CN114697537B - 图像获取方法、图像传感器及计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开图像获取方法、图像传感器及计算机存储介质存储，包括获取目标场景中的最亮区域的第一曝光时长和最亮区域曝光时的第一灰度值；获取最暗区域的第二曝光时长和最暗区域曝光时的第二灰度值；基于第一曝光时长、第一灰度值、第二曝光时长和第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值；基于曝光复位周期及曝光时长阈值对目标场景进行曝光，以获取曝光复位次数、曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值；根据曝光复位次数、每个像素单元的初始灰度值以及每个像素单元的灰度残差值构建目标场景的合成图像。本申请能实现大动态范围的成像，且流程简单。

Description

图像获取方法、图像传感器及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及图像技术领域，具体涉及一种图像获取方法、图像传感器及计算机可读存储介质。
背景技术
图像传感器，或称感光元件，是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中，从而被广泛地应用于各种领域的各个生产环节例如应用于在航天航空领域中的高温风洞实验等。
但现有的图像传感器器的亮度动态范围在60dB左右，而人眼可观察到的可见光的亮度动态范围约120dB，自然环境下的亮度值动态变化范围可以达到160dB，而大亮度差异场景例如超高温风洞环境下的亮度变化范围更是远超自然环境的亮度范围。具体地，例如在超高温风洞环境下光线较暗的背风面，温度一般在1000℃以下，光照较弱；而在迎风面，温度可以超过2000℃，光照强度又极易造成探测器饱和。因此，现有的图像传感器不适用于大亮度差异场景，如何实现大动态范围的成像成为研究的焦点。
发明内容
针对上述技术问题，本申请提供一种图像获取方法，能实现大动态范围的成像，且流程简单，易于实现。
为解决上述技术问题，本申请提供的一种图像获取方法，包括：获取目标场景中的最亮区域的第一曝光时长和所述最亮区域曝光时的第一灰度值；获取所述目标场景中的最暗区域的第二曝光时长和所述最暗区域曝光时的第二灰度值；基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值、所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值；基于所述曝光复位周期及所述曝光时长阈值对所述目标场景进行曝光，以获取曝光复位次数、所述曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、所述曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值；根据所述曝光复位次数、所述每个像素单元的初始灰度值以及所述每个像素单元的灰度残差值构建所述目标场景的合成图像
在一实施方式中，所述获取所述目标场景中的最暗区域的第二曝光时长和所述最暗区域曝光时的第二灰度值步骤之前还包括：剔除所述目标场景中的受环境影响的噪点和/或单一像素的噪点，以确认所述最暗区域。
在一实施方式中，所述基于所述曝光复位周期及所述曝光时长阈值对所述目标场景进行曝光以获取曝光复位次数、所述曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、所述曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值包括：所述曝光复位周期结束后持续判断曝光累积时长是否达到所述曝光时长阈值；若未达到所述曝光时长阈值，则控制每个像素单元均进行复位，并获取曝光复位次数以及每个像素单元的所述初始灰度值；若达到所述曝光时长阈值，则终止曝光，并获取所述曝光时长阈值到达时的所述每个像素单元的灰度残差值。
在一实施方式中，所述基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值、所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值包括：基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值获取所述曝光复位周期；基于所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认所述曝光时长阈值。
在一实施方式中，所述根据所述曝光复位次数、每个像素单元的所述初始灰度值以及每个像素单元的所述灰度残差值构建所述目标场景的合成图像包括：获取所述曝光复位次数与每个像素单元的所述初始灰度值的乘积；将每个像素单元的所述乘积与每个像素单元的所述灰度残差值相加，以获取每个像素单元的合成灰度值；根据每个像素单元的所述合成灰度值构建所述目标场景的合成图像。
本申请还提供一种图像传感器，所述图像传感器包括处理器，所述处理器与复位开关相连；所述处理器用于获取目标场景中的最亮区域的第一曝光时长和所述最亮区域曝光时的第一灰度值，以及获取所述目标场景中的最暗区域的第二曝光时长和所述最暗区域曝光时的第二灰度值；所述处理器还用于基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值、所述第二曝光时长和、所述第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值，并基于所述曝光复位周期及所述曝光时长阈值对所述目标场景进行曝光，以获取曝光复位次数、所述曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、所述曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值，从而根据所述曝光复位次数、所述每个像素单元的初始灰度值以及所述每个像素单元的灰度残差值构建所述目标场景的合成图像。
在一实施方式中，所述处理器基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值获取所述曝光复位周期，并基于所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认所述曝光时长阈值。
在一实施方式中，所述处理器包括比较模块，所述比较模块用于剔除所述目标场景中的受环境影响的噪点和/或单一像素的噪点，以确认所述最暗区域，从而确认所述最暗区域的灰度值。
在一实施方式中，所述处理器基于所述第一曝光时长、归一化处理后的第一灰度值获取所述曝光复位周期，并基于所述第二曝光时长和归一化处理后的第二灰度值确认所述曝光时长阈值。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有可读计算机程序，所述可读计算机程序在被处理器执行时，能实现上述的图像获取方法。
本申请的图像获取方法及图像传感器对像素单元进行全局复位，以获取合成图像。因此本申请流程简单，且采用全局复位的方式从而无需针对单个像素单元进行电路上的改动，易于实现。
附图说明
图1是根据本申请第一实施例示出的图像获取方法的流程示意图。
图2是根据本申请第一实施例示出的三个像素单元在第三次曝光时灰度值的变化示意图。
图3是根据本申请第二实施例示出的图像传感器的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
第一实施例
图1是根据本申请第一实施例示出的图像获取方法的流程示意图。如图1所示，图像获取方法包括如下步骤：
步骤S11：获取目标场景中的最亮区域的第一曝光时长和所述最亮区域曝光时的第一灰度值；
在一实施方式中，开始第一次曝光时，根据目标场景中的最亮区域获取第一曝光时长，并在目标场景以第一曝光时长进行第一次曝光后，获取最亮区域的第一灰度值。
在一实施方式中，目标场景可以但不限于为高温环境场景例如高温风洞、蜡烛正在燃烧的场景等等，还可以为其他对比度大的场景例如夜晚的月亮等等。
具体地，最亮区域例如可以但不限于为蜡烛的火焰区域，此外最亮区域可以为某个像素点对应的区域，或多个像素点对应的区域，最亮区域的灰度值可以为多个像素点的平均灰度值。
在一实施方式中，最亮区域的温度越高，第一曝光时长越短。在其他实施方式中，最高区域的温度与第一曝光时长也可以不为线性关系，例如位于某一温度区间内的最高区域的温度对应的第一曝光时长均相同。
步骤S12：获取所述目标场景中的最暗区域的第二曝光时长和所述最暗区域曝光时的第二灰度值；
在一实施方式中，开始第二次曝光时，根据目标场景中的最暗区域获取第二曝光时长，并在目标场景以第二曝光时长进行第二次曝光后，获取最暗区域的第二灰度值，其中，第二曝光时长大于第一曝光时长；
在一实施方式中，也可以先进行第二次曝光再进行第一次曝光，也就是说，步骤S11与步骤S12的顺序可以调换。
在一实施方式中，最暗区域的温度越低，第二曝光时长越长。在其他实施方式中，最低区域的温度与第二曝光时长也可以不为线性关系，例如位于另一温度区间内的最低区域的温度对应的第二曝光时长均相同。
在一实施方式中，步骤S12：获取所述目标场景中的最暗区域的第二曝光时长和所述最暗区域曝光时的第二灰度值包括：剔除目标场景中的受环境影响的噪点和/或单一像素的噪点，以获取最暗区域；获取最暗区域的第二灰度值。
其中，受环境响应的噪点和/或单一像素的噪点均为灰度值异常的点(单一像素相对四周的像素点的灰度值出现突变)，剔除后能提高获取的最暗区域的灰度值的准确性。
步骤S13：基于第一曝光时长、第一灰度值、第二曝光时长和第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值；
在一实施方式中，可以将最亮区域的灰度值、最暗区域的灰度值进行归一化处理，并根据归一化处理后的最亮区域的灰度值与第一曝光时长获取曝光复位周期，根据归一化处理后的最暗区域的灰度值与第二曝光时长获取曝光时长阈值。
在一实施方式中，步骤S13：基于第一曝光时长、第一灰度值、第二曝光时长和第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值可以但不限于包括：将第一灰度值和第二灰度值进行归一化处理，并根据归一化处理后的第一灰度值与第一曝光时长获取曝光复位周期，根据归一化处理后的第二灰度值与第二曝光时长获取曝光时长阈值。
具体地，步骤S13：基于第一曝光时长、第一灰度值、第二曝光时长和第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值包括：根据图像传感器的最大灰度值获取归一化灰度值；
根据归一化灰度值与第一灰度值的比值及第一曝光时长获取曝光复位周期，并根据归一化灰度值与第二灰度值的比值及第二曝光时长获取曝光时长阈值。
具体地，例如图像传感器本身的最大灰度值为255，那归一化灰度值为与最大灰度值255接近或相等的值，例如为250。这样，若第一灰度值也为250，则归一化灰度值与第一灰度值的比值则为1，即第一倍数为1；如果第一曝光时长为10us，那么间隔时长也可以为10us。若第二灰度值为50，则归一化灰度值与第二灰度值的比值为5，即第二倍数为5；如果第二曝光时长为8.6us，则曝光时长阈值可以为43us。
步骤S14：基于曝光复位周期及曝光时长阈值对目标场景进行曝光，以获取曝光复位次数、曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值；
步骤S15：根据曝光复位次数、每个像素单元的初始灰度值以及每个像素单元的灰度残差值构建目标场景的合成图像。
在一实施方式中，步骤S14：基于曝光复位周期及曝光时长阈值对目标场景进行曝光，以获取曝光复位次数、曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值包括：曝光复位周期结束后持续判断曝光累积时长是否达到曝光时长阈值；若未达到曝光时长阈值，则控制每个像素单元均进行复位，并获取曝光复位次数以及每个像素单元的初始灰度值；若达到曝光时长阈值，则终止曝光，并获取曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值。
其中，初始灰度值为未达到曝光时长阈值，且曝光复位周期结束这个时刻的灰度值，而非下一个曝光复位周期开始时的灰度值。
具体地，例如在针对目标场景开始第三次曝光时，获取开始累计的第三曝光时长；每隔曝光复位周期判断累积的第三曝光时长是否达到曝光时长阈值；若未达到曝光时长阈值，则获取每个像素单元的初始灰度值，并控制每个像素单元均进行复位，获取曝光复位次数，且返回每隔曝光复位周期判断累积的第三曝光时长是否达到曝光时长阈值的步骤；若达到曝光时长阈值，则终止第三次曝光，并获取累积的第三曝光时长等于曝光阈值时每个像素单元的灰度残差，以根据曝光复位次数、初始灰度值以及灰度残差值，获取每个像素单元的合成灰度值，从而获取针对目标场景的合成图像。
具体地，若曝光复位周期为10us，那么每隔10us判断累积的第三曝光时长是否达到曝光时长阈值例如43us。
具体地，若曝光复位周期为10us，曝光时长阈值为43us，则每个像素单元进行复位的次数为4次。
图2是根据本申请第一实施例示出的三个像素单元在第三次曝光时灰度值的变化示意图。如图2所示，在进行第三次曝光时，若对像素单元进行四次复位，则三个像素单元I、II、III的初始灰度值分别是pI、pII、pIII，结束第三此曝光时灰度残差值分别为pI_4、pII_4、pIII_4。
具体地，获取初始灰度值可以是在第一次未达到曝光时长阈值时获取，也可以是在第二次未达到曝光时长阈值时获取，还可以是在第三次未达到曝光时长阈值时获取。也就是说，可以在每次未达到曝光时长阈值时获取每个像素单元的初始灰度值，也可以在其中某个或多个未达到曝光时长阈值时获取每个像素单元的初始灰度值。
具体地，三个像素单元I、II、III的合成灰度值可以但不限于为4pI+pI_4、4pII+pII_4、4pIII+pIII_4。若pI＝250、pII＝100、pIII＝50，pI_4＝60、pII_4＝30、pIII_4＝15，此时三个像素I、II、III的合成灰度分别是1060、430、215。可见图像传感器的动态范围由256达到了1060，有了显著的提升。
本申请还提供一种计算机存储介质存储有可读计算机程序，所述可读计算机程序在被处理器执行时，能实现上述的图像获取方法。
图3是根据本申请第二实施例示出的图像传感器的结构示意图。如图3所示，图像传感器包括处理器10，处理器10与复位开关20相连。
处理器10用于在执行可读计算机程序时能实现上述的图像获取方法。
具体地，在一实施方式中，处理器10用于在开始第一次曝光时，根据目标场景中的最亮区域获取第一曝光时长，并在目标场景以第一曝光时长进行第一次曝光后，获取第一灰度值，且在开始第二次曝光时，根据目标场景中的最暗区域获取第二曝光时长，并在目标场景以第二曝光时长进行第二次曝光后，获取第二灰度值，其中，第二曝光时长大于第一曝光时长。
处理器10还用于将第一灰度值、第二灰度值进行归一化处理，并根据归一化处理后的第一灰度值与第一曝光时长获取曝光复位周期，根据归一化处理后的第二灰度值与第二曝光时长获取曝光时长阈值，且用于在针对目标场景开始第三次曝光时，获取开始第三次曝光时每个像素单元的初始灰度值且获取开始累计的第三曝光时长，并每隔曝光复位周期判断累积的第三曝光时长是否达到曝光时长阈值，若未达到曝光时长阈值，则控制复位开关20对每个像素单元均进行复位，并获取曝光复位次数，若达到曝光时长阈值，则控制第三次曝光结束，并获取累积的第三曝光时长等于曝光时长阈值时每个像素单元的灰度残差值后，根据曝光复位次数、初始灰度值以及灰度残差值，获取每个像素单元的合成灰度值，从而根据每个像素单元的合成灰度值获取针对目标场景的合成图像。
在一实施方式中，图像传感器还包括存储器30。存储器30用于存储最亮区域的温度与第一曝光时长的对应关系，和/或最暗区域的温度与第二曝光时长的对应关系。其中，最亮区域的温度越高，第一曝光时长越短；和/或最暗区域的温度越低，第二曝光时长越长。
在一实施方式中，处理器10包括比较模块，比较模块用于剔除目标场景中的受环境影响的噪点和/或单一像素的噪点，以获取最暗区域，从而获取第二灰度值。
本实施例的图像传感器通过最亮区域及以及最暗区域获取第一次曝光的时长和第二次曝光的时长，从而控制进行第一次曝光以及第二次曝光后，对像素单元进行全局复位，以获取合成图像。因此本实施例仅仅需要进行三次曝光，流程简单，且采用全局复位的方式从而无需针对单个像素单元进行电路上的改动，易于实现。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，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申请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，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种图像获取方法，其特征在于，包括：
获取目标场景中的最亮区域的第一曝光时长和所述最亮区域曝光时的第一灰度值；
获取所述目标场景中的最暗区域的第二曝光时长和所述最暗区域曝光时的第二灰度值；
基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值、所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值；
基于所述曝光复位周期及所述曝光时长阈值对所述目标场景进行曝光，以获取曝光复位次数、所述曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、所述曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值；
根据所述曝光复位次数、所述每个像素单元的初始灰度值以及所述每个像素单元的灰度残差值构建所述目标场景的合成图像；
所述基于所述曝光复位周期及所述曝光时长阈值对所述目标场景进行曝光以获取曝光复位次数、所述曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、所述曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值包括：所述曝光复位周期结束后持续判断曝光累积时长是否达到所述曝光时长阈值；若未达到所述曝光时长阈值，则控制每个像素单元均进行复位，并获取曝光复位次数以及每个像素单元的所述初始灰度值；若达到所述曝光时长阈值，则终止曝光，并获取所述曝光时长阈值到达时的所述每个像素单元的灰度残差值；
所述基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值、所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值包括：
基于所述第一曝光时长和所述第一灰度值获取所述曝光复位周期；基于所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认所述曝光时长阈值；
所述根据所述曝光复位次数、每个像素单元的所述初始灰度值以及每个像素单元的所述灰度残差值构建所述目标场景的合成图像包括：
获取所述曝光复位次数与每个像素单元的所述初始灰度值的乘积；
将每个像素单元的所述乘积与每个像素单元的所述灰度残差值相加，以获取每个像素单元的合成灰度值；
根据每个像素单元的所述合成灰度值构建所述目标场景的合成图像。
2.根据权利要求1所述的图像获取方法，其特征在于，所述获取所述目标场景中的最暗区域的第二曝光时长和所述最暗区域曝光时的第二灰度值步骤之前还包括：
剔除所述目标场景中的受环境影响的噪点和/或单一像素的噪点，以确认所述最暗区域。
3.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括处理器，所述处理器与复位开关相连；所述处理器用于获取目标场景中的最亮区域的第一曝光时长和所述最亮区域曝光时的第一灰度值，以及获取所述目标场景中的最暗区域的第二曝光时长和所述最暗区域曝光时的第二灰度值；所述处理器还用于基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值、所述第二曝光时长和、所述第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值，并基于所述曝光复位周期及所述曝光时长阈值对所述目标场景进行曝光，以获取曝光复位次数、所述曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、所述曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值，从而根据所述曝光复位次数、所述每个像素单元的初始灰度值以及所述每个像素单元的灰度残差值构建所述目标场景的合成图像；
所述基于所述曝光复位周期及所述曝光时长阈值对所述目标场景进行曝光以获取曝光复位次数、所述曝光复位周期结束时每个像素单元的初始灰度值、所述曝光时长阈值到达时每个像素单元的灰度残差值包括：所述曝光复位周期结束后持续判断曝光累积时长是否达到所述曝光时长阈值；若未达到所述曝光时长阈值，则控制每个像素单元均进行复位，并获取曝光复位次数以及每个像素单元的所述初始灰度值；若达到所述曝光时长阈值，则终止曝光，并获取所述曝光时长阈值到达时的所述每个像素单元的灰度残差值；
所述基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值、所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认曝光复位周期及曝光时长阈值包括：
基于所述第一曝光时长和所述第一灰度值获取所述曝光复位周期；基于所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认所述曝光时长阈值；
所述根据所述曝光复位次数、每个像素单元的所述初始灰度值以及每个像素单元的所述灰度残差值构建所述目标场景的合成图像包括：
获取所述曝光复位次数与每个像素单元的所述初始灰度值的乘积；
将每个像素单元的所述乘积与每个像素单元的所述灰度残差值相加，以获取每个像素单元的合成灰度值；
根据每个像素单元的所述合成灰度值构建所述目标场景的合成图像。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述处理器包括比较模块，所述比较模块用于剔除所述目标场景中的受环境影响的噪点和/或单一像素的噪点，以确认所述最暗区域。
5.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述处理器基于所述第一曝光时长、所述第一灰度值获取所述曝光复位周期，并基于所述第二曝光时长和所述第二灰度值确认所述曝光时长阈值。
6.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述处理器基于所述第一曝光时长、归一化处理后的第一灰度值获取所述曝光复位周期，并基于所述第二曝光时长和归一化处理后的第二灰度值确认所述曝光时长阈值。
7.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有可读计算机程序，所述可读计算机程序在被处理器执行时，能实现如权利要求1至2任意一项所述的图像获取方法。
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