CN1547074A - 一种数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，属于数码摄像装置中对图像质量的自动曝光控制领域。本发明使得曝光时间和数字亮度增益协同工作，使得自动曝光调节更加平滑。本发明在现有技术的基础上还包括数字化亮度增益调节单元，所述光学传感器将图像数据A传送入数字化亮度增益调节单元，数字化亮度增益调节单元根据自动曝光控制程序单元发送的新的增益参数，对图像数据A的每个象素数据在亮度增益的可调范围内进行增益调节转变为图象数据B。所述数字化亮度增益调节单元将图像数据B传输到其它图象信号处理单元进一步优化整合，并最终转化为YUV格式的图象数据。

Description

一种数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置
技术领域
本发明涉及数码摄像装置中对图像质量的自动曝光控制领域，尤其涉及数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置。
背景技术
现有技术中的数码相机等数码静态图象、数码影流应用中，对图象质量的自动曝光控制都是基于光学传感器的感光曲线，曝光时间越长，图象亮度增益的幅度越低。参看图1，图1为在正常光照条件下，数码相机从光学传感器获得的图象亮度统计值(Y mean)，与对光学传感器设置的当前曝光时间(Exposure Time)的关系曲线图，图象亮度的增益幅度随着曝光时间的增大而减小。另外，通常在日光灯下，为了消除传感器感光产生的闪烁条纹，PAL制时必须让光学传感器的曝光时间为1/100秒的整数倍，NTSC制时必须让光学传感器的曝光时间为1/120秒的整数倍。因此，曝光时间的调整必须与闪烁周期成正比，曝光时间是离散的若干档位。但是现有技术中的自动曝光控制装置存在着以下问题：1、AE调节不平滑，光学传感器的感光曲线斜率较大；2、在低照度条件下需要不断增大曝光时间以获得微小的亮度增益，对图象可见度的改善不及时；3、造成数据帧率大幅度降低，破坏了数码影流连续性。
发明内容
为了克服现有技术中的问题和不足，本发明的目的在于提供了一种数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置。它使得曝光时间和数字亮度增益协同工作，使得自动曝光调节更加平滑。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，包括自动曝光控制程序单元、曝光时间控制单元、其他图像信号处理单元和中断控制单元。所述其他图像信号处理单元包括一个亮度统计模块，所述亮度统计模块扫描接收到的图像数据的每个象素的亮度分量，并计算每帧图象的亮度统计值，再通过中断控制单元反馈给自动曝光控制程序单元。所述自动曝光控制程序单元根据所得的亮度统计值和当前曝光时间计算出更新的曝光时间，所述自动曝光控制程序单元发送更新曝光时间指令给所述曝光时间控制单元。所述曝光时间控制单元将新的曝光时间参数配置作用于光学传感器，所述光学传感器在新的曝光时间条件下采集原始图象数据，并将其转化为数字CFA格式的图象数据A。其结构特点在于，还包括数字化亮度增益调节单元，所述光学传感器将图像数据A传送入数字化亮度增益调节单元，数字化亮度增益调节单元根据自动曝光控制程序单元发送的新的增益参数，对图像数据A的每个象素数据在亮度增益的可调范围内进行增益调节转变为图象数据B。所述数字化亮度增益调节单元将图像数据B传输到其它图象信号处理单元进一步优化整合，并最终转化为YUV格式的图象数据。
上述数字化亮度增益调节单元的数字化亮度增益的可调范围在随着曝光时间的增大而递减。数字化亮度增益的可调范围可以通过曝光时间和光学传感器的特征参数来配置。
上述数字化亮度增益调节单元的增益参数为N/M。增益参数N/M中的N和M可以分别进行调节。
上述数字化亮度增益调节单元还包括一个当自动曝光处于稳定状态时，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽电路模块。
本发明还可以包括同步控制单元，所述同步控制单元根据曝光时间控制单元发送的同步标志启动曝光帧数计数，将计数结果与自动曝光控制程序单元预置给同步控制单元的亮度增益生效延迟帧数相比较，如果达到延迟帧数，所述同步控制单元发送亮度生效的控制指令给所述数字化亮度增益调节单元。所述同步控制单元预先设置的亮度增益生效延迟帧数是可以调节的。
本发明的数字化亮度增益调节单元根据自动曝光控制程序单元发送的新的曝光时间档位，对图像数据A的每个象素数据在亮度增益的可调范围内进行增益调节转变为图象数据B。这样，在自动曝光调节的时候，在两个曝光时间档之间，数字化亮度增益调节单元调节了亮度增益，使得自动曝光的调节显得比较平滑。另外，在低照度条件下，本发明自动曝光控制程序单元根据当前曝光时间档位和当前图象亮度统计值，可以及时判定低照度工作状态，将曝光时间锁死在较高的档位并保证适当的数码影流(Digital video)的帧率(Frame rate)，同时调节数字化亮度增益参数N和M，比如增大N值或者减小M值，可以快速有效地改善图象可见度。数字化亮度增益参数N和M可以分别进行调节，这样保证了运算的精度，使得亮度增益的调节更加灵活、硬件的实现代价最小。
附图说明
图1现有技术中光学传感器的感光曲线图；
图2为本发明的结构原理图；
图3为本发明优选实施方式的结构原理图；
图4为本发明曝光时间与数字化亮度增益的协同工作曲线图；
图5为本发明的工作流程图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
具体实施方式
参看图2，一种数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，包括自动曝光控制程序单元1、曝光时间控制单元2、其他图像信号处理单元5和中断控制单元6。所述其他图像信号处理单元5包括一个亮度统计模块7，所述亮度统计模块7扫描接收到的图像数据的每个象素的亮度分量，并计算每帧图象的亮度统计值，再通过中断控制单元6反馈给自动曝光控制程序单元1。所述自动曝光控制程序单元1根据所得的亮度统计值和当前曝光时间计算出更新的曝光时间，所述自动曝光控制程序单元1发送更新曝光时间指令给所述曝光时间控制单元2。所述曝光时间控制单元2将新的曝光时间参数配置作用于光学传感器3，所述光学传感器3在新的曝光时间条件下采集原始图象数据，并将其转化为数字CFA格式的图象数据A。本发明还包括数字化亮度增益调节单元4，所述光学传感器1将图像数据A传送入数字化亮度增益调节单元4，数字化亮度增益调节单元4根据自动曝光控制程序单元1发送的新的增益参数，对图像数据A的每个象素数据在亮度增益的可调范围内进行增益调节转变为图象数据B，所述数字化亮度增益调节单元4将图像数据B传输到其它图象信号处理单元5进一步优化整合，并最终转化为YUV格式的图象数据。所述数字化亮度增益调节单元4的数字化亮度增益的可调范围在随着曝光时间的增大而递减。数字化亮度增益的可调范围可以通过曝光时间和光学传感器的特征参数来配置。
参看图3，本发明的优选实施方式是在本发明的基础上还包括同步控制单元9，所述同步控制单元9根据曝光时间控制单元2发送的同步标志启动曝光帧数计数，将计数结果与自动曝光控制程序单元1预置给同步控制单元9的亮度增益生效延迟帧数相比较，如果达到延迟帧数，所述同步控制单元9发送亮度生效的控制指令给所述数字化亮度增益调节单元4。上述同步控制单元9预先设置的亮度增益生效延迟帧数是可以调节的。上述数字化亮度增益调节单元4还包括一个当自动曝光处于稳定状态时，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽电路模块8。
参看图4，仔细分析数字化亮度增益调节单元4在曝光时间改变时，对亮度增益进行调解的过程。下面以图象亮度统计值始终不满足自动曝光稳态条件，且低于期望值为例。自动曝光稳态条件指：当前图象亮度统计值处于稳态区域内。稳态区域取决于当前曝光时间档位和光学传感器特征参数，可以灵活计算。对于图4中的曲线图进行分析，0-1：从当前曝光时间下的数字化亮度增益最低值开始，上调至当前曝光时间下的数字化亮度增益最高值；1-2：曝光时间上调一档，同时将数字化亮度增益复位至从当前曝光时间下的最低值；2-3：等同于步骤0-1；3-4：等同于步骤1-2；4-5：等同于步骤0-1；5-6：等同于步骤1-2。由上面的分析可以看出，所述数字化亮度增益调节单元4在当前曝光时间下，会将亮度增益由最低值开始，上调至当前曝光时间档下的亮度增益最高值；如果这时曝光时间上调，同时数字化亮度增益调节单元4将数字化亮度增益复位至当前的曝光时间档下的亮度增益最低值，然后再上调至当前曝光时间档下的亮度增益最高值。
数字化亮度增益的可调范围在不同曝光时间档位是不同的，正常照明条件下，随曝光时间的增大而递减的，可以灵活配置。
上述数字化亮度增益调节单元4的增益参数为N/M。增益参数N/M中的N和M可以分别进行调节。曝光时间的修正，影响光学传感器输出的原始CFA格式的图象数据A的亮度，数字化亮度增益调节作用于每一个原始像素(Pixel)数据上，增益参数N/M大于1则增加图象亮度，小于1则减少图象亮度，等于1则保持图象亮度。图象数据B体现了曝光时间控制与数字化亮度增益的调节的合成作用。因此在低照度条件下，曝光时间档位的调节已不能及时有效地增大图象亮度，甚至数字化亮度增益的最大可调范围(正常照明条件下的)的幅度也不能满足低帧率条件下尽快恢复图象可见度的需要。而通过本发明，可以及时判定低照度工作状态(基于当前曝光时间档位和当前图象亮度统计值的关系)，将曝光时间锁死在较高的档位并保证适当的数码影流(Digital video)的帧率(Frame rate)，同时调节数字化亮度增益参数N和M，比如增大N值或者减小M值，快速有效地改善图象可见度。同理，在高照度条件下，也可以通过本发明的来实现自动曝光，这里不再赘述。数字化亮度增益参数N和M在硬件电路中的分离设置，是保证运算精度，硬件实现代价最小化，控制灵活性最大化等因素协同作用的关键。
参看图5，本发明的工作流程如下：1)自动曝光控制程序单元根据接收到的亮度统计值和当前曝光时间判断是否需要进行自动曝光调节；2)如果不需要进行自动曝光调节，曝光调节结束，如果需要进行自动曝光调节，计算出新的曝光时间和新的增益参数；3)如果曝光时间增大，数字化亮度增益调节单元将数字化亮度增益复位至新的曝光时间下的最低值，如果曝光时间减小，数字化亮度增益调节单元将数字化亮度增益复位至新的曝光时间下的最高值，如果曝光时间不变，则将新的数字化亮度增益参数作用于数字化亮度增益调节单元；4)将数字化亮度增益调节后的图像数据B的亮度统计值发送给自动曝光控制程序单元，并返回步骤1)。

Claims (8)

1、一种数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，包括自动曝光控制程序单元(1)、曝光时间控制单元(2)、其他图像信号处理单元(5)和中断控制单元(6)，所述其他图像信号处理单元(5)包括一个亮度统计模块(7)，所述亮度统计模块(7)扫描接收到的图像数据的每个象素的亮度分量，并计算每帧图象的亮度统计值，再通过中断控制单元(6)反馈给自动曝光控制程序单元(1)，所述自动曝光控制程序单元(1)根据所得的亮度统计值和当前曝光时间计算出更新的曝光时间，所述自动曝光控制程序单元(1)发送更新曝光时间指令给所述曝光时间控制单元(2)，所述曝光时间控制单元(2)将新的曝光时间参数配置作用于光学传感器(3)，所述光学传感器(3)在新的曝光时间条件下采集原始图象数据，并将其转化为数字CFA格式的图象数据A，其特征在于，还包括数字化亮度增益调节单元(4)，所述光学传感器(1)将图像数据A传送入数字化亮度增益调节单元(4)，数字化亮度增益调节单元(4)根据自动曝光控制程序单元(1)发送的新的增益参数，对图像数据A的每个象素数据在亮度增益的可调范围内进行增益调节转变为图象数据B，所述数字化亮度增益调节单元(4)将图像数据B传输到其它图象信号处理单元(5)进一步优化整合，并最终转化为YUV格式的图象数据。
2、按照权利要求1所述的数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，其特征在于，所述数字化亮度增益调节单元(4)的数字化亮度增益的可调范围在随着曝光时间的增大而递减。
3、按照权利要求2所述的数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，其特征在于，所述数字化亮度增益调节单元(4)的数字化亮度增益的可调范围可以通过曝光时间和光学传感器的特征参数来配置。
4、按照权利要求1所述的数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，其特征在于，所述数字化亮度增益调节单元(4)的增益参数为N/M。
5、按照权利要求4所述的数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，其特征在于，所述增益参数N/M中的N和M可以分别进行调节。
6、按照权利要求1所述的数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，其特征在于，所述数字化亮度增益调节单元(4)还包括一个当自动曝光处于稳定状态时，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽电路模块(8)。
7、按照权利要求1所述的数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，其特征在于，还包括同步控制单元(9)，所述同步控制单元(9)根据曝光时间控制单元(2)发送的同步标志启动曝光帧数计数，将计数结果与自动曝光控制程序单元(1)预置给同步控制单元(9)的亮度增益生效延迟帧数相比较，如果达到延迟帧数，所述同步控制单元(9)发送亮度生效的控制指令给所述数字化亮度增益调节单元(4)。
8、按照权利要求7所述的数字亮度增益与曝光时间协同工作的自动曝光装置，其特征在于，所述同步控制单元(9)预先设置的亮度增益生效延迟帧数是可以调节的。
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