CN110913123A - 基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法、装置及电子设备，该方法包括：获取图像，将获得的图像划分为若干小块；对各分块图像分别进行滤波，获得各图像块的水平滤波结果和垂直滤波结果；根据各图像块的滤波结果计算每个图像块的块内纹理信息评价值；计算每个图像块的亮度均值及图像的全局平均亮度；根据每个图像块的块内平均亮度与块内纹理信息评价值计算获得各图像块的亮度权重；根据各图像块的亮度权重及各图像块的亮度均值计算该图像带权重的全局平均亮度；根据该图像的全局平均亮度及其带权重的全局平均亮度计算获得图像的最终亮度评价值；根据获得的最终亮度评价值与目标曝光值进行曝光调节，实现自动曝光。

Description

基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及及数据处理技术领域，特别是涉及一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法、装置及电子设备。

背景技术

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，自动曝光已成为相机的一个重要性能指标。

目前大多数安防监控、视频会议系统普遍采用全局平均亮度作为亮度评价值，并以此为依据进行曝光调整，然而，采用全局平均亮度作为亮度评价值虽然能使全局曝光准确，但在逆光环境比如室内对着窗外、室外背对阳光下进行拍摄时，背景过亮，当全局平均亮度达到目标值时，人眼感兴趣区域曝光不足。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法、装置及电子设备，以实现在逆光环境拍摄时，改善背景过亮、感兴趣区域过暗等问题。

为达上述目的，本发明提出一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，包括如下步骤：

步骤S1，获取图像，将获得的图像划分为M*N个小块；

步骤S2，对各分块图像分别进行滤波，获得各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij；

步骤S3，根据各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij计算每个图像块的块内纹理信息评价值FV_ij；

步骤S4，计算每个图像块的亮度均值y_ij，并根据各图像的亮度均值y_ij计算图像的全局平均亮度l；

步骤S5，根据每个图像块的块内平均亮度y_ij与块内纹理信息评价值FV_ij计算各图像块的亮度权重w_ij；

步骤S6，根据各图像块的亮度权重w_ij及各图像块的亮度均值y_ij计算该图像带权重的全局平均亮度

步骤S7，根据该图像的全局平均亮度l及其带权重的全局平均亮度

计算获得整个图像的最终亮度评价值

步骤S8，根据获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T进行曝光调节，实现自动曝光。

优选地，于步骤S2中，利用水平滤波器和垂直滤波器分别对各图像块进行水平滤波和垂直滤波，并将块内滤波结果逐像素累加，得到各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij。

优选地，于步骤S3中，对于每个图像块，将其水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij累加，作为其块内纹理信息的评价值FV_ij。

优选地，各图像块的块内纹理信息评价值FV_ij利用如下公式获得：

FV_ij＝α_h*H_ij+(1.0-α_h)*V_ij。

优选地，于步骤S5中，默认各图像块的亮度权重ω_ij＝1.0，当某图像块的块内平均亮度y_ij大于阈值τ_y且其块内纹理信息评价值FV_ij小于等于阈值τ_fv时，该图像块的亮度权重利用如下公式获得：

其中，ε为一个接近0的极小偏移量。

优选地，于步骤S6中，该图像的带权重的全局平均亮度

利用如下公式获得：

优选地，于步骤S7中，最终亮度评价值

利用如下公式获得：

其中，a为系数，

T为目标曝光值，β为偏移量。

优选地，于步骤S8中，将获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T的差

传入PID调节环节计算调节量，以实现自动曝光目的。

为达到上述目的，本发明还提供一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光装置，包括如下：

图像采集单元，用于采集图像；

分块处理单元，用于将获得的图像划分为M*N个小块；

滤波处理单元，用于对各分块图像分别进行滤波，获得各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij；

块内纹理信息评价值计算单元，用于根据各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij计算每个图像块的块内纹理信息评价值FV_ij；

亮度计算单元，用于计算每个图像块的亮度均值y_ij，并根据各图像的亮度均值y_ij计算图像的全局平均亮度l；

亮度权重确定单元，用于根据每个图像块的块内平均亮度y_ij与块内纹理信息评价值FV_ij计算各图像块的亮度权重w_ij；

带权重的全局平均亮度计算单元，用于根据各图像块的亮度权重w_ij及各图像块的亮度均值y_ij计算该图像带权重的全局平均亮度

亮度评价值计算单元，用于根据图像的全局平均亮度l及其带权重的全局平均亮度

计算获得整个图像的最终亮度评价值

自动调节单元，用于根据获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T进行曝光调节，实现自动曝光。

为达到上述目的，本发明还包括一种电子设备，所述电子设备包括；

存储介质，存储有多条指令，所述指令由处理器加载，执行上述方法的步骤；以及

处理器，用于执行所述存储介质中的指令。

与现有技术相比，本发明一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法、装置及电子设备通过将获得的图像划分为若干小块，对各分块图像分别进行滤波，根据各图像块的滤波结果获得每个图像块的块内纹理信息评价值，并计算每个图像块的亮度均值及图像的全局平均亮度，然后根据每个图像块的块内平均亮度与块内纹理信息评价值计算各图像块的亮度权重，根据各图像块的亮度权重及各图像块的亮度均值获得该图像带权重的全局平均亮度，并根据该图像的全局平均亮度及其带权重的全局平均亮度计算获得图像的最终亮度评价值，最后根据获得的最终亮度评价值与目标曝光值进行曝光调节，实现自动曝光，本发明可实现在逆光环境拍摄时，改善背景过亮、感兴趣区域过暗等问题。

附图说明

图1为本发明一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法的步骤流程图；

图2为本发明一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光装置的系统架构图；

图3为本发明具体实施例之基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法的流程图；

图4示出了本发明用于抗逆光自动曝光方法的电子设备400的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法的步骤流程图。如图1所示，本发明一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，包括如下步骤：

步骤S1，获取图像，将获得的图像进行分块处理，获得多个分块图像。

具体地，于步骤S1中，利用图像采集装置，例如摄像头的图像传感器，例如CCD图像传感器采集图像，并将采集到的图像划分为M*N个小块，每个分块图像中最好具有相同数量的像素点，在本发明具体实施例中，划分的块数越多曝光则越准确。

步骤S2，对各分块图像分别进行滤波，并将各分块图像的块内滤波结果逐像素累加。在本发明具体实施例中，利用水平滤波和垂直滤波两个滤波器分别对各图像块进行滤波，然后将块内滤波结果逐像素累加，例如得到第i行第j列的块的水平滤波结果为H_ij，垂直滤波结果为V_ij。由于对图像的具体滤波采用的是现有技术，在此不予赘述。

步骤S3，根据水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij计算每个图像块的块内纹理信息评价值FV_ij。在本发明具体实施例中，对于每个图像块，将其水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij累加，作为其块内纹理信息的评价值FV_ij。具体地，其计算公式如下：

FV_ij＝α_h*H_ij+(1.0-α_h)*V_ij

其中，α_h根据水平滤波器和垂直滤波器的参数确定，由于一般情况下垂直纹理更重要，因此水平滤波器可信度更高，因此默认为0.8。

步骤S4，计算每个图像块的亮度均值y_ij，并根据各图像的亮度均值y_ij计算图像的全局平均亮度l。

具体地，每个图像块的亮度均值y_ij为其每个像素点的亮度和除以像素点的个数，图像的全局平均亮度l计算如下：

步骤S5，根据每个图像块的块内平均亮度y_ij与块内纹理信息评价值FV_ij计算各图像块的亮度权重w_ij。

在本发明具体实施例中，默认各图像块的亮度权重ω_ij＝1.0，当块内平均亮度y_ij大于阈值τ_y且块内纹理信息评价值FV_ij小于等于阈值τ_fv时，该图像块的亮度权重为：

其中，ε为一个接近0的极小偏移量，其目的则是为了防止ω_ij＝0。

步骤S6，根据各图像块的亮度权重w_ij及各图像块的亮度均值y_ij计算该图像带权重的全局平均亮度

在本发明具体实施例中，该图像带权重的全局平均亮度

计算如下：

步骤S7，根据图像的全局平均亮度l及其带权重的全局平均亮度

计算获得整个图像的最终亮度评价值

由于在逆光环境下拍摄时，逆光区域呈现出高亮度、纹理信息少的特点，其权重ω_ij是一个较小的值，所以在带权重的全局平均亮度

中影响较小，因此

可以看做是对感兴趣区域的重点测光结果，以

为曝光依据可以让感兴趣区域曝光更为准确。

在本发明具体实施例中，最终亮度评价值

的计算方法如下：

其中，a为系数，其计算如下：

T为目标曝光值，β为偏移量，其目的是起到加速收敛的作用。

这里采用的亮度评价值

引入全局平均亮度l是为了提高调节速度，在接近目标曝光值T时，α是一个极小的系数，保证了

与

在稳态时接近。

步骤S8，根据获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T进行曝光调节，实现自动曝光。在本发明具体实施例中，将获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T的差

传入PID调节环节计算调节量，以实现自动曝光目的。

increment＝K_p*err+K_i*∫err+K_d*(err-err_last)

其中err_last为上一次控制时的err，K_p、K_i、K_d为配置好的PID系数。

图2为本发明一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光装置的系统架构图。如图2所示，本发明一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光装置，包括如下：

分块处理单元201，用于对获得的图像进行分块处理，获得多个分块图像

具体地，利用图像采集装置例如摄像头的图像传感器，例如CCD图像传感器采集图像，分块处理单元201获得该采集图像，并将获得的图像划分为M*N 个小块，每个分块图像中最好具有相同数量的像素点，在本发明具体实施例中，划分的块数越多曝光则越准确。

滤波处理单元202，用于对各分块图像分别进行滤波，并将各分块图像的块内滤波结果逐像素累加。在本发明具体实施例中，滤波处理单元202利用水平滤波和垂直滤波两个滤波器分别对各图像块进行滤波，然后将块内滤波结果逐像素累加，例如得到第i行第j列的块的水平滤波结果为H_ij，垂直滤波结果为 V_ij。由于对图像的具体滤波采用的是现有技术，在此不予赘述。

纹理信息评价值计算单元203，用于根据水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果 V_ij计算每个图像块的块内纹理信息评价值FV_ij。在本发明具体实施例中，对于每个图像块，纹理信息评价值计算单元203将其水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij累加，作为其块内纹理信息的评价值FV。具体地，其计算公式如下：

FV_ij＝α_h*H_ij+(1.0-α_h)*V_ij

亮度计算单元204，用于计算每个图像块的亮度均值y_ij，并根据各图像的亮度均值y_ij计算图像的全局平均亮度l。

具体地，每个图像块的亮度均值y_ij为其每个像素点的亮度和除以像素点的个数，图像的全局平均亮度l计算如下：

亮度权重确定单元205，用于根据每个图像块的块内平均亮度y_ij与块内纹理信息评价值FV_ij计算各图像块的亮度权重w_ij。

在本发明具体实施例中，亮度权重确定单元205默认各图像块的亮度权重ω_ij＝1.0，当块内平均亮度y_ij大于阈值τ_y且块内纹理信息评价值FV_ij小于等于阈值τ_fv时，该图像块的亮度权重为：

其中，ε为一个接近0的极小偏移量，其目的是为了防止ω_ij＝0。

带权重的全局平均亮度计算单元206，用于根据各图像块的亮度权重w_ij及各图像块的亮度均值y_ij计算该图像带权重的全局平均亮度

在本发明具体实施例中，该图像带权重的全局平均亮度

计算如下：

亮度评价值计算单元207，用于根据图像的全局平均亮度l及其带权重的全局平均亮度

计算获得整个图像的最终亮度评价值

由于在逆光环境下拍摄时，逆光区域呈现出高亮度、纹理信息少的特点，所以其权重ω_ij是一个较小的值，所以在带权重的全局平均亮度

中影响较小，因此

可以看做是对感兴趣区域的重点测光结果，以

为曝光依据可以让感兴趣区域曝光更为准确。

在本发明具体实施例中，最终亮度评价值

的计算方法如下：

其中，a为系数，其计算如下：

T为目标曝光值，β为偏移量，其目的是起到加速收敛的作用。

这里采用的亮度评价值

引入全局平均亮度l是为了提高调节速度，在接近目标曝光值T时，α是一个极小的系数，保证了

与

在稳态时接近。

自动调节单元208，用于根据获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T进行曝光调节，实现自动曝光。在本发明具体实施例中，将获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T的差

传入PID调节环节计算调节量，以实现自动曝光目的。

increment＝K_p*err+K_i*∫err+K_d*(err-err_last)

其中err_last为上一次控制时的err，K_p、K_i、K_d为配置好的PID系数。

图3为本发明具体实施例之基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法的流程图。如图3所示，在本发明具体实施例中，该基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法步骤如下：

步骤1，将图像传感器采集到的图像划分为M*N个小块；

步骤2，利用ISP芯片，例如Hi3516/3519系列芯片，自带的滤波器或外围电路实现硬件分块高通滤波(水平滤波和垂直滤波两个滤波器)；然后将块内滤波结果逐像素累加，第i行第j列的块的水平滤波结果为H_ij，垂直滤波结果为V_ij；

步骤3，计算每个图像块块内的亮度均值y_ij；

步骤4，将水平滤波结果H和垂直滤波结果V累加，作为块内纹理信息的评价值，计算方式采用公式FV_ij＝α_h*H_ij+(1.0-α_h)*V_ij；

步骤5，根据每个图像块的块内平均亮度y_ij与块内纹理信息评价值FV_ij计算各图像块的亮度权重w_ij，具体地，默认亮度权重ω_ij＝1.0；当块内平均亮度大于阈值τ_y且纹理信息小于等于阈值τ_fv时，亮度权重

其中ε是一个接近0的极小偏移量，为了防止ω_ij＝0；

步骤6，计算图像的全局平均亮度l，其中

步骤7，根据亮度权重w_ij及亮度均值y_ij计算该图像的带权重的全局平均亮度

其中

步骤8，根据全局平均亮度l及带权重的全局平均亮度

计算获得整个图像的最终亮度评价值

即，亮度评价值

其中，系数

T为目标曝光值，β为偏移量。

步骤9，将当前亮度评价值

与目标曝光值T的差

传入PID调节环节计算调节量：

increment＝K_p*err+K_i*∫err+K_d*(err-err_last)

其中err_last为上一次控制时的err；K_p、K_i、K_d为配置好的PID系数。

参见图4，示出了本发明用于抗逆光自动曝光方法的电子设备400的结构示意图。参照图4，电子设备400包括处理组件401，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储介质402所代表的存储设备资源，用于存储可由处理组件301的执行的指令，例如应用程序。存储介质402中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件401被配置为执行指令，以执行上述抗逆光自动曝光方法的各步骤。

电子设备400还可以包括一个电源组件403，被配置为执行电子设备400的电源管理；一个有线或无线网络接口404，被配置为将电子设备400连接到网络；和一个输入输出(I/O)接口405。电子设备400可以操作基于存储在存储设备402 的操作系统。

综上所述，本发明一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法、装置及电子设备通过将获得的图像划分为若干小块，对各分块图像分别进行滤波，根据各图像块的滤波结果获得每个图像块的块内纹理信息评价值，并计算每个图像块的亮度均值及图像的全局平均亮度，然后根据每个图像块的块内平均亮度与块内纹理信息评价值计算各图像块的亮度权重，根据各图像块的亮度权重及各图像块的亮度均值获得该图像带权重的全局平均亮度，并根据该图像的全局平均亮度及其带权重的全局平均亮度计算获得图像的最终亮度评价值，最后根据获得的最终亮度评价值与目标曝光值进行曝光调节，实现自动曝光，本发明可实现在逆光环境拍摄时，改善背景过亮、感兴趣区域过暗等问题。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、由于本发明使用硬件高通滤波，图像纹理越多越密集，则高通滤波后的累计值越大，本发明评估纹理丰富度虽准确度相对低，但计算速度快、适应性强，且容易硬件实现，降低CPU使用率，适用于嵌入式平台。

2、本发明将图像分块计算，而不是使用完整的图像信息，因此算法复杂度低、占用内存资源少。

3、本发明的分块滤波可以硬件实现，加速运算。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，包括如下步骤：

步骤S1，获取图像，将获得的图像划分为M*N个小块；

步骤S2，对各分块图像分别进行滤波，获得各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij；

步骤S3，根据各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij计算每个图像块的块内纹理信息评价值FV_ij；

步骤S4，计算每个图像块的亮度均值y_ij，并根据各图像的亮度均值y_ij计算图像的全局平均亮度l；

步骤S5，根据每个图像块的块内平均亮度y_ij与块内纹理信息评价值FV_ij计算各图像块的亮度权重w_ij；

步骤S6，根据各图像块的亮度权重w_ij及各图像块的亮度均值y_ij计算该图像带权重的全局平均亮度

步骤S7，根据该图像的全局平均亮度l及其带权重的全局平均亮度

计算获得整个图像的最终亮度评价值

步骤S8，根据获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T进行曝光调节，实现自动曝光。

2.如权利要求1所述的一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，其特征在于：于步骤S2中，利用水平滤波器和垂直滤波器分别对各图像块进行水平滤波和垂直滤波，并将块内滤波结果逐像素累加，得到各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij。

3.如权利要求1所述的一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，其特征在于：于步骤S3中，对于每个图像块，将其水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij累加，作为其块内纹理信息的评价值FV_ij。

4.如权利要求3所述的一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，其特征在于：各图像块的块内纹理信息评价值FV_ij利用如下公式获得：

FV_ij＝α_h*H_ij+(1.0-α_h)*V_ij。

5.如权利要求1所述的一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，其特征在于，于步骤S5中，默认各图像块的亮度权重ω_ij＝1.0，当某图像块的块内平均亮度y_ij大于阈值τ_y且其块内纹理信息评价值FV_ij小于等于阈值τ_fv时，该图像块的亮度权重利用如下公式获得：

其中，ε为一个接近0的极小偏移量。

6.如权利要求1所述的一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，其特征在于，于步骤S6中，该图像的带权重的全局平均亮度

利用如下公式获得：

7.如权利要求1所述的一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，其特征在于，于步骤S7中，最终亮度评价值

利用如下公式获得：

其中，a为系数，

T为目标曝光值，β为偏移量。

8.如权利要求1所述的一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光方法，其特征在于：于步骤S8中，将获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T的差

传入PID调节环节计算调节量，以实现自动曝光目的。

9.一种基于图像分块滤波的抗逆光自动曝光装置，包括如下：

分块处理单元，用于将采集获得的图像划分为M*N个小块；

滤波处理单元，用于对各分块图像分别进行滤波，获得各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij；

块内纹理信息评价值计算单元，用于根据各图像块的水平滤波结果H_ij和垂直滤波结果V_ij计算每个图像块的块内纹理信息评价值FV_ij；

亮度计算单元，用于计算每个图像块的亮度均值y_ij，并根据各图像的亮度均值y_ij计算图像的全局平均亮度l；

亮度权重确定单元，用于根据每个图像块的块内平均亮度y_ij与块内纹理信息评价值FV_ij计算各图像块的亮度权重w_ij；

带权重的全局平均亮度计算单元，用于根据各图像块的亮度权重w_ij及各图像块的亮度均值y_ij计算该图像带权重的全局平均亮度

亮度评价值计算单元，用于根据图像的全局平均亮度l及其带权重的全局平均亮度

计算获得整个图像的最终亮度评价值

自动调节单元，用于根据获得的最终亮度评价值

与目标曝光值T进行曝光调节，实现自动曝光。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

存储介质，存储有多条指令，所述指令由处理器加载，执行权利要求1至8任一项所述方法的步骤；以及

处理器，用于执行所述存储介质中的指令。

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