CN101442617A - 一种分块曝光的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种分块曝光的方法及其装置。该分块曝光的方法包括如下步骤：将图像传感器在逻辑上分为若干分块，每个分块都具有自己独立的曝光控制参数；图像传感器的各分块根据自己独立的曝光控制参数进行曝光以生成一帧图像所对应的分块图像；计算各个分块图像的均值亮度；将各个分块图像的均值亮度分别与预先设定的亮度目标值进行比较，并根据比较的结果调整各个分块的曝光控制参数；根据所述调整后的各个分块的曝光控制参数，对后一帧图像的各个分块进行曝光控制。本发明解决了亮暗环境中不同曝光控制的问题，更加合理的采用曝光控制来区分对待亮暗环境。同时也使得图像质量大大提高。

Description

一种分块曝光的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种曝光的方法及装置，尤其是一种分块曝光的方法及其装置。

背景技术

现今大多数图像传感器的亮度等级范围一般为256-1024，这对于现实生活中实际的亮度范围往往是不够的。比如在大厦的入口处，大厦里外的亮度差异非常大。一般图像传感器的取值范围很难同时满足大厦内外的亮度表示需求。对于这种亮度非常大的场景，现有的成像系统由于采用整体亮度控制，所以无法同时将亮和暗背景的细节显示出来。

还有一些系统采用一帧亮一帧暗的曝光控制技术，融合前后两帧图像的细节，最终达到宽动态范围的细节实现。然而，这样处理的计算量非常大，而且曝光控制需要比较大的跳动控制，给实现也造成了较大的困难。

因此，研究高动态范围图像显示越来越显得急迫，特别是对于视频监控市场(视频监控往往需要监控一些入口处)。如何控制曝光，对暗环境和亮环境采用不同的曝光时间参数，以及综合亮图像和暗图像中的不同细节，成为亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明克服传统成像系统中的曝光控制存在的问题，采用分块曝光控制，提供了一种全新的分块曝光的方法及其装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种分块曝光的方法。该分块曝光的方法包括如下步骤：

将图像传感器在逻辑上分为若干分块，每个分块都具有自己独立的曝光控制参数；

图像传感器的各分块根据自己独立的曝光控制参数进行曝光以生成一帧图像所对应的分块图像；

计算各个分块图像的均值亮度；

将各个分块图像的均值亮度分别与预先设定的亮度目标值进行比较，并根据比较的结果调整各个分块的曝光控制参数；

根据所述调整后的各个分块的曝光控制参数，对后一帧图像的各个分块进行曝光控制。

优选地，还包括如下步骤：

对分块曝光后产生的边界效应，采用颜色分块效应处理进行消除。

根据本发明的第二方面，提供了一种分块曝光的装置。该分块曝光的装置包括图像传感器，亮度反馈单元和曝光控制单元，其中：

图像传感器，在逻辑上被分为若干分块，每个分块都具有自己独立的曝光控制参数，各分块根据自己独立的曝光控制参数进行曝光以生成相应的分块图像；

亮度反馈单元，根据图像传感器的分块图像，计算各个分块的均值亮度；

曝光控制单元，将亮度反馈单元反馈的一帧图像的各个分块均值亮度分别与预先设定的亮度目标值进行比较，根据比较的结果调整后一帧图像的各个分块的曝光控制参数以进行曝光控制。

优选地，该分块曝光的装置还包括：

分块光栅，对通过它的光进行分块，其分块和图像传感器逻辑上的分块一一对应。

优选地，该分块曝光的装置还包括：

分块效应处理单元，对曝光控制单元分块曝光后产生的边界效应，采用颜色分块效应处理进行消除。

根据本发明的分块曝光方法，可以大大减少亮暗环境中不同曝光控制的问题，更加合理的采用曝光控制来区分对待亮暗环境。这样同时都让亮暗环境都显示出合理的亮度范围，也使得图像质量大大提高。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，其中：

图1是本发明一个实施例的装置结构图；以及

图2是本发明一个实施例的分块曝光处理流程图。

具体实施方式

图1示出本发明一个实施例的装置结构图。如图1所示，分块曝光的装置，包括图像传感器102，亮度反馈单元104和曝光控制单元106。

图像传感器102进行了在逻辑上被分成若干分块，每个分块都具有自己独立的曝光控制参数，各分块根据自己独立的曝光控制参数进行曝光以生成图像。

亮度反馈单元104，根据图像传感器102的各分块的生成图像，计算一帧图像的各个分块的均值亮度并将其反馈给曝光控制单元106。

均值亮度可以是平均值亮度，也可以是加权平均值亮度，还可以是其它的均值亮度，只要能从整体上体现分块的均值亮度即可。

曝光控制单元106，将亮度反馈单元104反馈的一帧图像的各个分块的均值亮度分别与预先设定的亮度目标值进行比较，并根据比较的结果调整后一帧图像的各个分块的曝光控制参数以进行曝光控制。所数曝光控制参数可以包括曝光时间等。

在一个实施例中，该分块曝光的装置还包括分块光栅100，对通过它的光进行分块，其分块和图像传感器102逻辑上的分块一一对应。选用分块光栅，是更好的辅助图像传感器102的逻辑上进行分块以及分块成像，体现亮暗图像的细节差别。

在一个实施例中，该分块曝光的装置还包括分块效应处理单元108，对曝光控制单元106分块曝光后产生的边界效应，采用颜色分块效应处理进行消除。

在另外一个实施例中，该分块曝光的装置还包括图像输出单元110，对经过分块效应处理单元108处理的图像进行输出或显示。

在一个实施例中，该分块曝光的各个单元均设置于摄像头内部。

本发明的分块曝光技术，改变了统一的图像曝光，实现了各个分块的独立曝光。这样可以消除同一幅图像的亮暗差别，便于呈现图像的细节，减少局部区域因光照差异造成的不清晰程度。

图2示出本发明一个实施例的分块曝光处理流程图。如图2所示，步骤200分块曝光处理开始。接着，步骤202中，图像传感器进行逻辑上的分块，同时，对光栅进来的光进行分块，其分块和图像传感器的逻辑分块一一对应。

在步骤204中，初始化所有分块的曝光控制参数，比如设置曝光时间为10毫秒左右；然后，进入步骤206，通过传感器得到一帧图像的数据，按照分块数分别统计像素的平均值。

需要注意的是，对光栅进来的光进行分块，假设分块数为N。初始化所有曝光控制参数。然后按照图像分块数N统计像素的平均值，得到N个分块平均值。

$E_b=\frac{1}{M}\underset{i\∈b}{\mathrm{\Σ}}{I}_i$

式中，E为平均亮度，b为某个块区域，i为b区域中的某个像素，Ii为该像素的亮度值，M为某个分块区域的总像素数。

在一个例子中，分块数不低于3*3，不高于25*16。

在步骤208中，依次读取一个分块的像素亮度平均值；紧接着，在步骤210中，读取设定的该分块的亮度目标值，该值是由人工设定，其值是由实验室获得的经验值得到。各个分块的亮度目标值不是统一的，但都是相同数量级的一个值。在一个例子中，亮度目标值的取值范围为[100，150]，在进一步优选的例子中，其值取120。

进入步骤212中，判断像素亮度平均值与亮度目标值的大小。如果像素亮度平均值大于亮度目标值，则进入步骤214，减小该分块的后一帧图像曝光时间并修改该分块的曝光控制参数；如果像素亮度平均值小于亮度目标值，则进入步骤216，增加该分块的后一帧曝光时间并修改该分块的曝光控制参数；然后，进入步骤218中，判断所有分块的曝光控制参数是否调整完毕。

如果还没有调整完毕，则返回步骤208中，依次读取下一个分块的像素亮度平均值，进行顺序的处理；如果所有分块已经调整完毕，则进入步骤220中，对后一帧图像的各个分块进行不同曝光。

接下来，步骤222中，输出分块曝光后的后一帧图像。然后在步骤224中，对图像进行颜色分块效应处理并进行调整，消除分块造成的边界效应。

在步骤226中，输出经过亮度调整的图像。然后，进入步骤228中，结束该处理过程。

需补充说明的是，由于不同的分块曝光时间不同，亮度处理后的结果会在分块边界上有一定的边界效应。所以需要一定的颜色调和处理，也即颜色分块效应处理。

首先进行全局亮度映射：

$E_q(x,y)=\exp \left(\frac{1}{N}\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}\log (\mathrm{\δ}+E(x,y))\right)$

其中，δ为调整量，其值为很小的正数，在该实施例中取值为0.01，E(x，y)为像素点的亮度值，N为分块数，进一步求出全局亮度在每个像素点的映射亮度值E_q(x，y)，以及求出所有像素点中最大映射亮度值E_max。

E_max＝max{E_q(x，y)}

然后对局部像素进行调整：

$E_j(x,y)=\frac{E_q(x,y)(1+\frac{E_q(x,y)}{E_{\max }})}{1+E_q(x,y)}$

针对每个像素点的全局映射亮度值E_q(x，y)以及最大映射亮度值E_max，对所有的像素点都进行运算，如果计算值偏离实际值较大时，对局部的像素点的亮度值进行调整，得到调整后的像素点亮度值E_j(x，y)，最终得到比较合适的亮度图像进行输出。

以上对本发明的具体描述旨在说明具体实施方案的实现方式，不能理解为是对本发明的限制。本领域普通技术人员在本发明的教导下，可以在详述的实施方案的基础上做出各种变体，这些变体均应包含在本发明的构思之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限制。

Claims (13)

1.一种分块曝光的方法，包括如下步骤：

将图像传感器在逻辑上分为若干分块，每个分块都具有自己独立的曝光控制参数；

图像传感器的各分块根据自己独立的曝光控制参数进行曝光以生成一帧图像所对应的分块图像；

计算各个分块图像的均值亮度；

将各个分块图像的均值亮度分别与预先设定的亮度目标值进行比较，并根据比较的结果调整各个分块的曝光控制参数；

根据所述调整后的各个分块的曝光控制参数，对后一帧图像的各个分块进行曝光控制。

2.如权利要求1所述分块曝光的方法，还包括如下步骤：

对分块曝光后产生的边界效应，采用颜色分块效应处理进行消除。

3.如权利要求2所述分块曝光的方法，其特征在于，

所述消除边界分块效应步骤，分如下两步进行：

首先进行全局亮度映射，

$E_q(x,y)=\exp \left(\frac{1}{N}\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}\log (\mathrm{\δ}+E(x,y))\right)$

然后对局部像素进行调整，

$E_j(x,y)=\frac{E_q(x,y)(1+\frac{E_q(x,y)}{E_{\max }})}{1+E_q(x,y)}$

最终得到合适的亮度图像，

其中，δ为调整量，其值为很小的正数，E(x，y)为像素点(x，y)的亮度值，N为分块数，E_q(x，y)为全局亮度在像素点(x，y)的映射亮度值，以及最大映射亮度值E_max＝max{E_q(x，y)}，E_j(x，y)为像素点(x，y)调整后的像素点亮度值。

4.如权利要求1所述分块曝光的方法，其特征在于：

所述亮度比较步骤中预先设定的亮度目标值，其取值范围为[100，150]。

5.权利要求1至4任一项所述分块曝光的方法，其特征在于：

所述图像传感器进行逻辑上的分块步骤中的分块数不低于3*3，不高于25*16。

6.权利要求1至4任一项所述分块曝光的方法，其特征在于：

所述曝光控制参数包括曝光时间，

所述根据比较的结果调整各个分块的曝光控制参数包括：

在分块图像的均值亮度大于预先设定的亮度目标值时，减小曝光时间；和

在分块图像的均值亮度小于预先设定的亮度目标值时，增加曝光时间。

7.一种分块曝光的装置，包括：

图像传感器(102)，在逻辑上被分为若干分块，每个分块都具有自己独立的曝光控制参数，各分块根据自己独立的曝光控制参数进行曝光以生成相应的分块图像；

亮度反馈单元(104)，根据图像传感器(102)的分块图像，计算各个分块的均值亮度；

曝光控制单元(106)，将亮度反馈单元(104)反馈的一帧图像的各个分块均值亮度分别与预先设定的亮度目标值进行比较，根据比较的结果调整后一帧图像的各个分块的曝光控制参数以进行曝光控制。

8.如权利要求7所述分块曝光的装置，还包括：

分块光栅(100)，对通过它的光进行分块，其分块和图像传感器(102)逻辑上的分块一一对应。

9.如权利要求8所述分块曝光的装置，还包括：

分块效应处理单元(108)，对曝光控制单元(106)分块曝光后产生的边界效应，采用颜色分块效应处理进行消除。

10.如权利要求9所述分块曝光的装置，还包括：

图像输出单元(110)，对经过分块效应处理单元(108)处理的图像进行输出或显示。

11.如权利要求8至10任一项所述分块曝光的装置，其特征在于：

所述图像传感器(102)逻辑上的分块，其分块数不低于3*3，不高于25*16。

12.如权利要求11所述分块曝光的装置，其特征在于：

所述各个单元均设置于摄像头内部。

13.权利要求8至10任一项所述分块曝光的装置，其特征在于：

所述曝光控制参数包括曝光时间，

所述根据比较的结果调整各个分块的曝光控制参数包括：

在分块图像的均值亮度大于预先设定的亮度目标值时，减小曝光时间；和

在分块图像的均值亮度小于预先设定的亮度目标值时，增加曝光时间。

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