CN107786785B - 光照处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及摄像技术领域，特别涉及一种光照处理方法及装置。其中，在感光传感器和镜头之间设置透光率可调的液晶面板，从所述镜头射入的光线穿过所述液晶面板后到达所述感光传感器，所述方法包括：确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域；调低所述液晶面板上与所述高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率。本发明实施例提供的光照处理方法及装置，能够尽量避免强光辉散现象的发生，进而可以避免图像有效信息的丢失。

Description

光照处理方法及装置
技术领域
本发明涉及摄像技术领域，特别涉及一种光照处理方法及装置。
背景技术
作为安全防范系统的重要组成部分，视频监控行业近年来取得了突飞猛进的发展。在各类视频监控系统中，广泛通过摄像机拍摄获取目标对象的图像。
目前，应用在各类视频监控系统中的摄像机的基本结构包括：由透镜组成的镜头、位于镜头之后的感光传感器以及用于从感光传感器采集图像信号的处理器，处理器对从感光器采集的图像信号进行图像处理。
图1是一种感光传感器的结构示意图。感光传感器可以看做是摄像机的电子胶片，如图1所示，感光传感器的感光面由无数个小的感光单元组成，每个感光单元包括依次设置的微透镜1、色彩滤镜2、光电二极管3和传输电路4。在每个感光单元中，微透镜1用于聚光，色彩滤镜2用于允许透过某一种颜色的光信号，光电二极管3用于将透过色彩滤镜2的光信号转换为电信号，传输电路4将光电二极管3输出的电信号传输给处理器。
图1所示的感光传感器中，光电二极管3依靠光激发PN节中的电子，从而将光信号转换成电信号。如果入射至光电二极管3的入射光线过强，则一个感光单元中会有大量的电子被激发，并且该感光单元激发的所述大量电子有可能会“溢出”到周边其它感光单元中，致使周边其它感光单元被过度曝光，即周边感光单元发生强光辉散。
当摄像机拍摄的图像中发生强光辉散现象时，有可能会使图像丢失一些重要信息，例如，夜间拍摄车辆时，由于车灯强光的辉散，在拍摄的图像中可能无法看清车牌号码。鉴于强光辉散对获取目标对象的信息产生干扰，因此如何在发生强光辉散现象时尽量获取到更多图像有效信息成为摄像技术中亟待解决的一个问题。
现有技术中在强光辉散现象发生时，为了尽量获取图像中的有效信息所采用的处理方法包括：当处理器确定从感光传感器采集的图像中存在强光辉散时，处理器将采集的图像上亮度高于设定阈值的区域的参数如灰度值自行设置为较低值。在此种方式中，由于处理器采集的图像已经发生了辉散，发生强光辉散的区域中部分或全部信息已经丢失，因此即使将采集的图像的相关区域的参数设置为较低值，也难以再获取到强光辉散区域的有效信息。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种光照处理方法及装置，通过该方法可以尽量避免强光辉散现象的发生，进而可以避免图像有效信息的丢失。
第一方面，本发明实施例提供了一种光照处理方法，包括：在感光传感器和镜头之间设置透光率可调的液晶面板，从所述镜头射入的光线穿过所述液晶面板后到达所述感光传感器，所述方法包括：
确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域；
调低所述液晶面板上与所述高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率。
本发明实施例的光照处理方法，由于在感光传感器与镜头之间设置了透光率可调的液晶面板，当从感光传感器采集的第一图像上存在高光区域时，调低液晶面板与高光区域对应的区域中各个像素点的透光率，减少原高光区域的入射光线，从光线源头上抑制强光辉散现象的出现，尽量避免原强光辉散区域信息的丢失。
在一种可能的设计中，确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域之前，所述方法还包括：
控制所述液晶面板上各个像素点的透光率为第一值，所述第一值属于[A,B]，其中，A为预设高阈值，B为液晶面板的最高透光率；
从所述感光传感器采集所述第一图像。
在本实现方式中，液晶面板上各个像素点的透光率设置为第一值，一方面在没有辉散现象发生时，确保摄像装置的正常曝光，另一方面便于在出现辉散现象时及时确定高光区域。
在一种可能的设计中，确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域，包括：
根据所述第一图像中各个像素点的灰度值，确定所述第一图像上的高光区域。
在本实现方式中，根据第一图像中各个像素点的灰度值确定第一图像上的高光区域，运算量比较少，能够提高本方法的处理效率。
在一种可能的设计中，所述第一值的取值为所述液晶面板的最高透光率。
在本实现方式中，在正常情况下，将液晶面板上各像素点的透光率调节为液晶面板的最高透光率，一方面确保摄像装置的正常曝光，另一方面便于在出现辉散现象时及时确定高光区域。
在一种可能的设计中，调低所述液晶面板上与所述高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率，包括：
控制所述液晶面板上所述调节区域中各个像素点的透光率为第二值，所述第二值属于[C，D]，其中，C为所述液晶面板的最低透光率，D为预设低阈值；
从所述感光传感器采集第二图像；
根据所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率；
将所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点的透光率调节为确定出的相应目标透光率。
在一种可能的设计中，所述第二值为所述液晶面板的最低透光率。
在一种可能的设计中，根据所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率，包括：
根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度值的对应关系；
根据所述透光率与图像灰度值的对应关系，确定当从感光传感器采集的图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点达到预设期望灰度值时，所述液晶面板上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的目标透光率。
在一种可能的设计中，根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度值的对应关系，包括：
预先确定到达感光传感器的光能量与图像灰度值的关联关系，所述关联关系满足公式y＝f(x)，其中，y为所述图像灰度值，x为所述光能量，f(x)为递增函数，x＝dz，z为透光率，d为待定参数；
求所述f(x)函数的反函数，得到透光率与图像灰度值的函数关系dz＝f-1(y)；
根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度的函数关系中的待定参数d。
在一种可能的设计中，所述方法还包括：
预测所述高光区域在所述第一图像之后的后续图像上所对应的预测高光区域；
在从所述光传感器采集所述预测高光区域所对应的后续图像之前，调低所述液晶面板上与所述预测高光区域对应的区域中各个像素点的透光率。
在本实现方式中，可以实现对高光运动目标的追踪，实现对移动高光区域对应位置透光率的提前遮挡。
第二方面，为了实现上述第一方面的光照处理方法，本发明实施例提供了一种光照处理装置，该装置具有实现上述光照处理方法的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。
在一种可能的设计中，该装置包括多个功能单元，用于实现上述第一方面中的任一种光照处理方法，本发明实施例的光照处理装置，由于在感光传感器与镜头之间设置了透光率可调的液晶面板，当确定采集的第一图像上存在高光区域时，调低液晶面板与高光区域对应的区域中各个像素点的透光率，减少原高光区域的入射光线，从光线源头上抑制强光辉散现象的出现，尽量避免原强光辉散区域信息的丢失。
在一种可能的设计中，所述装置作为处理器与透光率可调的液晶面板连接，所述液晶面板设置在镜头和感光传感器之间，从所述镜头入射的光线穿过所述液晶面板后到达所述感光传感器；所述装置包括：高光区域确定单元，用于确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域；透光率调节单元，用于调低所述液晶面板上与所述高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率。
第三方面，本发明实施例提供了一种摄像装置，其特征在于，包括：镜头、感光传感器、透光率可调的液晶面板和用于执行上述光照处理方法的处理器；
所述液晶面板设置在所述镜头和所述感光传感器之间，并且与所述处理器连接，从所述镜头入射的光线穿过所述液晶面板后到达所述感光传感器。
在一种可能的设计中，所述液晶面板覆盖所述感光传感器的感光面，并且所述液晶面板与所述感光传感器的感光面贴合。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述光照处理装置所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方面所设计的程序。
本发明实施例的光照处理方法及装置，可以尽量避免强光辉散现象的发生，进而可以避免图像有效信息的丢失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是一种感光传感器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种摄像装置的结构示意图；
图3是本发明实施例设置有液晶面板的摄像装置的简化结构示意图；
图4是本发明实施例光照处理方法流程图；
图5是摄像装置的光能量-灰度值关系曲线；
图6是处理器采用帧差法预测高光区域位置的方法示意图；
图7是根据图6的重心坐标预测下一帧的帧差图像重心位置的示意图；
图8是本发明实施例光照处理装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例描述的摄像装置是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着摄像技术的演变和新业务场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
图2是本发明实施例提供的一种摄像装置的结构示意图。如图2所示，该摄像装置包括镜头单元5和处理单元6，其中在镜头单元5中包括透镜组51和光圈52，在处理单元6中包括感光传感器61和处理器62；与现有技术中的摄像装置所不同的是，在图2所示的摄像装置中，处理单元6中还包括透光率可调的液晶面板(图2中未示出，在文中其它部分也直接称为液晶面板)，该透光率可调的液晶面板的设置位置可以根据需要设定，液晶面板的设置位置满足：从镜头的透镜组51射入的光线需要穿过液晶面板到达感光传感器61，液晶面板的控制电路与处理器62连接。可选的，上述透光率可调的液晶面板覆盖感光传感器61的感光面，并且液晶面板与感光传感器61的感光面贴合。
图3是本发明实施例设置有液晶面板的摄像装置的简化结构示意图。在该摄像装置中，液晶面板63覆盖传感器的感光面，并且液晶面板63与感光传感器61的感光面贴合。为了方便说明，图3中将液晶面板63与感光传感器61画出一段距离。通过图3可以直观看出，入射光线透过镜头中的透镜穿过液晶面板63之后照射在感光传感器61上。
图2和图3所示的摄像装置用于执行本发明实施例的光照处理方法。本发明实施例的光照处理方案，由于在感光传感器61与镜头之间设置了透光率可调的液晶面板63，因此处理器62可以通过控制液晶面板63的透光率控制能够入射到感光传感器61的光线，基于此，当处理器62确定采集的图像上存在高光区域时，处理器62调低液晶面板63上与高光区域对应的区域中各个像素点的透光率，减少原高光区域的入射光线，从光线源头上抑制强光辉散现象的出现，尽量避免原强光辉散区域信息的丢失。
以下将结合附图对本发明实施例的光照处理方法进行详细说明。
图4是本发明实施例光照处理方法流程图。图4所示方法基于图2和图3所示的摄像装置，图4所示方法的步骤包括：
S101，处理器控制液晶面板的各个像素点的透光率为第一值。
在正常状态下，即在没有发生强光辉散现象的情况下，处理器控制液晶面板的各个像素点的透光率为第一值。
该第一值是在液晶面板透光率可调范围内的一个较高数值，如第一值属于[A,B]，其中，A为预设高阈值，B为液晶面板的最高透光率，例如液晶面板的透光率的可调范围为[0.2，0.9]，则第一值可以属于[0.7,0.9]，0.7为上述预设高阈值。
在采集的图像没有发生强光辉散现象的情况下，处理器将液晶面板的透光率调节的相对较高，一方面可以确保采集的图像的清晰度；另一方面，当有强光辉散情况出现时，可以尽快确定发生强光辉散的区域。
可选的，第一值的取值为液晶面板的最高透光率，如基于上述示例，第一值的取值为0.9。
S102，处理器从感光传感器采集第一图像。
图2和图3所示的摄像装置在正常运行时，处理器按照一定的规则从感光传感器采集图像，如处理器按照一定的时间间隔从感光传感器采集图像，或者，处理器每触发一次快门，从感光传感器采集一次图像。
S103，处理器确定第一图像中的高光区域。
处理器从感光传感器采集第一图像后，确定第一图像上是否有高光区域。处理器确定第一图像上是否有高光区域的方式包括：处理器根据第一图像中各个像素点的灰度值确定第一图像上是否有高光区域。
可选的，处理器采用8位二进制的无符号整数表示第一图像上每个像素点的灰度值，即灰度值的取值范围为0～255，0表示全黑，255表示全白，中间数值值表示不同程度的灰色，灰度值越高，像素点越亮，反之则越暗。
高光区域顾名思义为亮度比较高的区域，本发明实施例中处理器可以将灰度值大于或等于第一阈值的像素点确定为高光像素点，数量较多的高光像素点组成高光区域。
可选的，上述第一阈值可以根据实际需要设置，如设置为240，即处理器将灰度值大于或等于240的像素点确定为高光像素点。
需要说明的是，如果处理器从感光传感器采集的第一图像上没有高光区域，则处理器按照现有技术对图像处理，如果处理器从感光传感器采集的第一图像上有高光区域，则按照本实施例方法的下述步骤处理。
S104，处理器控制液晶面板上与高光区域对应的区域中各个像素点的透光率为第二值。
处理器确定第一图像的高光区域后，进一步在液晶面板上确定与该高光区域对应的区域，为描述方便，以下将液晶面板上与高光区域对应的区域称为调节区域。
在图2和图3所示的摄像装置中，虽然液晶面板与感光传感器贴合，但液晶面板和感光传感器之间仍然会有一些距离，而且由于安装误差和光线投射方式等因素的影响，不能简单地将上述高光区域确定为液晶面板上需要进行透光率调节的调节区域。
可选的，上述调节区域可以看做是高光区域透视变换后的的一个区域。在一个固定的摄像装置中，调节区域和高光区域的透视变换关系通常是一定的，因此，当处理器确定高光区域后，通过对高光区域做透视变换得到液晶面板上的调节区域，可选的，调节区域和高光区域的透视变换关系可以预先存储在摄像装置中。
可选的，透光区域与调节区域的透视变换关系可以通过透视变换矩阵确定。在确定透视矩阵的一种可能的方式中，透视变换矩阵为3x3的矩阵，确定该透视变换矩阵的具体步骤包括：将图2或图3所示的摄像装置对准一面白墙，处理器对液晶面板发出指令，该指令控制液晶面板上的四个像素点的透光率为液晶面板透光率的最小值，其中该四个像素点中的任意三个像素点不共线；处理器采集感光传感器所成的图像，其中在采集的图像上会有四个黑点，处理器根据液晶面板上四个像素点的坐标和采集的图像上的四个黑点的坐标进行关系转换，进而得到透光区域与调节区域进行转换的透视变换矩阵。
处理器确定液晶面板上的调节区域后，将调节区域中的各个像素点的透光率调节为第二值。
该第二值是在液晶面板透光率可调范围内的一个较低数值，如第二值属于[C，D]，其中，C为所述液晶面板的最低透光率，D为预设低阈值。在一个具体例子中，液晶面板透光率的可调范围为[0.2，0.9]，第二值的取值范围可以为[0.2，0.3]，0.3为上述预设低阈值，此处设置的预设低阈值要低于S201中的预设高阈值。
可选的，处理器将可调区域中各个像素点的透光率调节为液晶面板的最低透光率，如上述例子中的0.2。
在另一种可能的实现方式中，处理器确定液晶面板上的调节区域后，处理器将整个液晶面板中的像素点均调节为第二值。
S105，处理器从感光传感器采集第二图像。
S106，处理器根据第二图像上与高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定液晶面板调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率。
S107，处理器将液晶面板的调节区域中的各个像素点的透光率调节至相应的目标透光率。
此步骤中，如果处理器在确定液晶面板上的调节区域后，仅将液晶面板的调节区域中的各个像素点的透光率调节为了第二值，其它区域像素点保持为第一值，则处理器仅按照S107调低液晶面板的调节区域中各像素点的透光率。
在另一种可能的实现方式中，处理器确定液晶面板的调节区域后，处理器将整个液晶面板中的像素点均调节为第二值，则在S107步骤之后，处理器还将液晶面板上除调节区域之外的其它区域中的像素点调节为第一值，例如调节为液晶面板的最高透光率。
需要说明的是，第一图像上的高光区域的各像素点分为直接受光点和强光辉散点，其中，直接受光点是由于到达感光单元的入射光过强造成的高光像素点，强光辉散点是指由于直接受光点的感光单元中的电子溢出造成的高光像素点，在没有其它感光单元电子溢出时，该像素点可能不属于高光区域。
基于此，处理器确定的调节区域中各像素点的目标透光率通常低于第一值，但不排除在第一值低于液晶面板的最高透光率时，与强光辉散点对应的像素点的透光率高于第一值的特殊情况发生。
需要说明的是调节区域中各像素点调节至的目标透光率通常低于上述的第一值，
本发明实施例方案在将液晶面板可调区域中的各个像素点调节至第二值之后，处理器继续从感光传感器采集图像(第二图像)，处理器根据第二图像上与高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，来确定液晶面板调节区域中各个像素点需要调节为的目标透光率。其中，处理器确定液晶面板可调区域中各个像素点需要调节为的目标透光率的方式有多种。
其中一种实现S106的可行方法包括：
S111：处理器确定第二图像上与高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值与第一图像中的对应像素点相比，各个像素点的灰度值变化量。
S112：处理器根据第二图像上与高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值变化量，确定高光区域中的直接受光点和强光辉散点。
如，处理器将灰度值变化量超过某一固定值的像素点确定为强光辉散点，将灰度值变化量未超过所述固定值的像素点确定为直接受光点。
S113：处理器调高液晶面板上与强光辉散点对应的像素点的透光率，液晶面板上与直接受光点对应的像素点的透光率可以保持为第二值。
另一种实现S206的可行方法包括：
S121：处理器根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度值的对应关系。
S122：处理器设定从感光传感器采集的图像上与高光区域对应的区域中各个像素点需要达到的期望灰度值。处理器根据上述透光率与图像灰度值的对应关系，确定当从感光传感器采集的图像上与高光区域对应的区域中的各个像素点达到所述期望灰度值时，液晶面板上的调节区域中各个像素点的目标透光率。
上述S121中，处理器确定液晶面板的透光率与所采集的图像灰度值的关系的方式包括：
(1)处理器预先确定到达感光传感器的光能量与图像灰度值的关联关系，所述关联关系满足公式y＝f(x)，其中，y为所述图像灰度值，x为所述光能量，f(x)为递增函数，x＝dz，z为透光率，d为待定参数。可选的，光能量由光能量密度、光圈值、透光率和快门速度确定，待定参数d是光能量密度、光圈值和快门速度确定的参数。
(2)处理器求所述f(x)函数的反函数，得到透光率与图像灰度值的函数关系dz＝f-1(y)。
(3)处理器根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度的函数关系中的待定参数d。
以下将对处理器预先确定到达光传感器的光功率与图像灰度值的关联关系的方式进行详细说明，为便于说明首先对各参数做出如下约定：
A、处理器所采集的图像上的像素点的坐标表示为(x,y)，(x,y)处的灰度值记为Y(x,y)。
B、液晶面板上的像素点表示为(p，q)，(p，q)处的透光率记为T(p，q)，其中液晶面板上的像素点(p，q)通过透视矩阵的转换可以映射到传感器所采集的图像上。
C、摄像装置的焦距为一固定值。
在确定到达感光传感器的光功率与图像灰度值的关联关系的一种方式中，摄像机光圈值记为A，其中光圈值即相对孔径等于F/D,F为焦距，D为光圈孔直径。
设定一个点光源发射的光线到达镜头时的光能量密度记为P(p,q)，其中，光能量密度仅和点光源亮度以及镜头和点光源之间的距离有关，本方案中忽略镜头内的空气介质光传输损耗。在恒定光能量密度下，通过光圈的光功率和光圈孔径的面积成正比，光圈孔径的面积与光圈孔直径的平方成正比，而光圈值的定义为F/D，因此通过光圈的光功率和光圈值的平方成反比，假设通过光圈的光功率和光圈值的平方的积为常数c。另外，液晶面板的透光率可以理解为光通过的比率，取值范围为[Tmin,Tmax]，且0≤Tmin≤Tmax≤1。因此，最终到达感光传感器的光能量密度为：P(p,q)*c*/A2*T(p,q)。
进一步，在感光传感器中，每个像素点的面积是固定的，是一个常量，记为a，在曝光时间t里，一个像素点接收到的光能量为：P(p,q)*c/A2*T(p,q)*a*t。
设到达感光传感器的光能量和最终在感光传感器上所成图像的灰度之间的关联关系用函数f表示，并用G表示总增益，则有，
公式一：f(P(p,q)*c/A2*T(p,q)*a*t)*G＝Y(p,q)。
上述公式一中，曝光时间可以由处理器确定。增益即为图像信号的放大系数，公式一中的G为总增益，即G为数字增益和模拟增益的积，数字增益和模拟增益均可以由处理器确定。
上述公式一中，感光传感器上所成图像的灰度值和到达感光传感器的光能量正相关，这个关系可以用图5所示的单调递增函数f表示，由于摄像装置的各器件是非线性的，因此图5所示的光能量-灰度值关系曲线为非线性单调递增曲线。
图5所示的光能量-灰度值关系曲线为感光传感器的特性曲线，仅与特定的感光传感器有关，当摄像装置中的感光传感器一定时，图5所示的曲线也是一定的，因此图5所示的曲线可以通过实测的方式获得。
其中，通过实测方法测定f曲线的一种方式可以是：先将摄像装置的光圈开到最大(假定为1.2)，快门速度设置为1/50秒，增益设置为1.0，透光率开到最大(假定为0.9)，从小到大调节光源功率，当感光传感器上所采集的与点光源对应的像素点的灰度值刚好达到255时，记此时到达感光传感器的光能量为W0，即f(W0)＝255。之后，保持其它条件均不变，仅调节快门速度、光圈值和透光率，得到等效到达感光传感器的光能量为0～W0中多个采样点的值。本实现方式中，通过反复测量多个测量点，拟合出图5所示的光能量-灰度值关系曲线。
图2和图3所示的摄像装置在执行本发明实施例的抑制强光辉散方法时，已经得到图5所示的光能量-灰度值关系曲线。
在本发明实施例方法中，当处理器已经确定高光区域并且将液晶面板的可调区域的各像素点的透光率调节为第二值时，如液晶面板可调的最低透光率，处理器从感光传感器采集第二图像，并且第二图像上与高光区域对应的区域中像素点(p,q)的灰度值为Y(p,q)，此时增益为G，透光率为T(p,q)，快门值为t，光圈值为A，再记到达镜头的光能量密度为P，即得到f(P(p,q)*c/A2*T(p,q)*a*t)*G＝Y(p,q)；
即得到公式二：P(p,q)*c/A2*T(p,q)*a*t＝f-1(Y(p,q)/G)；
因为，f是单调递增函数，因此有反函数，又因为处理器已经预先得到如图5所示的f曲线，因此处理器可以根据f曲线得到f函数的反函数f-1。
在防止辉散过程中，可以将高光区域各像素点期望达到的灰度设置为一设定值，如240，因此有：f(P(p,q)*c/A2*T’(p,q)*a*t)*G＝240；
即得到公式三：P(p,q)*c/A2*T’(p,q)*a*t＝f-1(240/G)。
其中公式三除以公式二有：
T’(p,q)/T(p,q)＝f-1(240/G)/f-1(Y(p,q)/G)
故有：T’(p,q)＝g*T(p,q)，其中g＝f-1(240/G)/f-1(Y(p,q)/G)。
也就是说，当透光率由T(p,q)变化为g*T(p,q)的时候，到达感光传感器的光能量在经过增益后，刚好形成约240的灰度值，从而达到了抑制辉散的目的。
因为液晶屏的透光率在[Tmin,Tmax]范围内，最终计算出来的T’(p,q)值有如下三种可能：
T’(p,q)∈(0,Tmin)
T’(p,q)∈[Tmin,Tmax]
T’(p,q)∈(Tmax,+∞)
这三种情况的物理意义是：
T’(p,q)∈(0,Tmin)：说明对应此像素点，液晶面板的透光率需要调低至比Tmin还小，这已经超出了液晶屏的遮光能力，所以这种场景本方案则无法解决，但是此类强光源在实际应用中比较少见，如遇到此情况可以忽略。
T’(p,q)∈[Tmin,Tmax]：说明对应此像素点，液晶面板的透光率需要调低至[Tmin,Tmax]内的某个值，正好落在液晶屏透光调节能力的范围内，如果将液晶屏对应点设置为次透光率，则灰度值应该刚好不超过255，这是典型的直接受光点的特征。
T’(p,q)∈(Tmax,+∞)：对应此像素点，期望调低至的透光率已经超出了液晶屏的最大透光率Tmax，甚至超过了1。超过1的透光率实际上意味着对光功率的放大，也就意味着，对该点的光功率进行放大后，才有可能使灰度值达到255，那么其本来的原始亮度应该不能使灰度值达到255。考虑到最初该点被识别为高光区域中的点，很明显，这是一个典型的被辉散点，对于这样的点，即使对应区域的透光率开到最大，也不会导致灰度值饱和。
综上可以看出，本发明实施例光照处理方法仅包括确定高光区域、不透光化以及重新计算高光区域各点的透光率并调低液晶面板相应像素点透光率的步骤，处理高效，而且本方法从产生强光侵染的源头出发，在光学上阻止辉散的发生，提高感光传感器所采集信息的有效性。
本发明实施例方法不仅适用于拍摄对象静止的场景中，同样适用于拍摄对象移动的场景中，其中在拍摄对象移动的场景中，处理器通过对拍摄对象移动轨迹的追踪和预测，实现对液晶面板对应像素点的同步移动控制，实现高光区域的追踪遮挡。
具体的，处理器预测高光区域在第一图像之后的后续图像上的预测高光区域；处理器在从感光传感器采集预测高光区域所在的后续图像之前，调低液晶面板上与预测高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率。
处理器根据第一图像上的高光区域确定后续图像上的预测高光区域的算法有多种，如光流法、帧差法等。
图6是处理器采用帧差法预测高光区域位置的方法示意图。如图6所示，假设ABC三帧图像描述了一个拍摄对象从左到右运动的场景，黑色区域显示为前景像素。AB的帧差图像如D图所示，白色点为像素的重心，记为第一像素重心。BC的帧差图像如E图所示，白色点为像素重心，记为第二像素重心。
在一个简单的匀速直线运动模型中，使用D、E两图像素的重心坐标，可以预测下一帧的帧差图像重心位置。图7是根据图6的重心坐标预测下一帧的帧差图像重心位置的示意图。如图7所示，在已知第一像素重心坐标和第二像素坐标的前提下，第三像素重心的预测位置应该是第一像素重心到第二像素重心前进方向上移动一段距离的一个位置，其中预测的第三像素重心与第二像素重心的距离应大致等于第一像素重心和第二像素重心之间的距离。
在拍摄对象运动跟踪的过程中，优选的一种方式是使用卡尔曼滤波法进行运动估计，从而可以预测下一帧高光区域出现的位置(不需要限定匀速直线运动)，提前遮挡。对于非急停急开的场景，卡尔曼滤波能很好地给出预测。在OpenCV中，有Kalman滤波的标准实现，可选的，可以使用cvCreateKalman和cvKalmanPredict两个函数来对运动进行估计，该方法的核心思想是利用前一时刻的目标坐标，预测下一时刻的目标坐标，等到下一时刻实际到来时，再使用目标的实际坐标修正预测模型，因为这一过程是公开的、标准的算法，因此此处仅给予简述滤波过程：(1)得到第一个坐标作为初始条件，第二个实际坐标作为预测坐标；(2)第二个实际坐标作为真实值用于修正模型，然后预测第三个坐标；(3)第三个实际坐标作为真实值用于修正模型，然后预测第四个坐标；(4)如此继续，在不断得到预测坐标的同时，使用真实坐标修正预测模型。
图8是本发明实施例光照处理装置的结构示意图。该装置作为处理器与透光率可调的液晶面板连接，所述液晶面板设置在镜头和感光传感器之间，从所述镜头入射的光线穿过所述液晶面板后到达所述感光传感器；如图8所示，所述装置包括：高光区域确定单元201和透光率调节单元202，其中：
高光区域确定单元201，用于确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域；
透光率调节单元202，用于调低所述液晶面板上与所述高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率。
可选的，所述透光率调节单元202，还用于在所述高光区域确定单元201确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域之前，执行如下步骤：
控制所述液晶面板上各个像素点的透光率为第一值，所述第一值属于[A,B]，其中，A为预设高阈值，B为液晶面板的最高透光率；
从所述感光传感器采集所述第一图像。
可选的，所述高光区域确定单元201确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域，具体包括，用于执行：
根据所述第一图像中各个像素点的灰度值，确定所述第一图像上的高光区域。
可选的，所述第一值的取值为所述液晶面板的最高透光率。
可选的，所述透光率调节单元202调低所述液晶面板上与所述高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率，具体包括，用于执行：
控制所述液晶面板上所述调节区域中各个像素点的透光率为第二值，所述第二值属于[C，D]，其中，C为所述液晶面板的最低透光率，D为预设低阈值；
从所述感光传感器采集第二图像；
根据所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率；
将所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点的透光率调节为确定出的相应目标透光率。
可选的，所述第二值为所述液晶面板的最低透光率。
可选的，所述透光率调节单元202根据所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率，具体包括，用于执行：
根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度值的对应关系；
根据所述透光率与图像灰度值的对应关系，确定当从感光传感器采集的图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点达到预设期望灰度值时，所述液晶面板上调节区域中各个像素点的目标透光率。
可选的，所述透光率调节单元202根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度值的对应关系，具体包括，用于执行：
预先确定到达感光传感器的光能量与图像灰度值的关联关系，所述关联关系满足公式y＝f(x)，其中，y为所述图像灰度值，x为所述光能量，f(x)为递增函数，x＝dz，z为透光率，d为待定参数；
求所述f(x)函数的反函数，得到透光率与图像灰度值的函数关系dz＝f-1(y)；
根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度的函数关系中的待定参数d。
可选的，所述高光区域确定单元201，还用于预测所述高光区域在所述第一图像之后的后续图像上所对应的预测高光区域；
所述透光率调节单元202，还用于在从所述光传感器采集所述预测高光区域所对应的后续图像之前，调低所述液晶面板上与所述预测高光区域对应的区域中各个像素点的透光率。
在本发明的另一个实施例中，在硬件实现上，高光区域确定单元201和透光率调节单元202可以合并为一个功能模块以硬件形式内嵌于或独立于摄像装置的处理器中，也可以以软件形式存储于摄像装置的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
采用本发明实施例的光照处理方法，可以尽量避免强光辉散现象的发生，进而可以避免图像有效信息的丢失。
可以理解，本发明实施例中摄像装置中使用的处理器可以是中央处理器(CPU)，通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。
本所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明提供的各实施例的描述可以相互参照，为描述的方便和简洁，例如关于本发明实施例提供的各装置、设备的功能以及执行的步骤可以参照本发明方法实施例的相关描述。
结合本发明公开内容所描述的方法或者算法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于用户设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于摄像装置中。
另外，所描述系统、设备和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本申请的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电子、机械或其它的形式。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种光照处理方法，其特征在于，包括：在感光传感器和镜头之间设置透光率可调的液晶面板，从所述镜头射入的光线穿过所述液晶面板后到达所述感光传感器，所述方法包括：
确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域；
调低所述液晶面板上与所述高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率；
其中，调低所述液晶面板上与所述高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率，包括：
控制所述液晶面板上所述调节区域中各个像素点的透光率为第二值；
从所述感光传感器采集第二图像；
根据所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率；
将所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点的透光率调节为确定出的相应目标透光率；
根据所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率，包括：
确定所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值与第一图像中的对应像素点相比，各个像素点的灰度值变化量；
根据所述各个像素点的灰度值变化量，确定所述高光区域中的直接受光点和强光辉散点；
调高所述液晶面板上与所述强光辉散点对应的像素点的透光率，所述液晶面板上与所述直接受光点对应的像素点的透光率保持为第二值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域之前，所述方法还包括：
控制所述液晶面板上各个像素点的透光率为第一值，所述第一值属于[A,B]，其中，A为预设高阈值，B为液晶面板的最高透光率；
从所述感光传感器采集所述第一图像。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域，包括：
根据所述第一图像中各个像素点的灰度值，确定所述第一图像上的高光区域。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一值的取值为所述液晶面板的最高透光率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二值属于[C，D]，其中，C为所述液晶面板的最低透光率，D为预设低阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二值为所述液晶面板的最低透光率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率，还包括：
根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度值的对应关系；
根据所述透光率与图像灰度值的对应关系，确定当从感光传感器采集的图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点达到预设期望灰度值时，所述液晶面板上的调节区域中各个像素点的目标透光率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度值的对应关系，包括：
预先确定到达感光传感器的光能量与图像灰度值的关联关系，所述关联关系满足公式y＝f(x)，其中，y为所述图像灰度值，x为所述光能量，f(x)为递增函数，x＝dz，z为透光率，d为待定参数；
求所述f(x)函数的反函数，得到透光率与图像灰度值的函数关系dz＝f-1(y)；
根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度的函数关系中的待定参数d。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
预测所述高光区域在所述第一图像之后的后续图像上所对应的预测高光区域；
在从所述感光传感器采集所述预测高光区域所对应的后续图像之前，调低所述液晶面板上与所述预测高光区域对应的区域中各个像素点的透光率。
10.一种光照处理装置，其特征在于，所述装置与透光率可调的液晶面板连接，所述液晶面板设置在镜头和感光传感器之间，从所述镜头入射的光线穿过所述液晶面板后到达所述感光传感器；所述装置包括：
高光区域确定单元，用于确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域；
透光率调节单元，用于调低所述液晶面板上与所述高光区域对应的调节区域中各个像素点的透光率；
所述透光率调节单元还用于执行：
控制所述液晶面板上所述调节区域中各个像素点的透光率为第二值；
从所述感光传感器采集第二图像；
根据所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率；
将所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点的透光率调节为确定出的相应目标透光率；
所述透光率调节单元还用于执行：
确定所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值与第一图像中的对应像素点相比，各个像素点的灰度值变化量；
根据所述各个像素点的灰度值变化量，确定所述高光区域中的直接受光点和强光辉散点；
调高所述液晶面板上与所述强光辉散点对应的像素点的透光率，所述液晶面板上与所述直接受光点对应的像素点的透光率保持为第二值。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述透光率调节单元，还用于在所述高光区域确定单元确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域之前，执行如下步骤：
控制所述液晶面板上各个像素点的透光率为第一值，所述第一值属于[A,B]，其中，A为预设高阈值，B为液晶面板的最高透光率；
从所述感光传感器采集所述第一图像。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述高光区域确定单元确定从所述感光传感器采集的第一图像的高光区域，具体包括，用于执行：
根据所述第一图像中各个像素点的灰度值，确定所述第一图像上的高光区域。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一值的取值为所述液晶面板的最高透光率。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二值属于[C，D]，其中，C为所述液晶面板的最低透光率，D为预设低阈值。
15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二值为所述液晶面板的最低透光率。
16.根据权利要求10或15所述的装置，其特征在于，所述透光率调节单元根据所述第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定所述液晶面板的所述调节区域中各个像素点待调节为的目标透光率，具体包括，用于执行：
根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度值的对应关系；
根据所述透光率与图像灰度值的对应关系，确定当从感光传感器采集的图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点达到预设期望灰度值时，所述液晶面板上的调节区域中各个像素点的目标透光率。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述透光率调节单元根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度值的对应关系，具体包括，用于执行：
预先确定到达感光传感器的光能量与图像灰度值的关联关系，所述关联关系满足公式y＝f(x)，其中，y为所述图像灰度值，x为所述光能量，f(x)为递增函数，x＝dz，z为透光率，d为待定参数；
求所述f(x)函数的反函数，得到透光率与图像灰度值的函数关系dz＝f-1(y)；
根据第二图像上与所述高光区域对应的区域中各个像素点的灰度值，确定透光率与图像灰度的函数关系中的待定参数d。
18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
所述高光区域确定单元，还用于预测所述高光区域在所述第一图像之后的后续图像上所对应的预测高光区域；
所述透光率调节单元，还用于在从所述感光传感器采集所述预测高光区域所对应的后续图像之前，调低所述液晶面板上与所述预测高光区域对应的区域中各个像素点的透光率。
19.一种摄像装置，其特征在于，包括：镜头、感光传感器、透光率可调的液晶面板和用于执行权利要求1至9中任一项所述光照处理方法的处理器；
所述液晶面板设置在所述镜头和所述感光传感器之间，并且与所述处理器连接，从所述镜头入射的光线穿过所述液晶面板后到达所述感光传感器。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述液晶面板覆盖所述感光传感器的感光面，并且所述液晶面板与所述感光传感器的感光面贴合。
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