CN105991935A - 曝光控制装置及曝光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曝光控制装置，其包括时序控制单元及控制单元。时序控制单元用于根据控制单元的控制产生光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间。控制单元与光源、图像传感器及时序控制单元连接。控制单元用于根据光源脉冲序列控制光源在帧曝光时间内频闪。控制单元还用于确定选通脉冲与对应的光源脉冲之间的延迟及每个延迟对应的选通脉冲个数以确定选通脉冲序列及帧曝光时间。控制单元还用于根据选通脉冲序列控制图像传感器在帧曝光时间内多次电子曝光。图像传感器用于在帧曝光时间后输出多次电子曝光形成的子图像相加形成的帧图像。本发明还提供一种曝光控制方法。本发明的曝光控制装置及曝光控制方法可提高图像传感器的动态范围且成像清晰。

Description

曝光控制装置及曝光控制方法

技术领域

本发明涉及摄影技术，特别涉及一种曝光控制装置及曝光控制方法。

背景技术

现有曝光方法分为均值曝光方法、直方图曝光方法、以及两者结合的曝光方法。在均值曝光方法中，又按图像传感器不同分为以下两种方法：线性传感器的非迭代方法及线性传感器的迭代方法，这两种方法都是假定在场景不变的情况下，曝光时间与图像亮度均值具有线性关系，然后利用上一帧曝光时间和亮度均值以及目标亮度值求解下一帧图像曝光时间，所不同的是：一个是迭代过程,一个是非迭代过程。基于数值分析的二分法固定权值分区法、变权值分区法，主要是针对非线性图像传感器的曝光方法，二分法是利用曝光时间为零时将产生全黑的图像这一特点，逐步逼近最优曝光时间，两种分区法都是利用不同区域的权值求取最优灰度均值的方法，不同的只是对图像的区域划分是否固定不变。

传统直方图方法是以图像直方图的特征作为曝光控制的依据,利用图像在不同曝光情况下直方图的曲线特征会有所不同来判断场景曝光是否正确,从而指导曝光控制。

基于图像灰度均值的自动曝光方法是以灰度均值作为曝光参考量,自动获取最优化曝光量的过程。它将整幅图像或某一部分图像的像素灰度均值作为控制对象,将这个均值作为图像曝光正常与否的判断标准,并用它来指导相机做出相应的调整。

上述传统控制算法对曝光量的调整速度太慢,且存在严重的振荡现象,当场景迅速变化时不能满足车载感知系统实时处理的要求。此外,当场景中对比度较高时单单以灰度均值作为优化目标会出现局部曝光过度的情况，得不到较好的曝光效果，为后续的目标(交通标志，交通信号灯等)检测和识别带来了很多困难。

由于现实场景复杂，在环境噪声因素的影响下，采用现有的曝光控制算法,图像传感器采集到的图像中亮度信息对比度较大，画面中的场景辨识率较低，同时此类时序控制算法在会车车灯、随车刹车灯、转向灯等因素的影响下缺乏可靠性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种宽动态范围且成像清晰的曝光控制装置及曝光控制方法。

根据本发明实施例的曝光控制装置，其包括时序控制单元及控制单元。所述时序控制单元用于根据所述控制单元的控制产生光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间。所述控制单元与光源、图像传感器及所述时序控制单元连接。所述控制单元用于根据所述光源脉冲序列控制所述光源在所述帧曝光时间内频闪。所述控制单元还用于确定选通脉冲与对应的光源脉冲之间的延迟及每个所述延迟对应的选通脉冲个数以确定所述选通脉冲序列及所述帧曝光时间。所述控制单元还用于根据所述选通脉冲序列控制所述图像传感器在所述帧曝光时间内多次电子曝光。所述图像传感器用于在所述帧曝光时间后输出多次电子曝光形成的子图像相加形成的帧图像。本发明还提供一种曝光控制方法。

本发明实施例的曝光控制装置根据选通脉冲控制图像传感器电子曝光与光源配合实现距离选通成像，通过控制每个延迟对应的选通脉冲个数可以控制各种距离的被摄物对应的电子曝光次数，因此可以控制对应的子图像数目，从而使得帧图像中各种距离的被摄物的亮度均匀化，从而提高图像传感器的动态范围。另外，由于每次电子曝光都是全局曝光，因此，子图像清晰无拖影，对应地可保证帧图像的清晰度。

在某些实施方式中，所述曝光控制装置包括与所述时序控制单元连接的时钟单元，所述时钟单元用于产生时钟信号，所述控制单元用于控制所述时序控制单元根据所述时钟信号产生所述光源脉冲序列、所述选通脉冲序列及所述帧曝光时间。

在某些实施方式中，所述曝光控制装置包括与所述控制单元连接的通讯单元，所述通讯单元用于接收外部输入的曝光控制参数，所述控制单元用于根据所述曝光控制参数确定所述选通脉冲序列及所述帧曝光时间。

在某些实施方式中，所述曝光控制参数包括快门脉冲，所述控制单元用于根据所述快门脉冲确定所述帧曝光时间的起始时刻及所述光源脉冲序列的起始时刻。

在某些实施方式中，所述曝光控制参数包括物距范围及光源脉冲宽度，所述控制单元用于根据所述物距范围及所述光源脉冲宽度将所述物距范围分割为多个物距区间并确定每个所述物距区间对应的所述延迟。

在某些实施方式中，所述控制单元用于根据所述子图像的亮度确定对应的所述选通脉冲个数，所述子图像越亮，所述选通脉冲个数越少。

在某些实施方式中，所述控制单元用于根据所述延迟的长度确定对应的所述选通脉冲个数，所述延迟越长，所述选通脉冲个数越多。

在某些实施方式中，所述控制单元还用于根据所述图像传感器的动态范围确定所述延迟对应的所述选通脉冲个数。

在某些实施方式中，所述控制单元还用于根据所述选通脉冲序列的结束时间确定所述帧曝光时间的结束时间。

在某些实施方式中，所述控制单元还用于读取所述帧图像并驱动与所述曝光控制装置连接的显示器显示所述帧图像。

本发明实施例提出了一种曝光控制方法，其包括以下步骤：

产生光源脉冲序列；

确定选通脉冲与对应的光源脉冲之间的延迟及每个所述延迟的选通脉冲个数以确定选通脉冲序列及帧曝光时间；

根据所述光源脉冲序列控制光源在所述帧曝光时间内频闪；

根据选通脉冲序列控制图像传感器在所述帧曝光时间内多次电子曝光；及

输出多次电子曝光形成的子图像相加形成帧图像。

在某些实施方式中，所述曝光控制方法包括步骤：接收曝光控制参数。所述选通脉冲序列及所述帧曝光时间根据所述曝光控制参数确定。

附图说明

图1是本发明实施例的成像系统的功能模块示意图。

图2是本发明实施例的成像系统的时序控制示意图。

图3是本发明实施例的成像系统的图像传感器的工作原理示意图。

图4-6是本发明实施例的成像系统的操作原理示意图。

图7-8是本发明实施例的成像系统的另一个操作原理示意图。

图9是本发明实施例的成像系统的光源的工作原理示意图。

图10是本发明另一实施例的成像系统的功能模块示意图

图11是图10的成像系统的电路示意图。

图12是本发明实施例的曝光控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例曝光控制装置、曝光控制方法，图像传感器及成像系统。请参阅图1及图2，本发明实施例的曝光控制装置10可应用于成像系统100。本发明实施例的成像系统100可应用于车载夜视辅助系统(请参图4及图7)。除曝光控制装置10外，成像系统100还包括光源20、图像传感器30及显示器40。当然，成像系统100的应用并不限于本实施例，在其他实施例中可应用于其他的合适场所，例如场所夜视监控等。

曝光控制装置10包括时序控制单元12及控制单元14。时序控制单元12用于根据控制单元14的产生光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间。控制单元14与光源20、图像传感器30及时序控制单元12连接。控制单元14用于根据光源脉冲序列控制光源20在帧曝光时间内频闪。控制单元14还用于确定选通脉冲与对应的光源脉冲之间的延迟t_i(1≤i≤n)及每个延迟t_i的选通脉冲个数m_i(请参图8)以确定选通脉冲序列及帧曝光时间。控制单元14用于根据选通脉冲序列控制图像传感器30在帧曝光时间内多次电子曝光。图像传感器30用于在帧曝光时间后输出多次电子曝光形成的子图像相加形成的帧图像。

本发明实施例的曝光控制装置10根据选通脉冲控制图像传感器30电子曝光与光源20配合实现距离选通成像，通过控制每个延迟t_i对应的选通脉冲个数m_i可以控制各种距离的被摄物对应的电子曝光次数，因此可以控制对应的子图像数目，从而使得帧图像中各种距离的被摄物的亮度均匀化，从而提高图像传感器30的动态范围。另外，由于每次电子曝光都是全局曝光，因此，子图像清晰无拖影，对应地可保证帧图像的清晰度。

光源20可以是激光，并能提供频闪照明，以辅助图像传感器30清晰成像，特别是在光照条件不足的情况下，光源20辅助图像传感器30清晰成像的意义重大。光源20可以在光源脉冲控制下开启或关闭，例如，在光源脉冲的上升沿来临时开启发光，而在光源脉冲的下降沿来临时关闭。

图像传感器30可以是电荷耦合器件(charge-coupled device,CCD)或者互补性金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)传感器。图像传感器30用于在电子曝光时实现光电转换从而感测场景内被摄物反射光在图像传感器30的光学图像，即将场景内被摄物反射光在图像传感器30的光学图像转换成图像传感器30的每个像素的电信号从而形成子图像。本实施例中，每个像素的电信号为电压值。电子曝光即以电子控制方式控制图像传感器30的光电转换功能的开启及关闭。例如，图像传感器30通过选通脉冲触发电子曝光，即选通脉冲的上升沿来临时开启光电转换功能而在下降沿来临时关闭光电转换功能，每个选通脉冲宽度即为电子曝光的曝光时间。每次电子曝光形成对应的一个子图像。

请参阅图3，图像传感器30的每个像素在帧曝光时间内每次电子曝光都以积分形式累积电压V_i并将子图像的累积电压相加V₁+...V_i，并在帧曝光时间后输出了累积相加的电压V₁+...V_n，即为帧图像的像素电压值。然后再逐行输出帧图像的数据。

显示器40可以是液晶显示器，并与曝光控制装置10连接。曝光控制装置10从图像传感器读取帧图像并对帧图像进行图像处理，例如去噪及图像增强，显示器40读取并显示图像处理过的帧图像，以实现夜视辅助的功能。

在实际应用中，图像传感器30一般与镜头配合，并设置在汽车的前挡风玻璃上，朝向车辆前方，以在车辆行驶对车辆前方成像。光源20一般也设置在前挡风玻璃上，邻近图像传感器30设置并朝向车辆前方，以照明图像传感器30的场景。显示器40设置在中控台上，或者其他驾驶者方便看到的地方，并显示图像传感器30形成的帧图像。如此，在夜间行驶时，即使可见度差，成像系统100仍然可以清晰成像，并呈现给驾驶者，辅助驾驶者看清路况。

曝光控制装置10包括与时序控制单元12连接的时钟单元16，时钟单元16用于产生时钟信号，时序控制单元12根据时钟信号产生光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间。

如此，曝光控制装置10无需外接时钟，方便组装及使用。时钟单元16一般是晶振电路，并用于产生基准时钟，以供时序控制单元12使用。当然，在其他实施例中，曝光控制装置10可以省去时钟单元16，时序控制单元12与外部时钟连接，从而获得外部时钟信号。时序控制单元12根据外部时钟信号产生光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间。

曝光控制装置10包括与控制单元14连接的通讯单元18，通讯单元18用于接收曝光控制参数，控制单元14用于根据曝光控制参数确定选通脉冲序列及帧曝光时间。

如此，可以通过输入曝光控制参数根据实际需要控制曝光。当然，在其他实施例中，曝光控制参数可以根据实际需要存储于控制单元14中或者以其他的方式输入控制单元14。

本发明实施例中，曝光控制参数包括快门脉冲，控制单元14用于根据快门脉冲确定帧曝光时间的起始时刻及光源脉冲序列的起始时刻。

例如，如图2所示，可以采用快门脉冲的上升沿来的第一个时钟脉冲的上升沿触发曝光控制时间的起始时刻(上升沿)。当然，根据快门脉冲确定帧曝光时间的起始时刻及光源脉冲序列的起始时刻的具体方式可以不限于本实施例，而可以根据实际需求而定。如此，快门脉冲可以通过用户按下成像系统100的快门触发，也可以是由电子方式定期或者随机产生。如此，可以控制曝光时机，从而可以得到感兴趣的帧图像。

曝光控制参数包括物距范围及光源脉冲宽度，控制单元14用于根据物距范围及光源脉冲宽度将物距范围分割为多个物距区间A₁-A_n并确定每个物距区间A_i对应的延迟t_i。

请参阅图4，假设在成像系统100的应用过程中，场景的物距范围内包括较近距离的人(被摄物)及较远距离的汽车(被摄物)。根据光的传播原理，光源20发出的光在较短时间内到达较近距离的人并被反射回来在图像传感器30上成像，而在较长时间后到达较远距离的汽车并被反射回来在图像传感器30上成像。

请参阅图5，t_起表示光源脉冲的上升沿来临时刻，t_末表示光源脉冲的下降沿来临时刻，T_亮为光源脉冲宽度，选通脉冲与光源脉冲存在延迟t，选通脉冲宽度一般也为T_亮，即与光源脉冲宽度T_亮相同，。在t<T_亮的情况下，也即是说，选通脉冲的上升沿在t_末前来临的情况下，可以计算出光源20在t_起发出的光将被这个距离区间内的被摄物(例如较近距离的人)反射回来在图像传感器30成像，其中，V_光表示光速，一般取3×10¹⁰m/s。而光源20在t_末发出的光将被这个距离区间内的被摄物(例如较近距离的人)反射回来图像传感器30成像。因此，可以计算出图像传感器30仅对这个距离区间内的被摄物(例如较近距离的人)成像，属于距离选通成像。

请参阅图6，在t>T_亮的情况下，也即是说，选通脉冲的上升沿在t_末后来临的情况下，可以计算出光源20在t_起发出的光将会被这个距离区间内的被摄物(例如较远距离的汽车)反射回来在图像传感器30成像。而在t_末发出的光将被这个距离区间内的被摄物(例如较远距离的汽车)反射回来在图像传感器30成像。因此，可以计算出图像传感器30仅对这个距离区间内的被摄物(例如较远距离的汽车)成像。

从上可知，每次距离选通成像的物距区间取决于光源脉冲宽度T_亮。具体的，光源脉冲宽度T_亮越宽，物距区间越宽。而物距区间在场景中的位置取决于延迟t，因此，通过调整延迟t便可调整图像传感器30对不同物距的被摄物距离选通成像。因此，根据物距范围及光源脉冲宽T_亮并可以确定物距范围可以分割成多个物距区间及每个物距区间对应的延迟t。

具体的，请参阅图7-8，例如，在成像系统100的应用过程中，由于物距范围较大，或无法覆盖，则会在物距范围内分成多个物距区间，例如A₁-A_n。每个距离空间A_i具有对应的延迟t_i。在此情况下，控制单元14可以根据输入的物距范围及光源脉冲宽度T_亮延迟确定物距区间A₁-A_n及每个距离区间t_i对应的延迟t_i。

本实施例中，控制单元14用于根据子图像的亮度确定对应的选通脉冲个数m_i，子图像越亮，选通脉冲个数m_i越少。

具体的，物距范围内各种距离的被摄物可能存在亮度不均的现象，为了使各种距离的被摄物的亮度均匀化从而提高图像传感器30的动态范围，可以调整被摄物的延迟t_i对应的选通脉冲个数m_i，也即是对应的电子曝光次数。例如在图3的场景中，较远距离的汽车由于有照明车灯，因此相较于较近距离的人就显得亮很多。因此，较近距离对应的子图像较暗(控制单元14通过读取图像传感器30输出的子图像判断)，因此，可以通过增加对应的选通脉冲个数m_i来增加对应的子图像数量。较远距离的子图像较亮，因此，可以通过减少对应的选通脉冲个数m_i来减少子图像数量。如此，帧曝光时间内的子图像相加成帧图像后，较近距离的人与较远距离的汽车的亮度接近，可以提高动态范围。

控制单元14用于根据延迟t_i的长度确定对应的选通脉冲个数m_i，所述延迟t_i越长，选通脉冲个数m_i越多。

请参阅图9，为光源20的发射模型，光源20自O点发射光，光在传输过程中的能量记为P，波长记为λ，初始能量值为I，辐射的立体角为θ，光在均匀大气中的衰减系数是与光的波长λ有关的物理量，记为μ(λ)，光的传输距离记为L，则光的透过率为：

M(λ)＝exp(-μ(λ)·L)；

其中，M(λ)为光的透过率。

理论证明，光在均匀大气中传播时的能量P与主光轴的受光圆平面S的大小有关，圆平面S的越大，光的能量P衰减就越严重。由光的发射模型可知，平面S的半径则光在距离L处的受光面由此可推导出光在传输距离L时能量P为：

$P\left(L\right)=\frac{M\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&CenterDot;I^2}{S}=\frac{M\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&CenterDot;I^2}{\mathrm{\&pi;}{\left(L\tan \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}\right)}^2}=\frac{1}{\mathrm{\&pi;}{\left(L\tan \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}\right)}^2\&CenterDot;\exp (\mathrm{\&mu;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&CenterDot;L)}=\frac{1}{\mathrm{\&pi;}{\left(\tan \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}\right)}^2\&CenterDot;\exp (\mathrm{\&mu;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&CenterDot;L)L^2}.$

也即是说，光源20发出的光传播越远衰减越严重，例如在图6的场景中，i越大，A_i区间离光源20越远，对应的延迟t_i越长，且光源20发出的光传播A_i区间并反射回去的衰减越大，导致对应的子图像越暗，因此，需要对应增加对应选通脉冲个数m_i以增加对应子图像数目，以使帧图像中各种距离的被摄物亮度均匀。

当然，图像传感器30存在动态范围限制，仅根据子图像的亮度及延迟t_i的长度确定选通脉冲个数m_i可能会导致帧图像过度曝光，即图像传感器30的部分像素溢出。因此，控制单元14还用于根据图像传感器30的动态范围确定延迟t_i对应的选通脉冲个数m_i以防止图像传感器30过度曝光。例如，控制单元14可以以子图像的亮度及延迟t_i的长度确定选通脉冲个数m_i，然后据此形成的选通脉冲序列控制图像传感器30多次电子曝光，若产生的帧图像发生过度曝光，则删除帧图像，按比例减少m_i后，据此形成的选通脉冲序列控制图像传感器30多次电子曝光并判断帧图像是否发生过度曝光，如此，直至帧图像未过度曝光。

控制单元14还用于根据选通脉冲序列的结束时间确定帧曝光时间的结束时间。具体的，一旦延迟t_i及选通脉冲个数m_i确定，则选通脉冲序列确定，由于控制单元14是根据选通脉冲序列进行多次曝光形成帧图像的，因此，选通序列的结束即为帧曝光时间的结束。例如，如图2所示，可以采用选通脉冲序列的最后一个选通脉冲的下降沿(即为选通脉冲序列的结束时间)到来的第一个时钟脉冲的下降沿触发曝光控制时间的结束时刻(下降沿)。当然，根据选通脉冲序列的结束时间确定帧曝光时间的结束时间的具体方式可以不限于本实施例。

请参阅图10，本发明另一实施例的图像传感器30a可应用于成像系统100a。成像系统100a也可应用于车载夜视辅助系统(请参图4及图7)。成像系统100a还包括光源20及显示器40。当然，成像系统100a的应用也不限于本实施例，在其他实施例中可应用于其他的合适场所，例如场所夜视监控等。

图像传感器30a包括像素阵列32、时序控制单元34及控制单元36。时序控制单元34用于产生光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间。控制单元36与像素阵列32及时序控制单元34连接，控制单元36用于根据光源脉冲序列控制光源20在帧曝光时间内频闪。控制单元36还用于确定选通脉冲与对应的光源脉冲之间的延迟t_i(1≤i≤n)及每个延迟t_i的选通脉冲个数m_i(请参图8)以确定选通脉冲序列及帧曝光时间。控制单元36还用于根据选通脉冲序列控制像素阵列32在帧曝光时间内多次电子曝光。像素阵列32用于在帧曝光时间后输出多次电子曝光形成的子图像相加形成的帧图像。

本发明实施例的图像传感器30a根据选通脉冲控制像素阵列电子曝光与光源20配合实现距离选通成像，通过控制每个延迟t_i对应的选通脉冲个数m_i可以控制各种距离的被摄物对应的电子曝光次数，因此可以控制对应的子图像数目，从而使得帧图像中各种距离的被摄物的亮度均匀化，从而提高图像传感器30a的动态范围。另外，由于每次电子曝光都是全局曝光，因此，子图像清晰无拖影，对应地可保证帧图像的清晰度。

图像传感器30a同样可以是电荷耦合器件(charge-coupled device,CCD)或者互补性金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)传感器。

像素阵列32用于在电子曝光时实现光电转换从而感测场景内被摄物反射光在像素阵列32的光学图像，即将场景内被摄物反射光在像素阵列32的光学图像转为成像素阵列32的每个像素的电信号从而形成子图像。本实施例中，每个像素的电信号为电压值。电子曝光即以电子控制方式控制像素阵列32的光电转换功能的开启及关闭。例如，像素阵列32通过选通脉冲触发电子曝光，即选通脉冲的上升沿来临时开启光电转换功能而在下降沿来临时关闭光电转换功能，每个选通脉冲的宽度即为电子曝光的曝光时间。每次电子曝光形成对应的一个子图像。

需说明的是，像素阵列是图像传感器的主要结构，也即是说，图像传感器30同样包括有像素阵列，并且图像传感器30的像素阵列与像素阵列32的功能结构基本相同。

请参阅图3，像素阵列30的每个像素在帧曝光时间内每次电子曝光都以积分形式累积电压V_i并将子图像的累积电压相加V1+...V_i，并在帧曝光时间后输出了累积相加的电压V1+...V_n，即为帧图像的像素电压值。

在实际应用中，图像传感器30a一般也与镜头配合，并设置在汽车的前挡风玻璃上，朝向车辆前方，以在车辆行驶对车辆前方成像。光源20一般也设置在前挡风玻璃上，邻近图像传感器30a设置并朝向车辆前方，以照明图像传感器30a的场景。显示器40设置在中控台上，或者其他驾驶者方便看到的地方，并显示图像传感器30a形成的帧图像。如此，在夜间行驶时，即使可见度差，成像系统100a仍然可以清晰成像，并呈现给驾驶者，辅助驾驶者看清路况。

本发明实施例的图像传感器30a包括有处理器31、一次编程存储器(one timeprogrammable memory，OTPM)33及存储器35。OTPM 33及存储器35存储有程序代码及各种参数使得处理器31在各种参数下运行程序代码时能够实现时序控制单元34及控制单元36的功能。OTPM 33是一次烧录器件，可以将用户程序一次烧录到OTPM 33，方便图像传感器30a的生产。当然，时序控制单元34及控制单元36的设置并不限于本实施例，在其他方式中可以视需求做出改变，例如，采用单独的具有对应功能的硬件。

需说明的是，处理器、OTPM及存储器是图像传感器的主要结构，也即是说，图像传感器30同样包括有处理器、OTPM及存储器。但图像传感器30的OTPM及存储器存储的程序代码及各种参数可能OTPM 33及存储器35存储的程序代码及各种参数可能不同，因此，图像传感器30的处理器运行后呈现的功能可能不同，例如不具有时序控制单元34及控制单元36的功能。

也即是说，成像系统100与成像系统100a均包括时序控制单元12(或34)、控制单元14(或36)、光源20及图像传感器30(或30a)，成像系统100a与成像系统100的不同在于，成像系统100a利用图像传感器30a的硬件结构，将时序控制单元34及控制单元36集成于图像传感器30a内。如此，具有集成度高，组装及控制方便等优点。

本发明实施例的图像传感器30a包括与时序控制单元34连接的锁相环37，锁相环37用于接收外部时钟信号，光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间外部时钟信号产生。

当然，在其他实施例中，图像传感器30a内部可以包括与时序控制单元34连接的时钟单元(图未示)，时钟单元用于产生时钟信号。时序控制单元根据时钟信号产生光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间。

光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间根据外部时钟信号或时钟信号产生的方式及产生的效果控制单元36对选通脉冲序列及帧曝光时间的控制及产生的效果可以与前面结合图2及图4-8阐述的产生方式、控制及产生的效果相同，此处不再赘述。

本发明实施例的图像传感器30a包括与控制单元36连接的控制寄存器38，控制寄存器38用于接收曝光控制参数，控制单元36用于根据曝光控制参数确定选通脉冲序列及帧曝光时间。

如此，可以控制寄存器38通过输入曝光控制参数根据实际需要控制曝光。可以理解，控制寄存器38与通讯单元18相同。需说明的，控制寄存器是图像传感器的主要结构之一，也即是说，图像传感器30也包括有控制寄存器，而本发明实施例利用图像传感器30a的控制寄存器38实现通讯单元18的功能，提高集成度的同时方便使用。

当然，在其他实施例中，曝光控制参数可以根据实际需要存储于控制单元14中或者以其他的方式输入控制单元14。

本发明实施例的图像传感器30a还包括模式(analog-to-digital,A/D)转换器39及图像处理单元(image signal processor,ISP)310。A/D转换器140用于将像素阵列32输出电信号从模拟信号形式转换为数字信号形式，方便后续处理。ISP 310用于对帧图像进行包括坏像素点检测、灰度校正、自动白平衡等处理，以提高帧图像的重量。

需说明的是，A/D转换器跟ISP是图像传感器的主要结构，也即是说，图像传感器30同样包括有像素阵列A/D转换器跟ISP，并且图像传感器30的像素阵列与像素阵列32的功能结构基本相同。

请参阅图12，本发明实施的曝光控制方法可以由曝光控制装置10、图像传感器30或由成像系统100(或100a)实现，并包括以下步骤S1-S5。

S1：产生光源脉冲序列。步骤S1可以由时序控制单元12(或32)实现。具体的，时序控制单元12(或32)接收时钟信号，并在时钟信号的基础上产生光源脉冲序列。

S2：确定选通脉冲与对应的光源脉冲之间的延迟t_i(1≤i≤n)及每个延迟t_i的选通脉冲个数m_i,以确定选通脉冲序列及帧曝光时间。步骤S2可以由控制单元14(或34)实现。具体的控制方式及产生的效果可以与前面结合图2及图4-8阐述的控制方式及产生的效果相同，此处不再赘述。

S3：根据光源脉冲序列控制光源20在帧曝光时间内频闪。具体的，步骤S3可以由控制单元14(或34)实现。具体的控制及产生的效果方式可以与前面结合图2及光源20阐述的控制方式及产生的效果相同，此处不再赘述。

S4：根据选通脉冲序列控制图像传感器30(或30a)在帧曝光时间内多次电子曝光。具体的，步骤S3可以由控制单元14(或34)实现。具体的控制及产生的效果方式可以与前面结合图2及图像传感器30(或30a)阐述的控制方式及产生的效果相同，此处不再赘述。

S5：输出多次电子曝光形成的子图像相加形成帧图像。步骤S5可以由图像传感器30(或30a)。具体的输出方式及产生的效果可以与前面结合图3及图像传感器30(或30a)阐述的输出方式及产生的效果相同，此处不再赘述。

另外，曝光控制方法可以包括步骤S0。

S0：接收曝光控制参数。步骤S0可以由通讯单元18或控制寄存器38实现。曝光控制参数的使用方式及产生的效果可以与前面结合图2及图4-8阐述的使用方式及产生的效果相同，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定是针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施例的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施例中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施例中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种曝光控制装置，其特征在于包括：

时序控制单元和控制单元，所述时序控制单元用于根据所述控制单元的控制产生光源脉冲序列、选通脉冲序列及帧曝光时间；

所述控制单元与光源、图像传感器及所述时序控制单元连接，用于根据所述光源脉冲序列控制所述光源在所述帧曝光时间内频闪；所述控制单元还用于确定选通脉冲与对应的光源脉冲之间的延迟及每个所述延迟对应的选通脉冲个数以确定所述选通脉冲序列及所述帧曝光时间；所述控制单元还用于根据所述选通脉冲序列控制所述图像传感器在所述帧曝光时间内多次电子曝光；所述图像传感器用于在所述帧曝光时间后输出多次电子曝光形成的子图像相加形成的帧图像。

2.如权利要求1所述的曝光控制装置，其特征在于，所述曝光控制装置包括与所述时序控制单元连接的时钟单元，所述时钟单元用于产生时钟信号，所述控制单元用于控制所述时序控制单元根据所述时钟信号产生所述光源脉冲序列、所述选通脉冲序列及所述帧曝光时间。

3.如权利要求1所述的曝光控制装置，其特征在于，所述曝光控制装置包括与所述控制单元连接的通讯单元，所述通讯单元用于接收外部输入的曝光控制参数，所述控制单元用于根据所述曝光控制参数确定所述选通脉冲序列及所述帧曝光时间。

4.如权利要求2所述的曝光控制装置，其特征在于，所述曝光控制参数包括快门脉冲，所述控制单元用于根据所述快门脉冲确定所述帧曝光时间的起始时刻及所述光源脉冲序列的起始时刻。

5.如权利要求2所述的曝光控制装置，其特征在于，所述曝光控制参数包括物距范围及光源脉冲宽度，所述控制单元用于根据所述物距范围及所述光源脉冲宽度将所述物距范围分割为多个物距区间并确定每个所述物距区间对应的所述延迟。

6.如权利要求1所述的曝光控制装置，其特征在于，所述控制单元用于根据所述子图 像的亮度确定对应的所述选通脉冲个数，所述子图像越亮，所述选通脉冲个数越少。

7.如权利要求1所述的曝光控制装置，其特征在于，所述控制单元用于根据所述延迟的长度确定对应的所述选通脉冲个数，所述延迟越长，所述选通脉冲个数越多。

8.如权利要求1所述的曝光控制装置，其特征在于，所述控制单元还用于根据所述图像传感器的动态范围确定所述延迟对应的所述选通脉冲个数。

9.如权利要求所述1的曝光控制装置，其特征在于，所述控制单元还用于根据所述选通脉冲序列的结束时间确定所述帧曝光时间的结束时间。

10.如权利要求所述1的曝光控制装置，其特征在于，所述控制单元还用于读取所述帧图像并驱动与所述曝光控制装置连接的显示器显示所述帧图像。

11.一种曝光控制方法，其特征在于包括以下步骤：

产生光源脉冲序列；

确定选通脉冲与对应的光源脉冲之间的延迟及每个所述延迟的选通脉冲个数以确定选通脉冲序列及帧曝光时间；

根据所述光源脉冲序列控制光源在所述帧曝光时间内频闪；

根据选通脉冲序列控制图像传感器在所述帧曝光时间内多次电子曝光；及

输出多次电子曝光形成的子图像相加形成帧图像。

12.如权利要求11所述的曝光控制方法，其特征在于包括：

接收曝光控制参数；所述选通脉冲序列及所述帧曝光时间根据所述曝光控制参数确定。