CN112153296A - 一种自动曝光控制方法、装置及带有fpga的摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种自动曝光控制方法、装置及带有FPGA的摄像机。其中，所述方法包括：对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；统计所述目标图像区域的亮度，得到参考亮度；根据所述参考亮度，配置所述摄像机的曝光策略。可以利用目标所在区域的亮度作为参考亮度，可以使得曝光策略对于目标所在区域的优化更好，而目标所在区域往往是用户实际感兴趣的图像区域，因此使用该曝光策略可以提高用户观看图像的用户体验。

Description

一种自动曝光控制方法、装置及带有FPGA的摄像机

技术领域

本发明涉及数字摄像机技术领域，特别是涉及一种自动曝光控制方法、装置及带有FPGA的摄像机。

背景技术

根据工作场景中照明条件的不同，摄像机拍摄得到的图像的亮度可能不同。图像的亮度过高或过低可能导致图像的视觉效果较差。为避免该情况的发生，摄像机可以自动调整曝光策略，以使得在不同工作场景能够拍摄得到亮度合适的图像，该方法称为自动曝光。

相关技术中，摄像机可以是统计当前帧的平均亮度，并根据当前帧的平均亮度，制定合适的曝光策略。示例性的，可以在当前帧平均亮度较低的情况下，增大摄像机的曝光量，在当前帧平均亮度较高的情况下，减小摄像机的曝光量。

但是，工作场景中不同区域的照明条件可能不同，例如工作场景中的背景区域照明条件较差，而前景区域的照明条件较好，但拍摄得到的图像的平均亮度可能较低，如果根据平均亮度增大曝光量，则可能导致拍摄到的图像中前景区域亮度过高，导致用户观看图像的用户体验较差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种自动曝光控制方法、装置及带有FPGA的摄像机，以实现更准确的自动曝光控制，提高用户观看图像的用户体验。具体技术方案如下：

在本发明实施例的第一方面，提供了一种自动曝光方法，所述方法包括：

对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

统计所述目标图像区域的亮度，得到参考亮度；

根据所述参考亮度，配置所述摄像机的曝光策略。

在一种可能的实施例中，所述统计所述目标区域的亮度，得到参考亮度，包括：

统计所述目标图像区域的平均亮度，得到所述目标图像区域的经过平滑前的平均亮度，作为当前帧平均亮度；

获取与所述当前图像帧时域相邻的上一图像帧中存在所述目标的区域的经过平滑后的平均亮度，作为上一帧指数平均亮度；

将所述当前帧亮度和所述上一帧亮度加权叠加，得到所述目标图像区域经过平滑后的平均亮度，作为参考亮度。

在一种可能的实施例中，所述根据所述参考亮度，确定所述当前图像帧的曝光策略，包括：

根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率；将所述摄像机的快门倍率配置为所述目标快门倍率；或者，

根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值；将所述摄像机的传感器的增益值配置为所述目标增益值。

在一种可能的实施例中，所述方法还包括：

确定慢快门模式是否启动；

如果所述慢快门模式启动，执行所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率的步骤；

如果所述慢快门模式未启动，执行所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值的步骤。

在一种可能的实施例中，所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率，包括：

根据预设的亮度到快门倍率的映射关系，对所述参考亮度进行映射，将映射结果作为目标快门倍率，所述亮度到快门倍率的映射关系中亮度与快门倍率正相关；

所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值，包括：

根据预设的亮度到传感器增益值的映射关系，对所述参考亮度进行映射，将映射结果作为目标增益值，所述亮度到传感器增益值的映射关系中亮度与传感器增益值负相关。

在一种可能的实施中，所述方法应用于所述摄像机中的现场可编程门阵列FPGA；

在所述对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域之前，所述方法还包括：

获取所述摄像机的图像传感器发送的当前图像帧的图像数据；

按照预设的图像传输协议，解析所述图像数据，得到所述当前图像帧。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种带有FPGA的摄像机，所述摄像机包括FPGA；

所述FPGA，用于对所述摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

统计所述目标图像区域的亮度，得到参考亮度；

根据所述参考亮度，配置所述摄像机的曝光策略。

在一种可能的实施例中，所述摄像机还包括图像传感器以及图像后处理芯片；

所述FPGA，还用于向所述图像传感器发送行场信号；

所述图像传感器用于感应工作场景中的光线，并转换为电信号，以得到图像数据；并在接收到所述行场信号后，成像后的当前图像帧的原始图像数据发送至所述FPGA；

所述FPGA，还用于按照预设传输协议解析所述原始图像数据，得到所述当前图像帧；对所述当前图像帧进行预设图像信号处理，得到所述当前图像帧经过所述预设图像信号处理后的处理后图像数据；将所述处理后图像数据发送至所述图像后处理芯片，所述预设图像信号处理包括自动白平衡、锐化、降噪、色彩校正、坏点校正中的一个或多个；

所述图像后处理芯片用于基于所述处理后图像数据。

在一种可能的实施例中，所述FPGA，具体用于根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率；向所述图像传感器发送携带有所述目标快门倍率的行场信号，以将所述图像传感器的快门倍率配置为所述目标快门倍率；或者，

根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值；通过串行外设接口，将所述目标增益值写入所述图像传感器的寄存器，以将所述图像传感器的增益值配置为所述目标增益值。

在一种可能的实施例中，所述FPGA包括图像接收模块、图像信号处理器、输出控制模块、亮度统计模块、行场控制模块以及串行外设接口；

所述行场控制模块，用于向所述图像传感器发送行场信号；

所述图像接收模块，用于根据预设的传输协议，解析所述原始图像数据，得到当前图像帧；并将所述当前图像帧发送至所述图像信号处理器；

所述图像信号处理器，用于对所述当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

所述图像信号处理器，还用于对所述当前图像帧进行预设图像信号处理，得到所述当前图像帧经过所述预设图像信号处理后的处理后图像数据；将所述处理后图像数据发送至所述图像后处理芯片；

所述输出控制模块，用于将所述处理后图像数据发送至所述图像后处理芯片；

所述亮度统计模块，用于统计所述目标图像区域的亮度，得到参考亮度；并根据所述参考亮度，通过所述行场控制模块或所述串行外设接口，配置所述摄像机的曝光策略。

在本发明实施例的第三方面，提供了一种自动曝光控制装置，所述装置包括：

目标检测模块，用于对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

参考亮度模块，用于统计所述目标图像区域的亮度，得到参考亮度；

策略配置模块，用于根据所述参考亮度，配置所述摄像机的曝光策略。

在一种可能的实施例中，所述参考亮度模块，具体用于统计所述目标图像区域的平均亮度，得到所述目标图像区域的经过平滑前的平均亮度，作为当前帧平均亮度；

获取与所述当前图像帧时域相邻的上一图像帧中存在所述目标的区域的经过平滑后的平均亮度，作为上一帧指数平均亮度；

将所述当前帧亮度和所述上一帧亮度加权叠加，得到所述目标图像区域经过平滑后的平均亮度，作为参考亮度。

在一种可能的实施例中，所述策略配置模块，具体用于根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率；将所述摄像机的快门倍率配置为所述目标快门倍率；或者，

根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值；将所述摄像机的传感器的增益值配置为所述目标增益值。

在一种可能的实施例中，所述策略配置模块，还用于确定慢快门模式是否启动；

如果所述慢快门模式启动，执行所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率的步骤；

如果所述慢快门模式未启动，执行所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值的步骤。

在一种可能的实施例中，所述策略配置模块，具体用于根据预设的亮度到快门倍率的映射关系，对所述参考亮度进行映射，将映射结果作为目标快门倍率；

所述策略配置模块，具体用于根据预设的亮度到传感器增益值的映射关系，对所述参考亮度进行映射，将映射结果作为目标增益值。

在一种可能的实施例中，所述装置应用于所述摄像机中的现场可编程门阵列FPGA；

所述装置还包括图像获取模块，用于在所述对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域之前，获取所述摄像机的图像传感器发送的当前图像帧的图像数据；

按照预设的图像传输协议，解析所述图像数据，得到所述当前图像帧。

在本发明实施例的第四方面，提供了一种电子设备，包括：

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。

在本发明实施例的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面任一所述的方法步骤。

本发明实施例提供的自动曝光控制方法、装置及带有FPGA的摄像机，可以利用目标所在区域的亮度作为参考亮度，可以使得曝光策略对于目标所在区域的优化更好，而目标所在区域往往是用户实际感兴趣的图像区域，因此使用该曝光策略可以提高用户观看图像的用户体验。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明实施例提供的自动曝光控制方法的一种流程示意图；

图2为本发明实施例提供的带有FPGA的摄像机的一种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的带有FPGA的摄像机自动曝光控制的原理示意图；

图4为本发明实施例提供的自动曝光控制装置的一种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电子设备的一种结构示意图。

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。

参见图1，图1所示为本发明实施例提供的自动曝光控制方法的一种流程示意图，可以包括：

S101，对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域。

根据应用场景的不同，目标可以是指车辆，也可以是人脸，还是可以指其他用户感兴趣的物体，本实施例对此不做限制。根据目标的不同，目标检测所采用的方法也可以不同，可以是将当前图像帧输入至预先经过训练的目标检测模型(该模型可以是基于深度学习得到，也可以是基于传统的机器学习得到的)，以得到当前图像帧中存在目标的区域。

可以理解的是，目标图像区域可以视为当前图像帧中用户感兴趣的图像区域，即可以认为相较于非目标图像区域，目标图像区域的视觉效果，对用户观看图像的用户体验影响相对较大。

S102，统计目标图像区域的亮度，得到参考亮度。

可以是统计目标图像区域所有像素点或部分像素点的平均亮度，作为参考亮度。可以理解的是，工作场景中的照明亮度可能受到干扰，导致在短时间内拍摄到的图像的亮度出现异常波动。例如，工作场景中的闪光灯可能导致短时间内拍摄到的图像的亮度过高。而这些干扰的作用时间可能较短，因此如果当前图像帧拍摄时受到这些干扰的影响，则当前图像帧的亮度无法较好的反应出工作场景的真实亮度，进而造成自动曝光效果较差。

有鉴于此，在一种可能的实施例中，可以是结合与当前图像帧时域相邻的上一图像帧(下文称上一帧)的亮度，通过指数平滑处理，降低干扰对参考亮度的影响。其中，上一帧与当前图像帧时域相邻，可以是指在将摄像机拍摄到的图像按照时间先后顺序排序的情况下，位于当前图像帧前一位的图像帧。例如，摄像机在t＝0ms拍摄到图像帧A，t＝300ms拍摄到图像帧B，t＝500ms拍摄到图像帧C，则图像帧B为图像帧C的上一帧。

示例性，可以是统计目标图像区域的平均亮度，作为当前帧平均亮度。获取与当前图像帧时域相邻的上一图像帧中存在目标的区域的经过平滑后的平均亮度，作为上一帧指数平均亮度。将当前帧亮度和上一帧亮度加权叠加，得到目标图像区域经过平滑后的平均亮度，作为参考亮度。其中，加权叠加时，上一帧亮度的权重和当前帧亮度的权重可以根据用户实际需求或经验确定的，也可以是按照预设规则计算得到的。在一种可可能的实施例中，可以是按照下式进行加权叠加：

其中，

为统计得到的目标图像区域的经过平滑前的平均亮度，EMAY_t-1为上一帧中存在目标的区域的经过平滑后的平均亮度，EMAY_t为目标图像区域的经过平滑后的平均亮度，β为预设的取值范围为0到1的系数。β越大，则参考亮度越接近于目标图像区域的经过平滑前的平均亮度，即参考亮度受到上一帧的影响越小，β越小，则参考亮度越接近于上一帧中存在目标的区域的经过平滑后的平均亮度，即参考亮度受到上一帧的影响越大。可以是根据实际需求，通过判断上一帧对参考亮度的影响，设置合适的β。

可以理解的是，由于上一帧与当前图像帧在时域上相近，因此在不考虑干扰的情况下，在拍摄上一帧和拍摄当前图像帧时，可以认为工作场景中的照明条件近似相同。而上一帧平均指数亮度，能够有效反映出拍摄上一帧时，工作场景中的照明条件，因此也可以在一定程度上反映出拍摄当前图像帧时，工作场景的照明条件，所以可以在计算参考亮度时将上一帧平均指数亮度考虑进来。

S103，根据参考亮度，配置摄像机的曝光策略。

根据应用场景的不同，曝光策略的配置方式可以不同。示例性的，可以是在参考亮度较低的情况下，增大摄像机的曝光量，也可以是在参考亮度较高的情况下，减小摄像机的曝光量。

在一种可能的实施例中，可以是通过配置不同的快门倍率或增益值，对摄像机的曝光策略进行配置。示例性的，可以是根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率。将摄像机的快门倍率配置为该目标快门倍率。也可以是根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值。将摄像机的图像传感器的增益值配置为目标增益值。

下面将分别对这两种配置方式进行说明。对于配置快门倍率的方式，可以是根据预设的亮度到快门倍率的映射关系，对参考亮度进行映射，将映射结果作为目标快门倍率。示例性的，可以是预先设置多个快门倍率，每个快门倍率对应于一个连续的亮度取值区间，不同快门倍率所对应的亮度取值区域不重合，并且较快的快门倍率所对应的亮度取值区间的最小值，大于较慢的快门倍率所对应的亮度取值区间的最大值。对参考亮度进行映射，可以是确定参考亮度所属亮度取值区间对应的快门倍率，并将该快门倍率作为目标快门倍率。

例如可以预先设置16个不同的快门倍率，假设由慢到快分别记为快门倍率1-16，其中快门倍率1最慢，即对应的曝光时间最长，快门倍率16最快，即对应的曝光时间最短，并且假设在该实施例中亮度的取值范围为[0,255]，其中0表示亮度最低，255表示亮度最高。则可以预先设定快门倍率i对应的亮度取值区间为[16(i-1)，16i-1]，例如，快门倍率2对应的亮度取值区间为[16，31]，快门倍率3对应的亮度取值区间为[32，47]。如果参考亮度为19，则映射结果为快门倍率2，因此将快门倍率2作为目标快门倍率。

摄像机拍摄到的图像中，一个图像区域的亮度与图像传感器中对应区域在拍摄过程中感应到的光线的能量正相关。在不考虑光强变化的情况下，曝光时间越长，感应到的光线的能量越高，即亮度越高。因此，可以在参考亮度较高的情况下，加快快门倍率，以减小曝光时间，从而降低拍摄到的图像的亮度。并在参考亮度较低的情况下，减慢快门倍率，以增加曝光时间，从而提高拍摄到的图像的亮度。

并且，在工作场景亮度较低的情况，通过减慢快门倍率以延长曝光时间的方式，可以在提高图像的亮度的同时，提高图像整体的对比度，使得拍摄得到的图像的视觉效果更好。

对于配置增益值的方式，可以是根据预设的亮度到传感器增益值的映射关系，对参考亮度进行映射，将映射结果作为目标增益值。示例性的，可以是预先使用一个深度为128的块随机存储器(block ram)存储一条调整曲线，该调整曲线用于表示亮度到传感器增益值之间的对映射关系，对参考亮度进行映射，可以是在该调整曲线中查找与参考亮度对应的传感器增益值，作为目标增益值。

在图像传感器感应到的光线的能量不变的情况下，传感器增益值越高，得到的图像中的亮度越高，传感器增益值越低，得到的图像中的亮度越低，因此可以在参考亮度较高的情况下，降低传感器增益值，从而降低拍摄到的图像的亮度。并在参考亮度较低的情况下，提高传感器增益值，从而提高拍摄到的图像的亮度。并且，该方式不需要调整快门，因此生效较快，实时性更好，更适用于工作场景中运动物体较多的情况。

上述两种配置方式，可以是用户根据实际需求或者经验，控制执行主体择一使用，也可以是执行主体按照预设规则择一使用。示例性的，可以是预先设置一模式切换按钮(可以是实体按钮，也可以是虚拟按钮)，用户可以通过该按钮开启或关闭慢快门模式。当慢快门模式开启时，使用配置快门倍率的方式进行配置，当慢快门模式关闭时，使用配置增益值的方式进行配置。

选用该实施例，可以利用目标所在区域的亮度作为参考亮度，可以使得曝光策略对于目标所在区域的优化更好，而目标所在区域往往是用户实际感兴趣的图像区域，因此使用该曝光策略可以提高用户观看图像的用户体验。

可以理解的是，如果当前图像帧中未检测到目标，则可以将当前图像帧的平均亮度作为参考亮度，在这种情况下，可以认为拍摄到的图像中不存在用户感兴趣的图像区域，没有必要对这些区域进行特别的优化，整体优化图像的亮度即可。

相关技术中，自动曝光控制往往是通过集成在摄像机上的微控制器实现的，但是微控制器的计算能力往往有限，导致响应速率较慢，从统计亮度到新配置的曝光策略生效，可能存在几帧的延迟，导致自动曝光的实时性较差，有鉴于此，本发明实施例提供了一种带有FPGA的摄像机，该摄像机中包括FPGA，该FPGA用于对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；统计目标图像区域的亮度，得到参考亮度；根据参考亮度，配置摄像机的曝光策略。关于FPGA所实现的方法步骤可以参见前述相关的描述，在此不再赘述。选用该实施例，可以通过FPGA较强的运算能力，缩短新配置的自动曝光策略的生效时间，即提高自动曝光的实时性。

在一种可能的实施例中，带有FPGA的摄像机可以如图2所示，图2所示为本发明实施例提供的带有FPGA的摄像机的一种可能的结构示意图，其中，包括图像传感器100、FPGA200以及图像后处理芯片300。

图像传感器100用于感应工作场景中的光线，并转换为电信号，以得到图像数据。FPGA200用于解析这些图像数据，得到对应的图像帧，并对这些图像帧进行预设图像信号处理，预设图像信号处理可以包括自动白平衡、锐化、降噪、色彩校正、坏点校正中的一个或多个。图像后处理芯片300用于在经过预设图像信号处理后的图像帧的基础上，实现预设的上层业务，例如进行车牌识别、人脸识别等。

下面将对该带有FPGA的摄像机的工作原理进行说明：

FPGA200可以向图像传感器100发送行场信号，该行场控制信号可以包括行信号(hd信号)和场信号(vd信号)。图像传感器100在接收到该行场信号后，将成像后的当前图像帧的原始图像数据发送至FPGA200。

FPGA200按照预设传输协议解析原始图像数据，得到当前图像帧。对当前图像帧进行目标检测，确定当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域。统计目标图像区域的亮度，得到参考亮度。根据参考亮度，配置摄像机的曝光策略。

并且FPGA200对当前图像帧进行预设图像信号处理，得到当前图像帧经过预设图像信号处理后的处理后图像数据，将处理后推向数据发送至图像后处理芯片300。图像后处理芯片300在接收到处理后图像数据后，基于处理后图像数据，实现预设的上层业务。在一些应用场景中，可能不需要实现上层业务，则FPGA200也可以将处理后图像数据输出显示。

在一种可能的实施例中，FPGA200中可以包括图像接收模块210、图像信号处理器(Image Signal Processing，ISP)220、输出控制模块230、亮度统计模块240、行场控制模块250以及串行外设接口(Serial Peripheral Interface，spi)260。

其中，行场控制模块250，用于向图像传感器100发送行场信号。图像接收模块210，用于根据预设的传输协议，解析原始图像数据，得到当前图像帧，并将当前图像帧发送至图像信号处理器220。图像信号处理器220，用于对当前图像帧进行目标检测，确定当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域。图像信号处理器220，还用于对当前图像帧进行预设图像信号处理，得到当前图像帧经过预设图像信号处理后的处理后图像数据，将处理后图像数据发送至图像后处理芯片。输出控制模块230，用于将处理后图像数据发送至图像后处理芯片。亮度统计模块240，用于统计目标图像区域的亮度，得到参考亮度；并根据参考亮度，通过行场控制模块或串行外设接口260，配置摄像机的曝光策略。

下面将结合各个模块的执行逻辑，对本发明实施例提供的带有FPGA的摄像机自动曝光控制的原理进行说明，可以参见图3，包括：

S301，行场控制模块向图像传感器发送行场信号。

S302，图像传感器在接收到行场信号后，将成像后的当前图像帧的原始图像数据发送至图像接收模块。

可以是通过MIPI(Mobile Industry Processor Interface，移动行业处理器接口)总线发送的，也可以是通过LVDS(Low-Voltage Differential Signaling，低电压差分信号)总线发送的，本实施例对此不做限制。

S303，图像传感器根据预设的传输协议，解析图像数据，得到当前图像帧，并发送至图像信号处理器。

S304，图像信号处理器对当前图像帧进行目标检测，得到目标图像区域。并将检测得到的目标图像区域发送至亮度统计模块。

S305，亮度统计模块统计目标图像区域的亮度，得到参考亮度。

统计的方式可以参见前述S102的相关描述，在此不再赘述。

S306，亮度统计模块根据参考亮度，配置摄像机的曝光策略。

对于配置快门倍率的方式，可以是将确定得到的目标快门倍率发送至行场控制模块，行场控制模块通过行场信号，将目标快门倍率发送至图像传感器，以配置该图像传感器对应的快门的快门倍率。

对于配置增益值的方式，可以是通过串行外设接口将目标增益值写入图像传感器的寄存器中，以实现对图像传感器的增益值的控制。

参见图4，图4所示为本发明实施例提供的自动曝光控制装置的一种结构示意图，可以包括：

目标检测模块401，用于对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

参考亮度模块402，用于统计目标图像区域的亮度，得到参考亮度；

策略配置模块403，用于根据参考亮度，配置摄像机的曝光策略。

在一种可能的实施例中，参考亮度模块402，具体用于统计目标图像区域的平均亮度，得到目标图像区域的经过平滑前的平均亮度，作为当前帧平均亮度；

获取与当前图像帧时域相邻的上一图像帧中存在目标的区域的经过平滑后的平均亮度，作为上一帧指数平均亮度；

将当前帧亮度和上一帧亮度加权叠加，得到目标图像区域经过平滑后的平均亮度，作为参考亮度。

在一种可能的实施例中，策略配置模块403，具体用于根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率；将摄像机的快门倍率配置为目标快门倍率；或者，

根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值；将摄像机的传感器的增益值配置为目标增益值。

在一种可能的实施例中，策略配置模块403，还用于确定慢快门模式是否启动；

如果慢快门模式启动，执行根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率的步骤；

如果慢快门模式未启动，执行根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值的步骤。

在一种可能的实施例中，策略配置模块403，具体用于根据预设的亮度到快门倍率的映射关系，对参考亮度进行映射，将映射结果作为目标快门倍率；

策略配置模块403，具体用于根据预设的亮度到传感器增益值的映射关系，对参考亮度进行映射，将映射结果作为目标增益值。

在一种可能的实施例中，装置应用于摄像机中的现场可编程门阵列FPGA；

装置还包括图像获取模块，用于在对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域之前，获取摄像机的图像传感器发送的当前图像帧的图像数据；

按照预设的图像传输协议，解析图像数据，得到当前图像帧。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，包括：

存储器501，用于存放计算机程序；

处理器502，用于执行存储器501上所存放的程序时，实现如下步骤：

对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

统计目标图像区域的亮度，得到参考亮度；

根据参考亮度，配置摄像机的曝光策略。

在一种可能的实施例中，统计目标区域的亮度，得到参考亮度，包括：

统计目标图像区域的平均亮度，得到目标图像区域的经过平滑前的平均亮度，作为当前帧平均亮度；

获取与当前图像帧时域相邻的上一图像帧中存在目标的区域的经过平滑后的平均亮度，作为上一帧指数平均亮度；

将当前帧亮度和上一帧亮度加权叠加，得到目标图像区域经过平滑后的平均亮度，作为参考亮度。

在一种可能的实施例中，根据参考亮度，确定当前图像帧的曝光策略，包括：

根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率；将摄像机的快门倍率配置为目标快门倍率；或者，

根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值；将摄像机的传感器的增益值配置为目标增益值。

在一种可能的实施例中，方法还包括：

确定慢快门模式是否启动；

如果慢快门模式启动，执行根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率的步骤；

如果慢快门模式未启动，执行根据参考亮度，确定使得摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值的步骤。

在一种可能的实施例中，摄像机包括FPGA；

FPGA，用于对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

统计目标图像区域的亮度，得到参考亮度；

根据参考亮度，配置摄像机的曝光策略。

在一种可能的实施例中，方法应用于摄像机中的现场可编程门阵列FPGA；

在对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域之前，方法还包括：

获取摄像机的图像传感器发送的当前图像帧的图像数据；

按照预设的图像传输协议，解析图像数据，得到当前图像帧。

上述电子设备提到的存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一自动曝光控制方法。

在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一自动曝光控制方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于带有FPGA的摄像机、装置、电子设备、计算机可读存储介质以及计算机程序产品的实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (16)

1.一种自动曝光控制方法，其特征在于，所述方法包括：

对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

统计所述目标图像区域的亮度，得到参考亮度；

根据所述参考亮度，配置所述摄像机的曝光策略。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述统计所述目标区域的亮度，得到参考亮度，包括：

统计所述目标图像区域的平均亮度，得到所述目标图像区域的经过平滑前的平均亮度，作为当前帧平均亮度；

获取与所述当前图像帧时域相邻的上一图像帧中存在所述目标的区域的经过平滑后的平均亮度，作为上一帧指数平均亮度；

将所述当前帧亮度和所述上一帧亮度加权叠加，得到所述目标图像区域经过平滑后的平均亮度，作为参考亮度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考亮度，确定所述当前图像帧的曝光策略，包括：

根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率；将所述摄像机的快门倍率配置为所述目标快门倍率；或者，

根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值；将所述摄像机的传感器的增益值配置为所述目标增益值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定慢快门模式是否启动；

如果所述慢快门模式启动，执行所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率的步骤；

如果所述慢快门模式未启动，执行所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值的步骤。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率，包括：

根据预设的亮度到快门倍率的映射关系，对所述参考亮度进行映射，将映射结果作为目标快门倍率，所述亮度到快门倍率的映射关系中亮度与快门倍率正相关；

所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值，包括：

根据预设的亮度到传感器增益值的映射关系，对所述参考亮度进行映射，将映射结果作为目标增益值，所述亮度到传感器增益值的映射关系中亮度与传感器增益值负相关。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于所述摄像机中的现场可编程门阵列FPGA；

在所述对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域之前，所述方法还包括：

获取所述摄像机的图像传感器发送的当前图像帧的图像数据；

按照预设的图像传输协议，解析所述图像数据，得到所述当前图像帧。

7.一种带有现场可编程门阵列FPGA的摄像机，其特征在于，所述摄像机包括FPGA；

所述FPGA，用于对所述摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；统计所述目标图像区域的亮度，得到参考亮度；根据所述参考亮度，配置所述摄像机的曝光策略。

8.根据权利要求7所述的摄像机，其特征在于，所述摄像机还包括图像传感器以及图像后处理芯片；

所述FPGA，还用于向所述图像传感器发送行场信号；

所述图像传感器用于感应工作场景中的光线，并转换为电信号，以得到图像数据；并在接收到所述行场信号后，成像后的当前图像帧的原始图像数据发送至所述FPGA；

所述FPGA，还用于按照预设传输协议解析所述原始图像数据，得到所述当前图像帧；对所述当前图像帧进行预设图像信号处理，得到所述当前图像帧经过所述预设图像信号处理后的处理后图像数据；将所述处理后图像数据发送至所述图像后处理芯片，所述预设图像信号处理包括自动白平衡、锐化、降噪、色彩校正、坏点校正中的一个或多个；

所述图像后处理芯片用于基于所述处理后图像数据。

9.根据权利要求8所述的摄像机，其特征在于，所述FPGA，具体用于根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率；向所述图像传感器发送携带有所述目标快门倍率的行场信号，以将所述图像传感器的快门倍率配置为所述目标快门倍率；或者，

根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值；通过串行外设接口，将所述目标增益值写入所述图像传感器的寄存器，以将所述图像传感器的增益值配置为所述目标增益值。

10.根据权利要求8所述的摄像机，其特征在于，所述FPGA包括图像接收模块、图像信号处理器、输出控制模块、亮度统计模块、行场控制模块以及串行外设接口；

所述行场控制模块，用于向所述图像传感器发送行场信号；

所述图像接收模块，用于根据预设的传输协议，解析所述原始图像数据，得到当前图像帧；并将所述当前图像帧发送至所述图像信号处理器；

所述图像信号处理器，用于对所述当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

所述图像信号处理器，还用于对所述当前图像帧进行预设图像信号处理，得到所述当前图像帧经过所述预设图像信号处理后的处理后图像数据；将所述处理后图像数据发送至所述图像后处理芯片；

所述输出控制模块，用于将所述处理后图像数据发送至所述图像后处理芯片；

所述亮度统计模块，用于统计所述目标图像区域的亮度，得到参考亮度；并根据所述参考亮度，通过所述行场控制模块或所述串行外设接口，配置所述摄像机的曝光策略。

11.一种自动曝光控制装置，其特征在于，所述装置包括：

目标检测模块，用于对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域；

参考亮度模块，用于统计所述目标图像区域的亮度，得到参考亮度；

策略配置模块，用于根据所述参考亮度，配置所述摄像机的曝光策略。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述参考亮度模块，具体用于统计所述目标图像区域的平均亮度，得到所述目标图像区域的经过平滑前的平均亮度，作为当前帧平均亮度；

获取与所述当前图像帧时域相邻的上一图像帧中存在所述目标的区域的经过平滑后的平均亮度，作为上一帧指数平均亮度；

将所述当前帧亮度和所述上一帧亮度加权叠加，得到所述目标图像区域经过平滑后的平均亮度，作为参考亮度。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述策略配置模块，具体用于根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率；将所述摄像机的快门倍率配置为所述目标快门倍率；或者，

根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值；将所述摄像机的传感器的增益值配置为所述目标增益值。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述策略配置模块，具体用于根据预设的亮度到快门倍率的映射关系，对所述参考亮度进行映射，将映射结果作为目标快门倍率；

所述策略配置模块，具体用于根据预设的亮度到传感器增益值的映射关系，对所述参考亮度进行映射，将映射结果作为目标增益值。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述策略配置模块，还用于确定慢快门模式是否启动；

如果所述慢快门模式启动，执行所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足预设亮度条件所需要的快门倍率，作为目标快门倍率的步骤；

如果所述慢快门模式未启动，执行所述根据所述参考亮度，确定使得所述摄像机拍摄得到的图像满足所述预设亮度条件所需要的传感器增益值，作为目标增益值的步骤。

16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置应用于所述摄像机中的现场可编程门阵列FPGA；

所述装置还包括图像获取模块，用于在所述对摄像机拍摄到的当前图像帧进行目标检测，确定所述当前图像帧中存在目标的区域，作为目标图像区域之前，获取所述摄像机的图像传感器发送的当前图像帧的图像数据；

按照预设的图像传输协议，解析所述图像数据，得到所述当前图像帧。

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