CN2639926Y - 数字照相机自动曝光电路 - Google Patents

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周荣政
洪志良
李勇
缪建鹤
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Abstract

本实用新型公开了一种数字照相机自动曝光电路，包括亮度检测器和改进的曝光时间计算电路。经过亮度检测之后得到的平均亮度送入曝光时间计算电路。所述曝光时间计算电路包括亮度比较器、曝光加法器及其辅助电路、误差加法器及其辅助电路、叠代步长计算电路。平均亮度与亮度上、下限在亮度比较器进行比较，得到表征曝光过度和曝光不足的控制信号。亮度比较器的输出一方面送入误差加法器及其辅助电路，计算出平均亮度和亮度上、下限之间的误差，送入叠代步长计算电路，计算出当前的叠代步长；另一方面送入曝光加法器及其辅助电路，在当前曝光时间加上或减去一个叠代步长，得到新的曝光时间并输出。本实用新型既能保证曝光时间的运算精度，又能大大提高曝光时间锁定的时间，并适合各种不同的照度情况。

Description

数字照相机自动曝光电路
所属技术领域
本实用新型涉及数字照相机自动曝光电路，尤其涉及一种应用在采用电荷耦合器件(CCD)进行图像采集的数字照相机上的自动曝光电路。
背景技术
在数字照相机中，当给定照度的条件下，根据快门速度和图像亮度的变化可以确定曝光时间，从而实现自动曝光。而在固定快门速度的情况下，仅仅根据图像亮度的变化就可以确定正确的曝光时间。在一般情况下，可以用图像所有或部分像素的平均亮度来表示整个图像的亮度。
一般的曝光时间计算电路均采用固定的曝光时间迭代步长，这就容易造成以下两种情况：如果迭代步长过大，则迭代速度较快，但在到达曝光控制区域时不易收敛(有可能迭代步长比亮度控制区域大)，从而影响迭代精度，难以确定曝光时间；而如果迭代步长过小，又会影响迭代速度，需要较长时间来确定曝光时间。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种改进了曝光时间计算电路的数字照相机自动曝光电路，在进行曝光时间计算的过程中采用自适应的可变曝光时间迭代步长，从而在保证运算精度的同时，达到曝光时间的快速锁定，而且适合于各种照度情况。
本实用新型的技术方案是：一种数字照相机自动曝光电路，包括亮度检测器和改进的曝光时间计算电路。经过亮度检测之后得到的平均亮度送入曝光时间计算电路。所述曝光时间计算电路包括亮度比较器、曝光加法器及其辅助电路、误差加法器及其辅助电路、迭代步长计算电路。平均亮度与亮度上、下限在亮度比较器进行比较，得到表征曝光过度和曝光不足的控制信号。亮度比较器的输出一方面送入误差加法器及其辅助电路，计算出平均亮度和亮度上、下限之间的误差，送入迭代步长计算电路，计算出当前的迭代步长；另一方面送入曝光加法器及其辅助电路，在当前曝光时间加上或减去一个迭代步长，得到新的曝光时间并输出。
本实用新型中，曝光时间迭代步长是根据亮度误差以及当前曝光时间计算得到的。根据亮度误差的大小，决定迭代步长占当前曝光时间的比例，误差大则比例大，误差小则比例小，从而实现自适应的可变的迭代步长。这样，当亮度误差较大的时候迭代步长也较大，提高了迭代速度；而当亮度误差较小的时候迭代步长也较小，提高了迭代精度。将迭代步长和当前曝光时间联系起来，进一步保证了迭代的收敛性。
相比于现有技术，本实用新型既能保证曝光时间的运算精度，又能大大提高曝光时间锁定的时间，并适合各种不同的照度情况。
附图说明
图1是数字照相机的曝光时间和图像亮度之间的关系图；
图2是一般数字照相机自动曝光电路的框图；
图3是一般数字照相机自动曝光电路的曝光时间计算电路的框图；
图4是本实用新型数字照相机自动曝光电路提供的曝光时间计算电路的框图；
图5是本实用新型提供的曝光时间迭代步长计算电路的框图；
图6是本实用新型提供的曝光时间计算电路的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。
图1是数字照相机的曝光时间和图像亮度之间的关系图。在固定快门速度的情况下，图像亮度和曝光时间之间保持线性关系。在某个照度下，正确曝光的图像亮度控制区域对应于一定的曝光控制区域，而在不同照度下，其曝光控制区域是不同的。因此，可以预先设定亮度控制区域，当平均亮度进入亮度控制区域时，则认为曝光时间进入了相应的曝光控制区域，从而实现正确曝光。
图2是一般数字照相机自动曝光电路的框图，包括亮度检测器和曝光时间计算电路。图像亮度信号经过亮度检测，得到平均亮度，送入曝光时间计算电路，计算出更接近曝光控制区域的曝光时间。微处理器负责将新的曝光时间写入图像传感器的时序发生电路，改变曝光时序，从而实现自动曝光。以上的过程需要迭代多次，最终得到正确的曝光时间。
图3是一般数字照相机自动曝光电路所采用的曝光时间计算电路。图像的平均亮度与亮度上、下限进行比较，以决定当前图像是曝光过度还是曝光不足。如果平均亮度大于亮度上限，则曝光过度，应从当前曝光时间减去一个曝光时间迭代步长，作为新的曝光时间输出；如果平均亮度小于亮度下限，则曝光不足，应在当前曝光时间加上一个曝光时间迭代步长，作为新的曝光时间输出。如果平均亮度位于亮度上、下限之间，则曝光正确，停止迭代。
图4给出了一个本实用新型所述的曝光时间计算电路。
图4中，曝光时间计算电路包括亮度比较器30和亮度比较器31、曝光加法器35、曝光加法器辅助电路、误差加法器45、误差加法器辅助电路和迭代步长计算电路F1。平均亮度与亮度上限在亮度比较器30进行比较，等于1代表曝光过度；与亮度下限在亮度比较器31进行比较，等于1代表曝光不足。误差加法器辅助电路包括倒相器40、选择器41、倒相器42、选择器43和选择器44。曝光过度信号控制选择器41输出平均亮度或平均亮度的倒相(负值)，曝光过度信号和曝光不足信号控制选择器43和44输出亮度上限或亮度下限的倒相(负值)，选择器41和44的输出在误差加法器45中进行运算，从而得到亮度上限与平均亮度之间或者平均亮度和亮度下限之间的差值，即亮度误差。亮度误差和当前曝光时间被送入迭代步长计算电路F1，经过计算得到当前的曝光时间迭代长度，送入曝光加法器35及其辅助电路。曝光加法器辅助电路包括倒相器32、选择器33和34，在曝光过度信号和曝光不足信号的控制下，输出迭代步长或其倒相(负值)到曝光加法器35，与当前曝光时间相加，得到新的曝光时间并输出。
图5给出了一个本实用新型所述的迭代步长计算电路。
图5中，迭代步长计算电路包括比较器50、比较器51、比较器52、比较器53、比较器54，选择器55、选择器56、选择器57、选择器58、选择器59、移位寄存器60。Δ1～Δ5是一组逐步递减的值，可将0～255划分成6个区间，λ1～λ6是一组逐步递增的值，代表移位寄存器60的移位长度，与6个区间一一对应。亮度误差与Δ1～Δ5在比较器50、比较器51、比较器52、比较器53和比较器54中逐一比较，从而决定亮度误差所在的区间，并控制选择器55、选择器56、选择器57、选择器58、选择器59输出λ1～λ6其中之一，即亮度误差对应的移位长度。当前曝光时间在移位寄存器60中右移该长度后，得到迭代步长。
例如，取Δ1～Δ5分别为128、64、32、16、8，又取λ1～λ6分别为1、2、3、4、5、6，亮度误差delta采用8比特表示，因此为0～255。则上述电路计算得到的迭代长度lambda与当前曝光时间Ec的关系如下：
如果delta位于(128，255)之间，则lambda＝(1/2)Ec；
如果delta位于(64，127)之间，则lambda＝(1/4)Ec；
如果delta位于(32，63)之间，则lambda＝(1/8)Ec；
如果delta位于(16，31)之间，则lambda＝(1/16)Ec；
如果delta位于(8，15)之间，则lambda＝(1/32)Ec；
如果delta位于(0，7)之间，则lambda＝(1/64)Ec。
新的曝光时间求出之后，由微处理器写入到图像处理器(CCD)的时序发生电路。以上过程经过若干此迭代以后，就可以锁定在曝光时间控制区域，从而实现自动曝光。

Claims (2)

1、一种数字照相机自动曝光电路，包括亮度检测器和曝光时间计算电路；经过亮度检测之后得到的平均亮度送入曝光时间计算电路，其特征在于：所述曝光时间计算电路包括亮度比较器、曝光加法器及其辅助电路、误差加法器(45)及其辅助电路、迭代步长计算电路；平均亮度与亮度上、下限在亮度比较器进行比较，得到表征曝光过度和曝光不足的控制信号；亮度比较器的输出一方面送入误差加法器及其辅助电路，计算出平均亮度和亮度上、下限之间的误差，送入迭代步长计算电路，计算出当前的迭代步长；另一方面送入曝光加法器及其辅助电路，在当前曝光时间加上或减去一个迭代步长，得到新的曝光时间并输出。
2.根据权利要求1所述的一种数字照相机自动曝光电路，其特征是所述的误差加法器(45)的辅助电路包括倒相器(40)、选择器(41)、倒相器(42)、选择器(43)和选择器(44)；所述的迭代步长计算电路包括比较器、选择器、移位寄存器(60)；所述的比较器包括比较器(50)、比较器(51)、比较器(52)、比较器(53)、比较器(54)，所述的选择器包括选择器(55)、选择器(56)、选择器(57)、选择器(58)、选择器(59)。
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