CN106803898A - 一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法 - Google Patents

一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法 Download PDF

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何峰
窦伟
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Abstract

本发明公开了一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法，该方法通过动态调整曝光时间进行曝光控制。首先，将图像平均划分为16个区域，计算每个区域的灰度均值并找出均值的最大值；其次，根据该最大值相对设定区间的偏离程度确定曝光时间的调整步长；最后，按调整步长增加或减小曝光时间，直到最大值落在设定的区间内。本发明提出的方法特别适用于卫星舱外太空特殊光照条件下的自动曝光控制，可有效避免图像曝光过度的问题。

Description

一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法
技术领域
本发明涉及可见光图像自动曝光技术，具体涉及一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法。
背景技术
自动曝光控制技术一直是单反相机、卡片机和手机摄像头等可见光相机的核心技术。
由于大气散射和物体反射现象的存在，地面光照通常比较均匀，极端亮和极端暗的目标一般不会同时出现在画面中。对于均匀光照条件下的曝光控制，有大量成熟可行的方法，比如平均值法、直方图法等，均取得了不错的效果。
如图1所示，在空间监视相机工作的太空真空环境中，不存在大气散射现象，因此太空背景是全黑的暗背景；对于其监视的空间目标，如卫星、飞船等，由于太阳帆板、热控薄膜等高反射率材料的存在，表现为亮度接近100000lx的高亮目标，和暗背景形成了强烈的反差。当空间目标在画面所占比列较小而太空暗背景所占比列较大时，虽然有高亮目标存在，但画面整体表现偏暗。此时若仍采取平均值或直方图等传统曝光控制方法，感兴趣的空间目标必然过曝。因此，亟需一种自动曝光方法，来解决太空背景下可见光图像中的空间目标容易曝光过度的问题。
发明内容
本发明提供一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法，基于图像区域均值最大值进行步长确定和曝光控制，以空间目标作为测光区域，来确保太空背景下空间目标的正常曝光。
为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案是：将区域灰度均值中的最大值作为参考值，依据该参考值确定曝光调整的步长，并调整曝光时间使参考值在设定的区间内，具体包括如下步骤：
步骤一：将一幅分辨率为M×N的图像平均分割为16个区域，每个区域的分辨率为
步骤二：对16个区域分别求取图像灰度均值，并找出16个灰度均值中的最大值Avgmax作为后续确定步长和调整曝光时间的参考值；
步骤三：根据Avgmax确定曝光时间的调整步长T。具体方法是：为了缩短曝光控制的收敛时间，当Avgmax较设定区间偏差较大时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/2；当Avgmax较设定区间偏差较小时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/8；
步骤四：按照步长T调整曝光时间，直到Avgmax落在设定的区间[Gmin，Gmax]内。具体方法是：当Avgmax＞Gmax时，按照步骤三的步长T减少曝光时间(即t＝t-T)，对下帧图像进行曝光；当Avgmax＜Gmin时，按照步骤三的步长T增加曝光时间(即t＝t+T)，对下帧图像进行曝光；循环重复以上调整，一直到Gmin≤Avgmax≤Gmax时，维持当前曝光时间t不变，作为下帧图像的曝光时间。每次调整曝光时间之前，均需进行步骤三重新确定步长T。
相比现有方法，本发明的优点和有益效果是：
(1)将区域均值中的最大值作为曝光控制的参考值，非常适用于高动态光照环境下的自动曝光控制，可以有效解决太空背景下空间目标容易曝光过度的问题；
(2)将曝光调整步长和当前曝光时间及参考值较设定区间的偏差相关联，在确保收敛的前提下，大大缩短了收敛时间；
(3)将整幅图像平均划分为4×4个区域求其灰度均值，可以有效避免恒星、杂散光等引起的小亮点对曝光控制的影响。
附图说明
图1为太空背景下空间目标成像示意图；
图2为本发明提出的自动曝光方法流程图；
图3为本发明提出的图像区域划分示意图；
图4为本发明提出的曝光调整步长确定示意图；
图5为本发明提出的曝光调整步长确定流程图；
图6为本发明提出的曝光调整流程图。
具体实施方式
以下结合图2～图6，详细说明本发明的一个优选实施例。
如图2所示，本发明提出了一种新的自动曝光控制方法，具体步骤如下：
(1)如图3所示，将一幅分辨率为M×N的图像平均分割为16个区域，每个区域的分辨率为本例中假设图像分辨率为2048×2048，则划分后每个区域的分辨率为256×256。
(2)对这16个区域分别求取图像灰度平均值Avg1，Avg2……Avg16，并找出16个灰度均值中的最大值Avgmax作为后续确定步长和调整曝光时间的参考值。
(3)如图4所示，根据Avgmax确定曝光时间的调整步长T。设[Gmin,Gmax]为设定的理想区间，本发明中对曝光方法的控制目标，就是通过增加或减少曝光时间，使得Avgmax处在区间[Gmin,Gmax]中。为了缩短曝光收敛时间，本发明采取了变步长的方法。如图5所示，本发明采用了t/2和t/8两档步长，具体的确定方法是：当Avgmax＞G2(本例中，G2取200)或Avgmax＜G1(本例中，G1取10)时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/2，以加快收敛速速；当G1≤Avgmax＜Gmin或Gmax＜Avgmax≤G2时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/8，以避免振荡。当Gmin≤Avgmax≤Gmax时，无需调整，步长T＝0。
(4)按照步长T调整曝光时间，直到Avgmax落在设定的区间[Gmin，Gmax]内。如图6所示，当Avgmax＞Gmax时，按照步骤三的步长T来减少曝光时间(即t＝t-T)，对下帧图像进行曝光；当Avgmax＜Gmin时，按照步骤三的步长T来增加曝光时间(即t＝t+T)，对下帧图像进行曝光；循环重复以上调整，一直到Gmin≤Avgmax≤Gmax时，维持当前曝光时间t不变，作为下帧图像的曝光时间。每次调整曝光时间之前，均需进行步骤三重新确定步长T。
综上所述，本发明提出的方法，特别适用于卫星舱外太空特殊光照条件下的自动曝光控制，可有效避免图像曝光过度的问题。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一，将可见光相机拍摄的任意一幅图像平均分割为多个区域；
步骤二，对多个区域求取其各自的图像灰度平均值，并将这些图像灰度平均值中的最大值Avgmax作为确定步长和调整曝光时间的参考值；
循环执行步骤三到步骤四，直到调整曝光时间后针对下帧图像求得的参考值落在设定的区间[Gmin，Gmax]内：
步骤三，根据Avgmax确定曝光时间的调整步长T：
当Gmin≤Avgmax≤Gmax时，无需调整，步长T＝0；
当Avgmax＞G2或Avgmax＜G1时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/2；
当G1≤Avgmax＜Gmin或Gmax＜Avgmax≤G2时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/8；其中，G1、G2为设定值，且Gmin＜G1＜G2＜Gmax；
步骤四，按照步长T调整曝光时间：
当Avgmax＞Gmax时，按照步骤S3中与Avgmax对应的步长T调整曝光时间为t-T，对下帧图像进行曝光；
当Avgmax＜Gmin时，按照步骤S3中与Avgmax对应的步长T调整曝光时间为t+T，对下帧图像进行曝光；
当Gmin≤Avgmax≤Gmax时，维持当前曝光时间t不变，作为下帧图像的曝光时间。
2.如权利要求1所述的可见光相机自动曝光方法，其特征在于，
步骤一中，将一幅分辨率为M×N的图像平均分割为16个区域，每个区域的分辨率为
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