CN102209200B - 一种自动曝光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动曝光控制方法，包括：a)获取图像的像素值；b)基于图像的像素值特征调节图像的积分时间和增益；c)判断此时积分时间与增益的调节是否达到预先设置的目标值，如果没有则进行下一步；d)判断此时积分时间与增益的调节是否都达到了最大值或都达到了最小值，当积分时间与增益的调节都已经达到最大值而没有达到目标值时，则获取较高灵敏度像素值，并进行b)步骤；当积分时间与增益的调节都已经达到最小值而没有达到目标值时，则获取较低灵敏度像素值，并进行b)步骤。通过本发明的实施例解决了目前当积分时间和增益达到极端后，但图像的亮度没达到要求的矛盾。同时还可去除固定频率光源造成的图像闪烁，图像清晰明亮。

Description

一种自动曝光控制方法

技术领域

本发明属于图像算法领域，尤其涉及光电传感器成像时自动曝光的算法。 

背景技术

目前的图像拍摄设备包括相机、手机摄相头、监控设计等采用光电传感器的设备都有采用自动曝光算法。 

在图片拍照摄影过程中，如果曝光不足，图像会很黑，主体不清晰，如果曝光过度，图像容易成亮白色，一片模糊。以往的自动曝光算法，在判断引起人眼敏感的有效像素的选择中有一定的缺陷存在，且增益和积分时间调节过程中配合不佳，容易出现增益和积分时间已达到极端值，但图像的效果还没有达到要求的现象。 

另外，在图像的移动过程中，有可能出现的一种现象就是当从一块图像比较均匀的区域中突然出现一块或者多块亮度很突兀的景物时，需避免图像亮度的变化。因为图像背景变化很小，由此造成的图像亮度波动有可能引起人眼的不适应。 

请参阅图6所示，现有的连续的四幅图像变化幅度被详细的列出来，所示四幅图像的低亮度区域逐渐扩大，当亮度低的区域达到一定的范围时，自动曝光模块才进行动作。如果在此类情况下仍然采用平均值控制的方式，则左边区域稍亮的地方就会早于亮度低的区域调整到最大值，从而掩盖了其本身的特征。直到低亮度区域逐渐扩大，人眼的关注范围已经不在左边的时候，才会通过自动曝光模块的控制将右边区域的亮度抬高而最终显示出较真实的图像。这样的调节使得图像的变化中各图像失真。 

发明内容

本发明为解决目前曝光调节中容易到达极端值以及图像移动过程中突然出现亮度突兀的景物时的调节控制过程中不能很快使人眼适应的问题，从而提出了一种自动曝光控制方法，以达到改善以上问题的目的。 

本发明的实施例公开了一种自动曝光控制方法，包括： 

a)获取图像的像素值； 

b)基于图像的像素值特征调节图像的积分时间和增益； 

c)判断此时积分时间与增益的调节是否达到预先设置的目标值，如果没有则进行下一步； 

d)判断此时积分时间与增益的调节是否都达到了最大值或都达到了最小值，当积分时间与增益的调节都已经达到最大值而没有达到目标值时，则获取较高灵敏度像素值，并进行b步骤；当积分时间与增益的调节都已经达到最小值而没有达到目标值时，则获取较低灵敏度像素值，并进行b步骤。 

通过引入不同灵敏度像素值以及不同灵敏度像素值之间切换的方法，本发明的实施例解决了目前当积分时间和增益达到极端后，但图像的的亮度没达到要求的矛盾。同时还可去除固定频率光源造成的图像闪烁，图像清晰明亮。本发明使用方便，算法简洁，适用于更多光照环境。 

附图说明

图1为本发明实施例自动曝光控制方法流程示意图 

图2为本发明实施例b步骤的一种具体调节方法流程示意图 

图3为本发明实施例井字形关注区域划分示意图 

图4为本发明实施例b步骤的另一种具体调节方法流程示意图 

图5为本发明实施例调节范围示意图 

图6为现有技术的调节图像实例 

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

如图1所示，本发明实施例公开了一种自动曝光控制方法，包括， 

a步骤：获取图像的像素值； 

b步骤：基于图像的像素值特征调节图像的积分时间和增益； 

c步骤：判断此时积分时间与增益的调节是否达到预先设置的目标值，如果达到了目标值则进行步骤e，如果没有则进行下一步，即d步骤； 

d步骤：判断此时积分时间与增益的调节是否都达到了最大值或都达到了最小值，当积分时间与增益的调节都已经达到最大值而没有达到目标值时，则获取较高灵敏度像素值，并进行b步骤；当积分时间与增益的调节都已经达到最小值而没有达到目标值时，则获取较低灵敏度像素值，并进行b步骤； 

e步骤：结束调节。 

所述较高灵敏度的像素值具有较大的高亮度调节范围和较小的低亮度调节范围，较低灵敏度的像素值具有较小的高亮度调节范围和较大的低亮度调节范围。所述图像的像素值本身具有一定的灵敏度，由于图像有的时候是变化的，所采用的像素值灵敏度并不一定是最准确的，而通过该方法不停地切换不同灵敏度的像素以达到预先设定的目标值，也就是真实地还原图像至人眼所看到的图像亮度特征。 

具体的，如图2所示所述步骤b还包括，步骤b1：选择图像的关注区域，步骤b2：根据关注区域特性计算关注区域与非关注区域所占图像亮度的权重，步骤b3：根据关注区域的划分以及关注区域与非关注区域所占图像亮度的权重计算图像亮度平均值。 

具体的，所述关注区域的大小选择长2m乘以宽n(所述m和n为整数)， 则可降低对调节电路的需求。该选择可以避免复杂的生成结果，以减少电路的工作。 

具体的，所述关注区域的面积占整幅图像面积的一半或一半以上，而且所述关注区域所占图像亮度的权重占整幅图像权重的一半或一半以上。 

具体的，所选择的关注区域为与镜头中心相符合的区域。如果因为镜头的匹配造成非关注区域的亮度与关注区域的亮度有着明显的差距以及造成图像本身色彩上的不连贯性，则要求将关注区域的亮度权重加大，以避免非关注区域内图像的波形造成对关注区域内图像的影响。明显的差距值图像本身的亮度值与所要调节的目标值差距很大时，在图像上显示则很亮或者很暗，也就是电路获得的图像与实际人眼看到的图像差距很大。非不连贯性，即为失真。镜头不匹配除了带来亮度的误差外，还可以带来色彩的误差。 

具体的，所述关注区域划分为多个区域，以便赋予不同的权重。 

具体的，如图3所示，所述步骤b1还包括：将所述图像划分为井字型区域，选取中心区域以及与中心区域相邻的四个区域作为关注区域，四个角的区域作为非关注区域。根据实际情况，一般的，可以将中心区域赋予最大的权重，与中心区域相邻的四个区域赋予较小的权重，将四个角的区域赋予最小的权重。 

根据实际情况，一般的，如果镜头误差使得周围像素偏暗，则周边的权重可适当增大，如果镜头误差使得周围像素偏亮，则周边的权重可适当减小。 

具体的，所述步骤b2还包括去掉亮度特征极致的点参与图像亮度平均值计算。 

具体的，设置极高亮度值所占百分比参数和极低亮度所占百分参数，当极高亮度值所占百分比超过极高亮度值所占百分比参数时，则把极高亮度值去掉不参与图像亮度平均值计算，当极低亮度值所占百分比超过极低亮度值所占百分比参数时，则把极低亮度值去掉不参与图像亮度平均值计算。 

具体的，如图4所示，所述步骤b还包括，步骤b11统计图像的亮度直方图，如图像具有的高亮度区域占有的百分比很高或低亮度区域占有的百分比很高，则根据亮度直方图来调节图像像素的积分时间和增益，反复进行该步骤直至直方图表现出图像具有的高亮度区域、中间亮度区域、低亮度区域分布得较均匀时，则改用图像亮度平均值来调节图像像素；如图像具有的高亮度区域、中间亮度区域、低亮度区域分布得较均匀则计算图像亮度平均值来调节。

所述亮度值大于等于160的区域为高亮度区域，所述亮度值小于等于100的区域为低亮度区域，所述高亮度区域占有的百分比或低亮度区域占有的百分比大于70％则高亮度区域占有的百分比或低亮度区域占有的百分比很高。 

计算图像亮度平均值的方法：步骤a1，选择图像的关注区域；步骤a2，根据关注区域特性计算关注区域与非关注区域所占图像亮度的权重；步骤a3，根据关注区域的划分以及关注区域与非关注区域所占图像亮度的权重计算图像亮度平均值。通过先统计图像的亮度直方图，根据直方图的具体情况选择采用直方图还是图像亮度平均值的方式进行调节，有利于还原出更为逼真的图像。 

具体的，在启用另一灵敏度像素值的情况下，会造成上一幅图像与下一幅图像在同一光照条件下亮度产生很大的差异，所以可以通过设定，当从高灵敏度像素值切换到低灵敏像素值，积分时间与增益在切换的时候同时放大，当从低灵敏度像素值切换到高灵敏度像素值，积分时间与增益在切换的时候同时要缩小。 

具体的，所述步骤b还包括，当图像像素值与预先设定的目标值较远的时候，则同时调节积分时间与增益，当图像像素值与预先设定的目标值较近的时候，则单独调节积分时间或增益。这样设置的作用在于可以防止在高低灵敏度像素值的切换过程中保证图像亮度的连续性，从而可以避免在调节过程中产生的对人眼的刺激作用。 

基于目标值周围设定锁定区间，当将图像像素值调节至锁定区间内时，则认为所述调节达到目标值。 

如图5所示，需要将图像的图像亮度平均值调节到目标值，即Y Target Value，但是由于每个增益(即Glb_ain值)与积分时间(即Int_tim)不可能刚好调节 至与图像中的目标值刚好吻合，会有稍许误差，当设置不同的Y Target Value时，有可能会有一个Glb_gain值与积分时间对应，也有可能没有不对应，当不对应的时候，只要求所述图像亮度平均值调节至一可以容忍的区间即可，而避免自动曝光控制器反复调节，该区间就是所述锁定区间，即lock state。所述锁定区间的范围必须与增益与积分时间的步长结合起来设置，例如Y Target Value为130，Glb_gain为5且积分时间为500的时候，对应的图像亮度平均值为128，那么其未达到图像亮度平均值，则会将Glb_gain或者积分时间往上调节，如果此时调节Glb_gain与调节积分时间的效果是不一样的，调节积分时间的步长增加会使得图像亮度平均值超过130，而调节Glb_gain则刚好达到130，则控制模块选择优先选择单独调节Glb_gain。如果增加Glb_gain也会使得图像亮度平均值达到132，那么此时调节就过头了，控制器又会将Glb_gain减小，此时就会发生图像的闪烁现象，那么通过设定锁定区间，将范围Y Target Value+2和Y Target Value-2默认为已经达到了目标值。根据实际情况，也就是调节步长可以设定不同的锁定区间。 

具体的，当图像像素值与预先设定的目标值较远的时候，则同时调节积分时间与增益，当图像像素值与预先设定的目标值较近的时候，则单独调节积分时间或增益。总地来说，在图像亮度平均值与目标值差距很大的情况下，可同时调节Glb_gain值与积分时间快速接近目标值，加快调节速度，而在图像亮度平均值与目标值非常接近的情况下，调节Glb_gain或积分时间以达到目标值，提高精确度，也避免了反复调节。而当图像亮度平均值与目标值差距足够小时，可以选择不调节以避免闪烁的现象。如图5所示，具体的可以在远离目标值的位置分别设置非锁定参数4和非锁定参数1，当图像像素值处于最大值调节与非锁定参数4之间，即此时图像像素值处于第4非锁定状态(unlock state 4)时，或图像像素值处于最小值与非锁定参数1的区间内，即此时图像像素值处于第1非锁定状态(unlock state 1)时，可以采用同时调节增益和积分时间的方式；在较接近目标值处分别设置锁定参数3和锁定参数2，当图像像素值处于非锁定参 数4位置与锁定参数3位置之间，即此时图像像素值处于第3非锁定状态(unlock state 3)时，或者图像像素值处于非锁定参数1位置调节与锁定参数2位置之间，即此时图像像素值处于第2非锁定状态(unlock state 2)时，则单独调节增益或者积分时间；锁定参数3和锁定参数2之间的区域为锁定区域，当图像像素值被调节至该区域时则被认为达到调节的要求。 

图6所示，现有的连续的四幅图像变化幅度被详细的列出来，所示四幅图像的低亮度区域逐渐扩大，当亮度低的区域达到一定的范围时，自动曝光模块才进行动作。如果在此类情况下仍然采用平均值控制的方式，则左边区域稍亮的地方就会早于亮度低的区域调整到最大值，从而掩盖了其本身的特征。直到低亮度区域逐渐扩大，人眼的关注范围已经不在左边的时候，才会通过自动曝光模块的控制将右边区域的亮度抬高而最终显示出较真实的图像。这样的调节使得图像的变化中各图像失真。 

同样，当镜头范围内高亮度的区域越来越多的时候，只需要在调节到最小值时候换较低灵敏度的图像像素值来调节即可以达到最好的还原真实图像的效果。通过采取本发明实施例的调节方法可以避免在物体移动的过程中产生的图像失真现象。 

如果在调节过程中，发现积分时间与增益都达到了最小值，且使用的图像像素值已经是低灵敏度像素值，则认为图像的调节已经超过了所设计芯片电路的设置范围。如果在调节过程中，发现积分时间与增益都达到了最大值，且使用的图像像素值已经是高灵敏度像素值，则同样认为图像的调节已经超过了所设计芯片电路的设置范围。 

以上所述，仅仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明以较佳实例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离此发明技术方案范围内，当可利用上出揭示的方法及技术内容作出些许的变动以及修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上的实施范例进行的任 何修改等同变化以及修饰，均属于本发明的技术方案范围内。 

Claims (14)

1.一种自动曝光控制方法，包括：

a)获取图像的像素值；

b)基于图像的像素值特征调节图像的积分时间和增益；

c)判断此时积分时间与增益是否使得图像亮度平均值达到预先设置的目标值，如果没有则执行步骤d；

d)判断此时积分时间与增益的调节是否都达到了最大值或都达到了最小值，当积分时间与增益的调节都已经达到最大值而图像亮度平均值没有达到目标值时，则获取较高灵敏度像素值，并进行b步骤；当积分时间与增益的调节都已经达到最小值而图像亮度平均值没有达到目标值时，则获取较低灵敏度像素值，并进行b步骤。

2.如权利要求1所述的自动曝光控制方法，其特征在于，所述步骤b还包括，

b1)选择图像的关注区域；

b2)根据关注区域特性计算关注区域与非关注区域所占图像亮度的权重；

b3)根据关注区域的划分以及关注区域与非关注区域所占图像亮度的权重计算图像亮度平均值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关注区域的面积占整幅图像的面积一半或一半以上，而且所述关注区域所占图像亮度的权重占整幅图像的权重一半或一半以上。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所选择的关注区域为与镜头中心相符合的区域。 

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关注区域为多个区域。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤b1还包括：

将所述图像划分为井字型区域，选取中心区域以及与中心区域相邻的四个区域作为关注区域，四个角的区域作为非关注区域。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，设置极高亮度值所占百分比参数和极低亮度所占百分参数，当极高亮度值所占百分比小于极高亮度值所占百分比参数时，则把极高亮度值去掉不参与图像亮度平均值计算，当极低亮度值所占百分比小于极低亮度值所占百分比参数时，则把极低亮度值去掉不参与图像亮度平均值计算。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述极高亮度值为亮度大于或等于240，极低亮度值为亮度小于或等于40，所述极高亮度值所占百分比参数和极低亮度所占百分参数为5％。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b还包括，

b11)统计图像的亮度直方图和图像亮度平均值，如图像具有的高亮度区域、中间亮度区域、低亮度区域分布得较均匀则计算图像亮度平均值来调节；所述高亮度区域占有的百分比或低亮度区域占有的百分比大于70％则高亮度区域占有的百分比或低亮度区域占有的百分比很高，如图像具有的高亮度区域占有的百分比很高或低亮度区域占有的百分比很高，则进行步骤b12；

b12)根据亮度直方图来调节图像的积分时间和增益，反复进行该步骤直至亮度直方图表现出图像具有的高亮度区域、中间亮度区域、低亮度区域分布得较均匀时，则改用图像亮度平均值来调节图像像素。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述计算图像亮度平均值包 括：

b13)选择图像的关注区域；

b14)根据关注区域特性计算关注区域与非关注区域所占图像亮度的权重；

b15)根据关注区域的划分以及关注区域与非关注区域所占图像亮度的权重计算图像亮度平均值。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述亮度值大于等于160的区域为高亮度区域，所述亮度值小于等于100的区域为低亮度区域，所述高亮度区域占有的百分比或低亮度区域占有的百分比大于70％则高亮度区域占有的百分比或低亮度区域占有的百分比很高。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当从高灵敏度像素值切换到低灵敏度像素值，积分时间与增益在切换的时候同时放大，当从低灵敏度像素值切换到高灵敏度像素值，积分时间与增益在切换的时候同时缩小。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括，当图像像素值与预先设定的目标值较远的时候，则同时调节积分时间与增益，当图像像素值与预先设定的目标值较近的时候，则单独调节积分时间或增益。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，基于目标值周围设定锁定区间，将图像像素值调节至锁定区间内时，则认为所述调节达到目标值。 

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