CN110677593A - 一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法。本发明通过配置产生脉宽调制信号的频率，使得LED补光灯的亮度变化先慢后快，与CMOS传感器自动曝光调节的变化过程相近，从而解决了在同时使用LED补光灯和CMOS传感器的自动曝光功能调节影像画面亮度的情况下，由于LED补光灯和CMOS传感器互相作用造成的画面亮度明暗闪烁的问题。

Description

一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法

本案是以申请号为201710232262.4，申请日为2017年4月11日，名称为《一种智能调光方法》的专利申请为母案的分案申请。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法。

背景技术

CMOS传感器通过自动曝光算法自动调节影像画面的亮度。在背景环境较暗的情况下，CMOS传感器通过加长曝光时间和增大曝光增益来满足整个场景的亮度需求，造成影像噪点增加，帧率下降，甚至需要固定影像采集设备以防止抖动，否则画面会变模糊。为了解决上述问题，大多应用产品通过LED补光灯提高被拍摄物体环境周围的亮度，从而达到缩小CMOS传感器曝光时间，减小噪点、提高帧率的目的，进而实现视频流畅且高画质。

但是，LED补光灯亮度值的变化会影响CMOS传感器进行自动曝光调节，同时CMOS传感器进行自动曝光调节又会作用于LED补光灯亮度值变化，从而造成影像画面不断明暗闪烁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在同时使用LED补光灯和CMOS传感器的自动曝光功能调节影像画面亮度的情况下，消除由于LED补光灯和CMOS传感器互相作用造成的画面亮度明暗闪烁的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，包括：

S1、配置与预设数量对应的产生脉宽调制信号的频率，形成频率无序集合；

S2、根据所述频率的值从小到大排序所述频率无序集合中的元素，得到频率有序集合；其中，所述频率有序集合中序号小于预设序号的元素与前一元素的频率差值小于预设频率差阈值，其余元素与前一元素的频率差值大于所述预设频率差阈值；

S3、获取当前的环境亮度均值，得到第一环境亮度值；

S4、若所述第一环境亮度值与预设目标亮度值的差值小于预设亮度差阈值，则根据所述频率有序集合逐级调节LED补光灯的亮度值，直至实时获取到的环境亮度均值在预设第一目标亮度值范围内；

S5、若所述第一环境亮度值与预设目标亮度值的差值大于预设亮度差阈值，则：

S51、根据所述频率有序集合调节LED补光灯的亮度值；

S52、获取当前的环境亮度均值，得到第二环境亮度值；

S53、若所述第二环境亮度值不在预设第二目标亮度值范围内，则根据预设自动曝光算法调节曝光时间和曝光增益，直至实时获取到的环境亮度均值在预设第三目标亮度值范围内。

本发明的有益效果在于：若当前环境的亮度均值属于正常环境亮度的范围内，则启动LED补光灯智能逐级将当前环境的亮度均值调节至目标亮度值的范围内即可，无需启动CMOS传感器的自动曝光功能，LED补光灯与CMOS传感器间无相互作用；若当前环境太亮或太暗，则先根据频率有序集合调节LED补光灯的亮度值，使得LED补光灯的亮度变化先慢后快，与CMOS传感器自动曝光调节的变化过程相近，再启动CMOS传感器的自动曝光功能，根据预设的自动曝光算法自动调节曝光时间和曝光增益，使得当前环境的亮度在目标亮度值范围内，提高影像画面的质量，在调节环境亮度均值的过程中，LED补光灯与CMOS传感器间的相互影响甚小，有效消除画面亮度明暗闪烁的现象。

附图说明

图1为本发明提供的一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法的具体实施方式的流程框图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：通过配置产生脉宽调制信号的频率，使得LED补光灯的亮度变化先慢后快，与CMOS传感器自动曝光调节的变化过程相近，从而有效消除画面亮度明暗闪烁的现象。

名词解释：

环境亮度均值

被拍摄物体周围区域的亮度平均值

如图1所示，本发明提供一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，包括：

S1、配置与预设数量对应的产生脉宽调制信号的频率，形成频率无序集合；

S2、根据所述频率的值从小到大排序所述频率无序集合中的元素，得到频率有序集合；其中，所述频率有序集合中序号小于预设序号的元素与前一元素的频率差值小于预设频率差阈值，其余元素与前一元素的频率差值大于所述预设频率差阈值；

S3、获取当前的环境亮度均值，得到第一环境亮度值；

S4、若所述第一环境亮度值与预设目标亮度值的差值小于预设亮度差阈值，则根据所述频率有序集合逐级调节LED补光灯的亮度值，直至实时获取到的环境亮度均值在预设第一目标亮度值范围内；

S5、若所述第一环境亮度值与预设目标亮度值的差值大于预设亮度差阈值，则：

S51、根据所述频率有序集合调节LED补光灯的亮度值；

S52、获取当前的环境亮度均值，得到第二环境亮度值；

S53、若所述第二环境亮度值不在预设第二目标亮度值范围内，则根据预设自动曝光算法调节曝光时间和曝光增益，直至实时获取到的环境亮度均值在预设第三目标亮度值范围内。

进一步地，还包括：

设置所述预设数量为11；

设置所述预设序号为5；

设置所述预设频率差阈值为：13。

由上述描述可知，LED补光灯亮度值变化对环境亮度均值的影响，与CMOS传感器中自动曝光算法调节环境亮度均值的过程相近，减缓了LED补光灯与自动曝光算法相互作用带来的画面闪烁的现象。

进一步地，还包括：

设置所述第二目标亮度值范围对应的最大值为所述预设目标亮度值与预设LED补光灯容错值的和；设置所述第二目标亮度值范围对应的最小值为所述预设目标亮度值与所述预设LED补光灯容错值的差；所述预设LED补光灯容错值的取值范围为16至32；

设置所述第三目标亮度值范围对应的最大值为所述预设目标亮度值与预设自动曝光算法容错值的和；设置所述第三目标亮度值范围对应的最小值为所述预设目标亮度值与所述预设自动曝光算法容错值的差；所述预设自动曝光算法容错值的取值范围为2至8。

由上述描述可知，若LED补光灯容错值或自动曝光算法容错值太大，难以精确将环境亮度均值调至正常亮度范围内，如在暗态环境下，由于容错值太大，使得当前环境亮度还处于偏暗状态就停止调节了；若容错值太小，易出现亮暗闪烁的现象，影响画面质量；使用本发明提供的LED补光灯容错值和自动曝光算法容错值的取值范围，既可精确调节环境亮度均值至正常亮度范围内，又可有效避免出现亮暗闪烁的现象。

进一步地，所述S51具体为：

配置与所述频率有序集合对应的脉宽有序集合；所述脉宽有序集合包括脉宽升序集合和脉宽降序集合；

若所述第一环境亮度值小于所述预设目标亮度值，则依次根据所述频率有序集合和所述脉宽升序集合中的元素调节所述LED补光灯的亮度值，直至所述LED补光灯的亮度值已达到最大值；

若所述第一环境亮度值大于所述预设目标亮度值，则依次根据所述频率有序集合和所述脉宽降序集合中的元素调节所述LED补光灯的亮度值，直至所述LED补光灯的亮度值已达到最小值。

由上述描述可知，当LED补光灯的亮度值达到极值时，才会启用自动曝光算法，最大程度减小曝光时间和曝光增益的变化幅度，有利于减少影像噪点，提高帧率，防止抖动。

进一步地，获取当前的环境亮度均值，具体为：

实时获取一帧图像；

划分所述图像为与预设区域数对应的检测区域；

计算各所述检测区域的亮度值；

根据各所述检测区域的亮度值，得到所述图像的平均亮度值；

计算各所述检测区域的亮度值与所述图像的平均亮度值的绝对差值；

标记具有最大所述绝对差值对应的所述检测区域为物体所在区域；

统计除所述物体所在区域外，所述图像中其余区域的亮度平均值，得到环境亮度均值。

由上述描述可知，可识别出物体所在区域，精确得到被拍摄物体周围的环境亮度均值。

进一步地，还包括：

设置所述预设区域数为25。

进一步地，根据预设自动曝光算法调节曝光时间和曝光增益，具体为：

若所述第二环境亮度值小于所述第三目标亮度值范围对应的最小值，则增加所述曝光时间和所述曝光增益；

若所述第二环境亮度值大于所述第三目标亮度值范围对应的最大值，则减小所述曝光时间和所述曝光增益。

进一步地，逐级调节LED补光灯的亮度值，具体为：

配置与不同级数的亮度值对应的脉宽；

按所述级数的升序或降序驱动控制器输出与所述级数对应的脉宽。

进一步地，依次根据所述频率有序集合和所述脉宽升序集合中的元素调节所述LED补光灯的亮度值，具体为：

依次根据所述频率有序集合中产生脉宽调制信号的频率驱动控制器输出所述脉宽升序集合中对应的脉宽。

进一步地，依次根据所述频率有序集合和所述脉宽降序集合中的元素调节所述LED补光灯的亮度值，具体为：

依次根据所述频率有序集合中产生脉宽调制信号的频率驱动控制器输出所述脉宽降序集合中对应的脉宽。

由上述描述可知，LED补光灯的亮度值逐步变化。

本发明的实施例为：

S1、配置与预设数量对应的产生脉宽调制信号的频率，形成频率无序集合；

其中，所述预设数量为11。

S2、根据所述频率的值从小到大排序所述频率无序集合中的元素，得到频率有序集合；其中，所述频率有序集合中序号小于预设序号的元素与前一元素的频率差值小于预设频率差阈值，其余元素与前一元素的频率差值大于所述预设频率差阈值；

其中，频率无序集合中包含11个频率值，前5个元素间的两两频率差值较小，一般为13，从第6个元素开始逐渐增大两两间的频率差值，使得LED补光灯初始阶段亮度变化小，逐渐亮度变化明显。S3、获取当前的环境亮度均值，得到第一环境亮度值；

其中，获取当前的环境亮度均值的方法具体为：

S31、实时获取一帧图像；

S32、划分所述图像为25个检测区域；

S33、计算各所述检测区域的亮度值；

S34、根据各所述检测区域的亮度值，得到所述图像的平均亮度值；

S35、计算各所述检测区域的亮度值与所述图像的平均亮度值的绝对差值；

S36、标记具有最大所述绝对差值对应的所述检测区域为物体所在区域；

S37、统计除所述物体所在区域外，所述图像中其余区域的亮度平均值，得到环境亮度均值；

S4、若所述第一环境亮度值与预设目标亮度值的差值小于预设亮度差阈值，则根据所述频率有序集合逐级调节LED补光灯的亮度值，直至实时获取到的环境亮度均值在预设第一目标亮度值范围内；

其中，逐级调节LED补光灯的亮度值，具体为：

配置与不同级数的亮度值对应的脉宽；

按所述级数的升序或降序驱动控制器输出与所述级数对应的脉宽。

其中，通过调节LED补光灯的亮度值可改变环境亮度值，但是，若LED补光灯的亮度值变化幅度过大会导致环境亮度值的变化幅度大，当环境亮度值发生较大变化时，又会触发LED补光灯进行亮度调节，从而造成LED补光灯反复闪烁，环境亮度值调节失败。而采用LED补光灯初始阶段亮度变化小，中后期再逐渐提高亮度变化幅度的方式，平滑变化环境亮度值，将环境亮度值和LED补光灯的亮度值相互作用降低到最小，使得人眼不易觉察，消除闪烁现象。

S5、若所述第一环境亮度值与预设目标亮度值的差值大于预设亮度差阈值，则：

S51、根据所述频率有序集合调节LED补光灯的亮度值；具体为：

配置与所述频率有序集合对应的脉宽有序集合；所述脉宽有序集合包括脉宽升序集合和脉宽降序集合；

若所述第一环境亮度值小于所述预设目标亮度值，则依次根据所述频率有序集合中产生脉宽调制信号的频率驱动控制器输出所述脉宽升序集合中对应的脉宽，直至所述LED补光灯的亮度值已达到最大值；

若所述第一环境亮度值大于所述预设目标亮度值，则依次根据所述频率有序集合中产生脉宽调制信号的频率驱动控制器输出所述脉宽降序集合中对应的脉宽，直至所述LED补光灯的亮度值已达到最小值；

S52、获取当前的环境亮度均值，得到第二环境亮度值；

S53、若所述第二环境亮度值不在预设第二目标亮度值范围内，则根据预设自动曝光算法调节曝光时间和曝光增益，直至实时获取到的环境亮度均值在预设第三目标亮度值范围内。

其中，根据预设自动曝光算法调节曝光时间和曝光增益，具体为：

若所述第二环境亮度值小于所述第三目标亮度值范围对应的最小值，则增加所述曝光时间和所述曝光增益；

若所述第二环境亮度值大于所述第三目标亮度值范围对应的最大值，则减小所述曝光时间和所述曝光增益；

其中，所述第二目标亮度值范围对应的最大值为所述预设目标亮度值与预设LED补光灯容错值的和；所述第二目标亮度值范围对应的最小值为所述预设目标亮度值与所述预设LED补光灯容错值的差；所述预设LED补光灯容错值的取值范围为16至32；所述第三目标亮度值范围对应的最大值为所述预设目标亮度值与预设自动曝光算法容错值的和；所述第三目标亮度值范围对应的最小值为所述预设目标亮度值与所述预设自动曝光算法容错值的差；所述预设自动曝光算法容错值的取值范围为2至8。

其中，所谓容错值，代表着当前环境亮度值和目标亮度值的差值在何范围内，就认为根据当前的环境亮度值能够捕获到效果较好的画面，不管是通过LED补光灯还是CMOS传感器进行亮度调节，当实时读取到的当前环境亮度值进入到预设目标亮度加或减对应的容错值的范围内，程序就认为亮度或者曝光调节完成。

由于LED补光灯的容错值大于自动曝光算法的容错值，保证了LED补光灯调节的优先级高于自动曝光算法；具体地，程序实际运作过程中，由于LED补光灯有较大的容错范围，会最先调节LED补光灯使环境亮度值初步接近目标值，即粗调环境亮度值；紧接着CMOS传感器通过程序启动自动曝光，继续调节至自身容错范围内，即细调环境亮度值。

例如，程序设置LED补光灯的容错值为16，自动曝光算法容错值为4，预设目标亮度值为80，根据上面定义的LED补光灯容错值和自动曝光算法容错值，LED补光灯调节的过程中，实时获取到的环境亮度值落在64到96之间，就认为调节到位。随后CMOS传感器继续启动自动曝光调节，当实时获取到的环境亮度值落在76到84之间的时候，完成曝光。

若LED补光灯容错值或自动曝光算法容错值太大，会造成LED补光灯和CMOS传感器对环境亮度不敏感，不进行亮度和曝光调节。若LED补光灯容错值或自动曝光算法容错值太小，一般不能小于2，就会发生LED补光灯和CMOS传感器很难准确的将环境亮度值调节到目标亮度附近，会反复的在目标亮度的左右跳转，导致LED补光灯闪烁不断，CMOS传感器曝光反复亮暗变化。

由上述描述可知，本实施例提供一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，在正常亮度环境下，程序通过调节LED补光灯的亮度值达到使当前环境亮度至目标亮度范围内的目的，不需要再启动CMOS传感器的自动曝光算法进行曝光补偿；在暗态环境下，程序会依据配置的频率有序集合调节LED亮度值至最大值，若环境亮度仍未提高到目标亮度范围，则继续启动CMOS传感器的自动曝光算法进行曝光补偿。在亮态环境下，程序会依据配置的频率有序集合调节LED亮度值至最小值，若环境亮度仍未降低到目标亮度范围内，则继续启动CMOS传感器的自动曝光算法以降低环境亮度。在调节环境亮度的过程中，优先使用LED补光灯调节，有效减少由于加长曝光时间和增大曝光增益带来的影像噪点增加的现象，同时LED补光灯和CMOS传感器之间的相互影响甚微，有效消除了画面亮暗闪烁的现象。

综上所述，本发明提供的一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，若当前环境的亮度均值属于正常环境亮度的范围内，则启动LED补光灯智能逐级将当前环境的亮度均值调节至目标亮度值的范围内即可，无需启动CMOS传感器的自动曝光功能，LED补光灯与CMOS传感器间无相互作用；若当前环境太亮或太暗，则先根据频率有序集合调节LED补光灯的亮度值，使得LED补光灯的亮度变化先慢后快，与CMOS传感器自动曝光调节的变化过程相近，再启动CMOS传感器的自动曝光功能，根据预设的自动曝光算法自动调节曝光时间和曝光增益，使得当前环境的亮度在目标亮度值范围内，提高影像画面的质量，在调节环境亮度均值的过程中，LED补光灯与CMOS传感器间的相互影响甚小，有效消除画面亮度明暗闪烁的现象。进一步地，由上述描述可知，LED补光灯亮度值变化对环境亮度均值的影响，与CMOS传感器中自动曝光算法调节环境亮度均值的过程相近，减缓了LED补光灯与自动曝光算法相互作用带来的画面闪烁的现象。进一步地，使得使用LED补光灯调光的优先级高于自动曝光算法。CMOS传感器的曝光增益增加的同时会引入影像噪声，画面出现杂点，影响画质。先调节LED补光灯的亮度值到计算位置，再启用曝光增益调节，由于LED补光灯做了更多的亮度补偿，曝光增益不需要拉高太多，相应的画面噪点得到有效控制，提高画质。进一步地，当LED补光灯的亮度值达到极值时，才会启用自动曝光算法，最大程度减小曝光时间和曝光增益的变化幅度，有利于减少影像噪点，提高帧率，防止抖动。进一步地，可识别出物体所在区域，精确得到被拍摄物体周围的环境亮度均值。进一步地，LED补光灯的亮度值逐步变化。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，其特征在于，包括：

S1、配置与预设数量对应的产生脉宽调制信号的频率，形成频率无序集合；

S2、根据所述频率的值从小到大排序所述频率无序集合中的元素，得到频率有序集合；其中，所述频率有序集合中序号小于预设序号的元素与前一元素的频率差值小于预设频率差阈值，其余元素与前一元素的频率差值大于所述预设频率差阈值；

S3、获取当前的环境亮度均值，得到第一环境亮度值；

S4、若所述第一环境亮度值与预设目标亮度值的差值小于预设亮度差阈值，则根据所述频率有序集合逐级调节LED补光灯的亮度值，直至实时获取到的环境亮度均值在预设第一目标亮度值范围内；

S5、若所述第一环境亮度值与预设目标亮度值的差值大于预设亮度差阈值，则：

S51、根据所述频率有序集合调节LED补光灯的亮度值；

S52、获取当前的环境亮度均值，得到第二环境亮度值；

S53、若所述第二环境亮度值不在预设第二目标亮度值范围内，则根据预设自动曝光算法调节曝光时间和曝光增益，直至实时获取到的环境亮度均值在预设第三目标亮度值范围内；

还包括：

设置所述第二目标亮度值范围对应的最大值为所述预设目标亮度值与预设LED补光灯容错值的和；设置所述第二目标亮度值范围对应的最小值为所述预设目标亮度值与所述预设LED补光灯容错值的差；所述预设LED补光灯容错值的取值范围为16至32；

设置所述第三目标亮度值范围对应的最大值为所述预设目标亮度值与预设自动曝光算法容错值的和；设置所述第三目标亮度值范围对应的最小值为所述预设目标亮度值与所述预设自动曝光算法容错值的差；所述预设自动曝光算法容错值的取值范围为2至8。

2.根据权利要求1所述的一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，其特征在于，所述S51具体为：

配置与所述频率有序集合对应的脉宽有序集合；所述脉宽有序集合包括脉宽升序集合和脉宽降序集合；

若所述第一环境亮度值小于所述预设目标亮度值，则依次根据所述频率有序集合和所述脉宽升序集合中的元素调节所述LED补光灯的亮度值，直至所述LED补光灯的亮度值已达到最大值；

若所述第一环境亮度值大于所述预设目标亮度值，则依次根据所述频率有序集合和所述脉宽降序集合中的元素调节所述LED补光灯的亮度值，直至所述LED补光灯的亮度值已达到最小值。

3.根据权利要求1所述的一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，其特征在于，获取当前的环境亮度均值，具体为：

实时获取一帧图像；

划分所述图像为与预设区域数对应的检测区域；

计算各所述检测区域的亮度值；

根据各所述检测区域的亮度值，得到所述图像的平均亮度值；

计算各所述检测区域的亮度值与所述图像的平均亮度值的绝对差值；

标记具有最大所述绝对差值对应的所述检测区域为物体所在区域；

统计除所述物体所在区域外，所述图像中其余区域的亮度平均值，得到环境亮度均值。

4.根据权利要求3所述的一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，其特征在于，还包括：

设置所述预设区域数为25。

5.根据权利要求1所述的一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，其特征在于，根据预设自动曝光算法调节曝光时间和曝光增益，具体为：

若所述第二环境亮度值小于所述第三目标亮度值范围对应的最小值，则增加所述曝光时间和所述曝光增益；

若所述第二环境亮度值大于所述第三目标亮度值范围对应的最大值，则减小所述曝光时间和所述曝光增益。

6.根据权利要求1所述的一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，其特征在于，逐级调节LED补光灯的亮度值，具体为：

配置与不同级数的亮度值对应的脉宽；

按所述级数的升序或降序驱动控制器输出与所述级数对应的脉宽。

7.根据权利要求6所述的一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，其特征在于，依次根据所述频率有序集合和所述脉宽升序集合中的元素调节所述LED补光灯的亮度值，具体为：

依次根据所述频率有序集合中产生脉宽调制信号的频率驱动控制器输出所述脉宽升序集合中对应的脉宽。

8.根据权利要求7所述的一种消除画面亮度明暗闪烁的智能调光方法，其特征在于，依次根据所述频率有序集合和所述脉宽降序集合中的元素调节所述LED补光灯的亮度值，具体为：

依次根据所述频率有序集合中产生脉宽调制信号的频率驱动控制器输出所述脉宽降序集合中对应的脉宽。

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