CN106791465A - 一种基于图像特征的cmos传感器底电平自适应调节方法 - Google Patents

一种基于图像特征的cmos传感器底电平自适应调节方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106791465A
CN106791465A CN201611104699.1A CN201611104699A CN106791465A CN 106791465 A CN106791465 A CN 106791465A CN 201611104699 A CN201611104699 A CN 201611104699A CN 106791465 A CN106791465 A CN 106791465A
Authority
CN
China
Prior art keywords
regulation coefficient
pixel
image
method based
adjusting method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611104699.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106791465B (zh
Inventor
唐琦
解静
董国伟
胡永富
黄长宁
张宏伟
牟研娜
陈彦
潘铮
陈超
王震
侯作勋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Original Assignee
Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity filed Critical Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority to CN201611104699.1A priority Critical patent/CN106791465B/zh
Publication of CN106791465A publication Critical patent/CN106791465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106791465B publication Critical patent/CN106791465B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/73—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the exposure time

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法，步骤如下：划分图像灰度分布区间；计算各区间的像素个数占像素总数的比值；将上述比值与阈值进行比较，判断是否需要调整底电平；采用查找表法获得底电平调整系数。本发明能够根据场景的亮度分布特征，自适应的调节传感器的底电平，在曝光时间范围有限的情况下，对光照变化剧烈的场景能取得较好的曝光效果。

Description

一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法
技术领域
本发明涉及一种应用于CMOS图像传感器的底电平自适应调节方法，该方法能够有效弥补曝光时间范围有限带来的不足，除常规光照环境外，还可应用于光照强度变化范围较大的太空环境，属于航天光学遥感器技术领域。
背景技术
CMOS图像传感器具有高集成度、低成本和低功耗等优点，有利于实现轻小型高帧频低功耗的相机系统。目前，采用CMOS图像传感器的相机正广泛应用于航空航天、国防军事等领域。
在CMOS图像传感器成像过程中，曝光对图像质量的影响很大。CMOS传感器的像素输出电压由光照强度和曝光时间决定，在曝光时间固定的情况下，若光强较低，曝光时间结束时输出信号仍然小于噪声，造成曝光不足，会导致图像过暗；若光强较高时，曝光时间尚未结束信号已经饱和，造成曝光过度，则会导致图像过亮。这两种情况都会失去图像细节，即使在后续图像处理过程中都难以在色彩上恢复，降低了图像的视觉质量。自动曝光技术能够自动调节曝光时间，使其适应入射光强的变化，以达到合适的成像效果。然而，航天遥感图像场景具有其特殊性，图像或者具有大面积的深空背景，或者处于强光直射情况下，场景明暗变化大，未知性强。为了获得尽可能多的信息，高帧频CMOS相机的应用日趋广泛，而高帧频则意味着传感器曝光时间的最大值受到了相应的限制。同时，传感器的曝光时间最小值是由控制时钟决定的。由于曝光时间受到帧频和时钟的制约，即使采用了自动曝光技术，仍然会出现曝光时间范围不能满足环境光强变化的情况。
因此，研究一种在光照条件较为极端(过强或过弱)的场景下也能够获得较好成像效果的方法对于航天遥感CMOS相机具有重要的意义。
发明内容
本发明的技术解决问题是：弥补曝光时间范围有限的不足，从传感器自身特性出发，提供了一种自适应底电平调节方法，本发明根据场景的不同，自动调节CMOS传感器的底电平以适应入射光强的变化，对环境光照条件较为极端的场景也具有良好的成像效果，对硬件要求较低，易于移植。
本发明的技术解决方案是：
一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法，步骤如下：
(1)划分图像灰度分布区间：灰度值小于等于P1的像素属于暗区域Z0，灰度值大于等于P2的像素属于亮区域Z1，灰度值在[P3,P4]区间的像素属于感兴趣区域Z2；
(2)分别计算Z0～Z2区域的像素个数占像素总数的比值K0～K2；
(3)根据步骤(2)得到的各区域像素个数比值，获得底电平调整系数；
(4)由当前底电平数值乘以调整系数得出下次底电平数值；
(5)结束。
所述步骤(3)中获得底电平调整系数的具体方法如下：
(3a)若K2大于KM，则不调整底电平，将底电平调整系数设置为C1，直接进入步骤(4)，否则进入步骤(3b)；
(3b)若K0大于K1，则进入步骤(3c)，否则进入步骤(3d)；
(3c)根据K0的值查表得到底电平调整系数，并进入步骤(4)；
(3d)根据K1的值查表得到底电平调整系数，并进入步骤(4)。
所述步骤(3c)和(3d)中所述查找表的形式均为折线,不同的像素比值对应不同的底电平调整系数，折线的横轴表示像素比值K0或K1，纵轴表示底电平调整系数，根据不同的需求，折线的具体形式不一样。
当所述像素比值K0大于等于A1时，对应的调整系数为2；当像素比值K1大于等于A2时，对应的调整系数为0.6；A1、A2分别用于判断落在暗区域和亮区域的像素数目是否满足调整要求，是根据不同需求的统计分析得到的，根据实际应用进行调整，其中0.40≤A1≤0.48，0.45≤A2≤0.52
所述阈值P1，P2，P3，P4用于界定不同灰度值的像素分别属于不同区域，KM用于判断落在感兴趣区域的像素数目是否满足要求，这些数值是根据不同需求的统计分析得到的，可根据实际应用进行调整，其中10≤P1≤15，228≤P2≤235，90≤P3≤98，130≤P4≤138；0.70≤KM≤0.78。
所述步骤(3a)中所述底电平调整系数C1＝1。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明能够根据场景的亮度分布特征，自适应的调节传感器的底电平，在曝光时间范围有限的情况下，对光照变化剧烈的场景能取得较好的曝光效果。
(2)本发明易于实现，对硬件设备要求不高，易于移植，通用性较强。
(3)本发明中的阈值、调整系数等参数均为可调参数，可根据对类似场景的统计分析得到，对不同的目标场景可采用不同的参数，提高了系统的灵活性。
附图说明
图1为本发明CMOS传感器底电平自适应调节方法的流程示意图；
图2为本发明查找表中底电平调整系数与像素比值关系示意图，其中a为底电平调整系数与K0关系示意图，b为底电平调整系数与K1关系示意图；
图3为单一底电平设置拍摄效果图和应用本发明的拍摄效果图对比，其中a为单一底电平设置拍摄效果图，b为应用本发明的拍摄效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述：
如图1所示，一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法，包括步骤如下：
(1)划分图像灰度分布区间：灰度值小于等于P1的像素属于暗区域Z0，灰度值大于等于P2的像素属于亮区域Z1，灰度值在[P3,P4]区间的像素属于感兴趣区域Z2；
(2)分别计算Z0～Z2区域的像素个数占像素总数的比值K0～K2；
(3)根据步骤(2)得到的各区域像素个数比值，获得底电平调整系数；
获得底电平调整系数的具体方法如下：
(3a)若K2大于KM，则不调整底电平，将底电平调整系数设置为C1，直接进入步骤(4)，否则进入步骤(3b)；
(3b)若K0大于K1，则进入步骤(3c)，否则进入步骤(3d)；
(3c)根据K0的值查表得到底电平调整系数，并进入步骤(4)；
(3d)根据K1的值查表得到底电平调整系数，并进入步骤(4)。
通过设定一系列的阈值范围(如P1，P2，P3，P4；KM等)，将图像划分为相应的区域，再统计各个区域的像素分布，合理判断图像的灰度层次分布，从而获得合适的底电平调整系数，提高图像的可辨识性。
本实施例中P1＝15，P2＝235，P3＝98，P4＝138；KM＝0.75；C1＝1。
步骤(3c)和(3d)中所述查找表的形式均为折线,不同的像素比值对应不同的底电平调整系数，折线的横轴表示像素比值K0或K1，纵轴表示底电平调整系数，根据不同的需求，折线的具体形式不一样，取决于想要获得的调整效果。如图2所示，其中，a为步骤(3c)中所述的查找表形式，折线的横轴表示像素比值K0，纵轴表示底电平调整系数，当像素比值K0小于A1时，每个像素比值对应不同的调整系数，像素比值越大，调整系数越大，当K0大于等于A1时，对应的调整系数恒为2；图2中的b为步骤(3d)中所述的查找表形式，折线的横轴表示像素比值K1，纵轴表示底电平调整系数，当像素比值K1小于A2时，每个像素比值对应不同的调整系数，像素比值越大，调整系数越小，当像素比值K1大于等于A2时，对应的调整系数恒为0.6。
本实施例中A1＝0.4，A2＝0.45。
(4)由当前底电平数值乘以调整系数得出下次底电平数值。
(5)结束。
拍摄结果对比如图3所示，对同一场景进行拍摄成像，其中图3中的a为单一底电平设置的相机所拍摄的图像，由于室外光照强烈，出现过曝现象，窗口部分完全饱和，图像过于明亮，窗外的细节丢失；而图3中的b为应用本发明算法拍摄的图像，即使室外光照强烈也不会导致曝光过度，窗外的建筑物可见，可辨识性提高。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法，其特征在于步骤如下：
(1)划分图像灰度分布区间：灰度值小于等于P1的像素属于暗区域Z0，灰度值大于等于P2的像素属于亮区域Z1，灰度值在[P3,P4]区间的像素属于感兴趣区域Z2；
(2)分别计算Z0～Z2区域的像素个数占像素总数的比值K0～K2；
(3)根据步骤(2)得到的各区域像素个数比值，获得底电平调整系数；
(4)由当前底电平数值乘以调整系数得出下次底电平数值；
(5)结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法，其特征在于：所述步骤(3)中获得底电平调整系数的具体方法如下：
(3a)若K2大于KM，则不调整底电平，将底电平调整系数设置为C1，直接进入步骤(4)，否则进入步骤(3b)；
(3b)若K0大于K1，则进入步骤(3c)，否则进入步骤(3d)；
(3c)根据K0的值查表得到底电平调整系数，并进入步骤(4)；
(3d)根据K1的值查表得到底电平调整系数，并进入步骤(4)。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法，其特征在于：所述步骤(3c)和(3d)中，查找表的形式均为折线,不同的像素比值对应不同的底电平调整系数，折线的横轴表示像素比值K0或K1，纵轴表示底电平调整系数，根据不同的需求，折线的具体形式不一样。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法，其特征在于：当所述像素比值K0大于等于A1时，对应的调整系数为2；当像素比值K1大于等于A2时，对应的调整系数为0.6；A1、A2分别用于判断落在暗区域和亮区域的像素数目是否满足调整要求，是根据不同需求的统计分析得到的，根据实际应用进行调整，其中0.40≤A1≤0.48，0.45≤A2≤0.52。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法，其特征在于：阈值P1，P2，P3，P4用于界定不同灰度值的像素分别属于不同区域，KM用于判断落在感兴趣区域的像素数目是否满足要求，这些数值是根据不同需求的统计分析得到的，可根据实际应用进行调整，其中10≤P1≤15，228≤P2≤235，90≤P3≤98，130≤P4≤138；0.70≤KM≤0.78。
6.根据权利要求3所述的一种基于图像特征的CMOS传感器底电平自适应调节方法，其特征在于：步骤(3a)中所述底电平调整系数C1＝1。
CN201611104699.1A 2016-12-05 2016-12-05 一种基于图像特征的cmos传感器底电平自适应调节方法 Active CN106791465B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611104699.1A CN106791465B (zh) 2016-12-05 2016-12-05 一种基于图像特征的cmos传感器底电平自适应调节方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611104699.1A CN106791465B (zh) 2016-12-05 2016-12-05 一种基于图像特征的cmos传感器底电平自适应调节方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106791465A true CN106791465A (zh) 2017-05-31
CN106791465B CN106791465B (zh) 2019-06-18

Family

ID=58878789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611104699.1A Active CN106791465B (zh) 2016-12-05 2016-12-05 一种基于图像特征的cmos传感器底电平自适应调节方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106791465B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101350933A (zh) * 2008-09-02 2009-01-21 广东威创视讯科技股份有限公司 一种基于图像感应器拍摄显示屏幕的亮度调整方法
CN101588515A (zh) * 2009-06-30 2009-11-25 北京空间机电研究所 线阵遥感ccd相机动态范围自适应实时调节方法
US20100182658A1 (en) * 2009-01-20 2010-07-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Image reading apparatus and control method for the same, and image forming apparatus including the same
US20110128435A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-02 Canon Kabushiki Kaisha Image processing apparatus and image processing method
CN102752604A (zh) * 2012-06-18 2012-10-24 深圳创维－Rgb电子有限公司 一种图像显示方法及智能设备
CN103475821A (zh) * 2013-10-11 2013-12-25 中科院微电子研究所昆山分所 基于近红外相机自动积分时间的调整方法
CN105046643A (zh) * 2015-07-06 2015-11-11 电子科技大学 一种基于亮度自适应配准的图像拼接方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101350933A (zh) * 2008-09-02 2009-01-21 广东威创视讯科技股份有限公司 一种基于图像感应器拍摄显示屏幕的亮度调整方法
US20100182658A1 (en) * 2009-01-20 2010-07-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Image reading apparatus and control method for the same, and image forming apparatus including the same
CN101588515A (zh) * 2009-06-30 2009-11-25 北京空间机电研究所 线阵遥感ccd相机动态范围自适应实时调节方法
US20110128435A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-02 Canon Kabushiki Kaisha Image processing apparatus and image processing method
CN102752604A (zh) * 2012-06-18 2012-10-24 深圳创维－Rgb电子有限公司 一种图像显示方法及智能设备
CN103475821A (zh) * 2013-10-11 2013-12-25 中科院微电子研究所昆山分所 基于近红外相机自动积分时间的调整方法
CN105046643A (zh) * 2015-07-06 2015-11-11 电子科技大学 一种基于亮度自适应配准的图像拼接方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
安然 等: "CMOS图像传感器自适应动态范围调整曝光控制", 《红外与激光工程》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106791465B (zh) 2019-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106454145B (zh) 一种具有场景自适应的自动曝光方法
CN104184958B (zh) 一种适用于空间探测成像的基于fpga的自动曝光控制方法及其装置
US8194153B2 (en) Imaging apparatus, imaging method and program
CN104954696B (zh) 一种emccd增益自动调节方法
CN102694981B (zh) 基于自适应阈值分割的直方图均衡化的自动曝光方法
CN104184957B (zh) 一种适用于空间探测成像的基于自适应预期图像平均亮度的自动曝光控制方法
CN106412447A (zh) 曝光控制系统及其方法
CN110248112B (zh) 一种图像传感器的曝光控制方法
CN112752023B (zh) 一种图像调整方法、装置、电子设备及存储介质
CN103237175B (zh) 基于人眼视觉特性的数字相机自动曝光方法
CN102629988A (zh) 一种摄像头自动控制方法及装置
CN104754240A (zh) Cmos图像传感器自动曝光方法及装置
CN105915811A (zh) 图像强光抑制适应控制方法和装置
CN102340673A (zh) 一种针对交通场景的摄像机白平衡方法
JP2012109900A (ja) 撮影装置、撮影方法、およびプログラム
CN102413280A (zh) 摄像设备及其控制方法
JP2008048251A (ja) 撮影装置及び撮影方法
CN111225160B (zh) 基于图像多阈值控制的自动曝光控制方法
CN103475821A (zh) 基于近红外相机自动积分时间的调整方法
CN106550227B (zh) 一种图像饱和度调整方法及装置
AU2017218753B2 (en) Imaging device with white balance compensation and related systems and methods
KR20110125154A (ko) 이미지 촬영 장치의 밝기를 자동으로 조절하는 장치 및 방법
CN114666511A (zh) 一种可调谐光谱相机上自动获取最优曝光值的方法及装置
CN108551555B (zh) 一种使用cmos探测器的工业相机的自动曝光方法
CN114666512B (zh) 一种快速自动曝光的调节方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant