攝像機的自動曝光方法及控制裝置的製作方法
2023-08-08 11:36:36 1
專利名稱：攝像機的自動曝光方法及控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及攝像機，特別是涉及攝像機的自動曝光功能的實現方法。 背景技術：
現有的攝像機種類很多，使用到的圖像傳感器的種類繁多，有CCD的，有COMS的。 其中大部分攝像機基本都有自動曝光功能，自動曝光功能的實現方式有多種，例如有通過改變通光量來實現自動曝光的，有通過控制圖像傳感器實現自動曝光的。現有的攝像機的自動曝光方法主要有以下幾種只調節光圈來控制鏡頭的通光量的，由於現實當中不同場景的亮度差異很大，一般的鏡頭光圈無法滿足所有場景的自動曝光，即使有光圈範圍比較寬的鏡頭，其價格也是非常昂貴，而且控制也非常的複雜，所以這種方法很少被採用。通過圖像處理器或者圖像處理模塊來對圖像傳感器的數據做處理，這種方法只是對圖像傳感器的數據做處理來實現自動曝光，對環境不是很苛刻的場景能實現比較好的自動曝光，而且調整的速度很快。這種方法的缺陷是，對於環境比較惡劣的場景，圖像傳感器出來的數據往往已經超過了數據的極限值，這時無論圖像處理器或者圖像處理模塊如何處理，都已經沒法還原真實的場景。通過調節圖像傳感器的曝光時間和增益的，這種方法又有幾種不同的實現途徑， 如現有的一種自動曝光實現途徑，是先判斷當前亮度值是否在設定的期望圖像亮度值閥值內，如果不是，就要進過一系列的相當複雜的運算、比較，才能實現自動曝光。這種實現途徑的缺陷在於，要完成這樣複雜的運算，對圖像處理器的運算速度要求相對就要比較高，運算速度高的圖像處理器成本也比較高，即使運用了運算速度比較高的圖像處理器，也要經過一系列複雜運算，由於處理時間比較長的，所以無法實現快速的自動曝光。又如現有的一種數字亮度增益與曝光時間協同工作的自動曝光實現途徑，如果曝光時間增大，則將數位化亮度增益復位到新的曝光時間下的最低值；如果曝光時間減小，則將數位化亮度增益復位至新的曝光時間下的最高值。這種實現途徑的缺陷在於，由於曝光時間減小說明外界的光線變亮，數位化亮度增益會把噪聲放大，因此在外界光線變好的情況下把數位化亮度增益復位至新的曝光時間下的最高值，將會引入不必要的噪聲，從而降低了圖像的質量。可見，現有的攝像機的自動曝光方法要麼成本比較高，要麼運算複雜、自動曝光耗時長，要麼降低了圖像質量，實有必要對現有技術進行改進。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於克服上述現有技術的不足，而提出一種攝像機的自動曝光方法及控制裝置，可以低成本地、簡單地並且快速地實現自動曝光。本發明解決上述技術問題採用的技術方案包括，提出一種攝像機的自動曝光方法，包括以下步驟a、得到當前幀圖像的平均亮度值；
b、將當前幀圖像平均亮度值與預設平均亮度值做比較，如果當前幀圖像的平均亮度值在預設的平均亮度值允許的範圍內，維持當前的曝光設置中的曝光時間並返回步驟a， 否則繼續； C、如果當前幀圖像的平均亮度值大於預設的平均亮度值允許的範圍，則進行曝光時間的縮短調整以得到曝光設置中新的曝光時間；如果當前幀圖像的平均亮度值小於預設的平均亮度值允許的範圍，則進行曝光時間的增長調整以得到曝光設置中新的曝光時間； 以及e、根據新的曝光時間對圖像傳感器進行設置。步驟c中所述的曝光時間的縮短調整是在當前曝光時間的基礎上減去一個最小曝光單位時間以得到曝光設置中新的曝光時間。步驟c中所述的曝光時間的增長調整是在當前曝光時間的基礎上加上一個最小曝光單位時間以得到曝光設置中新的曝光時間。還包括位於步驟c與步驟e之間的步驟d、將當前曝光時間與預設曝光時間值做比較，如果當前曝光時間不大於預設曝光時間值，維持當前的曝光設置中的數字增益；如果當前曝光時間大於預設曝光時間值，並且如果當前是要進行曝光時間的縮短調整，則進行數字增益的縮小調整以得到曝光設置中新的數字增益，如果當前是要進行曝光時間的增長調整，則進行數字增益的增大調整以得到曝光設置中新的數字增益。該預設曝光時間值有兩個及兩個以上而使曝光時間分為若干等級，曝光設置中的數字增益的調整幅度則是與當前曝光時間所在的等級相關的。本發明解決上述技術問題採用的技術方案還包括，提出一種攝像機的自動曝光控制裝置，包括幀圖像平均亮度計算單元，其可根據圖像傳感器提供的數據得到當前幀圖像的平均亮度值；亮度值與亮度設定閾值比較單元，其可將當前幀圖像的平均亮度值與設定閾值進行比較給出第一比較結果；以及曝光設置單元，其可根據該第一比較結果，對曝光時間進行調整，如果第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值大於亮度設定閾值則進行曝光時間的縮短調整，如果第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值不大於亮度設定閾值則進行曝光時間的增長調整。所述的曝光時間的縮短調整是在當前曝光時間的基礎上減去一個最小曝光單位時間以得到曝光設置中新的曝光時間。所述的曝光時間的增長調整是在當前曝光時間的基礎上加上一個最小曝光單位時間以得到曝光設置中新的曝光時間。還包括位於亮度值與亮度設定閾值比較單元與曝光設置單元之間的曝光時間與曝光時間設定閾值比較單元，其可將當前曝光時間與曝光時間設定閾值進行比較給出第二比較結果，該曝光設置單元還可結合第一比較結果和第二比較結果，對數字增益進行調整， 如果第二比較結果是當前曝光時間不大於預設曝光時間值，維持當前的曝光設置中的數字增益；如果第二比較結果是當前曝光時間大於預設曝光時間值，並且如果第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值大於亮度設定閾值，則進行數字增益的縮小調整以得到曝光設置中新的數字增益，如果如果第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值不大於亮度設定閾值，則進行數字增益的增大調整以得到曝光設置中新的數字增益。該預設曝光時間值有兩個及兩個以上而使曝光時間分為若干等級，曝光設置中的數字增益的調整幅度則是與當前曝光時間所在的等級相關的。與現有技術相比，本發明的攝像機的自動曝光方法及控制裝置，可以低成本地、簡單地並且快速地實現自動曝光。
圖1為本發明的攝像機的自動曝光方法的流程圖。圖2為本發明的攝像機的自動曝光控制裝置的框圖。
具體實施例方式以下結合附圖所示之最佳實施例作進一步詳述。參考圖1，本發明的攝像機的自動曝光方法大致包括以下步驟SlOl 攝像機正常工作之後，圖像處理器接收圖像傳感器的數據；S102 計算當前幀圖像的平均亮度；S103 與預設平均亮度值比較，如果當前幀圖像平均亮度值在預製平均亮度值允許的範圍內，則等待下一幀數據，返回SlOl ；否則接著執行下面的步驟；S104 比較的結果如果是當前幀平均亮度值大於預製平均亮度值，則轉S105，否則轉S106 ；S105 判斷當前曝光時間是否大於曝光時間的閾值(該閾值是一個經驗值，用於打開和關閉數字增益，以免引入不必要的噪聲)，如果大於曝光時間的閾值，則轉S107，否則轉S108 ；S107 在減少曝光時間的同時減小數字增益，轉Slll ；S108 只減小曝光時間，轉Slll ；S106 判斷當前曝光時間是否大於曝光時間的閾值(該閾值是一個經驗值，用於打開和關閉數字增益，以免引入不必要的噪聲)，如果大於曝光時間的閾值，則轉S109，否則轉SllO ；S109 在增加曝光時間的同時增加數字增益，以彌補光線不足，轉Slll ；SllO 只增加曝光時間；Slll 將經過調整之後的曝光時間和數字增益設置到圖像傳感器，圖像傳感器把新的數據傳入到圖像處理器中。如圖2所示，本發明的攝像機的自動曝光控制裝置20實施例大致包括幀圖像平均亮度計算單元201，其可根據圖像傳感器10提供的數據得到當前幀圖像的 平均亮度值；亮度值與亮度設定閾值比較單元202，其可將當前幀圖像的平均亮度值與設定閾值進行比較給出第一比較結果；曝光時間與曝光時間設定閾值比較單元203，其可將當前曝光時間與曝光時間設定閾值進行比較給出第二比較結果；以及
曝光設置單元204，其可根據亮度值與亮度設定閾值比較單元提供的第一比較結果，對曝光時間進行調整，如果第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值大於亮度設定閾值則進行曝光時間的縮短調整，如果比較結果是當前幀圖像的平均亮度值不大於亮度設定閾值則進行曝光時間的增長調整；其還可結合第一比較結果和第二比較結果，對數字增益進行調整，如果第二比較結果是當前曝光時間不大於預設曝光時間值，維持當前的曝光設置中的數字增益；如果第二比較結果是當前曝光時間大於預設曝光時 間值，並且如果第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值大於亮度設定閾值，則進行數字增益的縮小調整以得到曝光設置中新的數字增益，如果如果第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值不大於亮度設定閾值，則進行數字增益的增大調整以得到曝光設置中新的數字增益。該曝光設置單元204可將經過調整之後的曝光時間和數字增益設置到圖像傳感器10。需要說明的是，本發明的攝像機的自動曝光控制裝置20既可以是通過圖像處理器中運行的程序以功能模塊的方式來實現，也可以是完全通過硬體，比如專門的集成電路， 或者通過諸如FPGA之類的可編程晶片來實現。另外，由於數字增益的增大會引入不必要的噪聲，所以在本發明中，如果拍攝場景的光線足夠，即曝光時間小於某個值(曝光時間的閾值)，則不對數字增益做調整，使用最小的數字增益值，以保證得到高質量的圖像；如果拍攝場景光線不足時，即曝光時間大於某個值，如晚上，則要隨著曝光時間的增大逐級調整數字增益，以彌補光線不足。與現有技術相比，本發明的攝像機的自動曝光方法及控制裝置，算法簡單，曝光迅速，不僅可降低硬體成本，同時還能得到高質量的圖像。以上，僅為本發明之較佳實施例，意在進一步說明本發明，而非對其進行限定。凡根據上述之文字和附圖所公開的內容進行的簡單的替換，都在本專利的權利保護範圍之列。
權利要求
1.一種攝像機的自動曝光方法，其特徵在於，包括以下步驟a、得到當前幀圖像的平均亮度值；b、將當前幀圖像平均亮度值與預設平均亮度值做比較，如果當前幀圖像的平均亮度值在預設的平均亮度值允許的範圍內，維持當前的曝光設置中的曝光時間並返回步驟a，否則繼續；C、如果當前幀圖像的平均亮度值大於預設的平均亮度值允許的範圍，則進行曝光時間的縮短調整以得到曝光設置中新的曝光時間；如果當前幀圖像的平均亮度值小於預設的平均亮度值允許的範圍，則進行曝光時間的增長調整以得到曝光設置中新的曝光時間；以及e、根據新的曝光時間對圖像傳感器進行設置。
2.如權利要求1所述的攝像機的自動曝光方法，其特徵在於，步驟c中所述的曝光時間的縮短調整是在當前曝光時間的基礎上減去一個最小曝光單位時間以得到曝光設置中新的曝光時間。
3.如權利要求1所述的攝像機的自動曝光方法，其特徵在於，步驟c中所述的曝光時間的增長調整是在當前曝光時間的基礎上加上一個最小曝光單位時間以得到曝光設置中新的曝光時間。
4.如權利要求1所述的攝像機的自動曝光方法，其特徵在於，還包括位於步驟c與步驟 e之間的步驟d、將當前曝光時間與預設曝光時間值做比較，如果當前曝光時間不大於預設曝光時間值，維持當前的曝光設置中的數字增益；如果當前曝光時間大於預設曝光時間值，並且如果當前是要進行曝光時間的縮短調整，則進行數字增益的縮小調整以得到曝光設置中新的數字增益，如果當前是要進行曝光時間的增長調整，則進行數字增益的增大調整以得到曝光設置中新的數字增益。
5.如權利要求4所述的攝像機的自動曝光方法，其特徵在於，該預設曝光時間值有兩個及兩個以上而使曝光時間分為若干等級，曝光設置中的數字增益的調整幅度則是與當前曝光時間所在的等級相關的。
6.一種攝像機的自動曝光控制裝置，其特徵在於，包括幀圖像平均亮度計算單元，其可根據圖像傳感器提供的數據得到當前幀圖像的平均亮度值；亮度值與亮度設定閾值比較單元，其可將當前幀圖像的平均亮度值與設定閾值進行比較給出第一比較結果；以及曝光設置單元，其可根據該第一比較結果，對曝光時間進行調整，如果該第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值大於亮度設定閾值則進行曝光時間的縮短調整，如果該第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值不大於亮度設定閾值則進行曝光時間的增長調整。
7.如權利要求6所述的攝像機的自動曝光控制裝置，其特徵在於，所述的曝光時間的縮短調整是在當前曝光時間的基礎上減去一個最小曝光單位時間以得到曝光設置中新的曝光時間。
8.如權利要求6所述的攝像機的自動曝光控制裝置，其特徵在於，所述的曝光時間的增長調整是在當前曝光時間的基礎上加上一個最小曝光單位時間以得到曝光設置中新的曝光時間。
9.如權利要求6所述的攝像機的自動曝光控制裝置，其特徵在於，還包括位於亮度值與亮度設定閾值比較單元與曝光設置單元之間的曝光時間與曝光時間設定閾值比較單元， 其可將當前曝光時間與曝光時間設定閾值進行比較給出第二比較結果；該曝光設置單元還可結合第一比較結果和第二比較結果，對數字增益進行調整，如果第二比較結果是當前曝光時間不大於預設曝光時間值，維持當前的曝光設置中的數字增益；如果第二比較結果是當前曝光時間大於預設曝光時間值，並且如果第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值大於亮度設定閾值，則進行數字增益的縮小調整以得到曝光設置中新的數字增益，如果如果第一比較結果是當前幀圖像的平均亮度值不大於亮度設定閾值，則進行數字增益的增大調整以得到曝光設置中新的數字增益。
10.如權利要求9所述的攝像機的自動曝光控制裝置，其特徵在於，該預設曝光時間值有兩個及兩個以上而使曝光時間分為若干等級，曝光設置中的數字增益的調整幅度則是與當前曝光時間所在的等級相關的。
全文摘要
一種攝像機的自動曝光方法及控制裝置，該方法包括以下步驟a、得到當前幀圖像的平均亮度值；b、將當前幀圖像平均亮度值與預設平均亮度值做比較，如果當前幀圖像的平均亮度值在預設的平均亮度值允許的範圍內，維持當前的曝光設置中的曝光時間並返回步驟a，否則繼續；c、如果當前幀圖像的平均亮度值大於預設的平均亮度值允許的範圍，則進行曝光時間的縮短調整以得到曝光設置中新的曝光時間；如果當前幀圖像的平均亮度值小於預設的平均亮度值允許的範圍，則進行曝光時間的增長調整以得到曝光設置中新的曝光時間；以及e、根據新的曝光時間對圖像傳感器進行設置。本發明可以低成本地、簡單地並且快速地實現自動曝光。
文檔編號H04N5/235GK102291538SQ20111023578
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者侯俊鋒, 陳付軍 申請人:浙江博視電子科技股份有限公司