CN104580929A - 一种自适应曝光的图像数字处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应曝光的图像数字处理系统。该系统包括闪光灯，用于对被拍摄对象环境进行曝光，还包括成像模块，其包括图像传感器，用于对被拍摄对象成像，并生成代表该被拍摄对象的图像数据；处理器，用于控制并触发闪光灯曝光，当系统捕捉到拍摄对象时，自动计算灯光的入射角度和传感器与被拍摄对象之间的距离，根据入射角度和距离计算出最佳的曝光时间，从而获得被拍摄对象的最佳图像数据；数据通信接口，用于传送来自所述处理器的图像数据。该系统还包括主机计算机，用于接收从成像模块传送的图像数据，供其它应用程序使用。发明能根据自然光下被拍摄对象的亮度通过现场可编程门阵列自动计算闪光灯的曝光时间以取得最佳的图像数据。

Description

一种自适应曝光的图像数字处理系统

技术领域

本发明涉及一种自适应曝光的图像数字处理系统，属于图像信号处理及机器视觉技术领域。

背景技术

日常生活或工业生产上，用数码相机获取数字图像已成为越来越主流的使用方式，用户在不同的场景下，选择不同的曝光时间，由此能够在不同场景下得到画质较好的照片。最早的曝光控制方法是摄像机硬件上实现的中值方法，随着数字摄像机的出现，摄像机自动曝光控制的软件方法应运而生。目前，数字摄像机的自动曝光控制的软件方法主要有三种：基于图像亮度均值的自动曝光方法、基于图像亮度直方图的自动曝光方法和基于图像内容的自动曝光方法。

由于现有技术中，基于图像亮度均值的自动曝光控制方法，在传统的均值算法对背光和强正面光照条件下的场景曝光效果欠佳。基于图像亮度直方图的自动曝光控制方法，虽然在某种程度上克服了传统均值方法在背光和强正面光照情况下的不足，但仍不能针对图像中的感兴趣内容进行有针对性的亮度调节。

总而言之，由于曝光时机及曝光时间调节的不准确性，导致很难达到最佳的拍摄效果，影响后续其他应用程序功能的实现。

发明内容

根据现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种自适应曝光的图像数字处理系统，能根据自然光下被拍摄对象的亮度通过现场可编程门阵列自动计算闪光灯的曝光时间以达到最佳的拍摄效果。

本发明的技术方案如下：

一种自适应曝光的图像数字处理系统，包括：

闪光灯，用于对被拍摄对象环境进行曝光；

成像模块，其包括：

1）图像传感器，用于对被拍摄对象成像，并生成代表该被拍摄对象的图像数据；

2）处理器，用于控制并触发闪光灯曝光，当系统没有捕捉到被拍摄对象时，系统循环曝光以寻找拍摄对象，当系统捕捉到拍摄对象时，自动计算灯光的入射角度i和传感器与被拍摄对象之间的距离d，根据所述入射角度i和距离d, 运用特有的数学模型计算出最佳的曝光时间f(i,d)=(ki2+a)*(d+b)/c。(其中k,a,b,c为固定的经验系数,保障当0<=i<=60, 1000<=d<=8000时，目标靶的亮度值约为90%)，从而获得被拍摄对象的最佳图像数据；

3）数据通信接口，用于传送来自所述处理器的图像数据；

主机计算机，用于以接收从所述成像模块传送的图像数据，供其它应用程序使用，完成其它应用程序所要求的特定功能。

进一步，所述处理器包括：

1）图像传输模块，用于不间断地接收图像传感器采集的实时数据流；

2）曝光控制模块，用于控制并触发闪光灯曝光；

3）自动频闪控制模块，用于控制闪光灯的工作状态；

4）数据缓存模块，用于将图像的数据进行快速缓存；

5）时钟发生器，用于产生整个系统所需要的逻辑时序信号。

进一步，所述处理器通过主控MCU和主机计算机相连，所述主控MCU用于控制计算机与处理器之间的数据传输，并可根据逻辑时序信号离散地读取数据缓存模块中缓存的图像数据。

进一步，所述图像数字处理系统还包括可擦除只读存储器EPROM，用于存放光学镜头的装配数据和校准数据，供系统直接读取，加快运算速度。

进一步，所述图像数字处理系统还包括温度传感器，用于监测光学镜头的本体温度，并校准极端温度状态下的光学修正量。

本发明的有益效果如下：

本发明能根据自然光下被拍摄对象的亮度通过现场可编程门阵列自动计算闪光灯的曝光时间以达到最佳的拍摄效果。本发明集成了可擦除只读存储器EPROM芯片，用以存放光学镜头的装配数据和校准数据；本发明集成了温度传感器，自动校准极端温度状态下的光学修正量，自动补偿由于温度变化对拍摄图像的影响。

附图说明

图1是本发明实施例一的系统框图；

图2是设置有本发明的工业相机的拍摄过程示意图。

图中：1、工业相机；2、LED闪光灯；3、被拍摄对象。

具体实施方式

这里公开的实施例涉及了通过提供具有图像传感器以及关联处理器电路而以增强方式实施机器视觉的的系统和技术。在实施例中，成像模块中的处理器电路执行优化曝光时间的计算。详细参考附图1所示的实施例。

在所示实施例中，闪光灯为LED灯，其在处理器的控制下改变工作状态。

USB 控制器作为主控MCU，负责控制计算机与系统之间的数据传输，此MCU通过FIFO 数据总线与现场可编程门阵列连接，采用DMA高速数据传输模式架构畅通的高速数据源传输通道。

通过编制Firmware，使现场可编程门阵列完成以下本发明特有的功能模块：

1）图像传输模块，该模块负责不间断地接收CMOS图像传感器采集的实时数据流。

2）LED曝光控制模块，该模块接收控制软件的指令，控制并触发LED 闪光灯曝光。当系统没有捕捉到被拍摄对象时，系统以T1,T2和T3三个不同的曝光时间循环曝光，寻找拍摄对象，当系统捕捉到拍摄对象时，系统自动计算灯光的入射角度i和传感器与被拍摄对象之间的距离d，根据这个角度i和距离d，运用特有的数学模型计算出最佳的曝光时间f(i,d)=(ki2+a)*(d+b)/c。(其中k,a,b,c为固定的经验系数,保障当0<=i<=60, 1000<=d<=8000时，目标靶的亮度值约为90%)

3）LED自动频闪控制模块，用于控制LED闪烁的频率、亮度以及休眠等工作状态。

4）数据缓冲模块，负责将图像的数据进行快速缓存，让MCU根据逻辑时序信号可以离散读取。

5）CMOS时钟发生器，产生整个系统所需要的逻辑时序信号，整个系统处于计算机的控制之下。

本系统集成了两块可擦除只读存储器EPROM芯片，用以存放光学镜头的装配数据和校准数据，供系统直接读取，加快运算速度。

本系统集成温度传感器，重点监测光学镜头的本体温度，用以校准极端温度状态下的光学修正量。

图2是设置有本发明的工业相机的工作示意图。主要用于目标物体空间姿态的模式识别。在目标物体上预设特定图像，采用本系统对该图像进行数据采集、计算和分析，从而得出该目标物体的空间位置及姿态。

需要强调的是，作为本领域技术人员一种明显而容易想到的另一实施方式可以是：本系统中图像数据的传输方式不仅限制于采用USB传输方式，还可以采用网线以及无线传输方式。

综上所述，本发明的自适应曝光的图像数字处理系统通过USB高速传输模式与计算机接口，当CMOS图像传感器抓获到图像后，计算机通过USB控制器控制现场可编程门阵列芯片对图像传感器捕获的图像信息按照一定的时序进行采集和缓存，然后以可控的时序和速率传输到计算机，供其它应用程序使用，完成其他应用程序所要求的特定功能。本发明集成了两块可擦除只读存储器EPROM芯片，用以存放光学镜头的装配数据和校准数据。本发明集成了一个温度传感器，自动校准极端温度状态下的光学修正量，自动补偿由于温度变化对拍摄图像的影响。本发明能根据自然光下被拍摄对象的亮度通过现场可编程门阵列自动计算闪光灯的曝光时间以达到最佳的拍摄效果。

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 (5)

1.一种自适应曝光的图像数字处理系统，包括：

闪光灯，用于对被拍摄对象环境进行曝光；

成像模块，其包括：

1）图像传感器，用于对被拍摄对象成像，并生成代表该被拍摄对象的图像数据；

2）处理器，用于控制并触发闪光灯曝光，当系统没有捕捉到被拍摄对象时，系统循环曝光以寻找拍摄对象，当系统捕捉到拍摄对象时，自动计算灯光的入射角度i和传感器与被拍摄对象之间的距离d，根据所述入射角度i和距离d，运用数学模型计算出最佳的曝光时间；所述数学模型为f(i,d)=(ki2+a)*(d+b)/c，其中k,a,b,c为固定的经验系数,保障当0<=i<=60, 1000<=d<=8000时，目标靶的亮度值约为90%，从而获得被拍摄对象的最佳图像数据；

3）数据通信接口，用于传送来自所述处理器的图像数据；

主机计算机，用于接收从所述成像模块传送的图像数据，供其它应用程序使用，以完成其它程序所要求的特定功能。

2.根据权利要求1所述的自适应曝光的图像数字处理系统，其特征在于：所述处理器包括：1）图像传输模块，用于不间断地接收图像传感器采集的实时数据流；

2）曝光控制模块，用于控制并触发闪光灯曝光；

3）自动频闪控制模块，用于控制闪光灯的工作状态；

4）数据缓存模块，用于将图像的数据进行快速缓存；

5）时钟发生器，用于产生整个系统所需要的逻辑时序信号。

3.根据权利要求1或2所述的自适应曝光的图像数字处理系统，其特征在于：所述处理器通过主控MCU和主机计算机相连，所述主控MCU用于控制计算机与处理器之间的数据传输，并可根据逻辑时序信号离散地读取数据缓存模块中缓存的图像数据。

4.根据权利要求1或2所述的自适应曝光的图像数字处理系统，其特征在于：所述图像数字处理系统还包括可擦除只读存储器EPROM，用于存放光学镜头的装配数据和校准数据，供系统直接读取，加快运算速度。

5.根据权利要求1或2所述的自适应曝光的图像数字处理系统，其特征在于：所述图像数字处理系统还包括温度传感器，用于监测光学镜头的本体温度，并校准极端温度状态下的光学修正量。