CN111654641B - 一种机载相机曝光参数调节方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机载相机曝光参数调节方法及系统，涉及无人机技术领域。该方法包括：通过测光计获取当前的环境照度值；根据环境照度值，利用环境照度值与机载相机的环境曝光值的环境对应关系确定机载相机的环境曝光值；根据环境曝光值，利用环境曝光值与机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定机载相机的内部曝光值；根据内部曝光值，利用内部曝光值与机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定机载相机的曝光参数的值；根据曝光参数的值调节机载相机的当前曝光参数。本发明根据无人机飞行环境实时测定环境照度，通过环境照度与机载相机曝光参数之间的相关关系自适应确定机载相机的曝光参数，提高了机载相机获取的照片或光谱图像信息的准确性。

Description

一种机载相机曝光参数调节方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种机载相机曝光参数调节方法及系统。

背景技术

无人机机载相机或光谱仪已经越来越普遍，一般采用地面调节好相机或光谱仪的曝光参数，再进行机载飞行。如果在地面根据当前亮度直接设定好固定的曝光参数(如感光度、光圈和快门速度)，当飞行中出现云层遮挡等情况时，照片或图片的亮度会出现很大的变化，严重影响获取的图像的质量，进而难以获取准确的图像或光谱反射信息；如果在地面设定成自动曝光，则由于地面不同因素(如水面、地面建筑物反光)的干扰，照片或图片容易被画面内的物体干扰，难以获取准确的图像或光谱反射信息。因此现有机载相机曝光参数调节方法存在图像信息准确性差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机载相机曝光参数调节方法及系统，解决了现有机载相机曝光参数调节方法图像信息准确性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种机载相机曝光参数调节方法，应用于一种无人机机载相机装置，所述无人机机载相机装置包括：测光计、机载相机和飞行控制器；

所述机载相机分别与所述测光计和所述飞行控制器连接；

所述测光计用于测量当前的环境照度值；

所述机载相机用于获取所述测光计测量的环境照度值，并将所述环境照度值传输至所述飞行控制器；

所述飞行控制器用于利用所述环境照度值确定所述机载相机的曝光参数，并根据所述曝光参数调节所述机载相机的当前曝光参数；

所述机载相机曝光参数调节方法包括：

通过所述测光计获取当前的环境照度值；

根据所述环境照度值，利用环境照度值与所述机载相机的环境曝光值的环境对应关系确定所述机载相机的环境曝光值；

根据所述环境曝光值，利用环境曝光值与所述机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定所述机载相机的内部曝光值；

根据所述内部曝光值，利用内部曝光值与所述机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定所述机载相机的曝光参数的值；

根据所述曝光参数的值调节所述机载相机的当前曝光参数。

可选的，所述根据所述环境照度值，利用环境照度值与所述机载相机的环境曝光值的环境对应关系确定所述机载相机的环境曝光值，具体包括：

根据所述环境照度值和所述环境对应关系

确定所述机载相机的环境曝光值；

式中，EV_外表示环境曝光值，lux表示环境照度值。

可选的，所述根据所述环境曝光值，利用环境曝光值与所述机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定所述机载相机的内部曝光值，具体包括：

获取所述预设对应关系中与所述环境曝光值对应的所述机载相机的内部曝光值。

可选的，所述根据所述内部曝光值，利用内部曝光值与所述机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定所述机载相机的曝光参数的值，具体包括：

获取所述机载相机的快门速度的快门速度预设调整范围和所述机载相机的相机感光度的感光度预设调整范围；

在所述快门速度预设调整范围和所述感光度预设调整范围内调整所述快门速度和所述相机感光度的值，使所述曝光对应关系

成立，得到使所述曝光对应关系成立的快门速度和相机感光度的值；

式中，EV_内表示内部曝光值，F表示光圈值，T表示快门速度，ISO表示相机感光度。

一种机载相机曝光参数调节系统，包括：

获取模块，用于获取当前的环境照度值；

环境曝光值确定模块，用于根据所述环境照度值，利用环境照度值与机载相机的环境曝光值的环境对应关系确定所述机载相机的环境曝光值；

内部曝光值确定模块，用于根据所述环境曝光值，利用环境曝光值与所述机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定所述机载相机的内部曝光值；

曝光参数值确定模块，用于根据所述内部曝光值，利用内部曝光值与所述机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定所述机载相机的曝光参数的值；

曝光参数调节模块，用于根据所述曝光参数的值调节所述机载相机的当前曝光参数。

可选的，所述环境曝光值确定模块，具体包括：

环境曝光值确定单元，用于根据所述环境照度值和所述环境对应关系

确定所述机载相机的环境曝光值；

式中，EV_外表示环境曝光值，lux表示环境照度值。

可选的，所述内部曝光值确定模块，具体包括：

获取单元，用于获取所述预设对应关系中与所述环境曝光值对应的所述机载相机的内部曝光值。

可选的，所述曝光参数值确定模块，具体包括：

调整范围获取单元，用于获取所述机载相机的快门速度的快门速度预设调整范围和所述机载相机的相机感光度的感光度预设调整范围；

曝光参数值确定单元，用于在所述快门速度预设调整范围和所述感光度预设调整范围内调整所述快门速度和所述相机感光度的值，使所述曝光对应关系

成立，得到使所述曝光对应关系成立的快门速度和相机感光度的值；

式中，EV_内表示内部曝光值，F表示光圈值，T表示快门速度，ISO表示相机感光度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种机载相机曝光参数调节方法及系统。该方法包括：通过测光计获取当前的环境照度值；根据环境照度值，利用环境照度值与机载相机的环境曝光值的环境对应关系确定机载相机的环境曝光值；根据环境曝光值，利用环境曝光值与机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定机载相机的内部曝光值；根据内部曝光值，利用内部曝光值与机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定机载相机的曝光参数的值；根据曝光参数的值调节机载相机的当前曝光参数。本发明根据无人机飞行环境实时测定环境照度，通过环境照度与机载相机曝光参数之间的相关关系自适应确定机载相机的曝光参数，提高了机载相机获取的照片或光谱图像信息的准确性；同时比起直接设定好固定的曝光参数，能够更加有效的避免云层遮挡等外界光照情况突变带来的影响。通过使用外置的测光计测量环境照度值，可以更加精确且直接地进行测光，相比使用机载相机内部的自动曝光更加精确，受到下方地面干扰因素的影响更小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的无人机机载相机装置的结构图；

图2为本发明实施例所提供的机载相机曝光参数调节方法的流程图；

图3为本发明实施例所提供的机载相机曝光参数调节系统的结构图。

符号说明：1、测光计；2、机载相机；3、飞行控制器。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种机载相机曝光参数调节方法及系统，解决了现有机载相机曝光参数调节方法图像信息准确性差的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供一种机载相机曝光参数调节方法，应用于一种无人机机载相机装置，图1为本发明实施例所提供的无人机机载相机装置的结构图。参见图1，无人机机载相机装置包括：测光计1、机载相机2和飞行控制器3。

机载相机2分别与测光计1和飞行控制器3连接。三者之间采用可同时收发数据的通讯总线(如SPI和/或IIC等总线协议)进行通讯。

测光计1用于测量当前的环境照度值。照度单位为lux，表示1平方米面积上的光通量为1流明。

机载相机2用于获取测光计测量的环境照度值，并将环境照度值传输至飞行控制器。机载相机包括光谱仪或多光谱相机。

飞行控制器3用于利用环境照度值确定机载相机的曝光参数，并根据曝光参数调节机载相机的当前曝光参数。

或者机载相机、测光计和飞行控制器三者之间的连接关系可以为：测光计与飞行控制器连接，飞行控制器与机载相机连接；飞行控制器获取测光计测量的环境照度值后，利用环境照度值确定机载相机的曝光参数，并根据曝光参数调节机载相机的当前曝光参数。

以无人机上搭载的多光谱相机为例，在无人机起飞前，首先设定好环境曝光值与机载相机的内部曝光值的一一对应关系，无人机起飞作业后将以环境曝光值与内部曝光值的预设对应关系作为调整曝光参数的调整基准。

在多光谱相机同一平面，通常为搭载多光谱相机的相机云台下平面，安装一测光计，测光计可以实时测量当前的环境照度值，并将当前的环境照度值传输给多光谱相机，多光谱相机将环境照度值传输给飞行控制器，飞行控制器根据环境照度与机载相机曝光参数之间的相关关系随测光计的数据改变多光谱相机的感光度ISO，从而保证照片亮度不变。多光谱相机将获得的数据(即当前的环境照度值)传输给飞行控制器，飞行控制器根据获得的数据(即当前的环境照度值)计算多光谱相机的曝光参数，并根据计算的曝光参数调节多光谱相机的当前曝光参数。

图2为本发明实施例所提供的机载相机曝光参数调节方法的流程图，参见图2，机载相机曝光参数调节方法包括：

步骤101，通过测光计获取当前的环境照度值。

步骤102，根据环境照度值，利用环境照度值与机载相机的环境曝光值的环境对应关系确定机载相机的环境曝光值，环境对应关系为：

步骤102具体包括：

根据环境照度值和环境对应关系公式(1)确定机载相机的环境曝光值。

式中，EV_外表示环境曝光值，lux表示环境照度值。

步骤103，根据环境曝光值，利用环境曝光值与机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定机载相机的内部曝光值。当环境曝光值增加时，为保证照片亮度不变，相机的环境曝光值与内部曝光值需要保证一定的相对关系，即环境曝光值(环境EV值)增加，曝光量增加，相机内部曝光值(内部EV值)同样增加，可通过使用小光圈增加光圈值、减小感光度或缩短快门时间调整内部EV值，但为保证相同的聚焦深度，需要保证光圈值F不变。根据环境EV值调整相机的内部EV值，一个环境EV值对应一个内部EV值，且相机的内部EV值保持在设定的内部EV值范围内，具体的预设对应关系根据任务需求设定，可以是线性，也可以是非线性，但需要保证在设定的内部EV值范围内进行对应。

步骤103具体包括：

获取预设对应关系中与环境曝光值对应的机载相机的内部曝光值，且改变后的内部EV值处于预设内部EV值范围内。

步骤104，根据内部曝光值，利用内部曝光值与机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定机载相机的曝光参数的值。相机内的EV(相机曝光量)值与相机曝光参数之间的曝光对应关系如下：

步骤104具体包括：

获取机载相机的快门速度的快门速度预设调整范围和机载相机的相机感光度的感光度预设调整范围。

在快门速度预设调整范围和感光度预设调整范围内调整快门速度和相机感光度的值，使曝光对应关系公式(2)成立，得到使曝光对应关系成立的快门速度和相机感光度的值。

式中，EV_内表示内部曝光值，F表示光圈值，T表示快门速度，ISO表示相机感光度。本实施例为保证相同的聚焦深度，不改变光圈值F，只调整机载相机的快门速度和相机感光度。

飞行控制器同时调节快门速度与ISO的值增大或减小，使快门速度与ISO在不超过对应的预设调整范围的情况下保证机载相机的内部EV值保持在预设内部EV值范围内。快门速度预设调整范围为快门速度大于最低快门速度，感光度预设调整范围为ISO不超过感光度预设阈值。

若飞行控制器调节快门速度与ISO，存在多组快门速度与ISO的值满足快门速度与ISO不超过对应的预设调整范围且内部EV值在预设内部EV值范围的情况，则取多组快门速度与ISO的值中感光度ISO最低的一组，以优先减少照片噪点。从而保证了机载相机获取的照片或光谱图像信息的照片亮度与照片质量稳定，进而提高了机载相机获取的照片或光谱图像信息的准确性。

步骤105，根据曝光参数的值调节机载相机的当前曝光参数。

根据测光计得到的环境照度值计算环境EV值，根据环境EV值通过调节ISO的方法改变内部EV值，从而保证照片亮度不变，同时，由于感光度过高会导致照片噪点过多，因此应保证ISO不超过预设限定值(感光度预设阈值)，ISO的预设限定值根据所需照片质量决定。本实施例机载相机曝光参数调节方法的执行主体为飞行控制器。

飞行速度决定快门速度，为了保证照片清晰度，快门速度不能低于快门速度的最低阈值。快门速度的最低阈值，即最低快门速度的计算步骤如下：

首先，飞行控制器获取飞行器速度，得到景物横穿无人机摄像头时的速度，单位为m/s。

飞行控制器获取飞行器高度，飞行器高度也是无人机与景物之间的摄距，单位为米(m)。

飞行控制器还获取机载相机的相机属性，相机属性包括弥散圆直径(单位为mm)和等效焦距(单位为mm)。

根据公式：最低快门速度＝(摄距×弥散圆直径)/(等效焦距×景物横穿摄像的速度)，计算出最低快门速度。

本实施例还提供一种机载相机曝光参数调节系统，图3为本发明实施例所提供的机载相机曝光参数调节系统的结构图。参见图3，机载相机曝光参数调节系统，包括：

获取模块201，用于获取当前的环境照度值。

环境曝光值确定模块202，用于根据环境照度值，利用环境照度值与机载相机的环境曝光值的环境对应关系确定机载相机的环境曝光值。

环境曝光值确定模块202具体包括：

环境曝光值确定单元，用于根据环境照度值和环境对应关系公式(1)确定机载相机的环境曝光值。

式中，EV_外表示环境曝光值，lux表示环境照度值。

内部曝光值确定模块203，用于根据环境曝光值，利用环境曝光值与机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定机载相机的内部曝光值。

内部曝光值确定模块203具体包括：

获取单元，用于获取预设对应关系中与环境曝光值对应的机载相机的内部曝光值，且改变后的内部EV值处于预设内部EV值范围内。

曝光参数值确定模块204，用于根据内部曝光值，利用内部曝光值与机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定机载相机的曝光参数的值。

曝光参数值确定模块204具体包括：

调整范围获取单元，用于获取机载相机的快门速度的快门速度预设调整范围和机载相机的相机感光度的感光度预设调整范围。

曝光参数值确定单元，用于在快门速度预设调整范围和感光度预设调整范围内调整快门速度和相机感光度的值，使曝光对应关系公式(2)成立，得到使曝光对应关系成立的快门速度和相机感光度的值。

式中，EV_内表示内部曝光值，F表示光圈值，T表示快门速度，ISO表示相机感光度。本实施例为保证相同的聚焦深度，不改变光圈值F，只调整机载相机的快门速度和相机感光度。

曝光参数值确定单元具体用于同时调节快门速度与ISO的值增大或减小，使快门速度与ISO在不超过对应的预设调整范围的情况下使公式(2)成立。

曝光参数值选取单元，用于当飞行控制器调节快门速度与ISO，存在多组快门速度与ISO的值满足快门速度与ISO不超过对应的预设调整范围且公式(2)成立，以及内部EV值处于预设内部EV值范围内时，取多组快门速度与ISO的值中感光度ISO最低的一组。选取感光度ISO最低的一组用以优先减少照片噪点，从而保证了机载相机获取的照片或光谱图像信息的照片亮度与照片质量稳定，进而提高了机载相机获取的照片或光谱图像信息的准确性。

曝光参数调节模块205，用于根据曝光参数的值调节机载相机的当前曝光参数。

本发明的机载相机曝光参数调节方法及系统通过使用外置的测光计测量环境照度值，可以更加精确且直接地进行测光，相比使用机载相机内部的自动曝光更加精确，受到下方地面干扰因素的影响更小；同时比起直接设定好固定的曝光参数(如光圈、感光度和快门速度)，根据无人机飞行环境实时测定环境照度，通过环境照度与机载相机曝光参数之间的相关关系自适应确定机载相机的曝光参数，提高了机载相机获取的照片或光谱图像信息的准确性，能够更加有效的避免云层遮挡等外界光照情况突变带来的影响。同时通过环境曝光值与内部曝光值的预设对应关系确定内部曝光值，可以保证照片的亮度不变。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种机载相机曝光参数调节方法，其特征在于，应用于一种无人机机载相机装置，所述无人机机载相机装置包括：测光计、机载相机和飞行控制器；

所述机载相机分别与所述测光计和所述飞行控制器连接；

所述测光计用于测量当前的环境照度值；

所述机载相机用于获取所述测光计测量的环境照度值，并将所述环境照度值传输至所述飞行控制器；

所述飞行控制器用于利用所述环境照度值确定所述机载相机的曝光参数，并根据所述曝光参数调节所述机载相机的当前曝光参数；

所述机载相机曝光参数调节方法包括：

通过所述测光计获取当前的环境照度值；

根据所述环境照度值，利用环境照度值与所述机载相机的环境曝光值的环境对应关系确定所述机载相机的环境曝光值，具体包括：

根据所述环境照度值和所述环境对应关系

确定所述机载相机的环境曝光值；式中，EV_外表示环境曝光值，lux表示环境照度值；

根据所述环境曝光值，利用环境曝光值与所述机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定所述机载相机的内部曝光值；

根据所述内部曝光值，利用内部曝光值与所述机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定所述机载相机的曝光参数的值；

根据所述曝光参数的值调节所述机载相机的当前曝光参数。

2.根据权利要求1所述的机载相机曝光参数调节方法，其特征在于，所述根据所述环境曝光值，利用环境曝光值与所述机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定所述机载相机的内部曝光值，具体包括：

获取所述预设对应关系中与所述环境曝光值对应的所述机载相机的内部曝光值。

3.根据权利要求1所述的机载相机曝光参数调节方法，其特征在于，所述根据所述内部曝光值，利用内部曝光值与所述机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定所述机载相机的曝光参数的值，具体包括：

获取所述机载相机的快门速度的快门速度预设调整范围和所述机载相机的相机感光度的感光度预设调整范围；

在所述快门速度预设调整范围和所述感光度预设调整范围内调整所述快门速度和所述相机感光度的值，使所述曝光对应关系

成立，得到使所述曝光对应关系成立的快门速度和相机感光度的值；

式中，EV_内表示内部曝光值，F表示光圈值，T表示快门速度，ISO表示相机感光度。

4.一种机载相机曝光参数调节系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取当前的环境照度值；

环境曝光值确定模块，用于根据所述环境照度值，利用环境照度值与机载相机的环境曝光值的环境对应关系确定所述机载相机的环境曝光值，具体包括：

环境曝光值确定单元，用于根据所述环境照度值和所述环境对应关系

确定所述机载相机的环境曝光值；式中，EV_外表示环境曝光值，lux表示环境照度值；

内部曝光值确定模块，用于根据所述环境曝光值，利用环境曝光值与所述机载相机的内部曝光值的预设对应关系确定所述机载相机的内部曝光值；

曝光参数值确定模块，用于根据所述内部曝光值，利用内部曝光值与所述机载相机的曝光参数的曝光对应关系确定所述机载相机的曝光参数的值；

曝光参数调节模块，用于根据所述曝光参数的值调节所述机载相机的当前曝光参数。

5.根据权利要求4所述的机载相机曝光参数调节系统，其特征在于，所述内部曝光值确定模块，具体包括：

获取单元，用于获取所述预设对应关系中与所述环境曝光值对应的所述机载相机的内部曝光值。

6.根据权利要求4所述的机载相机曝光参数调节系统，其特征在于，所述曝光参数值确定模块，具体包括：

调整范围获取单元，用于获取所述机载相机的快门速度的快门速度预设调整范围和所述机载相机的相机感光度的感光度预设调整范围；

曝光参数值确定单元，用于在所述快门速度预设调整范围和所述感光度预设调整范围内调整所述快门速度和所述相机感光度的值，使所述曝光对应关系

成立，得到使所述曝光对应关系成立的快门速度和相机感光度的值；

式中，EV_内表示内部曝光值，F表示光圈值，T表示快门速度，ISO表示相机感光度。

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