CN103428522A - 一种提高网络摄像机低照度图像质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够对图像传感器的黑电平配置值进行动态调整、提高网络摄像机输出图像的亮度和对比度的提高网络摄像机低照度图像质量的方法，通过网络摄像机的图像信号处理ISP模块调整图像传感器的黑电平值，该方法包括步骤：（1）检测图像的亮度；（2）判断是否对黑电平值进行改变，得到待设置的黑电平值；（3）输出待设置的黑电平值；（4）向图像传感器发送待设置的黑电平值。

Description

一种提高网络摄像机低照度图像质量的方法
技术领域
本发明属于网络摄像机的前端成像的技术领域，具体涉及到一种提高网络摄像机低照度图像质量的方法，应用这种方法可以提高网络摄像机在低照度光照环境下输出图像的图像质量。
背景技术
网络摄像机，即IPNC(Internet Protocol Network Camera)设备，它是基于网络传输的数字化设备，除了具有普通复合视频信号输出接口BNC接口（Bayonet Nut Connector，刺刀螺母连接器）外，还有网络输出接口，可以直接将摄像机接入局域网络。典型的网络摄像机一般由镜头模块、滤光片模块、图像传感器模块、ISP模块、图像压缩处理模块、网络功能模块等组成。
ISP(Image Signal Processing)模块，即图像信号处理模块，该模块的功能为对图像传感器模块输出的图像信息进行后期处理。ISP模块性能的优劣在网络摄像机的所有组成模块中很重要，它直接影响网络摄像机所呈现的图像画质。在实际的工作过程中，图像传感器接受ISP模块的多种控制信息，进行不同种类参数的设置，可以较好的适应不同的环境，在不同的光学条件下都能较好的还原出原始场景。ISP模块接受图像传感器输出的原始图像信息，根据不同控制功能的需要完成相应的功能运算，之后发出相应的控制信息到图像传感器模块。ISP模块完成的控制功能一般有黑电平值控制、曝光控制、白平衡控制、降噪控制、宽动态控制、快门控制、帧累积控制、强光抑制控制等。
图像传感器的黑电平值是图像传感器输出数据值为0的图像数据所对应的原始信号电平的量化数值，黑电平设置值的大小不影响信号的放大倍数，而仅仅是对信号进行上下平移，如果向上调节黑电平值，图像将变暗；如果向下调节黑电平值，图像将变亮。
一般情况下，在低照度光照环境下采用的图像传感器黑电平值与正常照度光照环境下采用的图像传感器黑电平值相同，在低照度光照环境下，IPNC设备所采集到的图像整体亮度偏暗、对比度较低，用户很难获取到有用的信息。
发明内容
为解决网络摄像机在低照度光照环境下输出的图像整体偏暗、对比度较低，用户很难从输出的图像中获取有用信息的问题，本发明提出一种能够对图像传感器的黑电平配置值进行动态调整、提高网络摄像机输出图像的亮度和对比度的提高网络摄像机低照度图像质量的方法。
本发明的技术解决方案是：这种提高网络摄像机低照度图像质量的方法，通过网络摄像机的图像信号处理ISP模块调整图像传感器的黑电平值，该方法包括以下步骤：
（1）检测图像的亮度；
（2）判断是否对黑电平值进行改变，得到待设置的黑电平值；
（3）输出待设置的黑电平值；
（4）向图像传感器发送待设置的黑电平值。
本方法通过对图像传感器输出的连续多帧图像的平均亮度、ISP模块的当前光圈值、当前曝光时间值、当前模拟增益值、当前数字增益值的综合判断，对图像传感器的黑电平配置值进行动态调整，提高网络摄像机输出图像的亮度和对比度，改善网络摄像机输出图像在低照度光照环境下的图像质量。
附图说明
图1示出了根据本发明的提高网络摄像机低照度图像质量的方法的一个优选实施例的流程图。
具体实施方式
这种提高网络摄像机低照度图像质量的方法，通过网络摄像机的图像信号处理ISP模块调整图像传感器的黑电平值，该方法包括以下步骤：
（1）检测图像的亮度；
（2）判断是否对黑电平值进行改变，得到待设置的黑电平值；
（3）输出待设置的黑电平值；
（4）向图像传感器发送待设置的黑电平值。
本方法通过对图像传感器输出的连续多帧图像的平均亮度、ISP模块的当前光圈值、当前曝光时间值、当前模拟增益值、当前数字增益值的综合判断，对图像传感器的黑电平配置值进行动态调整，提高网络摄像机输出图像的亮度和对比度，改善网络摄像机输出图像在低照度光照环境下的图像质量。
优选地，步骤（1）中把以当前帧图像为起始向前连续N帧的图像的亮度进行求和并平均，得到这N帧图像的平均亮度。N为大于12的整数。
优选地，步骤（2）中对ISP模块的光圈值、曝光时间值、模拟增益值、数字增益值进行判断，结合N帧图像的平均亮度，确定是否执行黑电平值设置的控制信号。
优选地，步骤（3）中根据步骤（2）的控制信号，对图像传感器当前的黑电平值按照预定的步长值进行减操作，并且改变后的黑电平值不超过黑电平值的最低阈值。
优选地，步骤（4）中把步骤（3）的待配置黑电平值设置到图像传感器的寄存器中。
优选地，该方法包括以下步骤：
（1）计算连续N帧图像的平均亮度；
（2）判断平均亮度是否小于最小目标亮度，是则执行步骤（3），否则执行步骤（1）；
（3）判断ISP模块的光圈值、曝光时间值、模拟增益值、数字增益值是否均达到各自的极大值，是则执行步骤（4），否则执行步骤（8）；
（4）将当前配置的黑电平值减去预定的步长值；
（5）判断步骤（4）处理后的黑电平值是否小于最低配置值，是则执行步骤（6），否则执行步骤（7）；
（6）将最低配置值赋给处理后的黑电平值；
（7）进行黑电平值配置，跳转步骤（1）；
（8）将黑电平值配置为正常照度下的值，跳转步骤（7）。
参见图1，对本发明的一个优选实施例进行介绍：
⑴、计算以当前帧图像为起始向前连续N帧的图像的平均亮度。在一种优选的方案中，N的取值为16。具体的方法为：计算当前帧图像的亮度值Yi，并将当前帧图像亮度值Yi（i为当前帧的帧序编号）与当前帧前N-1帧的图像的亮度值(Yi-1,Yi-2,Yi-3ΛYi-N+1)进行累加，得出这连续N帧图像的亮度值累加和YTotal。即：
YTotal=(Yi+Yi-1+Yi-2+Yi-3+Λ+Yi-N+1)
将YTotal除以N，得到当前帧图像为起始向前连续N帧的图像的平均亮度均值YAverage。即：
YAverage=YTotal/N
⑵、将亮度均值YAverage与图像目标亮度值区间的最小值YTargetMin进行比较，如果YAverage大于或者等于YTargetMin，则在下一帧图像输出后再次进入亮度检测模块；如果YAverage小于YTargetMin，则对当前的光圈值、曝光时间值、模拟增益值、数字增益值进行判断。
⑶、判断当前光圈值ACurrent是已经到达光圈极大值AMax，当前曝光时间值TCurrent是否已经达到了曝光时间极大值TMax，当前模拟增益值AGCurrent是否已经达到了模拟增益极大值AGMax，当前数字增益DGCurrent值是否已经达到了数字增益极大值DGMax。如果以上各个值的任意一项没有达到其所对应的极大值，则将黑电平值设置为正常光照环境下采用的黑电平配置值CDefault，之后在下一帧图像输出后再次进入亮度检测模块；如果以上各个值均已达到其所对应的极大值，则进行黑电平值的调整。
⑷、在满足黑电平值调整条件后，对当前的黑电平配置值Ccurrent以CStep为步长进行减操作，降低图像传感器的黑电平配置值，得到待配置的黑电平的配置值CSet。即：
CSet=CCurrent-CStep
在一种优选的方案中，CStep的取值为10。
正常光照环境下采用的黑电平配置值CDefault，在第一次满足黑电平调整条件时，Ccurrent的值为CDefault的值。黑电平配置值CSet最小不能超过IPNC设备在低照度环境下调试所得的最低黑电平配置值CMin。即在计算出的CSet小于CMin时，需要对CSet进行重新赋值：
CSet=CMin
CMin为在IPNC在低照环境所允许的最低照度LMin下调试所得的可以设置的最低黑电平配置值。IPNC设备应用较低照度环境情况下，黑电平的值不能太低，当黑电平的值设置的太低时，虽然图像整体的亮度有所提升，但会导致图像整体的对比度下降太多，图像质量不能满足应用需求。CMin需要在确定IPNC所使用的镜头型号、滤光片型号、图像传感器型号后，在低照环境所允许的最低照度LMin下，结合图像质量的表现进行调试获得。
⑸、黑电平设置执行模块按照待配置的黑电平值CSet，对图像传感器相应的寄存器进行设置，完成新黑电平值的配置，之后在下一帧图像输出后再次进入亮度检测模块。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高网络摄像机低照度图像质量的方法，其特征在于，通过网络摄像机的图像信号处理ISP模块调整图像传感器的黑电平值，该方法包括以下步骤：
（1）检测图像的亮度；
（2）判断是否对黑电平值进行改变，得到待设置的黑电平值；
（3）输出待设置的黑电平值；
（4）向图像传感器发送待设置的黑电平值。
2.根据权利要求1所述的提高网络摄像机低照度图像质量的方法，其特征在于，步骤（1）中把以当前帧图像为起始向前连续N帧的图像的亮度进行求和并平均，得到这N帧图像的平均亮度。
3.根据权利要求2所述的提高网络摄像机低照度图像质量的方法，其特征在于，步骤（2）中对ISP模块的光圈值、曝光时间值、模拟增益值、数字增益值进行判断，结合N帧图像的平均亮度，确定是否执行黑电平值设置的控制信号。
4.根据权利要求3所述的提高网络摄像机低照度图像质量的方法，其特征在于，步骤（3）中根据步骤（2）的控制信号，对图像传感器当前的黑电平值按照预定的步长值进行减操作，并且改变后的黑电平值不超过黑电平值的最低阈值。
5.根据权利要求4所述的提高网络摄像机低照度图像质量的方法，其特征在于，步骤（4）中把步骤（3）的待配置黑电平值设置到图像传感器的寄存器中。
6.根据权利要求1所述的提高网络摄像机低照度图像质量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）计算连续N帧图像的平均亮度；
（2）判断平均亮度是否小于最小目标亮度，是则执行步骤（3），否则执行步骤（1）；
（3）判断ISP模块的光圈值、曝光时间值、模拟增益值、数字增益值是否均达到各自的极大值，是则执行步骤（4），否则执行步骤（8）；
（4）将当前配置的黑电平值减去预定的步长值；
（5）判断步骤（4）处理后的黑电平值是否小于最低配置值，是则执行步骤（6），否则执行步骤（7）；
（6）将最低配置值赋给处理后的黑电平值；
（7）进行黑电平值配置，跳转步骤（1）；
（8）将黑电平值配置为正常照度下的值，跳转步骤（7）。
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