CN106534660B - 一种自适应图像拍摄方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种自适应图像拍摄方法及装置，其中自适应图像拍摄方法包括：根据手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄的N帧图像确定环境亮度，所述N为大于或等于1的整数；若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值允许调节，则根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值，将所述手动光圈锁定在调节后的光圈值下拍摄图像。本发明实施例的技术方案能实现对普通手动光圈进行自适应调节，能极大地减少光圈的频繁调整的同时确保拍照质量。

Description

一种自适应图像拍摄方法及装置

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，具体涉及一种自适应图像拍摄方法及装置。

背景技术

对于机器视觉而言，光照是整个图像拍摄装置中非常重要的一个环节，只有保证了可靠的有效的光照，图像采集单元采集到的原始图像才会包含足够的信息，为后续的处理提供足够的内容和有利的条件。然而对很多特殊的应用场景而言，并不能提供稳定可靠的光源，并且外界的光照环境会存在较大幅度的变化。

虽然现在市场上有自动调节光圈的相机和镜头，但是对于需要持续统计图像亮度信息的应用，如前景检测等，需要一个持续不变的光圈值，否则会对实际应用带来信息损坏甚至是破坏应用功能，而对于目前最新推出的精确光圈镜头，可以锁定光圈值，但其价格昂贵，需要使用专门的相机方可配合使用，一般作为监控行业使用。

在使用普通的手动调节光圈的镜头，但全天候工作模式下外界环境光照变化范围非常大，需要调节光圈控制光的通过量，在很多户外利用自然光或者不可增加专用光源的情况下显得非常重要。

本发明为上述需求提供了一种简单可靠经济的解决方案，可以实现对普通手动光圈进行自适应调节。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种自适应图像拍摄方法及装置，以实现对普通手动光圈相机在全天候工作模式下进行自适应图像拍摄。

本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种自适应图像拍摄方法，包括：

根据手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄的N帧图像确定环境亮度，所述N为大于或等于1的整数；

若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值允许调节，则根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值，将所述手动光圈锁定在调节后的光圈值下拍摄图像。

进一步地，根据手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄的N帧图像确定环境亮度包括：获取当手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄的N帧图像，计算所述N帧图像的平均亮度作为环境亮度。

进一步地，所述根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值的操作是一个反复迭代的过程，直到确定的所述环境亮度满足所述预设阈值条件为止。

进一步地，若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值允许调节，则根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值，将所述手动光圈锁定在调节后的光圈值下拍摄图像的操作包括：

当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述手动光圈的光圈值允许调大，则调大所述手动光圈的光圈值，将手动光圈锁定在调大后的光圈值下拍摄图像；

当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值且所述手动光圈的光圈值允许调小，则调小所述手动光圈的光圈值，将手动光圈锁定在调小后的光圈值下拍摄图像；

其中所述第一亮度阀值小于所述第二亮度阀值。

进一步地，若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值不允许调节，而曝光时间允许调节，则调节曝光时间拍摄图像的操作包括：

若所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值，且所述手动光圈当前锁定的光圈值为最大光圈值，且曝光时间允许调大，则延长曝光时间拍摄图像；和/或

若所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值，且所述手动光圈当前锁定的光圈值为最小光圈值，且曝光时间允许减少，则减少曝光时间拍摄图像。

进一步地，所述方法还包括：

若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值不允许调节，而曝光时间不允许调节，则报告环境亮度不满足条件，超出调节范围。

进一步地，所述方法还包括：若所述环境亮度满足预设阈值条件，则保持所述手动光圈的光圈值不变，继续将手动光圈锁定在当前锁定的光圈值下拍摄图像。

第二方面，本发明实施例还提供了一种自适应图像拍摄装置，包括：

图像采集单元、运算控制单元、以及驱动单元；

所述图像采集单元用于根据图像采集单元的手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄图像；

所述运算控制单元用于根据所述图像采集单元连续拍摄的N帧图像确定环境亮度，若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值允许调节，则根据所述环境亮度确定所述手动光圈的光圈值，其中所述N为大于或等于1的整数；

所述驱动单元用于将所述手动光圈调整并锁定在所述运算控制单元所确定的光圈值。

进一步地，所述装置还包括限位单元，所述限位单元用于检测所述手动光圈的状态是否达到最大限位或最小限位；

所述运算控制单元具体用于若所述环境亮度不满足预设阈值条件时，根据所述手动光圈的状态以及所述环境亮度确定所述手动光圈的光圈值。

进一步地，所述驱动单元包括传动轴、步进电机、光圈调节机构；

步进电机耦接在传动轴上，光圈调节机构固定安装在传动轴上，光圈调节机构固定在所述图像采集单元的光圈调节环；

当步进电机转动时将动力传送传动轴上，送传动轴带光圈调节机构运动，光圈将随之调整。

进一步地：

所述光圈调节机构包括从动齿轮3、主动齿轮6、光圈调节齿轮10、传动轴主动齿轮11、以及带座轴承12；

所述限位单元包括光圈左限位位置检测开关4、以及光圈右限位位置检测开关5；

所述装置还包括电机安装座7、固定环9；

步进电机8通过电机安装座7固定在底板上，主动齿轮6固定安装在步进电机8的输出轴上，从动齿轮3和传动轴主动齿轮11均安装在传动轴2上，传动轴2用两个带座轴承12固定在底板上，光圈调节齿轮(10)通过固定环9固定在所述图像采集单元的光圈调节环；

当光圈调节齿轮10转动时，光圈将随之转动，而可调节位置的光圈左限位位置检测开关4和光圈右限位位置检测开关5安装在所述图像采集单元的下方，用于检测从动齿轮3的位置；

当步进电机转动时主动齿轮6带动从动齿轮3，通过传动轴2带动传动轴主动齿轮11，传动轴主动齿轮11将动力传送到光圈调节齿轮10。

进一步地，所述运算控制单元具体用于:

当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述限位单元检测所述手动光圈的状态未达到最大限位，则确定调大所述手动光圈的光圈值；

当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值且所述限位单元检测所述手动光圈的状态未达到最小限位，则确定调小所述手动光圈的光圈值；

其中所述第一亮度阀值小于所述第二亮度阀值。

进一步地，所述运算控制单元还用于：

当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述限位单元检测所述手动光圈的状态达到最大限位，则确定所述手动光圈的光圈值不变且所述图像采集单元的快门曝光时间延长；以及

当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值且所述限位单元检测所述手动光圈的状态达到最小限位，则确定所述手动光圈的光圈值不变且所述图像采集单元的快门曝光时间减少；

将所述图像采集单元的快门曝光时间调整到所述运算控制单元确定的快门曝光时间。

进一步地，所述限位单元为两个位置传感器，用于探测所述从动齿轮3的标志位。

本发明实施例提出的技术方案的有益技术效果是：

本发明实施例的技术方案通过提供一种自适应图像拍摄方法及装置，根据在当前位置连续采集N帧图像的平均亮度控制驱动单元驱动光圈转动来自动调整光圈，以拍摄出清晰的图像，能实现对普通手动光圈进行自适应调节，具有普遍适应性，能节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例一所述的自适应图像拍摄装置结构示意图；

图2是本发明具体实施例二所述的自适应图像拍摄装置结构示意图；

图3是本发明具体实施例三所述的自适应图像拍摄装置结构示意图；

图4是本发明具体实施例四所述的自适应图像拍摄方法流程图；

图5是本发明具体实施例五所述的自适应图像拍摄方法流程图。

其中，附图标记说明如下：

101：图像采集单元；

102：运算控制单元；

103：驱动单元；

104：限位单元；

1011：手动光圈；

1：相机；

2：传动轴；

3：从动齿轮；

4：光圈左限位位置检测开关；

5：光圈右限位位置检测开关；

6：主动齿轮；

7：电机安装座；

8：步进电机；

9：固定环；

10：光圈调节齿轮；

11：传动轴主动齿轮；

12：带座轴承。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

图1是本发明具体实施例一所述的自适应图像拍摄装置结构示意图，本实施例可适用于控制包括普通手动光圈的图像采集单元根据当前环境进行自适应调节的情况，如图1所示，本实施例所述的自适应图像拍摄装置包括：

图像采集单元101、运算控制单元102、以及驱动单元103；

所述图像采集单元101包括手动光圈1011，所述图像采集单元101用于根据所述手动光圈1011在当前锁定的光圈值下时连续拍摄图像；

所述运算控制单元102用于根据所述图像采集单元101连续拍摄的N帧图像确定环境亮度，若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值允许调节，则根据所述环境亮度确定所述手动光圈的光圈值，其中所述N为大于或等于1的整数；

所述驱动单元103用于将所述手动光圈1011调整并锁定在所述运算控制单元102所确定的光圈值。

其中，所述运算控制单元102根据所述图像采集单元101连续拍摄的N帧图像确定环境亮度可包括：获取当手动光圈1011在当前锁定的光圈值下时连续拍摄的N帧图像，计算所述N帧图像的平均亮度，将所述平均亮度作为环境亮度。

所述运算控制单元102根据所述环境亮度调节确定所述手动光圈1011的光圈值可具体为：

当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述手动光圈1011的光圈值允许调大，则所述运算控制单元102确定所述手动光圈1011的光圈值调大，所述驱动单元103将所述手动光圈1011调整并锁定在所述运算控制单元102所确定的调大后的光圈值下。

当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值(小于所述预设的第一亮度阀值)且所述手动光圈1011的光圈值允许调小，则所述运算控制单元102确定所述手动光圈1011的光圈值调小，所述驱动单元103将所述手动光圈1011调整并锁定在所述运算控制单元102所确定的调小后的光圈值下。

在驱动单元103在调整并锁定所述手动光圈1011的光圈值之后，所述图像采集单元101在所述手动光圈1011的光圈值锁定时连续拍摄图像。

当所述运算控制单元102判断所述N(大于或等于1的自然数)帧图像的平均亮度小于第一亮度阀值，且所述手动光圈1011的当前位置不位于最大，则控制所述驱动单元103驱动所述手动光圈1011向打开光圈的方向转动预设角度。

当所述运算控制单元102判断所述N帧图像的平均亮度大于第二亮度阀值(大于第一亮度阀值)，且所述手动光圈1011的当前位置不位于最小，则控制所述驱动单元103驱动所述手动光圈1011向关闭光圈的方向转动预设角度。

当所述比较结果显示所述N帧图像的平均亮度大于第一亮度阀值且小于第二亮度阀值，则所述运算控制单元102控制所述驱动单元103驱动所述手动光圈1011保持当前位置不变。

需要说明的是，本实施例所述的第一亮度阀值以及第二亮度阀值为预先设定的亮度值，这两个亮度阀值用于对图像采集单元101在当前环境下拍摄的图片质量进行评测，以作为对图像采集单元101的手动光圈1011是否调大或调小的一个判定依据，这两个亮度阀值具体设置依据图像采集单元101所采集的图像的灰度级、以及对图像采集单元101所采集的图像的质量要求来确定。例如，若所述图像采集单元101所采集的图像为256级灰度图像，可将第一亮度阀值设置为80，将第二亮度阀值设置为150。

另外，本实施例中，所述转动预设角度为控制手动光圈1011旋转的步进角度，也是预先设置的角度值，可以设定为固定值，即不论手动光圈1011当前处于何种开度，每次调节相同的角度，也可以设定为不固定值，即各次调整手动光圈1011的具体值，根据调整方向和/或当前角度的不同而区别设置。

另外，运算控制单元102控制所述驱动单元103驱动所述手动光圈1011向关闭手动光圈1011的方向和向打开手动光圈1011的角度转动的预设角度可以设置为相同角度，也可以设置为不同角度，优先为将两者设置为相同数值，优选为将所述预设角度设置为0.225度。

本实施例公开的自适应图像拍摄装置提出了一种自适应图像拍摄装置的技术方案，通过图像采集单元采集当前环境和光圈值下的图像，运算控制单元分析计算图像的质量，产生驱动单元的运动控制信号，驱动传动装置调节光圈大小，最终实现当前环境下的光圈自适应调节，能极大地减少光圈的频繁调整的同时确保拍照质量。

实施例二

对于实施例一所述的自适应图像拍摄装置来说，通常来说，镜头的手动光圈1011调节范围从完全关闭到完全打开，在镜头上的调节环可旋转的范围是一定的，调节到位之后就不可继续转动(这个范围通常约为几十度)，为了适应所有的镜头手动光圈1011调节范围和调节精度，在调节所述手动光圈的光圈值时，调整的步长优选为设置成镜头从完全关闭到完全打开的角度的N分之一，这样能避免各次调节不至于将手动光圈1011的调节达到了其左侧或右侧的极限位置，能避免手动光圈1011被过度调节而损坏。

为了自动地精确判断所述手动光圈1011的状态是否达到最大限位或最小限位，在实施例一的基础之上，本实施例所述自适应图像拍摄装置还包括限位单元104，本实施例所述的自适应图像拍摄装置结构框图如图2所示，所述限位单元104用于判断所述手动光圈1011的状态是否达到最大限位或最小限位，将判断结果发送到所述运算控制单元102，这种情况下，所述运算控制单元102用于根据所述手动光圈1011的状态以及所述环境亮度确定所述手动光圈1011的光圈值。

例如，所述运算控制单元102可具体用于：

当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述限位单元检测所述手动光圈的状态未达到最大限位，则确定调大所述手动光圈1011的光圈值；

当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值且所述限位单元判断所述手动光圈1011的状态未达到最小限位，则确定调小所述手动光圈1011的光圈值。

进一步地，所述运算控制单元102还用于：

当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述限位单元104检测所述手动光圈的状态达到最大限位，则确定所述手动光圈1011的光圈值不变且所述图像采集单元101的快门曝光时间延长；以及

当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值且所述限位单元104判断所述手动光圈1011的状态达到最小限位，则确定所述手动光圈1011的光圈值不变且所述图像采集单元101的快门曝光时间减少；

所述驱动单元103用于将所述手动光圈1011调整并锁定在所述运算控制单元102所确定的光圈值。

本实施例所述的自适应图像拍摄装置的成像部分指光学成像，成像镜头为手动光圈。通过控制光圈的开闭程度对进光量进行控制，以自动适应环境亮度。

例如，于一实施方式中，所述驱动单元103包括传动轴、步进电机、光圈调节机构；

步进电机耦接在传动轴上，光圈调节机构固定安装在传动轴上，光圈调节机构固定在所述图像采集单元的光圈调节环；

当步进电机转动时将动力传送传动轴上，送传动轴带光圈调节机构运动，光圈将随之转动。

需要说明的是，对于所述N帧图像的平均亮度小于第一亮度阀值，且所述手动光圈1011的当前位置位于最大，以及所述N帧图像的平均亮度大于第二亮度阀值，且所述手动光圈1011的当前位置位于最小的情况，为了在这些情况下能对操作者进行提示，还可进一步进行如下设置：

当所述运算控制单元102判断所述N帧图像的平均亮度小于第一亮度阀值，且所述手动光圈1011的当前位置位于最大，或者，当所述运算控制单元102判断所述N帧图像的平均亮度大于第二亮度阀值，且所述手动光圈1011的当前位置位于最小，通过所述运算控制单元102控制所述图像采集单元101输出异常情况提示。

或者，为了在这些情况下也能尽可能拍摄到高质量的图片，还可通过所述运算控制单元102控制所述图像采集单元101的快门调整曝光时间来进行拍摄，包括：

当所述运算控制单元102判断所述N帧图像的平均亮度小于第一亮度阀值，且所述手动光圈1011的当前位置位于最大，则控制所述图像采集单元101的快门延长曝光时间；或者，

当所述运算控制单元102判断所述N帧图像的平均亮度大于第二亮度阀值，且所述手动光圈1011的当前位置位于最小，则控制所述图像采集单元101的快门减小曝光时间。

本实施例公开的自适应图像拍摄装置提出了一种自适应图像拍摄装置的技术方案，通过图像采集单元采集当前环境和光圈值下的图像，运算控制单元分析计算图像的质量，产生驱动单元的运动控制信号，驱动传动装置调节光圈大小，最终实现当前环境下的光圈自适应调节。

实施例三

图3是本发明具体实施例二所述的自适应图像拍摄装置结构示意图，本实施例在实施例一的基础上，公开了一种更加具体的实施方式。

具体地，将实施例一所述的限位单元104进一步限定为包括光圈左限位位置检测开关4、以及光圈右限位位置检测开关5；将实施例一所述的所述驱动单元103进一步限定为包括传动轴2、从动齿轮3、主动齿轮6、电机安装座7、步进电机8、固定环9、光圈调节齿轮10、传动轴主动齿轮11、以及带座轴承12。

具体地，本实施例所述的自适应图像拍摄装置结构详见图2，如图2所示，本实施例所述的自适应图像拍摄装置包括：

相机1、传动轴2、从动齿轮3、光圈左限位位置检测开关4、光圈右限位位置检测开关5、主动齿轮6、电机安装座7、步进电机8、固定环9、光圈调节齿轮10、传动轴主动齿轮11、以及带座轴承12；

步进电机8通过电机安装座7固定在底板上，主动齿轮6固定安装在步进电机8的输出轴上，从动齿轮3和传动轴主动齿轮11均安装在传动轴2上，传动轴2用两个带座轴承12固定在底板上，光圈调节齿轮10通过固定环9固定在所述图像采集单元的光圈调节环；

当光圈调节齿轮10转动时，光圈将随之转动，而可调节位置的光圈左限位位置检测开关4和光圈右限位位置检测开关5安装在所述图像采集单元的下方，用于检测从动齿轮3的位置；

当电机转动时主动齿轮6带动从动齿轮3，通过传动轴2带动传动轴主动齿轮11，传动轴主动齿轮11将动力传送到光圈调节齿轮10。

由于光圈节齿轮10固定在镜头的光圈调节环上，此时就实现了对光圈的大小进行调节。

本装置通常镜头的光圈调节范围从完全关闭到完全打开，在镜头上的调节环可旋转的范围是一定的，调节到位之后就不可继续转动(这个范围通常约为几十度)，为了适应所有的镜头光圈调节范围和调节精度，电机输出的主动动齿轮与最终带动光圈调节的齿轮之间的传动比例设计为n:1，即电机每转动n°光圈调节圈转动1°。本实施例中n优选为5。

由于通过两次齿轮配合来调节光圈，其传动比n值选择范围大，甚至可达到10以上。从动齿轮3上设计有一个标志位，该标志位能被两个位置传感器探知，从而确定光圈的调节达到了其左侧或右侧的极限位置。而双传动器的作用下，即使装置断电后重启，也能避免光圈被过度调节而损坏。

在断电状态，手动旋转光圈调节齿轮带动光圈至完全打开状态，查看此时从动齿轮3上的标志位所处位置，并将最大位置限位开关调节至该位置，使得限位开关在此位置被触发，并且在将光圈调小该限位开关立即复位，锁紧该限位开关；然后将手动旋转光圈调节齿轮带动光圈至完全关闭状态，查看此时从动齿轮3上的标志位所处位置，并将最大位置限位开关调节至该位置，使得限位开关在此位置被触发，并且在将光圈调大该限位开关立即复位，锁紧该限位开关。

完成限位传感器的位置调节配置，装置可以安全的进行光圈自适应调节。作为优先，所述限位单元为两个位置传感器，用于探测所述从动齿轮3的标志位。

光圈的自适应调节步骤如下：

(1)在当前位置连续采集N帧图像，本发明中N优选为5。

(2)统计采集的N帧图像的平均亮度值k，其中K_N表示第N帧图像的平均亮度，是该帧图像所有像素点的亮度均值。

(3)判断平均亮度值k与亮度阈值之间的关系，亮度阈值有两个，分别是高亮度阈值K_b和低亮度阈值K_d。

一般图像的灰度值在某个范围内时，图像的细节保留的比较好，图像表征清晰，对于256级灰度图像，本发明实施例这个范围优选为80～150，也就是K_b优选为150，K_d优选为80。

如果K_d≤k≤K_b，表明当前图像的亮度符合要求。

如果k＜K_d，则表明当前图像偏暗，光圈值偏小。接下来判断当前光圈位置是否位于最大，若已经达到最大，则需要进入曝光时间调节，曝光时间由运算控制单元控制成像系统完成。没有达到最大光圈则控制电机向继续打开光圈的方向转动一个角度α，然后重复第2步操作。本发明中α优选值为0.225°。

如果k＞K_b，则表明当前图像偏亮，光圈值偏大。接下来判断当前光圈位置是否位于最小，若已经达到最小，则需要进入曝光时间调节，曝光时间由运算控制单元控制成像系统完成。没有达到最小光圈则控制电机向继续关闭光圈的方向转动一个角度α，然后重复第2步操作。

(4)对于进入曝光时间调节的，先判断当前曝光时间t与成像系统曝光时间区域(t_min,t_max)比较，对于图像偏暗的，如果t+Δt不超过t_max，则增大曝光时间至t+Δt，并返回第2步，否则反馈调节结果，报告环境光照条件过暗，超出调节范围。对于图像偏亮的，如果t-Δt不超过t_min，则减少曝光时间至t-Δt，并返回第2步，否则反馈调节结果，报告环境光照条件过亮，超出调节范围。

本实施例的技术方案通过在当前位置连续采集N帧图像的平均亮度控制驱动单元驱动光圈转动来自动调整光圈，以拍摄出清晰的图像，能实现对普通手动光圈进行自适应调节，具有普遍适应性，能节约成本。

实施例四

本实施例所述的方法适用于采用手动光圈的拍照装置进行全天候图像拍摄，其手动光圈通常锁定不变，在环境亮度上升或下降时，会调小或调大光圈值，在确保连续拍摄N帧图像确定环境亮度满足预设阈值条件后，将手动光圈锁定在新的位置以进行图像拍摄，能极大地减少光圈的频繁调整，能使拍摄的图像的光圈相对稳定，同时，能减少拍照装置的损耗，延长拍照装置的寿命。

图4是本实施例所述的自适应图像拍摄方法流程图，如图4所示，本实施例所述的自适应图像拍摄方法包括：

步骤S401、根据手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄的N帧图像确定环境亮度。

具体地，本步骤确定环境亮度的方式可通过计算所述N帧图像的平均亮度作为环境亮度，还可根据所述N帧图像的亮度采用其他计算方法进行计算获取计算结果作为环境亮度。本步骤可依据预设的触发条件执行，例如，预设时间或时间周期到达，

例如根据光照的明显变化，预设分别在每天的上午9点、中午11点、以及下午5点触发该步骤，又如，每隔预设时间间隔(如每隔两小时)触发该步骤。

步骤S402、若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值允许调节，则根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值，将所述手动光圈锁定在调节后的光圈值下拍摄图像。

本步骤可以通过如下方式进行：

方式一、每当手动光圈在新的位置锁定后，从拍摄装置在新的光圈值下拍摄的图像的数目达到N帧起，每拍摄一帧图像，则根据最新的N帧图像确定环境亮度，实时判断所确定的环境亮度是否满足预设阈值条件；

方式二、将本步骤中根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值的操作作为一个反复迭代的过程，直到确定的所述环境亮度满足所述预设阈值条件为止。

例如，方式二可具体采用以下方法：

当根据步骤S401确定的环境亮度不满足预设阈值条件而需要调整时，根据所确定的环境亮度调节手动光圈的光圈值，调整后，重新将该手动光圈锁定到该调整后的光圈值位置，继续拍摄N帧图像确定环境亮度，再次确定环境亮度，再次判断所确定的环境亮度是否满足预设阈值条件，重复上述过程，直到当前光圈值下连续拍摄的N帧图像所确定的环境亮度满足预设阈值条件为止。此时，光圈值调节过程完毕，将所述手动光圈锁定在调节后的光圈值下进行正常的图像拍摄。

需要说明的是，所述预设阈值条件为根据对图像的清晰度要求，预先设置的环境亮度条件。例如，若预设阈值条件为预先设置亮度范围，可在N张图片平均亮度在该亮度范围内时保持光圈锁定不动，在不满足该亮度范围时，如若亮度过小时，则调大光圈后锁定不动，若亮度过大时，则调小光圈后锁定不动。

例如预先设置两个亮度阀值，分别为第一亮度阀值和第二亮度阀值，第一亮度阀值小于所述第二亮度阀值。当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述手动光圈的光圈值允许调大，则调大所述手动光圈的光圈值，将手动光圈锁定在调大后的光圈值下拍摄图像；当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值且所述手动光圈的光圈值允许调小，则调小所述手动光圈的光圈值，将手动光圈锁定在调小后的光圈值下拍摄图像；当所述环境亮度大于所述预设的第一亮度阀值，且小于所述预设的第二亮度阀值，则保持所述手动光圈的光圈值不变，继续将手动光圈锁定在当前锁定的光圈值下拍摄图像。

进一步地，若所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值，且所述手动光圈当前锁定的光圈值为最大光圈值，且曝光时间允许调大，则延长曝光时间拍摄图像；若所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值，且所述手动光圈当前锁定的光圈值为最小光圈值，且曝光时间允许减少，则减少曝光时间拍摄图像。

进一步地，在所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值，且所述手动光圈当前锁定的光圈值为最大光圈值，且曝光时间不允许调大时，还可报告曝光时间超出调节范围；在所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值，且所述手动光圈当前锁定的光圈值为最小光圈值，且曝光时间不允许减少时，可报告曝光时间超出调节范围。

本实施例提供了一种自适应图像拍摄方法，该方法基于如实施例一、实施例二或实施例三所述的自适应图像拍摄装置，通过根据手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄的N帧图像确定环境亮度，根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值，将所述手动光圈锁定在调节后的光圈值下拍摄图像，能实现对普通手动光圈进行自适应调节，能极大地减少光圈的频繁调整，能减少拍照装置的损耗，从而延长拍照装置的寿命。

实施例五

本实施例是在实施例一、实施例二、或实施例三的基础上提出的一种自适应图像拍摄方法，本实施例所述的技术方案包括：

实时地获取图像采集单元采集的图像，计算当前图像的亮度，判断镜头的光圈是否处于合适的位置，以及应该如何调节光圈，并输出控制指令。驱动单元包括运动执行部件、传动装置和限位单元。本实施例的运动执行部件优选为步进电机，传动装置由齿轮、传动轴等构成，在接收到运算控制单元发出的控制指令后，执行运动控制，驱动光圈实现增大或减小。限位单元用来防止调节中出现超出光圈可调范围，检测光圈的最大和最小位置。

本实施例包括三个部分，首先是限位位置的调节配置，其次是光圈自适应调节，最后是调节结果的反馈。

限位位置的调节配置：限位位置的调节配置仅需在图像拍摄装置首次使用或者更换不同镜头时才需要执行。对于任何一款镜头，光圈都有固定的最大值和最小值，也就是光圈完全打开和完全关闭的位置，为了防止过度调节损坏镜头，同时也可以使运算控制单元能探知光圈可调节范围，需要首先人工配置限位位置。

光圈自适应调节：当运算控制单元被确定需要进行光圈调节时，图像拍摄装置从最小光圈开始评判图像质量，逐步调节光圈大小，直至调节至符合要求。

调节结果反馈：对于极其恶劣的光照环境下，可能超出图像拍摄装置的调节极限范围，此时图像拍摄装置可以做出判断，输出异常情况提示，而对于正常完成调节的，输出调节完成信号。

图5是本实施例所述的自适应图像拍摄方法流程图，如图5所示，本实施例所述的自适应图像拍摄方法包括：

步骤S501、开始调节，执行步骤S502。

步骤S502、连续采集N帧图像，执行步骤S503。

步骤S503、求取平均亮度，执行步骤S504。

步骤S504、进行亮度判断，若平均亮度符合预设要求，则执行步骤S505，否则，若亮度偏暗，则执行步骤S506，若亮度偏亮，则执行步骤S512。

步骤S505、光圈调节成功，结束。

步骤S506、判断是否最大光圈限位，若是则执行步骤S508，否则执行步骤S507。

步骤S507、向打开光圈的方向转动α角度，返回步骤S502。

步骤S508、读取曝光时间，执行步骤S509。

步骤S509、继续增加是否超限，若是则执行步骤S510，否则执行步骤S511。

即继续增加曝光时间，是否会超出该图像采集单元的曝光时间的最大限度。

步骤S510、环境过暗，超出调节范围，结束。

步骤S511、增大曝光时间，返回步骤S502。

步骤S512、是否最小光圈限位，若是则执行步骤S514，否则执行步骤S513。

步骤S513、向关闭光圈的方向转动α角度，返回步骤S502。

步骤S514、读取曝光时间，执行步骤S515。

步骤S515、继续减小是否超限，若是则执行步骤S516，否则执行步骤S517。

即继续增加曝光时间，是否会超出该图像采集单元的曝光时间的最大限度。

步骤S516、环境过亮，超出调节范围，结束。

步骤S517、增大曝光时间，返回步骤S502。

本实施例提供了一种自适应图像拍摄方法，该方法基于如实施例一、实施例二、或实施例三所述的自适应图像拍摄装置，用于实现当前环境下的光圈自适应调节，能实现对普通手动光圈进行自适应调节，具有普遍适应性，能节约成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种自适应图像拍摄装置，其特征在于，包括：

图像采集单元、运算控制单元、以及驱动单元；

所述图像采集单元用于根据图像采集单元的手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄图像；

所述运算控制单元用于根据所述图像采集单元连续拍摄的N帧图像确定环境亮度，若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值允许调节，则根据所述环境亮度确定所述手动光圈的光圈值，其中所述N为大于或等于1的整数；

所述驱动单元用于将所述手动光圈调整并锁定在所述运算控制单元所确定的光圈值；

所述驱动单元包括传动轴、步进电机、光圈调节机构；步进电机耦接在传动轴上，光圈调节机构固定安装在传动轴上，光圈调节机构固定在所述图像采集单元的光圈调节环；

当步进电机转动时将动力传送传动轴上，送传动轴带光圈调节机构运动，光圈将随之调整；

所述装置还包括限位单元，所述限位单元用于检测所述手动光圈的状态是否达到最大限位或最小限位，所述限位单元包括光圈左限位位置检测开关(4)、以及光圈右限位位置检测开关(5)，光圈左限位位置检测开关(4)和光圈右限位位置检测开关(5)安装在所述图像采集单元的下方，用于检测从动齿轮(3)的位置，所述从动齿轮(3)上设有一个标志位，该标志位能被所述光圈左限位位置检测开关(4)和所述光圈右限位位置检测开关(5)探知；

所述运算控制单元具体用于若所述环境亮度不满足预设阈值条件时，根据所述手动光圈的状态以及所述环境亮度确定所述手动光圈的光圈值；

所述光圈调节机构包括从动齿轮(3)、主动齿轮(6)、光圈调节齿轮(10)、传动轴主动齿轮(11)、以及带座轴承(12)；

所述装置还包括电机安装座(7)、固定环(9)；

步进电机(8)通过电机安装座(7)固定在底板上，主动齿轮(6)固定安装在步进电机(8)的输出轴上，从动齿轮(3)和传动轴主动齿轮(11)均安装在传动轴(2)上，传动轴(2)用两个带座轴承(12)固定在底板上，光圈调节齿轮(10)通过固定环(9)固定在所述图像采集单元的光圈调节环；

当步进电机转动时主动齿轮(6)带动从动齿轮(3)，通过传动轴(2)带动传动轴主动齿轮(11)，传动轴主动齿轮(11)将动力传送到光圈调节齿轮(10)，当光圈调节齿轮(10)转动时，光圈将随之转动。

2.根据权利要求1所述的自适应图像拍摄装置，其特征在于，所述运算控制单元具体用于:

当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述限位单元检测所述手动光圈的状态未达到最大限位，则确定调大所述手动光圈的光圈值；

当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值且所述限位单元检测所述手动光圈的状态未达到最小限位，则确定调小所述手动光圈的光圈值；

其中所述第一亮度阀值小于所述第二亮度阀值。

3.根据权利要求1所述的自适应图像拍摄装置，其特征在于，所述运算控制单元还用于：

当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述限位单元检测所述手动光圈的状态达到最大限位，则确定所述手动光圈的光圈值不变且所述图像采集单元的快门曝光时间延长；以及

当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值且所述限位单元检测所述手动光圈的状态达到最小限位，则确定所述手动光圈的光圈值不变且所述图像采集单元的快门曝光时间减少；

将所述图像采集单元的快门曝光时间调整到所确定的快门曝光时间。

4.一种自适应图像拍摄方法，基于权利要求1-3任一项所述的自适应图像拍摄装置，其特征在于，该自适应图像拍摄方法包括：

根据手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄的N帧图像确定环境亮度，所述N为大于或等于1的整数；

若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值允许调节，则根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值，将所述手动光圈锁定在调节后的光圈值下拍摄图像。

5.根据权利要求4所述的自适应图像拍摄方法，其特征在于，确定环境亮度的操作包括：获取当手动光圈在当前锁定的光圈值下时连续拍摄的N帧图像，计算所述N帧图像的平均亮度作为环境亮度。

6.根据权利要求4或5所述的自适应图像拍摄方法，其特征在于，所述根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值的操作是一个反复迭代的过程，直到确定的所述环境亮度满足所述预设阈值条件为止。

7.根据权利要求6所述的自适应图像拍摄方法，其特征在于，根据所述环境亮度调节所述手动光圈的光圈值的操作包括：

当所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值且所述手动光圈的光圈值允许调大，则调大所述手动光圈的光圈值，将手动光圈锁定在调大后的光圈值下；

当所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值且所述手动光圈的光圈值允许调小，则调小所述手动光圈的光圈值，将手动光圈锁定在调小后的光圈值下；

其中所述第一亮度阀值小于所述第二亮度阀值。

8.根据权利要求7所述的自适应图像拍摄方法，其特征在于，若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值不允许调节，而曝光时间允许调节，则调节曝光时间拍摄图像的操作包括：

若所述环境亮度小于预设的第一亮度阀值，且所述手动光圈当前锁定的光圈值为最大光圈值，且曝光时间允许调大，则延长曝光时间拍摄图像；和/或

若所述环境亮度大于预设的第二亮度阀值，且所述手动光圈当前锁定的光圈值为最小光圈值，且曝光时间允许减少，则减少曝光时间拍摄图像。

9.根据权利要求7所述的自适应图像拍摄方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述环境亮度不满足预设阈值条件，且所述手动光圈的光圈值不允许调节，而曝光时间不允许调节，则报告环境亮度不满足条件，超出调节范围。

10.根据权利要求4所述的自适应图像拍摄方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述环境亮度满足预设阈值条件，则保持所述手动光圈的光圈值不变，继续将手动光圈锁定在当前锁定的光圈值下拍摄图像。

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