KR101617553B1 - Method and Apparatus for Minimum shot auto exposure using noise-aware linear model - Google Patents

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KR101617553B1
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황영배
경종민
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Abstract

Disclosed are an automatic minimum shot exposure method using a noise-aware linear model, and a device thereof. According to the present invention, the automatic minimum shot exposure method comprises: a step of obtaining a first image captured from a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio; a step of updating an exposure time from the first exposure time to a second exposure time; a step of estimating a histogram with respect to the first image when the exposure time is updated to the second exposure time; a step of changing the histogram with respect to the first image based on the saturated pixels; and a step of extracting a target exposure time based on the changed histogram with respect to the first image. As such, the method is able to capture an image having aimed target brightness even in a non-linear section of an over-exposure state by properly adjusting an exposure time, an amplification ratio, or both the exposure time and the amplification ratio.

Description

노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 방법 및 장치{Method and Apparatus for Minimum shot auto exposure using noise-aware linear model}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a minimum exposure automatic exposure method and apparatus using a noise recognition linear model,

본 발명은 과다 노출 상태의 비선형 구간에서도 불특정 장면에 대하여 타겟 밝기에 도달하기 위한 자동 노출 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic exposure method and apparatus for reaching a target brightness for an unspecified scene even in a non-linear section in an overexposed state.

최근 들어, 디지털 카메라 기술의 비약적인 발달과 더불어서 보다 높은 해상도와 다양한 기능을 지원하는 디지털 카메라들이 상품화되고 있는 추세이다. 이러한 디지털 카메라는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, PDA(Personal Digital Assistant) 등 다른 휴대용 디지털 디바이스에 탑재되어 사용되는 경우도 많다. 이러한 디지털 카메라에는 피사체의 빛을 포획하여 전기적 신호로 변환하여 주는 CCD(charge coupled device), CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 등과 같은 이미지 센서(Iamage Sensor)가 기본적으로 구비되어 있다. 그런데, 현재의 기술로는 이러한 이미지 센서에 의하여 피사체를 촬영하는 경우에 발생되는 노이즈(Noise)를 원천적으로 봉쇄하는 것은 어렵다. 따라서, 대부분의 디지털 카메라들은 상기 발생된 노이즈를 제거하거나 보정하는 기능을 구비하고 있으며, 고화질의 이미지를 추구하는 현재의 추세를 고려할 때 이러한 기능의 중요성은 점점 높아지고 있다. In recent years, along with the remarkable development of digital camera technology, digital cameras supporting higher resolution and various functions are being commercialized. Such digital cameras are often used in other portable digital devices such as mobile phones, notebook computers, and PDAs (Personal Digital Assistants). Such a digital camera basically includes an image sensor such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS), which captures light of an object and converts the light into an electrical signal. However, in the current technology, it is difficult to completely block the noise generated when a subject is photographed by such an image sensor. Accordingly, most digital cameras have a function of removing or correcting the generated noise, and the importance of such functions is increasing in consideration of the current tendency to pursue high-quality images.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 노출시간이나 증폭비 또는 노출시간 및 증폭비 모두를 적절하게 조절하여 과다 노출 상태의 비선형 구간에서도 목표로 한 타겟 밝기를 갖는 이미지를 촬영하기 위한 최소 장면 자동 노출 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 또한, 야외의 역광 등 다양한 조도 환경에서 노이즈를 고려한 상쇄 값(Noise-aware Offset)을 적용함으로써, 최소한의 촬영만으로 타겟 밝기의 이미지를 얻고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a minimum scene automatic exposure method for photographing an image having a target target brightness in a nonlinear section of an overexposed state by appropriately adjusting both an exposure time, an amplification ratio, an exposure time, and an amplification ratio, Device. In addition, by applying a noise-aware offset considering noise in various illuminance environments such as outdoor backlighting, it is desired to obtain an image of the target brightness with only a minimum of photographing.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 자동 노출 제어 방법은 제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득하는 단계, 노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트하는 단계, 상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 단계, 포화된 픽셀들에 기초하여 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 변형하는 단계, 상기 제1 이미지에 대한 변형된 히스토그램에 기초하여 타겟 노출 시간을 추출하는 단계를 포함할 수 있다. In one aspect, the automatic exposure control method proposed by the present invention includes the steps of acquiring a first image photographed in a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio, Estimating a histogram for the first image when the exposure time is updated with the second exposure time, calculating a histogram for the first image based on the saturated pixels, And extracting a target exposure time based on the modified histogram for the first image.

상기 타겟 노출 시간을 추출하는 단계는 상기 변형된 히스토그램에 기초하여 상기 제2 노출 시간이 적용된 경우에 상기 제1 이미지에 대한 밝기가 타겟 밝기에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. The extracting of the target exposure time may include determining whether the brightness of the first image has reached the target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram.

상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 단계는 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 및 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우로 나누어 추정할 수 있다. Wherein the step of estimating the histogram for the first image when the exposure time is updated to the second exposure time comprises the steps of: when the brightness of the image in the overexposed state is smaller than the target brightness, It can be estimated by dividing by the larger case.

상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 강도 히스토그램으로부터 노출 시간을 계산할 수 있다. If the image brightness in the overexposed state is less than the target brightness, the exposure time can be calculated from the intensity histogram of the initial image.

상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 히스토그램을 사용하여 L1을 추측하기 위해 하기식을 이용하고, If the image brightness of the overexposed state is smaller than the target brightness, the following equation is used to estimate L1 by using the histogram of the initial image,

Figure 112014127352829-pat00001
Figure 112014127352829-pat00001

여기에서, h(x)는 상기 초기 이미지의 히스토그램을 나타낸다. Here, h (x) represents a histogram of the initial image.

상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측할 수 있다. If the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, a saturated pixel may be inferred when the exposure time decreases from the initial exposure time.

상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측하기 위해 하기식을 이용하고, If the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, use the following equation to estimate a saturated pixel that decreases when the exposure time decreases from the initial exposure time,

Figure 112014127352829-pat00002
Figure 112014127352829-pat00002

여기에서, x 축은 초기 이미지의 밝기, y 축은 포화된 픽셀의 비율, z 축은 노출 시간의 정확한 비율을 나타낸다. Here, the x-axis represents the brightness of the initial image, the y-axis represents the ratio of saturated pixels, and the z-axis represents the exact ratio of exposure time.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 자동 노출 제어 장치는 제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득하는 촬영부, 노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트하는 단계, 상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 히스토그램 추청부, 포화된 픽셀들에 기초하여 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 변형하는 히스토그램 변형부, 상기 제1 이미지에 대한 변형된 히스토그램에 기초하여 타겟 노출 시간을 추출하는 타겟 노출 시간 추출부를 포함할 수 있다. In another aspect, the automatic exposure control apparatus proposed by the present invention includes a photographing unit that acquires a first image photographed in a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio, A histogram lookup section for estimating a histogram for the first image when the exposure time is updated to the second exposure time, a histogram search section for estimating a histogram for the first image based on the saturated pixels, A histogram transforming unit transforming a histogram of the image, and a target exposure time extracting unit extracting a target exposure time based on the transformed histogram for the first image.

상기 타겟 노출 시간 추출부는 상기 변형된 히스토그램에 기초하여 상기 제2 노출 시간이 적용된 경우에 상기 제1 이미지에 대한 밝기가 목표 밝기에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다. The target exposure time extracting unit may determine whether the brightness of the first image has reached the target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram.

상기 히스토그램 추청부는 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 목표 밝기보다 작은 경우, 및 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 목표 밝기보다 큰 경우로 나누어 추정할 수 있다.The histogram estimator may be divided into a case in which the image brightness in the overexposed state is smaller than the target brightness and a case in which the image brightness in the overexposed state is larger than the target brightness.

본 발명의 실시예들에 따르면 노출시간이나 증폭비 또는 노출시간 및 증폭비 모두를 적절하게 조절하여 과다 노출 상태의 비선형 구간에서도 목표로 한 타겟 밝기를 갖는 이미지를 촬영할 수 있다. 또한, 야외의 역광 등 다양한 조도 환경에서 노이즈를 고려한 상쇄 값(Noise-aware Offset)을 적용함으로써, 최소한의 촬영만으로 타겟 밝기의 이미지를 얻을 수 있다. According to embodiments of the present invention, it is possible to appropriately adjust both the exposure time, the amplification ratio, the exposure time, and the amplification ratio, so that an image having a target target brightness can be photographed even in a non-linear section in an overexposed state. In addition, by applying a noise-aware offset in consideration of noise in various illuminance environments such as outdoor backlight, it is possible to obtain an image of the target brightness with a minimum of photographing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노출시간과 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출시간 제로에서의 증폭비와 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장면의 고정된 밝기에서 노출시간 변화에 따른 증폭비와 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 과다 노출 된 상태에서 밝기 및 노출 시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 노출 시간 인 경우 이미지의 밝기 히스토그램을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 노출 시간에 대한 이미지의 밝기 히스토그램을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 이미지의 강도 히스토그램과 확장된 히스토그램을 나타내는 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 시간과 밝기를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플롯 데이터 및 과다 노출 조건 등 다양한 분위기에서의 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 장치를 나타내는 도면이다.
1 is a flowchart for explaining a minimum photographing automatic exposure method using a noise recognition linear model according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph illustrating the relationship between exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph illustrating a relationship between amplification ratio and brightness at zero exposure time according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating a relationship between amplification ratio and brightness according to a change in exposure time at a fixed brightness of a scene according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
5 is a graph showing the relationship between brightness and exposure time in an overexposed state according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a brightness histogram of an image in each exposure time according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a brightness histogram of an image for each exposure time according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an intensity histogram and an expanded histogram of an initial image according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph illustrating exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing experimental results in various atmospheres such as plot data and overexposure conditions according to an embodiment of the present invention.
11 is a view illustrating a minimum photographing automatic exposure apparatus using a noise recognition linear model according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a flowchart for explaining a minimum photographing automatic exposure method using a noise recognition linear model according to an embodiment of the present invention.

노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 방법은 제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득하는 단계(110), 노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트하는 단계(120), 상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 단계(130), 포화된 픽셀들에 기초하여 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 변형하는 단계(140), 상기 제1 이미지에 대한 변형된 히스토그램에 기초하여 타겟 노출 시간을 추출하는 단계(150)를 포함할 수 있다. A minimum photographing auto exposure method using a noise-aware linear model includes the steps of acquiring (110) a first image photographed in a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio, Estimating a histogram for the first image if the exposure time has been updated to the second exposure time (130); calculating (130) a histogram for the first image based on the saturated pixels, (140) a histogram for one image, and extracting a target exposure time (150) based on a modified histogram for the first image.

단계(110)에서, 제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득할 수 있다. 미리 정해진 노출시간 및 증폭비를 갖는 제1 프레임을 이용하여 촬영한 제1 이미지를 촬영할 수 있다. 예를 들어, 자동 노출 알고리즘을 비디오 카메라에 적용하기 위해 연속적으로 이미지를 캡쳐할 수 있고, 상기 이미지의 밝기는 모든 프레임마다 계산되어야 한다. 이때, 제1 프레임의 초기 밝기를 계산할 수 있다. At step 110, a first image taken at a first frame may be obtained using a first exposure time and a first amplification ratio. The first image photographed using the first frame having the predetermined exposure time and amplification ratio can be photographed. For example, in order to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, an image can be continuously captured, and the brightness of the image must be calculated for every frame. At this time, the initial brightness of the first frame can be calculated.

단계(120)에서, 노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트할 수 있다. In step 120, the exposure time may be updated from the first exposure time to the second exposure time.

단계(130)에서, 상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정할 수 있다. In step 130, if the exposure time is updated with the second exposure time, a histogram for the first image may be estimated.

상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 단계는, 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 및 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우로 나누어 추정할 수 있다. And estimating a histogram for the first image when the exposure time is updated to the second exposure time, if the brightness of the image in the overexposed state is less than the target brightness, It can be estimated by dividing by the case where it is larger than the brightness.

과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 강도 히스토그램으로부터 노출 시간을 계산할 수 있다. 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 히스토그램을 사용하여 L1을 추측하기 위해 수학식12를 이용하고, 여기에서, h(x)는 상기 초기 이미지의 히스토그램을 나타낼 수 있다. 상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측할 수 있다. If the overexposed image brightness is less than the target brightness, the exposure time can be calculated from the intensity histogram of the initial image. When the image brightness in the overexposed state is less than the target brightness, we use Equation 12 to infer L1 using the histogram of the initial image, where h (x) may represent the histogram of the initial image. If the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, a saturated pixel may be inferred when the exposure time decreases from the initial exposure time.

단계(140)에서, 포화된 픽셀들에 기초하여 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 변형할 수 있다. In step 140, the histogram for the first image may be modified based on the saturated pixels.

과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측하기 위해 수학식17을 이용하고, 여기에서, x 축은 초기 이미지의 밝기, y 축은 포화된 픽셀의 비율, z 축은 노출 시간의 정확한 비율을 나타낼 수 있다. Equation 17 is used to estimate the saturated pixel, which decreases when the exposure time decreases from the initial exposure time when the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, where the x axis is the brightness of the initial image, y The axis can represent the percentage of saturated pixels, and the z-axis can represent the exact ratio of exposure time.

단계(150)에서, 상기 제1 이미지에 대한 변형된 히스토그램에 기초하여 타겟 노출 시간을 추출할 수 있다. 상기 타겟 노출 시간을 추출하는 단계는 상기 변형된 히스토그램에 기초하여 상기 제2 노출 시간이 적용된 경우에 상기 제1 이미지에 대한 밝기가 타겟 밝기에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 도 2 내지 도 10을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
In step 150, a target exposure time may be extracted based on a modified histogram for the first image. The extracting of the target exposure time may include determining whether the brightness of the first image has reached the target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram. Will be described in more detail with reference to Figs. 2 to 10. Fig.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노출시간과 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다. 2 is a graph illustrating the relationship between exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.

노출시간은 카메라의 렌즈로 입사하는 빛의 양을 결정하므로, 이미지의 밝기는 노출시간에 비례함을 예측할 수 있다. 이러한 관계를 수학식(1)과 같이 나타낼 수 있다.
Since the exposure time determines the amount of light incident on the camera's lens, the brightness of the image can be predicted to be proportional to the exposure time. This relationship can be expressed as Equation (1).

Figure 112014127352829-pat00003
수학식(1)
Figure 112014127352829-pat00003
Equation (1)

여기에서 S는 노출시간, L은 이미지의 밝기, i는 촬영하는 이미지의 순서(Frame index)를 나타낸다. Where S is the exposure time, L is the brightness of the image, and i is the frame index of the image to be captured.

예를 들어, 수학식(1)의 유효성을 보이기 위해 PointGrey Flea3 카메라를 이용하여 도 2(a)과 같이 칼라 체커(Color checker)를 촬영한다. 고정된 조도의 환경에서 노출시간을 0ms에서 100ms까지, 증폭비를 1배에서 5배까지 증가시킨다. 촬영된 이미지의 밝기를 측정하기 위해 이미지의 모든 픽셀의 RGB 값에 대해 RGB-YUV 변환을 취한 후, 전체 픽셀의 Y값의 평균을 구한다. 도 2(b)와 같이, 다양한 값의 고정된 증폭비(110, 120, 130, 140, 150)에 대한 이미지의 밝기와 노출시간 사이의 선형성이 명백히 유지됨을 확인할 수 있다.For example, in order to show the effectiveness of Equation (1), a color checker is photographed using a PointGrey Flea3 camera as shown in FIG. 2 (a). In a fixed illumination environment, the exposure time is increased from 0 ms to 100 ms and the amplification ratio is increased from 1 to 5 times. To measure the brightness of the photographed image, RGB-YUV conversion is performed on the RGB values of all the pixels of the image, and an average of the Y values of all the pixels is obtained. It can be seen that the linearity between the brightness of the image and the exposure time for the fixed amplification ratios 110, 120, 130, 140, 150 of various values is clearly maintained, as shown in FIG. 2 (b).

이상적으로는, 만약 노출시간이 0ms 일 경우, 렌즈를 통해서 들어오는 빛이 없으므로, 이미지의 밝기 값 또한 0이어야 한다. 하지만, 도 2(b)에 보이는 것과 같이 0ms의 노출시간을 통해서 얻은 이미지의 밝기 값은 0이 아니다. 다시 말해, 카메라 안에서 이미지의 고정된 밝기를 유지하는 어떠한 요소가 있다고 볼 수 있다. 특히, 광학소자와 같은 소자의 공핍 영역에서 불규칙적으로 생성된 전자와 홀(Hole)들이 광학소자로 입사하는 빛이 없을 때, 암전류(Dark current)를 유발할 수 있다. 이것을 암전류 노이즈(Dark current noise)라 하며, 이것은 상대적으로 작은 크기이지만, 이미지 센서의 노이즈의 주요한 원인중의 하나이다. 이러한 0ms의 노출시간의 이미지에서 나타나는 밝기는, 주로 암전류 노이즈와 리드아웃 노이즈(Read-out noise), 양자화노이즈(Quantization noise)와 같이 픽셀의 밝기와는 무관하게 발생하는 노이즈로부터 기인할 수 있다. 암전류 노이즈는 광자의 숫자로 표현될 수 있으므로, 암전류 노이즈에서 기인한 밝기 값은 카메라의 증폭비의 영향을 받을 수 있다.
Ideally, if the exposure time is 0ms, there is no light coming through the lens, so the brightness value of the image should also be zero. However, as shown in FIG. 2 (b), the brightness value of the image obtained through the exposure time of 0 ms is not zero. In other words, there is something in the camera that keeps the fixed brightness of the image. In particular, when electrons and holes generated irregularly in a depletion region of an element such as an optical element are absent from the optical element, dark current may be generated. This is called dark current noise, which is a relatively small size, but one of the major causes of image sensor noise. The brightness of the image with the exposure time of 0 ms can be attributed mainly to the noise generated regardless of the brightness of the pixel, such as the dark current noise, the read-out noise, and the quantization noise. Since the dark current noise can be expressed by the number of photons, the brightness value due to the dark current noise may be affected by the amplification ratio of the camera.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출시간 제로에서의 증폭비와 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다. 3 is a graph illustrating a relationship between amplification ratio and brightness at zero exposure time according to an embodiment of the present invention.

0ms의 노출시간을 갖는 이미지에서의 증폭비의 영향을 확인하기 위해, 도 3 에서와 같이 0ms의 노출시간을 유지한 채로 증폭비를 변화시키면서 이미지를 촬영한다. 예를 들어, TOSHIBA CIS 센서(330), 3 종류의 PointGrey Flea3 카메라(310, 320, 360) 및 2 종류의 PointGrey Grasshopper 카메라(340, 350) 등의 다양한 이미지 센서로부터 얻은 이미지의 밝기와 그 때의 카메라의 증폭비 사이의 선형적인 관계를 확인할 수 있다. 이러한 0ms의 노출시간에서의 상쇄 밝기 값(Offset noise)를 수학식(2)와 같이 나타낼 수 있다.
In order to confirm the influence of the amplification ratio in the image having the exposure time of 0 ms, the image is photographed while changing the amplification ratio while maintaining the exposure time of 0 ms as shown in FIG. For example, the brightness of an image obtained from various image sensors such as a TOSHIBA CIS sensor 330, three kinds of PointGrey Flea3 cameras 310, 320 and 360 and two kinds of PointGrey Grasshopper cameras 340 and 350, The linear relationship between the amplification ratios of the camera can be confirmed. The offset brightness value at the exposure time of 0 ms can be expressed as Equation (2).

Figure 112014127352829-pat00004
수학식(2)
Figure 112014127352829-pat00004
Equation (2)

여기에서 G는 증폭비, N은 0ms의 노출시간에서의 상쇄 밝기 값, c와 a는 상수 값이며 이는 카메라마다 다른 값을 갖는다. Where G is the amplification ratio, N is the offset brightness value at the exposure time of 0 ms, c and a are constant values, which are different for each camera.

결론적으로, 특정 환경의 조도와 증폭비가 일정할 때, 노출시간과 이미지의 밝기 사이의 관계를 수학식(3)과 같이 나타낼 수 있다.
As a result, when the illuminance and the amplification ratio of a specific environment are constant, the relationship between the exposure time and the brightness of the image can be expressed by Equation (3).

Figure 112014127352829-pat00005
수학식(3)
Figure 112014127352829-pat00005
Equation (3)

일반적인 상황에서 초기의 노출시간을 통해 이미지를 찍은 후, 수학식3을 이용하여 다시 노출시간을 조절함으로써 타겟 밝기 값을 갖는 이미지를 얻을 수 있다.
In an ordinary situation, an image having a target brightness value can be obtained by taking an image through an initial exposure time and then adjusting the exposure time again using Equation (3).

카메라의 증폭비는 입사하여 저장된 광전자의 양을 몇 배로 증폭해서 영상의 명암도 값을 정할지에 대한 파라미터이므로 증폭비는 항상 영상의 밝기와 선형적인 관계에 있다. 그러한 영상의 밝기와 증폭비 사이의 관계를 수학식(4)와 같이 나타낼 수 있다.
The amplification ratio of the camera is always a linear relationship with the brightness of the image because it is a parameter for determining the intensities of the image by multiplying the amount of the photoelectrons stored by the incident light several times. The relationship between the brightness of the image and the amplification ratio can be expressed as shown in Equation (4).

Figure 112014127352829-pat00006
수학식(4)
Figure 112014127352829-pat00006
Equation (4)

여기에서 Gi는 i번째 촬영한 영상의 증폭비이다. 앞서 설명한 바와 같이, 수학식(4)를 입증하기 위해 도 1(a)처럼 고정된 조도의 환경에서 같은 카메라를 이용하여 칼라 체커(Color checker)를 촬영한다. 이때, 증폭비는 1배부터 8배까지 증가시켰고, 노출시간은 40ms부터 80ms까지 증가시켰다. 그 후, 도 3과 같이 촬영한 영상들의 밝기 값을 측정해보았다.
Where G i is the amplification ratio of the i-th captured image. As described above, to verify Equation (4), a color checker is photographed using the same camera in a fixed illumination environment as shown in FIG. 1 (a). At this time, the amplification ratio was increased from 1 to 8 times, and the exposure time was increased from 40 ms to 80 ms. Thereafter, the brightness values of the images photographed as shown in FIG. 3 were measured.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장면의 고정된 밝기에서 노출시간 변화에 따른 증폭비와 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph illustrating a relationship between amplification ratio and brightness according to a change in exposure time at a fixed brightness of a scene according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.

이번 실험에서 사용된 카메라(Flea3)는 0배의 증폭비로 영상을 찍을 수 없었으므로, 1배부터 8배까지의 밝기 값을 연결한 선을 연장하여서 0배의 증폭비에서의 영상의 밝기 값을 구한다. 도 4과 같이, 증폭비와 영상의 밝기 값 사이의 선형성이 유지됨을 확인할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 0배의 증폭비에서 얻은 영상의 밝기 값이 역시 0이 아님을 알 수 있다. 이 때, 수학식(2)에서 고정된 증폭비를 사용한 것과는 달리 증폭비의 변화를 식에 반영해줄 필요가 있다. 따라서 수학식(2)는 수학식(5)와 같이 수정될 수 있다.
Since the camera (Flea3) used in this experiment can not capture images with a 0-fold amplification ratio, it is possible to extend the line connecting the brightness values from 1 to 8 times, I ask. 4, it is confirmed that the linearity between the amplification ratio and the brightness value of the image is maintained. As described above, it can be seen that the brightness value of the image obtained at the amplification ratio of 0 times is not zero. In this case, unlike the case where the fixed amplification ratio is used in Equation (2), it is necessary to reflect the change of the amplification ratio in the equation. Therefore, equation (2) can be modified as shown in equation (5).

Figure 112014127352829-pat00007
수학식(5)
Figure 112014127352829-pat00007
Equation (5)

이러한 상쇄 값 Ni를 고려함으로써, 특정 환경에서의 조도와 노출시간이 고정되었을 때, 영상의 밝기와 증폭비 사이의 관계를 나타낼 수 있다. 만약 이 상쇄 값을 뺀 순수한 영상만의 밝기 값이라고 한다면, 영상의 밝기 값은 수학식(6)과 같이 나타낼 수 있다.
By considering this offset value N i , the relationship between the brightness of the image and the amplification ratio can be expressed when the illuminance and the exposure time in a specific environment are fixed. If this offset value is subtracted from the pure video only brightness value, the brightness value of the image can be expressed by Equation (6).

Figure 112014127352829-pat00008
수학식(6)
Figure 112014127352829-pat00008
Equation (6)

그러면, Li net 는 증폭비와 선형적인 관계를 가지므로, 수학식4를 수학식7과 같이 다시 나타낼 수 있다.
Then, since L i net has a linear relationship with the amplification ratio, Equation (4) can be rewritten as Equation (7).

Figure 112014127352829-pat00009
수학식(7)
Figure 112014127352829-pat00009
Equation (7)

결론적으로, 증폭비와 영상의 밝기 사이의 관계는 상쇄값 Ni를 고려하여 수학식(8)과 같이 나타낼 수 있다.
In conclusion, the relationship between the amplification ratio and the brightness of the image can be expressed as Equation (8) by taking the offset value N i into consideration.

Figure 112014127352829-pat00010
수학식(8)
Figure 112014127352829-pat00010
Equation (8)

일반적인 상황에서 초기의 증폭비를 통해 영상을 찍은 후, 수학식8을 사용하여 다시 증폭비를 조절함으로써 타겟 밝기 값을 갖는 영상을 얻을 수 있다.In an ordinary situation, an image having a target brightness value can be obtained by taking an image through an initial amplification ratio and then adjusting the amplification ratio using Equation (8).

노출시간 및 증폭비를 각각 조정하는 수학식(3) 및 수학식(8)은 단일 방정식(single equation)으로 통합될 수 있다. 그리고, 초기 노출시간 Si 및 증폭비 Gi가 주어진 이미지에 대하여, 타겟 밝기 값 Li+1를 위한 적절한 노출시간 Si+1을 결정할 수 있다. 그러면, 수학식(9)에서 출력 밝기 Li+1는 적절한 증폭비를 결정하기 위해, 수학식(8)에서 초기 밝기 Li을 대신할 수 있고, 수학식(10)과 같이 나타낼 수 있다.
Equations (3) and (8) for adjusting the exposure time and the amplification ratio, respectively, can be integrated into a single equation. Then, for an image given an initial exposure time S i and an amplification ratio G i , an appropriate exposure time S i + 1 for the target brightness value L i + 1 can be determined. Then, the output brightness L i + 1 in Equation (9) can be replaced with the initial brightness Li in Equation (8) to determine an appropriate amplification ratio, and can be expressed as Equation (10).

Figure 112014127352829-pat00011
수학식(9)
Figure 112014127352829-pat00011
Equation (9)

또한 증폭비를 결정함으로써 따르는 노출시간을 고려하여 다른 통합식을 얻을 수 있다. 수학식(3)에 수학식(8)을 적용함으로써 수학식(10)과 같은 관계를 얻을 수 있다.
By determining the amplification ratio, another integrated formula can be obtained considering the exposure time to follow. By applying the equation (8) to the equation (3), the relationship as shown in the equation (10) can be obtained.

Figure 112014127352829-pat00012
수학식(10)
Figure 112014127352829-pat00012
Equation (10)

그리고, 노출시간 및 증폭비를 갖는 노이즈를 고려한 상쇄 값에 의해 보상된 밝기의 선형 관계를 나타내는 수학식을 다시 쓸 수 있다. 이를 수학식(11)과 같이 나타낼 수 있다.
Then, the equation representing the linear relationship of the brightness compensated by the offset value considering the noise having the exposure time and the amplification ratio can be rewritten. This can be expressed as Equation (11).

Figure 112014127352829-pat00013
수학식(11)
Figure 112014127352829-pat00013
Equation (11)

여기에서, L은 밝기, G는 증폭비, S는 노출시간, N는 노이즈를 고려한 상쇄 값을 나타낼 수 있다. 수학식(11)은 특별한 경우로, 수학식(3) 및 수학식(8)에서 다른 관계를 설명할 수 있다. 노출시간이 Si+1로 바뀌지 않고 Si와 같을 경우, 수학식(11)은 수학식(8)로 나타낼 수 있다. 이러한 경우는 증폭비가 수학식(3)과 유사하게 고정된 것이다. 수학식(11)의 마직막 관계에 기반하여, 타겟 밝기를 위한 노출시간 및 증폭비의 다양한 조합은 어떠한 초기 노출시간 및 증폭비를 취한 하나의 프레임 이미지 이후에 예상될 수 있다. 이러한 제안하는 방법의 흐름도를 도 4에 나타내었다.
Here, L represents brightness, G represents amplification ratio, S represents exposure time, and N represents offset values considering noise. Equation (11) is a special case, and it is possible to explain other relationships in equations (3) and (8). If the exposure time is the same as the S i unchanged in S i + 1, equation (11) can be expressed by equation (8). In this case, the amplification ratio is fixed similarly to Equation (3). Based on the last relationship of Equation (11), various combinations of exposure time and amplification ratio for target brightness can be expected after one frame image taking some initial exposure time and amplification ratio. A flow chart of such a proposed method is shown in Fig.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 과다 노출 된 상태에서 밝기 및 노출 시간의 관계를 나타내는 도면이다. 5 is a graph showing the relationship between brightness and exposure time in an overexposed state according to an embodiment of the present invention.

이미지의 밝기와 노출 타임 또는 게인 사이의 선형성은 도 2 및 도 4에 보여진 것과 같이 거의 포화된 픽셀을 갖는 것이 보장될 수 있다. 도 5(a)와 같이 많은 포화된 픽셀이 이미지에 있는 경우, 상기 밝기와 노출 타임의 관계는 5(b)와 같이 선형적이지 않다.
The linearity between the brightness of the image and the exposure time or gain can be ensured to have a nearly saturated pixel as shown in Figures 2 and 4. [ If there are many saturated pixels in the image as in Figure 5 (a), the relationship between brightness and exposure time is not linear as in 5 (b).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 노출 시간 인 경우 이미지의 밝기 히스토그램을 나타내는 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating a brightness histogram of an image in each exposure time according to an embodiment of the present invention.

도 6은 도 5(b)에 나타낸 것과 같이 다양한 노출(40ms, 60ms, 120ms)을 갖는 강도 히스토그램을 나타내는 도면이다. 노출 타임이 도 6(a)의 40ms 에서 도 6(b)의 60 ms로 증가하는 동안 강도 분포의 편차가 증가될 수 있다. 도 6(c)와 같이 120ms 의 노출 타임에 대한 강도 히스토그램을 기대할 수 있지만, 120ms의 실제 히스토그램은 8bit 이미지의 한계 때문에 도 6(d)와 같이 포화된다. 이것은 밝기 및 노출 시간의 비선형성을 야기할 수 있다.
Fig. 6 is a diagram showing an intensity histogram having various exposures (40 ms, 60 ms, 120 ms) as shown in Fig. 5 (b). The deviation of the intensity distribution can be increased while the exposure time is increased from 40 ms in FIG. 6 (a) to 60 ms in FIG. 6 (b). As shown in FIG. 6 (c), the intensity histogram for the exposure time of 120 ms can be expected, but the actual histogram of 120 ms is saturated as shown in FIG. 6 (d) due to the limit of the 8-bit image. This can cause non-linearity of brightness and exposure time.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 노출 시간에 대한 이미지의 밝기 히스토그램을 나타내는 도면이다. 7 is a diagram illustrating a brightness histogram of an image for each exposure time according to an embodiment of the present invention.

밝기 및 노출 시간의 비선형성을 다루기 위해, 도 7에 나타낸 것과 같이 두 가지 경우의 과다 노출(overexposed) 조건을 분리할 수 있다. Case 1은 이미지가 과다 노출 상태 조건일 때, 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 것을 의미한다. Case2는 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 역 포화 상태이다. 이러한 두 경우에 대하여 수학식9에 노이즈 인식 선형 관계를 적용하기 전에, 비선형성에 의해 야기된 타겟 L 및 L1 사이의 불일치를 감소시키기 위해 case1 및 case2에 대한 추가적인 기법을 제안할 수 있다. Case1은 이미지의 밝기가 타겟 밝기보다 작을 때 발생될 수 있다. 이러한 경우, 초기 이미지의 강도 히스토그램으로부터 바로 적절한 노출 시간을 계산할 수 있다. 수학식 12에 기반하여 도 7의 S1을 추측할 수 있다.
To address the nonlinearities of brightness and exposure time, two overexposed conditions can be separated as shown in FIG. Case 1 means that the image brightness is lower than the target brightness when the image is in an overexposed condition. Case 2 is a reverse saturation state in which the image brightness is larger than the target brightness. Before applying the noise-aware linear relationship to equation (9) for these two cases, an additional technique for case 1 and case 2 may be proposed to reduce the mismatch between target L and L 1 caused by non-linearity. Case 1 can be generated when the brightness of the image is smaller than the target brightness. In this case, the appropriate exposure time can be calculated directly from the intensity histogram of the initial image. Based on Equation (12), S1 in Fig. 7 can be inferred.

Figure 112014127352829-pat00014
수학식 12
Figure 112014127352829-pat00014
Equation 12

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 이미지의 강도 히스토그램과 확장된 히스토그램을 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating an intensity histogram and an expanded histogram of an initial image according to an embodiment of the present invention.

다음 프레임에 S1을 적용할 경우, 이미지의 밝기 L1은 타겟 밝기 보다 작을 수 있다. 따라서 S1을 다음 프레임에 적용하기 전에, L1을 미리 추측할 수 있다. 초기 노출 시간에 취한 이미지의 히스토그램은 도 8(a)에서 h(x)로 정의될 수 있다. When S1 is applied to the next frame, the brightness L1 of the image may be smaller than the target brightness. Therefore, before applying S1 to the next frame, L1 can be estimated in advance. The histogram of the image taken at the initial exposure time can be defined as h (x) in Fig. 8 (a).

노출 시간을 S1으로 증가시킬 때, 변화된 히스토그램 빈 x0은 x로부터 근사될 수 있다.
When increasing the exposure time to S1, the changed histogram bin x0 can be approximated from x.

Figure 112014127352829-pat00015
수학식13
Figure 112014127352829-pat00015
Equation 13

이것은 도 8(b)에서 h0(x0)로 나타낼 수 있다. N은 수학식 2에서 제안된 노이즈 모델이고, S는 S1=Sinit을 의미한다. X0로 추측된 이러한 픽셀들은 255보다 클 수 있고, 포화 때문에 255에서 잘려지는 것을 가정할 수 있다. 도8(b)에서 h(0)으로부터 L1은 추측될 수 있다.
This can be represented by h0 (x0) in Fig. 8 (b). N is the noise model proposed in Equation (2), and S means S1 = Sinit. It can be assumed that these pixels, guessed as X0, can be greater than 255 and are cropped at 255 due to saturation. In Fig. 8 (b), L1 can be estimated from h (0).

Figure 112014127352829-pat00016
수학식14
Figure 112014127352829-pat00016
Equation 14

수학식 10의 x0을 대체함으로써 수학식 14을 구할 수 있다.
Equation (14) can be obtained by replacing x0 in Equation (10).

Figure 112014127352829-pat00017
수학식15
Figure 112014127352829-pat00017
Equation 15

수학식 15을 사용함으로써 초기 이미지의 히스토그램을 사용하여 L1을 추측할 수 있다. k는 S1=Sinit 시간만큼 x가 증가할 때 255를 넘지 않는 x의 최대값이고, k는 추측될 수 있다.
By using Equation (15), L1 can be inferred using the histogram of the initial image. k is the maximum value of x that does not exceed 255 when x increases by S1 = Sinit time, and k can be estimated.

도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 시간과 밝기를 나타내는 그래프이다.9 is a graph illustrating exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.

Figure 112014127352829-pat00018
수학식 16
Figure 112014127352829-pat00018
Equation 16

실험적으로 예상된 L1은 S1로 촬영되는 이미지의 밝기에 비해 약 0.5 % 오류가 있음을 보인다. 우리는 정확히 노출 이미지를 촬영하기 위해 적절한 노출 시간 인 SOPT을 찾기 위해 더 많은 단계가 필요합니다. 도 9에 나타낸 것과 같이, 우리는 (Sinit, Linit) and (S1, L1)을 모두 포함하는 직선에서 타겟 밝기에 도달하기 위한 S2를 찾을 수 있다. The experimentally expected L1 shows about 0.5% error compared to the brightness of the image taken with S1. We need more steps to find the correct exposure time, SOPT, to accurately capture the exposure image. As shown in Fig. 9, we can find S2 to reach the target brightness in a straight line that includes both (Sinit, Linit) and (S1, L1).

L2는 수학식 15를 통해 또한 추측될 수 있다. 이러한 순서를 n번 반복함으로써, 예상된 Ln이 Ltarget와 같은 경우 Sn은 Sopt로 정의 될 수 있으며, 우리는 다음 프레임에 Sopt를 적용 할 수 있다.
L2 can also be estimated through Equation (15). By repeating this sequence n times, Sn can be defined as Sopt if the expected Ln is equal to Ltarget, and we can apply Sopt to the next frame.

n은 일반적으로 3을 초과하지 않는다. 결론적으로, 초기 이미지의 밝기가 과도하게 노출 된 상태에서 타겟 밝기보다 작을 경우, 제안 된 방법을 사용하여 초기 프레임 직후 타겟 밝기가 정확한 노출 이미지를 취할 수 있습니다.n generally does not exceed 3. In conclusion, if the brightness of the initial image is excessively exposed and less than the target brightness, then the target brightness can take the correct exposure image immediately after the initial frame using the proposed method.

case2는 우리가 과다 노출된 상태에서 이미지를 촬영할 때, 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 클 수 있다. case 1과는 달리, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 얼마나 많은 포화된 픽셀이 감소하는지 추측할 수 있다. 노출 시간이 감소함에 따라 포화된 각 픽셀이 감소하거나 그 값을 유지하는 픽셀 값을 예측하는 것은 어렵다. Case 2, when we take an image with overexposure, the image brightness may be greater than the target brightness. Unlike case 1, it is possible to guess how many saturated pixels decrease when the exposure time decreases from the initial exposure time. As the exposure time decreases, it is difficult to predict the pixel value at which each saturated pixel decreases or maintains its value.

Case2에 대하여 제안 된 방법은 경험적으로 포화된 픽셀의 비율 및 밝기에 대하여 노출 시간의 비율을 추정한다. 주어진 초기 이미지의 밝기 및 포화 픽셀의 비율에 대한 노출 시간의 적절한 비율을 추정하여 다양한 장면으로부터 데이터베이스를 얻을 수 있다.
The proposed method for Case 2 estimates the ratio of exposure time to the ratio and brightness of empirically saturated pixels. The database can be obtained from various scenes by estimating the appropriate ratio of the exposure time to the brightness of a given initial image and the ratio of saturated pixels.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플롯 데이터 및 과다 노출 조건 등 다양한 분위기에서의 실험결과를 나타내는 도면이다. 10 is a graph showing experimental results in various atmospheres such as plot data and overexposure conditions according to an embodiment of the present invention.

도 10에 보여진 것과 같이 3차원 플롯 데이터 및 과다 노출 조건 등 다양한 분위기에서 실험을 통해 약 200 데이터를 수집하였다. x 및 y 및 z 축 각각 초기 이미지의 밝기, 포화된 픽셀의 비율, 노출 시간의 정확한 비율을 나타낸다. sftool MATLAB 함수를 사용하여 한쪽 면에 3 차원 그래프에 플롯된 포인트에 맞게 할 수 있다: 결과는 다음과 같이 표현될 수 있다.
As shown in FIG. 10, about 200 data were collected through experiments in various environments such as three-dimensional plot data and overexposure conditions. The x and y and z axes respectively represent the brightness of the initial image, the ratio of saturated pixels, and the exact ratio of exposure time. You can use the sftool MATLAB function to fit the plotted points on a three-dimensional graph on one side: The result can be expressed as:

Figure 112014127352829-pat00019
수학식 17
Figure 112014127352829-pat00019
Equation 17

노출 시간의 비율이 식으로부터 결정될 수 있다. 다음 프레임에, 수학식 14로부터 결정된 감소 비율에 의한 초기 노출 시간을 곱함으로써 계산될 수 있는 조정된 노출 시간을 적용할 수 있다. The ratio of exposure time can be determined from the equation. An adjusted exposure time, which can be calculated by multiplying the next frame by the initial exposure time by the reduction ratio determined from equation (14), can be applied.

플롯된 포인트들에 대한 수학식 17의 R-스퀘어는 0:8217이다. 수학식17은 과도한 노출을 포함하는 모든 조건을 포함할 수 없다. case 2는 실험에서 기존의 자동 노출 알고리즘의 사용보다 타겟 밝기에 도달하기 위한 이미지를 촬영하기 위한 반복을 덜 필요로 하는 것을 확인할 수 있다.
The R-squares in equation (17) for the plotted points are 0: 8217. Equation (17) can not include all conditions including excessive exposure. Case 2 shows that the experiment requires less repetition to capture the image to reach the target brightness than the conventional automatic exposure algorithm.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 장치를 나타내는 도면이다. 11 is a view illustrating a minimum photographing automatic exposure apparatus using a noise recognition linear model according to an embodiment of the present invention.

자동 노출 제어 장치는 촬영부(1110), 업데이트부(1120), 히스토그램 추청부(1130), 히스토그램 변형부(1140), 타겟 노출 시간 추출부(1150)를 포함할 수 있다. The automatic exposure control apparatus may include a photographing unit 1110, an updating unit 1120, a histogram searching unit 1130, a histogram changing unit 1140, and a target exposure time extracting unit 1150.

촬영부(1110)는 제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득할 수 있다. 제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득할 수 있다. 미리 정해진 노출시간 및 증폭비를 갖는 제1 프레임을 이용하여 촬영한 제1 이미지를 촬영할 수 있다. 예를 들어, 자동 노출 알고리즘을 비디오 카메라에 적용하기 위해 연속적으로 이미지를 캡쳐할 수 있고, 상기 이미지의 밝기는 모든 프레임마다 계산되어야 한다. 이때, 제1 프레임의 초기 밝기를 계산할 수 있다.The photographing unit 1110 may obtain the first image photographed in the first frame using the first exposure time and the first amplification ratio. The first exposure time and the first amplification ratio may be used to obtain the first image photographed in the first frame. The first image photographed using the first frame having the predetermined exposure time and amplification ratio can be photographed. For example, in order to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, an image can be continuously captured, and the brightness of the image must be calculated for every frame. At this time, the initial brightness of the first frame can be calculated.

업데이트부(1120)는 노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트할 수 있다. Updating unit 1120 may update the exposure time from the first exposure time to the second exposure time.

히스토그램 추청부(1130)는 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정할 수 있다. 상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정할 때 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 및 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우로 나누어 추정할 수 있다.The histogram searching unit 1130 may estimate a histogram of the first image when the exposure time is updated to the second exposure time. When the exposure time is updated to the second exposure time, when the histogram of the first image is estimated, the image brightness of the overexposed state is smaller than the target brightness, and when the brightness of the image in the overexposed state is smaller than the target brightness Can be estimated by dividing by the large case.

과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 강도 히스토그램으로부터 노출 시간을 계산할 수 있다. 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 히스토그램을 사용하여 L1을 추측하기 위해 수학식12를 이용하고, 여기에서, h(x)는 상기 초기 이미지의 히스토그램을 나타낼 수 있다. 상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측할 수 있다. If the overexposed image brightness is less than the target brightness, the exposure time can be calculated from the intensity histogram of the initial image. When the image brightness in the overexposed state is less than the target brightness, we use Equation 12 to infer L1 using the histogram of the initial image, where h (x) may represent the histogram of the initial image. If the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, a saturated pixel may be inferred when the exposure time decreases from the initial exposure time.

히스토그램 변형부(1140)는 포화된 픽셀들에 기초하여 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 변형할 수 있다. The histogram transformer 1140 may transform the histogram for the first image based on the saturated pixels.

과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측하기 위해 수학식17을 이용하고, 여기에서, x 축은 초기 이미지의 밝기, y 축은 포화된 픽셀의 비율, z 축은 노출 시간의 정확한 비율을 나타낼 수 있다.Equation 17 is used to estimate the saturated pixel, which decreases when the exposure time decreases from the initial exposure time when the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, where the x axis is the brightness of the initial image, y The axis can represent the percentage of saturated pixels, and the z-axis can represent the exact ratio of exposure time.

타겟 노출 시간 추출부(1150)는 제1 이미지에 대한 변형된 히스토그램에 기초하여 타겟 노출 시간을 추출할 수 있다. 타겟 노출 시간 추출부(1150)는 상기 변형된 히스토그램에 기초하여 상기 제2 노출 시간이 적용된 경우에 상기 제1 이미지에 대한 밝기가 타겟 밝기에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다.
The target exposure time extracting unit 1150 can extract the target exposure time based on the modified histogram for the first image. The target exposure time extracting unit 1150 may determine whether the brightness of the first image has reached the target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (12)

자동 노출 제어 방법에 있어서,
제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득하는 단계;
노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트하는 단계;
상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 단계;
포화된 픽셀들에 기초하여 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 변형하는 단계; 및
상기 제1 이미지에 대한 변형된 히스토그램에 기초하여 타겟 노출 시간을 추출하는 단계
를 포함하는 자동 노출 제어 방법.
An automatic exposure control method,
Obtaining a first image photographed in a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio;
Updating the exposure time from a first exposure time to a second exposure time;
Estimating a histogram for the first image when the exposure time is updated with the second exposure time;
Transforming a histogram for the first image based on saturated pixels; And
Extracting a target exposure time based on a modified histogram for the first image
Wherein the automatic exposure control method comprises:
제1항에 있어서,
상기 타겟 노출 시간을 추출하는 단계는
상기 변형된 히스토그램에 기초하여 상기 제2 노출 시간이 적용된 경우에 상기 제1 이미지에 대한 밝기가 타겟 밝기에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계
를 포함하는 자동 노출 제어 방법.
The method according to claim 1,
The step of extracting the target exposure time
Determining whether the brightness for the first image has reached a target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram
Wherein the automatic exposure control method comprises:
제1항에 있어서,
상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 단계는,
과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 및 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우로 나누어 추정하는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein when the exposure time is updated to the second exposure time, estimating a histogram for the first image comprises:
Wherein when the image brightness of the overexposed state is smaller than the target brightness and when the brightness of the image in the overexposed state is larger than the target brightness, the automatic exposure control method is performed.
제3항에 있어서,
상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 강도 히스토그램으로부터 노출 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 방법.
The method of claim 3,
Wherein the exposure time is calculated from the intensity histogram of the initial image when the brightness of the image in the overexposed state is less than the target brightness.
삭제delete 제3항에 있어서,
상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측하는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 방법.
The method of claim 3,
Wherein when the image brightness of the overexposed state is greater than the target brightness, the saturated pixel is estimated to decrease when the exposure time decreases from the initial exposure time.
제3항에 있어서,
상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측하기 위해 하기식을 이용하고,
Figure 112014127352829-pat00021

여기에서, x 축은 초기 이미지의 밝기, y 축은 포화된 픽셀의 비율, z 축은 노출 시간의 정확한 비율을 나타내는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 방법.
The method of claim 3,
If the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, use the following equation to estimate a saturated pixel that decreases when the exposure time decreases from the initial exposure time,
Figure 112014127352829-pat00021

Wherein the x-axis represents the brightness of the initial image, the y-axis represents the ratio of saturated pixels, and the z-axis represents the exact ratio of exposure time.
자동 노출 제어 장치에 있어서,
제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득하는 촬영부;
노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트하는 업데이트부;
상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 히스토그램 추청부;
포화된 픽셀들에 기초하여 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 변형하는 히스토그램 변형부; 및
상기 제1 이미지에 대한 변형된 히스토그램에 기초하여 타겟 노출 시간을 추출하는 타겟 노출 시간 추출부
를 포함하는 자동 노출 제어 장치.
An automatic exposure control device comprising:
An imaging unit that acquires a first image photographed in a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio;
An update unit updating the exposure time from the first exposure time to the second exposure time;
A histogram estimator for estimating a histogram of the first image when the exposure time is updated to the second exposure time;
A histogram transformer for transforming the histogram for the first image based on the saturated pixels; And
A target exposure time extracting unit for extracting a target exposure time based on a modified histogram for the first image,
And an automatic exposure control device.
제8항에 있어서,
상기 타겟 노출 시간 추출부는,
상기 변형된 히스토그램에 기초하여 상기 제2 노출 시간이 적용된 경우에 상기 제1 이미지에 대한 밝기가 목표 밝기에 도달하였는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the target exposure time extracting unit comprises:
And determines whether or not the brightness for the first image has reached the target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram.
제8항에 있어서,
상기 히스토그램 추청부는,
과다 노출 상태의 이미지 밝기가 목표 밝기보다 작은 경우, 및 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 목표 밝기보다 큰 경우로 나누어 추정하는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 장치.
9. The method of claim 8,
The histogram-
And estimates the image by dividing by the case where the image brightness of the overexposed state is smaller than the target brightness, and the case where the image brightness of the overexposed state is larger than the target brightness.
제10항에 있어서,
상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 목표 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 강도 히스토그램으로부터 노출 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the exposure time is calculated from the intensity histogram of the initial image when the brightness of the image in the overexposed state is smaller than the target brightness.
제10항에 있어서,
상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 목표 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측하는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein when the brightness of the image in the overexposed state is greater than the target brightness, the saturated pixel is estimated to decrease when the exposure time decreases from the initial exposure time.
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