正函数为f(x)，已知感光器件输出图像平均亮度为Y_mean ^S，经ISP处理后的图像平均亮度为Y_mean ^I，则有

可以推出：

$Y_{\mathrm{mean}}^S=f^{-1}\left(Y_{\mathrm{mean}}^I\right)/G_{\mathrm{gain}}.---\left(3\right)$

函数f^-1(x)为Y伽马变换f(x)的反变换。

参见图3，本发明实施例提供的方法包括：

S301、获取感光器件的面积S_sensor和ISP输出的图像平均亮度Y_mean ^I，读取感光器件的曝光时间ET和感光器件增益S_gain，ISP的图像亮度整体增益G_gian，以及Y伽马变换的反变换函数f^-1(x)。

S302、根据所述感光器件的面积S_sensor、ISP输出的图像平均亮度Y_mean ^I、所述感光器件的曝光时间ET和所述感光器件的增益S_gain，以及ISP的图像亮度整体增益G_gain和Y伽马变换的反变换f^-1(x)，确定环境亮度。

根据公式(1)和(3)可以推出：

$L=\frac{f^{-1}\left(Y_{\mathrm{mean}}^I\right)/G_{\mathrm{gain}}}{S_{\mathrm{sensor}}*\mathrm{ET}*S_{\mathrm{gain}}}.---\left(4\right)$

根据公式(4)可以计算出感光器件的靶面照度L，从而确定环境亮度。

其中，所述ISP输出的图像平均亮度Y_mean ^I，是在ISP相关处理中计算得到的，所以可以读取相应寄存器得到Y_mean ^I的值。当然，在得到图像数据的情况下，对图像中所有像素亮度求平均也可以得到ISP输出的图像平均亮度Y_mean ^I。

在感光器件面积S_sensor为一常数，固定不变时，通过公式(2)和公式(3)可以推出：

$L^{\′}=\frac{f^{-1}\left(Y_{\mathrm{mean}}^I\right)/G_{\mathrm{gain}}}{\mathrm{ET}*S_{\mathrm{gain}}}.---\left(5\right)$

所以，还可以根据公式(5)计算参数L’，确定环境亮度。

上述曝光时间ET，可以通过以下公式得到：

ET＝ET_Step*T_step    (6)

其中，T_step为固定常数，ET_Step为曝光时间调整级数。对于室内模式下，为了防止出现flicker现象(即图像中出现条带)，T_step一般取为供电电压能量周期的整数倍，对于我国50Hz供电系统而言为1/100秒，而对于其他采用60Hz的供电系统而言为1/120秒。而室外模式下，为了增加亮度调整范围，T_step一般取为供电电压能量周期1/N倍，N为正整数。对于50Hz供电系统而言为1/100N秒，对于60Hz供电系统而言为1/120N秒。从成像设备的寄存器中可以读取ET_Step，并获取T_step，从而根据公式(6)计算得到ET的值。

当应用场景限定，即为室外模式，或者50Hz的室内模式，或者60Hz的室外模式三种情况中的一种时，此时T_step固定不变，可以近似采用曝光时间调整级数ET_Step来作为曝光时间ET的度量。

根据公式(6)，并分别根据公式(1)、(2)、(4)、(5)可得：

L正比于

关系式(1)

L正比于关系式(2)

L′正比于

关系式(3)

L′正比于

关系式(4)

所以，较佳地，本发明实施例可以根据关系式(1)、(2)、(3)或(4)计算L或L′，从而确定环境亮度。

参见图4，本发明实施例提供的方法可以概括为包括以下步骤：

S401、获取成像设备的感光器件所成图像的平均亮度。

S402、根据环境亮度与所述图像平均亮度的比例关系，确定环境亮度。

下面介绍一下本发明实施例提供的装置。

参见图5，本发明实施例提供的确定环境亮度的装置，包括：图像平均亮度单元501、参数单元502和确定单元503。

所述图像平均亮度单元501，用于得到感光器件输出的图像平均亮度，或者经过ISP处理后输出的图像平均亮度。

所述参数单元502，用于读取曝光时间和感光器件增益，以及ISP中的图像亮度整体增益调整和亮度分量的伽马矫正函数等参数。

所述确定单元503，用于根据环境亮度与图像平均亮度成正比，并且，与所述曝光时间和感光器件增益，以及图像亮度整体增益调整和亮度分量的伽马矫正函数成反比的关系，确定环境亮度。

当感光器件的面积不是固定不变时，所述参数单元502，进一步用于得到所述感光器件的面积。则所述确定单元503，进一步根据所述环境亮度与所述感光器件的面积成反比的关系，确定所述环境亮度。

综上所述，本发明实施例，仔细分析了成像设备从感光器件感光到ISP最终输出图像中对图像亮度均值有影响的各个环节。根据这些环节的各个参数，精确计算出感光器件反映周围环境亮度的细微变化的靶面照度，从而确定环境亮度。因此，通过本发明实施例提供的技术方案确定的环境亮度更加准确，并且，易于实现，成本低。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种确定环境亮度的方法，其特征在于，该方法包括：

获取成像设备的感光器件所成图像平均亮度；

根据环境亮度与所述图像平均亮度成正比、与所述感光器件的曝光时间、所述感光器件的增益以及所述感光器件的面积成反比的比例关系，确定环境亮度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像平均亮度，为除以图像亮度整体增益后的图像平均亮度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像平均亮度，为经过亮度分量的伽马反变换矫正，再除以图像亮度整体增益后的图像平均亮度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曝光时间的值为曝光时间调整级数的值。

5.一种确定环境亮度的装置，其特征在于，该装置包括：

图像平均亮度单元，用于获取成像设备的感光器件所成图像平均亮度；

参数单元，用于得到所述感光器件的增益和所述感光器件的面积；

确定单元，根据环境亮度与所述图像平均亮度成正比、与所述感光器件的曝光时间、所述感光器件的增益以及所述感光器件的面积成反比的比例关系，确定环境亮度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述图像平均亮度为除以图像亮度整体增益后的图像平均亮度。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述图像平均亮度，为通过亮度分量的伽马反变换矫正，再除以图像亮度整体增益后的图像平均亮度。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述曝光时间的值为曝光时间调整级数的值。

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