CN1953515A - 一种自动调整图像亮度的方法和自动成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调整图像亮度的方法，包括：对成像器生成的当前帧图像进行图像亮度统计，并根据统计结果进行自动曝光计算，输出曝光参数和电子增益参数对取景器输出的下一幅图像进行调节；还包括：统计成像器生成的当前帧图像中指定区域图像的亮度值，并与设定的亮度阈值比较；当所述指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，增大所述指定区域图像的亮度值。本发明还公开了一种具备相应功能的自动成像设备。采用本发明能实现对图像的局部区域进行亮度调整，从而提高图像的对比度，从整体上提高图像质量。

Description

一种自动调整图像亮度的方法和自动成像设备

技术领域

本发明涉及图像处理，尤其涉及自动摄影/摄像过程中一种自动调整图像亮度的方法和一种自动成像设备。

背景技术

现有技术中，有各种自动控制摄影/摄像的摄录设备，能根据被摄景物的明暗程度自动调节摄录设备的快门和光圈，使最终获得的图像满足一定的亮度或清晰度要求。

以数码摄像机为例，其图像亮度自动控制方框图如图1所示，包括：

取景器、曝光模块、电子增益模块、成像器、图像亮度统计模块和自动曝光计算模块；其中：

取景器：用于选取被摄对象；

曝光模块：根据自动曝光计算模块输出的曝光参数，调节快门和光圈，对被摄对象进行曝光处理；

电子增益模块：对曝光模块曝光处理后的图像数据根据自动曝光计算模块输出的电子增益调节参数进行放大处理，输出给成像器；

成像器：用于生成完整的一帧图像并输出；

图像亮度统计模块：对成像器生成的图像进行亮度值统计，并输出统计结果给自动曝光计算模块；

自动曝光计算模块：将图像亮度统计模块统计出的图像亮度值与设置的亮度期望值(亮度期望值一般是最高亮度值的一半，例如采用8个比特位表示图像亮度值时，亮度期望值一般是128)比较，经过自动曝光计算(具体的计算方法可采取现有技术中的各种图像校正算法)，得到对曝光和电子增益调节的参数，输出给曝光模块和电子增益模块，用于控制取景器输出的下一幅图像的曝光和增益处理。

上述对图像的自动调节过程能满足对一帧图像整体亮度的要求。然而，对于图像来说，对比度也是非常重要的一个参数，人眼的视觉对对比度是非常关心的，对比度高的图像有层次感，看上去会觉得更清晰；而对比度又与图像的平均亮度有关，大约是一个对数关系，也就是说相同细节的图像在不同环境里，由于人眼的视觉特性，使得在整体上所造成的视觉差异是很大的。在逆光环境下，被拍摄对象对整体图像亮度的贡献值小，导致在成像结果里，被拍摄对象的亮度数值比较小，在整体图像里偏暗，影响了拍摄的效果；如果采用上述现有技术中的控制方式，加大曝光时间或提高电子增益，虽然会提高被拍摄对象的质量(增大其亮度值)，但也会同时提高周围其他景物的亮度，造成其周围其他景物曝光过度的缺点，影响整幅图像的拍摄质量。也就是说，现有技术中不能实现对一帧图像中的局部区域(我们所重点关注的被摄对象)进行亮度调整，通过改变不同图像区域的对比度来整体上改善图像画面质量。

发明内容

本发明提供一种自动调整图像亮度的方法和自动成像设备，用以解决现有技术中不能对一帧图像中的局部区域单独调整亮度值的问题。

本发明方法包括：对成像器生成的当前帧图像进行图像亮度统计，并根据统计结果进行自动曝光计算，输出曝光参数和电子增益参数对取景器输出的下一幅图像进行调节；还包括：

统计成像器生成的当前帧图像中指定区域图像的亮度值，并与设定的亮度阈值比较；当所述指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，增大所述指定区域图像的亮度值。

根据本发明的上述方法，预先设置图像中若干个边缘像素点对应的坐标值，用所述边缘像素点组成的封闭区域作为所述指定区域。

所述指定区域为位于所述图像中央的一矩形区域。

所述统计成像器生成的当前帧图像中指定区域图像的亮度值，具体包括：

统计所述指定区域所包含的全部像素点的亮度算术平均值或加权平均值。

所述增大指定区域图像的亮度值，包括：

增大当前帧图像指定区域中各像素点的亮度值；或者增大下一帧图像指定区域中各像素点的亮度值。

各像素点的亮度值具体增大倍数等于所述亮度阈值除以所述指定区域的亮度算术平均值或加权平均值。

所述亮度阈值取值为图像最高亮度值的二分之一。

本发明提供一种自动成像设备，包括：取景器、曝光模块、电子增益模块、成像器、图像亮度统计模块和自动曝光计算模块，还包括：区域亮度统计模块和图像变换模块；

所述区域亮度统计模块，用于统计成像器生成的当前帧图像中指定区域图像的亮度值，并与设定的亮度阈值比较；当所述指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，发送指示信号给所述图像变换模块；

所述图像变换模块接收到所述区域亮度统计模块发送的指示信息后，增大成像器生成的图像中所述指定区域图像的亮度值。

所述区域亮度统计模块包括：

设置子模块，用于接受并保存用户设置的图像指定区域及亮度阈值；

统计子模块，用于获取成像器生成的当前帧图像，并根据所述设置子模块中保存的图像指定区域统计出指定区域图像的亮度值，输出给比较子模块；

比较子模块，用于比较统计子模块输出的指定区域图像的亮度值和设置子模块中保存的亮度阈值的大小，当指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，发送指示信号给所述图像变换模块，所述指示信号中携带所述图像指定区域信息和亮度放大倍数信息。

所述图像变换模块包括：

指示信号接收解析子模块，接收所述比较子模块输出的指示信号，解析出信号中携带的图像指定区域信息和亮度放大倍数信息，发送给亮度放大执行子模块；

亮度放大执行子模块，获取成像器生成的当前帧或下一帧图像，并根据所述指示信号接收解析子模块发送的图像指定区域信息和亮度放大倍数信息，按所述放大倍数放大所述指定区域中各像素点的亮度值，输出放大处理后的图像。

本发明有益效果如下：

(1)本发明除了采用现有技术中的方法对图像进行曝光控制和电子增益调节外，还统计成像器生成的当前帧图像中指定区域图像的亮度值，并与设定的亮度阈值比较；当指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，增大指定区域图像的亮度值，从而实现对一帧图像中的局部区域单独提高亮度值，以提高该指定区域图像的质量。

(2)采用本发明，用户可以根据实际需要指定需要提高亮度值的图像区域(一般情况下，图像的中央区域为关注的重点，可以设定图像的中央区域为指定区域)，控制灵活。

(3)采用本发明，由于仅提高指定区域图像的亮度值，其它区域的亮度值不改变，从面使得整幅图像的对比度得到了整体放大，图像的层次感得到了提高，从而提升了图像的整体视觉效果。

附图说明

图1为现有技术中图像亮度自动控制方框图；

图2为本发明提供的自动成像设备结构示意图；

图3为本发明提供的自动成像设备中区域亮度统计模块结构示意图；

图4为本发明提供的自动成像设备中图像变换模块结构示意图；

图5A、图5B为本发明自动调整图像亮度值的步骤流程图。

具体实施方式

本发明提供的自动调整图像亮度的方法，分为两部分处理，其中一部分采用现有技术的处理方式，包括：

对成像器生成的当前帧图像进行图像亮度统计，并根据统计结果进行自动曝光计算，输出曝光参数和电子增益参数对取景器输出的下一幅图像进行调节；

另一部分为本发明新增的处理部分，包括：

统计成像器生成的当前帧图像中指定区域图像的亮度值，并与设定的亮度阈值比较；当指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，增大指定区域图像的亮度值。

为此，本发明提供的一种具备相应功能的自动成像设备，其结构示意图如图2所示，包括：

取景器1、曝光模块2、电子增益模块3、成像器4、图像亮度统计模块5和自动曝光计算模块6，还包括：区域亮度统计模块7和图像变换模块8。其中，取景器1、曝光模块2、电子增益模块3、成像器4、图像亮度统计模块5和自动曝光计算模块6和现有技术中相应的功能实体和模块功能均可相同，不重述。

下面重点对本发明新增的区域亮度统计模块7和图像变换模块8进行详细说明。

参见图3，为本发明提供的自动成像设备中区域亮度统计模块7的结构示意图，包括：设置子模块71、统计子模块72和比较子模块73。其中：

设置子模块71，用于接受并保存用户设置的图像指定区域及亮度阈值；

统计子模块72，用于获取成像器生成的当前帧图像，并根据设置子模块71中保存的图像指定区域统计出指定区域图像的亮度值，输出给比较子模块73；

比较子模块73，用于比较统计子模块72输出的指定区域图像的亮度值和设置子模块71中保存的亮度阈值的大小，当指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，发送指示信号给图像变换模块8，在指示信号中携带图像指定区域信息和亮度放大倍数信息。

参见图4，为本发明提供的自动成像设备中图像变换模块8的结构示意图，包括：指示信号接收解析子模块81和亮度放大执行子模块82。其中：

指示信号接收解析子模块81，接收比较子模块73输出的指示信号，解析出图像指定区域信息和亮度放大倍数信息，发送给亮度放大执行子模块82；

亮度放大执行子模块82，获取成像器4生成的当前帧或下一帧图像的图像数据，并根据指示信号接收解析子模块81发送的图像指定区域信息和亮度放大倍数信息，按放大倍数放大该指定区域中各像素点的亮度值，输出放大处理后的图像。

根据本发明提供的上述自动成像设备，自动调整图像亮度值的方法步骤如图5A、图5B所示。其中图5A为根据整幅图像的亮度对曝光模块和电子增益模块进行自动控制的流程，其可与现有技术的控制流程相同，包括如下步骤：

步骤S511、图像亮度统计模块5获取成像器4生成的整幅图像，并统计出图像亮度值，输出给自动曝光计算模块6。

在该步骤中，进行图像亮度值统计时，可以采用现有的多种方式获得当前帧图像的图像亮度值，如可采用计算图像中各像素点的亮度算术平均值的方式，将各像素点的亮度算术平均值作为当前帧图像的图像亮度值；也可以采用现有技术中的分窗口加权求和平均的方式计算出当前帧图像的图像亮度值。

步骤S512、自动曝光计算模块6将图像亮度统计模块5统计出的图像亮度值与用户设置的图像亮度期望值比较，并根据比较结果进行自动曝光计算，得到曝光参数和电子增益调节参数，分别输出给曝光模块2和电子增益模块3。具体的自动曝光计算方法可采用现有技术中的多种图像校正算法，非本发明的发明点，在此从略。

步骤S513、曝光模块2根据自动曝光计算模块6输出的自动曝光参数调整快门和光圈，对取景器输出的下一幅图像进行曝光处理，将处理后的图像数据发送到电子增益模块3；电子增益模块3根据自动曝光计算模块6输出的电子增益调节参数调整电子增益值，改变图像数据的整体亮度值，将处理后的图像数据发送到成像器4。

图5B为本发明新增的对图像指定区域进行亮度放大的流程图，包括如下步骤：

步骤S521、由区域亮度统计模块7中包含的统计子模块72获取成像器4生成的当前帧图像，并根据用户设置的图像指定区域统计出指定区域图像的亮度值，输出给比较子模块73；

用户预先设置图像中若干个边缘像素点对应的坐标值存储到该区域亮度统计模块7所包含的设置子模块71中，由这些边缘像素点组成的封闭区域作为指定区域。实际应用中，图像的中央区域一般为关注的重点区域，从简便起见，可设置图像中央的一个矩形区域为指定区域。

统计指定区域图像的亮度值，具体方法包括：

统计指定区域所包含的全部像素点的亮度算术平均值或加权平均值。

步骤S522、比较子模块73将指定区域图像的亮度值与用户设置的亮度阈值进行比较，继续步骤S523。

步骤S523、判断指定区域图像的亮度值是否小于等于所设亮度阈值，如果是，则继续下列步骤；否则，转至步骤S521；

其中亮度阈值的具体取值可由用户设定，例如：亮度阈值为图像最高亮度值的二分之一。

步骤S524、发送指示信号给图像变换模块8，在指示信号中携带图像指定区域信息和亮度放大倍数信息。

各像素点的亮度值具体增大倍数的计算方法可以由用户设定，例如：亮度放大倍数等于设定的亮度阈值除以指定区域统计出的亮度算术平均值或加权平均值。

步骤S525、图像变换模块8对指定区域图像的亮度值进行放大。具体为：

图像变换模块8中包含的指示信号接收解析子模块81接收比较子模块73输出的指示信号，解析出图像指定区域信息和亮度放大倍数信息，发送给亮度放大执行子模块82；亮度放大执行子模块82获取成像器4生成的当前帧或下一帧图像，按放大倍数放大该指定区域中各像素点的亮度值，输出放大处理后的图像。

在该步骤S525中，图像变换模块8接收到指示信号后可以对当前帧进行处理。即：图像变换模块8预先存储当前帧图像数据信息，接收到区域亮度统计模块7发送的指示信号后，直接对存储的当前帧指定区域图像的亮度值按确定出的放大倍数进行放大。

在该步骤S525中，图像变换模块8接收到指示信号后也可以对下一帧图像进行处理。即：图像变换模块8接收到区域亮度统计模块7发送的指示信号后，获取成像器4生成的下一帧图像，对下一帧图像的指定区域的亮度值按指示信号中携带的放大倍数进行放大处理。由于对图像指定区域的亮度值统计是对每一帧图像连续进行的，这种处理方式相当于每一次都采用上一帧图像的统计结果对下一帧图像进行相应处理。

上述图5A和图5B所示流程是并列进行的。即本发明对图像亮度的自动调整是采用对整幅图像的亮度控制和对一幅图像中的局部区域(指定区域)亮度提高相结合的方式。因此，本发明继承了现有技术中图像处理的优点，并对局部图像进行了优化，从面使得整幅图像的对比度得到了整体放大，图像的层次感得到了提高，从而提升了图像的整体视觉效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种自动调整图像亮度的方法，包括：对成像器生成的当前帧图像进行图像亮度统计，并根据统计结果进行自动曝光计算，输出曝光参数和电子增益参数对取景器输出的下一幅图像进行调节，其特征在于，还包括：

统计成像器生成的当前帧图像中指定区域图像的亮度值，并与设定的亮度阈值比较；当所述指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，增大所述指定区域图像的亮度值。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，预先设置图像中若干个边缘像素点对应的坐标值，用所述边缘像素点组成的封闭区域作为所述指定区域。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述指定区域为位于所述图像中央的一矩形区域。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述统计成像器生成的当前帧图像中指定区域图像的亮度值，具体包括：

统计所述指定区域所包含的全部像素点的亮度算术平均值或加权平均值。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增大指定区域图像的亮度值，包括：

增大当前帧图像指定区域中各像素点的亮度值；或者

增大下一帧图像指定区域中各像素点的亮度值。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，各像素点的亮度值具体增大倍数等于所述亮度阈值除以所述指定区域的亮度算术平均值或加权平均值。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述亮度阈值取值为图像最高亮度值的二分之一。

8、一种自动成像设备，包括：取景器、曝光模块、电子增益模块、成像器、图像亮度统计模块和自动曝光计算模块，其特征在于，还包括：区域亮度统计模块和图像变换模块；

所述区域亮度统计模块，用于统计成像器生成的当前帧图像中指定区域图像的亮度值，并与设定的亮度阈值比较；当所述指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，发送指示信号给所述图像变换模块；

所述图像变换模块接收到所述区域亮度统计模块发送的指示信息后，增大成像器生成的图像中所述指定区域图像的亮度值。

9、如权利要求8所述的自动成像设备，其特征在于，所述区域亮度统计模块包括：

设置子模块，用于接受并保存用户设置的图像指定区域及亮度阈值；

统计子模块，用于获取成像器生成的当前帧图像，并根据所述设置子模块中保存的图像指定区域统计出指定区域图像的亮度值，输出给比较子模块；

比较子模块，用于比较统计子模块输出的指定区域图像的亮度值和设置子模块中保存的亮度阈值的大小，当指定区域图像的亮度值小于等于所设亮度阈值时，发送指示信号给所述图像变换模块，所述指示信号中携带所述图像指定区域信息和亮度放大倍数信息。

10、如权利要求9所述的自动成像设备，其特征在于，所述图像变换模块包括：

指示信号接收解析子模块，接收所述比较子模块输出的指示信号，解析出信号中携带的图像指定区域信息和亮度放大倍数信息，发送给亮度放大执行子模块；

亮度放大执行子模块，获取成像器生成的当前帧或下一帧图像，并根据所述指示信号接收解析子模块发送的图像指定区域信息和亮度放大倍数信息，按所述放大倍数放大所述指定区域中各像素点的亮度值，输出放大处理后的图像。

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