WO2016006981A1 - Method and apparatus for minimum shooting automatic exposure by using noise-aware linear model - Google Patents

Method and apparatus for minimum shooting automatic exposure by using noise-aware linear model Download PDF

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WO2016006981A1
WO2016006981A1 PCT/KR2015/007255 KR2015007255W WO2016006981A1 WO 2016006981 A1 WO2016006981 A1 WO 2016006981A1 KR 2015007255 W KR2015007255 W KR 2015007255W WO 2016006981 A1 WO2016006981 A1 WO 2016006981A1
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WO
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exposure time
brightness
image
histogram
target
Prior art date
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PCT/KR2015/007255
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
이준로
황영배
경종민
Original Assignee
재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단
전자부품연구원
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Publication date
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Priority claimed from KR1020140192473A external-priority patent/KR101617553B1/en
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50Control of the SSIS exposure
    • H04N25/53Control of the integration time

Definitions

  • the present invention relates to an automatic exposure method and apparatus for reaching a target brightness for an unspecified scene, and to an automatic exposure method and apparatus for reaching a target brightness for an unspecified scene even in a nonlinear section of an overexposure state.
  • Such digital cameras are often used in other portable digital devices such as mobile phones, notebook computers, and personal digital assistants (PDAs).
  • PDAs personal digital assistants
  • Such digital cameras are basically provided with an image sensor such as a charge coupled device (CCD), a complementary metal oxide semiconductor (CMOS), or the like, which captures and converts light of an object into an electrical signal.
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • it is difficult to fundamentally block noise generated when photographing a subject by such an image sensor. Therefore, most digital cameras have a function of removing or correcting the generated noise, and the importance of such a function is increasing in consideration of the current trend of pursuing a high quality image.
  • the present invention provides a minimum scene automatic exposure method for capturing an image having a target brightness target even in a nonlinear section of an overexposure state by appropriately adjusting both exposure time, amplification ratio, or exposure time and amplification ratio. To provide a device.
  • a noise-aware offset in consideration of noise in various illuminance environments such as outdoor backlighting, an image of a target brightness is obtained with minimal shooting.
  • the automatic exposure control method proposed by the present invention may include acquiring a first image photographed in a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio, and adjusting the exposure time from the first exposure time. Updating to a second exposure time, estimating a histogram for the first image if the exposure time is updated to the second exposure time, and generating a histogram for the first image based on saturated pixels. And deforming a target exposure time based on the deformed histogram of the first image.
  • the extracting of the target exposure time may include determining whether the brightness of the first image reaches the target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram.
  • estimating the histogram for the first image may include estimating the histogram of the first image when the image brightness of the overexposed state is smaller than the target brightness and the image brightness of the overexposed state is the target brightness. It can be estimated by dividing by a larger case.
  • the exposure time may be calculated from the intensity histogram of the initial image.
  • h (x) represents the histogram of the initial image.
  • the x axis represents the brightness of the initial image
  • the y axis represents the ratio of saturated pixels
  • the z axis represents the exact ratio of exposure time.
  • the automatic exposure control apparatus proposed by the present invention is a photographing unit for obtaining a first image photographed in a first frame using the first exposure time and the first amplification ratio, the exposure time of the first exposure Updating from time to a second exposure time, a histogram estimator for estimating a histogram for the first image when the exposure time is updated to the second exposure time, based on the saturated pixels
  • the apparatus may include a histogram transform unit configured to modify a histogram for an image, and a target exposure time extractor configured to extract a target exposure time based on the modified histogram for the first image.
  • the target exposure time extractor may determine whether the brightness of the first image reaches a target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram.
  • the histogram estimating unit may estimate by dividing the case in which the image brightness in the overexposed state is smaller than the target brightness and the case in which the image brightness in the overexposed state is larger than the target brightness.
  • the minimal scene automatic exposure method proposed in the present invention comprises the steps of photographing a first image taken by using a first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio, calculating the initial brightness of the first frame Comparing the difference between the initial brightness and the target brightness with a predetermined error margin; when the difference between the initial brightness and the target brightness is greater than the predetermined error margin, selecting an exposure time and an amplification ratio mode; If the difference between the initial brightness and the target brightness is less than the predetermined error margin, repeating the step of photographing the image, compensating for the initial brightness by using an offset value considering noise according to the exposure time and the amplification ratio mode. And applying the compensated exposure time and amplification ratio to a second frame and using the second frame.
  • Shooting by a second image and may include the step of repeating from the step of recording the image.
  • selecting the exposure time and the amplification ratio mode may include: shutter priority mode for adjusting exposure time, amplification ratio priority mode for adjusting amplification ratio, and exposure time And a mixing mode for adjusting the amplification ratio.
  • L brightness, G may represent an amplification ratio
  • S may represent an exposure time
  • N may represent an offset value considering noise.
  • an offset value considering the noise in an illumination environment including an indoor environment, an outdoor environment, a backlight, and a lighting condition brightness may be compensated with only minimal shooting.
  • the image having the target brightness may be obtained through the repeated shooting of up to three times.
  • the minimum scene automatic exposure apparatus proposed by the present invention is a photographing unit for taking a first image photographed using a first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio, the initial of the first frame A calculator for calculating a brightness, a comparison unit for comparing the difference between the initial brightness and the target brightness with a predetermined error margin, an exposure time and an amplification ratio mode when the difference between the initial brightness and the target brightness is greater than the predetermined error margin.
  • a mode selection unit for selecting a brightness controller for compensating initial brightness by using an offset value considering noise based on the exposure time and amplification ratio mode, and applying an exposure time and an amplification ratio of the compensated brightness to a second frame
  • the controller may include a controller configured to control the photographing unit to photograph the second image by using the second frame.
  • the mode selector may cause the photographing unit to photograph an image when the difference between the initial brightness and the target brightness is smaller than the predetermined error margin.
  • the mode selector may select one of the exposure time and amplification ratio modes including a shutter priority mode for adjusting exposure time, an amplification ratio priority mode for adjusting amplification ratio, and a mixing mode for adjusting exposure time and amplification ratio.
  • the brightness adjusting unit compensates for the initial brightness using the following equation,
  • L brightness, G may represent an amplification ratio
  • S may represent an exposure time
  • N may represent an offset value considering noise.
  • the brightness adjusting unit may compensate for brightness with only minimal shooting by applying an offset value considering the noise in an illumination environment including an indoor environment, an outdoor environment, a backlight, and a constant lighting condition.
  • the controller may control to capture an image by using a target brightness obtained through at least three repetitive shots.
  • the exposure time, the amplification ratio, or both the exposure time and the amplification ratio may be appropriately adjusted to capture an image having a target target brightness even in a non-linear section in an overexposure state.
  • an image having a target brightness may be obtained with minimal shooting.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for automatically minimizing photographing using a noise recognition linear model according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing a relationship between exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a graph showing 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 an amplification ratio and brightness according to a change in exposure time at a fixed brightness of a scene according to an embodiment of the present invention.
  • 5A is a flowchart illustrating a method for automatically minimizing scene exposure according to an embodiment of the present invention.
  • 5B is a diagram illustrating a configuration of a minimum scene automatic exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 5C is a diagram illustrating a 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 histogram of brightness of an image at each exposure time according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a brightness histogram of an image for each exposure time according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an intensity histogram and an extended histogram of an initial image, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a minimum photographing auto exposure apparatus using a noise recognition linear model according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for automatically minimizing photographing using a noise recognition linear model according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a first image captured in the first frame may be acquired using the first exposure time and the first amplification ratio.
  • the first image photographed using the first frame having the predetermined exposure time and the amplification ratio may be photographed.
  • an image can be captured continuously to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, the brightness of which must be calculated every frame. In this case, the initial brightness of the first frame may be calculated.
  • the exposure time may be updated from the first exposure time to the second exposure time.
  • a histogram for the first image may be estimated.
  • estimating the histogram for the first image includes: when the image brightness of the overexposed state is less than the target brightness and the image brightness of the overexposed state is the target It can be estimated by dividing by the case of greater than brightness.
  • the exposure time can be calculated from the intensity histogram of the initial image.
  • Equation 12 is used to estimate L1 using the histogram of the initial image, where h (x) may represent the histogram of the initial image.
  • h (x) may represent the histogram of the initial image.
  • the histogram for the first image may be modified based on the saturated pixels.
  • Equation 17 is used to estimate the saturated pixel that decreases as the exposure time decreases from the initial exposure time, where the x axis is the brightness of the initial image, y The axis can represent the ratio of saturated pixels and the z axis can represent the exact ratio of exposure time.
  • a target exposure time may be extracted based on the modified histogram of the first image.
  • the extracting of the target exposure time may include determining whether the brightness of the first image reaches the target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram. It will be described in more detail with reference to Figures 2 to 10.
  • FIG. 2 is a graph showing a relationship between exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.
  • Equation (1) Since the exposure time determines the amount of light incident on the lens of the camera, it can be predicted that the brightness of the image is proportional to the exposure time. This relationship can be expressed as in Equation (1).
  • S is the exposure time
  • L is the brightness of the image
  • i is the frame index
  • Equation (1) a color checker is photographed using a PointGrey Flea3 camera as shown in FIG.
  • the exposure time is increased from 0ms to 100ms, and the amplification ratio is increased from 1 to 5 times.
  • an RGB-YUV conversion is performed on the RGB values of all the pixels in the image, and then the average of the Y values of all the pixels is obtained.
  • FIG. 2 (b) it can be seen that the linearity between the brightness of the image and the exposure time for a fixed value of various amplification ratios is clearly maintained.
  • the brightness value of the image should also be zero.
  • the brightness value of the image obtained through the exposure time of 0 ms is not zero.
  • electrons and holes irregularly generated in a depletion region of a device such as an optical device may cause dark current when there is no light incident on the optical device. This is called dark current noise, which is relatively small in size, but is one of the major sources of noise in image sensors.
  • the brightness appearing in the image of the 0 ms exposure time may be mainly due to noise generated irrespective of the brightness of the pixel, such as dark current noise, read-out noise, and quantization noise. Since the dark current noise may be represented by the number of photons, the brightness value resulting from the dark current noise may be affected by the amplification ratio of the camera.
  • FIG 3 is a graph showing a relationship between amplification ratio and brightness at zero exposure time according to an embodiment of the present invention.
  • the image is taken while changing the amplification ratio while maintaining the exposure time of 0 ms as shown in FIG.
  • the brightness of images obtained from various image sensors such as TOSHIBA CIS sensor 330, three types of PointGrey Flea3 cameras 310, 320, 360, and two types of PointGrey Grasshopper cameras 340, 350, and You can see the linear relationship between the amplification ratios of the cameras.
  • the offset brightness at the exposure time of 0 ms can be expressed as in Equation (2).
  • G is the amplification ratio
  • N is the offset brightness at 0 ms exposure time
  • c and a are constant values, which differ from camera to camera.
  • Equation (3) the relationship between the exposure time and the brightness of the image may be expressed as in Equation (3).
  • an image having a target brightness value may be obtained by adjusting the exposure time again using Equation 3.
  • the amplification ratio of the camera is a parameter that determines how many times the amount of incident photons are amplified to determine the intensity of the image. Therefore, the amplification ratio is always linearly related to the brightness of the image. The relationship between the brightness and the amplification ratio of such an image can be expressed as in Equation (4).
  • Gi is the amplification ratio of the i-th image taken.
  • a color checker is photographed using the same camera in a fixed illuminance environment as shown in FIG. At this time, the amplification ratio was increased from 1 to 8 times, the exposure time was increased from 40ms to 80ms. Thereafter, brightness values of the photographed images were measured as shown in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a relationship between an amplification ratio and brightness according to a change in exposure time at a fixed brightness of a scene according to an embodiment of the present invention.
  • Equation (2) may be modified as in Equation (5).
  • N i c + a * G i
  • the relationship between the brightness of the image and the amplification ratio can be represented. If the brightness value of the pure image is obtained by subtracting the offset value, the brightness value of the image may be expressed as in Equation (6).
  • Equation 4 may be represented as Equation 7.
  • Equation (8) the relationship between the amplification ratio and the brightness of the image may be expressed as Equation (8) in consideration of the offset value Ni.
  • an image having a target brightness value may be obtained by adjusting the amplification ratio again using Equation 8.
  • Equations (3) and (8) which adjust exposure time and amplification ratio, respectively, can be integrated into a single equation. Then, for an image given the initial exposure time Si and the amplification ratio Gi, an appropriate exposure time Si + 1 for the target brightness value Li + 1 can be determined. Then, in order to determine an appropriate amplification ratio, the output brightness Li + 1 in Equation (9) may be substituted for the initial brightness Li in Equation (8), and may be expressed as Equation (10).
  • equation (10) Another integrated equation can be obtained by considering the exposure time that follows by determining the amplification ratio.
  • equation (8) By applying equation (8) to equation (3), the same relationship as in equation (10) can be obtained.
  • Equation (11) the equation representing the linear relationship of the brightness compensated by the offset value considering the noise with the exposure time and the amplification ratio can be rewritten. This may be expressed as in Equation (11).
  • Equation (11) is a special case, and may explain other relations in Equations (3) and (8).
  • Equation (11) may be represented by Equation (8).
  • the amplification ratio is fixed similarly to equation (3).
  • various combinations of exposure time and amplification ratio for target brightness can be expected after one frame image taking any initial exposure time and amplification ratio.
  • a flowchart of this proposed method is shown in FIG. 5.
  • 5A is a flowchart illustrating a method for automatically minimizing scene exposure according to an embodiment of the present invention.
  • the proposed minimum scene automatic exposure method includes the steps of capturing a first image photographed using a first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio (410), and calculating an initial brightness of the first frame (420). Comparing the difference between the initial brightness and the target brightness with a predetermined error margin (430); when the difference between the initial brightness (Li) and the target brightness (Ltarget) is greater than the predetermined error margin (T), exposure Selecting a time and amplification ratio mode (441), compensating for initial brightness using an offset value considering noise according to the exposure time and amplification ratio mode (450), exposure time and amplification ratio of the compensated brightness May be applied to a second frame, photographing a second image by using the second frame, and repeating from capturing the image (460).
  • a first image photographed using the first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio may be photographed.
  • an image can be captured continuously to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, the brightness of which must be calculated every frame.
  • an initial brightness of the first frame may be calculated.
  • the difference between the initial brightness Li and the target brightness Ltarget may be compared with a predetermined error margin T.
  • the margin error T may be selected as shown in Table 1.
  • an exposure time and an amplification ratio mode may be selected. Then, an appropriate amplification ratio and exposure time for achieving the target brightness may be estimated based on Equation (11).
  • Exposure time and amplification ratio modes include shutter-priority to adjust exposure time, gain-priority to adjust amplification ratio, and mixed mode to adjust exposure time and amplification ratio. shutter), and one of the exposure time and amplification ratio mode can be selected. The appropriate exposure time or amplification ratio for the scene can be determined based on the selected mode and can take the next frame with the determined value.
  • the initial exposure time Si and the initial amplification ratio Gi value may be maintained as they are, and the order i of the captured images may be replaced by i + 1. In this way, it is possible to determine whether more variation in exposure time or amplification ratio is needed by comparing the current brightness and the target brightness.
  • the initial brightness may be compensated by using an offset value considering noise according to the exposure time and the amplification ratio mode.
  • the initial brightness is compensated by using Equation (11), and the offset value considering the noise is applied at various illumination environments including indoor environment, outdoor environment, backlit, and frontlit state. Brightness can be compensated by only shooting with.
  • the exposure time and the amplification ratio of the compensated brightness may be applied to the second frame, the second image may be photographed using the second frame, and the image may be repeated from the photographing of the image.
  • the initial exposure time Si, the initial amplification ratio Gi, and the order i value of the photographed image may be replaced with Si + 1, Gi + 1, and i + 1, respectively.
  • the proposed method can obtain an image of a target brightness with only one previous frame in a general illumination environment that does not provide excessive saturation or dark pixels.
  • the brightness can be compensated with only minimal shooting by applying an offset value considering the noise in various illumination environments including an indoor environment, an outdoor environment, a backlit, and a frontlit state.
  • 5B is a diagram illustrating a configuration of a minimum scene automatic exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the proposed minimum scene auto exposure apparatus 500 may include a photographing unit 510, a calculating unit 520, a comparator 530, a mode selecting unit 540, a brightness adjusting unit 550, and a controller 560. have.
  • the photographing unit 510 may photograph the first image photographed using the first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio. For example, an image can be captured continuously to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, the brightness of which must be calculated every frame.
  • the calculator 520 may calculate the initial brightness of the first frame.
  • the comparator 530 may compare the difference between the initial brightness and the target brightness with a predetermined error margin.
  • the margin error T may be selected as shown in Table 1.
  • the mode selector 540 may select an exposure time and an amplification ratio mode when the difference between the initial brightness Li and the target brightness Ltarget is greater than the predetermined error margin T. In this case, one of shutter-priority adjusting the exposure time, gain-priority adjusting the amplification ratio, and mixed gain-shutter adjusting the exposure time and amplification ratio can be selected. You can choose.
  • the mode selector 540 may cause the photographing unit 510 to take an image again. have.
  • the initial exposure time Si and the initial amplification ratio Gi value may be maintained as they are, and the order i of the captured images may be replaced by i + 1. In this way, it is possible to determine whether more variation in exposure time or amplification ratio is needed by comparing the current brightness and the target brightness.
  • the brightness controller 550 may compensate for the initial brightness by using an offset value considering noise based on the exposure time and the amplification ratio mode.
  • the initial brightness is compensated by using Equation (11), and the offset value considering the noise is applied at various illumination environments including indoor environment, outdoor environment, backlit, and frontlit state. Brightness can be compensated by only shooting with.
  • the controller 560 may apply the compensated exposure time and the amplification ratio to the second frame, and control the photographing unit to photograph the second image using the second frame.
  • the initial exposure time Si, the initial amplification ratio Gi, and the order i value of the photographed image may be replaced with Si + 1, Gi + 1, and i + 1, respectively.
  • the proposed minimum scene auto exposure apparatus 500 may obtain a target brightness using only one previous frame in a general illumination environment that does not provide server saturation or dark pixels by performing the aforementioned method.
  • the brightness can be compensated with only minimal shooting by applying an offset value considering the noise in various illumination environments including an indoor environment, an outdoor environment, a backlit, and a frontlit state.
  • shutter-priority and amplification ratio are adjusted to compare the exposure time by comparing Ltarget and Li + 1 as shown in Table 2.
  • Table 1 shows a comparison of the number of images required for autoexposure between Flea3, and the autoexposure method with offset value N considering noise and the offset value N considering noise without automatic exposure method.
  • Table 1 shows the number of repetitive shots required for the Flea3 camera to perform autoexposure to achieve the target brightness, and the repetition required to reach the target brightness for the case where the proposed method does not consider the noise-based cancellation value The number of shots was compared.
  • the proposed method can reach the target brightness using only one frame.
  • it may generally require more frames to deal with saturated pixels caused by direct light.
  • more frames may be required, but by applying an offset value considering noise, the target brightness can be obtained using only two or three frames.
  • the average of the frames may be larger than indoor conditions because the saturated portion of the scene is more dominant. Nevertheless, it requires a minimum frame for the target brightness by applying an offset value considering noise.
  • the prior art technique is based on a direct equation and would have required more frames for a target brightness similar to the result of auto exposure (AE) without the application of noise-compensated offsets. If the margin for target brightness is increased by 5%, the proposed method can take accurate exposed images through repeated shooting within 3 frames.
  • the linear model considering the proposed noise makes it possible to reach the target brightness by using a single frame even in a general illumination environment, a backlight and a constant light state, even if a few more frames are required.
  • This simple and effective algorithm can be applied to H / W for memory reduction compared to a lookup table based on the prior art, and is not complicated compared to the optimization based on the prior art.
  • three operation modes are proposed in which the exposure time and the amplification ratio can be separated or the exposure time and the amplification ratio can be used simultaneously in performing the automatic exposure. For each mode, it was confirmed that an image accurately exposed at the target brightness was obtained with a minimum of scenes. Based on the proposed algorithm, it is possible to develop a camera system that can capture more realistic images by applying the selection mode according to the image environment.
  • 5C is a diagram illustrating a relationship between brightness and exposure time in an overexposed state according to an embodiment of the present invention.
  • the linearity between the brightness of the image and the exposure time or gain can be guaranteed to have nearly saturated pixels as shown in FIGS. 2 and 4.
  • the relationship between the brightness and the exposure time is not linear as in 5 (b).
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a histogram of brightness of an image at each exposure time according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows intensity histograms with various exposures (40 ms, 60 ms, 120 ms) as shown in FIG. 5 (b). While the exposure time increases from 40 ms in FIG. 6 (a) to 60 ms in FIG. 6 (b), the variation in intensity distribution can be increased. An intensity histogram for an exposure time of 120 ms can be expected as shown in Fig. 6 (c), but the actual histogram of 120 ms is saturated as shown in Fig. 6 (d) due to the limitation of an 8-bit image. This can lead to nonlinearities in brightness and exposure time.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a brightness histogram of an image for each exposure time according to an embodiment of the present invention.
  • Case 1 means that the image brightness is smaller than the target brightness when the image is in an overexposed condition.
  • Case2 is in reverse saturation, where the image brightness is greater than the target brightness.
  • Case1 may be generated when the brightness of the image is smaller than the target brightness.
  • the appropriate exposure time can be calculated directly from the intensity histogram of the initial image. Based on Equation 12, S1 of FIG. 7 can be estimated.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an intensity histogram and an extended histogram of an initial image, according to an exemplary embodiment.
  • 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 may be defined as h (x) in FIG. 8 (a).
  • the changed histogram bin x0 can be approximated from x.
  • N is the noise model proposed in Equation 2
  • Equation 14 By replacing x0 in Equation 10, Equation 14 can be obtained.
  • L1 can be estimated using the histogram of the initial image.
  • FIG. 9 is a graph showing exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.
  • L2 can also be estimated through equation (15). By repeating this sequence n times, if the expected Ln equals Ltarget, Sn can be defined as Sopt, and we can apply Sopt to the next frame. n generally does not exceed 3; In conclusion, if the brightness of the initial image is less than the target brightness in the overexposed state, then the proposed method can be used to take an accurate exposed image immediately after the initial frame.
  • the image brightness may be greater than the target brightness.
  • the image brightness may be greater than the target brightness.
  • the proposed method for Case2 empirically estimates the ratio of exposure time to the ratio of saturated pixels and the brightness.
  • a database can be obtained from various scenes by estimating the appropriate ratio of exposure time to the ratio of the brightness of a given initial image and the ratio of saturated pixels.
  • the embodiment of the present invention collected about 200 data through experiments in various atmospheres, such as three-dimensional plot data and overexposure conditions, the results can be expressed as follows.
  • the ratio of exposure time can be determined from the equation.
  • the adjusted exposure time which can be calculated by multiplying the initial exposure time by the reduction ratio determined from Equation 14, can be applied.
  • Equation 17 may not include all the conditions including excessive exposure.
  • Case 2 shows that the experiment requires less iterations to capture an image to reach the target brightness than using the conventional autoexposure algorithm.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a minimum photographing auto exposure apparatus using a noise recognition linear model according to one embodiment of the present invention.
  • the automatic exposure control apparatus may include a photographing unit 1110, an update unit 1120, a histogram estimating unit 1130, a histogram deforming unit 1140, and a target exposure time extracting unit 1150.
  • the photographing unit 1110 may acquire the first image photographed in the first frame by using the first exposure time and the first amplification ratio.
  • the first image photographed in the first frame may be acquired using the first exposure time and the first amplification ratio.
  • the first image photographed using the first frame having the predetermined exposure time and the amplification ratio may be photographed.
  • an image can be captured continuously to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, the brightness of which must be calculated every frame. In this case, the initial brightness of the first frame may be calculated.
  • the updater 1120 may update the exposure time from the first exposure time to the second exposure time.
  • the histogram estimator 1130 may estimate a histogram of the first image when the exposure time is updated to the second exposure time.
  • the histogram for the first image is estimated when the image brightness of the overexposed state is less than the target brightness, and the image brightness of the overexposed state is less than the target brightness. It can be estimated by dividing into large cases.
  • the exposure time can be calculated from the intensity histogram of the initial image.
  • Equation 12 is used to estimate L1 using the histogram of the initial image, where h (x) may represent the histogram of the initial image.
  • h (x) may represent the histogram of the initial image.
  • the histogram transform unit 1140 may transform the histogram for the first image based on the saturated pixels.
  • Equation 17 is used to estimate the saturated pixel that decreases as the exposure time decreases from the initial exposure time, where the x axis is the brightness of the initial image, y The axis can represent the ratio of saturated pixels and the z axis can represent the exact ratio of exposure time.
  • the target exposure time extractor 1150 may extract the target exposure time based on the modified histogram of the first image.
  • the target exposure time extractor 1150 may determine whether the brightness of the first image reaches the target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram.
  • the apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components.
  • the devices and components described in the embodiments may be, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), 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 the execution of the software.
  • OS operating system
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software.
  • processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include.
  • the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller.
  • other processing configurations are possible, such as parallel processors.
  • the software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device.
  • Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted.
  • the software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner.
  • Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
  • the method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

Abstract

A method and an apparatus for minimum shooting automatic exposure by using a noise-aware linear model are disclosed. An automatic exposure control method provided in the present invention comprises the steps of: obtaining a first image captured in a first frame by using a first exposure time and a first amplification ratio; updating an exposure time from the first exposure time to a second exposure time; calculating a histogram with respect to the first image if the exposure time has been updated to the second exposure time; modifying the histogram with respect to the first image on the basis of saturated pixels; and extracting a target exposure time on the basis of the modified histogram with respect to the first image.

Description

노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 방법 및 장치Automatic Exposure Method and Device for Minimal Shot Using Noise-Aware Linear Model
본 발명은 불특정 장면에 대하여 목표 밝기에 도달하기 위한 자동 노출 방법 및 장치에 관한 것 및 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, and to an automatic exposure method and apparatus for reaching a target brightness for an unspecified scene even in a nonlinear section of an overexposure 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.Recently, with the rapid development of digital camera technology, digital cameras that support 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 personal digital assistants (PDAs). Such digital cameras are basically provided with an image sensor such as a charge coupled device (CCD), a complementary metal oxide semiconductor (CMOS), or the like, which captures and converts light of an object into an electrical signal. However, with the current technology, it is difficult to fundamentally block noise generated when photographing a subject by such an image sensor. Therefore, most digital cameras have a function of removing or correcting the generated noise, and the importance of such a function is increasing in consideration of the current trend of pursuing a high quality image.
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 capturing an image having a target brightness target even in a nonlinear section of an overexposure state by appropriately adjusting both exposure time, amplification ratio, or exposure time and amplification ratio. To provide a device. In addition, by applying a noise-aware offset in consideration of noise in various illuminance environments such as outdoor backlighting, an image of a target brightness is obtained with minimal shooting.
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 an aspect, the automatic exposure control method proposed by the present invention may include acquiring a first image photographed in a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio, and adjusting the exposure time from the first exposure time. Updating to a second exposure time, estimating a histogram for the first image if the exposure time is updated to the second exposure time, and generating a histogram for the first image based on saturated pixels. And deforming a target exposure time based on the deformed histogram of 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 reaches 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. When the exposure time is updated to the second exposure time, estimating the histogram for the first image may include estimating the histogram of the first image when the image brightness of the overexposed state is smaller than the target brightness and the image brightness of the overexposed state is the target brightness. It can be estimated by dividing by a larger case.
상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 강도 히스토그램으로부터 노출 시간을 계산할 수 있다. When the image brightness of the overexposed state is smaller than the target brightness, the exposure time may 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, When the image brightness of the overexposed state is less than the target brightness, using the following equation to estimate L1 using the histogram of the initial image,
Figure PCTKR2015007255-appb-I000001
Figure PCTKR2015007255-appb-I000001
여기에서, h(x)는 상기 초기 이미지의 히스토그램을 나타낸다. Here, h (x) represents the 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. When the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, it is possible to infer a saturated pixel that decreases 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, When the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, the following equation is used to estimate the saturated pixel that decreases when the exposure time is decreased from the initial exposure time,
z=0.1389-0.004079x-0.3513y z = 0.1389-0.004079x-0.3513y
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 is a photographing unit for obtaining a first image photographed in a first frame using the first exposure time and the first amplification ratio, the exposure time of the first exposure Updating from time to a second exposure time, a histogram estimator for estimating a histogram for the first image when the exposure time is updated to the second exposure time, based on the saturated pixels The apparatus may include a histogram transform unit configured to modify a histogram for an image, and a target exposure time extractor configured to extract a target exposure time based on the modified 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 extractor may determine whether the brightness of the first image reaches a 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 estimating unit may estimate by dividing the case in which the image brightness in the overexposed state is smaller than the target brightness and the case in which the image brightness in the overexposed state is larger than the target brightness.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 최소 장면 자동 노출 방법은 미리 정해진 노출시간 및 증폭비를 갖는 제1 프레임을 이용하여 촬영한 제1 이미지를 촬영하는 단계, 상기 제1 프레임의 초기 밝기를 계산하는 단계, 상기 초기 밝기와 목표 밝기의 차를 미리 정해진 에러마진과 비교하는 단계, 상기 초기 밝기와 상기 목표 밝기의 차가 상기 미리 정해진 에러마진보다 클 경우, 노출시간 및 증폭비 모드를 선택하는 단계, 상기 초기 밝기와 상기 목표 밝기의 차가 상기 미리 정해진 에러마진보다 작을 경우, 상기 이미지를 촬영하는 단계부터 반복하는 단계, 상기 노출시간 및 증폭비 모드에 따라 노이즈를 고려한 상쇄 값을 이용하여 초기 밝기를 보상하는 단계, 상기 보상된 밝기의 노출시간 및 증폭비를 제2 프레임에 적용하고, 상기 제2 프레임을 이용하여 제2 이미지를 촬영하고, 상기 이미지를 촬영하는 단계부터 반복하는 단계를 포함할 수 있다. In one aspect, the minimal scene automatic exposure method proposed in the present invention comprises the steps of photographing a first image taken by using a first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio, calculating the initial brightness of the first frame Comparing the difference between the initial brightness and the target brightness with a predetermined error margin; when the difference between the initial brightness and the target brightness is greater than the predetermined error margin, selecting an exposure time and an amplification ratio mode; If the difference between the initial brightness and the target brightness is less than the predetermined error margin, repeating the step of photographing the image, compensating for the initial brightness by using an offset value considering noise according to the exposure time and the amplification ratio mode. And applying the compensated exposure time and amplification ratio to a second frame and using the second frame. Shooting by a second image, and may include the step of repeating from the step of recording the image.
상기 초기 밝기와 상기 목표 밝기의 차가 상기 미리 정해진 에러마진보다 클 경우, 노출시간 및 증폭비 모드를 선택하는 단계는 노출시간을 조정하는 셔터 우선 모드, 증폭비를 조정하는 증폭비 우선 모드, 노출시간 및 증폭비를 조정하는 혼합 모드를 포함하는 상기 노출시간 및 증폭비 모드 중 하나를 선택할 수 있다. When the difference between the initial brightness and the target brightness is greater than the predetermined error margin, selecting the exposure time and the amplification ratio mode may include: shutter priority mode for adjusting exposure time, amplification ratio priority mode for adjusting amplification ratio, and exposure time And a mixing mode for adjusting the amplification ratio.
상기 선택된 노출시간 및 증폭비 모드에 따라 노이즈를 고려한 상쇄 값을 이용하여 초기 밝기를 보상하는 단계는 하기 식을 이용하여 초기 밝기를 보상하고, Compensating the initial brightness by using an offset value considering noise according to the selected exposure time and amplification ratio mode, using the following equation to compensate for the initial brightness,
Li+1 - Ni+1 = Si+1/Si-Gi+1/Gi(Li - Ni)L i + 1 -N i + 1 = S i + 1 / S i -G i + 1 / G i (L i -N i )
여기에서, L 밝기, G는 증폭비, S는 노출시간, N은 노이즈를 고려한 상쇄 값을 나타낼 수 있다. 그리고, 실내 환경, 야외 환경, 역광, 정조명 상태를 포함하는 조도환경에서 상기 노이즈를 고려한 상쇄 값을 적용함으로써 최소한의 촬영만으로 밝기를 보상할 수 있다. Here, L brightness, G may represent an amplification ratio, S may represent an exposure time, and N may represent an offset value considering noise. In addition, by applying an offset value considering the noise in an illumination environment including an indoor environment, an outdoor environment, a backlight, and a lighting condition, brightness may be compensated with only minimal shooting.
상기 이미지를 촬영하는 단계부터 반복하는 단계는 최대 3번의 반복 촬영을 통해 목표 밝기의 이미지를 얻을 수 있다. In the step of taking the image from the step of repeating, the image having the target brightness may be obtained through the repeated shooting of up to three times.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 최소 장면 자동 노출 장치는 미리 정해진 노출시간 및 증폭비를 갖는 제1 프레임을 이용하여 촬영한 제1 이미지를 촬영하는 촬영부, 상기 제1 프레임의 초기 밝기를 계산하는 계산부, 상기 초기 밝기와 목표 밝기의 차를 미리 정해진 에러마진과 비교하는 비교부, 상기 초기 밝기와 상기 목표 밝기의 차가 상기 미리 정해진 에러마진보다 클 경우, 노출시간 및 증폭비 모드를 선택하는 모드 선택부, 상기 노출시간 및 증폭비 모드에 기반하여 노이즈를 고려한 상쇄 값을 이용하여 초기 밝기를 보상하는 밝기 조정부, 상기 보상된 밝기의 노출시간 및 증폭비를 제2 프레임에 적용하고, 상기 촬영부가 상기 제2 프레임을 이용하여 제2 이미지를 촬영하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. According to another aspect, the minimum scene automatic exposure apparatus proposed by the present invention is a photographing unit for taking a first image photographed using a first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio, the initial of the first frame A calculator for calculating a brightness, a comparison unit for comparing the difference between the initial brightness and the target brightness with a predetermined error margin, an exposure time and an amplification ratio mode when the difference between the initial brightness and the target brightness is greater than the predetermined error margin. A mode selection unit for selecting a brightness controller for compensating initial brightness by using an offset value considering noise based on the exposure time and amplification ratio mode, and applying an exposure time and an amplification ratio of the compensated brightness to a second frame The controller may include a controller configured to control the photographing unit to photograph the second image by using the second frame.
상기 모드 선택부는 상기 초기 밝기와 상기 목표 밝기의 차가 상기 미리 정해진 에러마진보다 작을 경우, 상기 촬영부가 다시 이미지를 촬영하도록 할 수 있다. The mode selector may cause the photographing unit to photograph an image when the difference between the initial brightness and the target brightness is smaller than the predetermined error margin.
상기 모드 선택부는 노출시간을 조정하는 셔터 우선 모드, 증폭비를 조정하는 증폭비 우선 모드, 노출시간 및 증폭비를 조정하는 혼합 모드를 포함하는 상기 노출시간 및 증폭비 모드 중 하나를 선택할 수 있다. The mode selector may select one of the exposure time and amplification ratio modes including a shutter priority mode for adjusting exposure time, an amplification ratio priority mode for adjusting amplification ratio, and a mixing mode for adjusting exposure time and amplification ratio.
상기 밝기 조정부는 하기 식을 이용하여 초기 밝기를 보상하고, The brightness adjusting unit compensates for the initial brightness using the following equation,
Li+1 - Ni+1 = Si+1/Si-Gi+1/Gi(Li - Ni)L i + 1 -N i + 1 = S i + 1 / S i -G i + 1 / G i (L i -N i )
여기에서, L 밝기, G는 증폭비, S는 노출시간, N은 노이즈를 고려한 상쇄 값을 나타낼 수 있다. Here, L brightness, G may represent an amplification ratio, S may represent an exposure time, and N may represent an offset value considering noise.
상기 밝기 조정부는 실내 환경, 야외 환경, 역광, 정조명 상태를 포함하는 조도환경에서 상기 노이즈를 고려한 상쇄 값을 적용함으로써 최소한의 촬영만으로 밝기를 보상할 수 있다. The brightness adjusting unit may compensate for brightness with only minimal shooting by applying an offset value considering the noise in an illumination environment including an indoor environment, an outdoor environment, a backlight, and a constant lighting condition.
상기 제어부는 최대 3번의 반복 촬영을 통해 얻은 목표 밝기를 이용하여 이미지를 촬영하도록 제어할 수 있다. The controller may control to capture an image by using a target brightness obtained through at least three repetitive shots.
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, the exposure time, the amplification ratio, or both the exposure time and the amplification ratio may be appropriately adjusted to capture an image having a target target brightness even in a non-linear section in an overexposure state. In addition, by applying a noise-aware offset in consideration of noise in various illuminance environments such as outdoor backlighting, an image having a target brightness may be obtained with minimal shooting.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method for automatically minimizing photographing using a noise recognition linear model according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노출시간과 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다. 2 is a graph showing a relationship between exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출시간 제로에서의 증폭비와 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing a relationship between amplification ratio and brightness at zero exposure time according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장면의 고정된 밝기에서 노출시간 변화에 따른 증폭비와 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph illustrating a relationship between an amplification ratio and brightness according to a change in exposure time at a fixed brightness of a scene according to an embodiment of the present invention.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 장면 자동 노출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5A is a flowchart illustrating a method for automatically minimizing scene exposure according to an embodiment of the present invention.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 장면 자동 노출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.5B is a diagram illustrating a configuration of a minimum scene automatic exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 과다 노출 된 상태에서 밝기 및 노출 시간의 관계를 나타내는 도면이다. 5C is a diagram illustrating a relationship between brightness and exposure time in an overexposed state according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 노출 시간 인 경우 이미지의 밝기 히스토그램을 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating a histogram of brightness of an image at each exposure time according to an embodiment of the present invention.
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.
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 extended histogram of an initial image, according to an exemplary embodiment.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 시간과 밝기를 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 장치를 나타내는 도면이다. FIG. 10 is a diagram illustrating a minimum photographing auto exposure apparatus using a noise recognition linear model according to one embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary 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 illustrating a method for automatically minimizing photographing using a noise recognition linear model according to an exemplary 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. In the method of minimizing photographing automatic exposure using a noise-aware linear model, acquiring a first image photographed in a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio (110), and extracting the exposure time from the first exposure time. Updating 120 to the second exposure time; estimating a histogram for the first image 130 when the exposure time is updated to the second exposure time; and based on the saturated pixels Deforming the histogram for the first image (140), extracting a target exposure time based on the modified histogram for the first image (150).
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. In operation 110, a first image captured in the first frame may be acquired using the first exposure time and the first amplification ratio. The first image photographed using the first frame having the predetermined exposure time and the amplification ratio may be photographed. For example, an image can be captured continuously to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, the brightness of which must be calculated every frame. In this case, the initial brightness of the first frame may 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 operation 130, when the exposure time is updated to 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. When the exposure time is updated to the second exposure time, estimating the histogram for the first image includes: when the image brightness of the overexposed state is less than the target brightness and the image brightness of the overexposed state is the target It can be estimated by dividing by the case of greater than 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 image brightness in the overexposed state is smaller 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 smaller than the target brightness, Equation 12 is used to estimate L1 using the histogram of the initial image, where h (x) may represent the histogram of the initial image. When the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, it is possible to infer a saturated pixel that decreases 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. If the image brightness in an overexposure state is greater than the target brightness, Equation 17 is used to estimate the saturated pixel that decreases as the exposure time decreases from the initial exposure time, where the x axis is the brightness of the initial image, y The axis can represent the ratio 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 operation 150, a target exposure time may be extracted based on the modified histogram of the first image. The extracting of the target exposure time may include determining whether the brightness of the first image reaches the target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram. It will be described in more detail with reference to Figures 2 to 10.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노출시간과 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다. 2 is a graph showing a 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 lens of the camera, it can be predicted that the brightness of the image is proportional to the exposure time. This relationship can be expressed as in Equation (1).
수학식(1)      Equation (1)
Li+1 = Si+1/Si*Li L i + 1 = S i + 1 / S i * L i
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.
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 증폭비에 대한 이미지의 밝기와 노출시간 사이의 선형성이 명백히 유지됨을 확인할 수 있다.For example, in order to show the validity of Equation (1), a color checker is photographed using a PointGrey Flea3 camera as shown in FIG. In fixed light conditions, the exposure time is increased from 0ms to 100ms, and the amplification ratio is increased from 1 to 5 times. In order to measure the brightness of the captured image, an RGB-YUV conversion is performed on the RGB values of all the pixels in the image, and then the average of the Y values of all the pixels is obtained. As shown in FIG. 2 (b), it can be seen that the linearity between the brightness of the image and the exposure time for a fixed value of various amplification ratios is clearly maintained.
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 an element within the camera that maintains a fixed brightness of the image. In particular, electrons and holes irregularly generated in a depletion region of a device such as an optical device may cause dark current when there is no light incident on the optical device. This is called dark current noise, which is relatively small in size, but is one of the major sources of noise in image sensors. The brightness appearing in the image of the 0 ms exposure time may be mainly due to noise generated irrespective of the brightness of the pixel, such as dark current noise, read-out noise, and quantization noise. Since the dark current noise may be represented by the number of photons, the brightness value resulting from 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 showing 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 an exposure time of 0 ms, the image is taken while changing the amplification ratio while maintaining the exposure time of 0 ms as shown in FIG. For example, the brightness of images obtained from various image sensors such as TOSHIBA CIS sensor 330, three types of PointGrey Flea3 cameras 310, 320, 360, and two types of PointGrey Grasshopper cameras 340, 350, and You can see the linear relationship between the amplification ratios of the cameras. The offset brightness at the exposure time of 0 ms can be expressed as in Equation (2).
수학식(2)       Equation (2)
N= c + a*GN = c + a * G
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 at 0 ms exposure time, and c and a are constant values, which differ from camera to camera.
결론적으로, 특정 환경의 조도와 증폭비가 일정할 때, 노출시간과 이미지의 밝기 사이의 관계를 수학식(3)과 같이 나타낼 수 있다.In conclusion, when the illuminance and the amplification ratio of the specific environment are constant, the relationship between the exposure time and the brightness of the image may be expressed as in Equation (3).
수학식(3)      Equation (3)
Li+1 - N = Si+1/Si-(Li - N)L i + 1 -N = S i + 1 / S i- (L i -N)
일반적인 상황에서 초기의 노출시간을 통해 이미지를 찍은 후, 수학식3을 이용하여 다시 노출시간을 조절함으로써 타겟 밝기 값을 갖는 이미지를 얻을 수 있다.After taking an image through an initial exposure time in a general situation, an image having a target brightness value may be obtained by 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 a parameter that determines how many times the amount of incident photons are amplified to determine the intensity of the image. Therefore, the amplification ratio is always linearly related to the brightness of the image. The relationship between the brightness and the amplification ratio of such an image can be expressed as in Equation (4).
수학식(4)       Equation (4)
Li+1 = Gi+1/Gi * Li L i + 1 = G i + 1 / G i * L i
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.Gi is the amplification ratio of the i-th image taken. As described above, to check Equation (4), a color checker is photographed using the same camera in a fixed illuminance environment as shown in FIG. At this time, the amplification ratio was increased from 1 to 8 times, the exposure time was increased from 40ms to 80ms. Thereafter, brightness values of the photographed images were measured as shown in FIG. 3.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장면의 고정된 밝기에서 노출시간 변화에 따른 증폭비와 밝기의 관계를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph illustrating a relationship between an amplification ratio and brightness according to a change in exposure time at a fixed brightness of a scene according to an embodiment of the present invention.
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.The camera used in this experiment (Flea3) could not take images at 0x amplification ratio, so it is possible to extend the line connecting the brightness values from 1x to 8x to adjust the brightness value of the image at 0x amplification ratio. Obtain As shown in Figure 4, it can be seen 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 0x amplification ratio is also not zero. At this time, unlike using a fixed amplification ratio in Equation (2), it is necessary to reflect the change in the amplification ratio in the equation. Therefore, Equation (2) may be modified as in Equation (5).
수학식(5)       Equation (5)
Ni=c + a*Gi N i = c + a * G i
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 such a cancellation value Ni, when the illuminance and the exposure time in a specific environment are fixed, the relationship between the brightness of the image and the amplification ratio can be represented. If the brightness value of the pure image is obtained by subtracting the offset value, the brightness value of the image may be expressed as in Equation (6).
수학식(6)      Equation (6)
Li = Lnet i+ Ni L i = L net i + N i
그러면, Linet 는 증폭비와 선형적인 관계를 가지므로, 수학식4를 수학식7과 같이 다시 나타낼 수 있다.Then, since Linet has a linear relationship with the amplification ratio, Equation 4 may be represented as Equation 7.
수학식(7)      Equation (7)
Lnet i+1= Gi+1/Gi* Lnet i L net i + 1 = G i + 1 / G i * L net i
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 may be expressed as Equation (8) in consideration of the offset value Ni.
수학식(8)      Equation (8)
Li+1 - Ni+1 = Gi+1/Gi*(Li - Ni)L i + 1 -N i + 1 = G i + 1 / G i * (L i -N i )
일반적인 상황에서 초기의 증폭비를 통해 영상을 찍은 후, 수학식8을 사용하여 다시 증폭비를 조절함으로써 타겟 밝기 값을 갖는 영상을 얻을 수 있다.After taking an image through an initial amplification ratio in a general situation, an image having a target brightness value may be obtained by adjusting the amplification ratio again 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), which adjust exposure time and amplification ratio, respectively, can be integrated into a single equation. Then, for an image given the initial exposure time Si and the amplification ratio Gi, an appropriate exposure time Si + 1 for the target brightness value Li + 1 can be determined. Then, in order to determine an appropriate amplification ratio, the output brightness Li + 1 in Equation (9) may be substituted for the initial brightness Li in Equation (8), and may be expressed as Equation (10).
수학식(9)      Equation (9)
Li+1 - Ni = Si+1/Si*(Li - Ni)L i + 1 -N i = S i + 1 / S i * (L i -N i )
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.In addition, another integrated equation can be obtained by considering the exposure time that follows by determining the amplification ratio. By applying equation (8) to equation (3), the same relationship as in equation (10) can be obtained.
수학식(10)  Equation (10)
Li+1 = Gi+1/Gi*Si+1/Si*(Li - Ni)L i + 1 = G i + 1 / G i * S i + 1 / S i * (L i -N i )
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 with the exposure time and the amplification ratio can be rewritten. This may be expressed as in Equation (11).
수학식(11) Equation (11)
Li+1 - Ni+1 = Gi+1/Gi*Si+1/Si*(Li - Ni)L i + 1 -N i + 1 = G i + 1 / G i * S i + 1 / S i * (L i -N i )
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 5에 나타내었다.Here, L may represent a brightness value, G may represent an amplification ratio, S may represent an exposure time, and N may represent an offset value considering noise. Equation (11) is a special case, and may explain other relations in Equations (3) and (8). When the exposure time is equal to Si without changing to Si + 1, Equation (11) may be represented 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 any initial exposure time and amplification ratio. A flowchart of this proposed method is shown in FIG. 5.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 장면 자동 노출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5A is a flowchart illustrating a method for automatically minimizing scene exposure according to an embodiment of the present invention.
제안하는 최소 장면 자동 노출 방법은 미리 정해진 노출시간 및 증폭비를 갖는 제1 프레임을 이용하여 촬영한 제1 이미지를 촬영하는 단계(410), 상기 제1 프레임의 초기 밝기를 계산하는 단계(420), 상기 초기 밝기와 목표 밝기의 차를 미리 정해진 에러마진과 비교하는 단계(430), 상기 초기 밝기(Li)와 상기 목표 밝기(Ltarget)의 차가 상기 미리 정해진 에러마진(T)보다 클 경우, 노출시간 및 증폭비 모드를 선택하는 단계(441), 상기 노출시간 및 증폭비 모드에 따라 노이즈를 고려한 상쇄 값을 이용하여 초기 밝기를 보상하는 단계(450), 상기 보상된 밝기의 노출시간 및 증폭비를 제2 프레임에 적용하고, 상기 제2 프레임을 이용하여 제2 이미지를 촬영하고, 상기 이미지를 촬영하는 단계부터 반복하는 단계(460)를 포함할 수 있다. The proposed minimum scene automatic exposure method includes the steps of capturing a first image photographed using a first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio (410), and calculating an initial brightness of the first frame (420). Comparing the difference between the initial brightness and the target brightness with a predetermined error margin (430); when the difference between the initial brightness (Li) and the target brightness (Ltarget) is greater than the predetermined error margin (T), exposure Selecting a time and amplification ratio mode (441), compensating for initial brightness using an offset value considering noise according to the exposure time and amplification ratio mode (450), exposure time and amplification ratio of the compensated brightness May be applied to a second frame, photographing a second image by using the second frame, and repeating from capturing the image (460).
단계(410)에서, 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. In operation 410, a first image photographed using the first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio may be photographed. For example, an image can be captured continuously to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, the brightness of which must be calculated every frame.
단계(420)에서, 상기 제1 프레임의 초기 밝기를 계산할 수 있다. In operation 420, an initial brightness of the first frame may be calculated.
이후 단계(430)에서, 상기 초기 밝기(Li)와 목표 밝기(Ltarget)의 차를 미리 정해진 에러마진(T)과 비교할 수 있다. 마진에러 T는 표1에서와 같이 선택될 수 있다.In operation 430, the difference between the initial brightness Li and the target brightness Ltarget may be compared with a predetermined error margin T. The margin error T may be selected as shown in Table 1.
margin margin conditioncondition Flea 3Flea 3 AE w/o NAE w / o N AE with NAE with N
1%One% indoorindoor normalnormal 66 2.82.8 1One
backlitbacklit 66 5.65.6 3.23.2
frontlitfrontlit 6.576.57 5.45.4 2.82.8
outdooroutdoor normalnormal 9.259.25 4.54.5 33
backlitbacklit 1010 66 4.64.6
frontlitfrontlit 9.89.8 5.55.5 3.63.6
5%5% indoorindoor normalnormal 3.63.6 22 1One
backlitbacklit 4.374.37 33 2.32.3
frontlitfrontlit 5.715.71 33 1.61.6
outdooroutdoor normalnormal 7.57.5 3.73.7 2.32.3
backlitbacklit 7.47.4 44 33
frontlitfrontlit 8.88.8 4.34.3 2.72.7
상기 초기 밝기(Li)와 상기 목표 밝기(Ltarget)의 차가 상기 미리 정해진 에러마진(T)보다 클 경우, 단계(441)에서, 노출시간 및 증폭비 모드를 선택할 수 있다. 그러면, 수학식(11)에 기반하여 목표 밝기를 이루기 위한 적절한 증폭비 및 노출시간을 추정할 수 있다. 노출시간 및 증폭비 모드는 노출시간을 조정하는 셔터 우선 모드(shutter-priority), 증폭비를 조정하는 증폭비 우선 모드(gain-priority), 노출시간 및 증폭비를 조정하는 혼합 모드(mixed gain-shutter)를 포함하고, 상기 노출시간 및 증폭비 모드 중 하나를 선택할 수 있다. 장면을 위한 적절한 노출시간 또는 증폭비는 선택된 모드에 기반하여 결정될 수 있고, 결정된 값으로 다음 프레임을 취할 수 있다. When the difference between the initial brightness Li and the target brightness Ltarget is greater than the predetermined error margin T, in step 441, an exposure time and an amplification ratio mode may be selected. Then, an appropriate amplification ratio and exposure time for achieving the target brightness may be estimated based on Equation (11). Exposure time and amplification ratio modes include shutter-priority to adjust exposure time, gain-priority to adjust amplification ratio, and mixed mode to adjust exposure time and amplification ratio. shutter), and one of the exposure time and amplification ratio mode can be selected. The appropriate exposure time or amplification ratio for the scene can be determined based on the selected mode and can take the next frame with the determined value.
반면에 상기 초기 밝기(Li)와 상기 목표 밝기(Ltarget)의 차가 상기 미리 정해진 에러마진(T)보다 작을 경우, 단계(442)에서 상기 이미지를 촬영하는 단계부터 반복할 수 있다. 이때, 초기 노출시간 Si 및 초기 증폭비 Gi 값은 초기 값을 그대로 유지하고, 촬영하는 이미지의 순서 i는 i+1로 대체될 수 있다. 이러한 방법으로, 현재 밝기 및 목표 밝기를 비교함으로써 노출시간 또는 증폭비의 더 많은 변화가 필요한지 아닌지 결정할 수 있다. On the other hand, if the difference between the initial brightness (Li) and the target brightness (Ltarget) is less than the predetermined error margin (T), it can be repeated from the step of photographing the image in step 442. In this case, the initial exposure time Si and the initial amplification ratio Gi value may be maintained as they are, and the order i of the captured images may be replaced by i + 1. In this way, it is possible to determine whether more variation in exposure time or amplification ratio is needed by comparing the current brightness and the target brightness.
단계(450)에서, 상기 노출시간 및 증폭비 모드에 따라 노이즈를 고려한 상쇄 값을 이용하여 초기 밝기를 보상할 수 있다. 이때, 수학식(11)을 이용하여 초기 밝기를 보상하고, 실내 환경, 야외 환경, 역광(backlit), 정조명(frontlit) 상태를 포함하는 다양한 조도환경에서 상기 노이즈를 고려한 상쇄 값을 적용함으로써 최소한의 촬영만으로 밝기를 보상할 수 있다. In operation 450, the initial brightness may be compensated by using an offset value considering noise according to the exposure time and the amplification ratio mode. In this case, the initial brightness is compensated by using Equation (11), and the offset value considering the noise is applied at various illumination environments including indoor environment, outdoor environment, backlit, and frontlit state. Brightness can be compensated by only shooting with.
단계(460)에서, 상기 보상된 밝기의 노출시간 및 증폭비를 제2 프레임에 적용하고, 상기 제2 프레임을 이용하여 제2 이미지를 촬영하고, 상기 이미지를 촬영하는 단계부터 반복할 수 있다. 이때, 초기 노출시간 Si 및 초기 증폭비 Gi, 촬영하는 이미지의 순서 i값은 각각 Si+1, Gi+1, i+1 로 대체될 수 있다.In operation 460, the exposure time and the amplification ratio of the compensated brightness may be applied to the second frame, the second image may be photographed using the second frame, and the image may be repeated from the photographing of the image. In this case, the initial exposure time Si, the initial amplification ratio Gi, and the order i value of the photographed image may be replaced with Si + 1, Gi + 1, and i + 1, respectively.
이러한 과정을 통해 제안된 방법은, 과도한 포화 또는 다크 픽셀을 제공하지 않는 일반적인 조도 환경에서 오직 하나의 이전 프레임(single previous frame) 만으로 목표 밝기의 이미지를 얻을 수 있다. 또한, 실내 환경, 야외 환경, 역광(backlit), 정조명(frontlit) 상태를 포함하는 다양한 조도환경에서 상기 노이즈를 고려한 상쇄 값을 적용함으로써 최소한의 촬영만으로 밝기를 보상할 수 있다. Through this process, the proposed method can obtain an image of a target brightness with only one previous frame in a general illumination environment that does not provide excessive saturation or dark pixels. In addition, the brightness can be compensated with only minimal shooting by applying an offset value considering the noise in various illumination environments including an indoor environment, an outdoor environment, a backlit, and a frontlit state.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 장면 자동 노출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.5B is a diagram illustrating a configuration of a minimum scene automatic exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
제안하는 최소 장면 자동 노출 장치(500)는 촬영부(510), 계산부(520), 비교부(530), 모드 선택부(540), 밝기 조정부(550), 제어부(560)를 포함할 수 있다. The proposed minimum scene auto exposure apparatus 500 may include a photographing unit 510, a calculating unit 520, a comparator 530, a mode selecting unit 540, a brightness adjusting unit 550, and a controller 560. have.
촬영부(510)는 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. The photographing unit 510 may photograph the first image photographed using the first frame having a predetermined exposure time and amplification ratio. For example, an image can be captured continuously to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, the brightness of which must be calculated every frame.
계산부(520)는 상기 제1 프레임의 초기 밝기를 계산할 수 있다. The calculator 520 may calculate the initial brightness of the first frame.
비교부(530)는 상기 초기 밝기와 목표 밝기의 차를 미리 정해진 에러마진과 비교할 수 있다. 마진에러 T는 표1에서와 같이 선택될 수 있다.The comparator 530 may compare the difference between the initial brightness and the target brightness with a predetermined error margin. The margin error T may be selected as shown in Table 1.
모드 선택부(540)는 상기 초기 밝기(Li)와 상기 목표 밝기(Ltarget)의 차가 상기 미리 정해진 에러마진(T)보다 클 경우, 노출시간 및 증폭비 모드를 선택할 수 있다. 이때, 노출시간을 조정하는 셔터 우선 모드(shutter-priority), 증폭비를 조정하는 증폭비 우선 모드(gain-priority), 노출시간 및 증폭비를 조정하는 혼합 모드(mixed gain-shutter) 중 하나를 선택할 수 있다. 반면에 상기 초기 밝기(Li)와 상기 목표 밝기(Ltarget)의 차가 상기 미리 정해진 에러마진(T)보다 작을 경우, 모드 선택부(540)는 상기 촬영부(510)가 다시 이미지를 촬영하도록 할 수 있다. 이때, 초기 노출시간 Si 및 초기 증폭비 Gi 값은 초기 값을 그대로 유지하고, 촬영하는 이미지의 순서 i는 i+1로 대체될 수 있다. 이러한 방법으로, 현재 밝기 및 목표 밝기를 비교함으로써 노출시간 또는 증폭비의 더 많은 변화가 필요한지 아닌지 결정할 수 있다. The mode selector 540 may select an exposure time and an amplification ratio mode when the difference between the initial brightness Li and the target brightness Ltarget is greater than the predetermined error margin T. In this case, one of shutter-priority adjusting the exposure time, gain-priority adjusting the amplification ratio, and mixed gain-shutter adjusting the exposure time and amplification ratio can be selected. You can choose. On the other hand, when the difference between the initial brightness Li and the target brightness Ltarget is smaller than the predetermined error margin T, the mode selector 540 may cause the photographing unit 510 to take an image again. have. In this case, the initial exposure time Si and the initial amplification ratio Gi value may be maintained as they are, and the order i of the captured images may be replaced by i + 1. In this way, it is possible to determine whether more variation in exposure time or amplification ratio is needed by comparing the current brightness and the target brightness.
밝기 조정부(550)는 상기 노출시간 및 증폭비 모드에 기반하여 노이즈를 고려한 상쇄 값을 이용하여 초기 밝기를 보상할 수 있다. 이때, 수학식(11)을 이용하여 초기 밝기를 보상하고, 실내 환경, 야외 환경, 역광(backlit), 정조명(frontlit) 상태를 포함하는 다양한 조도환경에서 상기 노이즈를 고려한 상쇄 값을 적용함으로써 최소한의 촬영만으로 밝기를 보상할 수 있다. The brightness controller 550 may compensate for the initial brightness by using an offset value considering noise based on the exposure time and the amplification ratio mode. In this case, the initial brightness is compensated by using Equation (11), and the offset value considering the noise is applied at various illumination environments including indoor environment, outdoor environment, backlit, and frontlit state. Brightness can be compensated by only shooting with.
제어부(560)는 상기 보상된 밝기의 노출시간 및 증폭비를 제2 프레임에 적용하고, 상기 촬영부가 상기 제2 프레임을 이용하여 제2 이미지를 촬영하도록 제어할 수 있다. 이때, 초기 노출시간 Si 및 초기 증폭비 Gi, 촬영하는 이미지의 순서 i값은 각각 Si+1, Gi+1, i+1 로 대체될 수 있다.The controller 560 may apply the compensated exposure time and the amplification ratio to the second frame, and control the photographing unit to photograph the second image using the second frame. In this case, the initial exposure time Si, the initial amplification ratio Gi, and the order i value of the photographed image may be replaced with Si + 1, Gi + 1, and i + 1, respectively.
제안하는 최소 장면 자동 노출 장치(500)는 앞서 설명한 방법을 수행함으로써 서버 포화 또는 다크 픽셀을 제공하지 않는 일반적인 조도 환경에서 하나의 이전 프레임(single previous frame)만으로 목표 밝기를 구할 수 있다. 또한, 실내 환경, 야외 환경, 역광(backlit), 정조명(frontlit) 상태를 포함하는 다양한 조도환경에서 상기 노이즈를 고려한 상쇄 값을 적용함으로써 최소한의 촬영만으로 밝기를 보상할 수 있다. The proposed minimum scene auto exposure apparatus 500 may obtain a target brightness using only one previous frame in a general illumination environment that does not provide server saturation or dark pixels by performing the aforementioned method. In addition, the brightness can be compensated with only minimal shooting by applying an offset value considering the noise in various illumination environments including an indoor environment, an outdoor environment, a backlit, and a frontlit state.
이하, 실험을 통해 제안하는 최소 장면 자동 노출 방법 및 장치의 효과를 확인한다. 적절한 노출시간 및 증폭비를 추정함으로써 목표 밝기에 도달한 것을 확인하기 위해, 표2에 보여진 것과 같이 Ltarget 및 Li+1을 비교함으로써 노출시간을 조정하는 셔터 우선 모드(shutter-priority), 증폭비를 조정하는 증폭비 우선 모드(gain-priority), 노출시간 및 증폭비를 조정하는 혼합 모드(mixed gain-shutter)의 3가지 모드를 테스트하였다. 이때, 초기값 Si=30ms, Gi=1, Li=32.6이다. Hereinafter, the effects of the proposed minimum scene automatic exposure method and apparatus are verified through experiments. To confirm that the target brightness has been reached by estimating the appropriate exposure time and amplification ratio, shutter-priority and amplification ratio are adjusted to compare the exposure time by comparing Ltarget and Li + 1 as shown in Table 2. Three modes of adjusting the gain-priority mode to adjust, the exposure time and the mixed mode to adjust the amplification ratio were tested. At this time, initial value Si = 30ms, Gi = 1, Li = 32.6.
Si+1 S i + 1 gi+1 g i + 1 Ltarget L target Li+1 L i + 1
Gain-prioritymodeGain-prioritymode 60.6960.69 1One 6060 60.0460.04
105.5105.5 1One 100100 100.13100.13
172.71172.71 1One 160160 159.3159.3
Shutter-prioritymodeShutter-prioritymode 3030 2.022.02 6060 60.3660.36
3030 3.513.51 100100 100.3100.3
3030 5.755.75 160160 159.77159.77
Mixed modeMixed mode 52.7452.74 22 100100 100.14100.14
6060 1.761.76 100100 100.54100.54
9090 1.171.17 100100 100.8100.8
error(%)error (%) 0.3520.352
초기 상태로부터, 추정된 노출시간(in shutter-priority mode) 또는 추정된 증폭비(in gain-priority mode) 또는 추정된 노출시간 및 증폭비(in mixed mode) 모두를 조정하는 자동 노출 이미지를 취할 수 있다. Li+1에서 얻어진 밝기는 하나의 이전 프레임만을 이용하여 계산될 수 있다. 3가지 모드를 포함하는 모든 실험에 대하여, 제안하는 최소 장면 자동 노출 방법을 이용한 자동 노출 이미지의 밝기는 표2에 보여진 것과 같이 목표 밝기에 가까워질 수 있다. From the initial state, it is possible to take an autoexposure image that adjusts the estimated exposure time (in shutter-priority mode) or the estimated gain-priority mode or both the estimated exposure time and in mixed mode (in mixed mode). have. The brightness obtained at Li + 1 can be calculated using only one previous frame. For all experiments involving three modes, the brightness of the auto-exposed image using the proposed minimum scene auto exposure method can be close to the target brightness as shown in Table 2.
자동 노출을 위한 최소 프레임 수는 다이나믹한 조명 변화 상태에 대하여 특히 중요하다. 종래기술에서는 이러한 노이즈를 고려한 상쇄 값을 고려하지 않았다. 하지만, 비례식에 기반하여 적절한 노출시간 또는 증폭비를 추측하였다. 표1은 Flea3 사이의 자동 노출에 대해 요구되는 이미지의 수의 비교를 나타내고, 노이즈를 고려한 상쇄 값 N을 갖는 자동 노출 방법과 자동 노출 방법을 갖지 않는 노이즈를 고려한 상쇄 값 N에 대해 나타내었다. 다시 말해, 표1은 Flea3 카메라가 자동노출을 수행하여 목표밝기에 도달하는데 필요한 반복 촬영 횟수와 제안된 방법에서 노이즈에 기반한 상쇄값을 고려하지 않은 경우와 고려한 경우에 대하여 목표밝기에 도달하는데 필요한 반복 촬영 횟수를 비교한 것이다.The minimum number of frames for autoexposure is particularly important for dynamic lighting changes. The prior art does not consider the offset value considering this noise. However, the proper exposure time or amplification ratio was estimated based on the proportional equation. Table 1 shows a comparison of the number of images required for autoexposure between Flea3, and the autoexposure method with offset value N considering noise and the offset value N considering noise without automatic exposure method. In other words, Table 1 shows the number of repetitive shots required for the Flea3 camera to perform autoexposure to achieve the target brightness, and the repetition required to reach the target brightness for the case where the proposed method does not consider the noise-based cancellation value The number of shots was compared.
일반적인 조도의 실내 환경에서, 노이즈를 고려한 상쇄 값을 적용하지 않는 경우에는 2개 이상의 프레임을 필요로 하는 반면, 상기 제안된 방법은 하나의 프레임만을 사용하여 목표 밝기에 도달할 수 있다. 역광 및 정조명을 받는 것과 같은 경우, 직사광 때문에 발생하는 포화된 픽셀을 다루기 위해 일반적으로 더 많은 프레임을 필요로 할 수 있다. 종래 기술에서는 더 많은 프레임이 요구될 수 있지만, 노이즈를 고려한 상쇄 값을 적용함으로써, 2 또는 3개의 프레임만을 사용하여 목표 밝기를 얻을 수 있다. 실외 조건에서, 상기 프레임의 평균은 장면의 포화된 부분이 더 우세하기 때문에 실내 상태보다 더 클 수 있다. 그럼에도 불구하고, 노이즈를 고려한 상쇄 값을 적용하여 목표 밝기를 위한 최소의 프레임을 필요로 한다.In an indoor environment of general illumination, two or more frames are required when no offset value considering noise is applied, whereas the proposed method can reach the target brightness using only one frame. In the case of receiving backlight and constant lighting, it may generally require more frames to deal with saturated pixels caused by direct light. In the prior art, more frames may be required, but by applying an offset value considering noise, the target brightness can be obtained using only two or three frames. In outdoor conditions, the average of the frames may be larger than indoor conditions because the saturated portion of the scene is more dominant. Nevertheless, it requires a minimum frame for the target brightness by applying an offset value considering noise.
종래 기술의 기법은 정비례방정식에 기반하였고, 노이즈를 고려한 상쇄 값의 적용 없이 자동 노출(AE: Auto exposure)의 결과와 유사한 목표 밝기를 위해 더 많은 프레임을 필요로 했을 것이다. 목표 밝기를 위한 마진을 5% 증가시킬 경우, 제안된 방법은 3 프레임 이내의 반복 촬영을 통해서 정확하게 노출된 이미지를 취할 수 있다.  The prior art technique is based on a direct equation and would have required more frames for a target brightness similar to the result of auto exposure (AE) without the application of noise-compensated offsets. If the margin for target brightness is increased by 5%, the proposed method can take accurate exposed images through repeated shooting within 3 frames.
요약하면, 제안된 노이즈를 고려한 선형 모델은 일반적인 조도 환경, 역광 및 정조명 상태에서 몇몇의 더 많은 프레임을 필요로 하는 상태에도 싱글 프레임을 사용함으로써 목표 밝기에 도달할 수 있도록 한다. 이러한 단순하고 효과적인 알고리즘은 종래 기술에 기반한 룩업 테이블에 비교된 메모리 감소를 위해 H/W에 적용될 수 있고, 종래 기술에 기반한 최적화와 비교여 복잡하지 않다. 그리고, 자동노출을 수행하는데 있어서 노출시간 및 증폭비를 분리하거나 또는 노출시간과 증폭비를 동시에 사용할 수 있는 3가지 동작 모드를 제안하였다. 각 모드에 대하여, 목표 밝기로 정확하게 노출된 이미지가 최소한의 장면으로 얻어지는 것을 확인하였다. 제안된 알고리즘에 기반하여, 이미지 환경에 따른 선택모드를 적용함으로써 더욱 현실적인 이미지를 촬영할 수 있는 카메라 시스템을 개발할 수 있다. In summary, the linear model considering the proposed noise makes it possible to reach the target brightness by using a single frame even in a general illumination environment, a backlight and a constant light state, even if a few more frames are required. This simple and effective algorithm can be applied to H / W for memory reduction compared to a lookup table based on the prior art, and is not complicated compared to the optimization based on the prior art. In addition, three operation modes are proposed in which the exposure time and the amplification ratio can be separated or the exposure time and the amplification ratio can be used simultaneously in performing the automatic exposure. For each mode, it was confirmed that an image accurately exposed at the target brightness was obtained with a minimum of scenes. Based on the proposed algorithm, it is possible to develop a camera system that can capture more realistic images by applying the selection mode according to the image environment.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 과다 노출 된 상태에서 밝기 및 노출 시간의 관계를 나타내는 도면이다. 5C is a diagram illustrating a 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 guaranteed to have nearly saturated pixels as shown in FIGS. 2 and 4. When there are many saturated pixels in the image as in Fig. 5 (a), the relationship between the brightness and the 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. 6 is a diagram illustrating a histogram of brightness of an image at 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 shows intensity histograms with various exposures (40 ms, 60 ms, 120 ms) as shown in FIG. 5 (b). While the exposure time increases from 40 ms in FIG. 6 (a) to 60 ms in FIG. 6 (b), the variation in intensity distribution can be increased. An intensity histogram for an exposure time of 120 ms can be expected as shown in Fig. 6 (c), but the actual histogram of 120 ms is saturated as shown in Fig. 6 (d) due to the limitation of an 8-bit image. This can lead to nonlinearities in 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 nonlinearity of brightness and exposure time, two cases of overexposed conditions can be separated, as shown in FIG. 7. Case 1 means that the image brightness is smaller than the target brightness when the image is in an overexposed condition. Case2 is in reverse saturation, where the image brightness is greater than the target brightness. For these two cases, before applying the noise-recognition linear relationship to Equation 9, additional techniques for case1 and case2 can be proposed to reduce the mismatch between targets L and L1 caused by nonlinearity. Case1 may 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 of FIG. 7 can be estimated.
수학식 12     Equation 12
Li+1 - Ni+1 = Gi+1/Gi*Si+1/Si*(Li - Ni)L i + 1 -N i + 1 = G i + 1 / G i * S i + 1 / S i * (L i -N i )
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 extended histogram of an initial image, according to an exemplary embodiment.
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 may 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.
수학식13       Equation 13
x'=(x-N)*S+Nx '= (x-N) * S + N
x'=255 (if x'>255, x'=255)x '= 255 (if x'> 255, x '= 255)
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 may be represented as h0 (x0) in FIG. 8 (b). N is the noise model proposed in Equation 2, and S means S1 = Sinit. These pixels inferred to X0 can be larger than 255 and can be assumed to be truncated at 255 because of saturation. In Fig. 8 (b), L1 can be estimated from h (0).
수학식14     Equation 14
Figure PCTKR2015007255-appb-I000002
Figure PCTKR2015007255-appb-I000002
수학식 10의 x0을 대체함으로써 수학식 14을 구할 수 있다. By replacing x0 in Equation 10, Equation 14 can be obtained.
수학식15     Equation 15
Figure PCTKR2015007255-appb-I000003
Figure PCTKR2015007255-appb-I000003
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 estimated using the histogram of the initial image. k is the maximum value of x not exceeding 255 when x increases by S1 = Sinit time, and k can be inferred.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 시간과 밝기를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing exposure time and brightness according to an embodiment of the present invention.
수학식 16        Equation 16
k=floor((255-N)/S+N)k = floor ((255-N) / S + N)
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. Experimentally expected L1 shows about 0.5% error compared to the brightness of images taken with S1. We need more steps to find the right exposure time, SOPT, to accurately shoot the exposed image. As shown in FIG. 9, we can find S2 for reaching 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. 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.L2 can also be estimated through equation (15). By repeating this sequence n times, if the expected Ln equals Ltarget, Sn can be defined as Sopt, and we can apply Sopt to the next frame. n generally does not exceed 3; In conclusion, if the brightness of the initial image is less than the target brightness in the overexposed state, then the proposed method can be used to take an accurate exposed image immediately after the initial frame.
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. In case2, when we shoot an image with overexposure, the image brightness may be greater than the target brightness. Unlike case 1, one can infer how many saturated pixels decrease as the exposure time decreases from the initial exposure time. As the exposure time decreases, it is difficult to predict pixel values where 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 Case2 empirically estimates the ratio of exposure time to the ratio of saturated pixels and the brightness. A database can be obtained from various scenes by estimating the appropriate ratio of exposure time to the ratio of the brightness of a given initial image and the ratio of saturated pixels.
특히, 본 발명의 실시예는 3차원 플롯 데이터 및 과다 노출 조건 등 다양한 분위기에서 실험을 통해 약 200 데이터를 수집하였고, 그 결과는 다음과 같이 표현될 수 있다. In particular, the embodiment of the present invention collected about 200 data through experiments in various atmospheres, such as three-dimensional plot data and overexposure conditions, the results can be expressed as follows.
수학식 17        Equation 17
z=1.389-0.004079x-0.3513yz = 1.389-0.004079x-0.3513y
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. In the next frame, the adjusted exposure time, which can be calculated by multiplying 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-square of equation 17 for the plotted points is 0: 8217. Equation 17 may not include all the conditions including excessive exposure. Case 2 shows that the experiment requires less iterations to capture an image to reach the target brightness than using the conventional autoexposure algorithm.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 인식 선형 모델을 사용한 최소 촬영 자동 노출 장치를 나타내는 도면이다. FIG. 10 is a diagram illustrating a minimum photographing auto exposure apparatus using a noise recognition linear model according to one 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 update unit 1120, a histogram estimating unit 1130, a histogram deforming 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 acquire the first image photographed in the first frame by using the first exposure time and the first amplification ratio. The first image photographed in the first frame may be acquired using the first exposure time and the first amplification ratio. The first image photographed using the first frame having the predetermined exposure time and the amplification ratio may be photographed. For example, an image can be captured continuously to apply an automatic exposure algorithm to a video camera, the brightness of which must be calculated every frame. In this case, the initial brightness of the first frame may be calculated.
업데이트부(1120)는 노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트할 수 있다. The updater 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 estimator 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 for the first image is estimated when the image brightness of the overexposed state is less than the target brightness, and the image brightness of the overexposed state is less than the target brightness. It can be estimated by dividing into large cases.
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 image brightness in the overexposed state is smaller 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 smaller than the target brightness, Equation 12 is used to estimate L1 using the histogram of the initial image, where h (x) may represent the histogram of the initial image. When the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, it is possible to infer a saturated pixel that decreases 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 transform unit 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.If the image brightness in an overexposure state is greater than the target brightness, Equation 17 is used to estimate the saturated pixel that decreases as the exposure time decreases from the initial exposure time, where the x axis is the brightness of the initial image, y The axis can represent the ratio 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 extractor 1150 may extract the target exposure time based on the modified histogram of the first image. The target exposure time extractor 1150 may determine whether the brightness of the first image reaches 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 devices and components described in the embodiments may be, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), 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 the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.
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 above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. 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 the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, 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 not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device 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.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (15)

  1. 자동 노출 제어 방법에 있어서, In the automatic exposure control method,
    제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득하는 단계;Obtaining a first image captured in the first frame using the first exposure time and the first amplification ratio;
    노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트하는 단계;Updating the exposure time from the first exposure time to the second exposure time;
    상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 단계;Estimating a histogram for the first image when the exposure time is updated to the second exposure time;
    포화된 픽셀들에 기초하여 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 변형하는 단계; 및Modifying a histogram for the first image based on saturated pixels; And
    상기 제1 이미지에 대한 변형된 히스토그램에 기초하여 타겟 노출 시간을 추출하는 단계Extracting a target exposure time based on the modified histogram for the first image
    를 포함하는 자동 노출 제어 방법.Automatic exposure control method comprising a.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 타겟 노출 시간을 추출하는 단계는Extracting the target exposure time
    상기 변형된 히스토그램에 기초하여 상기 제2 노출 시간이 적용된 경우에 상기 제1 이미지에 대한 밝기가 타겟 밝기에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계Determining whether the brightness of the first image reaches a target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram
    를 포함하는 자동 노출 제어 방법.Automatic exposure control method comprising a.
  3. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 단계는, If the exposure time is updated to the second exposure time, estimating the histogram for the first image,
    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.And estimating when the image brightness in the overexposed state is smaller than the target brightness and the case in which the image brightness in the overexposed state is larger than the target brightness.
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 강도 히스토그램으로부터 노출 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 방법.And when the brightness of the image in the overexposed state is less than a target brightness, calculating the exposure time from the intensity histogram of the initial image.
  5. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 히스토그램을 사용하여 L1을 추측하기 위해 하기식을 이용하고, When the image brightness of the overexposed state is less than the target brightness, using the following equation to estimate L1 using the histogram of the initial image,
    여기에서, h(x)는 상기 초기 이미지의 히스토그램을 나타내는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 방법.Wherein h (x) represents a histogram of the initial image.
  6. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    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. And when the image brightness in the overexposure state is greater than a target brightness, inferring a saturated pixel that decreases when the exposure time decreases from the initial exposure time.
  7. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 타겟 밝기보다 큰 경우, 초기 노출 시간으로부터 노출 시간이 감소할 때 감소되는 포화된 픽셀을 추측하기 위해 하기식을 이용하고,When the image brightness in the overexposed state is greater than the target brightness, the following equation is used to estimate the saturated pixel that decreases when the exposure time is decreased from the initial exposure time,
    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.Here, the x-axis represents the brightness of the initial image, the y-axis represents the ratio of saturated pixels, the z-axis represents the exact ratio of the exposure time.
  8. 자동 노출 제어 장치에 있어서, In the automatic exposure control device,
    제1 노출 시간 및 제1 증폭비를 이용하여 제1 프레임에서 촬영된 제1 이미지를 획득하는 촬영부;A photographing unit obtaining a first image photographed in a first frame using a first exposure time and a first amplification ratio;
    노출 시간을 제1 노출 시간으로부터 제2 노출 시간으로 업데이트하는 업데이트부;An updater for updating the exposure time from the first exposure time to the second exposure time;
    상기 노출 시간이 상기 제2 노출 시간으로 업데이트된 경우에, 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 추정하는 히스토그램 추청부;A histogram estimating unit estimating a histogram for the first image when the exposure time is updated to the second exposure time;
    포화된 픽셀들에 기초하여 상기 제1 이미지에 대한 히스토그램을 변형하는 히스토그램 변형부; 및A histogram modifying unit configured to modify a histogram for the first image based on saturated pixels; And
    상기 제1 이미지에 대한 변형된 히스토그램에 기초하여 타겟 노출 시간을 추출하는 타겟 노출 시간 추출부A target exposure time extracting unit extracting a target exposure time based on the modified histogram of the first image
    를 포함하는 자동 노출 제어 장치. Automatic exposure control device comprising a.
  9. 제8항에 있어서, The method of claim 8,
    상기 타겟 노출 시간 추출부는, The target exposure time extraction unit,
    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. And determining whether the brightness of the first image reaches a target brightness when the second exposure time is applied based on the modified histogram.
  10. 제8항에 있어서, The method of claim 8,
    상기 히스토그램 추청부는, The histogram collecting unit,
    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.And estimating when the image brightness in the overexposed state is smaller than the target brightness and the case in which the image brightness in the overexposed state is larger than the target brightness.
  11. 제10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 과다 노출 상태의 이미지 밝기가 목표 밝기보다 작은 경우, 초기 이미지의 강도 히스토그램으로부터 노출 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 자동 노출 제어 장치.And when the brightness of the image in the overexposed state is smaller than a target brightness, calculating the exposure time from the intensity histogram of the initial image.
  12. 제10항에 있어서,The method of claim 10,
    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.And when the image brightness in the overexposed state is greater than a target brightness, inferring saturated pixels that decrease when the exposure time decreases from the initial exposure time.
  13. 최소 장면 자동 노출 장치에 있어서, In the minimum scene auto exposure device,
    미리 정해진 노출시간 및 증폭비를 갖는 제1 프레임을 이용하여 촬영한 제1 이미지를 촬영하는 촬영부;A photographing unit which photographs a first image photographed using a first frame having a predetermined exposure time and an amplification ratio;
    상기 제1 프레임의 초기 밝기를 계산하는 계산부;A calculator configured to calculate an initial brightness of the first frame;
    상기 초기 밝기와 목표 밝기의 차를 미리 정해진 에러마진과 비교하는 비교부;A comparison unit comparing the difference between the initial brightness and the target brightness with a predetermined error margin;
    상기 초기 밝기와 상기 목표 밝기의 차가 상기 미리 정해진 에러마진보다 클 경우, 노출시간 및 증폭비 모드를 선택하는 모드 선택부; A mode selection unit for selecting an exposure time and an amplification ratio mode when the difference between the initial brightness and the target brightness is greater than the predetermined error margin;
    상기 노출시간 및 증폭비 모드에 기반하여 노이즈를 고려한 상쇄 값을 이용하여 초기 밝기를 보상하는 밝기 조정부; 및A brightness controller for compensating initial brightness using an offset value considering noise based on the exposure time and amplification ratio mode; And
    상기 보상된 밝기의 노출시간 및 증폭비를 제2 프레임에 적용하고, 상기 촬영부가 상기 제2 프레임을 이용하여 제2 이미지를 촬영하도록 제어하는 제어부A control unit which applies the compensated exposure time and amplification ratio to the second frame and controls the photographing unit to photograph the second image by using the second frame
    를 포함하는 최소 장면 자동 노출 장치.Minimal scene auto exposure device comprising a.
  14. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 모드 선택부는,The mode selector,
    상기 초기 밝기와 상기 목표 밝기의 차가 상기 미리 정해진 에러마진보다 작을 경우, 상기 촬영부가 다시 이미지를 촬영하도록 하는 If the difference between the initial brightness and the target brightness is less than the predetermined error margin, the photographing unit to take the image again
    최소 장면 자동 노출 장치. Minimal scene autoexposure.
  15. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 모드 선택부는, The mode selector,
    노출시간을 조정하는 셔터 우선 모드, 증폭비를 조정하는 증폭비 우선 모드, 노출시간 및 증폭비를 조정하는 혼합 모드를 포함하는 상기 노출시간 및 증폭비 모드 중 하나를 선택하는Selecting one of the exposure time and amplification ratio modes including a shutter priority mode for adjusting the exposure time, an amplification ratio priority mode for adjusting the amplification ratio, and a blending mode for adjusting the exposure time and amplification ratio
    최소 장면 자동 노출 장치. Minimal scene autoexposure.
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