CN114554106B - 自动曝光方法、装置、图像获取方法、介质及设备 - Google Patents

自动曝光方法、装置、图像获取方法、介质及设备 Download PDF

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CN114554106B CN202210152766.6A CN202210152766A CN114554106B CN 114554106 B CN114554106 B CN 114554106B CN 202210152766 A CN202210152766 A CN 202210152766A CN 114554106 B CN114554106 B CN 114554106B
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Abstract

本公开提供一种自动曝光方法、装置、图像获取方法、介质及设备。所述自动曝光方法包括：获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息，其中所述第一图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最小的一帧图像，所述第二图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最大的一帧图像；获取所述第一图像和所述第二图像的亮度信息；根据所述第一图像和所述第二图像的所述亮度信息和所述曝光参数信息获取当前场景的曝光影响因子，所述曝光影响因子与当前场景的动态范围相关；以及根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量。所述自动曝光方法能够根据不同场景的动态范围获取相应的曝光量。

Description

自动曝光方法、装置、图像获取方法、介质及设备
技术领域
本公开涉及图像处理领域，特别是涉及自动曝光方法、装置、图像获取方法、介质及设备。
背景技术
人眼作为一种图像传感器，其成像结果可认为是具有高动态范围(High-DynamicRange，HDR)。对于相机来说，在拍摄图像时通常采用CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)或者CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)等图像传感器成像。受到图像传感器bit位数的限制，其成像结果的动态范围通常为60至72dB，与人眼成像结果相比存在较大的图像信息损失。为了提升CCD/CMOS等图像传感器的动态范围，现有技术中通常采用多帧融合来获取高动态范围图像，具体来说，通过将多帧具有不同曝光值的低动态范围(Low-Dynamic Range，LDR)图像进行合成及灰度映射来得到具有高动态范围的图像，从而恢复单帧低动态范围图像中损失掉的细节。
发明内容
本公开的目的之一在于提供一种自动曝光方法、装置、图像获取方法、介质及设备，用于解决现有技术无法适用于具有不同动态范围的场景的问题。
本公开的第一方面提供一种自动曝光方法，所述自动曝光方法包括：获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息，其中所述第一图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最小的一帧图像，所述第二图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最大的一帧图像；获取所述第一图像和所述第二图像的亮度信息；根据所述第一图像和所述第二图像的所述亮度信息和所述曝光参数信息获取当前场景的曝光影响因子，所述曝光影响因子与当前场景的动态范围相关；以及根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量。
于所述第一方面的一实施例中，获取所述第一图像的亮度信息包括：获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值、最亮区域中的图块的占比和/或所述第一图像的全局亮度均值作为所述第一图像的亮度信息。
于所述第一方面的一实施例中，所述自动曝光方法还包括：获取所述第一图像中的各个图块的亮度均值；并且获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值包括：获取所述第一图像中亮度均值最大的图块作为第一种子图块；根据所述第一种子图块进行扩展以获取第一连通区域，其中对于所述第一连通区域中的任一图块，所述第一连通区域中至少存在与所述任一图块相邻的另一图块，且所述图块与所述另一图块之间的亮度差异值小于第一预设值；根据所述第一连通区域中所有图块的亮度均值获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值。
于所述第一方面的一实施例中，根据所述第一种子图块进行扩展以获取所述第一连通区域包括：将所述第一种子图块添加到所述第一连通区域中；以及在所述第一种子图块的邻域中获取位于所述第一连通区域之外且亮度均值最大的图块作为第一备选图块，若所述第一备选图块与所述第一种子图块的亮度差异值小于所述第一预设值，则将所述第一备选图块添加到所述第一连通区域中，并将所述第一备选图块作为新的第一种子图块，重复此步骤，直到所述第一备选图块与所述第一种子图块的亮度差异值大于或等于所述第一预设值。
于所述第一方面的一实施例中，获取所述第一图像中最亮区域中的图块的占比包括：获取所述第一连通区域中的图块总数量与所述第一图像中的图块总数量的比值作为所述第一图像中最亮区域中的图块的占比。
于所述第一方面的一实施例中，获取所述第二图像的亮度信息包括：获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值、最暗区域中的图块的占比和/或所述第二图像的全局亮度均值作为所述第二图像的亮度信息。
于所述第一方面的一实施例中，所述自动曝光方法还包括：获取所述第二图像中的各个图块的亮度均值；并且获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值包括：获取所述第二图像中亮度均值最小的图块作为第二种子图块；根据所述第二种子图块进行扩展以获取第二连通区域，其中对于所述第二连通区域中的任一图块，所述第二连通区域中至少存在与所述任一图块相邻的另一图块，且所述图块与所述另一图块之间的亮度差异值小于第二预设值；以及根据所述第二连通区域中所有图块的亮度均值获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值。
于所述第一方面的一实施例中，所述自动曝光方法还包括：获取所述第一图像和所述第二图像中的各个图块的亮度均值或直方图信息；获取所述第一图像的全局亮度均值包括：获取所述第一图像中的各个图块的亮度均值的平均值或加权均值，或者获取所述第一图像中的各个图块的直方图均值，以作为所述第一图像的全局亮度均值；并且获取所述第二图像的全局亮度均值包括：获取所述第二图像中的各个图块的亮度均值的平均值或加权均值，或者获取所述第二图像中的各个图块的直方图均值，以作为所述第二图像的全局亮度均值。
于所述第一方面的一实施例中，获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息包括：获取所述第一图像的曝光增益和曝光时间作为所述第一图像的曝光参数信息；以及获取所述第二图像的曝光增益和曝光时间作为所述第二图像的曝光参数信息。
于所述第一方面的一实施例中，所述曝光影响因子包括第一曝光影响因子、第二曝光影响因子和第三曝光影响因子，所述第一曝光影响因子用于表示当前场景的环境亮度，所述第二曝光影响因子用于表示当前场景中的暗区面积，所述第三曝光影响因子用于表示图像对比度。
于所述第一方面的一实施例中，所述第一曝光影响因子通过曝光信息表示当前场景的环境亮度，所述第二曝光影响因子通过所述第二图像中最暗区域中的图块的占比表示当前场景中的暗区面积，所述第三曝光影响因子通过所述第二图像中最暗区域中的图块的占比和所述第一图像中最亮区域中的图块的占比表示图像对比度。
于所述第一方面的一实施例中，获取当前场景的曝光影响因子包括：通过式1、式2和式3分别计算出所述第一曝光影响因子、所述第二曝光影响因子和所述第三曝光影响因子：fac1＝k1×(gain×time)或fac1＝k2×meanluma/(gain×time)，式1；fac2＝k3×LL_pdf，式2；fac3＝k4×HL_pdf+k5×LL_pdf，式3；其中fac1、fac2和fac3分别为所述第一曝光影响因子、所述第二曝光影响因子和所述第三曝光影响因子，k1、k2、k3、k4和k5为调校系数，gain为曝光增益，time为积分曝光时间，meanluma为所述第二图像的全局亮度均值，HL_pdf为所述第一中图像中最亮区域中的图块的占比，LL_pdf为所述第二图像中最暗区域中的图块的占比。
于所述第一方面的一实施例中，根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量包括：根据所述曝光影响因子对所述第一图像和所述第二图像的亮度进行修正；若修正后的所述第一图像的亮度在第一目标亮度范围内，则保持与所述第一图像相对应的第一曝光量不变，否则，调整所述第一曝光量；若修正后的所述第二图像的亮度在第二目标亮度范围内，则保持与所述第二图像相对应的第二曝光量不变，否则，调整所述第二曝光量；以及根据所述第一曝光量和所述第二曝光量获取与其余低动态范围图像相对应的曝光量。
于所述第一方面的一实施例中，根据所述曝光影响因子对所述第一图像和所述第二图像的亮度进行修正包括：通过式4和式5进行修正：
Sluma＝(1-fac)×SGlobalLuma+fac×HighLightLuma，式4；
Lluma＝(1-fac)×LGlobalLuma+fac×DarkLightLuma，式5；
其中Sluma为修正后的所述第一图像的亮度，fac为所述曝光影响因子，SGlobalLuma为所述第一图像的全局亮度均值，HighLightLuma为所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值，Lluma为修正后的所述第二图像的亮度，LGlobalLuma为所述第二图像的全局亮度均值，DarkLightLuma为所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值。
于所述第一方面的一实施例中，根据所述第一曝光量和所述第二曝光量获取与其余低动态范围图像相对应的曝光量包括：将各帧所述低动态范围图像按照曝光值依次递增或相等的顺序进行排序；以及通过式6计算出与第n帧低动态范围图像相对应的曝光量：式6；其中Sexp为所述第一曝光量，Lexp为所述第二曝光量，N为所述低动态范围图像的数量，且2≤n≤N-1，式6中对数函数的底可以为10。
本公开的第二方面提供一种高动态范围图像获取方法，所述高动态范围图像获取方法包括：通过根据本公开的第一方面中任一项所述的自动曝光方法获取多个曝光量；根据各所述曝光量分别拍摄多帧低动态范围图像；以及将各帧所述低动态范围图像合并为高动态范围图像。
本公开的第三方面提供一种用于自动曝光的装置，所述装置包括：曝光参数信息获取模块，被配置为获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息，所述第一图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最小的一帧图像，所述第二图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最大的一帧图像；场景信息统计模块，被配置为获取所述第一图像和所述第二图像的亮度信息；影响因子计算模块，被配置为根据所述第一图像和所述第二图像的所述亮度信息和所述曝光参数信息获取当前场景的曝光影响因子，所述曝光影响因子与当前场景的动态范围相关；以及曝光参数计算模块，被配置为根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量。
于所述第三方面的一实施例中，所述场景信息统计模块包括：第一场景信息统计单元，被配置为获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值、最亮区域中的图块的占比和/或所述第一图像的全局亮度均值作为所述第一图像的亮度信息；以及第二场景信息统计单元，被配置为获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值、最暗区域中的图块的占比和/或所述第二图像的全局亮度均值作为所述第二图像的亮度信息。
本公开的第四方面提供一种计算机可读存储介质，其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根据本公开的第一方面中任一项所述的自动曝光方法或根据本公开的第二方面中所述的高动态范围图像获取方法。
本公开的第五方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：存储器，被配置为存储计算机程序；以及处理器，与所述存储器通信相连，并且被配置为调用所述计算机程序以执行根据本公开的第一方面中任一项所述的自动曝光方法或根据根据本公开的第二方面中所述的高动态范围图像获取方法。
如上所述，本公开一个或多个实施例中所述的自动曝光方法具有以下有益效果：
所述自动曝光方法能够获取与当前场景的动态范围相关的曝光影响因子，并基于所述曝光影响因子来获取各帧低动态范围图像对应的曝光量。在此过程中，由于所述曝光影响因子与当前场景的动态范围相关，因而根据所述曝光影响因子获取到的各帧低动态范围图像对应的曝光量也与当前场景的动态范围相关。由此可知，所述自动曝光方法能够根据不同场景的动态范围获取相应的曝光量，因而该方法能够适用于具有不同动态范围的场景。
附图说明
图1显示为本公开实施例所述的自动曝光方法的流程图。
图2显示为本公开实施例所述的自动曝光方法中获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值的流程图。
图3显示为本公开实施例所述的自动曝光方法中获取第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值的流程图。
图4显示为本公开实施例所述的自动曝光方法中获取与其余低动态范围图像相对应的曝光量的流程图。
图5显示为本公开实施例所述的高动态范围图像获取方法的流程图。
图6显示为本公开实施例所述的用于自动曝光的装置的框图。
图7显示为本公开实施例所述的电子设备的框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。此外，在本文中，诸如“第一”、“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。
在有些技术方案中，多帧低动态范围图像对应的曝光量之间通常采用固定倍数，然而，此种方式无法适应于具有不同动态范围的场景。例如，在当前场景为大动态范围场景时，如果设置的多帧低动态范围图像对应的曝光量之间的固定倍数过小，将导致多帧低动态范围图像合成后恢复的场景动态范围有限；如果设置的多帧低动态范围图像对应的曝光量之间的固定倍数过大，将导致多帧低动态范围图像合成后出现过渡不良的问题。
针对上述问题，根据本公开的实施例提供了一种自动曝光方法，所述自动曝光方法能够获取与当前场景的动态范围相关的曝光影响因子，并基于所述曝光影响因子来获取各帧低动态范围图像对应的曝光量。
下文中，将通过示例性实施例参照附图描述本公开的具体实施方式。
图1是示出根据本公开的实施例的自动曝光方法的流程图。此流程图中的每个步骤，都可由一个或者多个特定的模块来实施。在一些实施例中，这些模块可以为GPU，DSP等芯片中的模块。如图1所示，所述自动曝光方法包括以下步骤S11至步骤S14。
在步骤S11中，获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息。其中所述第一图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最小的一帧图像，也可以称作短帧图像。所述第二图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最大的一帧图像，也可以称作长帧图像。在所述多帧低动态范围图像中，任意两帧低动态范围图像的曝光值可以相同也可以不同。所述多帧图像可以通过各种拍摄设备获取，设备包括但不限于数码相机和摄像机。
在步骤S12中，获取所述第一图像和所述第二图像的亮度信息。所述第一图像和所述第二图像的亮度信息可以通过图像的分块亮度均值统计信息和/或直方图分布统计信息表示。
在步骤S13中，根据所述第一图像和所述第二图像的所述亮度信息和所述曝光参数信息获取当前场景的曝光影响因子，所述曝光影响因子与当前场景的动态范围相关。
可选地，所述曝光参数信息可以包括图像传感器的曝光增益及曝光积分时间。
在步骤S14中，根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量。其中，各帧所述低动态范围图像对应的曝光量可以利用曝光量的绝对数值表示，也可以利用各帧所述低动态范围图像之间的曝光量之比来表示。
根据以上描述可知，本实施例所述自动曝光方法能够结合当前场景的动态范围自动调整各帧所述低动态范围图像对应的曝光量，从而防止多帧低动态范围图像合成后图像信息出现动态范围不足或者过渡不良的现象，因而所述自动曝光方法能够适用于拍摄设备在各种复杂环境下的自动调整。
根据本公开的实施例中，获取所述第一图像的亮度信息包括：获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值、最亮区域中的图块的占比和/或所述第一图像的全局亮度均值作为所述第一图像的亮度信息。
可选地，所述自动曝光方法还包括：获取所述第一图像中的各个图块的亮度均值。并且，图2是示出根据本公开的实施例中获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值的流程图。如图2所示，本实施例中获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值包括以下步骤S21至S23。
在步骤S21中，获取所述第一图像中亮度均值最大的图块作为第一种子图块。
在步骤S22中，根据所述第一种子图块进行扩展以获取第一连通区域。所述第一连通区域具有如下性质：对于所述第一连通区域中的任一图块A，所述第一连通区域中至少存在与所述图块A相邻的另一图块B，且所述图块A与所述图块B之间的亮度差异值小于第一预设值。其中图块A和图块B相邻是指图块A和图块B相互位于对方的邻域中，所述邻域例如为4邻域或8邻域。图块A和图块B的亮度差异值可以利用二者的亮度之差的绝对值来表示，也可以利用二者的亮度之比来表示。
在步骤S23中，根据所述第一连通区域中所有图块的亮度均值获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值。
可选地，本实施例中获取所述第一图像中最亮区域中的图块的占比包括：获取所述第一连通区域中的图块总数量与所述第一图像中的图块总数量的比值作为所述第一图像中最亮区域中的图块的占比。
可选地，步骤S23中可以获取所述第一连通区域中所有图块的亮度的算数平均值作为所述第一连通区域中所有图块的亮度均值。
可选地，步骤S23中还可以获取所述第一连通区域中所有图块的亮度的加权平均值作为所述第一连通区域中所有图块的亮度均值。具体地，可以根据实际需求设置高亮权重矩阵WB(包含M×N个权重值)，对于感兴趣的区域设置较大的权重值，对于非感兴趣的区域设置较小的权重值。其中获取所述第一连通区域中所有图块的亮度的加权平均值的方法为：其中SNum为所述第一连通区域中的图块总数量，W(iBk,jBk)表示所述第一图像中坐标为(iBk,jBk)的图块的权重值，Bk表示该图块的亮度均值，iBK≤M，jBK≤N。
根据以上描述可知，本实施例中根据所述第一连通区域中所有图块的亮度特性来获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值以及最亮区域中的图块的占比。根据连通区域的性质可知，此种方式既能够便捷地表征所述第一图像中最亮区域的分布情况，又能够便于人眼对所述第一图像中的最亮区域进行更加敏感的感知。
可选地，本实施例中根据所述第一种子图块进行扩展以获取所述第一连通区域包括以下步骤S221和步骤S222。
在步骤S221中，将所述第一种子图块添加到所述第一连通区域中。
在步骤S222中，在所述第一种子图块的邻域中获取位于所述第一连通区域之外且亮度均值最大的图块作为第一备选图块，若所述第一备选图块与所述第一种子图块的亮度差异值小于所述第一预设值，则将所述第一备选图块添加到所述第一连通区域中，并将所述第一备选图块作为新的第一种子图块，重复此步骤S222，直到所述第一备选图块与所述第一种子图块的亮度差异值大于或等于所述第一预设值。
本实施例中获取所述第一种子图块并对其进行扩展的具体实现方法如下：将所述第一图像中的所有图块按照亮度均值从亮到暗或者从暗到亮的顺序进行排序，并依次将排序后每个图块的区域坐标(i,j)存至种子队列seedList中，i表示图块沿水平方向的坐标，j表示图块沿竖直方向的坐标，且i≤M，j≤N。从SeedList中取出亮度值最大的图块作为第一种子图块。在第一种子图块的邻域中获取位于所述第一连通区域之外的图块，并从中寻找与第一种子图块的亮度差异值最小的图块作为备选图块。当第一种子图块与备选图块的亮度差异值小于第一预设值时，将第一种子图块添加至所述第一连通区域，并将备选图块作为新的第一种子图块。根据该新的第一种子图块的坐标继续在其邻域内寻找位于所述第一连通区域之外且与其亮度差异值最小的图块作为新的备选图块，以此类推。当第一种子图块与备选图块的亮度差异值大于或等于第一预设值时，终止对第一种子图块的扩展。
根据本公开的实施例中，获取所述第二图像的亮度信息包括：获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值、最暗区域中的图块的占比和/或所述第二图像的全局亮度均值作为所述第二图像的亮度信息。
可选地，所述自动曝光方法还包括：获取所述第二图像中的各个图块的亮度均值。图3是示出根据本公开的实施例中获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值的流程图。如图3所示，本实施例中获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值包括以下步骤S31至步骤S33。
在步骤S31中，获取所述第二图像中亮度均值最小的图块作为第二种子图块。
在步骤S32中，根据所述第二种子图块进行扩展以获取第二连通区域。所述第二连通区域具有如下性质：对于所述第二连通区域中的任一图块C，所述第二连通区域中至少存在与所述图块C相邻的另一图块D，且所述图块C与所述另一图块D之间的亮度差异值小于第二预设值。其中图块C和图块D相邻是指图块C和图块D相互位于对方的邻域中，所述邻域例如为4邻域或8邻域。图块C和图块D的亮度差异值可以利用二者的亮度之差的绝对值来表示，也可以利用二者的亮度之比来表示。
在步骤S33中，根据所述第二连通区域中所有图块的亮度均值获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值。
可选地，本实施例中获取所述第二图像中最暗区域中的图块的占比包括：获取所述第二连通区域中的图块总数量与所述第二图像中的图块总数量的比值作为所述第二图像中最暗区域中的图块的占比。
可选地，步骤S33中可以获取所述第二连通区域中所有图块的亮度的算数平均值作为所述第二连通区域中所有图块的亮度均值。
可选地，步骤S33中还可以获取所述第二连通区域中所有图块的亮度的加权平均值作为所述第二连通区域中所有图块的亮度均值。具体地，可以根据实际需求设置高亮权重矩阵WD(包含M×N个权重值)，对于感兴趣的区域设置较大的权重值，对于非感兴趣的区域设置较小的权重值。获取所述第二连通区域中所有图块的亮度的加权平均值的方法为：其中SNum为所述第二连通区域中所包含的图块数量，W(iDk,jDk)表示所述第二图像中坐标为(iDk,jDk)的图块的权重值，Bk表示该图块的亮度均值，iDK≤M，jDK≤N。
根据以上描述可知，本实施例中根据所述第二连通区域中所有图块的亮度特性来获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值以及最暗区域中的图块的占比。根据连通区域的性质可知，此种方式既能够便捷地表征所述第二图像中最暗区域的分布情况，又能够便于人眼对所述第二图像中的最暗区域进行更加敏感的感知。
可选地，本实施例中根据所述第二种子图块进行扩展以获取所述第二连通区域包括以下步骤S321和步骤S322。
在步骤S321中，将所述第二种子图块添加到所述第二连通区域中。
在步骤S322中，在所述第二种子图块的邻域中获取位于所述第二连通区域之外且亮度均值最小的图块作为第二备选图块，若所述第二备选图块与所述第二种子图块的亮度差异值小于所述第二预设值，则将所述第二备选图块添加到所述第二连通区域中，并将所述第二备选图块作为新的第二种子图块，重复此步骤S222，直到所述第二备选图块与所述第二种子图块的亮度差异值大于或等于所述第二预设值。
本实施例中获取所述第二种子图块并对其进行扩展的具体实现方法如下：将所述第二图像中的所有图块按照亮度均值从亮到暗或者从暗到亮的顺序进行排序，并依次将排序后每个图块的区域坐标(i,j)存至种子队列seedList中，i表示图块沿水平方向的坐标，j表示图块沿竖直方向的坐标，且i≤M，j≤N。从SeedList中取出亮度值最小的图块作为第二种子图块。在第二种子图块的邻域中获取位于所述第二连通区域之外的图块，并从中寻找与其亮度差异值最小的图块作为第二备选图块。当第二种子图块与第二备选图块的亮度差异值小于第二预设值时，将第二种子图块添加至所述第二连通区域，并将第二备选图块作为新的第二种子图块。根据该新的第二种子图块的坐标继续在其邻域内寻找位于所述第二连通区域之外且与其亮度差异值最小的图块作为新的第二备选图块，以此类推。当第二种子图块与第二备选图块的亮度差异值大于或等于第二预设值时，终止对第二种子图块进行扩展。
根据本公开的实施例中，所述自动曝光方法还包括：获取所述第一图像和所述第二图像中的各个图块的亮度均值或直方图信息。获取所述第一图像的全局亮度均值包括：获取所述第一图像中的各个图块的亮度均值的平均值或加权均值，或者获取所述第一图像中的各个图块的直方图均值，以作为所述第一图像的全局亮度均值。获取所述第二图像的全局亮度均值包括：获取所述第二图像中的各个图块的亮度均值的平均值或加权均值，或者获取所述第二图像中的各个图块的直方图均值，以作为所述第二图像的全局亮度均值。
根据本公开的实施例中，获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息包括：获取所述第一图像的曝光增益和曝光时间作为所述第一图像的曝光参数信息；获取所述第二图像的曝光增益和曝光时间作为所述第二图像的曝光参数信息。
根据本公开的实施例中，所述曝光影响因子包括第一曝光影响因子、第二曝光影响因子和第三曝光影响因子，所述第一曝光影响因子用于表示当前场景的环境亮度，所述第二曝光影响因子用于表示当前场景中的暗区面积，所述第三曝光影响因子用于表示图像对比度。
可选地，所述曝光影响因子可以由所述第一曝光影响因子、所述第二曝光影响因子和所述第三曝光影响因子的算数平均值或加权平均值得到，也可以由三者的乘积得到。
可选地，所述第一曝光影响因子通过曝光信息表示当前场景的环境亮度，所述第二曝光影响因子通过所述第二图像中最暗区域中的图块的占比表示当前场景中的暗区面积，所述第三曝光影响因子通过所述第二图像中最暗区域中的图块的占比和所述第一图像中最亮区域中的图块的占比表示图像对比度。
可选地，获取当前场景的曝光影响因子包括：通过式1、式2和式3分别计算出所述第一曝光影响因子、所述第二曝光影响因子和所述第三曝光影响因子：
fac1＝k1×(gain×time)或fac1＝k2×meanluma/(gain×time)，式1；
fac2＝k3×LL_pdf，式2；
fac3＝k4×HL_pdf+k5×LL_pdf，式3。
其中fac1、fac2和fac3分别为所述第一曝光影响因子、所述第二曝光影响因子和所述第三曝光影响因子，k1、k2、k3、k4和k5为调校系数，gain为曝光增益，time为积分曝光时间，meanluma为所述第二图像的全局亮度均值，HL_pdf为所述第一中图像中最亮区域中的图块的占比，LL_pdf为所述第二图像中最暗区域中的图块的占比。
图4是示出根据本公开的实施例中根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量的流程图。如图4所示，本实施例中根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量包括以下步骤S41至步骤S43。
在步骤S41中，根据所述曝光影响因子对所述第一图像和所述第二图像的亮度进行修正。
在步骤S42中，若修正后的所述第一图像的亮度在第一目标亮度范围内，则保持与所述第一图像相对应的第一曝光量不变，否则，调整所述第一曝光量。所述第一目标亮度范围可以根据实际需求或者经验设置。
可选地，步骤S42中调整所述第一曝光量的一种实现方法可以包括：利用曝光的线性特征，根据目标亮度和当前亮度的比值对应修改所述第一曝光量。
在步骤S43中，若修正后的所述第二图像的亮度在第二目标亮度范围内，则保持与所述第二图像相对应的第二曝光量不变，否则，调整所述第二曝光量。所述第二目标亮度范围可以根据实际需求或者经验设置。
可选地，步骤S43中调整所述第二曝光量的一种实现方法可以包括：利用曝光的线性特征，根据目标亮度和当前亮度的比值对应修改所述第二曝光量。
在步骤S44中，根据所述第一曝光量和所述第二曝光量获取与其余低动态范围图像相对应的曝光量。
可选地，根据所述曝光影响因子对所述第一图像和所述第二图像的亮度进行修正包括：通过以下式4和式5进行修正：
Sluma＝(1-fac)×SGlobalLuma+fac×HighLightLuma，式4；
Lluma＝(1-fac)×LGlobalLuma+fac×DarkLightLuma，式5。
其中Sluma为修正后的所述第一图像的亮度，fac为所述曝光影响因子，其取值与当前场景的动态范围相关，具体来说，当前场景的动态范围越大fac越大，反之则越小。SGlobalLuma为所述第一图像的全局亮度均值，HighLightLuma为所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值，Lluma为修正后的所述第二图像的亮度，LGlobalLuma为所述第二图像的全局亮度均值，DarkLightLuma为所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值。
根据以上描述可知，当前场景的动态范围越大，所述第一图像中最亮区域的影响权重越大，所述第二图像中最暗区域的影响权重越小。当前场景的动态范围越小，所述第一图像的亮度越趋近于所述第一图像的全局亮度均值，所述第二图像的亮度越趋近于所述第二图像的全局亮度均值。
可选地，根据所述第一曝光量和所述第二曝光量获取与其余低动态范围图像相对应的曝光量包括：将各帧所述低动态范围图像按照曝光值依次递增或相等的顺序进行排序；以及通过式6计算出与第n帧低动态范围图像相对应的曝光量：
其中Sexp为所述第一曝光量，Lexp为所述第二曝光量，N为所述低动态范围图像的数量，且2≤n≤N-1。
根据本公开的另一方面，还提供一种高动态范围图像获取方法。图5是示出根据本公开的实施例的高动态范围图像获取方法的流程图。如图5所示，本实施例所述高动态范围图像获取方法包括以下步骤S51至步骤S53。
在步骤S51中，获取多帧低动态范围图像对应的曝光量。具体地，本实施例中步骤S51可以采用图1所示的自动曝光方法获取所述曝光量。
在步骤S52中，根据各所述曝光量分别拍摄多帧低动态范围图像。
在步骤S53中，将各帧所述低动态范围图像合并为高动态范围图像。
根据本公开的另一方面，还提供一种用于自动曝光的装置。图6是示出根据本公开的实施例的用于自动曝光的装置的框图。如图6所示，装置600包括曝光参数信息获取模块610、场景信息统计模块620、影响因子计算模块630以及曝光参数计算模块640。
所述曝光参数信息获取模块610被配置为获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息，所述第一图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最小的一帧图像，所述第二图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最大的一帧图像。
所述场景信息统计模块620被配置为获取所述第一图像和所述第二图像的亮度信息。
所述影响因子计算模块630被配置为根据所述第一图像和所述第二图像的所述亮度信息和所述曝光参数信息获取当前场景的曝光影响因子，所述曝光影响因子与当前场景的动态范围相关。
所述曝光参数计算模块640被配置为根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量。
需要说明的是，所述装置600中的各模块与图1所示自动曝光方法中的步骤S11至步骤S14一一对应，为节省说明书篇幅，此处不做过多赘述。
可选地，所述场景信息统计模块620包括第一场景信息统计单元621和第二场景信息统计单元622。所述第一场景信息统计单元621被配置为获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值、最亮区域中的图块的占比和/或所述第一图像的全局亮度均值作为所述第一图像的亮度信息。所述第二场景信息统计单元622被配置为获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值、最暗区域中的图块的占比和/或所述第二图像的全局亮度均值作为所述第二图像的亮度信息。
根据本公开的另一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其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图1所示的自动曝光方法或图5所示的高动态范围图像获取方法。
根据本公开的另一方面，还提供一种电子设备。图7是示出根据本公开的实施例的电子设备700的框图。如图7所示，所述电子设备700包括存储器710和处理器720。所述存储器710被配置为存储计算机程序，所述处理器720与所述存储器710通信相连，并且被配置为调用所述计算机程序以执行图1所示的自动曝光方法或图5所示的高动态范围图像获取方法。在某些实施例中，处理器720可以是一个SoC，GPU、DSP、或一个特定的白点检测和白平衡处理芯片。
可选地，所述电子设备700还可以包括显示器730，所述显示器730与所述存储器710和所述处理器720通信相连，用于显示所述自动曝光方法或所述高动态范围图像获取方法的相关GUI交互界面。
本公开所述的自动曝光方法和高动态范围图像获取方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本公开的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本公开的保护范围内。
本公开一个或多个实施例中所述的自动曝光方法通过对当前场景的动态范围进行分析来合理设置多帧低动态范围图像对应的曝光量或曝光比，从而防止图像信息出现不足或者冗余，因而能够适应于各种复杂环境。
此外，对于需要严格控制运算量和成本的系统，在无机器学习或者深度学习模式进行场景识别的前提下，本公开一个或多个实施例中所述的自动曝光方法在计算图像高亮区域或暗区域时使用区域增长法进行区域的连通，排除了个别非感兴趣区域的分散像素对高亮区域或暗区域识别的干扰，相对于现有技术中采用直方图计算亮暗区域的方式，具有更高的判别准确性。
综上所述，本公开有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本公开的原理及其功效，而非用于限制本公开。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本公开的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本公开所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本公开的权利要求所涵盖。

Claims (19)

1.一种自动曝光方法，其特征在于，所述自动曝光方法包括：
获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息，其中所述第一图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最小的一帧图像，所述第二图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最大的一帧图像；
获取所述第一图像和所述第二图像的亮度信息；
根据所述第一图像和所述第二图像的所述亮度信息和所述曝光参数信息获取当前场景的曝光影响因子，所述曝光影响因子与当前场景的动态范围相关；以及
根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量；
其中，根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量包括：
根据所述曝光影响因子对所述第一图像和所述第二图像的亮度进行修正；
若修正后的所述第一图像的亮度在第一目标亮度范围内，则保持与所述第一图像相对应的第一曝光量不变，否则，调整所述第一曝光量；
若修正后的所述第二图像的亮度在第二目标亮度范围内，则保持与所述第二图像相对应的第二曝光量不变，否则，调整所述第二曝光量；以及
根据所述第一曝光量和所述第二曝光量获取与其余低动态范围图像相对应的曝光量。
2.根据权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，获取所述第一图像的亮度信息包括：
获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值、最亮区域中的图块的占比和/或所述第一图像的全局亮度均值作为所述第一图像的亮度信息。
3.根据权利要求2所述的自动曝光方法，其特征在于，所述自动曝光方法还包括：获取所述第一图像中的各个图块的亮度均值；并且
获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值包括：
获取所述第一图像中亮度均值最大的图块作为第一种子图块；
根据所述第一种子图块进行扩展以获取第一连通区域，其中对于所述第一连通区域中的任一图块，所述第一连通区域中至少存在与所述任一图块相邻的另一图块，且所述任一图块与所述另一图块之间的亮度差异值小于第一预设值；
根据所述第一连通区域中所有图块的亮度均值获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值。
4.根据权利要求3所述的自动曝光方法，其特征在于，根据所述第一种子图块进行扩展以获取所述第一连通区域包括：
将所述第一种子图块添加到所述第一连通区域中；以及
在所述第一种子图块的邻域中获取位于所述第一连通区域之外且亮度均值最大的图块作为第一备选图块，若所述第一备选图块与所述第一种子图块的亮度差异值小于所述第一预设值，则将所述第一备选图块添加到所述第一连通区域中，并将所述第一备选图块作为新的第一种子图块，重复此步骤，直到所述第一备选图块与所述第一种子图块的亮度差异值大于或等于所述第一预设值。
5.根据权利要求3所述的自动曝光方法，其特征在于，获取所述第一图像中最亮区域中的图块的占比包括：获取所述第一连通区域中的图块总数量与所述第一图像中的图块总数量的比值作为所述第一图像中最亮区域中的图块的占比。
6.根据权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，获取所述第二图像的亮度信息包括：
获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值、最暗区域中的图块的占比和/或所述第二图像的全局亮度均值作为所述第二图像的亮度信息。
7.根据权利要求6所述的自动曝光方法，其特征在于，所述自动曝光方法还包括：获取所述第二图像中的各个图块的亮度均值；并且
获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值包括：
获取所述第二图像中亮度均值最小的图块作为第二种子图块；
根据所述第二种子图块进行扩展以获取第二连通区域，其中对于所述第二连通区域中的任一图块，所述第二连通区域中至少存在与所述任一图块相邻的另一图块，且所述任一图块与所述另一图块之间的亮度差异值小于第二预设值；以及
根据所述第二连通区域中所有图块的亮度均值获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值。
8.根据权利要求2或6所述的自动曝光方法，其特征在于，所述自动曝光方法还包括：获取所述第一图像和所述第二图像中的各个图块的亮度均值或直方图信息；
获取所述第一图像的全局亮度均值包括：获取所述第一图像中的各个图块的亮度均值的平均值或加权均值，或者获取所述第一图像中的各个图块的直方图均值，以作为所述第一图像的全局亮度均值；并且
获取所述第二图像的全局亮度均值包括：获取所述第二图像中的各个图块的亮度均值的平均值或加权均值，或者获取所述第二图像中的各个图块的直方图均值，以作为所述第二图像的全局亮度均值。
9.根据权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息包括：
获取所述第一图像的曝光增益和曝光时间作为所述第一图像的曝光参数信息；以及
获取所述第二图像的曝光增益和曝光时间作为所述第二图像的曝光参数信息。
10.根据权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，所述曝光影响因子包括第一曝光影响因子、第二曝光影响因子和第三曝光影响因子，所述第一曝光影响因子用于表示当前场景的环境亮度，所述第二曝光影响因子用于表示当前场景中的暗区面积，所述第三曝光影响因子用于表示图像对比度。
11.根据权利要求10所述的自动曝光方法，其特征在于，所述第一曝光影响因子通过曝光信息表示当前场景的环境亮度，所述第二曝光影响因子通过所述第二图像中最暗区域中的图块的占比表示当前场景中的暗区面积，所述第三曝光影响因子通过所述第二图像中最暗区域中的图块的占比和所述第一图像中最亮区域中的图块的占比表示图像对比度。
12.根据权利要求11所述的自动曝光方法，其特征在于，获取当前场景的曝光影响因子包括：通过式1、式2和式3分别计算出所述第一曝光影响因子、所述第二曝光影响因子和所述第三曝光影响因子：
fac1＝k1×(gain×time)或fac1＝k2×meanluma/(gain×time)，式1；
fac2＝k3×LL_pdf，式2；
fac3＝k4×HL_pdf+k5×LL_pdf，式3；
其中fac1、fac2和fac3分别为所述第一曝光影响因子、所述第二曝光影响因子和所述第三曝光影响因子，k1、k2、k3、k4和k5为调校系数，gain为曝光增益，time为积分曝光时间，meanluma为所述第二图像的全局亮度均值，HL_pdf为所述第一图像中最亮区域中的图块的占比，LL_pdf为所述第二图像中最暗区域中的图块的占比。
13.根据权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，根据所述曝光影响因子对所述第一图像和所述第二图像的亮度进行修正包括：通过式4和式5进行修正：
Sluma＝(1-fac)×SGlobalLuma+fac×HighLightLuma， 式4；
Lluma＝(1-fac)×LGlobalLuma+fac×DarkLightLuma， 式5；
其中Sluma为修正后的所述第一图像的亮度，fac为所述曝光影响因子，SGlobalLuma为所述第一图像的全局亮度均值，HighLightLuma为所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值，Lluma为修正后的所述第二图像的亮度，LGlobalLuma为所述第二图像的全局亮度均值，DarkLightLuma为所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值。
14.根据权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，根据所述第一曝光量和所述第二曝光量获取与其余低动态范围图像相对应的曝光量包括：
将各帧所述低动态范围图像按照曝光值依次递增或相等的顺序进行排序；以及
通过式6计算出与第n帧低动态范围图像相对应的曝光量：
其中Sexp为所述第一曝光量，Lexp为所述第二曝光量，N为所述低动态范围图像的数量，且2≤n≤N-1。
15.一种高动态范围图像获取方法，其特征在于，所述高动态范围图像获取方法包括：
通过根据权利要求1至14中任一项所述的自动曝光方法获取多个曝光量；
根据各所述曝光量分别拍摄多帧低动态范围图像；以及
将各帧所述低动态范围图像合并为高动态范围图像。
16.一种用于自动曝光的装置，其特征在于，所述装置包括：
曝光参数信息获取模块，被配置为获取多帧低动态范围图像中的第一图像和第二图像的曝光参数信息，所述第一图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最小的一帧图像，所述第二图像为各帧所述低动态范围图像中曝光值最大的一帧图像；
场景信息统计模块，被配置为获取所述第一图像和所述第二图像的亮度信息；
影响因子计算模块，被配置为根据所述第一图像和所述第二图像的所述亮度信息和所述曝光参数信息获取当前场景的曝光影响因子，所述曝光影响因子与当前场景的动态范围相关；以及
曝光参数计算模块，被配置为根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量；
其中，根据所述曝光影响因子获取与各帧所述低动态范围图像相对应的曝光量包括：
根据所述曝光影响因子对所述第一图像和所述第二图像的亮度进行修正；
若修正后的所述第一图像的亮度在第一目标亮度范围内，则保持与所述第一图像相对应的第一曝光量不变，否则，调整所述第一曝光量；
若修正后的所述第二图像的亮度在第二目标亮度范围内，则保持与所述第二图像相对应的第二曝光量不变，否则，调整所述第二曝光量；以及
根据所述第一曝光量和所述第二曝光量获取与其余低动态范围图像相对应的曝光量。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，
所述场景信息统计模块包括：
第一场景信息统计单元，被配置为获取所述第一图像中最亮区域中的图块的亮度均值、最亮区域中的图块的占比和/或所述第一图像的全局亮度均值作为所述第一图像的亮度信息；以及
第二场景信息统计单元，被配置为获取所述第二图像中最暗区域中的图块的亮度均值、最暗区域中的图块的占比和/或所述第二图像的全局亮度均值作为所述第二图像的亮度信息。
18.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行以实现根据权利要求1至14中任一项所述的自动曝光方法或根据权利要求15所述的高动态范围图像获取方法。
19.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
存储器，被配置为存储计算机程序；以及
处理器，与所述存储器通信相连，并且被配置为调用所述计算机程序以执行根据权利要求1至14中任一项所述的自动曝光方法或根据权利要求15所述的高动态范围图像获取方法。
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