CN104159046A

CN104159046A - 一种探月工程用自适应宽动态成像方法及装置

Info

Publication number: CN104159046A
Application number: CN201410447104.7A
Authority: CN
Inventors: 徐起; 侯建文; 吴红松; 苏远航; 叶盛; 黎泽清; 冯书谊; 梁志林
Original assignee: Shanghai Aerospace Electronic Communication Equipment Research Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace Electronic Communication Equipment Research Institute
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2014-11-19

Abstract

本发明公开了一种探月工程用自适应宽动态成像方法及装置，图像传感器采集并输出一当前帧图像数据后进行一次曝光，根据统计直方图判断是否过曝或欠曝，并进行二次曝光，然后将一次曝光和二次曝光后的前帧图像数据通过灰度加权平均法融合成为一宽动态图像数据进行压缩编码。

Description

一种探月工程用自适应宽动态成像方法及装置

技术领域

本发明涉及视频成像技术领域，特别涉及一种探月工程用自适应宽动态成像方法及装置。

背景技术

动态范围是评价图像传感器成像质量的重要指标，动态范围的定义为最大非饱和输入信号与最小可测输入信号的比值。图像传感器的动态范围也可理解为光学器件可接收的光照强度范围。动态范围的单位为dB(分贝)，通常情况下人眼的动态范围可量化为180dB左右，而普通的图像传感器的动态范围约为60～80dB。

随着空间技术的不断发展，在航天领域中对于多媒体视频成像的需求也越来越多。然而由于空间的光照环境不确定性，可能视频拍摄任务的光照环境为强光照(太阳作为光源)和暗光源(监视目标)并存。这就需要一种宽动态范围的成像技术来实现，而传统的图像处理方法难以应对这种状况，成像不清晰，质量较差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种探月工程用自适应宽动态成像方法。本发明通过以下技术方案实现：

一种探月工程用自适应宽动态成像方法，包括步骤：

S1、图像传感器采集并输出一当前帧图像数据；

S2、对当前帧图像数据进行一次曝光；

S3、根据一次曝光后的当前帧图像数据形成统计直方图，根据统计直方图判断一次曝光后的当前帧图像数据是否过曝或者欠曝；

S4、分别对过曝或欠曝的当前帧图像数据进行二次曝光；

S5、合成一次曝光后的当前帧图像数据和二次曝光后的当前帧图像数据，通过灰度加权平均法融合成一宽动态图像帧数据；

S6、对宽动态图像帧数据进行压缩编码及输出。

较佳的，图像传感器的输出帧率为25帧/秒。

较佳的，对宽动态图像帧数据进行压缩编码及输出包括：采用JPEG/H264压缩成数据码流，输出帧率为10/25帧/秒。

本发明另提供一种探月工程用自适应宽动态成像装置，包括：

图像传感器，用以采集、输出一当前帧图像数据，并进行一次曝光；

数字信号处理器，连接图像传感器，获取一次曝光后的当前帧图像数据的统计直方图，判断一次曝光后的当前帧图像数据是否过曝或者欠曝，分别对过曝或欠曝的当前帧图像数据进行二次曝光，将一次曝光和二次曝光后的当前帧图像数据通过灰度加权平均法融合成一宽动态图像帧数据，并对宽动态图像帧数据进行压缩编码及输出。

较佳的，图像传感器的输出帧率为25帧/秒。

较佳的，数字信号处理器通过I2C接口连接图像传感器。

本发明通过宽动态成像后的图像数据，可分辨出阴影区与阳照区共存时需要监视的目标，使在太空的监视任务具有更强的环境光照适应能力，改善了画质，使被监视目标细节更加清晰。

附图说明

图1所示的是本发明的流程图；

图2所示的是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，本发明提供的一种探月工程用自适应宽动态成像方法，包括步骤：

S1、图像传感器采集并输出一当前帧图像数据；

S2、对当前帧图像数据进行一次曝光；

S4、分别对过曝或欠曝的当前帧图像数据进行二次曝光；

S6、对宽动态图像帧数据进行压缩编码及输出。

如图2所示，本发明的硬件结构包括：数字信号处理器2(DSP)、非易失存储器(FALSH)、27MHz晶振、DDR2 SDRAM存储器、DDR2 SDRAM存储器、24MHz晶振、图像传感器1(OV10633)、电源输入接口、DCDC LDO电源变换芯片、MCBSP数据输出接口、指令接口、温度及工作状态采集接口、可见光镜头。

基于CMOS图像传感器+DSP数字处理器架构，DSP数字信号处理器通过I2C接口对图像传感器进行初始化配置，图像传感器通过可见光镜头获取光信号后，通过图像传感器自带的AD模块将光信号转换为电信号后，对当前帧F1进行一次自动及相应的二次曝光，最后形成具备宽动态效果的一帧未压缩图像数据。通过宽动态成像后的图像数据，可分辨出阴影区与阳照区共存时需要监视的目标，使在太空的监视任务具有更强的环境光照适应能力，改善了画质，使被监视目标细节更加清晰。

根据CMOS图像传感器+DSP数字处理器架构的方案，本发明主要有以下几个部分组成：

1、由数字信号处理器对CMOS图像传感器通过I2C进行控制，使其完成正确的初始化。初始化时设置CMOS图像传感器输出帧率为25帧/秒，曝光方式为自动曝光。

2、数字信号处理器通过I2C设置CMOS图像传感器为手动曝光，然后获取CMOS图像传感器对当前帧自动曝光后形成的统计直方图，根据统计直方图的结果判断当前图像帧过曝或欠曝，从而进行二次曝光。

3、通过优化处理，DSP数字信号处理器能够在10ms内完成宽动态算法的执行，由于当前产品的输出是经过JPEG/H264压缩过的数据码流，帧率为10/25帧/秒，而DSP数字信号处理器压缩一帧图像数据的时间小于20ms，故不会造成丢帧情况发生。

4、该***架构外部外挂了两片64MB的DDR2 SDRAM，足以应对标清(分辨率为720*576)、高清(1280*720或1920*1080)或超高清(2048*2048)至少10帧图像数据的存储，后续的功能扩展性较好。

灰度加权平均法标准算法如下：

对两帧分辨率相同的图像A和B，分辨率大小为W1*H2，经融合后得到的融合图像为G，那么对A、B两个源图的灰度加权平均融合过程可表示为：G(w1，h2)＝ω1A(w1，h2)+ω2B(w1，h2)。式中：ω1+ω2＝1。ω1、ω2一般取值为0.5和0.5，也可根据具体情况进行设置。

本发明的提出是基于CMOS图像传感器+DSP数字处理器通用平台，比其利用专用平台及利用自带宽动态SOC的专用图像传感器在航天领域的应用具有极大的优势，主要体现在以下几点：

1、使用通用的数字信号处理器(DSP器件)比使用专用ASIC处理芯片实现宽动态算法具有更多的灵活性，可以根据不同的任务需求，选用不同的数字信号处理器完成宽动态算法。

2、使用常规的CMOS图像传感器，对CMOS图像传感器选型要求是只需具备手动曝光功能即可，现在常见的CMOS图像传感器均具备手动曝光功能，这样即可根据任务需求不同，选用用户需要的CMOS图像传感器进行设计。

3、该图像宽动态算法设计优化，通用性强，实际应用效果佳，可向多个平台移植。

4、由于空间环境的特殊性，为了保证能在空间恶劣的环境下正常工作，所用的器件均选用高等级器件，并经过筛选实验。

本发明主要用于在舱体外拍摄太阳进入视角且需拍摄的被摄物也同时存在视场中时，能够清晰将被摄物进行成像，使其细节清晰可辨，不受太阳进入视场的影响。另外本发明也可用于在极强光照和极低光照同时并存的环境下的成像，如在有太阳作为背景的视场阴影区可分辨被摄物拍摄轮廓。该技术大大提高了成像设备的宽动态光照适应能力，解决了在使用通用CMOS图像传感器的基础上实现自适应宽动态成像，成像效果理想。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种探月工程用自适应宽动态成像方法，其特征在于，包括步骤：

S1、图像传感器采集并输出一当前帧图像数据；

S2、对当前帧图像数据进行一次曝光；

S4、分别对过曝或欠曝的当前帧图像数据进行二次曝光；

S6、对宽动态图像帧数据进行压缩编码及输出。

2.根据权利要求1所述的探月工程用自适应宽动态成像方法，其特征在于，所述图像传感器的输出帧率为25帧/秒。

3.根据权利要求1所述的探月工程用自适应宽动态成像方法，其特征在于，所述对宽动态图像帧数据进行压缩编码及输出包括：采用JPEG/H264压缩成数据码流，输出帧率为10/25帧/秒。

4.一种探月工程用自适应宽动态成像装置，其特征在于，包括：

数字信号处理器，连接所述图像传感器，获取一次曝光后的所述当前帧图像数据的统计直方图，判断一次曝光后的当前帧图像数据是否过曝或者欠曝，分别对过曝或欠曝的当前帧图像数据进行二次曝光，将一次曝光和二次曝光后的当前帧图像数据通过灰度加权平均法融合成一宽动态图像帧数据，并对所述宽动态图像帧数据进行压缩编码及输出。

5.根据权利要求4所述的探月工程用自适应宽动态成像装置，其特征在于，所述图像传感器的输出帧率为25帧/秒。

6.根据权利要求4所述的探月工程用自适应宽动态成像装置，其特征在于，所述对宽动态图像帧数据进行压缩编码及输出包括：采用JPEG/H264压缩成数据码流，输出帧率为10/25帧/秒。

7.根据权利要求4所述的探月工程用自适应宽动态成像装置，其特征在于，所述数字信号处理器通过I2C接口连接所述图像传感器。