CN110225261B - 一种ZigZagHDR曝光控制系统及其进行曝光控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种ZigZagHDR曝光控制系统，包括顶层曝光存储模块和ZigZagHDR曝光表达模型，所述顶层曝光存储模块包括曝光表达数组存储单元和曝光格式序号存储单元，所述曝光表达数组存储单元中的曝光数组和曝光格式序号存储单元中的曝光序号一一对应；所述ZigZagHDR曝光表达模型连接顶层曝光存储模块，同时接收曝光信号，所述ZigZagHDR曝光表达模型根据曝光信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，并输出最终的曝光数组。本发明提供一种ZigZagHDR曝光控制系统及其进行曝光控制的方法，能够有效表示ZigZagHDR曝光过程中所有的曝光数组，并且该控制系统结构简单，以用于在ZigZagHDR曝光方式下的各种模块开发。

Description

一种ZigZagHDR曝光控制系统及其进行曝光控制的方法
技术领域
本发明属于数字图像处理领域，具体属于一种ZigZagHDR曝光控制系统及其进行曝光控制的方法。
背景技术
数字图像像素位宽有限，通常为8bit，10bit或者12bit，对应的数值范围分别为0～255，0～1023，0～4095，像素值直接对应了图像的亮度(对灰度图而言，对于RGB等彩色图，其亮度也可以通过单通道线性变换得到)；所以，数值范围对应了所能表达的亮度动态范围，然而，大自然的亮度变化范围远超出像素值所能表达的范围，同时人眼能够分辨的亮度范围也能覆盖10-3lux～103lux，甚至更广，在具有强烈的亮度对比或亮度变化的场景，普通的数字化图像不能准确的记录亮度的变化情况，并丢失高低亮度区域的图像细节，远没有达到纪录到现实世界的真实状况。为了解决数字图像的表达动态范围局限的问题，高动态范围技术应运而生。
HDR(High Dynamic Range)高动态范围成像，是用来实现比普通数字图像更大曝光动态范围的技术。HDR技术适合在亮暗变化明显的场景下使用，这样能使亮处的景物不致过曝，而暗处的景物不致欠曝，细节都能表达清楚。ZigZag HDR是图像传感器在Bayerpattern(拜耳阵列)下的一种HDR成像方式。它将图像以Z型分割，对相邻的两个Z型区域像素分别进行两种不同的曝光处理。ZigZagHDR能够用于实时HDR预览，记录HDR视频以及拍摄HDR照片。
然而不同的图像传感器进行ZigZagHDR曝光时，由于曝光格式选用的周期不同以及起始曝光位置不同，会出现不同的曝光数组，同时，在曝光过程中，由于曝光结构需要，往往还需要进行镜像(mirror)和/或翻转(flip)操作，因此，最终图像传感器进行ZigZagHDR曝光所选取的曝光数组并不相同。在ZigZagHDR曝光过程中，经过镜像和/或翻转操作之后的曝光数组与图像传感器默认的曝光数组不同，往往会在对默认曝光数组的处理过程中造成程序紊乱，从而影响ZigZagHDR曝光结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种ZigZagHDR曝光控制系统及其进行曝光控制的方法，能够有效表示ZigZagHDR曝光过程中所有的曝光数组，并且该控制系统结构简单，以用于在ZigZagHDR曝光方式下的各种模块开发。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种ZigZagHDR曝光控制系统，包括顶层曝光存储模块和ZigZagHDR曝光表达模型，
所述顶层曝光存储模块包括曝光表达数组存储单元和曝光格式序号存储单元，所述曝光表达数组存储单元中的曝光数组和曝光格式序号存储单元中的曝光序号一一对应；
所述ZigZagHDR曝光表达模型连接顶层曝光存储模块，同时接收曝光信号，所述ZigZagHDR曝光表达模型根据曝光信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，并输出最终的曝光数组。
进一步地，所述ZigZagHDR曝光采用4nx4n的像素单元为周期进行曝光，其中，n为大于0的正整数。
进一步地，所述曝光信号包括器件信号和控制信号，所述器件信号为待曝光器件的曝光序号，所述控制信号包括mirror信号和/或flip信号。
进一步地，所述待曝光器件的曝光序号为A，经过控制信号处理之后的曝光序号为B，且A和B均为所述曝光格式序号存储单元中的曝光序号。
进一步地，当ZigZagHDR曝光采用4x4的像素单元为周期进行曝光时，所述曝光表达数组存储单元存储的曝光数组为16种，其中8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号，另外8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号经过控制信号处理之后的曝光序号。
一种采用ZigZagHDR曝光控制系统进行曝光控制的方法，包括如下步骤：
S01：读取待曝光器件的曝光序号，并将其传输至ZigZagHDR曝光表达模型；
S02：读取控制信号并将其传输至ZigZagHDR曝光表达模型；
S03：ZigZagHDR曝光表达模型根据控制信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，并输出最终的曝光数组；其中，所述ZigZagHDR曝光表达模型连接顶层曝光存储模块，所述顶层曝光存储模块包括曝光表达数组存储单元和曝光格式序号存储单元，所述曝光表达数组存储单元中的曝光数组和曝光格式序号存储单元中的曝光序号一一对应。
进一步地，所述步骤S03ZigZagHDR曝光表达模型根据控制信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，并输出最终的曝光数组的具体方法为：
S031：ZigZagHDR曝光表达模型根据控制信号对上述曝光序号进行变换，并在顶层曝光存储模块中查找出变换之后的曝光序号对应的曝光数组；
S032：ZigZagHDR曝光表达模型输出变换之后的曝光序号对应的曝光数组。
进一步地，所述ZigZagHDR曝光采用4nx4n的像素单元为周期进行曝光，其中，n为大于0的正整数。
进一步地，所述控制信号包括mirror信号和/或flip信号；当ZigZagHDR曝光采用4x4的像素单元为周期进行曝光时，所述曝光表达数组存储单元存储的曝光数组为16种，其中8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号，另外8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号经过控制信号处理之后的曝光序号。
进一步地，所述待曝光器件的曝光序号为A，经过控制信号操作之后的曝光序号为B，且A和B均为所述曝光格式序号存储单元中的曝光序号。
本发明的有益效果为：本发明中顶层曝光存储模块存储了一一对应的曝光数组和曝光序号，有效表示了ZigZagHDR曝光的所有曝光序号(包括经过翻转和/或镜像操作之后的曝光序号)，同时这些曝光序号与曝光数组一一对应，可以快速检索到经过不同控制信号之后的曝光序号变化，该控制方法简单明了，易用于在ZigZagHDR曝光方式下的各种模块开发。
附图说明
附图1为实施例1中ZigZagHDR曝光格式示意图。
附图2为实施例1中待曝光器件的ZigZagHDR曝光数组类型。
附图3为实施例1中经过控制信号变换之后的ZigZagHDR曝光数组类型。
附图4为本发明中采用ZigZagHDR曝光控制系统进行曝光控制的方法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提供的一种ZigZagHDR曝光控制系统，包括顶层曝光存储模块和ZigZagHDR曝光表达模型，顶层曝光存储模块包括曝光表达数组存储单元和曝光格式序号存储单元，曝光表达数组存储单元用于存储曝光数组，曝光数组中采用不同的固定数值表示长短曝光，并且曝光数组表示的是在固定像素模块作为曝光周期单元时，曝光周期单元的曝光格式。曝光格式序号存储单元用于存储曝光序号，其中曝光序号与上述曝光数组一一对应，并且在顶层曝光存储模块中曝光数组和曝光序号一一对应存储。ZigZagHDR曝光表达模型连接顶层曝光存储模块，同时接收外部预先设定的曝光信号，其中，曝光信号为曝光开始时所接收的ISP所设定的初始值；ZigZagHDR曝光表达模型根据曝光信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，并输出最终的曝光数组，其中曝光信号包括器件信号和控制信号，器件信号为待曝光器件的曝光序号，该序号由待曝光器件在不经过任何信号操作时的曝光数组决定，即由待曝光器件的性能等决定。控制信号包括mirror信号和/或flip信号。上述曝光数组指的是用于表示曝光过程中不同像素单元分别进行长曝光或者短曝光的数组，即表示一种曝光格式。
本发明一种采用ZigZagHDR曝光控制系统进行曝光控制的方法，包括如下步骤：
S01：读取待曝光器件的曝光序号，并将其传输至ZigZagHDR曝光表达模型中；本发明中待曝光器件的曝光序号根据该器件自身性能所确定，每一种曝光序号均与曝光表达数组存储单元中的其中一个曝光数组对应。
S02：读取控制信号并将其传输至ZigZagHDR曝光表达模型中；
S03：ZigZagHDR曝光表达模型根据控制信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，并输出最终的曝光数组；其中，ZigZagHDR曝光表达模型连接顶层曝光存储模块，顶层曝光存储模块包括曝光表达数组存储单元和曝光格式序号存储单元，曝光表达数组存储单元中的曝光数组和曝光格式序号存储单元中的曝光序号一一对应，具体包括：
S031：ZigZagHDR曝光表达模型根据控制信号对上述曝光序号进行变换，并在顶层曝光存储模块中查找出变换之后的曝光序号对应的曝光数组；其中，若控制信号为空，即没有控制信号，即表示后续曝光过程按照待曝光器件的曝光序号进行曝光即可，记在步骤S03中对原始默认的曝光序号不做变换处理。
S032：ZigZagHDR曝光表达模型输出变换之后的曝光序号对应的曝光数组。
本发明中ZigZagHDR曝光控制系统可以用于现有技术中所有ZigZagHDR的曝光过程。ZigZagHDR可以采用4nx4n的像素单元为周期进行曝光，其中，n为大于0的正整数；具体可以以4x4大小的像素单元为周期，也可以以8x8大小或者12x12大小的像素单元为周期进行曝光，值得说明的是，由于4x4大小的像素单元为最小循环单元，因此，较佳的采用4x4大小的像素单元为周期进行曝光；此时曝光表达数组存储单元存储的曝光数组为16种，曝光格式序号存储单元中的曝光序号对应为0-15，并且曝光数组和曝光序号是一一对应的；其中8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号，另外8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号经过控制信号处理之后的曝光序号。以下通过实施例进行进一步说明：
实施例1
请参阅附图1，以(0,0)为起点的4x4大小的块，与以(4,0)，(0,4)，(4,4)等为起点的4x4大小的块曝光格式也即曝光数组相同，其余的块依次类推。由于具体的曝光数组可以以4x4大小的块进行循环表示，而4x4大小的块正好对应HDRArray[4][4]的曝光数组，以图1中(0,0)起点为例：HDRArray[4][4]＝{{0,0,0,1},{1,1,0,1},{0,1,0,0},{0,1,1,1}}。
由于不同的图像传感器所采用的ZigZagHDR曝光格式不同，所以设计曝光序号HDRPattern用于指示当前图像传感器默认的曝光数组，每一个HDRPattern对应于每一种曝光格式，在没有加入mirror和flip操作之前，通过枚举方式可知，一共有8中不同的曝光数组HDRPattern，即8个不同的数组，具体如附图2所示，对应的曝光序号依次为0-7；而加入镜像mirror和反转flip操作之后，又增添了8种新模式，具体如附图3所示，对应的曝光序号依次为8-15。本实施例中曝光序号设置为0-15，其具体需求序号也可以采用不同的进制或者数字表示。
假设待曝光器件的曝光序号为A，经过不同的控制信号(mirror信号和/或flip信号)处理之后的曝光序号为B，且A和B对应关系如表1所示：
Figure BDA0002102452530000051
请参阅附图4，上述ZigZagHDR曝光控制系统进行曝光控制的方法，包括如下步骤：
S01：读取待曝光器件的曝光序号，并将其传输至ZigZagHDR曝光表达模型中；其中，待曝光器件的曝光序号为该器件的默认值，即其在进行ZigZagHDR曝光时默认的曝光数组对应的曝光序号，该曝光数组为附图2中的其中一个，且对应的曝光序号为0-7中的一个。
S02：读取控制信号并将其传输至ZigZagHDR曝光表达模型中；控制信号包括mirror信号和/或flip信号，控制信号的内容是根据曝光需求提前设定好的信号，该步骤中系统将提前设定好的控制信号传输至ZigZagHDR曝光表达模型中；
S03：ZigZagHDR曝光表达模型根据曝光信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，得出新的曝光数组，具体包括：
S031：ZigZagHDR曝光表达模型根据预先设定的控制信号对上述曝光序号进行变换，并在顶层曝光存储模块中查找出变换之后的曝光序号对应的曝光数组。
在顶层曝光存储模块中，曝光数组和曝光序号是一一对应的，具体如附图2和3所示，其可以以表格的形式进行存储。由于本发明中待曝光器件的曝光序号以及经过控制信号处理之后的曝光序号均存在于顶层曝光存储模块中，具体对应关系如表1所示，因此，当待曝光器件的曝光序号确定时，ZigZagHDR曝光表达模型可以快速地从表1中查找出变换之后的曝光序号；又因为曝光序号与曝光数组一一对应，也就能快速地查找出变换之后的曝光数组。
S032：ZigZagHDR曝光表达模型输出变换之后的曝光序号对应的曝光数组，后续的曝光过程便以输出的曝光数组进行曝光。输出的曝光数组为附图2或3中的其中一种，用固定数值例如0和1表示长短曝光，可以方便用于ZigZagHDR曝光格式下的各模块开发。
若没有控制信号，即不需要对待曝光器件的曝光序号进行处理，保持原来的曝光序号即可，即可以认为经过ZigZagHDR曝光表达模型处理之后的曝光数组与待曝光器件的曝光序号相对应。
本发明中顶层曝光存储模块存储了一一对应的曝光数组和曝光序号，有效表示了ZigZagHDR曝光的所有曝光序号(包括经过翻转和/或镜像操作之后的曝光序号)，同时这些曝光序号与曝光数组一一对应，可以快速检索到经过不同控制信号之后的曝光序号和曝光数组变化，该控制方法简单明了，易用于在ZigZagHDR曝光方式下的各种模块开发。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种ZigZagHDR曝光控制系统，其特征在于，包括顶层曝光存储模块和ZigZagHDR曝光表达模型，
所述顶层曝光存储模块包括曝光表达数组存储单元和曝光格式序号存储单元，所述曝光表达数组存储单元中的曝光数组和曝光格式序号存储单元中的曝光序号一一对应；
所述ZigZagHDR曝光表达模型连接顶层曝光存储模块，同时接收曝光信号，所述ZigZagHDR曝光表达模型根据曝光信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，并输出最终的曝光数组；所述曝光信号为曝光开始时所接收的ISP所设定的初始值；所述曝光信号包括器件信号和控制信号，所述器件信号为待曝光器件的曝光序号，所述器件信号为待曝光器件的曝光序号，该序号由待曝光器件在不经过任何信号操作时的曝光数组决定，所述控制信号包括mirror信号和/或flip信号。
2.根据权利要求1所述的一种ZigZagHDR曝光控制系统，其特征在于，所述ZigZagHDR曝光采用4nx4n的像素单元为周期进行曝光，其中，n为大于0的正整数。
3.根据权利要求1所述的一种ZigZagHDR曝光控制系统，其特征在于，所述待曝光器件的曝光序号为A，经过控制信号处理之后的曝光序号为B，且A和B均为所述曝光格式序号存储单元中的曝光序号。
4.根据权利要求1所述的一种ZigZagHDR曝光控制系统，其特征在于，当ZigZagHDR曝光采用4x4的像素单元为周期进行曝光时，所述曝光表达数组存储单元存储的曝光数组为16种，其中8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号，另外8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号经过控制信号处理之后的曝光序号。
5.一种采用ZigZagHDR曝光控制系统进行曝光控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：读取待曝光器件的曝光序号，并将其传输至ZigZagHDR曝光表达模型；
S02：读取控制信号并将其传输至ZigZagHDR曝光表达模型；
S03：ZigZagHDR曝光表达模型根据控制信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，并输出最终的曝光数组；其中，所述ZigZagHDR曝光表达模型连接顶层曝光存储模块，所述顶层曝光存储模块包括曝光表达数组存储单元和曝光格式序号存储单元，所述曝光表达数组存储单元中的曝光数组和曝光格式序号存储单元中的曝光序号一一对应；所述曝光信号为曝光开始时所接收的ISP所设定的初始值；所述曝光信号包括器件信号和控制信号，所述器件信号为待曝光器件的曝光序号，所述器件信号为待曝光器件的曝光序号，该序号由待曝光器件在不经过任何信号操作时的曝光数组决定，所述控制信号包括mirror信号和/或flip信号。
6.一种根据权利要求5所述的曝光控制方法，其特征在于，所述步骤S03ZigZagHDR曝光表达模型根据控制信号对待曝光器件的曝光序号进行变换，并输出最终的曝光数组的具体方法为：
S031：ZigZagHDR曝光表达模型根据控制信号对上述曝光序号进行变换，并在顶层曝光存储模块中查找出变换之后的曝光序号对应的曝光数组；
S032：ZigZagHDR曝光表达模型输出变换之后的曝光序号对应的曝光数组。
7.一种根据权利要求6所述的曝光控制方法，其特征在于，所述ZigZagHDR曝光采用4nx4n的像素单元为周期进行曝光，其中，n为大于0的正整数。
8.根据权利要求5所述的曝光控制方法，其特征在于，当ZigZagHDR曝光采用4x4的像素单元为周期进行曝光时，所述曝光表达数组存储单元存储的曝光数组为16种，其中8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号，另外8种曝光数组对应待曝光器件的曝光序号经过控制信号处理之后的曝光数组。
9.根据权利要求5所述的曝光控制方法，其特征在于，所述待曝光器件的曝光序号为A，经过控制信号操作之后的曝光序号为B，且A和B均为所述曝光格式序号存储单元中的曝光序号。
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