CN116193266A - 一种摄像头曝光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供摄像头曝光控制方法，方法包括：步骤1、读取摄像头输出的当前图像帧，并计算其亮度均值；步骤2、判断所述亮度均值与目标亮度的关系；步骤3、根据判断结果确定摄像头的目标增益或/和目标曝光时间；步骤4、将所述目标曝光时间或/和目标增益设置生效，拍摄下一帧图像。本发明实现了快速确定曝光时间，加快了曝光调节进程，提高了成像速度。

Description

一种摄像头曝光控制方法

技术领域

本发明涉及摄像头技术领域，尤其涉及一种摄像头曝光控制方法。

背景技术

目前摄像头在车载图像获取设备上的应用越来越广泛了，以用来增强行车的安全性，例如流媒体后视镜、行车记录仪、全景系统等。这些车载设备获取图像的原理相同，都是通过摄像头拍摄车身周围的路况图像。由于车辆行驶环境改变频繁，道路上的光线变化范围也较复杂，因此，车载摄像头的曝光性能是决定成像质量的重要参数，过曝或者欠曝都会导致成像质量欠佳。

在现有技术中，摄像头在每次调节曝光时间之前都要先逐步进行增益调整，只有当增益调节到极限值仍无法使图像达到目标亮度后，才会计算新的曝光时间，即：曝光时间1→增益1(不满足目标亮度)→增益2(不满足目标亮度)…最大增益值(不满足目标亮度)→曝光时间2→增益1(不满足目标亮度)…→曝光时间n(满足目标亮度)。这就导致曝光时间的确定过程较长。另外，目前大多数摄像头没有在设置曝光参数时检测图像是否存在闪烁，导致拍摄的图像出现滚动式波纹现象，对成像质量也产生了不良影响。

发明内容

本发明提供一种摄像头曝光控制方法，旨在解决现有技术中的缺陷，实现快速确定曝光时间，加快曝光调节进程，提高成像速度。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种摄像头曝光控制方法，包括：

步骤1、读取摄像头输出的当前图像帧，并计算其亮度均值；

步骤2、判断所述亮度均值与目标亮度的关系；

步骤3、根据判断结果确定摄像头的目标增益或/和目标曝光时间；

步骤4、将所述目标曝光时间或/和目标增益设置生效，拍摄下一帧图像。

具体地，所述步骤2包括：

步骤201、获取第一判断阈值、第二判断阈值、第三判断阈值、第四判断阈值，所述第一判断阈值用于判断白天环境下图像是否过曝，所述第二判断阈值用于判断白天环境下图像是否欠曝，所述第三判断阈值用于判断夜晚环境下图像是否过曝，所述第二判断阈值用于判断夜晚环境下图像是否欠曝；

步骤202、获得所述当前图像帧的直方图，将所述直方图以中灰度127为界分为左右两部分，并根据第一预设关系式计算第一参数；

步骤203、判断所述直方图中灰度值小于100的像素点数量占比是否超过预设阈值，是则判断当前环境类型为夜晚，否则判断当前环境类型为白天；

步骤204、根据所述当前环境类型读取对应的判断阈值，并根据所述第一参数及对应的判断阈值确定所述亮度均值与目标亮度的关系；

所述第一预设关系式为：

其中，G表示第一参数，g_i表示所述直方图中各级灰度值的像素点数量。

具体地，所述步骤204包括：

1)若所述当前环境类型为白天，且所述第一参数大于所述第一判断阈值，则判断为所述亮度均值高于目标亮度；

2)若所述当前环境类型为白天，且所述第一参数小于所述第二判断阈值，则判断为所述亮度均值低于目标亮度；

3)若所述当前环境类型为夜晚，且所述第一参数大于所述第三判断阈值，则判断为所述亮度均值高于目标亮度；

4)若所述当前环境类型为夜晚，且所述第一参数小于所述第四判断阈值，则判断为所述亮度均值低于目标亮度。

具体地，所述步骤3包括：

若所述亮度均值高于目标亮度，则执行步骤A1～A3；若所述亮度均值低于目标亮度，则执行步骤B1～B3：

步骤A1、判断当前增益是否已达到最大增益值，是则进入步骤A3，否则进入下一步；

步骤A2、计算当增益设置为所述最大增益值时图像亮度是否等于或大于所述目标亮度，是则计算目标增益，否则进入下一步；

步骤A3、计算目标曝光时间，并将目标增益设定为最小增益值；

步骤B1、判断当前增益是否已达到最小增益值，是则进入步骤B3，否则进入下一步；

步骤B2、计算当增益设置为所述最小增益值时图像亮度是否低于所述目标亮度，是则计算目标增益，否则进入下一步；

步骤B3、计算目标曝光时间，并将目标增益设定为最大增益值。

具体地，所述计算目标曝光时间包括：

步骤a、将所述当前图像帧在垂直像素方向上均分为3等份，分别将上部1/3区域、下部1/3区域记为第一区域、第二区域，并将中间2/3区域从左到右再次均分为3个区域，依次记为第三区域、第四区域、第五区域，并设置所述第一至第五区域的权重值；

步骤b、计算所述第一至第五区域各区域的平均亮度；

步骤c、根据所述各区域的平均亮度及第二预设关系式确定下一帧图像的亮度值；

步骤d、根据所述下一帧图像的亮度值及第三预设关系式确定下一帧图像的目标曝光时间。

具体地，所述第二预设关系式为：

所述第三预设关系式为：

其中，B_n+1表示下一帧图像的亮度值，W_i表示第一至第五区域的权重值，B_ni表示第一至第五区域各区域的平均亮度，t_n+1表示目标曝光时间，t_n表示当前曝光时间，B_n表示当前图像亮度均值。

进一步地，在所述步骤A3或步骤B3之后还包括：

步骤C1、检测所述当前图像帧中是否存在闪烁，是则进入下一步，否则保持所述目标曝光时间；

步骤C2、判断是否存在满足预设条件的修正曝光时间，是则将所述目标曝光时间调整为修正曝光时间，否则保持所述目标曝光时间。

具体地，所述检测所述当前图像帧中是否存在闪烁包括：

步骤C1-1、读取连续的相邻两帧图像，并计算所述相邻两帧图像中任意相同行的所有像素的亮度之和，分别记为第一亮度函数、第二亮度函数；

步骤C1-2、计算第三亮度函数，所述第三亮度函数为所述第一亮度函数、第二亮度函数之差；

步骤C1-3、判断所述第三亮度函数是否为周期函数，是则进入下一步，否则判断所述当前图像帧中不存在闪烁；

步骤C1-4、计算所述第三亮度函数的周期对应的曝光行数，并根据第四预设关系式计算闪烁频率；

步骤C1-5、根据第五预设关系式计算第二参数，若所述第二参数在预设范围内，则判断所述当前图像帧中不存在闪烁，否则所述当前图像帧中存在闪烁。

具体地，所述第四预设关系式为：

所述第五预设关系式为：q＝1/f-t_n/k，

其中，H表示摄像头传感器的水平分辨率，P表示像素时钟，

表示向上取整运算，q表示第二参数，k为正整数，t_n为当前曝光时间。

具体地，所述预设条件为：|t'_n+1-m/2f|≤δ且|t'_n+1-t_n+1|≤Δt，其中，t'_n+1表示修正曝光时间，t_n+1表示目标曝光时间，m为正整数，f为闪烁频率，δ、Δt为常数。

本发明的有益效果在于：本发明在当前曝光时间下，先计算极限增益能够达到的极限亮度，如果目标亮度仍超出该极限亮度，则直接计算目标曝光时间，从而省略了不必要的增益调节过程，即无需在调节曝光时间的过程中多次调节增益，实现了快速确定曝光时间，加快了曝光调节进程，提高了成像速度，并且能在出现闪烁现象时自动进行消除，提高了成像质量。

附图说明

图1是本发明的摄像头曝光控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

在本发明的说明书、权利要求书或附图中描述的流程中，包含各个步骤的序号(如步骤10、20等)，所述序号仅用于区分开各个步骤，所述序号本身不代表任何的执行顺序。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，仅用于区分描述对象等，不代表先后顺序，也不表示“第一”、“第二”等是不同的类型。

如图1所示，本发明的实施例提供一种摄像头曝光控制方法，包括：

步骤1、读取摄像头输出的当前图像帧，并计算其亮度均值B_n。

步骤2、判断所述亮度均值B_n与目标亮度B₀的关系。

在本实施例中，所述步骤2包括：

步骤201、获取第一判断阈值G_B1、第二判断阈值G_B2、第三判断阈值G_W1、第四判断阈值G_W2，所述第一判断阈值G_B1用于判断白天环境下图像是否过曝，所述第二判断阈值G_B2用于判断白天环境下图像是否欠曝，所述第三判断阈值G_W1用于判断夜晚环境下图像是否过曝，所述第二判断阈值G_W2用于判断夜晚环境下图像是否欠曝。

步骤202、获得所述当前图像帧的直方图，将所述直方图以中灰度127为界分为左右两部分，并根据第一预设关系式计算第一参数G。

在本实施例中，所述第一预设关系式为：

其中，G表示第一参数，g_i表示所述直方图中各级灰度值的像素点数量。

步骤203、判断所述直方图中灰度值小于100的像素点数量占比是否超过预设阈值(例如75％)，是则判断当前环境类型为夜晚，否则判断当前环境类型为白天。

步骤204、根据所述当前环境类型读取对应的判断阈值，并根据所述第一参数G及对应的判断阈值确定所述亮度均值B_n与目标亮度B₀的关系。

在本实施例中，所述步骤204包括：

1)若所述当前环境类型为白天，且所述第一参数G大于所述第一判断阈值G_B1，则判断为所述亮度均值B_n高于目标亮度B₀；

2)若所述当前环境类型为白天，且所述第一参数G小于所述第二判断阈值G_B2，则判断为所述亮度均值B_n低于目标亮度B₀；

3)若所述当前环境类型为夜晚，且所述第一参数G大于所述第三判断阈值G_W1，则判断为所述亮度均值B_n高于目标亮度B₀；

4)若所述当前环境类型为夜晚，且所述第一参数G小于所述第四判断阈值G_W2，则判断为所述亮度均值B_n低于目标亮度B₀。

步骤3、根据判断结果确定摄像头的目标增益或/和目标曝光时间。

在本实施例中，所述步骤3包括：

若所述亮度均值B_n高于目标亮度B₀，则执行步骤A1～A3；若所述亮度均值B_n低于目标亮度B₀，则执行步骤B1～B3：

步骤A1、判断当前增益G_n是否已达到最大增益值G_max，是则进入步骤A3，否则进入下一步。

步骤A2、计算当增益设置为所述最大增益值G_max时图像亮度是否等于或大于所述目标亮度B₀，是则计算目标增益G_n+1，否则进入下一步。

步骤A3、计算目标曝光时间t_n+1，并将目标增益G_n+1设定为最小增益值G_min。

步骤B1、判断当前增益G_n是否已达到最小增益值G_min，是则进入步骤B3，否则进入下一步。

步骤B2、计算当增益设置为所述最小增益值G_min时图像亮度是否低于所述目标亮度B₀，是则计算目标增益G_n+1，否则进入下一步。

步骤B3、计算目标曝光时间t_n+1，并将目标增益G_n+1设定为最大增益值G_max。

在本实施例中，所述计算目标曝光时间t_n+1包括：

步骤a、将所述当前图像帧在垂直像素方向上均分为3等份，分别将上部1/3区域、下部1/3区域记为第一区域Z1、第二区域Z2，并将中间2/3区域从左到右再次均分为3个区域，依次记为第三区域Z3、第四区域Z4、第五区域Z5，并设置所述第一至第五区域的权重值W_i。

在具体实施时，所述权重值W_i根据实际的曝光效果进行标定获得。

步骤b、计算所述第一至第五区域Z1～Z5各区域的平均亮度B_ni。

步骤c、根据所述各区域的平均亮度及第二预设关系式确定下一帧图像的亮度值B_n+1。

在本实施例中，所述第二预设关系式为：

其中，B_n+1表示下一帧图像的亮度值，W_i表示第一至第五区域的权重值，B_ni表示第一至第五区域各区域的平均亮度。

步骤d、根据所述下一帧图像的亮度值B_n+1及第三预设关系式确定下一帧图像的目标曝光时间t_n+1。

在本实施例中，所述第三预设关系式为：

其中，t_n+1表示目标曝光时间，t_n表示当前曝光时间，B_n表示当前图像亮度均值。

在本发明的另一个实施例中，在所述步骤A3或步骤B3之后还包括：

步骤C1、检测所述当前图像帧中是否存在闪烁，是则进入下一步，否则保持所述目标曝光时间t_n+1。

在本实施例中，所述检测所述当前图像帧中是否存在闪烁包括：

步骤C1-1、读取连续的相邻两帧图像F_n(x,y)和F_n+1(x,y)，并计算所述相邻两帧图像中任意相同行的所有像素的亮度之和，分别记为第一亮度函数Y_n(j)、第二亮度函数Y_n+1(j)，j表示行号。

容易理解，所述第一亮度函数Y_n(j)、第二亮度函数Y_n+1(j)是关于曝光时间、环境光源亮度变化的函数。

步骤C1-2、计算第三亮度函数D_n(j)，所述第三亮度函数为所述第一亮度函数Y_n(j)、第二亮度函数Y_n+1(j)之差。

步骤C1-3、判断所述第三亮度函数D_n(j)是否为周期函数，是则进入下一步，否则判断所述当前图像帧中不存在闪烁。

步骤C1-4、计算所述第三亮度函数D_n(j)的周期对应的曝光行数h，并根据第四预设关系式计算闪烁频率f。

在本实施例中，所述第四预设关系式为：

其中，H表示摄像头传感器的水平分辨率，P表示像素时钟，

表示向上取整运算。

步骤C1-5、根据第五预设关系式计算第二参数q，若所述第二参数q在预设范围内，则判断所述当前图像帧中不存在闪烁，否则所述当前图像帧中存在闪烁。

在本实施例中，所述第五预设关系式为：

q＝1/f-t_n/k，其中q表示第二参数，k为正整数，t_n为当前曝光时间。

步骤C2、判断是否存在满足预设条件的修正曝光时间t'_n+1，是则将所述目标曝光时间调整为修正曝光时间t'_n+1，否则保持所述目标曝光时间t_n+1。

在本实施例中，所述预设条件为：|t'_n+1-m/2f|≤δ且|t'_n+1-t_n+1|≤Δt，其中m为正整数，f为闪烁频率，δ、Δt为常数，可通过试验效果标定获得。

通过本步骤可以消除摄像头由于环境光闪烁而导致图像出现条纹现象。

步骤4、将所述目标曝光时间t_n+1或/和目标增益G_n+1设置生效，拍摄下一帧图像。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种摄像头曝光控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、读取摄像头输出的当前图像帧，并计算其亮度均值；

步骤2、判断所述亮度均值与目标亮度的关系；

步骤3、根据判断结果确定摄像头的目标增益或/和目标曝光时间；

步骤4、将所述目标曝光时间或/和目标增益设置生效，拍摄下一帧图像。

2.根据权利要求1所述的摄像头曝光控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤201、获取第一判断阈值、第二判断阈值、第三判断阈值、第四判断阈值，所述第一判断阈值用于判断白天环境下图像是否过曝，所述第二判断阈值用于判断白天环境下图像是否欠曝，所述第三判断阈值用于判断夜晚环境下图像是否过曝，所述第二判断阈值用于判断夜晚环境下图像是否欠曝；

步骤202、获得所述当前图像帧的直方图，将所述直方图以中灰度127为界分为左右两部分，并根据第一预设关系式计算第一参数；

步骤203、判断所述直方图中灰度值小于100的像素点数量占比是否超过预设阈值，是则判断当前环境类型为夜晚，否则判断当前环境类型为白天；

步骤204、根据所述当前环境类型读取对应的判断阈值，并根据所述第一参数及对应的判断阈值确定所述亮度均值与目标亮度的关系；

所述第一预设关系式为：

其中，G表示第一参数，g_i表示所述直方图中各级灰度值的像素点数量。

3.根据权利要求2所述的摄像头曝光控制方法，其特征在于，所述步骤204包括：

1)若所述当前环境类型为白天，且所述第一参数大于所述第一判断阈值，则判断为所述亮度均值高于目标亮度；

2)若所述当前环境类型为白天，且所述第一参数小于所述第二判断阈值，则判断为所述亮度均值低于目标亮度；

3)若所述当前环境类型为夜晚，且所述第一参数大于所述第三判断阈值，则判断为所述亮度均值高于目标亮度；

4)若所述当前环境类型为夜晚，且所述第一参数小于所述第四判断阈值，则判断为所述亮度均值低于目标亮度。

4.根据权利要求3所述的摄像头曝光控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：

若所述亮度均值高于目标亮度，则执行步骤A1～A3；若所述亮度均值低于目标亮度，则执行步骤B1～B3：

步骤A1、判断当前增益是否已达到最大增益值，是则进入步骤A3，否则进入下一步；

步骤A2、计算当增益设置为所述最大增益值时图像亮度是否等于或大于所述目标亮度，是则计算目标增益，否则进入下一步；

步骤A3、计算目标曝光时间，并将目标增益设定为最小增益值；

步骤B1、判断当前增益是否已达到最小增益值，是则进入步骤B3，否则进入下一步；

步骤B2、计算当增益设置为所述最小增益值时图像亮度是否低于所述目标亮度，是则计算目标增益，否则进入下一步；

步骤B3、计算目标曝光时间，并将目标增益设定为最大增益值。

5.根据权利要求4所述的摄像头曝光控制方法，其特征在于，所述计算目标曝光时间包括：

步骤a、将所述当前图像帧在垂直像素方向上均分为3等份，分别将上部1/3区域、下部1/3区域记为第一区域、第二区域，并将中间2/3区域从左到右再次均分为3个区域，依次记为第三区域、第四区域、第五区域，并设置所述第一至第五区域的权重值；

步骤b、计算所述第一至第五区域各区域的平均亮度；

步骤c、根据所述各区域的平均亮度及第二预设关系式确定下一帧图像的亮度值；

步骤d、根据所述下一帧图像的亮度值及第三预设关系式确定下一帧图像的目标曝光时间。

6.根据权利要求5所述的摄像头曝光控制方法，其特征在于，所述第二预设关系式为：

所述第三预设关系式为：

其中，B_n+1表示下一帧图像的亮度值，W_i表示第一至第五区域的权重值，B_ni表示第一至第五区域各区域的平均亮度，t_n+1表示目标曝光时间，t_n表示当前曝光时间，B_n表示当前图像亮度均值。

7.根据权利要求6所述的摄像头曝光控制方法，其特征在于，在所述步骤A3或步骤B3之后还包括：

步骤C1、检测所述当前图像帧中是否存在闪烁，是则进入下一步，否则保持所述目标曝光时间；

步骤C2、判断是否存在满足预设条件的修正曝光时间，是则将所述目标曝光时间调整为修正曝光时间，否则保持所述目标曝光时间。

8.根据权利要求7所述的摄像头曝光控制方法，其特征在于，所述检测所述当前图像帧中是否存在闪烁包括：

步骤C1-1、读取连续的相邻两帧图像，并计算所述相邻两帧图像中任意相同行的所有像素的亮度之和，分别记为第一亮度函数、第二亮度函数；

步骤C1-2、计算第三亮度函数，所述第三亮度函数为所述第一亮度函数、第二亮度函数之差；

步骤C1-3、判断所述第三亮度函数是否为周期函数，是则进入下一步，否则判断所述当前图像帧中不存在闪烁；

步骤C1-4、计算所述第三亮度函数的周期对应的曝光行数，并根据第四预设关系式计算闪烁频率；

步骤C1-5、根据第五预设关系式计算第二参数，若所述第二参数在预设范围内，则判断所述当前图像帧中不存在闪烁，否则所述当前图像帧中存在闪烁。

9.根据权利要求8所述的摄像头曝光控制方法，其特征在于，所述第四预设关系式为：

所述第五预设关系式为：q＝1/f-t_n/k，

其中，H表示摄像头传感器的水平分辨率，P表示像素时钟，

表示向上取整运算，q表示第二参数，k为正整数，t_n为当前曝光时间。

10.根据权利要求9所述的摄像头曝光控制方法，其特征在于，所述预设条件为：|t'_n+1-m/2f|≤δ且|t'_n+1-t_n+1|≤Δt，其中，t'_n+1表示修正曝光时间，t_n+1表示目标曝光时间，m为正整数，f为闪烁频率，δ、Δt为常数。

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