CN102291538A - 摄像机的自动曝光方法及控制装置 - Google Patents

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陈付军
侯俊锋
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Liu Zhe
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Abstract

一种摄像机的自动曝光方法及控制装置，该方法包括以下步骤：a、得到当前帧图像的平均亮度值；b、将当前帧图像平均亮度值与预设平均亮度值做比较，如果当前帧图像的平均亮度值在预设的平均亮度值允许的范围内，维持当前的曝光设置中的曝光时间并返回步骤a，否则继续；c、如果当前帧图像的平均亮度值大于预设的平均亮度值允许的范围，则进行曝光时间的缩短调整以得到曝光设置中新的曝光时间；如果当前帧图像的平均亮度值小于预设的平均亮度值允许的范围，则进行曝光时间的增长调整以得到曝光设置中新的曝光时间；以及e、根据新的曝光时间对图像传感器进行设置。本发明可以低成本地、简单地并且快速地实现自动曝光。

Description

摄像机的自动曝光方法及控制装置
技术领域
本发明涉及摄像机，特别是涉及摄像机的自动曝光功能的实现方法。
背景技术
现有的摄像机种类很多，使用到的图像传感器的种类繁多，有CCD的，有COMS的。其中大部分摄像机基本都有自动曝光功能，自动曝光功能的实现方式有多种，例如：有通过改变通光量来实现自动曝光的，有通过控制图像传感器实现自动曝光的。现有的摄像机的自动曝光方法主要有以下几种：
只调节光圈来控制镜头的通光量的，由于现实当中不同场景的亮度差异很大，一般的镜头光圈无法满足所有场景的自动曝光，即使有光圈范围比较宽的镜头，其价格也是非常昂贵，而且控制也非常的复杂，所以这种方法很少被采用。
通过图像处理器或者图像处理模块来对图像传感器的数据做处理，这种方法只是对图像传感器的数据做处理来实现自动曝光，对环境不是很苛刻的场景能实现比较好的自动曝光，而且调整的速度很快。这种方法的缺陷是，对于环境比较恶劣的场景，图像传感器出来的数据往往已经超过了数据的极限值，这时无论图像处理器或者图像处理模块如何处理，都已经没法还原真实的场景。
通过调节图像传感器的曝光时间和增益的，这种方法又有几种不同的实现途径，如现有的一种自动曝光实现途径，是先判断当前亮度值是否在设定的期望图像亮度值阀值内，如果不是，就要进过一系列的相当复杂的运算、比较，才能实现自动曝光。这种实现途径的缺陷在于，要完成这样复杂的运算，对图像处理器的运算速度要求相对就要比较高，运算速度高的图像处理器成本也比较高，即使运用了运算速度比较高的图像处理器，也要经过一系列复杂运算，由于处理时间比较长的，所以无法实现快速的自动曝光。又如现有的一种数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光实现途径，如果曝光时间增大，则将数字化亮度增益复位到新的曝光时间下的最低值；如果曝光时间减小，则将数字化亮度增益复位至新的曝光时间下的最高值。这种实现途径的缺陷在于，由于曝光时间减小说明外界的光线变亮，数字化亮度增益会把噪声放大，因此在外界光线变好的情况下把数字化亮度增益复位至新的曝光时间下的最高值，将会引入不必要的噪声，从而降低了图像的质量。
可见，现有的摄像机的自动曝光方法要么成本比较高，要么运算复杂、自动曝光耗时长，要么降低了图像质量，实有必要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，而提出一种摄像机的自动曝光方法及控制装置，可以低成本地、简单地并且快速地实现自动曝光。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案包括，提出一种摄像机的自动曝光方法，包括以下步骤：
a、得到当前帧图像的平均亮度值；
b、将当前帧图像平均亮度值与预设平均亮度值做比较，如果当前帧图像的平均亮度值在预设的平均亮度值允许的范围内，维持当前的曝光设置中的曝光时间并返回步骤a，否则继续；
c、如果当前帧图像的平均亮度值大于预设的平均亮度值允许的范围，则进行曝光时间的缩短调整以得到曝光设置中新的曝光时间；如果当前帧图像的平均亮度值小于预设的平均亮度值允许的范围，则进行曝光时间的增长调整以得到曝光设置中新的曝光时间；以及
e、根据新的曝光时间对图像传感器进行设置。
步骤c中所述的曝光时间的缩短调整是在当前曝光时间的基础上减去一个最小曝光单位时间以得到曝光设置中新的曝光时间。
步骤c中所述的曝光时间的增长调整是在当前曝光时间的基础上加上一个最小曝光单位时间以得到曝光设置中新的曝光时间。
还包括位于步骤c与步骤e之间的步骤：
d、将当前曝光时间与预设曝光时间值做比较，如果当前曝光时间不大于预设曝光时间值，维持当前的曝光设置中的数字增益；如果当前曝光时间大于预设曝光时间值，并且如果当前是要进行曝光时间的缩短调整，则进行数字增益的缩小调整以得到曝光设置中新的数字增益，如果当前是要进行曝光时间的增长调整，则进行数字增益的增大调整以得到曝光设置中新的数字增益。
该预设曝光时间值有两个及两个以上而使曝光时间分为若干等级，曝光设置中的数字增益的调整幅度则是与当前曝光时间所在的等级相关的。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案还包括，提出一种摄像机的自动曝光控制装置，包括：
帧图像平均亮度计算单元，其可根据图像传感器提供的数据得到当前帧图像的平均亮度值；
亮度值与亮度设定阈值比较单元，其可将当前帧图像的平均亮度值与设定阈值进行比较给出第一比较结果；以及
曝光设置单元，其可根据该第一比较结果，对曝光时间进行调整，如果第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值大于亮度设定阈值则进行曝光时间的缩短调整，如果第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值不大于亮度设定阈值则进行曝光时间的增长调整。
所述的曝光时间的缩短调整是在当前曝光时间的基础上减去一个最小曝光单位时间以得到曝光设置中新的曝光时间。
所述的曝光时间的增长调整是在当前曝光时间的基础上加上一个最小曝光单位时间以得到曝光设置中新的曝光时间。
还包括位于亮度值与亮度设定阈值比较单元与曝光设置单元之间的曝光时间与曝光时间设定阈值比较单元，其可将当前曝光时间与曝光时间设定阈值进行比较给出第二比较结果，该曝光设置单元还可结合第一比较结果和第二比较结果，对数字增益进行调整，如果第二比较结果是当前曝光时间不大于预设曝光时间值，维持当前的曝光设置中的数字增益；如果第二比较结果是当前曝光时间大于预设曝光时间值，并且如果第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值大于亮度设定阈值，则进行数字增益的缩小调整以得到曝光设置中新的数字增益，如果如果第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值不大于亮度设定阈值，则进行数字增益的增大调整以得到曝光设置中新的数字增益。
该预设曝光时间值有两个及两个以上而使曝光时间分为若干等级，曝光设置中的数字增益的调整幅度则是与当前曝光时间所在的等级相关的。
与现有技术相比，本发明的摄像机的自动曝光方法及控制装置，可以低成本地、简单地并且快速地实现自动曝光。
附图说明
图1为本发明的摄像机的自动曝光方法的流程图。
图2为本发明的摄像机的自动曝光控制装置的框图。
具体实施方式
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。
参考图1，本发明的摄像机的自动曝光方法大致包括以下步骤：
S101：摄像机正常工作之后，图像处理器接收图像传感器的数据；
S102：计算当前帧图像的平均亮度；
S103：与预设平均亮度值比较，如果当前帧图像平均亮度值在预制平均亮度值允许的范围内，则等待下一帧数据，返回S101；否则接着执行下面的步骤；
S104：比较的结果如果是当前帧平均亮度值大于预制平均亮度值，则转S105，否则转S106；
S105：判断当前曝光时间是否大于曝光时间的阈值(该阈值是一个经验值，用于打开和关闭数字增益，以免引入不必要的噪声)，如果大于曝光时间的阈值，则转S107，否则转S108；
S107：在减少曝光时间的同时减小数字增益，转S111；
S108：只减小曝光时间，转S111；
S106：判断当前曝光时间是否大于曝光时间的阈值(该阈值是一个经验值，用于打开和关闭数字增益，以免引入不必要的噪声)，如果大于曝光时间的阈值，则转S109，否则转S110；
S109：在增加曝光时间的同时增加数字增益，以弥补光线不足，转S111；
S110：只增加曝光时间；
S111：将经过调整之后的曝光时间和数字增益设置到图像传感器，图像传感器把新的数据传入到图像处理器中。
如图2所示，本发明的摄像机的自动曝光控制装置20实施例大致包括：
帧图像平均亮度计算单元201，其可根据图像传感器10提供的数据得到当前帧图像的平均亮度值；
亮度值与亮度设定阈值比较单元202，其可将当前帧图像的平均亮度值与设定阈值进行比较给出第一比较结果；
曝光时间与曝光时间设定阈值比较单元203，其可将当前曝光时间与曝光时间设定阈值进行比较给出第二比较结果；以及
曝光设置单元204，其可根据亮度值与亮度设定阈值比较单元提供的第一比较结果，对曝光时间进行调整，如果第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值大于亮度设定阈值则进行曝光时间的缩短调整，如果比较结果是当前帧图像的平均亮度值不大于亮度设定阈值则进行曝光时间的增长调整；其还可结合第一比较结果和第二比较结果，对数字增益进行调整，如果第二比较结果是当前曝光时间不大于预设曝光时间值，维持当前的曝光设置中的数字增益；如果第二比较结果是当前曝光时间大于预设曝光时间值，并且如果第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值大于亮度设定阈值，则进行数字增益的缩小调整以得到曝光设置中新的数字增益，如果如果第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值不大于亮度设定阈值，则进行数字增益的增大调整以得到曝光设置中新的数字增益。
该曝光设置单元204可将经过调整之后的曝光时间和数字增益设置到图像传感器10。
需要说明的是，本发明的摄像机的自动曝光控制装置20既可以是通过图像处理器中运行的程序以功能模块的方式来实现，也可以是完全通过硬件，比如专门的集成电路，或者通过诸如FPGA之类的可编程芯片来实现。
另外，由于数字增益的增大会引入不必要的噪声，所以在本发明中，如果拍摄场景的光线足够，即曝光时间小于某个值(曝光时间的阈值)，则不对数字增益做调整，使用最小的数字增益值，以保证得到高质量的图像；如果拍摄场景光线不足时，即曝光时间大于某个值，如晚上，则要随着曝光时间的增大逐级调整数字增益，以弥补光线不足。
与现有技术相比，本发明的摄像机的自动曝光方法及控制装置，算法简单，曝光迅速，不仅可降低硬件成本，同时还能得到高质量的图像。
以上，仅为本发明之较佳实施例，意在进一步说明本发明，而非对其进行限定。凡根据上述之文字和附图所公开的内容进行的简单的替换，都在本专利的权利保护范围之列。

Claims (10)

1.一种摄像机的自动曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、得到当前帧图像的平均亮度值；
b、将当前帧图像平均亮度值与预设平均亮度值做比较，如果当前帧图像的平均亮度值在预设的平均亮度值允许的范围内，维持当前的曝光设置中的曝光时间并返回步骤a，否则继续；
c、如果当前帧图像的平均亮度值大于预设的平均亮度值允许的范围，则进行曝光时间的缩短调整以得到曝光设置中新的曝光时间；如果当前帧图像的平均亮度值小于预设的平均亮度值允许的范围，则进行曝光时间的增长调整以得到曝光设置中新的曝光时间；以及
e、根据新的曝光时间对图像传感器进行设置。
2.如权利要求1所述的摄像机的自动曝光方法，其特征在于，步骤c中所述的曝光时间的缩短调整是在当前曝光时间的基础上减去一个最小曝光单位时间以得到曝光设置中新的曝光时间。
3.如权利要求1所述的摄像机的自动曝光方法，其特征在于，步骤c中所述的曝光时间的增长调整是在当前曝光时间的基础上加上一个最小曝光单位时间以得到曝光设置中新的曝光时间。
4.如权利要求1所述的摄像机的自动曝光方法，其特征在于，还包括位于步骤c与步骤e之间的步骤：
d、将当前曝光时间与预设曝光时间值做比较，如果当前曝光时间不大于预设曝光时间值，维持当前的曝光设置中的数字增益；如果当前曝光时间大于预设曝光时间值，并且如果当前是要进行曝光时间的缩短调整，则进行数字增益的缩小调整以得到曝光设置中新的数字增益，如果当前是要进行曝光时间的增长调整，则进行数字增益的增大调整以得到曝光设置中新的数字增益。
5.如权利要求4所述的摄像机的自动曝光方法，其特征在于，该预设曝光时间值有两个及两个以上而使曝光时间分为若干等级，曝光设置中的数字增益的调整幅度则是与当前曝光时间所在的等级相关的。
6.一种摄像机的自动曝光控制装置，其特征在于，包括：
帧图像平均亮度计算单元，其可根据图像传感器提供的数据得到当前帧图像的平均亮度值；
亮度值与亮度设定阈值比较单元，其可将当前帧图像的平均亮度值与设定阈值进行比较给出第一比较结果；以及
曝光设置单元，其可根据该第一比较结果，对曝光时间进行调整，如果该第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值大于亮度设定阈值则进行曝光时间的缩短调整，如果该第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值不大于亮度设定阈值则进行曝光时间的增长调整。
7.如权利要求6所述的摄像机的自动曝光控制装置，其特征在于，所述的曝光时间的缩短调整是在当前曝光时间的基础上减去一个最小曝光单位时间以得到曝光设置中新的曝光时间。
8.如权利要求6所述的摄像机的自动曝光控制装置，其特征在于，所述的曝光时间的增长调整是在当前曝光时间的基础上加上一个最小曝光单位时间以得到曝光设置中新的曝光时间。
9.如权利要求6所述的摄像机的自动曝光控制装置，其特征在于，还包括位于亮度值与亮度设定阈值比较单元与曝光设置单元之间的曝光时间与曝光时间设定阈值比较单元，其可将当前曝光时间与曝光时间设定阈值进行比较给出第二比较结果；该曝光设置单元还可结合第一比较结果和第二比较结果，对数字增益进行调整，如果第二比较结果是当前曝光时间不大于预设曝光时间值，维持当前的曝光设置中的数字增益；如果第二比较结果是当前曝光时间大于预设曝光时间值，并且如果第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值大于亮度设定阈值，则进行数字增益的缩小调整以得到曝光设置中新的数字增益，如果如果第一比较结果是当前帧图像的平均亮度值不大于亮度设定阈值，则进行数字增益的增大调整以得到曝光设置中新的数字增益。
10.如权利要求9所述的摄像机的自动曝光控制装置，其特征在于，该预设曝光时间值有两个及两个以上而使曝光时间分为若干等级，曝光设置中的数字增益的调整幅度则是与当前曝光时间所在的等级相关的。
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