CN114339061A - 一种快响应自动曝光控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快响应自动曝光控制方法，涉及计算机视觉的图像处理技术领域。该快响应自动曝光控制方法利用感光特性求取平均光强，并基于查找表的方式采用多次曝光快速逼近的策略来实现快速曝光控制，使得在各种光照情况下与传统的自动曝光方法相比，速度有很大的提升，同时能够保证精度受较小影响。

Description

一种快响应自动曝光控制方法
技术领域
本发明涉及计算机视觉的图像处理技术领域，具体地，涉及一种快响应自动曝光控制方法。
背景技术
随着数字摄像机的不断发展，在更多的需求下，自动曝光算法逐渐出现。自动曝光是为了使感光器件获得合适的曝光量，使图像最终呈现一个具有理想亮度水平的图像。目前常见的自动曝光算法包括平均亮度算法、权重均值算法、基于亮度直方图的算法以及基于图像信息熵的算法等。
有些情况下传统的自动曝光控制方式不能再满足性能要求，尤其是应用于拍摄环境中光强变化剧烈的场合时，曝光的响应速度较为缓慢，找到一种快速自动曝光控制方法对其特殊的应用场合是至关重要的。
发明内容
本发明针对应用于图像传感器的传统固定步长自动曝光方法曝光过程缓慢的缺点，提出了一种快速响应自动曝光控制方法。该快速响应自动曝光控制方法利用感光特性求取平均光强，并基于查找表的方式采用多次曝光快速逼近的策略来实现快速曝光控制，使得在各种光照情况下与传统的自动曝光方法相比，速度有很大的提升，同时能够保证精度受较小影响。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种快响应自动曝光的控制方法，具体包括如下步骤：
(1)设置曝光控制的基本参数，包括：图像目标亮度标准值Ytarget、亮度阈值Ythd、极低亮度阈值Ylowthd、光强范围查找表Llight；
(2)对待曝光对象进行曝光处理，确定曝光强度统计值Y1、曝光时间T1和亮度增益G1；
(3)当曝光强度统计值Y1大于等于极低亮度阈值Ylowthd时，根据所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1、曝光时间T1和亮度增益G1，估计待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000011
根据估计的平均光强
Figure BDA0003390852630000012
确定所述待曝光对象的标记区域；
(4)将待曝光对象的标记区域的平均光强
Figure BDA0003390852630000013
确映射到光强范围查找表Llight中，查找对应的亮度增益值G2，结合待曝光对象的图像目标亮度标准值Ytarget求出对应曝光时间T2，确定最终目标亮度，调整所述待曝光对象的曝光时间和亮度增益值，直至曝光强度统计值Y1与最终目标亮度的差值在预设误差范围内，实现自动曝光调整。
进一步地，所述待曝光对象的曝光强度统计值的确定过程具体为：将待曝光对象划分为N*N的区域，将每个区域中的像素值求平均，得到各区域的曝光强度统计值；其中，N为2的幂次方。
进一步地，步骤(3)中平均光强
Figure BDA0003390852630000021
的估计过程具体为：
(a)判断所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1是否在目标曝光强度值范围内，若是，直接估计待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000022
若否，执行步骤(b)；
(b)判断曝光强度统计值Y1是否低于步骤(1)中设置的极低亮度阈值Ylowthd；若Y1＜Ylowthd，则增加曝光时间或亮度增益，使得T1←T1W或G1←G1W，来调整曝光强度统计值Y1；其中，W表示增加倍数；
(c)重复步骤(b)直到Y1≥Ylowthd，估计出待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000023
进一步地，所述待曝光对象的标记区域包括：过曝区域和过暗区域，所述过曝区域为待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000024
大于预设过曝阈值的区域，所述过暗区域为待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000025
小于预设过暗阈值的区域。
进一步地，所述对应曝光时间
Figure BDA0003390852630000026
进一步地，步骤(4)中实现自动曝光调整的过程具体为：当所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1大于最终目标亮度时，增加对应曝光时间并调大亮度增益值，直至所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1与最终目标亮度的差值在预设误差范围内；当所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1小于最终目标亮度时，减小对应曝光时间并调小亮度增益值，直至所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1与最终目标亮度的差值在预设误差范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明快响应自动曝光控制方法利用感光特性求取平均光强，并利用平均光强将光强范围查找表和曝光强度统计值、调节对应曝光时间和亮度增益值结合，既能保证减小由于图像传感器的曝光非线性化而产生的误差，同时利用对数运算的性质来设计光强范围查找表而能够大大减小面积的开销。本发明快速自动曝光控制方法能够有效地减小得到正确曝光图像的迭代次数，同传统的自动曝光方法相比，由于此算法的总体运算量大大减小，从而能够有效地降低系统的功耗。
附图说明
图1为本发明快响应自动曝光控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步地解释说明。
如图1为本发明快响应自动曝光控制方法的流程图，该快响应自动曝光控制方法具体包括如下步骤：
(1)设置曝光控制的基本参数，包括：图像目标亮度标准值Ytarget、亮度阈值Ythd、极低亮度阈值Ylowthd、光强范围查找表Llight；
(2)对待曝光对象进行曝光处理，确定曝光强度统计值Y1、曝光时间T1和亮度增益G1；本发明中待曝光对象的曝光强度统计值的确定过程具体为：考虑到在高对比度光照的情况，将待曝光对象划分为N*N的区域，将每个区域中的像素值求平均，得到各区域的曝光强度统计值，其中，N为2的幂次方；使得无论是在背光还是在向光情况下，能够保证待曝光对象的主体位置始终能得到最好的曝光。
(3)当曝光强度统计值Y1大于等于极低亮度阈值Ylowthd时，根据待曝光对象的曝光强度统计值Y1、曝光时间T1和亮度增益G1，估计待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000031
根据估计的平均光强
Figure BDA0003390852630000032
确定所述待曝光对象的标记区域；本发明中待曝光对象的标记区域包括：过曝区域和过暗区域，过曝区域为待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000033
大于预设过曝阈值的区域，过暗区域为待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000034
小于预设过暗阈值的区域，本发明中预设过曝阈值和预设过暗阈值是根据传感器的类型和应用场景的影响来设置，通过确定标记区域能够考虑到在高对比度光照情况下，使曝光效果更好。
本发明中平均光强
Figure BDA0003390852630000035
的估计过程具体为：
(a)判断待曝光对象的曝光强度统计值Y1是否在目标曝光强度值范围内，即判断是否满足Y1≤|Ytarget-Ythd|，若是，直接估计待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000041
若否，执行步骤(b)；
(b)判断曝光强度统计值Y1是否低于步骤(1)中设置的极低亮度阈值Ylowthd；若Y1＜Ylowthd，则增加曝光时间或亮度增益，使得T1←T1W或G1←G1W，来调整曝光强度统计值Y1；其中，W表示增加倍数；
(c)重复步骤(b)直到Y1≥Ylowthd，估计出待曝光对象的平均光强
Figure BDA0003390852630000042
(4)将待曝光对象的标记区域的平均光强
Figure BDA0003390852630000043
确映射到光强范围查找表Llight中，查找对应的亮度增益值G2，结合待曝光对象的图像目标亮度标准值Ytarget求出对应曝光时间
Figure BDA0003390852630000044
确定最终目标亮度，调整待曝光对象的曝光时间和亮度增益值，直至曝光强度统计值Y1与最终目标亮度的差值在预设误差范围内，实现自动曝光调整；具体地，当待曝光对象的曝光强度统计值Y1大于最终目标亮度时，增加对应曝光时间并调大亮度增益值，直至待曝光对象的曝光强度统计值Y1与最终目标亮度的差值在预设误差范围内；当待曝光对象的曝光强度统计值Y1小于最终目标亮度时，减小对应曝光时间并调小亮度增益值，直至待曝光对象的曝光强度统计值Y1与最终目标亮度的差值在预设误差范围内，本发明中预设误差是根据传感器的类型和应用场景的影响来设置，设置预设误差可以使得曝光强度统计值在一个范围内满足最终条件，在保证图像曝光质量的情况下，可以使得曝光时间更快。
本发明快响应自动曝光控制方法利用感光特性求取平均光强，并利用平均光强将光强范围查找表和曝光强度统计值、调节对应曝光时间和亮度增益值结合，既能保证减小由于图像传感器的曝光非线性化而产生的误差，同时利用对数运算的性质来设计光强范围查找表而能够大大减小面积的开销。
取20幅图像对本发明快响应自动曝光控制方法与传统自动曝光方法进行比较，该20幅图像包括：5幅暗光下图像、5幅强光下图像、5幅暗光突变到强光下的图像、5幅强光突变到暗光下的图像，其中：暗光的范围从6lx到200lx，强光的范围从4000lx到30000lx，并在此算法中假定图像目标亮度标准值为500lx，经比较可知：
(1)在暗光情况下，传统自动曝光方法达到曝光强度范围所需的平均帧数、平均误差均大于本发明快响应自动曝光控制方法达到曝光强度范围所需的平均帧数和平均误差，因此，在暗光情况下，本发明快响应自动曝光控制方法在速度上有很大提升，并且误差损失小；
(2)在强光情况下，传统自动曝光方法达到曝光强度范围所需的平均帧数、平均误差均大于本发明快响应自动曝光控制方法达到曝光强度范围所需的平均帧数和平均误差；
本发明快响应自动曝光控制方法能够快速地将曝光时间和增益值调整到适当的值而实现图像快速、正确地曝光。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施方式，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种快响应自动曝光的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)设置曝光控制的基本参数，包括：图像目标亮度标准值Ytarget、亮度阈值Ythd、极低亮度阈值Ylowthd、光强范围查找表Llight；
(2)对待曝光对象进行曝光处理，确定曝光强度统计值Y1、曝光时间T1和亮度增益G1；
(3)当曝光强度统计值Y1大于等于极低亮度阈值Ylowthd时，根据所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1、曝光时间T1和亮度增益G1，估计待曝光对象的平均光强
Figure FDA0003390852620000011
根据估计的平均光强
Figure FDA0003390852620000012
确定所述待曝光对象的标记区域；
(4)将待曝光对象的标记区域的平均光强
Figure FDA0003390852620000013
确映射到光强范围查找表Llight中，查找对应的亮度增益值G2，结合待曝光对象的图像目标亮度标准值Ytarget求出对应曝光时间T2，确定最终目标亮度，调整所述待曝光对象的曝光时间和亮度增益值，直至曝光强度统计值Y1与最终目标亮度的差值在预设误差范围内，实现自动曝光调整。
2.根据权利要求1所述快响应自动曝光的控制方法，其特征在于，所述待曝光对象的曝光强度统计值的确定过程具体为：将待曝光对象划分为N*N的区域，将每个区域中的像素值求平均，得到各区域的曝光强度统计值；其中，N为2的幂次方。
3.根据权利要求1所述快响应自动曝光的控制方法，其特征在于，步骤(3)中平均光强
Figure FDA0003390852620000014
的估计过程具体为：
(a)判断所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1是否在目标曝光强度值范围内，若是，直接估计待曝光对象的平均光强
Figure FDA0003390852620000015
若否，执行步骤(b)；
(b)判断曝光强度统计值Y1是否低于步骤(1)中设置的极低亮度阈值Ylowthd；若Y1＜Ylowthd，则增加曝光时间或亮度增益，使得T1←T1W或G1←G1W，来调整曝光强度统计值Y1；其中，W表示增加倍数；
(c)重复步骤(b)直到Y1≥Ylowthd，估计出待曝光对象的平均光强
Figure FDA0003390852620000016
4.根据权利要求1所述快响应自动曝光的控制方法，其特征在于，所述待曝光对象的标记区域包括：过曝区域和过暗区域，所述过曝区域为待曝光对象的平均光强
Figure FDA0003390852620000022
大于预设过曝阈值的区域，所述过暗区域为待曝光对象的平均光强
Figure FDA0003390852620000023
小于预设过暗阈值的区域。
5.根据权利要求1所述快响应自动曝光的控制方法，其特征在于，所述对应曝光时间
Figure FDA0003390852620000021
6.根据权利要求1所述快响应自动曝光的控制方法，其特征在于，步骤(4)中实现自动曝光调整的过程具体为：当所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1大于最终目标亮度时，增加对应曝光时间并调大亮度增益值，直至所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1与最终目标亮度的差值在预设误差范围内；当所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1小于最终目标亮度时，减小对应曝光时间并调小亮度增益值，直至所述待曝光对象的曝光强度统计值Y1与最终目标亮度的差值在预设误差范围内。
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