CN112351218A - 自动曝光方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动曝光方法，在现有的曝光方法基础上，通过先整体调整图像亮度并进行防局部区域过曝处理，再通过相邻像素的亮度及像素增益表对各像素的亮度进行调整，解决了现有的曝光方法存在的暗区偏暗、亮区过爆的问题。另外，本发明还揭示了一种对应的自动曝光装置、电子设备及存储介质。
Description
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，具体涉及一种自动曝光方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
自动曝光是指自动进行光圈、快门、信号增益等的调节，从而获得清晰、颜色接近实物的图像的方法。从傻瓜相机诞生以来，相关领域技术人员就一直在研究自动曝光方法。
现有的拍摄装置（如相机或手机）的自动曝光一般通过以下方式实现：计算当前图像的亮度平均值，并将当前图像亮度平均值与设定的亮度目标值比较，如果当前图像的亮度平均值高于设定的亮度目标值，自动曝光控制模块缩短积分时间或者减小数字增益值，反之则延长积分时间或者增大数字增益值。即通过改变积分时间和数字增益值来自动控制场景的曝光，使图像亮度保持在一个相对合理的亮度值上。
然而，上述自动曝光方法只能使亮度分布均匀的图像曝光正常，而亮度差异较大的图像，通过现有的自动曝光控制方法，会导致图像中亮的部分更亮，暗的部分更暗。例如，在拍摄夜景时，由于夜景画面中往往会同时出现亮区和暗区，因此拍摄的图像或视频在没有光源的地方很暗，导致拍摄的照片的细节不清晰，而在有光源的地方又过爆严重，丢失了内容。
因此，有必要对现有的自动曝光方法进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动曝光方法、装置、电子设备及存储介质，旨在解决现有的自动曝光方法的存在的缺陷。
第一方面，本发明提供了一种自动曝光方法，该方法包括：
S1：获取原始图像的拍摄场景；
S2：将原始图像的亮度调整至对应的拍摄场景的参考亮度；
S3：判断调整后的图像是否存在局部区域过曝，如果是则进入步骤S4，如果不是，则进入步骤S5；
S4：降低调整后的图像的亮度；
S5：根据各像素及其相邻的多个像素的亮度值计算各像素第一亮度调整值；
S6：根据各像素的第一亮度调整值和像素增益表计算各像素的第二亮度调整值；
S7：将原始图像中的各像素的亮度调整至对应的第二亮度调整值；
其中，像素增益表为根据经验值得到的像素值及其对应的增益系数。
第二方面，本发明提供了一种自动曝光装置，该装置包括：
获取模块，用于获取原始图像的拍摄场景；
第一亮度调整模块，用于将原始图像的亮度调整至对应的拍摄场景的参考亮度；
判断模块，用于判断经亮度调整模块调整后的图像是否存在局部区域过曝；
第二亮度调整模块，用于降低经第一亮度调整模块进行亮度调整后的存在局部区域过曝的图像的亮度；；
第一计算模块，用于根据各像素及其相邻的多个像素的亮度值计算各像素的第一亮度调整值；
第二计算模块，用于根据各像素的第一亮度调整值和像素增益表计算各像素的第二亮度调整值；
第三亮度调整模块，用于将原始图像中的各像素的亮度调整至按对应的第二亮度调整值。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：
存储器，所述存储器存储有计算机程序；
处理器，所述处理器用于执行所述计算机程序以实现上述自动曝光方法。
第四方面，本发明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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现上述自动曝光方法。
与现有技术相比，本发明在现有的曝光方法基础上，通过先整体调整图像亮度并进行防局部区域过曝处理，再通过相邻像素的亮度及像素增益表对各像素的亮度进行调整，解决了现有的曝光方法存在的暗区偏暗、亮区过爆的问题。
附图说明
图1是本发明实施例1中的自动曝光方法的流程图。
图2是本发明实施例1中的像素及其周围像素的示意图。
图3是本发明实施例2中的自动曝光装置的结构框图。
图4是本发明实施例2中的电子设备的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例1
如图1所示，本实施例中的自动曝光方法包括以下步骤。
S1：获取原始图像的拍摄场景。
例如，获取拍摄该原始图像的拍摄装置的曝光参数，包括曝光时间T和曝光增益值G，并根据曝光时间和曝光计算该原始图像的曝光量EV，计算公式为：EV=T*G，然后判断原始图像的曝光量EV来确定是否为夜景拍摄场景；又如，获取原始图像的灰度直方图，计算原始图像中过曝灰度阈值的像素占总像素的比例λ来判断是否为高动态范围拍摄场景。
在本实施例中的优化方案中，可以通过对原始图像的曝光量EV和过曝灰度阈值的像素占总像素的比例λ设定不同的阈值来实现多个拍摄场景的判断，如下图表格所示。
| λ≥λ0 | λ＜λ0 | |
| EV≥EV0 | 拍摄场景1 | 拍摄场景2 |
| EV＜EV0 | 拍摄场景3 | 拍摄场景4 |
S2：将原始图像的亮度调整至对应的拍摄场景的参考亮度。
本实施例中直接调整拍摄装置的曝光量来调整图像的亮度，例如，假设当前图像的亮度为La，当前图像的曝光量为EVa，对应的拍摄场景的参考亮度为Lb，则下一次输出的曝光量EVb=EVa*Lb/La。其中，曝光量EV是快门时间、ISO值和光圈的组合，本实施例中是通过调整快门的时间来调节曝光量EV的。
S3：判断调整后的图像是否存在局部区域过曝，如果是则进入步骤S4，如果不是，则进入步骤S5。
在本步骤中，判断图像中亮度值超过预设值的像素的数目n与图像像素总数N的比值η是否大于设定阈值，如果是，则认为存在局部区域过曝。具体地，以8bit位宽的亮度单位为例，亮度值最小是0，亮度的最大值为255，可以先统计图像中的像素值较大（如像素值为254和255）的个数n，然后判断η（η=n/N）的值是否大于设定阈值（比如5%或10%），如果是则认为图像存在局部区域过曝。
S4：降低调整后的图像的亮度。
本步骤中的要调整的目标亮度与步骤S3中的亮度值超过预设值的像素的数目n与图像像素总数N的比值η相关联，目标亮度的增益根据η的值的大小进行调整，η的值越大，目标亮度增益越小，在本实施例中，目标亮度与η的关系如下：
| η≤5% | 5%＜η≤20% | η＞20% | |
| 目标亮度的增益 | 1 | 1-0.5*（η-5%）/0.15 | 0.5 |
本实施例中的亮度调整与步骤S2中基本相同，也是通过调整图像的曝光量来调整亮度的。在本实施例中，为了观感更好，通过多次迭代逐渐逼近所需的目标亮度。
第一次亮度调整：假设当前图像的亮度为Lx1，对应的曝光量为EV1，通过统计当前图像中的亮度值超过预设值的像素的数目n与图像像素总数N的比值η1，按目标亮度与η的关系可以得到当前图像的目标亮度L1，然后计算当前图像的目标曝光量E1，其中E1=EV1*L1/Lx1，然后按曝光量(EV1+E1)/2对该图像进行曝光，得到亮度调整后的图像。
第二次亮度调整：将第一亮度调整后的图像作为当前图像，其亮度值为Lx2，对应的曝光量为EV2，通过统计当前图像中的亮度值超过预设值的像素的数目n与图像像素总数N的比值η2，按目标亮度与η的关系可以得到当前图像的目标亮度L2，然后计算当前图像的目标曝光量E2，其中E2=EV2*L2/Lx2，然后按曝光量(EV2+E2)/2对该图像进行曝光，得到亮度调整后的图像。
第三次亮度调整：将第二亮度调整后的图像作为当前图像，其亮度值为Lx3，对应的曝光量为EV3，通过统计当前图像中的亮度值超过预设值的像素的数目n与图像像素总数N的比值η3，按目标亮度与η的关系可以得到当前图像的目标亮度L3，然后计算当前图像的目标曝光量E3，其中E3=EV3*L3/Lx3，然后按曝光量(EV3+E3)/2对该图像进行曝光，得到亮度调整后的图像。
以此类推，直到调整后的图像中的亮度值超过预设值的像素的数目n与图像像素总数N的比值η小于设定阈值（比如5%或10%）。
S5：根据各像素及其相邻的多个像素的亮度值计算各像素第一亮度调整值。
如图2所示，针对像素在图像中的不同位置，其第一亮度调整值的计算方式有所不同。例如，像素A位于图像的中间，分别获取像素A及其周围的8个像素（阴影部分）的亮度值，将这9个像素的亮度平均值作为像素A的第一亮度调整值；像素B位于图像的边上，分别获取像素B及其周围的5个像素的亮度值，将这6个像素的亮度平均值作为像素B的第一亮度调整值；像素C位于图像的角落，分别获取像素C及其周围的3个像素的亮度值，将这4个像素的亮度平均值作为像素C的第一亮度调整值。
另外，在本实施例的另一具体方案中，本步骤还包括以下子步骤：
S51：以待调整亮度的像素为中心，获取该像素及其相邻各像素的亮度值。
如图2所示，获取像素A以及其周围的8个相邻像素的亮度值；获取像素B及其周围的5个相邻像素的亮度值；获取像素C及其周围的3个相邻像素的亮度值。
S52：根据各相邻像素到待调整亮度的像素的距离大小设定不同的权重值。
具体地，对像素A设定权重值α1，对像素A上下左右的4个相邻像素设定权重值α2，对像素A的4个角落的相邻像素设定权重值α3，其中α1＞α2＞α3。对于像素B、像素C也可以按相同方式进行权重值的设定。
S53：将该像素及相邻各像素的亮度值的加权平均值作为第一亮度调整值。
具体地，假设像素A的亮度值为LA0，像素A相邻的上下左右的像素的亮度值分别为LA1、LA2、LA3、LA4，像素A相邻的4个角落的像素的亮度值分别为LA5、LA6、LA7、LA8，则像素A的第一亮度调整值为：
(1/9)*(LA0*α1+(LA1+LA2+LA3+LA4)*α2+(LA5+LA6+LA7+LA8)*α3)。
同样地，对于像素B、像素C的第一亮度调整值也可以按相同方式进行计算。
需要说明的是，本步骤中的的相邻并不限于直接相邻，以像素A为例，可以将以像素A为中心的上下各两排、左右各两列合计24个像素作为相邻像素。
S6：根据各像素的第一亮度调整值和像素增益表计算各像素的第二亮度调整值。
具体地，根据步骤S5得到的各像素的第一亮度调整值，在像素增益表中查到对应的增益系数，然后将各像素的第一亮度调整值与增益系数的乘积作为第二亮度调整值，即第二亮度调整值=第一亮度调整值*增益系数。本步骤中的像素增益表为根据经验值得到的像素值及其对应的增益系数。
在本实施例的优化方案中，为了增强曝光效果，在上述方案的基础上，考虑各像素在图像中的位置不同而设置不同的权重值，也就是各像素所在位置的权重值与各像素到图像中心的位置相关，越靠近图像中心位置，其权重值越高。即第二亮度调整值=第一亮度调整值*增益系数*权重，由于采用8bit位宽的亮度单位，当第二亮度调整值大于255时，将其调整为255；此外，为避免降低图像亮度，个像素的权重值不小于1。
S7：将原始图像中的各像素的亮度调整至对应的第二亮度调整值。
将原始图像中的各像素按对应的第二亮度调整值进行亮度值的调整。
实施例2
如图3所示，本实施例揭示了一种自动曝光装置，包括：一种获取模块，用于获取原始图像的拍摄场景；第一亮度调整模块，用于将原始图像的亮度调整至对应的拍摄场景的参考亮度；判断模块，用于判断经亮度调整模块调整后的图像是否存在局部区域过曝；第二亮度调整模块，用于降低经第一亮度调整模块进行亮度调整后的存在局部区域过曝的图像的亮度；第一计算模块，用于根据各像素及其相邻的多个像素的亮度值计算各像素的第一亮度调整值，需要说明的是，当经第一亮度调整模块调整后的图像不存在局部曝光时，各像素为第一亮度调整模块调整后的图像中的像素，当经第一亮度调整模块调整后的图像存在局部曝光时，各像素为第二亮度调整模块降低亮度后的图像中的像素；第二计算模块，用于根据各像素的第一亮度调整值和像素增益表计算各像素的第二亮度调整值；第三亮度调整模块，用于将原始图像中的各像素的亮度调整至按对应的第二亮度调整值。
本实施例中，各模块的处理过程和对应的参数与实施例1中的相同或相似。
实施例3
如图4所示，本实施例揭示了一种电子设备，包括：存储器，所述存储器存储有计算机程序；处理器，所述处理器用于执行所述计算机程序以实现实施例1中的自动曝光方法。
实施例4
本实施例揭示了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例1中的自动曝光方法。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，存储介质可以是计算机可读存储介质，例如，铁电存储器（FRAM，Ferromagnetic Random Access Memory）、只读存储器（ROM，Read OnlyMemory）、可编程只读存储器（PROM，Programmable Read Only Memory）、可擦除可编程只读存储器（EPROM，Erasable Programmable Read Only Memory）、带电可擦可编程只读存储器（EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、闪存、磁表面存储器、光盘、或光盘只读存储器（CD-ROM，Compact Disk-Read Only Memory）等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动曝光方法，其特征在于，包括：
S1：获取原始图像的拍摄场景；
S2：将原始图像的亮度调整至对应的拍摄场景的参考亮度；
S3：判断调整后的图像是否存在局部区域过曝，如果是则进入步骤S4，如果不是，则进入步骤S5；
S4：降低调整后的图像的亮度；
S5：根据各像素及其相邻的多个像素的亮度值计算各像素第一亮度调整值；
S6：根据各像素的第一亮度调整值和像素增益表计算各像素的第二亮度调整值；
S7：将原始图像中的各像素的亮度调整至对应的第二亮度调整值；
其中，像素增益表为根据经验值得到的像素值及其对应的增益系数。
2.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，所述步骤S1包括：通过对原始图像的曝光量EV或/和过曝灰度阈值的像素占总像素的比例λ来确定原始图像的拍摄场景。
3.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，所述步骤S2包括：通过调整拍摄装置的曝光量来调整图像的亮度。
4.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，所述步骤S3中判断是否存在局部区域过曝的标准为：判断图像中亮度值超过预设值的像素的数目与图像像素总数的比值是否大于设定阈值，如果是，则认为存在局部区域过曝。
5.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，所述步骤S5中各像素的第一亮度调整值为该像素以及以该像素为中心的各相邻像素的亮度值的算术平均值。
6.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下子步骤：
S51：以待调整亮度的像素为中心，获取该像素及其相邻各像素的亮度值；
S52：根据各像素到待调整亮度的像素的距离大小设定不同的权重值；
S53：将该像素及相邻各像素的亮度值的加权平均值作为第一亮度调整值。
7.如权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，
所述步骤S6为根据各像素的第一亮度调整值、像素增益表和各像素所在位置的权重值计算第二亮度调整值；其中，各像素所在位置的权重值与各像素到图像中心的位置相关。
8.一种自动曝光装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取原始图像的拍摄场景；
第一亮度调整模块，用于将原始图像的亮度调整至对应的拍摄场景的参考亮度；
判断模块，用于判断经亮度调整模块调整后的图像是否存在局部区域过曝；
第二亮度调整模块，用于降低经第一亮度调整模块进行亮度调整后的存在局部区域过曝的图像的亮度；
第一计算模块，用于根据各像素及其相邻的多个像素的亮度值计算各像素的第一亮度调整值；
第二计算模块，用于根据各像素的第一亮度调整值和像素增益表计算各像素的第二亮度调整值；
第三亮度调整模块，用于将原始图像中的各像素的亮度调整至按对应的第二亮度调整值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，所述存储器存储有计算机程序；
处理器，所述处理器用于执行所述计算机程序以实现权利要求1至7中任一项所述的自动曝光方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的自动曝光方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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