专利名称：一种摄像机自动曝光调节方法
技术领域：
本发明涉及交通摄像机曝光技术设备领域，尤其是一种摄像机自动曝光调节方法。
背景技术：
相机曝光时间是指从快门打开到关闭的时间间隔，在这段时间内，曝光时间长的话进入的光通量就越多，适合光线条件比较差的情况；反之，进入光通量就越少，适合光线比较好的情况；因此在外界不同光线环境下，就需要选择不同的曝光时间得到合适亮度照片。增益即相机信号的放大倍数，值越大，图像亮度越高，反之，图像越暗。相机的自动曝光算法就是通过调节相机的曝光时间和增益，来得到适合亮度的图像。目前高清摄像机自动曝光技术存在以下的缺点和不足
1、相机检测景物光线强度不够准确，无法准确地调节自动曝光时间。2、在光线比较强或比较弱的情况下自动曝光系统无法正常运行。3、在智能交通方面出现强逆光的条件下无法得到正确的场景图像。上述相机中的自动曝光技术出现以上缺点和不足的主要原因是内部设计的自动曝光算法不够完善或者内部电路设计存在缺陷，不能够使相机在复杂的拍摄环境下拍摄出正确的景物图像。为了使相机在复杂的情况下拍摄的照片更逼近现实景物，设计了高清摄像机自动曝光算法。
发明内容
为了弥补上述自动曝光技术出现的缺点和不足，本发明提出了一种摄像机自动曝光调节方法。该方法包括以下几个步骤
(1)由摄像机的CMOS或CXD图像传感器采集一帧图像的原始RAW数据；
(2)将步骤(1)中采集到的高H像素、宽L像素的RAW数据划分为η个高H1像素、宽L1 像素的数据小块，η>2;
(3)在步骤(2)划分出的一个数据小块内的某位置选取2X2个像素点，并分别统计这四个像素点的不饱和度值G1、G2、G3、G4 ；
(4)将步骤(3)中样品的不饱和度值G1、G2、G3、G4与参照阈值K进行比较，若G1、G2、 G3、G4都小于K值，则定义步骤(3)中所取样的数据小块为不饱和块，否则定义步骤(3)中取样的数据小块为非不饱和块；
(5)对RAW数据中其余的数据小块重复步骤(3)和步骤(4)，并将得到的不饱和块进行统计，统计出RAW数据中不饱和块总个数C ；
(6)将步骤(5)中得到的不饱和快总个数与所有数据小块个数η进行比较，计算出不饱和率R，其计算规则为R=2C/n。在本步骤中，因为C的范围为0-n，所以得到R的取值范围为 0-2.
(7)将得到的不饱和率R与参考基准值RO进行比较，获得当前图像帧的不饱和块率与基准值的偏差Δ R，其规则为Δ R=R-RO,其中RO的取值范围为1. 1-1. 6。在本步骤中得到 Δ R的取值范围为-1.6-0. 9。(8)根据步骤(7)比较出的Δ R值的大小，相机自动对拍摄模式、曝光时间以及图像传感器的感光度进行调节，并将调节结果设置入相机，为下一帧计算做好准备。在上述步骤中，步骤(5)中其余数据小块的取样位置与步骤(3)数据小块的取样位置一致。采用本技术方案的取样方式，RAW数据取样最为均勻，最能反应整体数据块的情况。在Δ R不为0时，相机根据Δ R的绝对值IARl的大小设置曝光时间和图像传感器感光度的调节步长，然后根据Δ R选择拍摄模式并对曝光时间和图像传感器感光度增加或减少相应步长，使其达到拍摄要求，其中，
当0< I AR I <0.2时，设置曝光时间调节步长为0 (单位ns)，设置图像传感器感光度调节步长为0 ；
当0. 2 < I Δ R I ^0.4时，设置曝光时间调节步长为1，设置图像传感器感光度调节步长为1;
当0. 4 < I Δ R I ^0.5时，设置曝光时间调节步长为3，设置图像传感器感光度调节步长为1;
当0. 5 < I Δ R I ^0.7时，设置曝光时间调节步长为4，设置图像传感器感光度调节步长2;
当0.7 < I AR I时，设置曝光时间调节步长为5，设置图像传感器感光度调节步长为3。在设置好相机的调节步长后，根据Δ R大小，相机有三种调节方式，其一，Δ R > 0 时相机按照IARl值的范围增加相应步长的曝光时间，若曝光时间已经是相机上限，则增加相应步长的图像传感器感光度，若图像传感器感光度也已经是相机上限，则相机打开闪光灯进入夜间模式；其二，当Δ R < 0且曝光时间和图像传感器感光度均为相机上限时， 相机默认此时为夜间模式，相机将关掉闪光灯进入白天模式；其三，当Δ R < 0且曝光时间和图像传感器感光度有一不为相机上限时，相机按照IARl值的范围减少相应步长的图像传感器感光度，若图像传感器感光度已为相机下限，则相机减少相应步长的曝光时间，若曝光时间也已达到相机下限，则相机不进行调节。本发明能够较好的实现高清摄像机自动曝光功能，并且能够智能的对场景进行自动判断和识别，自动的调节曝光时间，拍摄出比较好的图像。由于该发明通过对实际场景进行实时的检查和判断来调节曝光时间和增益，并能正确区分白天和夜间两种情况，且在夜间加入的闪光灯或常亮灯控制，因此采用该方法的相机能够适应各种光线和场景。本发明大大的提升了高清摄像机的使用范围，并且能够较好的拍摄出实时场景图像。
图1为本发明所述摄像机自动曝光调节方法实施方式流程示意图； 图2为本发明所述方法进行相机自动曝光调节时的流程示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明做进一步说明。参照图1，本发明的一种实施方式。本实施方式中，摄像机自动曝光调节方法包括以下几个步骤
(1)由摄像机的CMOS或CXD图像传感器采集一帧图像的原始RAW数据；
(2)将步骤(1)中采集到的高H像素、宽L像素的RAW数据划分为η个高H1像素、宽L1 像素的数据小块(&>2、1^>2);
(3)在步骤(2)划分出的一个数据小块内的某位置选取2X2个像素点，并分别统计这四个像素点的不饱和度值G1、G2、G3、G4 ；
(4)将步骤(3)中样品的不饱和度值G1、G2、G3、G4与参照阈值K进行比较，若G1、G2、 G3、G4都小于K值，则定义步骤(3)中所取样的数据小块为不饱和块，否则定义步骤(3)中取样的数据小块为非不饱和块；
(5)对RAW数据中其余的数据小块重复步骤(3)和步骤(4)，并将得到的不饱和块进行统计，统计出RAW数据中不饱和块总个数C ；
(6)将步骤(5)中得到的不饱和快总个数与所有数据小块个数η进行比较，计算出不饱和率R，其计算规则为R=C + n/2 ；
(7)将得到的不饱和率R与参考基准值RO进行比较，获得当前图像帧的不饱和块率与基准值的偏差Δ R，其规则为Δ R=R-RO,其中RO的取值范围为1. 1-1. 6 ；
(8)根据步骤(7)比较出的ΔR值的大小，相机自动对拍摄模式、曝光时间以及图像传感器的感光度进行调节，并将调节结果设置入相机，为下一帧计算做好准备。在上述方法中所述的步骤(5)中其余数据小块的取样位置与步骤(3)数据小块的取样位置一致。参照图2，图1方法的步骤(8)中相机的一种调节方式，在Δ R不为0时，相机根据 ΔR的绝对值IARl的大小设置对曝光时间和图像传感器感光度的调节步长，然后根据 Δ R选择拍摄模式并对曝光时间和图像传感器感光度增加或减少相应步长，使其达到拍摄要求，其中，
当0< I AR I <0.2时，设置曝光时间调节步长为0 (单位ns)，设置图像传感器感光度调节步长为0 ； 当 0. 2 < I Δ R 步长为1;
当 0. 4 < I Δ R 步长为为1 ；
当 0. 5 < I Δ R 步长为2;
当 0. 7 < I Δ R3。在确定相机的调节步长后，根据Δ R大小相机有三种调节方式，其一，在Δ R > 0 时，相机按照IARl值的范围增加相应步长的曝光时间，若曝光时间已经是相机上限，则增加相应步长的图像传感器感光度，若图像传感器感光度也已经是相机上限，则相机打开闪光灯，进入夜间模式；其二，当Δ R < 0且曝光时间和图像传感器感光度均为相机上限时，
(0. 4时，设置曝光时间调节步长为1，设置图像传感器感光度调节 (0. 5时，设置曝光时间调节步长为3，设置图像传感器感光度调节 (0. 7时，设置曝光时间调节步长为4，设置图像传感器感光度调节时，设置曝光时间调节步长为5，设置图像传感器感光度调节步长为
6相机默认此时为夜间模式，相机将关掉闪光灯进入白天模式；其三，当Δ R < 0且曝光时间和图像传感器感光度有一不为相机上限时，相机按照IARl值的范围减少相应步长的图像传感器感光度，若图像传感器感光度已为相机下限，则相机减少相应步长的曝光时间，若曝光时间也已达到相机下限，则相机不进行调节。在根据这一帧RAW数据对相机进行曝光调节后，相机保存调节好的参数进行下一帧拍摄，同时对下一帧重复进行以上方法的运算和调节，直到相机符合要求为止。上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种摄像机自动曝光调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)摄像机的CMOS或CCD图像传感器采集一帧图像的原始RAW数据；(2)将步骤(1)中采集到的高H像素、宽L像素的RAW数据划分为η个高H1像素、宽L1 像素的数据小块，η>2;(3)在步骤(2)划分出的一个数据小块内的某位置选取2X2个像素点，并分别统计这四个像素点的不饱和度值G1、G2、G3、G4 ；(4)将步骤(3)中样品的不饱和度值Gl、G2、G3、G4参照已确定的阈值参数K进行比较，若Gl、G2、G3、G4都小于K值，则定义步骤(3)中所取样的数据小块为不饱和块，否则定义步骤(3)中取样的数据小块为非不饱和块；(5)对RAW数据中其余的数据小块重复步骤(3)和步骤(4)，并将得到的不饱和块数进行统计，统计出RAW数据中不饱和块总个数C ；(6)将步骤(5)中得到的不饱和块总个数与所有数据小块个数η进行比较，计算出不饱和率R，其计算规则为R=2C/n;(7)将得到的不饱和率R与设置的参考基准值RO进行比较，获得当前图像帧的不饱和块率与基准值的偏差Δ R，其计算规则为Δ R=R-RO,其中设置的RO取值范围为1. 1-1. 6 ；(8)根据步骤(7)比较出的ΔR值的大小，相机自动对拍摄模式、曝光时间以及图像传感器的感光度进行调节，并将调节结果设置入相机，为下一帧计算做好准备。
2.根据权利要求1所述的摄像机自动曝光调节方法，其特征在于，所述步骤(5)在其余数据小块中选取2X2个像素点的取样位置与步骤(3)的取样位置一致。
3.根据权利要求1所述的摄像机自动曝光调节方法，其特征在于，步骤(8)中，在ΔR 不为0时，相机根据ΔR的绝对值I AR I的大小设置曝光时间和图像传感器感光度的调节步长，然后根据ΔR选择拍摄模式并对曝光时间和图像传感器感光度增加或减少相应步长，使其达到拍摄要求，调节判断的规则如下，当0 < I Δ R I ^0.2时，设置曝光时间调节步长为0，设置图像传感器感光度调节步长为0;当0. 2 < I Δ R I ^0.4时，设置曝光时间调节步长为1，设置图像传感器感光度调节步长为1;当0. 4 < I Δ R I ^0.5时，设置曝光时间调节步长为3，设置图像传感器感光度调节步长为1;当0. 5 < I Δ R I ^0.7时，设置曝光时间调节步长为4，设置图像传感器感光度调节步长为2;当0.7 < I AR I时，设置曝光时间调节步长为5，设置图像传感器感光度调节步长为3 ；上述曝光时间调节步长单位均为ns。
4.根据权利要求3所述的摄像机自动曝光调节方法，其特征在于，根据ΔR的大小相机有三种调节方式，其一，在AR >0时，相机按照IARl值的范围增加相应步长的曝光时间，若曝光时间已经是相机上限，则增加相应步长的图像传感器感光度，若图像传感器感光度也已经是相机上限，则相机打开闪光灯，进入夜间模式；其二，当Δ R < 0且曝光时间和图像传感器感光度均为相机上限时，相机默认此时为夜间模式，相机将关掉闪光灯进入白天模式；其三，当Δ R < 0且曝光时间和图像传感器感光度有一不为相机上限时，相机按照I AR I值的范围减少相应步长的图像传感器感光度，若图像传感器感光度已为相机下限，则相机减少相应步长的曝光时间，若曝光时间也已达到相机下限，则相机不进行调节。
全文摘要
本发明公开了一种摄像机自动曝光调节方法，该方法中对拍摄的一帧RAW数据进行统计并计算其中不饱和块个数和不饱和率，利用不饱和率来判断相机曝光是否合适，进而对相机进行曝光调节。本发明能够较好的实现高清摄像机自动曝光功能，并且能够智能的对场景进行自动判断和识别及自动调节曝光时间，拍摄出比较好的图像。由于该发明通过对实际场景进行实时的检查和判断来调节曝光时间和增益，并能正确区分白天和夜间两种情况，且在夜间加入的闪光灯或常亮灯控制，因此使用该方法的相机能够适应各种光线和场景。该方法大大的提升了高清摄像机的使用范围，并且能够较好的拍摄出实时场景图像。
文档编号G03B7/08GK102495511SQ20111040710
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者杨云飞 申请人:北京英泰智软件技术发展有限公司