CN103024284B - 一种视频图像两级自动曝光的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种视频图像两级自动曝光的方法，该方法包括四个步骤，预设曝光参考极值，进行第一级曝光，进行第二级曝光，设定最终曝光参数值；通过两次调整最大曝光时间和最大模拟增益来完成自动曝光，本发明可以根据最大帧率的要求不同进行最大曝光时间的设定，当视频图像要求流畅性的时候，可以设置较短的曝光时间从而满足帧率的要求；同时，通过在满足最大曝光时间的基础上进行最大模拟增益的设置，达到了自动曝光指定亮度的需求。

Description

一种视频图像两级自动曝光的方法

技术领域

本发明涉及图形处理领域，特别是涉及一种视频图像两级自动曝光的方法。

背景技术

图像数字处理技术，是将模拟图像信号进行采样和量化后进行各种处理的技术。目前针对图像画质的各种处理技术包括图像降噪、对比度、边缘增强等的处理都能对画质的改善和提高起到作用。但在图像信号数字化之前，必须让图像信号传感器进行完美的曝光。任何欠曝和过曝对图像质量造成的影响，在后期的数字化处理中都会造成大量繁琐的工作。

自动曝光的实质是根据人类肉眼适应的环境光线最佳值，设定一个传感器能获取的图像亮度的目标值，并根据此目标值调整相机曝光的各项参数，使得参数组合达到亮度目标值。目前使用的曝光参数主要包括镜头光圈大小、传感器曝光时间、传感器的增益（感光度）等，其中增益包括模拟增益和数字增益。现有的曝光方式存在如下的问题：一是曝光的参数固定，某一种特定的曝光模式只能满足特定光线场合的需求，对于光线变化之后环境，曝光的质量不好；二是曝光参数手动可调，曝光方式虽然可以调整，但是不能根据环境光线自动调整变化，必须手动控制，限制了使用环境的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种视频图像自动曝光的方法，能根据环境光线的强弱，自动设定不同的曝光参数，来达到正确曝光的目的。

本发明另一个目的是提供一种视频图像白天黑夜自适应的曝光方式，能够根据光线的不同自动改变最小帧率和最大模拟增益，在光线充分（白天）的时候使用更流畅的帧率和更低的噪声，在光线不足（黑夜）的时候适度降低帧率和增加噪声来增加图像亮度，达到更好的图像质量。

本发明采用如下技术方案：一种视频图像两级自动曝光的方法，包括以下步骤：

步骤一：预设曝光参考极值，包括：最大亮度值L、最大光圈值F、第一级最大曝光时间T1与最大模拟增益G1、第二级最大曝光时间T2与最大模拟增益G2、最大数字增益G_d；

步骤二：进行第一级曝光，设定第一级曝光参数，包括：当前光圈值f、当前曝光时间t、当前模拟增益g、当前数字增益g_d、当前曝光亮度l；

步骤三：进行第二级曝光，设定第二级曝光参数，包括：当前光圈值f、当前曝光时间t、当前模拟增益g、当前数字增益g_d、当前曝光亮度l；

步骤四：将当前光圈值f、当前曝光时间t、当前模拟增益g、当前数字增益g_d作为设定的最终曝光参数值。

在上述技术方案中，所述步骤一中第一级最大曝光时间T1与第二级最大曝光时间T2的关系为T2＞T1，第一级最大模拟增益G1与第二级最大模拟增益G2的关系为G2＞G1。

在上述技术方案中，上述步骤二中，参数f,t,g,g_d为各自起始值，参数l＝f+t+g+g_d。

在上述技术方案中，所述的第一级曝光包括以下步骤：

调节当前光圈值f，按照光圈值f的调节步长增加一个步长，检测l与L、f与F的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且f＝F，进入下一步；若l＜L且f＜F，继续当前操作；

调节当前曝光时间t，按照曝光时间t的调节步长增加一个步长，检测l与L、t与T1的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且t＝T1，进入下一步；若l＜L且t＜T1，继续当前操作；

调节当前模拟增益g，按照模拟增益g的调节步长增加一个步长，检测l与L、g与G1的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且g＝G1，进入下一步；若l＜L且g＜G1，继续当前操作；

调节当前数字增益g_d，按照数字增益g_d的调节步长增加一个步长，检查l与L、g_d与G_d的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且g_d＝G_d，进入步骤三；若l＜L且g_d＜G_d，继续当前操作。

在上述技术方案中，上述步骤三中，参数f＝F，参数t＝T1，参数g,g_d为各自起始值，参数l＝f+t+g+g_d。

在上述技术方案中，所述的第二级曝光包括以下步骤：

调节当前曝光时间t，按照曝光时间t的调节步长增加一个步长，检测l与L、t与T2的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且t＝T2，进入下一步；若l＜L且t＜T2，继续当前操作；

调节当前模拟增益g，按照模拟增益g的调节步长增加一个步长，检测l与L、g与G2的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且g＝G2，进入下一步；若l＜L且g＜G2，继续当前操作；

调节当前数字增益g_d，按照数字增益g_d的调节步长增加一个步长，检测l与L、g_d与G_d的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且g_d＝G_d，进入步骤四；若l＜L且g_d＜G_d，继续当前操作。

本发明的优点在于：

1）两级设置最大曝光时间，相当于两级设置最小视频帧率，当环境光线较好时，使用第一级最大曝光时间，同时也限制了第一级的最小帧率，既满足图像流畅性的需求也满足了图像曝光的需求。当环境光线变暗时候，第一级曝光时间的最大值已经无法满足所需求的曝光要求，切换到第二级最大曝光时间，在适当牺牲视频流畅性的情况下增加了图像亮度的需求。

2）两级设置最大模拟增益，在环境光线较好时，使用第一级较小的模拟增益降低图像噪声的影响，在环境光线变暗的时候切换到第二级模拟增益，在适当增大噪声的情况下增加了图像的亮度，以达到人眼对视频图像亮度的要求。

附图说明

本发明将通过实施例并参照附图的方式说明，其中：

图1是是本发明的实施例流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，步骤一：预设曝光参考极值，包括：最大亮度值L、最大光圈值F、第一级最大曝光时间T1与最大模拟增益G1、第二级最大曝光时间T2与最大模拟增益G2、最大数字增益G_d。

这里的T1,T2,G1,G2要求满足：T2＞T1,G2＞G1，在第一级最大曝光时间T1和最大模拟增益G1的组合无法达到所需的曝光亮度时，可以采用第二级最大曝光时间T2和最大模拟增益G2的组合进行曝光。

这里的最大亮度值L是一个经验值，可以通过多次设置曝光参数来观察并选择最适当的亮度最大值L。

这里的最大光圈值F，在满足景深要求条件下，可以设置尽量大的值，以使得有充足的自然光进入曝光过程，一般设置为镜头的最大光圈值。

这里的一级最大曝光时间T1，可以设置为40ms，这样的曝光时间能够使得视频图像帧率达到25帧，能满足人眼视觉上流畅性的要求。

这里的一级最大模拟增益G1，可以设置为一个较小的模拟增益值，以便减小在较好的光照环境下放大增益带来的噪声，如G1＝1.5。

这里的二级最大曝光时间T2，可以设置为50ms，这样的曝光时间能够使得视频图像帧率达到20帧，在低照度环境下可以获得较好的图像效果。

这里的二级最大模拟增益G2，可以设置为一个中等的模拟增益值，以便在低照度下获得较理想的图像亮度，如G2＝2。

这里的最大数字增益G_d，一般根据感光器件的性能进行设置，如1.1~1.2之间的数值，过大的数字增益会造成多级噪声叠加从而导致图像质量急剧变差。

步骤二：进行第一级曝光调节，按如下分步骤进行实施：

设定第一级曝光的初始参数，包括：当前光圈值f、当前曝光时间t、当前模拟增益g、当前数字增益g_d、当前曝光亮度l。

这里的参数f,t,g,g_d为各参数的起始值，可以设置为f＝0.1F，t＝1ms，g＝1，g_d＝1。

这里的参数l＝f+t+g+g_d，由各曝光参数叠加而成，为当前曝光的实际亮度。

调节当前光圈值f，按照光圈值f的调节步长增加一个步长，检测l与L、f与F的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且f＝F，进入下一步；若l＜L且f＜F，继续当前操作。

这里的光圈调节步长与最大光圈值有关，可以设置为0.1F。

调节当前曝光时间t，按照曝光时间t的调节步长增加一个步长，检测l与L、t与T1的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且t＝T1，进入下一步；若l＜L且t＜T1，继续当前操作。

这里的曝光时间调节步长是自定义的，可以设置为0.01ms。

调节当前模拟增益g，按照模拟增益g的调节步长增加一个步长，检测l与L、g与G1的数值关系，若l＝L，进入步骤四，若l＜L且g＝G1，进入下一步；若l＜L且g＜G1，继续当前操作。

这里模拟增益调节步长是自定义的，可以设置为0.05。

调节当前数字增益g_d，按照数字增益g_d的调节步长增加一个步长，检查l与L、g_d与G_d的数值关系，若l＝L，进入步骤四，若l＜L且g_d＝G_d，进入步骤三；若l＜L且g_d＜G_d，继续当期操作。

这里的数字增益调节步长是自定义的，可以设置为0.05。

步骤三：进行第二级曝光调节，按如下分步骤进行实施：

设定第二级曝光的初始参数，包括：当前光圈值f、当前曝光时间t、当前模拟增益g、当前数字增益g_d、当前曝光亮度l。

这里的参数f设置为f＝F，参数t设置为t＝T1，参数g,g_d为各自的起始值，可以设置为g＝1，g_d＝1。

这里的参数l＝f+t+g+g_d，由各曝光参数叠加而成，为当前曝光的实际亮度。

调节当前曝光时间t，按照曝光时间t的调节步长增加一个步长，检测l与L、t与T2的数值关系：若l＝L，进入步骤四；若l＜L且t＝T2，进入下一步；若l＜L且t＜T2，继续当前操作。

这里的曝光时间调节步长是自定义的，可以设置为0.01ms。

调节当前模拟增益g，按照模拟增益g的调节步长增加一个步长，检测l与L、g与G2的数值关系，若l＝L，进入步骤四，若l＜L且g＝G2，进入下一步；若l＜L且g＜G2，继续当前操作。

这里模拟增益调节步长是自定义的，可以设置为0.05。

调节当前数字增益g_d，按照数字增益g_d的调节步长增加一个步长，检查l与L、g_d与G_d的数值关系，若l＝L，进入步骤四，若l＜L且g_d＝G_d，进入步骤四；若l＜L且g_d＜G_d，继续当前操作。

这里的数字增益调节步长是自定义的，可以设置为0.05。

步骤四：选择当前光圈值f、当前曝光时间t、当前模拟增益g、当前数字增益g_d作为最终曝光参数值，整个曝光过程结束。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种视频图像两级自动曝光的方法，其特征在于：

(1)预设曝光参考极值，包括：最大亮度值L、最大光圈值F、第一级最大曝光时间T1与最大模拟增益G1、第二级最大曝光时间T2与最大模拟增益G2、最大数字增益G_d；

(2)进行第一级曝光，包括分步骤：

(2).(a).初始设定第一级曝光参数，包括：当前光圈值f、当前曝光时间t、当前模拟增益g、当前数字增益g_d、当前曝光亮度l；

(2).(b).调节当前光圈值f，按照光圈值f的调节步长增加一个步长，检测l与L、f与F的数值关系：若l＝L，进入步骤(4)；若l<L且f＝F，进入步骤(2).(c)；若l<L且f<F，继续步骤(2).(b)；

(2).(c).调节当前曝光时间t，按照曝光时间t的调节步长增加一个步长，检测l与L、t与T1的数值关系：若l＝L，进入步骤(4)；若l<L且t＝T1，进入步骤(2).(d)；若l<L且t<T1，继续步骤(2).(c)；

(2).(d).调节当前模拟增益g，按照模拟增益g的调节步长增加一个步长，检测l与L、g与G1的数值关系：若l＝L，进入步骤(4)；若l<L且g＝G1，进入步骤(2).(e)；若l<L且g<G1，继续步骤(2).(d)；

(2).(e).调节当前数字增益g_d，按照数字增益g_d的调节步长增加一个步长，检查l与L、g_d与G_d的数值关系：若l＝L，进入步骤(4)；若l<L且g_d＝G_d，进入步骤(3)；若l<L且g_d<G_d，继续步骤(2).(e)；

(3)进行第二级曝光，包括分步骤：

(3).(a).初始设定第二级曝光参数，包括：当前光圈值f、当前曝光时间t、当前模拟增益g、当前数字增益g_d、当前曝光亮度l；

(3).(b).调节当前曝光时间t，按照曝光时间t的调节步长增加一个步长，检测l与L、t与T2的数值关系：若l＝L，进入步骤(4)；若l<L且t＝T2，进入步骤(3).(c)；若l<L且t<T2，继续步骤(3).(b)；

(3).(c).调节当前模拟增益g，按照模拟增益g的调节步长增加一个步长，检测l与L、g与G2的数值关系：若l＝L，进入步骤(4)；若l<L且g＝G2，进入步骤(3).(d)；若l<L且g<G2，继续步骤(3).(c)；

(3).(d).调节当前数字增益g_d，按照数字增益g_d的调节步长增加一个步长，检测l与L、g_d与G_d的数值关系：若l＝L，进入步骤(4)；若l<L且g_d＝G_d，进入步骤(4)；若l<L且g_d<G_d，继续步骤(3).(d)；

(4)将当前光圈值f、当前曝光时间t、当前模拟增益g、当前数字增益g_d作为设定的最终曝光参数值。

2.根据权利要求1所述的一种视频图像两级自动曝光的方法，其特征在于，上述步骤(1)中第一级最大曝光时间T1与第二级最大曝光时间T2的关系为T2>T1，第一级最大模拟增益G1与第二级最大模拟增益G2的关系为G2>G1。

3.根据权利要求2所述的一种视频图像两级自动曝光的方法，其特征在于，上述步骤(2).(a)中，参数f,t,g,g_d为各自起始值，参数l＝f+t+g+g_d。

4.根据权利要求3所述的一种视频图像两级自动曝光的方法，其特征在于，上述步骤(3).(a)中其中，参数f＝F，参数t＝T1，参数g,g_d为各自起始值，参数l＝f+t+g+g_d。