CN112165580A

CN112165580A - 自动曝光方法与电子装置

Info

Publication number: CN112165580A
Application number: CN202010895879.6A
Authority: CN
Inventors: 余常文; 袁渝
Original assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2040-08-31
Also published as: CN112165580B

Abstract

本申请公开了一种自动曝光方法及电子装置。自动曝光方法包括下列步骤：依据第一曝光参数控制摄像单元来得到具有第一图像亮度的图像；计算第一图像亮度与目标图像亮度的第一差值；当第一差值大于预设阀值，依据第一图像亮度与显示屏的显示屏亮度得到人眼视觉亮度，并依据人眼视觉亮度得到第二图像亮度；从预设曝光表中得到对应第二图像亮度的第二曝光参数；及依据第二曝光参数控制摄像单元来得到具有第二图像亮度的图像。

Description

自动曝光方法与电子装置

技术领域

本申请涉及一种自动曝光方法与电子装置，尤其涉及一种使用人眼视觉亮度来调整通过摄像单元得到并显示在显示屏上的图像亮度的自动曝光方法以及电子装置。

背景技术

摄像单元中的自动曝光系统可以将显示的预览图像的亮度从一默认亮度改变至目标图像亮度。使用者在观看预览图像时，可以看到从默认亮度改变至目标图像亮度的亮度变化过程。为了提升使用经验，预览图像的亮度会以渐变的方式变化至目标图像亮度，以防止亮度突变。然而，现有技术对于亮度改变的方式并不能最优地适应人眼的变化。如何能够优化使用者对预览图像的亮度的刺激响应，已成为本领域重要的工作项目。

发明内容

本申请的目的之一在于公开一种自动曝光方法及电子装置，来解决现有技术中自动曝光方法优化对人眼适应性的技术问题。

本申请的一实施例公开了一种自动曝光方法。自动曝光方法包括下列步骤：依据第一曝光参数控制摄像单元来得到具有第一图像亮度的图像；计算第一图像亮度与目标图像亮度的第一差值；当第一差值大于预设阀值，依据第一图像亮度与显示屏的显示屏亮度得到人眼视觉亮度，并依据所述人眼视觉亮度得到第二图像亮度；从预设曝光表中得到对应第二图像亮度的第二曝光参数；及依据第二曝光参数控制摄像单元来得到具有第二图像亮度的图像。

本申请的一实施例公开了一种电子装置。所述电子装置包括处理器、摄像单元及显示屏，用于执行前述的自动曝光方法。

具体来说，本申请所公开的电子装置与自动曝光方法以新颖的方式优化预览图像亮度变化的问题，进而增进使用者的使用经验。

附图说明

图1为本申请的电子装置的实施例的方框示意图。

图2为本申请的自动曝光方法的流程图。

具体实施方式

以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。

现有的摄像机具有自动曝光的功能，其可依据被摄目标所处的环境亮度(即拍摄场景的亮度)决定摄像时的工作参数(例如，光圈、快门与ISO值)，摄像机再依据工作参数对被摄目标撷取图像并显示在显示屏以供用户观看。执行自动曝光的功能时，摄像机需要先使用预设工作参数对被摄目标进行第一次图像撷取，并将第一次撷取的图像显示在显示屏上。摄像机接着再调整工作参数去撷取被摄目标的图像，直至被撷取的图像达到目标图像亮度，下文将此过程简称为图像亮度变化或自动曝光过程。在一些实施例中，图像以像素阵列显示，若图像为灰阶图像，每个像素用来记录x个位的信息(其代表2^x种灰度值)，则图像亮度可由像素阵列所记录的灰度值的平均值来表示。若图像为彩色图像，每个像素可用来记录z个位的RGB三原色信息(亦即2^z种红色值、2^z种蓝色值及2^z种绿色值)，则图像亮度可由像素阵列所记录的RGB信息的平均值来表示。然本申请不以此为限，在某些实施例中，亦可以以图像中的主体的平均亮度来作为图像亮度；或是使用权值矩阵来产生。一般来说，目标图像亮度是依据环境亮度决定，且得到目标图像亮度的方式可以是一般的作法，本申请并不限制。

一般作法中，图像亮度变化可能只是单纯地依第一次撷取的图像的图像亮度(初始图像亮度)与目标图像亮度两个值做等长分步变化、递归变化、或多项式阶跃函数变化，使初始图像亮度平滑收敛至目标图像亮度，并未考虑到人眼适应性。然而，在不同的显示屏亮度(例如单位为尼特(nit))的情况下，人眼对相同的图像亮度变化，会有不同的感受。举例来说，在显示屏亮度较低时，由于人眼对暗光下的变化较敏感，反之亦然。传统上得到图像亮度变化的过程中没有考虑到显示屏亮度，以及人眼对显示屏亮度变化的响应，因此需要被改善以优化用户人眼适应的问题。其细节说明如下。

图1为本申请的电子装置10的实施例的方框示意图。电子装置10可以是手机、平版电脑、摄像机等任何能够用来拍摄图像或视频的电子产品。电子装置10通过处理器11控制摄像单元12对目标物100拍照以得到图像110，并将图像110显示在显示屏13上以供使用者观看。

处理器11用来决定摄像单元12的曝光参数，再依据曝光参数控制摄像单元12对目标物100曝光以得到图像110。电子装置10还包括储存模块14，其用以储存曝光表141供处理器11查询。曝光表141包含多组曝光参数，每组曝光参数对应于一个亮度值，各组曝光参数分别都包括若干用以控制摄像单元12的子参数，举例来说，依据摄像单元12的设计，曝光参数可以包括光圈、快门与增益值等，其中增益值即摄像单元12的感亮度(ISO值)。在一些实施例中，曝光参数的种类可以不同，本申请不以此为限，例如，在一些实施例中，摄像装置12的增益值为定值，曝光参数仅包括光圈与快门。处理器11可以依据亮度值在曝光表141中取得对应的曝光参数。

显示屏13的显示屏亮度it可以是由电子装置10根据所处的环境亮度自动在显示屏13的多个不同的发光等级下调整，也可以是由使用者自行设定，例如在越暗的环境中，显示屏亮度it越低；反之亦然，本申请并不加以限制。如前所述，由于人类视觉的特性，显示屏亮度it会影响使用者观看图像110的图像亮度变化的感觉，本申请的目的之一在于在预览图像的亮度变化的计算上，将显示屏亮度it这个因子考虑进去，使人眼感受更佳。

请同时参照图2。图2为电子装置10执行自动曝光方法20的流程图。自动曝光方法20用于得到图像亮度变化，首先，电子装置10可依据目标物100所处的环境亮度计算图像110的目标图像亮度Y_T。在一些实施例中，处理器11为图像信号处理器(Image signalprocessor；ISP)，用以执行自动曝光方法20。更具体地来说，处理器11利用一种符合人眼视觉响应的平滑方程式S将图像110的初始图像亮度Y₀平滑收敛至接近目标图像亮度Y_T，且平滑方程式S考虑了显示屏亮度it，以优化自动曝光的流程。在一般操作中，若初始图像亮度Y₀与目标图像亮度Y_T不同，显示屏13将呈现图像110具有亮度渐变的过程，直至图像110的图像亮度接近目标图像亮度Y_T。

在步骤S21中，处理器11先依据一组预设初始曝光参数控制摄像单元12对目标物100进行拍摄来得到具有初始图像亮度Y₀(Y_n,n＝0)的图像110。一般来说，执行一次的自动曝光过程的一段期间可能达数毫秒至约两秒，在这段期间内，显示屏亮度it可以保持不变，也可能改变，本申请并不以此为限。

在步骤S22中，处理器11依据初始图像亮度Y₀(Y_n，n＝0)与显示屏亮度it，利用平滑方程式S以得到下一个阶段的图像亮度Y₁(Y_n+1,n＝0)。具体来说，平滑方程式S的参数包括实时图像亮度i与显示屏亮度it，初始图像亮度Y₀与图像亮度Y₁的关系可由方程式1表示。

Y_n+1＝Y_n×S(i,it) (方程式1)

其中，实时图像亮度i为当前最新撷取的图像110的亮度，亦即实时图像亮度i等于图像亮度Y_n。为了清楚解释，方程式1可改写成方程式2如下。

Y_n+1＝Y_n×S(Y_n,it) (方程式2)

其中n为正整数。得到图像亮度Y₁的计算具体来说则是将初始图像亮度Y₀作为实时图像亮度i带入方程式2。也就是用初始图像亮度Y₀乘上计算出的平滑方程式S的值以得到图像亮度Y₁。其可将方程式2表示如方程式3。

Y₁＝Y₀×S(Y₀,it) (方程式3)

得到图像亮度Y₁后，接着执行步骤S23。在步骤S23中，处理器11依据图像亮度Y₁在曝光表141中取得对应的一组曝光参数，并在步骤S24中，依据曝光参数中的光圈、快门及/或增益值控制摄像单元12来再次撷取目标物100以得到具有图像亮度Y₁的图像110。

在步骤S25中，处理器11要辨识图像亮度Y₁是否已接近目标图像亮度Y_T，从而计算目标图像亮度Y_T与图像亮度Y₁的差值。当目标图像亮度Y_T与图像亮度Y₁的差值大于一预设阀值时(亦即图像亮度Y₁和目标图像亮度Y_T的差值不在容许范围内)，会重复进行下一轮的图像亮度调整，因此处理器11执行步骤S26，将n加上1，也就是将n以n+1带入，因此n由0变1，并回到步骤S22，重复步骤S22至S24，直至图像亮度Y_n+1和目标图像亮度Y_T的差值在容许范围内。

相对地，在步骤S25中，当目标图像亮度Y_T与图像亮度Y₁的差值不大于预设阀值时(亦即图像亮度Y_n和目标图像亮度Y_T的差值在容许范围内时)，处理器11停止调整图像110的亮度。依此类推，若n＝5时，目标图像亮度Y_T与图像亮度Y_n+1的差值才小于或等于所述阀值，则显示屏13会依序显示具有亮度Y₀～Y₆的图像110。

在目标图像亮度Y_T相同但显示屏亮度it不同的两种情况下，如背景亮度it为600尼特时，处理器11可得到亮度Y₁、Y₂、Y₃、Y₄与Y_T；当背景亮度it为800尼特时，处理器11可得到亮度Y₁'、Y₂'、Y₃'与Y_T。因为当背景亮度it为600尼特时，相较于800尼特，显示屏13亮度较低，人眼对光线较敏感。自动曝光过程需要更细致的变化以符合人眼的视觉。且因为背景亮度it不同，所以平滑方程式S所得到的比例也不同，因此亮度Y₁与Y₁'不同，Y₂与Y₂'不同，Y₃与Y₃'不同。由于人眼视觉响应与除了与当下显示的亮度有关，更与显示屏亮度it有关。如前所述，当图像110从图像亮度Y_n变化至图像亮度Y_n+1时，人眼视觉响应会与图像亮度Y_n与显示屏亮度it有关。上述方程式2中，因为平滑方程式S包括了实时图像亮度i与显示屏亮度it，其等同于在取得下一个欲显示的图像亮度Y_n+1时已参考了当前图像亮度Y_n与显示屏亮度it。因此，本申请所提供的电子装置10与图像处理方法20可依据当前图像亮度Y_n与显示屏亮度it来改变下一阶段的图像亮度Y_n+1，进而得到符合人眼视觉响应的亮度平滑变化，从而增进使用者的使用经验。

在一些实施例中，平滑方程式S正相关于人眼视觉亮度方程式B与曝光方程式H的比值，其中人眼视觉亮度方程式B可通过斯蒂文斯(Steven')定律或巴特尔森-布勒曼效应(Bartlson-Breneman effect)方程式来得到，及曝光方程式H可通过国际标准化组织(ISO122332：2019)定义的相机曝光量H来表示。

当人眼视觉亮度方程式B通过斯蒂文斯定律表示时，平滑方程式S可表示为方程式4～6如下。

S∝B(i,it)/H (方程式4)

B＝K(i-it)^α (方程式5)

其中，在斯蒂文斯定律中，it指的是环境亮度，由于人眼观看显示屏13时，显示屏亮度的影响近似环境亮度，因此在本申请中以显示屏亮度做为斯蒂文斯定律中所指环境亮度，以下巴特尔森-布勒曼效应方程式亦同。在方程式5中，K与α为随环境亮度变化而变化的参数，在方程式6中，L为被摄目标物100的环境亮度、t为摄像单元12的曝光时间、A为摄像单元12的光圈大小、

为与摄像单元12的系统常数。在一些实施例中，方程式5中的K使用三阶多项式拟合而得。斯蒂文斯定律提供了显示屏亮度it与适应等级Al(adaptation level)的线性关系由方程式7表示。使用三阶多项式拟合而得的K由方程式8表示。

it＝0.64·Al+4.1 (方程式7)

在一些实施例中，方程式5中的α使用二阶多项式拟合而得，其以方程式9表示。

α＝3.643·10^-5·Al²-3.267·10^-5·Al+0.4067 (方程式9)

另外，当人眼视觉亮度方程式B通过巴特尔森-布勒曼效应方程式表示时，可将人眼视觉亮度方程式B的关系表示为方程式10如下。

logB＝α+β·log(i)-γe^δ·logi (方程式10)

其中，α、β、γ与δ为依据环境亮度拟合出的常数。在一些实施例中，α为2.037，及β为0.1401。在一些实施例中，巴特尔森-布勒曼效应提供了γ与δ依据适应等级Al之关联，并由如下方程序11拟合而得。如同斯蒂文斯定律中，以显示屏亮度it作为环境亮度。当知道显示屏亮度it时可得到适应等级Al，并由适应等级Al得到α、β、γ与δ等常数。

(γ,δ)＝a·e^b+c·e^d (方程式11)

在一些实施例中，对于γ拟合出的结果，a为0.2811，b为0.6911，c为1.107，及d为0.01745。在一些实施例中，对于δ拟合出的结果，a为-0.08682，b为-0.02441，c为-0.1429，及d为0.1865。

综上所述，人眼视觉亮度方程式B可通过斯蒂文斯定律或巴特尔森-布勒曼效应以适应等级Al拟合出来，又适应等级Al与显示屏亮度it呈线性关系(如方程式7)，拟合出的人眼视觉亮度方程式B为具有显示屏亮度it与实时图像亮度i两个参数的方程式。得到人眼视觉亮度方程式B后，再将显示屏亮度it与实时图像亮度i带入人眼视觉亮度方程式B即可得到在具有显示屏亮度it的显示屏13显示具有实时图像亮度i的图像时的人眼视觉亮度。接着将人眼视觉亮度带入方程式4可以得到平滑方程式S。

应注意的是，本申请并不对平滑方程式S做限制，只要符合上述原则，皆属于本申请的范围。

Claims

1.一种自动曝光方法，其特征在于，包括：

依据第一曝光参数控制摄像单元来得到具有第一图像亮度的图像；

计算所述第一图像亮度与目标图像亮度的第一差值；

当所述第一差值大于预设阀值，依据所述第一图像亮度与显示屏的显示屏亮度得到第一人眼视觉亮度，并依据所述第一人眼视觉亮度得到第二图像亮度；

从预设曝光表中得到对应所述第二图像亮度的第二曝光参数；及

依据所述第二曝光参数控制所述摄像单元来得到具有所述第二图像亮度的所述图像。

2.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，还包括：

计算所述第二图像亮度与目标图像亮度的第二差值；及

当所述第二差值大于所述预设阀值，依据所述第二图像亮度与所述显示屏亮度得到第二眼视觉亮度，并依据所述第二人眼视觉亮度得到第三图像亮度。

3.如权利要求2所述的自动曝光方法，其特征在于，还包括：

从预设曝光表中得到对应所述第三图像亮度的第三曝光参数；及

依据所述第三曝光参数控制所述摄像单元来得到具有所述第三图像亮度的所述图像。

4.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，其中依据所述第一曝光参数控制所述摄像单元来得到具有所述第一图像亮度的所述图像的步骤包括：

将预设初始曝光参数作为所述第一曝光参数来控制所述摄像单元来得到具有初始图像亮度的所述图像。

5.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，依据所述第一图像亮度与所述显示屏的所述显示屏亮度得到所述第一人眼视觉亮度，并依据所述第一人眼视觉亮度得到所述第二图像亮度的步骤包括：

将所述第一图像亮度与所述显示屏亮度带入人眼视觉亮度方程式以得到所述第一人眼视觉亮度；

依据所述第一人眼视觉亮度得到平滑方程式；及

依据所述平滑方程式得到所述第二图像亮度。

6.如权利要求5所述的自动曝光方法，其特征在于，所述平滑方程式正相关于所述人眼视觉亮度方程式与曝光方程式的比值。

7.如权利要求6所述的自动曝光方法，其特征在于，所述人眼视觉亮度方程式通过斯蒂文斯定律以适应等级的多项式拟合来得到，其中所述适应等级与所述显示屏亮度呈线性关系，其中拟合得到的所述人眼视觉亮度方程包括第一参数与第二参数，其中所述第一参数代表所述图像的图像亮度，及所述第二参数代表所述显示屏亮度。

8.如权利要求6所述的自动曝光方法，其特征在于，所述人眼视觉亮度方程式通过巴特尔森-布勒曼效应方程式以适应等级与自然对数的底数(e)拟合来得到，其中所述适应等级与所述显示屏亮度呈线性关系，其中拟合得到的所述人眼视觉亮度方程包括第一参数与第二参数，其中所述第一参数代表所述图像的图像亮度，及所述第二参数代表所述显示屏亮度。

9.如权利要求6所述的自动曝光方法，其特征在于，所述曝光方程式包含国际标准化组织定义的相机曝光量，其中所述相机曝光量为所述摄像单元的曝光时间乘上环境亮度乘上所述摄像单元的系统常数再除上所述摄像单元的光圈大小的二次方。

10.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，所述预设曝光表包括光圈参数、快门参数与增益参数，其中所述增益参数相关于所述摄像单元的感亮度。

11.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，还包括：

得到所述目标图像亮度。

12.如权利要求11所述的自动曝光方法，其特征在于，得到所述目标图像亮度的步骤包括：

依据环境亮度计算出所述目标图像亮度。

13.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，还包括：

当所述第一差值不大于所述预设阀值，停止调整所述图像的图像亮度。

14.一种电子装置，其特征在于，包括：

处理器，用于执行如权利要求1至13中任一项所述的自动曝光方法；

所述摄像单元；及

所述显示屏。