一种自动曝光装置及其方法

专利名称：一种自动曝光装置及其方法
技术领域：
本发明属于摄像装置的图像处理技术领域，尤其涉及一种自动曝光装置及其方 法。
背景技术：
现有CMOS图像传感器的自动曝光控制模块通过如下方法实现自动曝光控制计 算当前图像的亮度平均值，并将当前图像亮度平均值与设定的亮度目标值比较，如果当前 图像的亮度平均值高于设定的亮度目标值，自动曝光控制模块缩短积分时间或者减小数字 增益值，反之则延长积分时间或者增大数字增益值，这样直到当前的亮度平均值与设定的 亮度目标值的差异小于设定的阈值或者积分时间和数字增益值已经达到传感器的极限值。 该自动曝光控制模块通过改变积分时间和数字增益值来自动控制场景的曝光，使图像亮度 保持在一个相对合理的亮度值上。CMOS图像传感器在拍摄图片过程中，图像传感器通过当前图像的亮度平均值来 判断是否调整积分时间和数字增益值，积分时间和数字增益值是对所有的像素值进行调整 的。对于亮度值分布均勻的图像，设定合适的亮度目标值，可以得到理想的曝光图像；对于 画面亮度差异大的图像，这样的调整就会使图像中亮的部分更亮，暗的部分更暗。无论怎么 调节就很难得到理想的图像。现有的自动曝光控制模块只能使亮度分布均勻的图像曝光正常，而亮度差异较大 的图像，通过现有的自动曝光控制方法，会导致图像中亮的部分更亮，暗的部分更暗。

发明内容
本发明为解决图像自动曝光后亮处和暗处清晰度较差的技术问题，提供一种能使 图像自动曝光后亮处和暗处细节清晰的自动曝光装置；另外，本发明另一目的还在于提供一种自动曝光方法。一种自动曝光装置包括传感器控制模块，用以控制感光像素阵列根据第一积分时间进行长时间曝光及根 据第二积分时间进行短时间曝光，获取目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数 据；第一亮度平均值计算模块，用以计算当前长时间曝光图像数据去除过亮点后的第 一亮度平均值，及计算当前短时间曝光图像数据去除过暗点后的第二亮度平均值；积分时间计算模块，用以根据所述第一亮度平均值和第一预设值计算第一积分时 间，及根据所述第二亮度平均值和第二预设值计算第二积分时间；图像合成模块，用以将所述目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据 进行合成。一种自动曝光方法包括如下步骤控制感光像素阵列根据第一积分时间进行长时间曝光及根据第二积分时间进行短时间曝光，获取目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据；计算当前长时间曝光图像数据去除过亮点后的第一亮度平均值，及计算当前短时 间曝光图像数据去除过暗点后的第二亮度平均值；根据所述第一亮度平均值和第一预设值计算第一积分时间，及根据所述第二亮度 平均值和第二预设值计算第二积分时间；将所述目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据进行合成。本发明对图像进行两次自动曝光，得到目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝 光图像数据，并将目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据进行合成，得到细 节清晰的合成图像，目标长时间曝光图像数据保留暗处图像细节，目标短时间曝光图像数 据保留亮处图像细节，克服了传统自动曝光算法处理后的图像亮处和暗处清晰度较差的技 术问题。


图1是本发明实施例1提供的自动曝光装置原理图；图2是本发明实施例2提供的自动曝光装置原理图；图3是本发明实施例3提供的自动曝光装置原理图；图4是场景识别状态转换图；图5是本发明实施例4提供的自动曝光方法流程图；图6是本发明实施例5提供的自动曝光方法流程图；图7是本发明实施例6提供的自动曝光方法流程图。
具体实施例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，为本发明自动曝光装置实施例1原理图，该装置包括传感器控制模 块11、第一亮度平均值计算模块12、积分时间计算模块13、图像合成模块14。传感器控制模块11控制感光像素阵列根据第一积分时间进行长时间曝光及根据 第二积分时间进行短时间曝光，获取目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数 据，并将目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据输出给图像合成模块14。大家所熟知的一种特殊情况，当前图像为第一帧时，传感器控制模块11控制感光 像素阵列根据预设的第一积分时间进行长时间曝光及根据预设的第二积分时间进行短时 间曝光，获取第一帧图像的目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据。第一亮度平均值计算模块12用以计算当前长时间曝光图像数据去除过亮点后的 第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE及当前短时间曝光图像数据去除过暗点后的第二 亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE,并将第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE与第二 亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE输出给积分时间计算模块13。积分时间计算模块13根据所述第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一 预设值Y_L0NG_TARGET计算第一积分时间INT_TIME_L0NG，及根据所述第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE 和第二预设值 Y_SH0RT_TARGET 计算第二积分时间 INT_TIME_SH0RT， 并将第一积分时间INT_TIME_L0NG、第二积分时间INT_TIME_SH0RT反馈到传感器控制模块 11。图像合成模块14，用以将目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据相 加后平均，得到合成后图像数据。图像合成模块14将目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数进行合 成，由于目标长时间曝光图像数据保留了暗处图像细节，目标短时间曝光图像数据保留了 亮处图像细节，合成后的图像保留了整幅图像的细节，得到比较通透的图像，克服了传统自 动曝光装置处理后的图像亮处和暗处清晰度较差的技术问题。第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE采用如下方式计算，首先设置一个第三 亮度阈值Y_HIGH，将当前长时间曝光图像每个像素点的亮度值Y与第三亮度阈值Y_HIGH进 行比较，如果该像素点亮度值Y小于第三亮度阈值Y_HIGH，则选中该像素点，然后对所有选 中像素点的亮度值Y进行求和得到Y_SUM1，及对选中的像素点计数得到PIXEL_SUM1，将亮 度和Y_SUM1除以像素点总和PIXEL_SUM1，得到第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE。由于当前长时间曝光图像亮处部分容易过曝，过曝的像素点会影响图像的实际整 体亮度情况，故计算第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE时设置第三亮度阈值Y_HIGH 去除过曝点。第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE采用如下方式计算，首先设置一个第四 亮度阈值￥_1^，将当前短时间曝光图像每个像素点的亮度值Y与第四亮度阈进行 比较，如果该像素点亮度值Y大于第四亮度阈值Y_L0W，则选中该像素点，然后对所有选中 像素点的亮度值Y求和得到Y_SUM2，及对选中的像素点计数得到PIXEL_SUM2，将亮度和Y_ SUM2除以像素点总和PIXEL_SUM2，得到第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE。由于当前短时间曝光图像暗处部分亮度太小，过暗的像素点会影响图像的实际整 体亮度情况，故计算第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE时设置第四亮度阈值Y_L0W 去除过暗点。上述第三亮度阈值Y_HIGH的设置为了去除过曝的像素点，第四亮度阈值Y_L0W的 设置为了去除过暗的像素点，第三亮度阈值Y_HIGH大于第四亮度阈值Y_L0W。第一积分时间INT_TIME_L0NG采用常规模式计算，计算过程如下首先设置第一 余量MARGIN1，将第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一预设值Y_L0NG_TARGET进 行比较，如果第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE与第一预设值Y_L0NG_TARGET的差 值大于第一余量MARGIN1，则积分时间计算模块13减小第一积分时间INT_TIME_L0NG，如 果第一预设值Y_L0NG_TARGET与第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE的差值大于第一 余量MARGIN1，则增大第一积分时间INT_TIME_L0NG，直到第一亮度平均值Y_AVER_L0NG_ SUITABLE和第一预设值Y_L0NG_TARGET的差异小于设定的第一余量MARGim或者第一积分 时间INT_TIME_L0NG已经达到极限值。第二积分时间INT_TIME_SH0RT的计算过程同第一积分时间INT_TIME_L0NG的计 算过程相同，首先设置第二余量MARGIN2，然后将第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE 和第二预设值Y_SH0RT_TARGET的差值及第二预设值Y_SH0RT_TARGET与第二亮度平均值 Y_AVER_SHORT_SUITABLE的差值与第二余量MARGIN2进行比较，来确定第二积分时间INT_
6TIME_SH0RT的增大或减小，略其具体计算过程。由于自动曝光后的图像整体亮度较暗，对所有像素点数据乘以相同的值，就能提 高图像整体亮度，得到亮度合适的图像。作为最优实施方案，本发明包括自动曝光装置实施例2，如图2所示，包括传感器 控制模块21、第一亮度平均值计算模块22、积分时间计算模块23、图像合成模块24、增益值 计算模块25、乘法计算模块26。同装置实施例1相比，本实施例增加了增益值计算模块25、乘法计算模块26。增益值计算模块25根据第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一预设值 Y_L0NG_TARGET计算第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG，及根据所述第二亮度平均值Y_AVER_ SHORT_SUITABLE 和第二预设值 Y_SH0RT_TARGET 计算第二数字增益值 GLB_GAIN_SH0RT。第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG采用常规模式计算，计算过程如下首先设置第 一余量 MARGIN1，将第一亮度平均值 Y_AVER_LONG_SUITABLE 和第一预设值 Y_L0NG_TARGET 进行比较，如果第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE与第一预设值Y_L0NG_TARGET的差 值大于第一余量MARGIN1，则增益值计算模块25减小第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG，如 果第一预设值Y_L0NG_TARGET与第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE的差值大于第一 余量MARGIN1，则增大第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG，直到第一亮度平均值Y_AVER_L0NG_ SUITABLE和第一预设值Y_L0NG_TARGET的差异小于设定的第一余量MARGim或者第一数字 增益值GLBGAIN_L0NG已经达到极限值。第二数字增益值GLB_GAIN_SH0RT的计算过程同第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG 的计算过程相同，首先设置第二余量MARGIN2，然后将第二亮度平均值Y_AVER_SH0RT_ SUITABLE和第二预设值Y_SH0RT_TARGET的差值及第二预设值Y_SH0RT_TARGET与第二亮度 平均值Y AVER_SHORT_SUITABLE的差值与第二余量MARGIN2进行比较，来确定第二数字增 益值GLB_GAIN_SH0RT的增大或减小，略其具体调整过程。乘法计算模块沈将目标长时间曝光图像数据与第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG 相乘得到目标高亮度图像数据，将目标短时间曝光图像数据与第二数字增益值GLB_GAIN_ SHORT相乘得到目标低亮度图像数据。大家所熟知的一种特殊情况，当前图像为第一帧时，乘法计算模块沈将目标长时 间曝光图像数据与预设的第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG相乘得到第一帧图像的目标高 亮度图像数据，将目标短时间曝光图像数据与预设的第二数字增益值GLB_GAIN_SH0RT相 乘得到第一帧图像的目标低亮度图像数据。所述第一亮度平均值计算模块22计算第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE时 采用当前高亮度图像数据，计算第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE时采用当前低亮 度图像数据。所述图像合成模块M将所述目标高亮度图像数据和目标低亮度图像数据进行合 成。装置实施例2的自动曝光装置计算出第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG和第二数字 增益值GLB_GAIN_SH0RT，并将目标长时间曝光图像数据与第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG 相乘得到目标高亮度图像数据，将目标短时间曝光图像数据与第二数字增益值GLB_GAIN_ SHORT相乘得到目标低亮度图像数据，提高了图像的整体亮度。
装置实施例2的自动曝光装置得到的图像数据是目标高亮度图像数据和目标低 亮度图像数据进行合成后的图像数据，在合成时，采用相同的比例，即直接将目标高亮度图 像数据与目标低亮度图像数据相加除以二得到。这种合成方式得到的图像数据能显示图像 亮处及暗处的细节，但是精确度不高。作为最优实施方案，本发明包括自动曝光装置实施例3，如图3所示，包括传感器 控制模块31、第一平均亮度值计算模块32、积分时间计算模块33、图像合成模块34、增益值 计算模块35、乘法计算模块36、第二亮度平均值计算模块37、权重系数计算模块38。同装置实施例2相比，本实施例增加了第二亮度平均值计算模块37、权重系数计 算模块38。第二亮度平均值计算模块37接收从乘法计算模块36输出的当前高亮度图像数据 及当前低亮度图像数据，并计算当前高亮度图像数据整幅图像的第三亮度平均值Y_AVER_ LONG，及计算当前低亮度图像数据整幅图像的第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT。权重系数计算模块38根据第三亮度平均值Y_AVER_L0NG、第四亮度平均值Y_ AVER_SH0RT的大小计算第一权重系数COEFl、第二权重系数C0EF2。所述图像合成模块34将所述第一权重系数COEFl与目标高亮度图像数据相乘得 到第一图像数据，将所述第二权重系数C0EF2与目标低亮度图像数据相乘得到第二图像数 据，并将第一图像数据与第二图像数据进行合成，合成后的图像能体现各个灰阶的图像细 节，得到比较通透的图像。第二亮度平均值计算模块37中第三亮度平均值Y_AVER_L0NG采用如下方式计 算，将所有当前高亮度图像像素点亮度值Y相加得到亮度总和Y_SUM3，及将所有当前高亮 度图像像素点个数相加得到像素点总和PIXELE_SUM3，将亮度总和Y_SUM3除以像素点总和 PIXELE_SUM3，得到第三亮度平均值Y_AVER_L0NG。第二亮度平均值计算模块37中第四亮度均值Y_AVER_SH0RT采用如下方式计算， 将所有当前低亮度图像像素点亮度值Y相加得到亮度总和Y_SUM4，及将所有低亮度图像像 素点个数相加得到像素点总和PIXELE_SUM4，将亮度总和Y_SUM4除以像素点总和PIXELE_ SUM4,得到第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT。权重系数计算模块38中第一权重系数COEFl与第二权重系数C0EF2满足公式 ⑴、⑵C0EF1+C0EF2 = 1 ；(1)C0EF1/C0EF2 = Y_AVER_L0NG/Y_AVER_SH0RT ；(2)利用公式(1)、(2)求得第一权重系数C0EF1、第二权重系数C0EF2的值。第三亮 度平均值Y_AVER_L0NG越大，第一权重系数COEFl越大，第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT越 大，第二权重系数C0EF2相应的也越大。合成图像采用如下公式求得DATA_0UT = DATA_IN_L0NG*C0EF1+DATA_IN_SH0RT*C0EF2 ；(3)公式(3)中DATA_0UT表示合成后图像数据，DATA_IN_L0NG表示目标高亮度图像 数据，COEFl表示第一权重系数，DATA_IN_SH0RT表示目标低亮度图像数据，C0EF2表示第二 权重系数。
装置实施例3中采用第一权重系数COEFl、第二权重系数C0EF2来确定目标高亮度 图像数据和目标低亮度图像数据占合成图像的比例，使合成后的图像清晰显现亮处和暗处 的图像细节。亮度差异较大的图像需要用图像合成的方法得到理想曝光图像，但是这种合成算 法并不是在所有场景都适合，普通场景的图像采用图像合成的算法会使合成后图像偏离理 想亮度很多，基于这种情况，则需要对图像场景进行判断，使图像在不同场景下都能合理曝 光，得到理想的曝光图像。作为最优实施例，装置实施例3中自动曝光装置还包括场景识别模块。场景识别模块根据第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT的大小判断是高动态场景还 是普通场景，产生一个体现场景类型的选择信号HDR_SEL，图像合成模块34根据选择信号 HDR_SEL选择合成模式。选择信号HDR_SEL利用如下方式求得默认情况下为高动态场景，即选择信号 HDR_SEL的值为0，预设第五阈值AVER_L0KE为比较值，及第三余量MARGIN3。该第三余量 MARGIN3为了预防图像在高动态场景与普通场景之间震荡。使L0CK_H = AVER_L0CK+MARGIN3 ；(4)L0CK_L = AVER_L0CK-MARGIN3o(5)如图4所示，从高动态场景转换到普通场景必须满足如下条件当前状态为高动 态场景，即选择信号HDR_SEL的值为0，同时第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT < L0CK_L。则 图像从高动态场景转换到普通场景，选择信号HDR_SEL的值由0变为1。从普通场景转换到高动态场景必须满足如下条件当前状态为普通场景，即选择 信号HDR_SEL的值为1，同时第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT > LOCKJL则图像从普通场景 转换到高动态场景，选择信号HDR_SEL的值由1变为0。当 L0CK_L < = Y_AVER_SH0RT < = L0CK_H 时，选择信号 HDR_SEL 保持原值不变。当选择信号HDR_SEL为1时，图像合成模块4不对图像进行合成，使第一权重系数 COEFl为1，第二权重系数C0EF2为0。直接输出目标高亮度图像数据DATA_IN_L0NG。当选 择信号HDR_SEL为0时，图像为高动态场景，图像合成模块34将第一权重系数COEFl与目 标高亮度图像数据DATA_IN_L0NG相乘得到第一图像数据，第二权重系数C0EF2与目标低亮 度图像数据DATA_IN_SH0RT相乘得到第二图像数据，并将第一图像数据与第二图像数据进 行合成，合成后的图像能体现各个灰阶的图像细节，得到比较通透的图像。该自动曝光装置实现自动曝光的方式是使图像传感器分别用较大的积分时间和 较小的积分时间对同一场景分别进行曝光，得到明暗两幅图像，长积分时间下拍摄的图像 保存了暗处场景的细节，短积分时间下拍摄的图像保存了亮处场景的细节，这样把两幅图 像按照一定的比例合成到一起就可以得到理想的图像，尽显明暗两处的细节。自动曝光装 置提供合理的长积分时间、短积分时间、第一数字增益值及第二数字增益值，并且自动的识 别需要做高动态的场景和普通场景。如图5所示，为本发明实施例4的自动曝光方法流程图，该方法包括如下步骤步骤S51 控制感光像素阵列根据第一积分时间INT_TIME_L0NG进行长时间曝光 和根据第二积分时间INT_TIME_SH0RT进行短时间曝光，获取目标长时间曝光图像数据和 目标短时间曝光图像数据；
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步骤S52:计算当前长时间曝光图像数据去除过亮点后图像的第一亮度平均值Y_ AVER_LONG_SUITABLE;及计算当前短时间曝光图像数据去除过暗点后图像的第二亮度平均 值 Y_AVER_SHORT_SUITABLE ；步骤S53 根据第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一预设值Y_L0NG_ TARGET计算第一积分时间INT_TIME_L0NG，及根据第二亮度平均值Y_AVER_SH0RT_ SUITABLE 和第二预设值 Y_SH0RT_TARGET 计算第二积分时间 INT_TIME_SH0RT ；步骤S54:将所述目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据进行合 成。大家所熟知的一种特殊情况，当前图像为第一帧时，步骤S51控制感光像素阵列 根据预设的第一积分时间进行长时间曝光及根据预设第二积分时间进行短时间曝光，获取 第一帧图像的目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据。目标长时间曝光图像数据保留暗处图像细节，目标短时间曝光图像数据保留亮处 图像细节，合成后的图像保留了整幅图像的细节，得到比较通透的图像，克服了传统自动曝 光方法处理后的图像亮处和暗处清晰度较差的技术问题。步骤S52中第一亮度平均值Y_AVER L0NG_SUITABLE采用如下方法计算，首先设置 一个第三亮度阈值Y_HIGH，将当前长时间曝光图像数据每个像素点的亮度值Y与第三亮度 阈值Y_HIGH比较，如果该像素点亮度值Y小于第三亮度阈值Y_HIGH，则选中该像素，然后 对所有选中像素点的亮度值Y进行求和得到Y_SUM1，及对选中的像素点计数得到PIXEL_ SUMl，将亮度总和Y_SUM1除以像素点总和PIXEL_SUM1，得到第一亮度平均值Y_AVER_L0NG_ SUITABLE。由于当前长时间曝光图像亮处部分容易过曝，过曝的像素点会影响图像的实际整 体亮度情况，故计算第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE时设置第三亮度阈值Y_HIGH 去除过曝点。步骤S52中第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE采用如下方法计算，首先设 置一个第四亮度阈值Y_L0W，将当前短时间曝光图像每个像素点的亮度值Y与第四亮度阈
比较，如果该像素点亮度值Y大于第四亮度阈值Y_L0W，则选中该像素点，然后对所 有选中像素点的亮度值Y求和得到Y_SUM2，及对选中的像素点计数得到PIXEL_SUM2，将亮 度和Y_SUM2除以像素点总和PIXEL_SUM2，得到第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE。由于当前短时间曝光图像暗处部分亮度太小，过暗的像素点会影响图像的实际整 体亮度情况，故计算第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE时设置第四亮度阈值Y_L0W 去除过暗点。上述第三亮度阈值Y_HIGH的设置为了去除过曝的像素点，第四亮度阈值Y_L0W的 设置为了去除过暗的像素点，第三亮度阈值Y_HIGH大于第四亮度阈值Y_L0W。步骤S53中第一积分时间INT_TIME_L0NG采用常规方法计算，计算方法如下首 先设置第一余量MARGIN1，将第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一预设值Y_ L0NG_TARGET进行比较，如果第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE与第一预设值Y_ L0NG_TARGET的差值大于第一余量MARGIN1，则减小第一积分时间INT_TIME_L0NG，如果 第一预设值Y_L0NG_TARGET与第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE的差值大于第一 余量MARGIN1，则增大第一积分时间INT_TIME_L0NG，直到第一亮度平均值Y_AVER_L0NG_SUITABE和第一预设值Y_L0NG_TARGET的差异小于设定的第一余量MARGim或者第一积分 时间INT_TIME_L0NG已经达到极限值。步骤S53中第二积分时间INT_TIME_SH0RT同第一积分时间INT_TIME_L0NG的计 算方法相同，首先设置第二余量MARGIN2，然后将第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE 和第二预设值Y_SH0RT_TARGET的差值及第二预设值Y_SH0RT_TARGET与第二亮度平均值 Y_AVER_SHORT_SUITABLE的差值与第二余量MARGIN2进行比较，来确定第二积分时间INT_ TIME_SH0RT的增大或减小，略其具体调整过程。由于自动曝光后的图像整体亮度较暗，对所有像素点数据乘以相同的值，就能提 高图像整体亮度，得到亮度合适的图像。作为最优实施方案，本发明包括自动曝光方法实施例5，如图6所示，包括步骤S61 控制感光像素阵列根据第一积分时间INT_TIME_L0NG进行长时间曝光 和根据第二积分时间INT_TIME_SH0RT进行短时间曝光，获取目标长时间曝光图像数据和 目标短时间曝光图像数据；步骤S62:计算当前高亮度图像数据去除过亮点后图像的第一亮度平均值Y_ AVER_LONG_SUITABLE;及计算当前低亮度图像数据去除过暗点后图像的第二亮度平均值 Y_AVER_SHORT_SUITABLE ；步骤S63 根据第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一预设值Y_L0NG_ TARGET计算第一积分时间INT_TIME_L0NG ；及根据第二亮度平均值Y_AVER_SH0RT_ SUITABLE 和第二预设值 Y_SH0RT_TARGET 计算第二积分时间 INT_I1ME_SH0RT ；步骤S65 根据所述第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一预设值Y_ L0NG_TARGET计算第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG，及根据所述第二亮度平均值Y_AVER_ SHORT_SUITABLE 和第二预设值 Y_SH0RT_TARGET 计算第二数字增益值 GLB_GAIN_SH0RT ；步骤S66 将所述目标长时间曝光图像数据与第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG 相乘得到目标高亮度图像数据，将所述目标短时间曝光图像数据与第二数字增益值GLB_ GAIN_L0NG相乘得到目标低亮度图像数据；步骤S64 将目标高亮度图像数据与目标低亮度图像数据进行合成。大家所熟知的一种特殊情况，当前图像为第一帧时，步骤S66将目标长时间曝光 图像数据与预设的第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG相乘得到第一帧图像的目标高亮度图 像数据，将目标短时间曝光图像数据与预设的第二数字增益值GLB_GAIN_SH0RT相乘得到 第一帧图像的目标低亮度图像数据。同方法实施例4相比，本实施例增加了步骤S65、步骤S66，相应的步骤S62步及骤 S64也略微有所变化，下面进行详细描述。步骤S65中第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG采用常规方法计算，计算方法如下 首先设置第一余量MARGIN1，将第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一预设值Y_ L0NG_TARGET进行比较，如果第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE与第一预设值Y_ L0NG_TARGET的差值大于第一余量MARGIN1，则减小第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG，如果 第一预设值Y_L0NG_TARGET与第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE的差值大于第一余 量MARGIN1，则增大第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG，直到第一亮度平均值Y_AVER_L0NG_ SUITABLE和第一预设值Y_L0NG_TARGET的差异小于设定的第一余量MARGim或者第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG已经达到极限值。步骤S65中第二数字增益值GLB_GAIN_SH0RT的计算方法同第一数字增益值GLB_ GAIN_L0NG的计算方法相同，首先设置第二余量MARGIN2，然后将第二亮度平均值Y_AVER_ SHORT_SUITABLE和第二预设值Y_SH0RT_TARGET的差值及第二预设值Y_SH0RT_TARGET与第 二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE的差值与第二余量MARGIN2进行比较，来确定第二 数字增益值GLB_GAIN_SH0RT的增大或减小，略其具体调整过程。步骤S66还将目标长时间曝光图像数据与第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG相乘 得到目标高亮度图像数据、将目标短时间曝光图像数据与第二数字增益值GLB_GAIN_SH0RT 相乘得到目标低亮度图像数据。所述步骤S62计算第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE时采用当前高亮度图 像数据，计算第二亮度平均值Y_AVER_SHORT_SUITABLE时采用当前低亮度图像数据。所述步骤S64将所述目标高亮度图像数据和目标低亮度图像数据进行合成。方法实施例5的自动曝光方法计算出第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG和第二数字 增益值GLB_GAIN_SH0RT，并将目标长时间曝光图像数据与第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG 相乘得到目标高亮度图像数据，将目标短时间曝光图像数据与第二数字增益值GLB_GAIN_ SHORT相乘得到目标低亮度图像数据，提高了图像的整体亮度。方法实施例5的自动曝光方法得到的图像数据是目标高亮度图像数据和目标低 亮度图像数据进行合成后的图像数据，在合成时，采用相同的比例，即直接将目标高亮度图 像数据与目标低亮度图像数据相加除以二得到。这种合成方式得到的图像数据能显示图像 亮处及暗处的细节，但是精确度不高。作为最优实施方案，本发明包括自动曝光方法实施例6，如图7所示，包括步骤S71 控制感光像素阵列根据第一积分时间INT_TIME_L0NG进行长时间曝光 和根据第二积分时间INT_TIME_SH0RT进行短时间曝光，获取目标长时间曝光图像数据和 目标短时间曝光图像数据；步骤S72:计算当前高亮度图像数据去除过亮点后图像的第一亮度平均值Y_ AVER_LONG_SUITABLE;及计算当前低亮度图像数据去除过暗点后图像的第二亮度平均值 Y_AVER_SHORT_SUITABLE ；步骤S73 根据第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一预设值Y_L0NG_ TARGET计算第一积分时间INT_TIME_L0NG ；及根据第二亮度平均值Y_AVER_SH0RT_ SUITABLE 和第二预设值 Y_SH0RT_TARGET 计算第二积分时间 INT_TIME_SH0RT ；步骤S75 根据所述第一亮度平均值Y_AVER_LONG_SUITABLE和第一预设值Y_ L0NG_TARGET计算第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG，及根据所述第二亮度平均值Y_AVER_ SHORT_SUITABLE 和第二预设值 Y_SH0RT_TARGET 计算第二数字增益值 GLB_GAIN_SH0RT ；步骤S76 将所述目标长时间曝光图像数据与第一数字增益值GLB_GAIN_L0NG 相乘得到目标高亮度图像数据，将所述目标短时间曝光图像数据与第二数字增益值GLB_ GAIN_L0NG相乘得到目标低亮度图像数据；步骤S77 计算当前高亮度图像数据的第三亮度平均值Y_AVER_L0NG;及计算当前 低亮度图像数据的第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT ；步骤S78 根据第三亮度平均值Y_AVER_L0NG、第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT计算第一权重系数coefl、第二权重系数c0ef2 ；步骤s74 将目标高亮度图像数据与第一权重系数coefl相乘得到第一图像数据， 目标低亮度图像数据与第二权重系数c0ef2相乘得到第二图像数据，将第一图像数据与第 二图像数据进行合成。同方法实施例5相比，本实施例增加了步骤s77、步骤s78。图像合成步骤s74增 加了一个权重系数相乘的过程，下面详细描述。步骤s77计算当前高亮度图像数据整幅图像的第三亮度平均值y_aver_l0ng，及 计算当前低亮度图像数据整幅图像的第四亮度平均值y_aver_short。 步骤s78根据第三亮度平均值y_aver_l0ng、第四亮度平均值y_aver_sh0rt的大 小计算第一权重系数coefl、第二权重系数c0ef2。图像合成步骤s74将第一权重系数coefl与目标高亮度图像数据相乘得到第一图 像数据，第二权重系数c0ef2与目标低亮度图像数据相乘得到第二图像数据，并将第一图 像数据与第二图像数据进行合成，合成后的图像能体现各个灰阶的图像细节，得到比较通 透的图像。步骤s77中第三亮度平均值y_aver_l0ng采用如下方法计算，将所有当前高亮度 图像像素点亮度值y相加得到亮度总和y_sum3，及将所有当前高亮度图像像素点个数相加 得到像素点总和pixele_sum3，将亮度总和y_sum3除以像素点总和pixele_sum3，得到第三 亮度平均值y_aver_l0ng。步骤s77中第四亮度平均值y_aver_sh0rt采用如下方法计算，将所有当前低亮度 图像像素点亮度值y相加得到亮度总和y_sum4，及将所有当前低亮度图像像素点个数相加 得到像素点总和pixele_sum4，将亮度总和y_sum4除以像素点总和pixele_sum4，得到第四 亮度平均值y_aver_sh0rt。权重系数计算步骤s78中第一权重系数coefl与第二权重系数c0ef2满足公式 ⑴、⑵c0ef1+c0ef2 = 1 ；(1)c0ef1/c0ef2 = y_aver_l0ng/y_aver_sh0rt ；(2)利用公式(1)、(2)求得第一权重系数c0ef1、第二权重系数c0ef2的值。第三亮 度平均值y_aver_l0ng越大，第一权重系数coefl越大，第四亮度平均值y_aver_sh0rt越 大，第二权重系数c0ef2相应的也越大。合成图像步骤s74采用如下公式求得合成图像data_0ut = data_in_l0ng*c0ef1+data_in_sh0rt*c0ef2 ；(3)公式(3)中data_0ut表示合成后图像数据，data_in_l0ng表示目标高亮度图像 数据，coefl表示第一权重系数，data_in_sh0rt表示目标低亮度图像数据，c0ef2表示第二 权重系数。方法实施例6中采用第一权重系数coefl、第二权重系数c0ef2来确定目标高亮度 图像数据和目标低亮度图像数据占合成图像的比例，使合成后的图像清晰显现亮处和暗处 的图像细节。亮度差异较大的图像需要用图像合成的方法得到理想曝光图像，但是这种合成算法并不是在所有场景都适合，普通场景的图像采用图像合成的算法会使合成后图像偏离理 想亮度很多，基于这种情况，则需要对图像场景进行判断，使图像在不同场景下都能合理曝 光，得到理想的曝光图像。作为最优实施例，方法施例6中自动曝光方法还包括场景识别步骤。场景识别步骤根据第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT的大小判断是高动态场景还是 普通场景，产生一个体现场景类型的选择信号HDR_SEL，图像合成步骤S74根据选择信号 HDR_SEL选择合成模式。选择信号HDR_SEL利用如下方法求得默认情况下为高动态场景，即选择信号 HDR_SEL的值为0，预设第五阈值AVER_L0KE为比较值，及第三余量MARGIN3。该第三余量 MARGIN3为了预防图像在高动态场景与普通场景之间震荡。使L0CK_H = AVER_L0CK+MARGIN3 ；(4)L0CK_L = AVER_L0CK-MARGIN3o(5)如图4所示，从高动态场景转换到普通场景必须满足如下条件当前状态为高动 态场景，即选择信号HDR_SEL的值为0，同时第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT < L0CK_L。则 图像从高动态场景转换到普通场景，选择信号HDR_SEL的值由0变为1。从普通场景转换到高动态场景必须满足如下条件当前状态为普通场景，即选择 信号HDR_SEL的值为1，同时第四亮度平均值Y_AVER_SH0RT > LOCKJL则图像从普通场景 转换到高动态场景，选择信号HDR_SEL的值由1变为0。当 L0CK_L < = Y_AVER_SH0RT < = L0CK_H 时，选择信号 HDR_SEL 保持原值不变。当选择信号HDR_SEL为1时，图像合成步骤S74不对图像进行合成，使第一权重系 数COEFl为1，第二权重系数C0EF2为0。直接输出目标高亮度图像数据DATA_IN_L0NG。当 选择信号HDR_SEL为0时，图像为高动态场景，图像合成步骤S74将第一权重系数COEFl与 目标高亮度图像数据DATA_IN_L0NG相乘得到第一图像数据，第二权重系数C0EF2与目标低 亮度图像数据DATA_IN_SH0RT相乘得到第二图像数据，并将第一图像数据与第二图像数据 进行合成，合成后的图像能体现各个灰阶的图像细节，得到比较通透的图像。该自动曝光方法实现自动曝光的方式是使图像传感器分别用较大的积分时间和 较小的积分时间对同一场景分别进行曝光，得到明暗两幅图像，长积分时间下拍摄的图像 保存了暗处场景的细节，短积分时间下拍摄的图像保存了亮处场景的细节，这样把两幅图 像按照一定的比例合成到一起就可以得到理想的图像，尽显明暗两处的细节。该自动曝光 方法提供合理的长积分时间、短积分时间、第一数字增益值及第二数字增益值，并且自动的 识别需要做高动态的场景和普通场景。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种自动曝光装置，其特征在于包括传感器控制模块，用以控制感光像素阵列根据第一积分时间进行长时间曝光及根据第 二积分时间进行短时间曝光，获取目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据；第一亮度平均值计算模块，用以计算当前长时间曝光图像数据去除过亮点后的第一亮 度平均值，及计算当前短时间曝光图像数据去除过暗点后的第二亮度平均值；积分时间计算模块，用以根据所述第一亮度平均值和第一预设值计算第一积分时间， 及根据所述第二亮度平均值和第二预设值计算第二积分时间；图像合成模块，用以将所述目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据进行 合成。
2.如权利要求1所述的自动曝光装置，其特征在于所述第一亮度平均值采用如下方 式计算将当前长时间曝光图像数据每个像素点的亮度值与预设的第三亮度阈值进行比较，选 中亮度值小于第三亮度阈值的像素点，然后对所有选中像素点的亮度值进行求和，及对选 中的像素点求和，将亮度总和除以像素点总和，得到第一亮度平均值。
3.如权利要求1所述的自动曝光装置，其特征在于所述第二亮度平均值采用如下方 式计算将当前短时间曝光图像数据每个像素点的亮度值与预设的第四亮度阈值进行比较，选 中亮度值大于第四亮度阈值的像素点，然后对所有选中像素点的亮度值进行求和，及对选 中的像素点求和，将亮度总和除以像素点总和，得到第二亮度平均值。
4.如权利要求2或3任一项所述的自动曝光装置，其特征在于所述第三亮度阈值大 于第四亮度阈值。
5.如权利要求1所述的自动曝光装置，其特征在于该自动曝光装置还包括增益值计算模块，用以根据所述第一亮度平均值和第一预设值计算第一数字增益值， 及根据所述第二亮度平均值和第二预设值计算第二数字增益值；乘法计算模块，用以将目标长时间曝光图像数据与第一数字增益值相乘得到目标高亮 度图像数据，及将目标短时间曝光图像数据与第二数字增益值相乘得到目标低亮度图像数 据；所述第一亮度平均值计算模块、图像合成模块与乘法计算模块连接。
6.如权利要求5所述的自动曝光装置，其特征在于该自动曝光装置还包括第二亮度平均值计算模块，计算当前高亮度图像数据的第三亮度平均值，及计算当前 低亮度图像数据的第四亮度平均值；权重系数计算模块，根据第三亮度平均值、第四亮度平均值的大小计算第一权重系数、 第二权重系数；所述图像合成模块将所述第一权重系数与目标高亮度图像数据相乘得到第一图像数 据，将所述第二权重系数与目标低亮度图像数据相乘得到第二图像数据，并将第一图像数 据与第二图像数据进行合成。
7.一种自动曝光方法，其特征在于包括如下步骤控制感光像素阵列根据第一积分时间进行长时间曝光及根据第二积分时间进行短时 间曝光，获取目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据；计算当前长时间曝光图像数据去除过亮点后的第一亮度平均值，及计算当前短时间曝 光图像数据去除过暗点后的第二亮度平均值；根据所述第一亮度平均值和第一预设值计算第一积分时间，及根据所述第二亮度平均 值和第二预设值计算第二积分时间；将所述目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据进行合成。
8.如权利要求7所述的自动曝光方法，其特征在于所述第一亮度平均值采用如下方 法计算将当前长时间曝光图像数据每个像素点的亮度值与预设的第三亮度阈值进行比较，选 中亮度值小于第三亮度阈值的像素点，然后对所有选中像素点的亮度值进行求和，及对选 中的像素点求和，将亮度总和除以像素点总和，得到第一亮度平均值。
9.如权利要求7所述的自动曝光方法，其特征在于所述第二亮度平均值采用如下方 法计算将当前短时间曝光图像数据每个像素点的亮度值与预设的第四亮度阈值进行比较，选 中亮度值大于第四亮度阈值的像素点，然后对所有选中像素点的亮度值进行求和，及对选 中的像素点求和，将亮度总和除以像素点总和，得到第二亮度平均值。
10.如权利要求8或9任一项所述的自动曝光方法，其特征在于所述第三亮度阈值大 于第四亮度阈值。
11.如权利要求7所述的自动曝光方法，其特征在于该自动曝光方法还包括用以根据所述第一亮度平均值和第一预设值计算第一数字增益值，及根据所述第二亮 度平均值和第二预设值计算第二数字增益值；将目标长时间曝光图像数据与第一数字增益值相乘得到目标高亮度图像数据，及将目 标短时间曝光图像数据与第二数字增益值相乘得到目标低亮度图像数据；所述第一亮度平均值、第二亮度平均值的计算采用当前高亮度图像数据及当前低亮度 图像数据；所述图像合成采用目标高亮度图像数据和目标低亮度图像数据。
12.如权利要求11所述的自动曝光方法，其特征在于该自动曝光方法还包括计算当前高亮度图像数据的第三亮度平均值，及计算当前低亮度图像数据的第四亮度 平均值；根据第三亮度平均值、第四亮度平均值的大小计算第一权重系数、第二权重系数；将所述第一权重系数与目标高亮度图像数据相乘得到第一图像数据，将所述第二权重 系数与目标低亮度图像数据相乘得到第二图像数据，并将第一图像数据与第二图像数据进 行合成。
全文摘要
一种自动曝光装置，包括传感器控制模块，控制感光像素阵列根据第一积分时间进行长时间曝光及根据第二积分时间进行短时间曝光，获取目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据；第一亮度平均值计算模块，计算当前长时间曝光图像数据去除过亮点后的第一亮度平均值，及计算当前短时间曝光图像数据去除过暗点后的第二亮度平均值；积分时间计算模块，根据所述第一亮度平均值计算第一积分时间，及根据所述第二亮度平均值计算第二积分时间；图像合成模块，将目标长时间曝光图像数据和目标短时间曝光图像数据进行合成。本发明还提供了一种基于该装置的自动曝光方法。克服了图像曝光处理后亮处和暗处清晰度较差的技术问题。
文档编号H04N5/243GK102118563SQ20091023895
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者付璟军, 刘志强, 胡文阁 申请人:比亚迪股份有限公司