CN109819172A - 自动曝光的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动曝光的方法和系统。所述方法包括：根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定调整曝光量的帧数和各帧图像的期望亮度值；根据各帧图像的期望亮度值依次调整各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。本发明能够提高收敛速度，避免收敛过程中出现亮暗闪烁。

Description

自动曝光的方法和系统

技术领域

本发明涉及拍照技术领域，尤其涉及一种自动曝光的方法和系统。

背景技术

当前，相机已经成为手机的必备组成，相机的性能也越来越受用户重视。自动曝光是相机的一个重要性能指标。

自动曝光是相机根据光线的强弱自动调整曝光量，防止曝光过度或者不足而造成画面亮度达不到理想效果。在调整曝光量的过程中，相机首先会检测当前场景的实际亮度，然后和目标亮度进行对比，计算出亮度差后再调整曝光量，从而最终使实际亮度和目标亮度相近，即曝光收敛。

现有的自动曝光方法，在调整曝光量的过程中，不会一步调整到和目标亮度相同，而是分步调整，每一步调整的曝光量相同。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：

由于每次调整的曝光量相同，如果调整量过小，调整时间较长，收敛速度慢，如果调整量过大，易出现亮暗闪烁的情况。

发明内容

本发明提供的自动曝光的方法和系统，能够提高收敛速度，同时避免亮暗闪烁的现象。

第一方面，本发明提供一种自动曝光的方法，包括：

根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定调整曝光量的帧数和各帧图像的期望亮度值；

根据所述各帧图像的期望亮度值依次调整所述各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

可选地，所述方法还包括：

在每次调整一帧图像的曝光量之后，比较该帧图像的实际亮度值和该帧图像的期望亮度值之间的误差；

当连续多帧图像的实际亮度值和各自的期望亮度值之间的误差均大于各自的容错阈值时，根据所述连续多帧图像中的最后一帧图像的实际亮度值和所述曝光收敛的目标亮度值重新确定该最后一帧图像的后续各帧图像的期望亮度值；

根据所述后续各帧图像的期望亮度值依次调整所述后续各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

可选地，所述容错阈值为各帧图像的期望亮度值的5％。

可选地，在自动曝光之前，所述方法还包括：

根据所述当前帧图像及所述当前帧图像之前的连续多帧图像的曝光量判断当前场景是否是单调场景，如果当前场景是单调场景，进行自动曝光，否则停止自动曝光。

第二方面，本发明提供一种自动曝光的系统，包括：

第一计算模块，用于根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定调整曝光量的帧数；

第二计算模块，用于根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定各帧图像的期望亮度值；

调整模块，用于根据所述各帧图像的期望亮度值依次调整所述各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

可选地，所述系统还包括：

比较模块，用于在每次调整一帧图像的曝光量之后，比较该帧图像的实际亮度值和该帧图像的期望亮度值之间的误差；

第三计算模块，用于当连续多帧图像的实际亮度值和各自的期望亮度值之间的误差均大于各自的容错阈值时，根据所述连续多帧图像中的最后一帧图像的实际亮度值和所述曝光收敛的目标亮度值重新确定该最后一帧图像的后续各帧图像的期望亮度值；

所述调整模块，还用于根据所述后续各帧图像的期望亮度值依次调整所述后续各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

可选地，所述容错阈值为各帧图像的期望亮度值的5％。

可选地，所述系统还包括：

判断模块，用于在自动曝光之前，根据所述当前帧图像及所述当前帧图像之前的连续多帧图像的曝光量判断当前场景是否是单调场景，如果当前场景是单调场景，进行自动曝光，否则停止自动曝光。

本发明提供的自动曝光的方法和系统，充分利用当前帧的亮度信息和目标亮度确定调整曝光量的帧数并预测出各帧图像的期望亮度值，从而保证整个收敛过程可控，在调整曝光量的过程中，每次调整的曝光量依次减小，提高了收敛的速度，并且不会出现亮暗闪烁的现象。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的自动曝光的方法的流程图；

图2为本发明另一实施例提供的自动曝光的方法的流程图；

图3为本发明一实施例提供的自动曝光的系统的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的自动曝光的系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例提供一种自动曝光的方法，如图1所示，所述方法包括：

S11、根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定调整曝光量的帧数和各帧图像的期望亮度值。

首先确定调整曝光量的帧数。记当前帧的帧号为第0帧，假设当前帧(第0帧)的实际亮度值为cur_lum⁽⁰⁾，曝光收敛的目标亮度值为tar_lum，则二者的亮度差为：

diff_lum＝|cur_lum⁽⁰⁾-tar_lum|

根据亮度差来确定调整曝光量的帧数。通常按照下式确定调整曝光量的帧数，

其中，K表示收敛速度的调节量，通过设置不同的K值，可以实现不同的收敛速度。N表示调整曝光量的帧数，也就是曝光收敛过程中需要调节的步数。每调整一步曝光量，就会有一个对应的帧(一步一帧)。

需要说明的是，通常会设定一个收敛阈值，如果cur_lum⁽⁰⁾和tar_lum之间的亮度差小于收敛阈值，则说明已经收敛，不需要调整曝光量，此时帧数为0；当cur_lum⁽⁰⁾和tar_lum之间的亮度差大于收敛阈值时，才需要调整曝光量。这样可以保证收敛的稳定性，因为外界因素一直是在变化的，但是当变化很小的时候并不会影响用户的感受，也就是说我们为正确的亮度划定了一个区间而不是一个值。

为了控制曝光收敛的速度，我们需要设置一个最大帧数N_max，根据实际的测试效果，将N_max设为15。当计算出的N值大于N_max时，令N＝N_max。

确定了帧数N之后，接下来需要确定各帧图像的期望亮度值。

当cur_lum⁽⁰⁾＞tar_lum时，

调整曝光量之后的第1帧图像的期望亮度值tar_lum⁽¹⁾可以表示为：

其中，表示第一步调整的曝光量。

之后各帧图像的期望亮度值tar_lum⁽ⁿ⁾可以表示为：

其中，表示各步调整的曝光量。

最后一帧(即第N帧)图像的期望亮度值tar_lum^(N)就是目标亮度值tar_lum。

可以看出，随着各帧图像的期望亮度值和目标亮度值越来越接近，每步调整的曝光量越来越小，这样可以保证收敛更加平滑。

类似的，当cur_lum⁽⁰⁾＜tar_lum时，

调整曝光量之后的第1帧图像的期望亮度值tar_lum⁽¹⁾可以表示为：

其中，表示第一步调整的曝光量。

之后各帧图像的期望亮度值tar_lum⁽ⁿ⁾可以表示为：

其中，表示各步调整的曝光量。

最后一帧(即第N帧)图像的期望亮度值tar_lum^(N)就是目标亮度值tar_lum。

由此，我们根据当前帧图像的实际亮度值cur_lum⁽⁰⁾和曝光收敛的目标亮度值tar_lum得到了调整曝光量的帧数N和每次调整后各帧图像的期望亮度值tar_lum⁽ⁿ⁾，将各帧图像的期望亮度值以数组的形式存储起来，这里我们称之为轨迹数组，轨迹数组中存储的数据如下表所示：

cur_lum<sup>(0)</sup>

tar_lum<sup>(1)</sup>

tar_lum<sup>(2)</sup>

……

tar_lum<sup>(N-1)</sup>

tar_lum

如果将轨迹数组中的数据绘成一条曲线，相当于得到了一个收敛轨迹。

S12、根据各帧图像的期望亮度值依次调整各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

通过上述自动曝光的方法，充分利用当前帧的亮度信息和目标亮度确定调整曝光量的帧数并预测出各帧图像的期望亮度值，从而保证整个收敛过程可控，在调整曝光量的过程中，每次调整的曝光量依次减小，提高了收敛的速度，并且不会出现亮暗闪烁的现象。

进一步地，为了适应外界环境的变化，在每次调整一帧图像的曝光量之后，我们会计算该帧图像的实际亮度值cur_lum⁽ⁿ⁾，n＝1,2,……N，然后去轨迹数组中查找该帧图像的期望亮度值tar_lum⁽ⁿ⁾，并计算两者之间的误差D_lum⁽ⁿ⁾。如果误差小于该帧图像设定的容错阈值，则说明正以设定的收敛轨迹在调整曝光量，不需要对收敛轨迹进行修正。如果误差大于该帧图像设定的容错阈值，则说明外界环境的亮度发生变化，有可能需要重新确定该帧图像之后的各帧图像的期望亮度值，即重新规划收敛轨迹。各帧图像的容错阈值一般设定为该帧图像的期望亮度值tar_lum⁽ⁿ⁾的5％。

在这里，我们需要考虑外界环境的变化是否是随机的，所以不会立即修正收敛轨迹，而是做一个轨迹偏离的标定。当出现连续多帧图像的实际亮度值和各自的期望亮度值的误差均大于各自的容错阈值时，则认定外界环境确实发生了变化，需要重新规划收敛轨迹。至于连续多帧图像的具体数值，和总帧数N相关，一般设定为总帧数N*20％+1。

例如，调整曝光量的图像一共10帧，当检测到连续三帧图像(第3,4,5帧)的实际亮度值分别和各自的期望亮度值的误差均大于各自的容错阈值，则根据第5帧的实际亮度值cur_lum⁽⁵⁾重新确定第6帧至第10帧的期望亮度值，

当cur_lum⁽⁵⁾＞tar_lum时，

第6帧图像的期望亮度值tar_lum⁽⁶⁾可以表示为：

之后各帧图像的期望亮度值tar_lum⁽ⁿ⁾可以表示为：

第10帧图像的期望亮度值tar_lum⁽¹⁰⁾＝tar_lum。

类似的，当cur_lum⁽⁵⁾＜tar_lum时，

第6帧图像的期望亮度值tar_lum⁽⁶⁾可以表示为：

之后各帧图像的期望亮度值tar_lum⁽ⁿ⁾可以表示为：

第10帧图像的期望亮度值tar_lum⁽¹⁰⁾＝tar_lum。

重新确定第6帧至第10帧的期望亮度值之后，根据新的期望亮度值依次调整第6帧至第10帧的曝光量，以使曝光收敛。

通过上述方法，在曝光收敛过程中，能够根据环境的亮度变化动态地修正收敛轨迹，从而保证收敛误差的可控性，收敛更加稳定，获得更快的收敛速度，自适应外界环境的亮度变化所引起的收敛速度慢、收敛不稳定、亮暗闪烁等问题，从而达到最优的收敛效果。

进一步地，如图2所示，所述方法还包括：

S10、根据当前帧图像及当前帧图像之前的连续多帧图像的曝光量判断当前场景是否是单调场景。

我们会用一个数组记录当前帧图像及当前帧图像之前的连续多帧(比如4帧)的曝光量，如果这5帧图像的曝光量持续增加或者持续减少，则说明当前场景是单调的，如果曝光量有增有减，则说明当前场景是波动场景。

如果当前场景是单调场景，进行自动曝光，如果当前场景是波动场景，则停止自动曝光。这是因为如果当前场景波动，说明场景正在发生亮暗的交替变化，此时进行自动曝光没有任何意义，所以停止自动曝光，待场景稳定后再进行自动曝光。现有方法是没有这步“趋势预测”的，不论场景是否单调，一律进行自动曝光，这样易出现亮暗闪烁的问题，而本发明可以避免亮暗闪烁的出现。

本发明实施例还提供一种自动曝光的系统，如图3所示，所述系统包括：

第一计算模块31，用于根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定调整曝光量的帧数；

第二计算模块32，用于根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定各帧图像的期望亮度值；

调整模块33，用于根据各帧图像的期望亮度值依次调整各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

通过上述自动曝光的系统，充分利用当前帧的亮度信息和目标亮度确定调整曝光量的帧数并预测出各帧图像的期望亮度值，从而保证整个收敛过程可控，在调整曝光量的过程中，每次调整的曝光量依次减小，提高了收敛的速度，并且不会出现亮暗闪烁的现象。

进一步地，如图4所示，所述系统还包括：

比较模块34，用于在每次调整一帧图像的曝光量之后，比较该帧图像的实际亮度值和该帧图像的期望亮度值之间的误差；

第三计算模块35，用于当连续多帧图像的实际亮度值和各自的期望亮度值之间的误差均大于各自的容错阈值时，根据所述连续多帧图像中的最后一帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值重新确定该最后一帧图像的后续各帧图像的期望亮度值；

其中，所述容错阈值为各帧图像的期望亮度值的5％。

调整模块33，还用于根据所述后续各帧图像的期望亮度值依次调整所述后续各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

进一步地，如图4所示，所述系统还包括：

判断模块30，用于在自动曝光之前，根据当前帧图像及当前帧图像之前的连续多帧图像的曝光量判断当前场景是否是单调场景，如果当前场景是单调场景，进行自动曝光，否则停止自动曝光。

本发明实施例提供的自动曝光的系统，在曝光收敛过程中，能够根据环境的亮度变化动态地修正收敛轨迹，从而保证收敛误差的可控性，收敛更加稳定，获得更快的收敛速度，自适应外界环境的亮度变化所引起的收敛速度慢、收敛不稳定、亮暗闪烁等问题，从而达到最优的收敛效果。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种自动曝光的方法，其特征在于，包括：

根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定调整曝光量的帧数和各帧图像的期望亮度值；

根据所述各帧图像的期望亮度值依次调整所述各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在每次调整一帧图像的曝光量之后，比较该帧图像的实际亮度值和该帧图像的期望亮度值之间的误差；

当连续多帧图像的实际亮度值和各自的期望亮度值之间的误差均大于各自的容错阈值时，根据所述连续多帧图像中的最后一帧图像的实际亮度值和所述曝光收敛的目标亮度值重新确定该最后一帧图像的后续各帧图像的期望亮度值；

根据所述后续各帧图像的期望亮度值依次调整所述后续各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述容错阈值为各帧图像的期望亮度值的5％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在自动曝光之前，所述方法还包括：

根据所述当前帧图像及所述当前帧图像之前的连续多帧图像的曝光量判断当前场景是否是单调场景，如果当前场景是单调场景，进行自动曝光，否则停止自动曝光。

5.一种自动曝光的系统，其特征在于，包括：

第一计算模块，用于根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定调整曝光量的帧数；

第二计算模块，用于根据当前帧图像的实际亮度值和曝光收敛的目标亮度值确定各帧图像的期望亮度值；

调整模块，用于根据所述各帧图像的期望亮度值依次调整所述各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

比较模块，用于在每次调整一帧图像的曝光量之后，比较该帧图像的实际亮度值和该帧图像的期望亮度值之间的误差；

第三计算模块，用于当连续多帧图像的实际亮度值和各自的期望亮度值之间的误差均大于各自的容错阈值时，根据所述连续多帧图像中的最后一帧图像的实际亮度值和所述曝光收敛的目标亮度值重新确定该最后一帧图像的后续各帧图像的期望亮度值；

所述调整模块，还用于根据所述后续各帧图像的期望亮度值依次调整所述后续各帧图像的曝光量，以使曝光收敛。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述容错阈值为各帧图像的期望亮度值的5％。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

判断模块，用于在自动曝光之前，根据所述当前帧图像及所述当前帧图像之前的连续多帧图像的曝光量判断当前场景是否是单调场景，如果当前场景是单调场景，进行自动曝光，否则停止自动曝光。