CN105979162A - 一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法及装置，方法包括：获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等，进而为扩展相应动态范围提供可能。

Description

一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法及装置

技术领域

本发明涉及相机自动曝光技术领域，尤其涉及一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法及装置。

背景技术

自动曝光调整控制是指以人的视觉主观感觉为依据，通过控制曝光量使图像亮度最优化的过程。自动曝光算法是现代相机和摄像机的基本功能之一。当感光器件，例如相机的成像芯片，在获得正确的曝光后，才能获得高质量的图像，进一步地才能对该图像做出后续处理。

曝光量是指从景物到达相机的光通量的大小。曝光量的大小由相机的光圈大小、快门速度(曝光时间)、增益共同决定。光圈利用进光孔控制曝光时到达感光芯片上的光线照度强弱，快门速度(曝光时间)利用开启时间的长短控制进光时间，增益是指元器件的感光度，感光度越强，图像的亮度也就越大。

对于感光器件，动态范围(英文：Dynamic Range，缩写DR)表示图像中所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大，所能表现的层次越丰富。对于现代相机和摄像机来说，其动态范围越大，它能同时记录的暗部细节和两部细节越丰富。

由于相机成像芯片的固有感光能力有限，所拍摄场景的动态范围也是有限的，例如对亮暗跨度明显的场景来说，很难通过某一帧曝光下的图像同时清楚的看到亮部细节和暗部细节。对于有些芯片具有同时采集不同曝光参数下的两帧图像的能力，为扩展相机动态范围提供可能，在某些特定场景和特定应用条件下，需要较慢速度的自动曝光控制过程。例如，在拍摄跟踪导弹的过程中，迅速自动曝光会导致拍摄的画面曝光不确定，进而影响跟踪和定位，因此，需要根据拍摄的实际情况，自适应地调整自动曝光参数是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

为了实现对相机自动曝光的自动调整，本申请公开了如下技术方案：

第一方面，提供了一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法，所述方法包括：

获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，所述曝光评估值为每帧图像的加权平均灰度值；

设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，每帧图像的曝光评估值对应一个目标灰度值；

根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，所述曝光参数包括曝光时间和增益，所述调整方向是指增大或减小所述曝光参数；

按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等。

进一步地，设定所述每帧图像的目标灰度值包括：对两帧或两帧以上图像设置一个总体目标灰度值，所述总体目标灰度值为两帧或两帧以上的图像合成后的整体亮度值；根据所述每帧图像的目标灰度值与所述总体目标灰度值之间的差值关系，计算所述每帧图像的目标灰度值。

进一步地，对所述每帧图像的曝光参数进行调整包括：获取每帧图像的曝光参数，所述曝光参数包括曝光时间和增益；分别判断所述每帧图像的曝光评估值是否大于其对应的目标灰度值；如果大于所述目标灰度值，则判断该帧图像的增益是否大于最小增益；如果是，则减小该帧图像的增益；如果否，则减小该帧图像的曝光时间；如果小于所述目标灰度值，则判断该帧图像的曝光时间是否小于最大曝光时间；如果是，则增大该帧图像的曝光时间；如果否，则增大该帧图像的增益。

进一步地，所述动态调节步长包括曝光时间调节步长和增益调节步长；所述曝光时间调节步长用于调节每帧图像的曝光时间大小；所述增益调节步长用于调节每帧图像的增益大小。

进一步地，如果获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧图像，且曝光参数与图像灰度值呈线性递增的关系，则获取所述动态调节步长包括：设所述两帧图像的曝光评估值分别为第一曝光评估值H_now和第二曝光评估值L_now，且第一曝光评估值所对应的目标灰度值表示为H_tar，第二曝光评估值所对应的目标灰度值表示为L_tar，

根据公式计算所述曝光时间调节步长；

根据公式计算所述增益调节步长；

其中，E_H_step表示所述曝光时间调节步长，E_H表示第一曝光评估值所对应的图像的曝光时间，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需曝光时间，|H_now-H_tar|表示第一曝光评估值与目标灰度值之间的差值，n表示自动曝光速度调节参数，且0＜n≤1；G_H_step表示所述增益调节步长，G_H表示第一曝光评估值所对应的图像的增益，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需增益。

进一步地，方法还包括：根据所述自动曝光速度调节参数，确定所述预设调节速度；按照所述预设调节速度增大或减小每帧图像的增益或曝光时间，如果对自动曝光慢速调整，则减小所述自动曝光速度调节参数，如果对自动曝光快速调整，则增大所述自动曝光速度调节参数。

进一步地，所述确定预设调节速度还包括：获取自动曝光调节的时间间隔；根据所述时间间隔，确定所述预设调节速度，如果对自动曝光慢速调整，则延长所述时间间隔，如果对自动曝光快速调整，则缩短所述时间间隔。

进一步地，方法还包括：获取改变当前帧图像的曝光参数后生成的下一帧图像；计算所述下一帧图像的曝光评估值；判断所述下一帧图像的曝光评估值是否等于所述目标灰度值；如果不等于，则继续调节所述曝光参数，直到所述调节后的曝光参数所对应的曝光评估值等于其对应的目标灰度值为止。

第二方面，还提供了一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，所述曝光评估值为每帧图像的加权平均灰度值；

设定单元，用于设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，每帧图像的曝光评估值对应一个目标灰度值；

确定单元，用于根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，所述曝光参数包括曝光时间和增益，所述调整方向是指增大或减小所述曝光参数；

调整单元，用于按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等。

进一步地，所述设定单元具体用于：对两帧或两帧以上图像设置一个总体目标灰度值，所述总体目标灰度值为两帧或两帧以上的图像合成后的整体亮度值；根据所述每帧图像的目标灰度值与所述总体目标灰度值之间的差值关系，计算所述每帧图像的目标灰度值。

进一步地，所述调整单元具体用于：获取每帧图像的曝光参数，所述曝光参数包括曝光时间和增益；分别判断所述每帧图像的曝光评估值是否大于其对应的目标灰度值；如果大于所述目标灰度值，则判断该帧图像的增益是否大于最小增益；如果是，则减小该帧图像的增益；如果否，则减小该帧图像的曝光时间；如果小于所述目标灰度值，则判断该帧图像的曝光时间是否小于最大曝光时间；如果是，则增大该帧图像的曝光时间；如果否，则增大该帧图像的增益。

进一步地，还包括动态调节步长获取单元，用于获取所述动态调节步长，所述动态调节步长包括曝光时间调节步长和增益调节步长；所述曝光时间调节步长用于调节每帧图像的曝光时间大小；所述增益调节步长用于调节每帧图像的增益大小。

进一步地，如果获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧图像，且曝光参数与图像灰度值呈线性递增的关系，则所述动态调节步长获取单元具体用于：设所述两帧图像的曝光评估值分别为第一曝光评估值H_now和第二曝光评估值L_now，且第一曝光评估值所对应的目标灰度值表示为H_tar，第二曝光评估值所对应的目标灰度值表示为L_tar，

根据公式计算所述曝光时间调节步长；

根据公式计算所述增益调节步长；

其中，E_H_step表示所述曝光时间调节步长，E_H表示第一曝光评估值所对应的图像的曝光时间，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需曝光时间，|H_now-H_tar|表示第一曝光评估值与目标灰度值之间的差值，n表示自动曝光速度调节参数，且0＜n≤1；G_H_step表示所述增益调节步长，G_H表示第一曝光评估值所对应的图像的增益，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需增益。

进一步地，还包括调节速度设定单元，用于根据所述自动曝光速度调节参数，确定所述预设调节速度；以及按照所述预设调节速度增大或减小每帧图像的增益或曝光时间，如果对自动曝光慢速调整，则减小所述自动曝光速度调节参数，如果对自动曝光快速调整，则增大所述自动曝光速度调节参数。

进一步地，所述调节速度设定单元还用于：获取自动曝光调节的时间间隔；根据所述时间间隔，确定所述预设调节速度，如果对自动曝光慢速调整，则延长所述时间间隔，如果对自动曝光快速调整，则缩短所述时间间隔。

进一步地，所述获取单元，还用于获取改变当前帧图像的曝光参数后生成的下一帧图像，以及计算所述下一帧图像的曝光评估值；所述调整单元，还用于判断所述下一帧图像的曝光评估值是否等于所述目标灰度值，如果不等于，则继续调节所述曝光参数，直到所述调节后的曝光参数所对应的曝光评估值等于其对应的目标灰度值为止。

第三方面，提供了一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整设备，所述设备包括：处理器和存储器，

所述处理器，用于获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，所述曝光评估值为每帧图像的加权平均灰度值；

所述处理器，还用于设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，每帧图像的曝光评估值对应一个目标灰度值；

所述处理器，还用于根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，所述曝光参数包括曝光时间和增益，所述调整方向是指增大或减小所述曝光参数；

所述处理器，还用于按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等，进而为扩展相应动态范围提供可能；

所述存储器，用于存储所述每帧图像的曝光评估值，所述每帧图像的目标灰度值，曝光参数，动态调节步长以及预设的调节速度。

本申请提供的一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法及装置，通过设置拍摄同一场景的两帧或两帧以上的图像的目标灰度值，实现场景动态范围扩展的可能。并通过不同目标灰度值之间的差值关系，控制动态范围扩展的程度。上述差值关系不但实现了图像动态范围的可扩展性，而且还能够避免中间灰阶的丢失。相比于现有的采用比例关系的调整方法，差值关系不受当前目标灰度值的影响，适用于各种亮度区间，从而实现精准的动态范围扩展方法。

此外，通过控制自动曝光算法确定预设调节速度，从而能够根据不同场景需求按照预设调节速度调整曝光参数，确保曝光调整的稳定性。通过计算动态调节步长，实现自动曝光的准确自适应调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法的流程图；

图2是本申请提供的另一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法的流程图；

图3是本申请提供的一种曝光时间与亮度值呈线性关系的示意图；

图4是本申请提供的又一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法的流程图；

图5是本申请提供的一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整装置的框图；

图6是本申请提供的另一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整装置的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。

本发明通过实现在同一时间内对同一场景进行两个不同曝光参数下的曝光，获得高亮度和低亮度的两帧图像后合成实现相机的动态范围扩展。其中高亮度图像可以获取场景中较暗部分细节，低亮度图像可以获取场景中较亮部分细节。高亮度通过设置较高亮度目标值实现，低亮度通过设置较低亮度目标值实现。

如果芯片可以设置两个不同的增益，高亮度图像通过高增益获得，低亮度图像通过低增益获得。如果芯片可以设置两个不同的曝光时间，高亮度图像通过长曝光时间获得，低亮度图像通过短曝光时间获得。高亮度和低亮度图像的亮度差距越大，合成后的图像能看清的亮暗细节就越丰富，扩展的动态范围就越大。本申请提供的自动曝光调整方法，高亮度图像与低亮度图像的亮度差直接影响到动态范围的大小。

下面结合图1至图6，对本申请提供的一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法及装置进行完整详尽地描述。

如图1所示，为本申请实施例提供的一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法的流程图，用于对在同一时间内对同一场景进行拍摄的两个不同曝光参数下的帧图像做曝光调整，所述两个曝光参数分别为高曝光参数和低曝光参数，拍摄后可获取高亮度图像和低亮度图像，该方法包括：

步骤101：获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，所述曝光评估值为每帧图像的加权平均灰度值。

以拍摄的高亮度图像为例，设所述当前帧图像为高亮度图像，对该高亮度图像进行分区，例如8*8，并设置中间区域为高，四周边缘区域为低，并计算该高亮度图像的加权平均灰度值，并且，所述加权平均灰度值也为亮度值。

步骤102：设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，每帧图像的曝光评估值对应一个目标灰度值。

所述目标灰度值为预设灰度值，或者目标亮度值，该目标灰度值用于判断曝光参数是否需要调节的临界值，该目标亮度值的设定能够影响最终合成后的图像动态范围。

步骤103：根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，所述曝光参数包括曝光时间和增益，所述调整方向是指增大或减小所述曝光参数。

即比较每帧图像的曝光评估值与目标灰度值的大小，进而确定调整项是调整曝光时间，还是调整增益，以及确定增加或者减小相应的曝光参数。

在步骤103中，将每帧图像的曝光评估值与其对应的目标灰度值进行比较，如果两者不相等，则需要对曝光参数进行调整，如果相等，则不需要调整。本申请所述的相等是指比较的图像的曝光评估值与其对应的目标灰度值之差不超过一定的预设范围之内，即曝光评估值接近目标灰度值，在预设范围内时，都可以认为两者是相等的。

其中，所述动态调节步长包括曝光时间调节步长和增益调节步长，所述曝光时间调节步长用于调节每帧图像的曝光时间大小，所述增益调节步长用于调节每帧图像的增益大小。该动态调节步长可通过计算或者预先设置获得。

步骤104：按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等，进而为扩展相应动态范围提供可能。

本申请提供的一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法及装置，通过设置拍摄同一场景的两帧或两帧以上的图像的目标灰度值，实现场景动态范围扩展的可能。并通过不同目标灰度值之间的差值关系，控制动态范围扩展的程度。上述差值关系不但实现了图像动态范围的可扩展性，而且还能够避免中间灰阶的丢失。相比于现有的采用比例关系的调整方法，差值关系不受当前目标灰度值的影响，适用于各种亮度区间，从而实现精准的动态范围扩展方法。

此外，通过控制自动曝光算法确定预设调节速度，从而能够根据不同场景需求按照预设调节速度调整曝光参数，确保曝光调整的稳定性。通过计算动态调节步长，实现自动曝光的准确自适应调整。

可选的，在设定所述每帧图像的目标灰度值时，还包括如下方式：

首先，对两帧或两帧以上图像设置一个总体目标灰度值，所述总体目标灰度值为两帧或两帧以上的图像合成后的整体亮度值；

其次，根据所述每帧图像的目标灰度值与所述总体目标灰度值之间的差值关系，计算所述每帧图像的目标灰度值。

例如，设置的总体目标灰度值为80，其余每帧图像的目标灰度值与该总体目标灰度值之间的差值不超过20，如果对当前拍摄的两帧图像进行合成，所述两帧图像分别为高曝光度图像和低曝光度图像，则可以设定这两帧图像的目标灰度值分别为100和60。

通过设置总体目标灰度值，由于总体目标灰度值决定了宽动态合成后图像的整体亮度。其中每帧图像各自的目标灰度值，由总体目标灰度值根据差值关系计算得出，从而实现自动化控制，差值关系决定了动态范围扩展的程度。

在另一个实施例中，如图2所示，对所述每帧图像的曝光参数进行调整的具体过程包括：

步骤1041：获取每帧图像的曝光参数，所述曝光参数包括曝光时间和增益；

步骤1042：分别判断所述每帧图像的曝光评估值是否大于其对应的目标灰度值，根据比较结果确定调整的曝光参数以及调整的方向。

步骤1043：如果大于所述目标灰度值，则确定调整曝光参数的方向向下，即减小曝光参数，进一步地判断该帧图像的增益是否大于最小增益；

步骤1044：如果大于所述目标灰度值的图像，其增益也大于所述最小增益，则确定调整项是增益，即减小该帧图像的增益；

步骤1045：反之，如果大于所述目标灰度值的图像，其增益小于或等于所述最小增益，则减小该帧图像的曝光时间。

步骤1046：如果小于所述目标灰度值，则确定调整曝光参数的方向向上，即增大曝光参数，进一步地判断该帧图像的曝光时间是否小于最大曝光时间；

步骤1047：如果小于所述目标灰度值的图像，其曝光时间小于最大曝光时间，则确定调整项是曝光参数，即增大该帧图像的曝光时间；

步骤1048：反之，如果小于所述目标灰度值的图像，其曝光时间大于或等于最大曝光时间，则增大该帧图像的增益。

如果判断所述曝光评估值等于目标灰度值，则无需调节曝光参数，即表示当前帧图像的曝光评估值较优，满足自动曝光要求。

需要说明的是，由于设置的最大曝光时间为上限值，所以，获取的当前帧图像的曝光时间不会超过该最大曝光时间，对应地，由于设置的最小增益为下限值，获取的当前帧图像的增益不会小于该最小增益，所以，步骤1045中可认为获取的增益等于该最小增益。

本实施例提供的一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法，由于曝光时间与帧图像的灰度值之间呈线性递增的关系，如图3所示，所以在当前光照环境下，通过比较当前帧图像的曝光评估值(亮度值)与目标灰度值的大小，改变该曝光参数，使得调节后的曝光参数所对应的曝光评估值与目标灰度值相等，进而实现了对曝光参数的自适应调整，例如在拍摄跟踪导弹时，通过调整曝光参数和曝光速度使得拍摄的导弹图像亮度适宜。

此外，将当前帧图像的曝光评估值(亮度值)与目标灰度值做差，从而计算出从当前帧图像亮度值达到目标灰度值所需的曝光时间和增益。进而可以确保当灰度值的差值较大时，增大调节步长，当灰度值的差值较小时，减小调节步长，从而实现了对曝光参数的准确快速调整，提高了自动曝光的速率，并且不影响高动态范围图像的画面质量。

在一个可选的实施例中，如果获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧图像，且曝光参数与图像灰度值呈线性递增的关系，则获取所述动态调节步长包括：

设所述两帧图像的曝光评估值分别为第一曝光评估值H_now和第二曝光评估值L_now，且第一曝光评估值所对应的目标灰度值表示为H_tar，第二曝光评估值所对应的目标灰度值表示为L_tar，并且满足0＜|H_tar-L_tar|≤max，

根据公式计算所述曝光时间调节步长；

根据公式计算所述增益调节步长；

其中，E_H_step表示所述曝光时间调节步长，E_H表示第一曝光评估值所对应的图像的曝光时间，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需曝光时间，|H_now-H_tar|表示第一曝光评估值与目标灰度值之间的差值，为从当前图像灰度值达到目标灰度值所需曝光时间。n表示自动曝光速度调节参数，且0＜n≤1；G_H_step表示所述增益调节步长，G_H表示第一曝光评估值所对应的图像的增益，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需增益。为从当前图像灰度值达到目标灰度值所需增益。可以确保灰度值差距较大时，调节步长较大，图像灰度值差距较小时，调节步长较小。相比于固定步长调整的方法，动态调整步长更加准确自适应。

本申请实施例中的“单位灰度值”表示一个灰度值，即表示当前光照环境下，改变当前帧图像的一个灰度值所需曝光时间；所述表示当前光照环境下，改变当前帧图像的一个灰度值所需增益。

本实施例提供的方法，通过计算调节步长，包括曝光时间调节步长和增益调节步长，来逐渐调节曝光参数，以实现对曝光参数(曝光时间和增益)的逐步调节，防止单次调节步长程度过大，超过所述目标灰度值，导致反复调节；或者，单次调节步长程度过小，导致调节次数增加，从而实现了对曝光参数的准确快速调整，提高了自动曝光的速率。

在另一个实施例中，为提高调节效率，上述方法还包括：确定自动曝光调节速度。具体过程为：根据所述自动曝光速度调节参数，确定预设调节速度；按照所述预设调节速度增大或减小每帧图像的增益或曝光时间，如果对自动曝光慢速调整，则减小所述自动曝光速度调节参数，如果对自动曝光快速调整，则增大所述自动曝光速度调节参数。

进一步地，所述自动曝光调节速度可以通过两种方法控制，一种是调节自动曝光速度调节参数n，若调节的速度要求越慢，则n越小。另一种是控制自动曝光调节时间间隔，根据所述时间间隔，确定所述预设调节速度，如果对自动曝光慢速调整，则延长所述时间间隔，降低预设调节速度；如果对自动曝光快速调整，则缩短所述时间间隔，加快预设调节速度。例如，最快调整速度是每帧调整，慢速调整则是增加调整间隔帧数。

本实施例中通过确定调节速度，实现对自动曝光方法的速度调节，进一步提高自动曝光调整的效率和准确性。

在上述实施例提供的方法中，一次调节曝光参数后的曝光评估值难以达到目标灰度值，所以需要多次调节，进一步地，上述实施例中增大当前帧的曝光参数之后还包括：

获取所述增大后的曝光参数，根据所述增大后的曝光参数生成下一个帧的图像；获取所述下一个帧图像的曝光评估值；判断所述下一个帧图像的曝光评估值是否等于所述目标灰度值；如果不等于，则继续增大所述曝光参数，直到所述增大后的曝光参数所对应的曝光评估值等于所述目标灰度值为止。

在增大曝光时间或增益之后，刷新曝光参数，使得刷新后曝光参数生效，然后按照预设顺序生成下一帧图像，再计算该下一帧图像的曝光评估值，并比较该曝光评估值是否等于目标灰度值，如果不相等，则再根据最大曝光时间，确定是增大帧图像的曝光时间，还是增大增益，直到调整后的曝光参数所对应的曝光评估值等于目标评估值为止。

相应的，减小所述曝光参数之后逐步调节的过程与逐步增大调节曝光参数的过程相似，具体过程包括：

获取所述减小后的曝光参数，根据所述减小后的曝光参数生成下一个帧的图像；获取所述下一个帧图像的曝光评估值；判断所述下一个帧图像的曝光评估值是否等于所述目标灰度值；如果不等于，则继续减小所述曝光参数，直到所述减小后的曝光参数所对应的曝光评估值等于所述目标灰度值为止。

上述增大和减小曝光参数的过程都是先根据计算出的调节步长进行一步调整，将新的曝光参数作用到下一帧图像，然后将下一帧图像的曝光评估值与目标评估值进行比较，如果相等，则不调节曝光参数，如果不相等，则继续调节。

可选的，对高亮度图像和低亮度图像的自动曝光调整方法的具体过程如下：

获取两个曝光参数不同的曝光参数的曝光评估值，所述两个曝光评估值分别为高亮度图像的曝光评估值和低亮度图像的曝光评估值；

分别判断所述高亮度图像的曝光评估值与其所对应的目标灰度值的大小，和所述低亮度图像的曝光评估值与其所对应的目标灰度值的大小；

分别根据每个图像的曝光评估值的比较结果，对每个曝光评估值所对应的曝光参数进行调整，以增大所述高亮度图像的亮度和所述低亮度图像之间的亮度差，进而拓展合成后的图像的动态范围，使得合成后的图像能看清的亮暗细节更丰富。

在一个具体的实施例中，如图4所示，所述自动曝光调整方法用于同时对同一场景的两帧图像进行调整，所述两帧图像分别为高亮度图像和低亮度图像，即同时对这两个帧的图像进行如下步骤操作：

A、计算当前两帧图像曝光评估值，设这两个帧图像的曝光评估值为H_now和L_now。

对图像进行分区，例如8*8，以中间区域为高亮度，四周边缘区域为低亮度，计算加权平均灰度值，作为图像的曝光评估值。且H_now表示高亮度区域的曝光评估值，L_now表示低亮度区域的曝光评估值。

B、设定两帧图像的目标亮度值，也可成为目标灰度值为H_tar和L_tar，其中，所述目标亮度值的设定影响最终合成后图像动态范围。其所述合成后的动态图像范围满足如下条件：DR∝|H_tar-L_tar|

C、确定调整方向。分别对高曝光率的图像图和低曝光率的图像进行独立调整。例如以调整高曝光率的图像为例：比较H_tar与H_now的大小。

如果H_tar＞H_now，则向上(增大)调节曝光参数；

如果H_tar＜H_now，则向下(减小)调节曝光参数；

如果H_tar＝H_now，则不调节曝光参数。

D、确定调整项，即调整参数。

如果向上调整曝光参数：则进一步判断曝光时间E是否达到最大曝光时间(上限值)；

如果曝光时间E小于最大曝光时间，则向上调整曝光时间E，如果等于，则向上调整增益G；

如果向下调整曝光参数：则进一步判断增益G是否达到最小增益(即下线值)；

如果增益G大于最小增益，则向下调整增益G，如果等于，则向下调整曝光时间E。

E、确定调节步长。

以高曝光率的图为例：若是调节曝光时间，则根据曝光时间调节步长的计算公式：来计算曝光时长调节步长。其中，E_H_step为所述高曝光率图像的曝光时间调节步长，E_H为所述当前高曝光率图像的曝光时间，H_now为所述当前高曝光率图像的曝光评估值，H_tar为所述设定，n为自动曝光速度调节参数，且0＜n≤1。按照所述计算的曝光时间调节步长，增大或者减小所述当前图像的曝光时间。

若是调节增益，则根据增益调节步长公式计算所述增益调节步长；其中，G_H_step为所述增益调节步长，G_H为所述当前帧图像的增益，H_now为所述当前帧图像的曝光评估值，H_tar为所述目标灰度值，n为自动曝光速度调节参数，且0＜n≤1，按照所述计算的增益调节步长，增大或者减小所述当前帧图像的增益。

其中，在步骤“E、确定调节步长”中，还包括“确定调节速度”。具体地，确定调节速度可以通过控制自动曝光速度调节参数n实现，即速度要求越慢，n越小。还可以通过控制自动曝光调节间隔，速度要求越慢，调节间隔越长，进行一次曝光调整所等待的帧数就越多。

为了达到目标亮度的同时，获取高质量图像。在曝光参数调整策略上，其中，所述曝光参数主要涉及曝光时间和增益，如果图像亮度需提高，则优先调整曝光时间，如果图像亮度需减弱，则优先降低增益。避免增益过大会引入噪声，造成图像质量下降。

本申请还提供了一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整装置，对应于上述自动曝光调整方法，如图5所示，所述装置包括：

获取单元501，用于获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，所述曝光评估值为每帧图像的加权平均灰度值；

设定单元502，用于设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，每帧图像的曝光评估值对应一个目标灰度值；

确定单元503，用于根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，所述曝光参数包括曝光时间和增益，所述调整方向是指增大或减小所述曝光参数；

调整单元504，用于按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等。

进一步地，所述设定单元502具体用于：对两帧或两帧以上图像设置一个总体目标灰度值，所述总体目标灰度值为两帧或两帧以上的图像合成后的整体亮度值；根据所述每帧图像的目标灰度值与所述总体目标灰度值之间的差值关系，计算所述每帧图像的目标灰度值。

进一步地，所述调整单元504具体用于：获取每帧图像的曝光参数，所述曝光参数包括曝光时间和增益；

分别判断所述每帧图像的曝光评估值是否大于其对应的目标灰度值；

如果大于所述目标灰度值，则判断该帧图像的增益是否大于最小增益；如果是，则减小该帧图像的增益；如果否，则减小该帧图像的曝光时间；

如果小于所述目标灰度值，则判断该帧图像的曝光时间是否小于最大曝光时间；如果是，则增大该帧图像的曝光时间；如果否，则增大该帧图像的增益。

进一步地，该装置还包括：动态调节步长获取单元505，用于获取所述动态调节步长，所述动态调节步长包括曝光时间调节步长和增益调节步长；所述曝光时间调节步长用于调节每帧图像的曝光时间大小；所述增益调节步长用于调节每帧图像的增益大小。

由于曝光时间与帧图像的灰度值之间呈线性递增的关系，所以在当前光照环境下，通过比较当前帧图像的曝光评估值(亮度值)与目标灰度值的大小，改变该曝光参数，使得调节后的曝光参数所对应的曝光评估值与目标灰度值相等，进而实现了对曝光参数的自适应调整，例如在拍摄跟踪导弹时，通过调整曝光参数和曝光速度使得拍摄的导弹图像亮度适宜。

如图6所示，如果获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧图像，且曝光参数与图像灰度值呈线性递增的关系，则所述动态调节步长获取单元505具体用于：

设所述两帧图像的曝光评估值分别为第一曝光评估值H_now和第二曝光评估值L_now，且第一曝光评估值所对应的目标灰度值表示为H_tar，第二曝光评估值所对应的目标灰度值表示为L_tar，

根据公式计算所述曝光时间调节步长；

根据公式计算所述增益调节步长；

其中，E_H_step表示所述曝光时间调节步长，E_H表示第一曝光评估值所对应的图像的曝光时间，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需曝光时间，|H_now-H_tar|表示第一曝光评估值与目标灰度值之间的差值，n表示自动曝光速度调节参数，且0＜n≤1；G_H_step表示所述增益调节步长，G_H表示第一曝光评估值所对应的图像的增益，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需增益。

进一步地，还包括调节速度设定单元506，用于根据所述自动曝光速度调节参数，确定所述预设调节速度；以及按照所述预设调节速度增大或减小每帧图像的增益或曝光时间，如果对自动曝光慢速调整，则减小所述自动曝光速度调节参数，如果对自动曝光快速调整，则增大所述自动曝光速度调节参数。

进一步地，所述调节速度设定单元506还用于：获取自动曝光调节的时间间隔；根据所述时间间隔，确定所述预设调节速度，如果对自动曝光慢速调整，则延长所述时间间隔，如果对自动曝光快速调整，则缩短所述时间间隔。

此外，在上述装置中，所述获取单元501，还用于获取改变当前帧图像的曝光参数后生成的下一帧图像，以及计算所述下一帧图像的曝光评估值；

所述调整单元504，还用于判断所述下一帧图像的曝光评估值是否等于所述目标灰度值，如果不等于，则继续调节所述曝光参数，直到所述调节后的曝光参数所对应的曝光评估值等于其对应的目标灰度值为止。

具体对每个曝光参数，包括曝光时间和增益的调节过程与前述实施例提供的调整方法相同，再次不做赘述。

本申请提供的一种动态范围图像的自动曝光调整装置，通过设置拍摄同一场景的两帧或两帧以上的图像的目标灰度值，实现场景动态范围扩展的可能。并通过不同目标灰度值之间的差值关系，控制动态范围扩展的程度。上述差值关系不但实现了图像动态范围的可扩展性，而且还能够避免中间灰阶的丢失。相比于现有的采用比例关系的调整方法，差值关系不受当前目标灰度值的影响，适用于各种亮度区间，从而实现精准的动态范围扩展方法。

此外，通过控制自动曝光算法确定预设调节速度，从而能够根据不同场景需求按照预设调节速度调整曝光参数，确保曝光调整的稳定性。通过计算动态调节步长，实现自动曝光的准确自适应调整，并且不影响高动态范围图像的画面质量。

在本申请的有一个实施例中，还提供一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整设备，与前述方法和装置的实施例相对应，所述设备包括：处理器和存储器，

所述处理器，用于获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，所述曝光评估值为每帧图像的加权平均灰度值；

所述处理器，还用于设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，每帧图像的曝光评估值对应一个目标灰度值；

所述处理器，还用于根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，所述曝光参数包括曝光时间和增益，所述调整方向是指增大或减小所述曝光参数；

所述处理器，还用于按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等，进而提供可扩展动态范围的合成前图像；

所述存储器，用于存储所述每帧图像的曝光评估值，所述每帧图像的目标灰度值，曝光参数，动态调节步长以及预设的调节速度。

此外，该处理器还用于执行前述方法实施例中的其它方法及功能。所述处理器包括硬件芯片，所述硬件芯片包括中央处理器CPU，或集成电路。所述存储器可以为易失性存储器，非易失性存储器或其组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (17)

1.一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整方法，其特征在于，所述方法包括：

获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，所述曝光评估值为每帧图像的加权平均灰度值；

设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，每帧图像的曝光评估值对应一个目标灰度值；

根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，所述曝光参数包括曝光时间和增益，所述调整方向是指增大或减小所述曝光参数；

按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设定所述每帧图像的目标灰度值包括：

对两帧或两帧以上图像设置一个总体目标灰度值，所述总体目标灰度值为两帧或两帧以上的图像合成后的整体亮度值；

根据所述每帧图像的目标灰度值与所述总体目标灰度值之间的差值关系，计算所述每帧图像的目标灰度值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述每帧图像的曝光参数进行调整包括：

获取每帧图像的曝光参数；

分别判断所述每帧图像的曝光评估值是否大于其对应的目标灰度值；

如果大于所述目标灰度值，则判断该帧图像的增益是否大于最小增益；如果是，则减小该帧图像的增益；如果否，则减小该帧图像的曝光时间；

如果小于所述目标灰度值，则判断该帧图像的曝光时间是否小于最大曝光时间；如果是，则增大该帧图像的曝光时间；如果否，则增大该帧图像的增益。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述动态调节步长包括曝光时间调节步长和增益调节步长；

所述曝光时间调节步长用于调节每帧图像的曝光时间大小；

所述增益调节步长用于调节每帧图像的增益大小。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，如果获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧图像，且曝光参数与图像灰度值呈线性递增的关系，则获取所述动态调节步长包括：

设所述两帧图像的曝光评估值分别为第一曝光评估值H_now和第二曝光评估值L_now，且第一曝光评估值所对应的目标灰度值表示为H_tar，第二曝光评估值所对应的目标灰度值表示为L_tar，

根据公式计算所述曝光时间调节步长；

根据公式计算所述增益调节步长；

其中，E_H_step表示所述曝光时间调节步长，E_H表示第一曝光评估值所对应的图像的曝光时间，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需曝光时间，|H_now-H_tar|表示第一曝光评估值与目标灰度值之间的差值，n表示自动曝光速度调节参数，且0＜n≤1；G_H_step表示所述增益调节步长，G_H表示第一曝光评估值所对应的图像的增益，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需增益。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，方法还包括：

根据所述自动曝光速度调节参数，确定所述预设调节速度；

按照所述预设调节速度增大或减小每帧图像的增益或曝光时间，如果对自动曝光慢速调整，则减小所述自动曝光速度调节参数，如果对自动曝光快速调整，则增大所述自动曝光速度调节参数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定预设调节速度还包括：

获取自动曝光调节的时间间隔；

根据所述时间间隔，确定所述预设调节速度，如果对自动曝光慢速调整，则延长所述时间间隔，如果对自动曝光快速调整，则缩短所述时间间隔。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，方法还包括：

获取改变当前帧图像的曝光参数后生成的下一帧图像；

计算所述下一帧图像的曝光评估值；

判断所述下一帧图像的曝光评估值是否等于所述目标灰度值；

如果不等于，则继续调节所述曝光参数，直到所述调节后的曝光参数所对应的曝光评估值等于其对应的目标灰度值为止。

9.一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整装置，其特征在于，所述装置包括：

获取单元，用于获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，所述曝光评估值为每帧图像的加权平均灰度值；

设定单元，用于设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，每帧图像的曝光评估值对应一个目标灰度值；

确定单元，用于根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，所述曝光参数包括曝光时间和增益，所述调整方向是指增大或减小所述曝光参数；

调整单元，用于按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述设定单元具体用于：

对两帧或两帧以上图像设置一个总体目标灰度值，所述总体目标灰度值为两帧或两帧以上的图像合成后的整体亮度值；

根据所述每帧图像的目标灰度值与所述总体目标灰度值之间的差值关系，计算所述每帧图像的目标灰度值。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述调整单元具体用于：

获取每帧图像的曝光参数；

分别判断所述每帧图像的曝光评估值是否大于其对应的目标灰度值；

如果大于所述目标灰度值，则判断该帧图像的增益是否大于最小增益；如果是，则减小该帧图像的增益；如果否，则减小该帧图像的曝光时间；

如果小于所述目标灰度值，则判断该帧图像的曝光时间是否小于最大曝光时间；如果是，则增大该帧图像的曝光时间；如果否，则增大该帧图像的增益。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括动态调节步长获取单元，

所述动态调节步长获取单元，用于获取所述动态调节步长，所述动态调节步长包括曝光时间调节步长和增益调节步长；

所述曝光时间调节步长用于调节每帧图像的曝光时间大小；

所述增益调节步长用于调节每帧图像的增益大小。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，如果获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧图像，且曝光参数与图像灰度值呈线性递增的关系，则所述动态调节步长获取单元具体用于：

设所述两帧图像的曝光评估值分别为第一曝光评估值H_now和第二曝光评估值L_now，且第一曝光评估值所对应的目标灰度值表示为H_tar，第二曝光评估值所对应的目标灰度值表示为L_tar，

根据公式计算所述曝光时间调节步长；

根据公式计算所述增益调节步长；

其中，E_H_step表示所述曝光时间调节步长，E_H表示第一曝光评估值所对应的图像的曝光时间，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需曝光时间，|H_now-H_tar|表示第一曝光评估值与目标灰度值之间的差值，n表示自动曝光速度调节参数，且0＜n≤1；G_H_step表示所述增益调节步长，G_H表示第一曝光评估值所对应的图像的增益，表示当前光照环境下，改变单位灰度值所需增益。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括调节速度设定单元，用于根据所述自动曝光速度调节参数，确定所述预设调节速度；以及

按照所述预设调节速度增大或减小每帧图像的增益或曝光时间，如果对自动曝光慢速调整，则减小所述自动曝光速度调节参数，如果对自动曝光快速调整，则增大所述自动曝光速度调节参数。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述调节速度设定单元还用于：

获取自动曝光调节的时间间隔；

根据所述时间间隔，确定所述预设调节速度，如果对自动曝光慢速调整，则延长所述时间间隔，如果对自动曝光快速调整，则缩短所述时间间隔。

16.根据权利要求9-15任一项所述的装置，其特征在于，

所述获取单元，还用于获取改变当前帧图像的曝光参数后生成的下一帧图像，以及计算所述下一帧图像的曝光评估值；

所述调整单元，还用于判断所述下一帧图像的曝光评估值是否等于所述目标灰度值，如果不等于，则继续调节所述曝光参数，直到所述调节后的曝光参数所对应的曝光评估值等于其对应的目标灰度值为止。

17.一种可扩展动态范围图像的自动曝光调整设备，其特征在于，所述设备包括：处理器和存储器，

所述处理器，用于获取在同一场景拍摄的曝光度不同的两帧或两帧以上图像，计算所述每帧图像的曝光评估值，所述曝光评估值为每帧图像的加权平均灰度值；

所述处理器，还用于设定所述每帧图像的目标灰度值，并计算不同的目标灰度值之间的差值，根据所述不同的目标灰度值之间的差值确定合成后图像可扩展的动态范围，每帧图像的曝光评估值对应一个目标灰度值；

所述处理器，还用于根据所述每帧图像的曝光评估值与目标灰度值比较，确定曝光参数调整项和调整方向，并且计算动态调节步长，所述曝光参数包括曝光时间和增益，所述调整方向是指增大或减小所述曝光参数；

所述处理器，还用于按照所述曝光参数调整项和调整方向，动态调节步长以及预设的调节速度对所述每帧图像的曝光参数进行调整，以使调整后的曝光评估值与其对应的目标灰度值相等；

所述存储器，用于存储所述每帧图像的曝光评估值，所述每帧图像的目标灰度值，曝光参数，动态调节步长以及预设的调节速度。