CN115802169A - 一种基于亮度直方图的自动曝光方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于亮度直方图的自动曝光方法及终端，将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个图像块的亮度直方图，从而根据亮度直方图的亮度信息，确认每一个图像块的类型，根据类型计算图像块的亮度和权重，进而计算待曝光图像的亮度；之后基于待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值，并对下一帧待曝光图像进行自动曝光。因此，可有效提高图像整体亮度估计的准确性，在一定程度上抑制强光、补偿背光，且复杂度低、适用性较高。基于直方图信息的图像分层，可将图像块分为不同的层级类型，能够更好的对图像亮度信息进行统计，有效提高图像整体亮度估计的准确性，提高曝光调整的鲁棒性。

Description

一种基于亮度直方图的自动曝光方法及终端

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种基于亮度直方图的自动曝光方法及终端。

背景技术

曝光是一个与光圈、曝光时间和增益密切相关的综合过程，其调节参数对于图像质量有着非常重要的影响。光圈越大，景深越小，为了突出前景，需要小景深，则设置大光圈，为了看清全局，需要大景深，则设置小光圈；曝光时间与图像的运动模糊程度有关，曝光时间越长，就越模糊；增益与图像噪声相关，增益越大，则噪声越大。

为了更简便地使用摄像机，并且得到更高质量的图像，自动曝光(AE)技术得到了非常广泛的应用。自动曝光首先会估计当前场景的亮度，然后调节摄像机的光圈、曝光时间和增益，使得到的图像亮度与预设目标亮度一致。影响自动曝光的参数包括：光圈、曝光时间和增益，三种参数与图像亮度成正比，增益变大时，图像噪声也会被放大，一般情况下，增益最后调整。

自动曝光一般包括亮度估计和曝光调整，目前常用的自动曝光算法主要有平均亮度算法、分区权重均值算法、亮度直方图算法等。这些算法均可以在一定程度上估计亮度，基于估计出的亮度与目标亮度之间的关系进行曝光调整，但当图像中存在强光点或者背光场景时，亮度估计不准确，容易出现过曝、过暗情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于亮度直方图的自动曝光方法及终端，能够提高图像整体亮度估计的准确性，提高曝光调整的鲁棒性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于亮度直方图的自动曝光方法，包括步骤：

将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个所述图像块的亮度直方图；

根据每一个所述图像块的亮度直方图的亮度信息，确认每一个所述图像块的类型，根据每一个所述图像块的类型计算所述图像块的亮度和权重，并基于每一个所述图像块的亮度和权重计算所述待曝光图像的亮度；

基于所述待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值，并对下一帧待曝光图像进行自动曝光。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种基于亮度直方图的自动曝光终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种基于亮度直方图的自动曝光方法。

本发明的有益效果在于：将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个图像块的亮度直方图，从而根据亮度直方图的亮度信息，确认每一个图像块的类型，根据类型计算图像块的亮度和权重，进而计算待曝光图像的亮度；之后基于待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值，并对下一帧待曝光图像进行自动曝光。因此，可有效提高图像整体亮度估计的准确性，在一定程度上抑制强光、补偿背光，且复杂度低、适用性较高。基于直方图信息的图像分层，可将图像块分为不同的层级类型，能够更好的对图像亮度信息进行统计，有效提高图像整体亮度估计的准确性，提高曝光调整的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于亮度直方图的自动曝光方法的流程图；

图2为本发明实施例的一种基于亮度直方图的自动曝光终端的示意图；

图3为本发明实施例的一种基于亮度直方图的自动曝光方法的具体步骤流程图；

标号说明：

1、一种基于亮度直方图的自动曝光终端；2、存储器；3、处理器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本发明实施例提供了一种基于亮度直方图的自动曝光方法，包括步骤：

将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个所述图像块的亮度直方图；

根据每一个所述图像块的亮度直方图的亮度信息，确认每一个所述图像块的类型，根据每一个所述图像块的类型计算所述图像块的亮度和权重，并基于每一个所述图像块的亮度和权重计算所述待曝光图像的亮度；

基于所述待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值，并对下一帧待曝光图像进行自动曝光。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个图像块的亮度直方图，从而根据亮度直方图的亮度信息，确认每一个图像块的类型，根据类型计算图像块的亮度和权重，进而计算待曝光图像的亮度；之后基于待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值，并对下一帧待曝光图像进行自动曝光。因此，可有效提高图像整体亮度估计的准确性，在一定程度上抑制强光、补偿背光，且复杂度低、适用性较高。基于直方图信息的图像分层，可将图像块分为不同的层级类型，能够更好的对图像亮度信息进行统计，有效提高图像整体亮度估计的准确性，提高曝光调整的鲁棒性。

进一步地，所述将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个所述图像块的亮度直方图包括：

根据所述待曝光图像的大小将所述待曝光图像均匀划分为多个图像块；

所述待曝光图像为RAW格式，计算所述图像块中的像素点亮度值Y：

式中，R、Gr、Gb、B分别为所述图像块在RAW格式四个通道的像素值；

基于每一个所述图像块的像素点亮度值建立对应的亮度直方图。

由上述描述可知，由于获取的是RAW数据格式的待曝光图像，因此可以直接根据RAW数据计算得出Y分量数据，并建立图像块Y分量的直方图，其复杂度低。

进一步地，所述根据每一个所述图像块的亮度直方图的亮度信息，确认每一个所述图像块的类型包括：

判断所述图像块的亮度直方图中亮度值小于暗区阈值的第一概率是否大于概率阈值，若是，则所述图像块为过暗场景；

若否，则判断所述图像块的亮度直方图中亮度值大于亮区阈值的第二概率是否大于概率阈值，若是，则所述图像块为过亮场景；

若否，则根据每一个所述图像块的亮度直方图建立所述待曝光图像的亮度直方图，计算所述待曝光图像的亮度直方图中第一个大于数量阈值的灰度值到最后一个大于数量阈值的灰度值的距离，判断所述距离是否小于距离阈值，若是，则所述图像块为纯色场景，否则，所述图像块为普通场景。

由上述描述可知，根据亮度直方图的分布特征将图像分为过暗场景层、过亮场景层、纯色场景层以及普通场景层，可将图像块分为不同的层级，能够更好的对图像亮度信息进行统计。

进一步地，所述根据每一个所述图像块的类型计算所述图像块的亮度和权重包括：

若所述图像块的类型为过暗场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有小于暗区阈值的像素点亮度的平均值，并根据所述图像块的亮度和暗区阈值计算图像块的权重；

若所述图像块的类型为过亮场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有大于亮区阈值的像素点亮度的平均值，并根据所述图像块的亮度和亮区阈值计算图像块的权重；

若所述图像块的类型为纯色场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有像素点亮度的中位数，所述图像块的权重为1；

若所述图像块的类型为普通场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有像素点亮度乘以对应权重之和，所述图像块的权重为30。

由上述描述可知，基于图像分层的亮度估计可根据图像块层级分配不同的权重，有效提高图像整体亮度估计的准确性，提高曝光调整的鲁棒性。

进一步地，所述基于每一个所述图像块的亮度和权重计算所述待曝光图像的亮度包括：

式中，weight(i,j)表示图像块的权重，Y_zone(i,j)表示图像块的亮度，i表示所述图像块在所述待曝光图像中的行数，j表示所述图像块在所述待曝光图像中的列数，a表示待曝光图像的划分行数，b表示待曝光图像的划分列数。

由上述描述可知，将每一个图像块的权重和亮度的乘积除以每一个图像块的权重之和，能够准确计算待曝光图像的亮度。

进一步地，基于所述待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值之前包括：

判断所述待曝光图像的亮度是否小于或者等于预设的目标亮度值，若是则不对所述待曝光图像进行自动曝光。

由上述描述可知，选择性对待曝光图像进行自动曝光，能够提高自动曝光的灵活性。

进一步地，基于所述待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值包括：

根据初始曝光值、待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值确定下一帧图像的曝光值exposure_next：

式中，Y_total表示待曝光图像的亮度值，exposure_origin表示初始曝光值，Y_target表示预设的目标亮度值。

由上述描述可知，根据初始曝光值、图像整体亮度、目标亮度值确定下一帧图像的曝光值，能够有效提高图像整体亮度估计的准确性。

请参照图2，本发明另一实施例提供了一种基于亮度直方图的自动曝光终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种基于亮度直方图的自动曝光的方法的步骤。

本发明上述的一种基于亮度直方图的自动曝光方法及终端，适用于通过亮度直方图信息对图像分层以及基于图像分层的亮度估计可有效减少曝光调整后的图像亮区过曝、暗区过暗现象，能够在一定程度上提升图像质量，以下通过具体的实施方式进行说明：

实施例一

请参照图1和图3，一种基于亮度直方图的自动曝光方法，包括步骤：

S1、将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个所述图像块的亮度直方图。

S11、获取相机采集到的RAW数据格式的待曝光图像，根据所述待曝光图像的大小将所述待曝光图像均匀划分为多个图像块。

在本实施例中，可将待曝光图像分为15行*17列个图像块。

S12、计算15*17个图像块中每一个像素点的亮度值Y：

式中，R、Gr、Gb、B分别为所述图像块在RAW格式四个通道的像素值；

S13、基于每一个所述图像块的像素点亮度值建立对应的亮度直方图。

在本实施例中，统计每一个图像块的亮度直方图，得到直方图统计信息：

hist_ij,i∈[1,15],j∈[1,17]。

S2、根据每一个所述图像块的亮度直方图的亮度信息，确认每一个所述图像块的类型，根据每一个所述图像块的类型计算所述图像块的亮度和权重，并基于每一个所述图像块的亮度和权重计算所述待曝光图像的亮度。

S21、根据每一个所述图像块的亮度直方图的亮度信息，确认每一个所述图像块的类型，其中图像分为过暗场景、过亮场景、纯色场景以及普通场景，具体判断过程如下：

判断所述图像块的亮度直方图中亮度值小于暗区阈值thres_d的第一概率p_d是否大于概率阈值p_ft，若是，则所述图像块为过暗场景；

若否，则判断所述图像块的亮度直方图中亮度值大于亮区阈值thres_b的第二概率p_b是否大于概率阈值p_ft，若是，则所述图像块为过亮场景；

若否，则根据每一个所述图像块的亮度直方图建立所述待曝光图像的亮度直方图，计算所述待曝光图像的亮度直方图中第一个大于数量阈值num_thres的灰度值到最后一个大于数量阈值num_thres的灰度值的距离length_ij，判断所述距离length_ij是否小于距离阈值p_st，若是，则所述图像块为纯色场景，否则，所述图像块为普通场景。

其中，num_thres根据图像块的大小确定，在本实施例中可设置为图像块宽*高的5％；

计算所述待曝光图像的亮度直方图中第一个大于数量阈值num_thres的灰度值到最后一个大于数量阈值num_thres的灰度值的距离的公式为：

length_ij＝hist_ij_end-hist_ij_start,i∈[1,15],j∈[1,17]；

式中，hist_ij_end为直方图信息中最后一个大于数量阈值num_thres的灰度值，hist_ij_start为直方图信息中第一个大于数量阈值num_thres的灰度值。

S22、根据每一个所述图像块的类型计算所述图像块的亮度和权重包括：

S221、若所述图像块的类型为过暗场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有小于暗区阈值的像素点亮度的平均值，并根据所述图像块的亮度和暗区阈值计算图像块的权重；

具体的，过暗场景层图像块的亮度值Y_d和权重weight_d计算公式为：

sum_d＝∑Y(r,c),Y(r,c)<thres_d；

式中，Y(r,c)表示图像块中像素点的亮度值，sum_d表示图像块中所有小于thres_d的像素点亮度的累加值，num_d表示图像块中所有小于thres_d的像素点的个数。

S222、若所述图像块的类型为过亮场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有大于亮区阈值的像素点亮度的平均值，并根据所述图像块的亮度和亮区阈值计算图像块的权重；

具体的，过亮场景层图像块的亮度值Y_b和权重weight_b计算公式为：

sum_b＝∑Y(r,c),Y(r,c)>thres_b；

式中，sum_b表示图像块中所有大于thres_b的像素点亮度的累加值，num_b表示图像块中所有大于thres_b的像素点的个数。

S223、若所述图像块的类型为纯色场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有像素点亮度的中位数，所述图像块的权重为1；

具体的，纯色场景层图像块的亮度值Y_p计算公式为：Y_p＝median(Y(r,c))。

S224、若所述图像块的类型为普通场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有像素点亮度乘以对应权重之和，所述图像块的权重为30。

具体的，普通场景层图像块的亮度值Y_s计算公式为：

式中，sum_ds表示图像块中所有小于thres_d的像素点亮度的累加值，sum_bs表示图像块中所有大于thres_b的像素点亮度的累加值，sum_ss表示图像块中所有介于thres_d和thres_b之间的像素点亮度的累加值，num_zone表示图像块中所有像素点的个数；k1、k2、k3的取值可设置为0.1、0.1、0.8。

S23、基于每一个所述图像块的亮度和权重计算所述待曝光图像的亮度包括：

式中，weight(i,j)表示图像块的权重，Y_zone(i,j)表示图像块的亮度，i表示所述图像块在所述待曝光图像中的行数，j表示所述图像块在所述待曝光图像中的列数，a表示待曝光图像的划分行数，本实施例中行数为15，b表示待曝光图像的划分列数，本实施例中行数为17。

S3、基于所述待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值，并对下一帧待曝光图像进行自动曝光。

S31、判断所述待曝光图像的亮度是否小于或者等于预设的目标亮度值，若是则不对所述待曝光图像进行自动曝光。

在本实施例中，若满足Y_total≤Y_target±Y_delta，则所述待曝光图像进行自动曝光，否则执行步骤S32。

其中，Y_target表示预设的目标亮度值，可以为128或其他亮度；Y_delta表示预设的置信区间，可为固定值，也可按照目标亮度值的一定比例进行设置。

S32、根据初始曝光值、待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值确定下一帧图像的曝光值exposure_next：

式中，Y_total表示待曝光图像的亮度值，exposure_origin表示初始曝光值，Y_target表示预设的目标亮度值。

实施例二

请参照图2，一种基于亮度直方图的自动曝光终端1，包括存储器2、处理器3以及存储在所述存储器2上并可在处理器3上运行的计算机程序，所述处理器3执行所述计算机程序时实现实施例一的一种基于亮度直方图的自动曝光方法的各个步骤。

综上所述，本发明提供的一种基于亮度直方图的自动曝光方法及终端，将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个图像块的亮度直方图，从而根据亮度直方图的亮度信息，确认每一个图像块的类型，根据类型计算图像块的亮度和权重，进而计算待曝光图像的亮度；之后基于待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值，并对下一帧待曝光图像进行自动曝光。因此，可有效提高图像整体亮度估计的准确性，避免图像出现亮度过曝、暗区过暗现象，能够在一定程度上抑制强光、补偿背光。且本发明计算复杂度低，适用性较高，基于直方图信息的图像分层，可将图像块分为不同的层级，能够更好的对图像亮度信息进行统计，有效提高图像整体亮度估计的准确性，提高曝光调整的鲁棒性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于亮度直方图的自动曝光方法，其特征在于，包括步骤：

将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个所述图像块的亮度直方图；

根据每一个所述图像块的亮度直方图的亮度信息，确认每一个所述图像块的类型，根据每一个所述图像块的类型计算所述图像块的亮度和权重，并基于每一个所述图像块的亮度和权重计算所述待曝光图像的亮度；

基于所述待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值，并对下一帧待曝光图像进行自动曝光。

2.根据权利要求1所述的一种基于亮度直方图的自动曝光方法，其特征在于，所述将待曝光图像划分为多个图像块，建立每一个所述图像块的亮度直方图包括：

根据所述待曝光图像的大小将所述待曝光图像均匀划分为多个图像块；

所述待曝光图像为RAW格式，计算所述图像块中的像素点亮度值Y：

式中，R、Gr、Gb、B分别为所述图像块在RAW格式四个通道的像素值；

基于每一个所述图像块的像素点亮度值建立对应的亮度直方图。

3.根据权利要求1所述的一种基于亮度直方图的自动曝光方法，其特征在于，所述根据每一个所述图像块的亮度直方图的亮度信息，确认每一个所述图像块的类型包括：

判断所述图像块的亮度直方图中亮度值小于暗区阈值的第一概率是否大于概率阈值，若是，则所述图像块为过暗场景；

若否，则判断所述图像块的亮度直方图中亮度值大于亮区阈值的第二概率是否大于概率阈值，若是，则所述图像块为过亮场景；

若否，则根据每一个所述图像块的亮度直方图建立所述待曝光图像的亮度直方图，计算所述待曝光图像的亮度直方图中第一个大于数量阈值的灰度值到最后一个大于数量阈值的灰度值的距离，判断所述距离是否小于距离阈值，若是，则所述图像块为纯色场景，否则，所述图像块为普通场景。

4.根据权利要求3所述的一种基于亮度直方图的自动曝光方法，其特征在于，所述根据每一个所述图像块的类型计算所述图像块的亮度和权重包括：

若所述图像块的类型为过暗场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有小于暗区阈值的像素点亮度的平均值，并根据所述图像块的亮度和暗区阈值计算图像块的权重；

若所述图像块的类型为过亮场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有大于亮区阈值的像素点亮度的平均值，并根据所述图像块的亮度和亮区阈值计算图像块的权重；

若所述图像块的类型为纯色场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有像素点亮度的中位数，所述图像块的权重为1；

若所述图像块的类型为普通场景，则所述图像块的亮度为所述图像块中所有像素点亮度乘以对应权重之和，所述图像块的权重为30。

5.根据权利要求1所述的一种基于亮度直方图的自动曝光方法，其特征在于，所述基于每一个所述图像块的亮度和权重计算所述待曝光图像的亮度包括：

式中，weight(i,j)表示图像块的权重，Y_zone(i,j)表示图像块的亮度，i表示所述图像块在所述待曝光图像中的行数，j表示所述图像块在所述待曝光图像中的列数，a表示待曝光图像的划分行数，b表示待曝光图像的划分列数。

6.根据权利要求1所述的一种基于亮度直方图的自动曝光方法，其特征在于，基于所述待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值之前包括：

判断所述待曝光图像的亮度是否小于或者等于预设的目标亮度值，若是则不对所述待曝光图像进行自动曝光。

7.根据权利要求1所述的一种基于亮度直方图的自动曝光方法，其特征在于，基于所述待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值和初始曝光值，计算下一帧待曝光图像的曝光值包括：

根据初始曝光值、待曝光图像的亮度以及预设的目标亮度值确定下一帧图像的曝光值exposure_next：

式中，Y_total表示待曝光图像的亮度值，exposure_origin表示初始曝光值，Y_target表示预设的目标亮度值。

8.一种基于亮度直方图的自动曝光终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一所述的一种基于亮度直方图的自动曝光方法。

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