CN105208293B - 数字摄像机的自动曝光控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字摄像机的自动曝光控制方法及装置。基于本发明，当在图像中检测到目标主体时，依据目标主体平均亮度产生亮度控制信息能够针对性地确保目标主体的成像效果，而当在图像中未检测到目标主体时，则是依据整帧平均亮度与整帧标定亮度的第一加权值产生亮度控制信息，由于整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系，因而当发生目标主体在连续多帧图像中时有时无的波动现象时，第一加权值会以渐变方式变化、而不会发生突变，从而能够减弱亮度控制信息的跳变幅度，并由此提高曝光的亮度平滑性和亮度稳定性。

Description

数字摄像机的自动曝光控制方法及装置

技术领域

本发明涉及曝光技术，特别涉及一种数字摄像机的自动曝光控制方法、以及一种数字摄像机的自动曝光控制装置。

背景技术

曝光是数字摄像机的工作流程中最重要的环节之一，即，数字摄像机的感光元件接收光信号、感应电信号并储存电信号的过程。众所周知，快门时间越长，感光元件的每个像素单元接收的光信号量越多、感应并存储的电信号量就越多，从而在图像中形成的对应像素点的亮度也就越高。反之，快门时间越短，则感光元件的每个像素单元在图像形成的对应像素点的亮度就也低。另外，除了快门之外，增益及光圈开口孔径等也是影响曝光的重要因素。通常，业界将影响曝光的各种因素综合作用产生的结果等效称为光通量。光通量越大，图像中的像素亮度越高，反之，光通量越小，图像中的像素亮度越低。

相应地，曝光控制实际上可以理解为调节光通量(例如通过控制快门时间、调节增益、调整光圈值等方式来实现)的过程，该过程是以控制数字摄像机的曝光强度为目的。

对于曝光控制，最简单的方法就是利用图像的整帧平均亮度平均值(本文后续将“整帧平均亮度平均值”简称为“整帧平均亮度”)作为亮度控制信息、并依据亮度控制信息与整帧标定亮度的差值来控制光通量的调整量，当图像的整帧平均亮度大于整帧标定亮度时，减小光通量、直至图像的整帧平均亮度减小至邻近整帧标定亮度的指定亮度区间内，以防止在亮场拍摄时曝光过度，反之，增大光通量、直到图像的整帧平均亮度增大至上述的指定亮度区间内，防止在暗场拍摄时曝光不足。

上述的方法可以称为整帧平均亮度法，其主要适用于光照均匀的拍摄场景，例如镜头朝向蔚蓝天空、绿茵草地等，但对于光照不均匀的拍摄场景，整帧平均亮度法的可行性不高、甚至完全不可行。

例如，在车站的安检入口，数字摄像机位于安检入口靠近室内的一侧、且其镜头朝向安检入口的室外一侧，只要室外亮度与室内亮度不一致，人脸与室外场景形成的背景就会存在亮度差异，而且，由于背景在图像中所占的面积比例相对大，因而图像中的背景亮度会在很大程度上影响图像的整帧平均亮度。假设白天的室外光照使室外亮度明显高于室内亮度，则会由于图像中的背景亮度过高而导致图像的整帧平均亮度较高，此时，若采用上述的整帧平均亮度法，则会由于图像的整帧平均亮度较高而调低光通量，从而导致图像的整帧平均亮度被降低至适合背景的较低程度、并使得图像中低亮度的人脸亮度被进一步降低至难以辨识的程度。反之，假设夜晚的室内灯光使得室内亮度明显高于室外亮度，则会由于图像中的背景亮度过低而导致图像的整帧平均亮度较低，此时，若采用上述的整帧平均亮度法，则会由于图像的整帧平均亮度较低而调高光通量，从而导致图像的整帧平均亮度被提升至适合背景的较低程度、并使得图像中高亮度的人脸亮度被进一步提升至丢失细节的程度。

综上所述，由于实际的拍摄场景的光照多样性和复杂性，拍摄所关注的目标主体(例如人脸或车牌等)可能会处于光照不均匀的场景下，对于这样的情况，上述的整帧平均亮度法显然是不适用的。为此，现有技术还提出了如下的几种用于曝光控制的方法：

1、图像区域分割法：按照预定的规则预先对图像进行区域分割，然后针对不同的区域分别赋予不同的亮度加权值。

相比于整帧平均亮度法，在目标主体的位置相对确定、并且图像分割规则以及分块亮度权值取值均适当的情况下，图像区域分割法能够针对目标主体取得更好的曝光效果。

但是，图像区域分割法并不适用于目标主体的位置随机性大的拍摄场景。

2、亮度分布直方图法：对图像的亮度分布直方图进行分析，以一定步长亮度等级将亮度分布直方图划分若干等间距的亮度区间，然后对不同的亮度区间分配对应的加权系数；然后，通过统计落入在不同亮度区间的像素分布个数，确定像素分布个数最多的亮度区间为峰值区间；此后，再为峰值区间的像素分配小于其它亮度区间的加权系数；最后，统计图像的所有像素亮度加权平均值作为最终的亮度平均值。

相比于图像区域分割法，亮度分布直方图法能够进一步适用于目标主体的位置随机性大的拍摄场景、并且能够抑制大面积的背景对目标主体的曝光干扰。

但是，对于越来越多需要数字摄像机具备人脸检测和采集功能的情况，曝光必须优先保证人脸的成像效果，但亮度直方图仅能够体现像素的亮度分布、而无法依据亮度直方图区分出哪些像素属于目标主体，因而亮度直方图无法有针对性地确保目标主体的成像效果；再者，亮度分布直方图法的计算过程繁琐、而且选用不同的亮度区间的权值对算法的性能影响很大。

3、目标主体检测法：检测图像中的目标主体，若成功检测到目标主体，则获取目标主体所在区域的亮度平均值(本文后续将“目标主体所在区域的亮度平均值”简称为“目标主体平均亮度”)，再依据亮度控制信息与目标主体标定亮度的差值来控制光通量的调整量。

相比于亮度分布直方图法，目标主体检测法能够有效识别出目标主体、以便于有针对性地确保目标主体的成像效果，而且无需依赖于直方图计算的繁琐过程。

但是，目标主体检测法却存在如下的不足：

(1)、由于目标主体的移动或者检测遗漏等随机因素的存在，可能会出现目标主体在连续多帧图像中时有时无的波动现象，因而就有可能出现亮度控制信息的取值发生连续跳变，由此导致曝光的亮度平滑性和亮度稳定性较差；

(2)、由于对曝光的控制仅依赖于目标主体平均亮度，因而当拍摄环境发生亮度突变(例如开灯、关灯等)、且亮度突变导致目标主体无法被成功检测时，就无法通过调节光通量而使图像的亮度适应突变后的亮度，从而导致目标主体的检测持续失败；

(3)、即便未发生亮度突变，由于拍摄环境的微小光线变化或目标主体相对于摄像机角度变化等原因，也可能会出现同一目标主体的目标主体平均亮度在连续多帧图像中发生亮度波动，而这样的亮度波动会导致亮度控制信息的取值随之发生波动、并进而影响曝光的亮度平滑性和亮度稳定性；

(4)、当在图像中未检测到目标主体时，也仍然保持针对目标主体的曝光模式，而不能兼顾图像的整体亮度；

(5)、对于图像中存在多目标主体的情况，未提供依据多个目标主体的目标主体平均亮度确定亮度控制信息的计算方式。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种数字摄像机的自动曝光控制方法、以及一种数字摄像机的自动曝光控制装置。

本发明提供的一种数字摄像机的自动曝光控制方法，包括：

判断是否在当前帧中成功检测到目标主体；

若在当前帧中成功检测到目标主体，则依据检测到的当前帧的目标主体平均亮度产生亮度控制信息；

若在当前帧中检测目标主体失败，则计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并依据第一加权值产生亮度控制信息；其中，整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。

本发明提供的另一种数字摄像机的自动曝光控制方法，包括：

判断是否在当前帧中成功检测到目标主体；

若在当前帧中成功检测到目标主体，则依据检测到的当前帧的目标主体平均亮度产生亮度控制信息；

若在当前帧中检测目标主体失败，则判断当前是否发生亮度突变；

当判断出发生亮度突变时，依据当前帧的整帧平均亮度产生亮度控制信息；

当判断出未发生亮度突变时，计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并依据第一加权值产生亮度控制信息；其中，整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。

优选地，依据目标主体平均亮度产生的亮度控制信息为：目标主体平均亮度与预先设定的目标主体标定亮度加权得到的第二加权值，其中，目标主体标定亮度在第二加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值；依据第一加权值产生的亮度控制信息为：第一加权值与整帧标定亮度加权得到的第三加权值，其中，整帧标定亮度在第三加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值。

优选地，依据当前帧的整帧平均亮度产生的亮度控制信息为：整帧平均亮度与整帧标定亮度加权后得到的第四加权值。

优选地，当前帧中成功检测到的目标主体的数量为一个或多个，其中：当成功检测到的目标主体的数量为一个时，用于产生亮度控制信息的目标主体平均亮度为该一个目标主体的目标主体平均亮度；当成功检测到的目标主体的数量为多个时，用于产生亮度控制信息的目标主体平均亮度由多个目标主体的目标主体平均亮度的置信度加权归一化值表示。

本发明提供的一种数字摄像机的自动曝光控制装置，包括：

检测判断模块，判断是否在当前帧中成功检测到目标主体；

检测成功模块，若在当前帧中成功检测到目标主体，则依据检测到的当前帧的目标主体平均亮度产生亮度控制信息；

检测失败模块，若在当前帧中检测目标主体失败，则计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并依据第一加权值产生亮度控制信息；其中，整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。

本发明提供的另一种数字摄像机的自动曝光控制装置，包括：

检测判断模块，判断是否在当前帧中成功检测到目标主体；

检测成功模块，若在当前帧中成功检测到目标主体，则依据检测到的当前帧的目标主体平均亮度产生亮度控制信息；

突变检测模块，若在当前帧中检测目标主体失败，则判断当前是否发生亮度突变；

突变调节模块，当判断出发生亮度突变时，依据当前帧的整帧平均亮度产生亮度控制信息；

检测失败模块，当判断出未发生亮度突变时，计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并依据第一加权值产生亮度控制信息；其中，整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。

优选地，依据目标主体平均亮度产生的亮度控制信息为：目标主体平均亮度与预先设定的目标主体标定亮度加权得到的第二加权值，其中，目标主体标定亮度在第二加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值；依据第一加权值产生的亮度控制信息为：第一加权值与整帧标定亮度加权得到的第三加权值，其中，整帧标定亮度在第三加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值。

优选地，依据当前帧的整帧平均亮度产生的亮度控制信息为：整帧平均亮度与整帧标定亮度加权后得到的第四加权值。

优选地，当前帧中成功检测到的目标主体的数量为一个或多个，其中：当成功检测到的目标主体的数量为一个时，用于产生亮度控制信息的目标主体平均亮度为该一个目标主体的目标主体平均亮度；当成功检测到的目标主体的数量为多个时，用于产生亮度控制信息的目标主体平均亮度由多个目标主体的目标主体平均亮度的置信度加权归一化值表示。

如上可见，基于本发明，当在图像中检测到目标主体时，依据目标主体平均亮度产生亮度控制信息能够针对性地确保目标主体的成像效果，而当在图像中未检测到目标主体时，则是依据整帧平均亮度与整帧标定亮度的第一加权值产生亮度控制信息，由于整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系，因而当发生目标主体在连续多帧图像中时有时无的波动现象时，第一加权值会以渐变方式变化、而不会发生突变，从而能够减弱亮度控制信息的跳变幅度，并由此提高曝光的亮度平滑性和亮度稳定性。

进一步地，当在图像中未检测到目标主体时，本发明可以检测此时是否发生了亮度突变，若是，则可以立即改为依据整帧平均亮度来产生亮度控制信息，从而能够快速针对亮度突变的情况调节光通量、以使图像的亮度快速适应突变后的亮度，进而，对于检测目标主体失败是由亮度突变所致的情况，能够尽快恢复目标主体的成功检测。

进一步地，当在图像中检测到目标主体时，本发明还可以采用目标主体平均亮度与目标主体标定亮度的第二加权值来产生亮度控制信息，此时，就相当于利用目标主体标定亮度来约束目标主体平均亮度的变化，从而在一定程度上抑制目标主体平均亮度在连续多帧图像中发生亮度波动、以进一步确保曝光的亮度平滑性和亮度稳定性；同理，当在图像中未检测到目标主体时，本发明可以采用第一加权值与整帧标定亮度的第三加权值来产生亮度控制信息，此时，就相当于利用整帧标定亮度来约束第一加权值的变化，从而在一定程度上抑制第一加权值在连续多帧图像中发生亮度波动、以进一步确保曝光的亮度平滑性和亮度稳定性。

进一步地，对于图像中存在多目标主体的情况，本发明可以将多个目标主体的目标主体平均亮度进行置信度加权归一化计算，从而能够支持多目标主体的曝光控制。

附图说明

图1为应用本发明实施例的一种数字摄像机的内部架构示意图；

图2为本发明实施例中的数字摄像机的自动曝光控制方法的示例性流程示意图；

图3为如图2所示流程中的步骤201的优选实现方式的示意图；

图4为如图2所示流程中的步骤202的优选实现方式的示意图；

图5为基于如图2所示流程的一种扩展流程示意图；

图6为如图5所示扩展流程中的步骤600的优选实现方式的示意图；

图7为本发明实施例中的数字摄像机的自动曝光控制装置的示例性结构示意图；

图8为基于如图7所示结构的一种扩展结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本实施例所提供的数字摄像机的自动曝光控制方法可以应用于数字摄像机，请参见图1，该数字摄像机包括：

光学镜头11，该光学镜头11可以是由单片、或多片透镜组成的光学元件，用于控制外界光线进入摄像机内的总光量。

光学传感器12，用于接收和感应来自光学镜头11的光信号、并转换为视频电信号。

图像智能处理单元13，其集成了图像处理功能和智能处理功能；其中，图像处理是指对光学传感器12产生的视频电信号的一系列数字化处理，包括图像的缩放处理、色彩处理、对比度处理、去噪处理以及编解码处理等；而智能处理则主要用于完成对数字图像信号的智能分析和处理，包括目标主体(例如人脸、车牌等)的检测、运动检测以及遮挡报警等，并依据智能分析和处理的结果输出目标主体检测信息。

曝光补偿控制单元14，用于根据图像智能处理单元13输出的目标主体检测信息进行算法分析与处理，并输出亮度控制信息和亮度参考信息。

光通量控制单元15，用于根据曝光补偿控制单元14输出的亮度控制信息和亮度参考信息调节光学镜头11的光圈、和/或调节光学传感器12的快门时间、和/或配置图像智能处理单元13的增益值来控制光通量，实现对曝光控制的最终执行操作。

基于上述架构，本实施例中的数字摄像机的自动曝光控制方法主要由曝光补偿控制单元14来运行、并与图像智能处理单元13和光通量控制单元15相配合。

首先，本实施例中的数字摄像机的自动曝光控制方法需要使用图像智能处理单元13输出的目标主体检测信息，图像智能处理单元13输出的目标主体检测信息中可以包括：

检测结果标识，其表示是否成功检测到目标主体，其中，图像所表示的拍摄场景中，可能存在一个目标主体、也可能存在多个目标主体，但无论图像中实际存在几个目标主体，只要检测到一个目标主体，检测结果标识就表示成功；

检测到的每个目标主体的目标主体平均亮度(检测结果标识表示成功时)；

检测到的每个目标主体的目标主体置信度(检测结果标识表示成功时)；

目标主体标定亮度(检测结果标识表示成功、且存在多个目标主体时)；

整帧平均亮度(检测结果标识表示失败时)；

整帧标定亮度(检测结果标识表示失败时)。

其次，利用图像智能处理单元13输出的目标主体检测信息，本实施例中的数字摄像机的自动曝光控制方法的基本实现原理如下：

在成功检测到目标主体时，主要参照目标主体平均亮度来控制曝光的亮度；其中，对于检测到一个目标主体的情况，控制曝光亮度所参照的目标主体平均亮度就是检测到的该目标主体的目标主体平均亮度，而对于检测到多个目标主体的情况，控制曝光亮度的目标主体平均亮度可以选用多个目标主体的目标主体平均亮度的置信度加权归一化值；

在未检测到目标主体时，则利用整帧标定亮度对整帧平均亮度的变化幅度的约束、并按照目标主体连续检测失败的帧数累计值调整约束力度，以控制曝光的亮度逐渐向整帧标定亮度平滑过渡，从而减弱曝光亮度的跳变幅度、并由此提高曝光的亮度平滑性和亮度稳定性；并且当最终平滑过渡至整帧标定亮度时，还能够在无目标主体的期间内兼顾图像的整体亮度；

其中，无论是参照目标主体平均亮度来控制曝光的亮度、还是控制曝光的亮度逐渐向整帧标定亮度平滑过渡，都可以对曝光亮度的控制实施约束补偿，即，利用目标主体标定亮度约束目标主体平均亮度、利用整帧标定亮度来约束整帧标定亮度对整帧平均亮度的约束力度变化，从而削弱目标主体或整帧图像的亮度波动、以进一步确保曝光的亮度平滑性和亮度稳定性。

再者，对于判断出未检测到目标主体的情况，本实施例中的数字摄像机的自动曝光控制方法还可以对场景光照异常突变进行检测，若检测出发生了亮度突变，可以参照整帧平均亮度控制曝光、以替代控制曝光亮度逐渐向整帧标定亮度平滑过渡的方式，从而快速针对亮度突变的情况调节光通量、以使图像的亮度快速适应突变后的亮度并恢复目标主体的成功检测，这样，对于检测目标主体失败是由亮度突变所致的情况，能够尽快恢复目标主体的成功检测。但优选地，在参照整帧平均亮度控制曝光时，同样可以实施约束补偿，即，利用整帧标定亮度来约束整帧平均亮度的变化。

以上是对本实施例中的数字摄像机的自动曝光控制方法进行整体性概述。下面，对本实施例中的数字摄像机的自动曝光控制方法进行详细说明。

请参见图2，为了实现曝光的亮度逐渐向整帧标定亮度平滑过渡、以提高曝光的亮度平滑性和亮度稳定性，本实施例中的数字摄像机的自动曝光控制方法针对每一帧图像均执行如下的步骤：

步骤200，判断是否在当前帧中成功检测到目标主体。其中，本步骤的判断可以依据图像智能处理单元13所输出的目标主体检测信息中的检测结果标识。

步骤201，若在步骤200判断出在当前帧中成功检测到目标主体，则依据检测到的当前帧的目标主体平均亮度产生亮度控制信息。其中，本步骤产生的亮度控制信息可以输出至光通量控制单元15，与此同时，还向光通量控制单元15输出亮度参考信息，此时的亮度参考信息为目标主体标定亮度。

步骤202，若在步骤200判断出在当前帧中检测目标主体失败，则计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并依据该第一加权值产生亮度控制信息，其中，整帧平均亮度在该第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。并且，本步骤产生的亮度控制信息可以输出至光通量控制单元15，与此同时，还向光通量控制单元15输出亮度参考信息，此时的亮度参考信息为整帧标定亮度。

在本步骤中，整帧平均亮度Y_t与整帧标定亮度

的第一加权值

可以优选地表示为：

t_n为目标主体连续检测失败的帧数累计值，t_th为目标主体连续检测失败的帧数阈值上限。

从上述表达式中可以看出，随着目标主体连续检测失败的帧数累计值t_n的逐渐增加，整帧平均亮度Y_t在该第一加权值

中所占的加权比重

也会随之递增。并且，当目标主体连续检测失败的帧数累计值t_n达到目标主体连续检测失败的帧数阈值上限t_th时，整帧平均亮度Y_t在该第一加权值

中所占的加权比重

即可达到上限100％，此时，即可实现在无目标主体的期间内兼顾图像的整体亮度。

需要说明的是，只要能够产生整帧平均亮度Yt在该第一加权值

中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值t_n呈单调递增关系，加权值

的实现方式并不限于上述的一种表达式，而是可以采用任何具有单调递增函数关系的其他表达式，而且，整帧平均亮度Y_t在该第一加权值

中所占的加权比重的上限设置为100％仅仅是为了能够在无目标主体的期间产生依据整帧亮度控制曝光的效果，而并非必须。

至此，对一帧图像的处理结束，并且，上述针对一帧图像的处理过程可以反复循环执行，即，在针对当前帧执行了步骤201或步骤202之后，可以返回步骤200继续对下一帧的处理。

另外，在步骤201中，若图像智能处理单元13仅检测到一个目标主体，则步骤201所使用的目标主体平均亮度

为该目标主体的目标主体平均亮度Y_f，即

而若图像智能处理单元13检测到了多个目标主体，则本步骤所使用的目标主体平均亮度

由多个目标主体的目标主体平均亮度的置信度加权归一化值来表示，即：

N为目标主体的个数，i为大于等于1且小于等于N的正整数，

为第i个目标主体的目标主体平均亮度，

为第i个目标主体的目标主体置信度。

而且，为了利用预先设定的目标主体标定亮度

约束目标主体平均亮度

的变化、以削弱目标主体的亮度波动，步骤201可以按照如下方式将目标主体平均亮度

与目标主体标定亮度

的第二加权值作为亮度控制信息Y_ctr输出至光通量控制单元15，被赋值为第二加权值的亮度控制信息Y_ctr可以表示为：

r为预先配置为固定值的权值参数，或者，也可以理解为目标主体平均亮度

在上述第二加权值中所占的权值比重，相应地，(1-r)可以理解为目标主体标定亮度

在上述第二加权值中所占的权值比重、并且同样是固定值。

相应地，图2中示出的步骤201可以按照如图3所示的优选流程来实现：

步骤211，判断检测到的目标主体是否多于一个，若是，则执行步骤212，否则执行步骤213；

步骤212，计算多个目标主体的目标主体平均亮度的置信度加权归一化值、并利用计算得到的置信度加权归一化值表示用于产生亮度控制信息的目标主体平均亮度，然后执行步骤213；

步骤213，计算目标主体平均亮度与目标主体标定亮度的第二加权值、并将计算得到的该第二加权值作为亮度控制信息输出。

至此，步骤201的一次优选流程结束。

与步骤201同理，为了利用预先设定的整帧标定亮度

约束该整帧标定亮度

对整帧平均亮度Y_t的约束力变化、以削弱整帧亮度波动，步骤202可以按照如下方式将上述第一加权值

与整帧标定亮度

再次加权后得到的第三加权值作为亮度控制信息Y_ctr输出至光通量控制单元15，被赋值为第三加权值的亮度控制信息Y_ctr可以表示为：

r为预先配置为固定值的权值参数，或者，也可以理解为第一加权值

在用作亮度控制信息Y_ctr的上述第三加权值中所占的权值比重，相应地，(1-r)可以理解为整帧标定亮度

在用作亮度控制信息Y_ctr的上述第三加权值中所占的权值比重、并且同样是固定值。

相应地，图2中示出的步骤202可以按照如图4所示的优选流程来实现：

步骤221，计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值，其中，整帧平均亮度在该第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。

步骤222，将第一加权值与整帧标定亮度进行再次加权，并将再次加权得到的第三加权值作为亮度控制信息输出。

至此，步骤202的一次优选流程结束。

另外，参见图5，若在如图2所示的流程中引入亮度突变检测机制，则如图2所示的流程经扩展后包括：

步骤500，判断是否在当前帧中成功检测到目标主体。其中，本步骤的判断可以依据图像智能处理单元13所输出的目标主体检测信息中的检测结果标识。

步骤501，若在步骤500判断出在当前帧中成功检测到目标主体，则依据检测到的当前帧的目标主体平均亮度产生亮度控制信息。其中，本步骤产生的亮度控制信息可以输出至光通量控制单元15，与此同时，还向光通量控制单元15输出亮度参考信息，此时的亮度参考信息为目标主体标定亮度。

步骤502，若在步骤500判断出在当前帧中检测目标主体失败，则判断当前是否发生亮度突变。

步骤503，若在步骤502判断出发生了亮度突变，则依据检测到的当前帧的整帧平均亮度产生亮度控制信息。其中，本步骤产生的亮度控制信息可以输出至光通量控制单元15，与此同时，还向光通量控制单元15输出亮度参考信息，此时的亮度参考信息为整帧标定亮度。

步骤504，若在步骤502判断出未发生亮度突变，则计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并依据该第一加权值产生亮度控制信息，整帧平均亮度在该第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。其中，本步骤产生的亮度控制信息可以输出至光通量控制单元15，与此同时，还向光通量控制单元15输出亮度参考信息，此时的亮度参考信息为整帧标定亮度。并且，本步骤所计算出的整帧平均亮度与整帧标定亮度的第一加权值与步骤202相同，此处不再赘述。

至此，对一帧图像的处理结束，并且，上述针对一帧图像的处理过程可以反复循环执行，即，在针对当前帧执行了步骤501、步骤503或步骤504之后，可以返回步骤500继续对下一帧的处理。

在上述流程中，步骤501的优选实现流程可以与如图3所示的步骤201的优选实现流程相同，步骤504的优选实现流程可以与如图4所示的步骤202的优选实现流程相同，此处均不再赘述。

而对于步骤502，本实施例同样提供了一种优选实现流程，该优选实现流程采用的是整帧亮度差值的判决法，请参见图6，步骤502的优选实现流程包括：

步骤521，计算当前帧的整帧平均亮度与前一帧的整帧平均亮度的亮度差绝对值。

亮度差绝对值Y_Δ可以表示为

其中，

为前一帧的整帧平均亮度。

步骤522，判断计算得到的亮度差绝对值是否达到预先设定的亮度差阈值；

步骤523，若步骤522判断出亮度差绝对值达到亮度差阈值，则对帧计数器加1；

步骤524，判断步骤523更新后的帧计数器的计数结果是否达到预先设定的帧数阈值；

步骤525，若步骤524判断出帧计数器的计数结果达到预先设定的帧数阈值，则产生表示有亮度突变的检测结果、并对帧计数器清零，然后待处理下一帧时即可重新从步骤521开始执行；

步骤526，若步骤524判断出帧计数器的计数结果未达到预先设定的帧数阈值，则产生表示暂无亮度突变的检测结果，然后待处理下一帧时即可重新从步骤521开始执行；

步骤527，若步骤522判断出亮度差绝对值未达到亮度差阈值，则对帧计数器清零，然后待处理下一帧时即可重新从步骤521开始执行。

以上为步骤502的优选实现流程。

另外，与图2中示出的步骤201和步骤202同理，为了利用预先设定的整帧标定亮度

约束整帧平均亮度Y_t、以削弱整帧亮度波动，步骤503可以按照如下方式将整帧平均亮度Y_t与整帧标定亮度

加权后得到的第四加权值作为亮度控制信息Y_ctr输出至光通量控制单元15，被赋值为第四加权值的亮度控制信息Y_ctr可以表示为：

r为预先配置为固定值的权值参数，或者，也可以理解为整帧平均亮度Y_t在用作亮度控制信息Y_ctr的上述第四加权值中所占的权值比重，相应地，(1-r)可以理解为整帧标定亮度

在用作亮度控制信息Y_ctr的上述第四加权值中所占的权值比重、并且同样是固定值。

以上是对本实施例中的数字摄像机的自动曝光控制方法的详细说明。实际应用中，该自动曝光控制方法可以由计算机程序来实现，因此，本实施例还对应地提供了一种数字摄像机的自动曝光控制装置。

请参见图7，本实施例中的数字摄像机的自动曝光控制装置包括：

检测判断模块700，判断是否在当前帧中成功检测到目标主体。其中，检测判断模块700执行的判断可以依据图像智能处理单元13所输出的目标主体检测信息中的检测结果标识。

检测成功模块701，若在当前帧中成功检测到目标主体，则依据检测到的当前帧的目标主体平均亮度产生亮度控制信息。其中，检测成功模块701产生的亮度控制信息可以输出至光通量控制单元15，与此同时，还向光通量控制单元15输出亮度参考信息，此时的亮度参考信息为目标主体标定亮度。并且，检测成功模块701所使用的目标主体平均亮度包括一个目标主体和多个目标主体的情况，这两种情况下确定目标主体平均亮度的方式可以与前文方法部分描述的方式相同，此处不再赘述。

检测失败模块702，若在当前帧中检测目标主体失败，则计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并依据第一加权值产生亮度控制信息，整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。其中，检测失败模块702产生的亮度控制信息可以输出至光通量控制单元15，与此同时，还向光通量控制单元15输出亮度参考信息，此时的亮度参考信息为整帧标定亮度。并且，检测失败模块702计算出的整帧平均亮度与整帧标定亮度的第一加权值与前述方法部分描述的第一加权值相同，即，第一加权值的计算可以基于任何具有单调递增函数关系的表达式、且整帧标定亮度在第一加权值中所占的加权比重的上限可以为100％或不足100％，此处不再赘述。

另外，为了利用预先设定的目标主体标定亮度约束目标主体平均亮度的变化、以削弱目标主体的亮度波动，检测成功模块701可以按照方法部分描述的方式将目标主体平均亮度与目标主体标定亮度的第二加权值作为亮度控制信息，其中，目标主体标定亮度在第二加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值；

同理，为了利用预先设定的整帧标定亮度约束该整帧标定亮度对整帧平均亮度的约束力变化、以削弱整帧亮度波动，检测失败模块702可以按照方法部分描述的方式将上述第一加权值与整帧标定亮度再次加权后得到的第三加权值作为亮度控制信息，其中，整帧标定亮度在第三加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值。

另外，参见图8，若在如图7所示的结构中引入亮度突变检测机制，则如图7所示的结构经扩展后包括：

检测判断模块800，其与图7中示出的检测判断模块700原理相同；

检测成功模块801，其与图7中示出的检测成功模块701原理相同；

突变检测模块802，若在当前帧中检测目标主体失败，则判断当前是否发生亮度突变。

突变调节模块803，若判断出发生了亮度突变，则依据当前帧的整帧平均亮度产生亮度控制信息。其中，突变调节模块803产生的亮度控制信息可以输出至光通量控制单元15，与此同时，还向光通量控制单元15输出亮度参考信息，此时的亮度参考信息为整帧标定亮度。

检测失败模块804，其与图7中示出的检测失败模块702原理相相似，区别仅在于：检测失败模块804是在突变检测模块802判断出未发生亮度突变时被触发，而图7中示出的检测失败模块702在检测目标主体失败时即被触发。

另外，为了利用预先设定的整帧标定亮度约束整帧平均亮度、以削弱整帧亮度波动，上述的突变调节模块803可以按照方法部分描述的方式将整帧平均亮度与整帧标定亮度加权后得到的第四加权值作为亮度控制信息。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种数字摄像机的自动曝光控制方法，其特征在于，包括：

判断是否在当前帧中成功检测到目标主体；

若在当前帧中成功检测到目标主体，则由检测到的当前帧的目标主体平均亮度与预先设定的目标主体标定亮度加权得到第二加权值，作为亮度控制信息；

若在当前帧中检测目标主体失败，则计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并由第一加权值与作为亮度参考信息的整帧标定亮度加权得到第三加权值，作为亮度控制信息；其中，整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。

2.一种数字摄像机的自动曝光控制方法，其特征在于，包括：

判断是否在当前帧中成功检测到目标主体；

若在当前帧中成功检测到目标主体，则由检测到的当前帧的目标主体平均亮度与预先设定的目标主体标定亮度加权得到第二加权值，作为亮度控制信息；

若在当前帧中检测目标主体失败，则判断当前是否发生亮度突变；

当判断出发生亮度突变时，依据当前帧的整帧平均亮度产生亮度控制信息；

当判断出未发生亮度突变时，计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并由第一加权值与作为亮度参考信息的整帧标定亮度加权得到第三加权值，作为亮度控制信息；其中，整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。

3.根据权利要求1或2所述的自动曝光控制方法，其特征在于，

目标主体标定亮度在第二加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值；

整帧标定亮度在第三加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值。

4.根据权利要求2所述的自动曝光控制方法，其特征在于，依据当前帧的整帧平均亮度产生的亮度控制信息为：整帧平均亮度与整帧标定亮度加权后得到的第四加权值。

5.根据权利要求1或2所述的自动曝光控制方法，其特征在于，当前帧中成功检测到的目标主体的数量为一个或多个，其中：

当成功检测到的目标主体的数量为一个时，用于产生亮度控制信息的目标主体平均亮度为该一个目标主体的目标主体平均亮度；

当成功检测到的目标主体的数量为多个时，用于产生亮度控制信息的目标主体平均亮度由多个目标主体的目标主体平均亮度的置信度加权归一化值表示。

6.一种数字摄像机的自动曝光控制装置，其特征在于，包括：

检测判断模块，判断是否在当前帧中成功检测到目标主体；

检测成功模块，若在当前帧中成功检测到目标主体，则由检测到的当前帧的目标主体平均亮度与预先设定的目标主体标定亮度加权得到第二加权值，作为亮度控制信息；

检测失败模块，若在当前帧中检测目标主体失败，则计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并由第一加权值与作为亮度参考信息的整帧标定亮度加权得到第三加权值，作为亮度控制信息；其中，整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。

7.一种数字摄像机的自动曝光控制装置，其特征在于，包括：

检测判断模块，判断是否在当前帧中成功检测到目标主体；

检测成功模块，若在当前帧中成功检测到目标主体，则由检测到的当前帧的目标主体平均亮度与预先设定的目标主体标定亮度加权得到第二加权值，作为亮度控制信息；

突变检测模块，若在当前帧中检测目标主体失败，则判断当前是否发生亮度突变；

突变调节模块，当判断出发生亮度突变时，依据当前帧的整帧平均亮度产生亮度控制信息；

检测失败模块，当判断出未发生亮度突变时，计算检测到的当前帧的整帧平均亮度与预先设定的整帧标定亮度的第一加权值、并由第一加权值与作为亮度参考信息的整帧标定亮度加权得到第三加权值，作为亮度控制信息；其中，整帧平均亮度在第一加权值中所占的加权比重与目标主体连续检测失败的帧数累计值呈单调递增关系。

8.根据权利要求6或7所述的自动曝光控制装置，其特征在于，

目标主体标定亮度在第二加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值；

整帧标定亮度在第三加权值中所占的权值比重为预先配置的固定值。

9.根据权利要求7所述的自动曝光控制装置，其特征在于，依据当前帧的整帧平均亮度产生的亮度控制信息为：整帧平均亮度与整帧标定亮度加权后得到的第四加权值。

10.根据权利要求6或7所述的自动曝光控制装置，其特征在于，当前帧中成功检测到的目标主体的数量为一个或多个，其中：

当成功检测到的目标主体的数量为一个时，用于产生亮度控制信息的目标主体平均亮度为该一个目标主体的目标主体平均亮度；

当成功检测到的目标主体的数量为多个时，用于产生亮度控制信息的目标主体平均亮度由多个目标主体的目标主体平均亮度的置信度加权归一化值表示。

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