CN110519523A - 一种基于目标区域分析的曝光调节方法及其采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于目标区域分析的曝光调节方法，包括如下步骤：步骤一：预先设置目标亮度值及其上限值和下限值、***增益的最大值和最小值、以及***曝光时间的最大值和最小值；步骤二：通过采集装置采集图像，得到该图像的平均亮度；步骤三：判断图像的平均亮度是否在目标亮度范围内；步骤四：获取图像的平均亮度与目标亮度的差值。本发明有针对性的通过调节曝光，对光照不均的图像、模糊的图像、材质粗糙的图像、有污损的条码或者二维码有了进一步的克服，从而达到快速、准确识读。
Description
技术领域
本发明是一种基于目标区域分析的曝光调节方法及其采集装置，属于自动曝光调节技术领域。
背景技术
曝光是通过CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体)等感光器件接收镜头进光形成影像的过程，感光器件接收进光的时间为曝光时间。在摄像的过程中，拍摄背景或主体的明暗强度会发生变化，因此当外界光线变强的时候会曝光过度，导致所拍摄图片过亮而缺乏层次和细节，当外界光线变弱的时候会曝光不足，导致所拍摄图片过暗而无法反映真实色泽，因此在拍摄过程中需要对曝光量进行调节控制，其中自动曝光调节无需手动操作，通过自动调整亮度、曝光时间及增益使得图像获得合适的曝光。现有技术中，通常采用一个固定的线性或非线性函数拟合亮度和增益，以及亮度和曝光时间的函数关系，通过该函数关系实现曝光调节。
采集到的图像可以分为背景区域和主要目标区域两个部分。传统的自动曝光算法采用整幅图像的平均亮度为依据，判断平均亮度和所需达到的目标亮度的差值。当拍摄场景中目标对象与背景对比度较低时，图像能得到比较好的重现；但是当目标对象与背景反差过大，例如逆光或者正面强光等复杂的光照情况下，会导致目标区域曝光不足或者过度曝光的情况。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于目标区域分析的曝光调节方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明有针对性的通过调节曝光，对光照不均的图像、模糊的图像、材质粗糙的图像、有污损的条码或者二维码有了进一步的克服，从而达到快速、准确识读。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于目标区域分析的曝光调节方法，包括如下步骤：
步骤一：预先设置目标亮度值及其上限值和下限值、***增益的最大值和最小值、以及***曝光时间的最大值和最小值；
步骤二：通过采集装置采集图像，将获取的图像划分为背景区域和目标区域，根据两个区域的平均亮度的对比，确定每个区域的权重系数，并得到该图像的平均亮度；
步骤三：判断图像的平均亮度是否在目标亮度范围内，若是则不进行曝光补偿，即保持下次采集的曝光时间以及信号增益不变，并结束自动曝光控制；
步骤四：获取图像的平均亮度与目标亮度的差值，根据其选择对应的步长进行曝光补偿，即根据差值，改变曝光时间或者信号增益，并返回步骤一。
进一步的，所述步骤二具体为：
(1)将获取的图像平均分为若干个小块区域，并根据其对比度将小块区域划分为目标区域和背景区域；
(2)分别获取每个区域的平均亮度值；
(3)根据每个区域的平均亮度值，获取平均亮度的差值，并根据差值，获取每个区域的权重系数；
(4)根据每个区域的平均亮度值和权重系数，获取图像的平均亮度。
进一步的，所述步骤(1)中，根据两个相邻小块区域的垂直方向和水平方向亮度的对比度确定目标区域与背景区域；
所述对比度的计算公式为：
式中，ΔBr(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在水平方向的对比度，ΔBl(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在垂直方向的对比度；B(i，j)、B(i+1，j)、B(i，j+1)分别为坐标(i，j)、(i+1，j)、(i，j+1)的小块区域的亮度；
当当前小块区域的水平方向和垂直方向的对比度均超过阈值时，将该小块区域作为目标区域与背景区域的边界。
进一步的，所述步骤(2)中，平均亮度值的计算公式为：
式中，B为该区域的平均亮度值；Bp为该区域的小块区域p的亮度；P为该区域包含小块区域的数量；p为小块区域变量。
进一步的，所述步骤(3)中，平均亮度的差值的计算公式为：
ΔB＝|Btar-Bbac|
式中，ΔB为平均亮度的差值；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景区域平均亮度值。
进一步的，所述步骤(4)中，图像的平均亮度的计算公式为：
Beve＝Btar×a+Bbac×b
式中，Beve为图像的平均亮度；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景区域平均亮度值；a、b分别为目标区域和背景区域的权重系数。
进一步的，所述步骤三的判断标准为：当所述平均亮度值高于所述目标亮度值的上限值，且当前***增益并不是所述***增益的最小值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***增益；
当所述平均亮度值高于所述目标亮度值的上限值，且当前***增益为所述***增益的最小值，且所述当前***曝光时间并不是所述***曝光时间的最小值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***曝光时间；
当所述平均亮度值低于所述目标亮度值的下限值，且当前***曝光时间并不是所述***曝光时间的最大值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***曝光时间；
当所述平均亮度值低于所述目标亮度值的下限值，且当前***曝光时间为所述***曝光时间的最大值，且所述当前***增益并不是所述***增益的最大值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***增益。
一种基于目标区域分析的曝光调节方法用图像采集装置，包括第一底座，所述第一底座的底部对称设有减震装置，所述第一底座的顶部中间设有槽体，所述第一底座的顶部固定连接第二底座，在所述第二底座上且位于槽体内部固定连接第三电机，所述第三电机输出轴与转盘固定连接，在所述转盘上对称固定连接有第一支撑板和第三支撑板，所述第三支撑板上设有第一锥形齿轮，所述第一锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合，所述第二锥形齿轮的顶部固定连接第一螺纹杆的一端，所述第一螺纹杆的另一端置于固定在第一支撑板顶部的轴承内，在所述第一螺纹杆上设有滑块，所述滑块与横板固定连接，所述横板与图像采集器的一端铰接，所述图像采集器的另一端与移动块铰接，所述移动块内设有第二螺纹杆，所述第二螺纹杆固定连接有第四锥形齿轮，所述第四锥形齿轮与第三锥形齿轮啮合。
进一步的，所述减震装置包括支撑部，所述支撑部设有导向槽，所述导向槽内设有活动部，所述支撑部的底部固定连接防滑板，在所述防滑板顶部固定连接弹簧的一端，所述弹簧的另一端固定连接第一底座。
进一步的，所述图像采集器上还设有导光条。
本发明的有益效果：
(1)本发明在曝光调节过程中可以根据不同的拟合函数计算出不同区间的新的增益和曝光时间，使得由拟合函数组成的整体曲线更为接近***的真实函数曲线，由此减少了超调量，并增强了***曝光控制的稳定性。
(2)本发明基于目标区域分析的曝光调节算法，涉及对条码/二维码识别领域的应用，基于目标区域图像的准确曝光、将计算机视觉、模式识别、图像处理等多学科领域算法相融合的方法来实现曝光调节算法。保证目标区域的曝光准确，而不是全图，本算法就是专门针对图中目标区域的曝光效果调节，充分发挥各学科算法的优势，有针对性的通过调节曝光，对光照不均的图像、模糊的图像、材质粗糙的图像、有污损的条码或者二维码有了进一步的克服，从而达到快速、准确识读。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种基于目标区域分析的曝光调节方法用图像采集装置的结构示意图。
图2为本发明一种基于目标区域分析的曝光调节方法用图像采集装置的A处结构示意图。
图3为本发明一种基于目标区域分析的曝光调节方法用图像采集装置的B处结构示意图。
图中：1-第一底座、2-第二底座、3-转盘、4-第一电机、5-第一锥形齿轮、6-第二锥形齿轮、7-第一支撑板、8-第一螺纹杆、9-滑块、10-轴承、11-第一滑槽、12-横板、13-第二滑槽、14-图像采集器、15-第二支撑板、16-移动块、17-第三锥形齿轮、18-第二螺纹杆、19-第二电机、20第三支撑杆、21-第四锥形齿轮、22-槽体、23-减震装置、24-第三电机、25-挡块、26-弹簧、27-活动部、28-支撑部、29-防滑板、30-导向槽。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种基于目标区域分析的曝光调节方法，包括如下步骤：
步骤一：预先设置目标亮度值及其上限值和下限值、***增益的最大值和最小值、以及***曝光时间的最大值和最小值；
步骤二：通过采集装置采集图像，将获取的图像划分为背景区域和目标区域，根据两个区域的平均亮度的对比，确定每个区域的权重系数，并得到该图像的平均亮度；
(1)将获取的图像平均分为若干个小块区域，并根据其对比度将小块区域划分为目标区域和背景区域；
根据两个相邻小块区域的垂直方向和水平方向亮度的对比度确定目标区域与背景区域；
所述对比度的计算公式为：
式中，ΔBr(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在水平方向的对比度，ΔBl(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在垂直方向的对比度；B(i，j)、B(i+1，j)、B(i，j+1)分别为坐标(i，j)、(i+1，j)、(i，j+1)的小块区域的亮度；
当当前小块区域的水平方向和垂直方向的对比度均超过阈值时，将该小块区域作为目标区域与背景区域的边界。
(2)分别获取每个区域的平均亮度值；
平均亮度值的计算公式为：
式中，B为该区域的平均亮度值；Bp为该区域的小块区域p的亮度；P为该区域包含小块区域的数量；p为小块区域变量。
(3)根据每个区域的平均亮度值，获取平均亮度的差值，并根据差值，获取每个区域的权重系数；
平均亮度的差值的计算公式为：
ΔB＝|Btar-Bbac|
式中，ΔB为平均亮度的差值；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景区域平均亮度值。
(4)根据每个区域的平均亮度值和权重系数，获取图像的平均亮度。
图像的平均亮度的计算公式为：
Beve＝Btar×a+Bbac×b
式中，Beve为图像的平均亮度；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景区域平均亮度值；a、b分别为目标区域和背景区域的权重系数。
步骤三：判断图像的平均亮度是否在目标亮度范围内，若是则不进行曝光补偿，即保持下次采集的曝光时间以及信号增益不变，并结束自动曝光控制；
当所述平均亮度值高于所述目标亮度值的上限值，且当前***增益并不是所述***增益的最小值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***增益；
当所述平均亮度值高于所述目标亮度值的上限值，且当前***增益为所述***增益的最小值，且所述当前***曝光时间并不是所述***曝光时间的最小值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***曝光时间；
当所述平均亮度值低于所述目标亮度值的下限值，且当前***曝光时间并不是所述***曝光时间的最大值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***曝光时间；
当所述平均亮度值低于所述目标亮度值的下限值，且当前***曝光时间为所述***曝光时间的最大值，且所述当前***增益并不是所述***增益的最大值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***增益。
步骤四：获取图像的平均亮度与目标亮度的差值，根据其选择对应的步长进行曝光补偿，即根据差值，改变曝光时间或者信号增益，并返回步骤一。
实施例2
一种基于目标区域分析的曝光调节方法用图像采集装置，包括第一底座1，第一底座1的底部对称设有减震装置23，第一底座1的顶部中间设有槽体23，第一底座1的顶部固定连接第二底座2，在第二底座2上且位于槽体23内部固定连接第三电机24，第三电机24输出轴与转盘3固定连接，在转盘3上对称固定连接有第一支撑板7和第三支撑板20，第三支撑板20上设有第一锥形齿轮5，第一锥形齿轮5与第二锥形齿轮6啮合，第二锥形齿轮6的顶部固定连接第一螺纹杆8的一端，第一螺纹杆8的另一端置于固定在第一支撑板7顶部的轴承10内，在第一螺纹杆8上设有滑块9，滑块9与横板12固定连接，横板12与图像采集器14的一端铰接，图像采集器14的另一端与移动块16铰接，移动块16内设有第二螺纹杆18，第二螺纹杆18固定连接有第四锥形齿轮21，第四锥形齿轮21与第三锥形齿轮17啮合。
本实施例中，第一锥形齿轮5与第一电机4连接，第一电机4驱动第一锥形齿轮5转动，使得第二锥形齿轮6转动，进而带动第一螺纹杆8旋转，在第一螺纹杆8转动的过程中滑块9会上下移动，进而实现图像采集器14的角度。
本实施例中，滑块9设有内螺纹，滑块9与第一螺纹杆9螺纹连接。
本实施例中，第一支撑板7上还设有第一滑槽11，横板12置于第一滑槽11内。
本实施例中，移动块16设有内螺纹，且与第二螺纹杆18螺纹连接。
本实施例中，移动块16的两端对称设有挡块25，挡块25置于第二支撑板15上的第二滑槽13内，防止移动块16从第二支撑板15中脱落。
本实施例中，第二支撑板15底部固定连接第三支撑板20，所述第三支撑板20上设有第二电机19，所述第二电机19的输出轴与第三锥形齿轮17连接。
本实施例中，图像采集器14上还设有导光条。
本实施例中，减震装置23包括支撑部28，所述支撑部28设有导向槽30，导向槽内设有活动部27，支撑部28的底部固定连接防滑板29，在防滑板29顶部固定连接弹簧26的一端，弹簧26的另一端固定连接第一底座1。
工作原理：
启动第三电机24，第三电机24驱动转盘3转动，实现图像采集器14的角度调整，启动第一电机4，第一电机4驱动第一锥形齿轮5转动，使得第二锥形齿轮6转动，进而带动第一螺纹杆8旋转，在第一螺纹杆8转动的过程中滑块9会上下移动，启动第二电机19，第二电机19驱动第三锥形齿轮17转动，与第三锥形齿轮17啮合的第四锥形齿轮21转动，进而第二螺纹杆18实现转动操作，在第二滑槽13和挡块25的作用下，移动块16上下移动，实现图像采集器14的上下移动。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：预先设置目标亮度值及其上限值和下限值、***增益的最大值和最小值、以及***曝光时间的最大值和最小值；
步骤二：通过采集装置采集图像，将获取的图像划分为背景区域和目标区域，根据两个区域的平均亮度的对比，确定每个区域的权重系数，并得到该图像的平均亮度；
步骤三：判断图像的平均亮度是否在目标亮度范围内，若是则不进行曝光补偿，即保持下次采集的曝光时间以及信号增益不变，并结束自动曝光控制；
步骤四：获取图像的平均亮度与目标亮度的差值，根据其选择对应的步长进行曝光补偿，即根据差值，改变曝光时间或者信号增益，并返回步骤一。
2.根据权利要求1所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，步骤二具体为：
(1)将获取的图像平均分为若干个小块区域，并根据其对比度将小块区域划分为目标区域和背景区域；
(2)分别获取每个区域的平均亮度值；
(3)根据每个区域的平均亮度值，获取平均亮度的差值，并根据差值，获取每个区域的权重系数；
(4)根据每个区域的平均亮度值和权重系数，获取图像的平均亮度。
3.根据权利要求2所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，所述步骤(1)中，根据两个相邻小块区域的垂直方向和水平方向亮度的对比度确定目标区域与背景区域；
所述对比度的计算公式为：
式中，ΔBr(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在水平方向的对比度，ΔBl(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在垂直方向的对比度；B(i，j)、B(i+1，j)、B(i，j+1)分别为坐标(i，j)、(i+1，j)、(i，j+1)的小块区域的亮度；
当当前小块区域的水平方向和垂直方向的对比度均超过阈值时，将该小块区域作为目标区域与背景区域的边界。
4.根据权利要求2所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，所述步骤(2)中，平均亮度值的计算公式为：
式中，B为该区域的平均亮度值；Bp为该区域的小块区域p的亮度；P为该区域包含小块区域的数量；p为小块区域变量。
5.根据权利要求2所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，所述步骤(3)中，平均亮度的差值的计算公式为：
ΔB＝|Btar-Bbac|
式中，ΔB为平均亮度的差值；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景区域平均亮度值。
6.根据权利要求2所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，所述步骤(4)中，图像的平均亮度的计算公式为：
Beve＝Btar×a+Bbac×b
式中，Beve为图像的平均亮度；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景区域平均亮度值；a、b分别为目标区域和背景区域的权重系数。
7.根据权利要求1所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，步骤三的判断标准为：当所述平均亮度值高于所述目标亮度值的上限值，且当前***增益并不是所述***增益的最小值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***增益；
当所述平均亮度值高于所述目标亮度值的上限值，且当前***增益为所述***增益的最小值，且所述当前***曝光时间并不是所述***曝光时间的最小值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***曝光时间；
当所述平均亮度值低于所述目标亮度值的下限值，且当前***曝光时间并不是所述***曝光时间的最大值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***曝光时间；
当所述平均亮度值低于所述目标亮度值的下限值，且当前***曝光时间为所述***曝光时间的最大值，且所述当前***增益并不是所述***增益的最大值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的***增益。
8.一种如权利要求1所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法用图像采集装置，其特征在于，包括第一底座(1)，所述第一底座(1)的底部对称设有减震装置(23)，所述第一底座(1)的顶部中间设有槽体(23)，所述第一底座(1)的顶部固定连接第二底座(2)，在所述第二底座(2)上且位于槽体(23)内部固定连接第三电机(24)，所述第三电机(24)输出轴与转盘(3)固定连接，在所述转盘(3)上对称固定连接有第一支撑板(7)和第三支撑板(20)，所述第三支撑板(20)上设有第一锥形齿轮(5)，所述第一锥形齿轮(5)与第二锥形齿轮(6)啮合，所述第二锥形齿轮(6)的顶部固定连接第一螺纹杆(8)的一端，所述第一螺纹杆(8)的另一端置于固定在第一支撑板(7)顶部的轴承(10)内，在所述第一螺纹杆(8)上设有滑块(9)，所述滑块(9)与横板(12)固定连接，所述横板(12)与图像采集器(14)的一端铰接，所述图像采集器(14)的另一端与移动块(16)铰接，所述移动块(16)内设有第二螺纹杆(18)，所述第二螺纹杆(18)固定连接有第四锥形齿轮(21)，所述第四锥形齿轮(21)与第三锥形齿轮(17)啮合。
9.根据权利要求8所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法用图像采集装置，其特征在于，所述减震装置(23)包括支撑部(28)，所述支撑部(28)设有导向槽(30)，所述导向槽内设有活动部(27)，所述支撑部(28)的底部固定连接防滑板(29)，在所述防滑板(29)顶部固定连接弹簧(26)的一端，所述弹簧(26)的另一端固定连接第一底座(1)。
10.根据权利要求8所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法用图像采集装置，其特征在于，所述图像采集器(14)上还设有导光条。
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