CN112019760A - 曝光调节方法和装置以及摄像控制装置和监控摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曝光调节方法、一种曝光调节装置、一种摄像控制装置、以及一种监控摄像机。基于本发明，可以通过从形成码流的视频帧中取帧的方式获取抓拍帧，并且对抓拍帧的曝光控制可以通过独立于视频帧曝光控制的方式来实现、并补偿抓拍帧相对于视频帧的曝光差异，因而既不需要切换光传感器的工作模式、也不需要在抓拍之前启用测光。由此，每一次的抓拍帧获取只会在视频帧构成的码流中形成单帧断点，从而，相比于光传感器的工作模式切换造成的多帧中断，上述实施例可以降低抓拍对视频帧的帧率的影响，以在兼顾抓拍的基础上确保码流的流畅性。而且，由于不需要在抓拍时启用测光，还可以避免在抓拍时产生刺激人眼的光闪烁的顿挫感。

Description

曝光调节方法和装置以及摄像控制装置和监控摄像机

技术领域

本发明涉及安防领域，特别涉及支持码流输出和抓拍功能的一种曝光调节方法、一种曝光调节装置、一种摄像控制装置、以及一种监控摄像机。

背景技术

监控摄像机可以通过曝光调节而获取到满足清晰度要求的监控场景的帧图像。对于某些监控场景来说，监控摄像机除了需要提供包含连续视频帧的码流之外，往往还存在抓拍的需求。

当每次获取抓拍帧时，通常都会切换光传感器的工作模式，而光传感器的工作模式切换会导致码流中出现连续多帧的中断，从而降低码流中的视频帧的帧率。

发明内容

有鉴于此，本发明的各实施例分别提供了一种曝光调节方法、一种曝光调节装置、一种摄像控制装置、以及一种监控摄像机，有助于削减抓拍对视频帧的帧率的影响。

在一个实施例中，提供了一种曝光调节方法，包括：

当在第一帧周期检测到抓拍触发事件时，获取保存的抓拍期望亮度和第一帧周期的视频帧曝光参数、并检测第一帧周期的视频帧实际亮度；

以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数；

将确定的抓拍帧曝光参数代替第二帧周期的视频帧曝光参数输出；

将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考。

可选地，将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考之后，进一步包括：

当在第二帧周期当检测到准备下一帧周期的视频帧拍摄的触发事件时，获取保存的视频期望亮度、以及第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数；

以视频期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考，确定第三帧周期的视频帧曝光参数；

输出第三帧周期的视频帧曝光参数。

可选地，以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数之前，进一步包括：

获取预先设定的目标参考亮度范围；

检测第一帧周期的视频帧中的目标区域亮度值是否落入目标参考亮度范围中；

当检测出目标区域亮度未落入目标区域参考亮度范围时，以将目标区域亮度调节至目标区域参考亮度范围内的趋势更新抓拍期望亮度。

可选地，以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数包括：

利用第一帧周期的视频帧实际亮度相比于抓拍期望亮度的偏差，将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门折算为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门；

将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧增益确定为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧增益；

获取用于曝光成像的光传感器的快门可用值范围、以及预先设定的最小增益；

检测抓拍帧快门是否落入在快门可用值范围内；

当检测到抓拍帧快门高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿；

当检测到抓拍帧快门低于快门可用值范围的下限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的下限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量增补补偿；

当检测到抓拍帧快门落入在快门可用值范围内时，检测抓拍帧快门是否低于快门可用值范围的上限、以及抓拍帧增益是否高于预设的最小增益；

当检测出抓拍帧快门低于快门可用值范围的上限、且抓拍帧增益高于预设的最小增益时，将抓拍帧快门调高至由快门可用值范围的上限和最小增益共同约束形成的极限值、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿。

可选地，利用第一帧周期的视频帧实际亮度相比于抓拍期望亮度的偏差，将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门折算为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门包括：

确定抓拍期望亮度与第一帧周期的视频帧实际亮度的亮度比值，并将亮度比值与第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门的乘积确定为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门。

可选地，将抓拍帧快门调高至由快门可用值范围的上限和最小增益共同约束形成的极限值、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿包括：

利用抓拍帧增益相比于最小增益的余量，估算抓拍帧快门的快门理论调节上限；

检测快门理论调节上限是否高于快门可用值范围的上限；

当检测出快门理论调节上限高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并以快门理论调节上限超出快门可用值范围的上限的曝光余量对抓拍帧增益进行削减补偿；

当检测出快门理论调节上限未高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门理论调节上限、并将抓拍帧增益削减补偿至最小增益。

可选地，利用抓拍帧增益相比于最小增益的余量，估算抓拍帧快门的快门理论调节上限包括：

确定抓拍帧增益与最小增益的增益比值，并将增益比值与抓拍帧快门乘积确定为快门理论调节上限。

可选地，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并以快门理论调节上限超出快门可用值范围的上限的曝光余量对抓拍帧增益进行削减补偿包括：

先确定快门可用值范围的上限与快门理论调节上限的快门比值，并以快门比值对抓拍帧增益进行削减补偿。再将抓拍帧快门赋值为快门可用值范围的上限。

在另一个实施例中，提供了一种曝光调节装置，包括：

抓拍事件响应模块，用于在第一帧周期检测到抓拍触发事件时，获取保存的抓拍期望亮度和第一帧周期的视频帧曝光参数、并检测第一帧周期的视频帧实际亮度；

抓拍参数确定模块，用于以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数；

曝光参数输出模块，用于将确定的抓拍帧曝光参数代替第二帧周期的视频帧曝光参数输出；

参考信息保存模块，用于将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考。

可选地，进一步包括：

视频采集响应模块，用于在第二帧周期当检测到准备下一帧周期的视频帧拍摄的触发事件时，获取保存的视频期望亮度、以及第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数；

码流参数确定模块，用于以视频期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考，确定第三帧周期的视频帧曝光参数；

曝光参数输出模块进一步用于输出第三帧周期的视频帧曝光参数。

可选地，进一步包括：

期望亮度更新模块，用于在以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数之前，获取预先设定的目标参考亮度范围，检测第一帧周期的视频帧中的目标区域亮度值是否落入目标参考亮度范围中，并且，当检测出目标区域亮度未落入目标区域参考亮度范围时，以将目标区域亮度调节至目标区域参考亮度范围内的趋势更新抓拍期望亮度。

可选地，抓拍参数确定模块包括：

快门优先折算子模块，用于利用第一帧周期的视频帧实际亮度相比于抓拍期望亮度的偏差，将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门折算为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门，并且将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧增益确定为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧增益；

曝光量再分配子模块，用于获取用于曝光成像的光传感器的快门可用值范围、以及预先设定的最小增益；检测抓拍帧快门是否落入在快门可用值范围内，并且：

当检测到抓拍帧快门高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿；

当检测到抓拍帧快门低于快门可用值范围的下限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的下限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量增补补偿；

当检测到抓拍帧快门落入在快门可用值范围内时，检测抓拍帧快门是否低于快门可用值范围的上限、以及抓拍帧增益是否高于预设的最小增益；

当检测出抓拍帧快门低于快门可用值范围的上限、且抓拍帧增益高于预设的最小增益时，将抓拍帧快门调高至由快门可用值范围的上限和最小增益共同约束形成的极限值、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿。

在另一个实施例中，提供了一种摄像控制装置，包括处理器，所述处理器用于执行如上所述的曝光调节方法中的步骤。

在另一个实施例中，提供了一种监控摄像机，包括摄像头、光传感器、驱动装置、以及处理器，其中：

所述处理器用于执行如上所述的曝光调节方法中的步骤；

所述驱动装置用于根据所述处理器通过执行所述曝光调节方法中的步骤而提供的视频帧曝光参数和抓拍帧曝光参数，控制所述光传感器对所述摄像头的视野内的场景曝光成像；

所述处理器还用于接收所述摄像头的光传感器曝光连续成像得到的视频帧以及穿插于视频帧之间的抓拍帧，并将视频帧以连续码流的形式输出、以及将穿插于视频帧之间的抓拍帧以单帧形式输出。例如，所述摄像头布置在车辆通行关卡的卡口。

在另一个实施例中，提供了一种非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如上所述的曝光调节方法中的步骤。

基于上述实施例，可以通过从形成码流的视频帧中取帧的方式获取抓拍帧，并且对抓拍帧的曝光控制可以通过独立于视频帧曝光控制的方式来实现、并补偿抓拍帧相对于视频帧的曝光差异，因而既不需要切换光传感器的工作模式、也不需要在抓拍之前启用测光。由此，每一次的抓拍帧获取只会在视频帧构成的码流中形成单帧断点，从而，相比于光传感器的工作模式切换造成的多帧中断，上述实施例可以降低抓拍对视频帧的帧率的影响，以在兼顾抓拍的基础上确保码流的流畅性。而且，由于不需要在抓拍时启用测光，还可以避免在抓拍时产生刺激人眼的光闪烁的顿挫感。

另外，上述实施例还可以为抓拍帧的曝光控制提供对曝光期望亮度自适应调节的可选方式，对曝光期望亮度的自适应调节，可以确保独立于视频帧曝光控制的方式而实现的抓拍帧曝光控制能够更好地适配监控环境，并由此使抓拍帧中的目标区域的实际亮度在例如天气等环境因素的影响下仍能够满足算法需求，即，在利用算法识别目标区域的应用场景下提高目标识别对环境的适应能力。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围：

图1为一个实施例中的一种监控摄像机的框架结构示意图；

图2为图1所示监控摄像机的处理器为视频帧执行的曝光调节过程的示意图；

图3为图1所示监控摄像机的处理器为抓拍帧执行的曝光调节过程的示意图；

图4为基于如图3所示的曝光调节过程的帧时序示意图；

图5为一个比较例中的曝光调节过程的帧时序示意图；

图6为另一个实施例中基于如图3所示曝光调节过程的基本原理的一种曝光调节方法的流程示意图；

图7为如图6所示曝光调节方法的一种扩展流程示意图；

图8为如图6所示曝光调节方法的另一种扩展流程示意图；

图9为如图6所示曝光调节方法中确定抓拍帧曝光参数的一实例流程示意图；

图10为另一个实施例中基于如图2所示曝光调节过程的基本原理的一种曝光调节装置的结构示意图；

图11为如图10所示曝光调节装置的一种扩展结构示意图；

图12为如图10所示曝光调节装置的另一种扩展结构示意图；

图13为如图10所示曝光调节装置的一实例结构示意图；

图14为另一个实施例中的一种摄像控制装置的框架结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

图1为一个实施例中的一种监控摄像机的框架结构示意图。请参见图1，在一个实施例中，一种监控摄像机可以包括摄像头10、光传感器20、驱动装置30、以及处理器40。

处理器40用于向驱动装置30输出的曝光参数。

驱动装置30可以是例如FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等逻辑装置，其用于根据处理器40提供的曝光参数(视频帧曝光参数和抓拍帧曝光参数)控制光传感器20对摄像头10的视野内的场景曝光成像。例如，摄像头10可以布置在车辆通行关卡的卡口，相应地，成像的各帧中可以包含卡口通行车辆的图像内容。

其中，处理器40向驱动装置30输出的曝光参数可以包括适用于视频帧的视频帧曝光参数41和适用于抓拍帧的抓拍帧曝光参数42，并且视频帧曝光参数41和抓拍帧曝光参数42中都包含快门和增益这两项指标。

无论处理器40提供的曝光参数41是视频帧曝光参数还是抓拍帧曝光参数42，驱动装置30都不需要改变光传感器20的工作模式。

即，光传感器20的工作模式可以持续保持在码流模式、而不必切换到抓拍模式。这里所述的码流模式是指光传感器20的多种模式中被选定为适用于视频帧的一种工作模式，抓拍模式则是光传感器20的不同于码流模式的另一种工作模式。本实施例关注的是光传感器20的工作模式不切换，而非有意将码流模式限定为光传感器20的某一种固有模式。

相应地，驱动装置30以视频帧曝光参数41驱动工作在码流模式的光传感器20成像得到的图像即可看作是视频帧210，而驱动装置30以抓拍帧曝光参数42驱动工作在码流模式的光传感器20成像得到的图像即可看作是抓拍帧220。

每个帧周期的视频帧曝光参数41可以是处理器40通过前帧的视频帧曝光参数和视频帧期望亮度来确定的。

图2为图1所示监控摄像机的处理器为视频帧执行的曝光调节过程的示意图。请参见图2，处理器40为视频帧执行的曝光调节过程可以包括：

S210：当检测到准备下一帧周期的视频帧拍摄的触发事件时，获取当前帧周期的视频帧实际亮度Y_current。

其中，准备下一帧周期的视频帧拍摄的触发事件可以是表示准备下一帧周期的视频帧拍摄的中断信号。

S220：检测获取到的视频帧实际亮度Y_current与视频帧期望亮度值Y_target的亮度差绝对值Y_delta。

S230：检测亮度差绝对值Y_delta是否未超过预设的亮度差阈值Y_thres。

若检测到亮度差绝对值Y_delta未超过预设的亮度差阈值Y_thres，则表示不需要调整下一帧周期的视频帧曝光参数，并将当前帧周期的视频帧曝光参数确定为下一帧周期的视频曝光参数，然后返回S210等待下一次中断信号。

若检测到亮度差绝对值Y_delta超过预设的亮度差阈值Y_thres，则表示需要调整下一帧周期的视频帧曝光参数，并跳转至S240。

S240：在使视频帧实际亮度Y_current接近视频帧期望亮度值Y_target的方向上对视频帧曝光参数执行调节。即，当视频帧实际亮度Y_current高于视频帧期望亮度值Y_target时调低视频帧曝光参数，当视频帧实际亮度Y_current低于视频帧期望亮度值Y_target时调高视频帧曝光参数。然后，返回S210等待下一次中断信号。

上述流程是以帧周期为单位循环执行的，每一次循环中使用的视频帧曝光参数都是在前次帧周期的循环时确定的，并且，每次循环中都将前次帧周期的循环时确定的视频帧曝光参数与当前帧周期检测到的视频帧实际亮度Y_current一起作为前帧参考。以此类推，每次循环在返回S210之前都会将在当前帧周期确定的视频帧曝光参数保存。以便于可以在下一帧周期执行的循环中检测到的视频帧实际亮度Y_current一起作为下一帧周期执行的循环中使用的前帧参考。

每次抓拍的抓拍帧曝光参数则可以是由处理器40通过独立于如图2所示方式的曝光调节方法来实现的。

图3为如图1所示监控摄像机的处理器执行的曝光调节过程的示意图。如图3所示，处理器40为视频帧执行的曝光调节过程可以包括：

S311：当在第一帧周期T1检测到抓拍触发事件时，获取保存的抓拍期望亮度Ycap_target和第一帧周期T1的视频帧曝光参数Pv_t1、并检测第一帧周期T1的视频帧实际亮度Yc_t1。

其中，抓拍触发事件可以是表示准备下一帧周期的抓拍帧拍摄的中断信号，第一帧周期T1的视频帧曝光参数Pv_t1可以是在前一帧周期T0通过执行如图2所示的流程确定的，第一帧周期T1的视频帧实际亮度Yc_t1则是从第一帧周期T1拍摄到的视频帧检测得到的。

并且，抓拍期望亮度Ycap_target可以为定值，或者，也可以是响应于环境亮度而自适应调整的可变值。例如，可以第一帧周期的视频帧中的目标区域亮度值与预先设定的目标参考亮度范围的比较而自适应调整，对曝光期望亮度的自适应调节可以确保独立于视频帧曝光控制的方式而实现的抓拍帧曝光控制能够更好地适配监控环境，并由此使抓拍帧中的目标区域的实际亮度在例如天气等环境因素的影响下仍能够满足算法需求，即，在利用算法识别目标区域的应用场景下提高目标识别对环境的适应能力。

S312：以抓拍期望亮度Ycap_target为曝光目标、并以第一帧周期T1的视频帧实际亮度Yc_t1和视频帧曝光参数Pv_t1为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数Pcap。

本步骤可以认为是替代原本将要为视频帧确定的第二帧周期T2的视频帧曝光参数的过程。

S313：将确定的抓拍帧曝光参数Pcap代替原本将要确定的第二帧周期T2的视频帧曝光参数输出。

S314：将第一帧周期T1的视频帧实际亮度Yc_t1和视频帧曝光参数Pv_t1保存。

S321：当在第二帧周期T2检测到准备下一帧周期的视频帧拍摄的触发事件时，获取保存的视频期望亮度Y_target、以及第一帧周期T1的视频帧实际亮度Yc_t1和视频帧曝光参数Pv_t1。

S322：以视频期望亮度Y_target为曝光目标、并以第一帧周期T1的视频帧实际亮度Yc_t1和视频帧曝光参数Pv_t1为前帧曝光参考，确定第三帧周期T3的视频帧曝光参数Pv_t3；

S323：输出第三帧周期T3的视频帧曝光参数Pv_t3。

S324：将第三帧周期T3的视频帧曝光参数Pv_t3保存。

上述S321～S324的过程与如图2所示的过程原理相同，但不同之处在于所使用的前帧曝光参考的不是属于真正的前帧(即，抓拍帧)，而是作为抓拍帧的前帧的视频帧。

此后，在第三帧周期T3，即可利用在第二帧周期T2保存的第三帧周期T3的视频帧曝光参数Pv_t3、并按照如图2所示的方式确定第四帧周期的视频帧曝光参数。在确定第四帧周期的视频帧曝光参数时，以在第二帧周期T2保存的第三帧周期T3的视频帧曝光参数Pv_t3、以及在第三帧周期T3检测到的视频帧实际亮度Yc_t3一起作为确定前帧曝光参考。

处理器40还用于接收摄像头10的光传感器20曝光连续成像得到的视频帧210以及穿插于视频帧210之间的抓拍帧220，并将视频帧210以连续码流的形式输出、以及将穿插于视频帧210之间的抓拍帧220以单帧形式输出。

图4为基于如图3所示的曝光调节过程的帧时序示意图。请参见图4、并回看图3：

在第一帧周期T1，光传感器20输出前一个帧周期(即图3中的T0)采集的视频帧210，并且在同步补光的光照条件下利用视频帧曝光参数Pv_t1曝光成像，此时，处理器40检测到抓拍触发事件，因而按照如图3所示的方式确定抓拍帧曝光参数Pcap、并保存第一帧周期T1的视频帧实际亮度Yc_t1和视频帧曝光参数Pv_t1；

在第二帧周期T2，光传感器20输出第一帧周期T1采集的视频帧210，并且在同步补光的光照条件下利用抓拍帧曝光参数Pcap曝光成像，此时，处理器40按照如图3所示的方式确定第三帧周期T3的视频帧曝光参数Pv_t3；

在第三帧周期T3，光传感器20输出第二帧周期T2采集的抓拍帧220，并且在同步补光的光照条件下利用视频帧曝光参数Pv_t3曝光成像，此时，处理器40按照如图2所示的方式确定第四帧周期T4的视频帧曝光参数Pv_t4；

在第四帧周期T4，光传感器20输出第三帧周期T3采集的视频帧210，并且在同步补光的光照条件下利用视频帧曝光参数Pv_t4曝光成像，此时，处理器40按照如图2所示的方式确定第四帧周期T4的视频帧曝光参数Pv_t5；

以此类推，在第五帧周期T5，光传感器20输出第三帧周期T4采集的视频帧210，并且在同步补光的光照条件下利用视频帧曝光参数Pv_t5曝光成像。

如上可见，每个抓拍帧220可以认为是取自于码流、并使码流中产生单帧断点的一帧。而对于单帧断点之后的那一帧视频帧而言，可以将单帧断点之前的视频帧看作是帧周期覆盖单帧断点的前帧，并且该前帧可以看作是延续两个帧周期的长帧。相应地，单帧断点之后的那一帧视频帧的视频帧曝光参数，可以利用看作是长帧的前帧的视频帧曝光参数和视频帧期望亮度来确定。

图5为一个比较例中的曝光调节过程的帧时序示意图。请参见图5，在抓拍时切换光传感器的工作模式的一个比较例中：

在第一帧周期T1，在光传感器输出视频帧210时，有抓拍触发事件产生，光传感器切换工作模式，导致光传感器的视频帧210输出中止、并且利用前一个帧周期确定的视频帧曝光参数的曝光成像也中止，此时同步补光的光照环境也开始进行测光、并根据测光结果确定抓拍曝光参数；

在第二帧周期T2，由于光传感器在第一帧周期T1的曝光成像中止，因而此周期内无视频帧输出，并且，光传感器在抓拍补光的光照条件下利用抓拍曝光参数曝光成像；

在第三帧周期T3。光传感器输出抓拍帧并进行工作模式的回切，此时可以确定第四帧周期T4的视频帧曝光参数；

在第四帧周期T4，由于光传感器在第三帧周期T3未曝光成像，因而此周期内无视频帧输出，但光传感器此时可以在同步补光的光照条件下利用视频帧曝光参数曝光成像，此时，还可以确定第五帧周期T5的视频帧曝光参数；

在第五帧周期T5，光传感器输出第四帧周期T4曝光成像的视频帧210，并且在同步补光的光照条件下利用视频帧曝光参数曝光成像。

即，在抓拍时切换光传感器的工作模式的该比较例中，至少会导致从第一帧周期T1～第四帧周期T4共四个帧周期内无视频帧，即，多帧中断。

基于上述实施例与比较例的比对可见，上述实施例可以通过从形成码流的视频帧中取帧的方式获取抓拍帧，并且对抓拍帧的曝光控制可以通过独立于视频帧曝光控制的方式来实现、并补偿抓拍帧相对于视频帧的曝光差异，因此，既不需要切换光传感器的工作模式，也不需要在抓拍之前启用使LED(Light-EmittingDiode，发光二极管)等补光装置闪烁的测光。由此，每一次的抓拍帧获取只会在视频帧构成的码流中形成单帧断点，从而，相比于光传感器的工作模式切换造成的多帧中断，上述实施例可以降低抓拍对视频帧的帧率的影响，以在兼顾抓拍的基础上确保码流的流畅性。而且，由于可以不需要在抓拍时启用使LED等补光装置闪烁的测光，从而可以避免在抓拍时产生刺激人眼的光闪烁的顿挫感。

图6为另一个实施例中基于如图2所示曝光调节过程的基本原理的一种曝光调节方法的流程示意图。请参见图6，在该实施例中，一种曝光调节方法包括：

S610：当在第一帧周期检测到抓拍触发事件时，获取保存的抓拍期望亮度和第一帧周期的视频帧曝光参数、并检测第一帧周期的视频帧实际亮度。

S620：以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数。

S630：将确定的抓拍帧曝光参数代替第二帧周期的视频帧曝光参数输出。

S640：将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考。

图7为如图6所示曝光调节方法的一种扩展流程示意图。请参见图7，如图6所示的曝光调节方法可以在S640之后进一步包括：

S710：当在第一帧周期检测到抓拍触发事件时，获取保存的抓拍期望亮度和第一帧周期的视频帧曝光参数、并检测第一帧周期的视频帧实际亮度。

S720：以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数。

S730：将确定的抓拍帧曝光参数代替第二帧周期的视频帧曝光参数输出。

S740：将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考。

S750：当在第二帧周期当检测到准备下一帧周期的视频帧拍摄的触发事件时，获取保存的视频期望亮度、以及第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数；

S760：以视频期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考，确定第三帧周期的视频帧曝光参数。

S770：输出第三帧周期的视频帧曝光参数。

图8为如图6所示曝光调节方法的另一种扩展流程示意图。请参见图8，如图6所示的曝光调节方法可以扩展为包括如下步骤：

S810：当在第一帧周期检测到抓拍触发事件时，获取保存的抓拍期望亮度和第一帧周期的视频帧曝光参数、并检测第一帧周期的视频帧实际亮度。

S820：获取预先设定的目标参考亮度范围。

S830：检测第一帧周期的视频帧中的目标区域亮度值是否落入目标参考亮度范围中。

若目标区域亮度未落入目标区域参考亮度范围中，则跳转至S840；

若目标区域亮度落入在目标区域参考亮度范围中，则跳转至S850。

S840：当检测出目标区域亮度未落入目标区域参考亮度范围时，以将目标区域亮度调节至目标区域参考亮度范围内的趋势更新抓拍期望亮度，然后跳转至S850。

其中，抓拍期望亮度可以具有一初始值，该初始值可以设定为目标参考亮度范围的中值。例如，若目标参考亮度范围为[50，150]，则抓拍期望亮度可以的初始值可以设定为100。

对于摄像头布置在车辆通行关卡的卡口的应用场景，成像的各帧中可以包含卡口通行车辆的图像内容，在此情况下，本步骤中所述的视频帧中的目标区域可以是包含车辆的车牌的区域。可以理解的是，对于其他应用场景而言，目标区域应当是监控关注的关键信息所在的区域。

S850：以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数。

S860：将确定的抓拍帧曝光参数代替第二帧周期的视频帧曝光参数输出。

S870：将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考。

并且，参照图7所示的扩展方式，在图8的S870之后可以进一步包括如图6所示的S750～S770。

对于以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定的抓拍帧曝光参数，为了抓拍帧具有更理想的图像质量，可以采用快门优先的确定方式，即，优先使快门满足曝光量的需求，再由增益辅以满足。

图9为如图6所示曝光调节方法中确定抓拍帧曝光参数的一实例流程示意图。请参见图9，在一个具体实例中，如图6所示的S640(图7中的S740和图8中的S870)可以具体包括：

S910：利用第一帧周期的视频帧实际亮度相比于抓拍期望亮度的偏差，将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门折算为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门。

例如，本步骤可以确定抓拍期望亮度与第一帧周期的视频帧实际亮度的亮度比值，并将亮度比值与第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门的乘积确定为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门。该过程可以表示为：

cap_sw＝video_sw×Ycap_target/Y_current

其中，cap_sw为抓拍帧快门，video_sw为第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门，Ycap_target为抓拍期望亮度，Y_current为第一帧周期的视频帧实际亮度。

S920：将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧增益确定为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧增益。

例如，将抓拍帧曝光参数中的抓拍帧增益直接赋值为第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧增益的值。

S930：获取用于曝光成像的光传感器的快门可用值范围、以及预先设定的最小增益。

S940：检测抓拍帧快门是否落入在快门可用值范围内。

S951：当检测到抓拍帧快门高于快门可用值范围的上限时，表示光传感器支持的快门可用值不满足使用，因而将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿，然后输出经本步骤调整后的抓拍帧快门和抓拍帧增益。

经本步骤调整后的抓拍帧快门和抓拍帧增益可以表示为：

cap_sw＝cap_sw_max

cap_gain＝(video_gain×video_sw×Ycap_target)/(Y_current×cap_sw_max)

其中，cap_sw为抓拍帧快门，cap_sw_max为快门可用值范围的上限，cap_gain为抓拍帧增益，video_gain为第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧增益，video_sw为第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门，Ycap_target为抓拍期望亮度，Y_current为第一帧周期的视频帧实际亮度。

S952：当检测到抓拍帧快门低于快门可用值范围的下限时，表示光传感器支持的快门可用值不满足使用，因而将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的下限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量增补补偿，然后输出经本步骤调整后的抓拍帧快门和抓拍帧增益。

经本步骤调整后的抓拍帧快门和抓拍帧增益可以表示为：

cap_sw＝cap_sw_min

cap_gain＝(video_gain×video_sw×Ycap_target)/(Y_current×cap_sw_min)

其中，cap_sw为抓拍帧快门，cap_sw_min为快门可用值范围的下限，cap_gain为抓拍帧增益，video_gain为第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧增益，video_sw为第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门，Ycap_target为抓拍期望亮度，Y_current为第一帧周期的视频帧实际亮度。

S953：当检测到抓拍帧快门落入在快门可用值范围内时，检测抓拍帧快门是否低于快门可用值范围的上限、以及抓拍帧增益是否高于预设的最小增益。

若抓拍帧快门低于快门可用值范围的上限、且抓拍帧增益高于预设的最小增益，则表示存在将抓拍帧增益承担的曝光量转移给抓拍帧快门的调节空间，并跳转至S960；

否则，表示不存在上述的调节空间，并输出S910确定的抓拍帧快门和S920确定的抓拍帧增益。

S960：当检测出抓拍帧快门低于快门可用值范围的上限、且抓拍帧增益高于预设的最小增益时，将抓拍帧快门调高至由快门可用值范围的上限和最小增益共同约束形成的极限值、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿，然后输出调整后的抓拍帧快门和抓拍帧增益，然后输出经本步骤调整后的抓拍帧快门和抓拍帧增益。

上述S960中将抓拍帧快门调高至由快门可用值范围的上限和最小增益共同约束形成的极限值、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿可以包括:

(1)、利用抓拍帧增益相比于最小增益的余量，估算抓拍帧快门的快门理论调节上限。例如，确定抓拍帧增益与最小增益的增益比值，并将增益比值与抓拍帧快门乘积确定为快门理论调节上限，该过程可以表示为：

sw_cap_t＝cap_sw×cap_gain/gain_min

其中，sw_cap_t为快门理论调节上限，cap_sw为抓拍帧快门，cap_gain为抓拍帧增益，gain_min为增益最小值。

(2)、检测快门理论调节上限是否高于快门可用值范围的上限，并且：

当检测出快门理论调节上限高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并以快门理论调节上限超出快门可用值范围的上限的曝光余量对抓拍帧增益进行削减补偿。例如，先确定快门可用值范围的上限与快门理论调节上限的快门比值、并以快门比值对抓拍帧增益进行削减补偿，再将抓拍帧快门赋值为快门可用值范围的上限，该过程可以表示为：

cap_gain＝cap_gain×cap_sw/cap_sw_max

cap_sw＝cap_sw_max

其中，cap_sw为抓拍帧快门，cap_sw_max为快门可用值范围的上限，cap_gain为抓拍帧增益，sw_cap_t为快门理论调节上限。

当检测出快门理论调节上限未高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门理论调节上限、并将抓拍帧增益削减补偿至最小增益。

图10为另一个实施例中基于如图2所示曝光调节过程的基本原理的一种曝光调节装置的结构示意图。请参见图10，该实施例中的曝光调节装置包括：

抓拍事件响应模块1010，用于在第一帧周期检测到抓拍触发事件时，获取保存的抓拍期望亮度和第一帧周期的视频帧曝光参数、并检测第一帧周期的视频帧实际亮度；

抓拍参数确定模块1020，用于以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数；

曝光参数输出模块1030，用于将确定的抓拍帧曝光参数代替第二帧周期的视频帧曝光参数输出；

参考信息保存模块1040，用于将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考。

图11为如图10所示曝光调节装置的一种扩展结构示意图。请参见图11，除了抓拍事件响应模块1010、抓拍参数确定模块1020、曝光参数输出模块1030以及参考信息保存模块1040之外，曝光调节装置还可以进一步包括：

视频采集响应模块1050，用于当在第二帧周期当检测到准备下一帧周期的视频帧拍摄的触发事件时，获取保存的视频期望亮度、以及第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数；

码流参数确定模块1060，用于以视频期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考，确定第三帧周期的视频帧曝光参数；

相应地，曝光参数输出模块1030可以进一步用于输出第三帧周期的视频帧曝光参数。

图12为如图10所示曝光调节装置的另一种扩展结构示意图。请参见图12，除了抓拍事件响应模块1010、抓拍参数确定模块1020、曝光参数输出模块1030以及参考信息保存模块1040之外，曝光调节装置还可以进一步包括：

期望亮度更新模块1070，用于在以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数之前，获取预先设定的目标参考亮度范围，检测第一帧周期的视频帧中的目标区域亮度值是否落入目标参考亮度范围中，并且，当检测出目标区域亮度未落入目标区域参考亮度范围时，以将目标区域亮度调节至目标区域参考亮度范围内的趋势更新抓拍期望亮度。

可以理解的是，如图12所示的曝光调节装置也可以进一步包含如图11中示出的视频采集响应模块1050和码流参数确定模块1060。

图13为如图10所示曝光调节装置的一实例结构示意图。请参见图13，为了实现以快门优先的方式确定抓拍帧曝光参数，抓拍参数确定模块1020可以具体包括：

快门优先折算子模块1021，用于利用第一帧周期的视频帧实际亮度相比于抓拍期望亮度的偏差，将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门折算为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门，并且将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧增益确定为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧增益；

曝光量再分配子模块1022，用于获取用于曝光成像的光传感器的快门可用值范围、以及预先设定的最小增益；检测抓拍帧快门是否落入在快门可用值范围内，并且：

当检测到抓拍帧快门高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿；

当检测到抓拍帧快门低于快门可用值范围的下限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的下限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量增补补偿；

当检测到抓拍帧快门落入在快门可用值范围内时，检测抓拍帧快门是否低于快门可用值范围的上限、以及抓拍帧增益是否高于预设的最小增益；

当检测出抓拍帧快门低于快门可用值范围的上限、且抓拍帧增益高于预设的最小增益时，将抓拍帧快门调高至由快门可用值范围的上限和最小增益共同约束形成的极限值、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿。

具体地，当检测出抓拍帧快门低于快门可用值范围的上限、且抓拍帧增益高于预设的最小增益时，可以先利用抓拍帧增益相比于最小增益的余量，估算抓拍帧快门的快门理论调节上限，例如，确定抓拍帧增益与最小增益的增益比值，并将增益比值与抓拍帧快门乘积确定为快门理论调节上限；然后，检测快门理论调节上限是否高于快门可用值范围的上限：

若检测出快门理论调节上限高于快门可用值范围的上限，则可以将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并以快门理论调节上限超出快门可用值范围的上限的曝光余量对抓拍帧增益进行削减补偿。例如，先确定快门可用值范围的上限与快门理论调节上限的快门比值，并以快门比值对抓拍帧增益进行削减补偿，再将抓拍帧快门赋值为快门可用值范围的上限；

若检测出快门理论调节上限未高于快门可用值范围的上限，则可以将抓拍帧快门调节至快门理论调节上限、并将抓拍帧增益削减补偿至最小增益。

图14为另一个实施例中的一种摄像控制装置的框架结构示意图。请参见图14，该实施例中的摄像控制装置可以是不具有摄像功能的独立控制设备，并且，该摄像控制装置可以包括处理器1410和非瞬时计算机可读存储介质1420，其中，非瞬时计算机可读存储介质1420存储指令，这些指令在由处理器1410执行时可以使得处理器1410执行如图6至图8所示流程中的至少之一的步骤。另外，该摄像控制装置还可以包括内存1430，用于存储例如前帧参考等各种允许掉电丢失的信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种曝光调节方法，其特征在于，包括：

当在第一帧周期检测到抓拍触发事件时，获取保存的抓拍期望亮度和第一帧周期的视频帧曝光参数、并检测第一帧周期的视频帧实际亮度；

以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数；

将确定的抓拍帧曝光参数代替第二帧周期的视频帧曝光参数输出；

将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考。

2.根据权利要求1所述的曝光调节方法，其特征在于，将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考之后，进一步包括：

当在第二帧周期当检测到准备下一帧周期的视频帧拍摄的触发事件时，获取保存的视频期望亮度、以及第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数；

以视频期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考，确定第三帧周期的视频帧曝光参数；

输出第三帧周期的视频帧曝光参数。

3.根据权利要求1所述的曝光调节方法，其特征在于，以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数之前，进一步包括：

获取预先设定的目标参考亮度范围；

检测第一帧周期的视频帧中的目标区域亮度值是否落入目标参考亮度范围中；

当检测出目标区域亮度未落入目标区域参考亮度范围时，以将目标区域亮度调节至目标区域参考亮度范围内的趋势更新抓拍期望亮度。

4.根据权利要求1所述的曝光调节方法，其特征在于，以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数包括：

利用第一帧周期的视频帧实际亮度相比于抓拍期望亮度的偏差，将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门折算为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门；

将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧增益确定为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧增益；

获取用于曝光成像的光传感器的快门可用值范围、以及预先设定的最小增益；

检测抓拍帧快门是否落入在快门可用值范围内；

当检测到抓拍帧快门高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿；

当检测到抓拍帧快门低于快门可用值范围的下限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的下限、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量增补补偿；

当检测到抓拍帧快门落入在快门可用值范围内时，检测抓拍帧快门是否低于快门可用值范围的上限、以及抓拍帧增益是否高于预设的最小增益；

当检测出抓拍帧快门低于快门可用值范围的上限、且抓拍帧增益高于预设的最小增益时，将抓拍帧快门调高至由快门可用值范围的上限和最小增益共同约束形成的极限值、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿。

5.根据权利要求4所述的曝光调节方法，其特征在于，利用第一帧周期的视频帧实际亮度相比于抓拍期望亮度的偏差，将第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门折算为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门包括：

确定抓拍期望亮度与第一帧周期的视频帧实际亮度的亮度比值，并将亮度比值与第一帧周期的视频帧曝光参数中的视频帧快门的乘积确定为抓拍帧曝光参数中的抓拍帧快门。

6.根据权利要求4所述的曝光调节方法，其特征在于，将抓拍帧快门调高至由快门可用值范围的上限和最小增益共同约束形成的极限值、并对抓拍帧增益进行等效曝光量的等量削减补偿包括：

利用抓拍帧增益相比于最小增益的余量，估算抓拍帧快门的快门理论调节上限；

检测快门理论调节上限是否高于快门可用值范围的上限；

当检测出快门理论调节上限高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并以快门理论调节上限超出快门可用值范围的上限的曝光余量对抓拍帧增益进行削减补偿；

当检测出快门理论调节上限未高于快门可用值范围的上限时，将抓拍帧快门调节至快门理论调节上限、并将抓拍帧增益削减补偿至最小增益。

7.根据权利要求6所述的曝光调节方法，其特征在于，利用抓拍帧增益相比于最小增益的余量，估算抓拍帧快门的快门理论调节上限包括：

确定抓拍帧增益与最小增益的增益比值，并将增益比值与抓拍帧快门乘积确定为快门理论调节上限。

8.根据权利要求6所述的曝光调节方法，其特征在于，将抓拍帧快门调节至快门可用值范围的上限、并以快门理论调节上限超出快门可用值范围的上限的曝光余量对抓拍帧增益进行削减补偿包括：

先确定快门可用值范围的上限与快门理论调节上限的快门比值，并以快门比值对抓拍帧增益进行削减补偿，再将抓拍帧快门赋值为快门可用值范围的上限。

9.一种曝光调节装置，其特征在于，包括：

抓拍事件响应模块，用于在第一帧周期检测到抓拍触发事件时，获取保存的抓拍期望亮度和第一帧周期的视频帧曝光参数、并检测第一帧周期的视频帧实际亮度；

抓拍参数确定模块，用于以抓拍期望亮度为曝光目标、并以第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数为前帧曝光参考确定抓拍帧曝光参数；

曝光参数输出模块，用于将确定的抓拍帧曝光参数代替第二帧周期的视频帧曝光参数输出；

参考信息保存模块，用于将第一帧周期的视频帧实际亮度和视频帧曝光参数保存为用于确定第三帧周期的视频帧曝光参数的前帧曝光参考。

10.一种摄像控制装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行如权利要求1至8中任一项所述的曝光调节方法中的步骤。

11.一种监控摄像机，其特征在于，包括摄像头、光传感器、驱动装置、以及处理器，其中：

所述处理器用于执行如权利要求1至8中任一项所述的曝光调节方法中的步骤；

所述驱动装置用于根据所述处理器通过执行所述曝光调节方法中的步骤而提供的视频帧曝光参数和抓拍帧曝光参数，控制所述光传感器对所述摄像头的视野内的场景曝光成像；

所述处理器还用于接收所述摄像头的光传感器曝光连续成像得到的视频帧以及穿插于视频帧之间的抓拍帧，并将视频帧以连续码流的形式输出、以及将穿插于视频帧之间的抓拍帧以单帧形式输出。

12.根据权利要求11所述的监控摄像机，其特征在于，所述摄像头布置在车辆通行关卡的卡口。

13.一种非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述非瞬时计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器如权利要求1至8中任一项所述的曝光调节方法中的步骤。

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