全调光范围快速自动调光方法
【专利摘要】本发明涉及一种全调光范围快速自动调光方法，包括以下步骤：首先，根据积分时间所处的积分时间区间改变光阑大小，调整积分时间所处的工作区间，扩展调光范围，以保证积分时间在整个调光范围内都可以快速调整由于场景变化所造成的输出图像亮度的变化；然后，通过改变积分时间来调整图像亮度。本发明的全调光范围快速自动调光方法，全调光范围内由积分时间调整探测器输出图像的亮度，实现全调光范围内的快速调光，由积分时间所处区间决定是否调整光阑，通过改变光阑大小调整积分时间的工作区间扩展调光范围，而且不需要变动调光系统的硬件。
【专利说明】全调光范围快速自动调光方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学成像【技术领域】，特别涉及一种电子快门与光阑组合方式的，全调光范围快速自动调光方法。
【背景技术】
[0002]成像光学系统在进行摄影或拍照时，由于季节、天气、太阳高度角、地域和景物特征的不同，景物的亮度变化很大，为得到清晰图像，避免图像探测器过度曝光，正确地控制曝光量是成像光学系统获得高清晰图像的核心技术之一。光学成像系统一般要求自动调光系统调光范围宽、速度快、灵活可靠、适应性强，以满足复杂环境下的调光要求。光学成像系统的调光方式一般有三种，改变光学系统的透过率、改变曝光时间和改变通光孔径。早期的图像探测器不含电子快门，以光阑调光为主。现在大多数图像探测器提供了电子快门的功能，但电子快门的调光范围一般难以满足实际需求，因此光阑调光在大多数系统中仍然被广泛应用。
[0003]电子快门调光是通过改变图像探测器积分时间而实现，光阑调光是通过改变通光孔径而实现。由当前图像亮度值、当前积分时间和图像亮度参考值来直接获取与图像亮度参考值相对应的最佳积分时间，然后写入探测器，下一时刻按照最佳积分时间输出的图像亮度值基本等于参考值。电子快门通过编程实现图像探测器积分时间的改变，具有快速性，而且与当前图像亮度与图像亮度参考值的偏差大小无关。但是光阑通过电机带动光阑机构调整光学系统的口径，而且采用图像亮度作为闭环控制量，刷新率低，调光速度慢。
[0004]传统的组合方式的工作过程见图2，当探测器输出图像亮度大于参考值时，首先减小积分时间，积分时间最小时，图像亮度仍然大于参考值，则减小光阑使图像亮度至参考值；当探测器输出图像亮度小于参考值时，首先调整光阑，光阑最大时，图像亮度仍然小于参考值，则增加积分时间使图像亮度至参考值。
[0005]传统的组合方式仅仅扩展了光学成像系统的调光范围，光阑与积分时间的工作是相对独立的，是一种低层次组合。虽然组合方式下的电子快门的自动调光速度很快，但光阑调光速度较慢，难以实现全调光范围内的快速调光。
【发明内容】
[0006]本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种电子快门与光阑组合方式的，全调光范围快速自动调光方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下:
[0008]一种全调光范围内快速调光方法，包括以下步骤:
[0009]首先，根据积分时间所处的积分时间区间改变光阑大小，调整积分时间所处的工作区间，扩展调光范围，以保证积分时间在整个调光范围内都可以快速调整由于场景变化所造成的输出图像亮度的变化；
[0010]然后，通过改变积分时间来调整图像亮度。[0011]在上述技术方案中，所述的积分时间区间包括最大工作区间，最佳工作区间和可靠工作区间；最大工作区间包括最佳工作区间，最佳工作区间包括可靠工作区间。
[0012]在上述技术方案中，根据积分时间所处的积分时间区间控制光阑动作改变光阑大小具体包括:
[0013]积分时间超出最佳工作区间，调整光阑使积分时间回缩至可靠工作区间内，当积分时间处于可靠工作区间内时，光阑停止调整。
[0014]在上述技术方案中，根据积分时间所处的积分时间区间控制光阑动作改变光阑大小具体包括:
[0015]根据所需调整积分时间是否超出最大工作区间调整光阑:当所需调整积分时间大于积分时间最大值，快速扩大光阑尺寸；当所需调整积分时间小于积分时间最小值，快速减小光阑尺寸；当所需调整积分时间超出最佳工作区间但未超出最大工作区间，则慢速调整光阑。
[0016]在上述技术方案中，该方法具体包括以下步骤:
[0017]首先，调光系统初始化；
[0018]然后，使光阑口径最大，设置初始积分时间T ;
[0019]再然后，判断积分时间是否在最佳工作:
[0020]积分时间在最佳工作区间，则判断积分时间是否在可靠工作区间，是则调整光阑结束，否则继续调整光阑；
[0021]积分时间不在最佳工作区间，则判断积分时间是否在最大工作区间,积分时间在最大工作区间，慢速调整光阑；积分时间不在最大工作区间则快速调整光阑；
[0022]最后，判断売度值是否在参考值区间:
[0023]是则直接进入下一循环，判断积分时间是否在最佳工作；
[0024]否则根据当前积分时间、当前图像亮度值、亮度参考值计算最佳积分时间；然后执行调整探测器积分时间改变输出图像的亮度，进入下一循环，判断积分时间是否在最佳工作。
[0025]本发明具有以下的有益效果:
[0026]本发明的全调光范围快速自动调光方法，全调光范围内由积分时间调整探测器输出图像的亮度，实现全调光范围内的快速调光，由积分时间所处区间决定是否调整光阑，通过改变光阑大小调整积分时间的工作区间扩展调光范围，而且不需要变动调光系统的硬件。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0028]图1为本发明的组合式调光系统框图示意图；
[0029]图2为传统组合式调光系统的工作流程示意图；
[0030]图3为本发明中对积分时间区间的定义示意图；
[0031]图4为本发明中组合式快速调光系统的工作流程示意图。
【具体实施方式】[0032]本发明的发明思想为:
[0033]本发明的全调光范围快速自动调光方法，在完全不改变传统组合式调光系统硬件的条件下，全调光范围内由积分时间调整探测器输出图像亮度，实现快速调光，由积分时间所处区间决定是否调整光阑，通过改变光阑大小调整积分时间的工作区间扩展调光范围。
[0034]本发明的全调光范围快速自动调光方法定义了三个积分时间区间，最大工作区间，最佳工作区间和可靠工作区间(Tmin〈Tl〈T2〈T3〈T4〈Tmax)，每个区间定义了高阈值和低阈值，见图3。积分时间最大工作区间介于积分时间最大工作区间309的高阈值306(Tmax)和低阈值301(Tmin)之间，是积分时间可设置的最小值和最大值，一般是由探测器或光学系统本身的特性所决定；积分时间的最佳工作区间介于最佳工作区间308的高阈值305 (T4)和低阈值302 (Tl)之间，是判断是否需要调整光阑大小的依据；积分时间的可靠工作区间介于可靠工作区间307的高阈值304 (T3)和低阈值303 (T2)之间，是判断是否停止调整光阑的依据。
[0035]调光系统工作时，根据场景亮度变化调整积分时间使输出图像亮度保持在图像参考值附近，当积分时间超出积分时间的最佳工作区间308，为避免积分时间继续逼进积分时间极限值(Tmax或Tmin)，调整光阑，使积分时间区间回缩至可靠工作区间307内。光阑调整开始的条件是积分时间超出了最佳工作区间308，光阑调整结束的条件的积分时间进入了可靠工作区间307，当积分时间小于Tl，减小光阑使积分时间增加至T2以上；当积分时间大于T4时，增加光阑使积分时间减小至T3以下，从而保证积分时间在整个调光范围内都可以快速调整由于场景变化所造成的输出图像亮度的变化。
[0036]光阑调整的速度由所需调整的积分时间是否超出积分时间最大工作区间309来决定。当所需调整的积分时间超出了积分时间的最大工作区间309，积分时间调整已经不能使图像亮度快速逼进参考亮度值，积分时间的调整余量已经用尽，需要快速调整光阑使积分时间获得足够的调整余量。当所需调整的积分时间超出了最佳工作区间308，但仍未超出最大工作区间309，调整积分时间仍可以改变图像的输出亮度，积分时间的调整余量已经小于设定极限值，这时调整光阑只是用来扩大积分时间的调整余量，因此采用光阑慢速调整。慢速调整的优势在于使得积分时间的调整可以实时补偿光阑的变化对图像亮度的影响，使输出图像的亮度值只有微小变化，始终保持在亮度参考值附近。
[0037]下面结合附图对本发明做以详细说明。
[0038]本发明的全调光范围快速自动调光方法适用的组合式调光系统的硬件系统与传统组合调光系统的硬件完全一致，见图1，其包括控制电路101、驱动电机102、光阑103、带电子快门的图像探测器104等。但是，光阑闭环控制量选取与图像亮度相关的探测器积分时间，而非图像亮度。
[0039]外部场景变化导致探测器104输出图像的亮度偏离参考值，控制电路101根据积分时间所处区间调整光阑103孔径大小和根据探测器输出图像亮度值和图像亮度参考值调整探测器104积分时间。
[0040]本发明的全调光范围快速自动调光方法的工作流程是参见图4，包括以下的步骤:
[0041]首先，由步骤401调光系统初始化。
[0042]然后，执行步骤402使光阑口径最大，设置初始积分时间T。[0043]再然后，执行步骤403判断积分时间是否在最佳工作:
[0044]积分时间在最佳工作区间，执行步骤404判断积分时间是否在可靠工作区间，是则执行步骤408调整光阑结束，否则继续调整光阑。
[0045]积分时间不在最佳工作区间，执行步骤405判断积分时间是否在最大工作区间，积分时间在最大工作区间，执行步骤407慢速调整光阑；积分时间不在最大工作区间则执行步骤406，快速调整光阑。
[0046]最后，执行步骤409判断売度值是否在参考值区间:
[0047]是则直接进入下一循环；
[0048]否则执行步骤410根据当前积分时间、当前图像亮度值、亮度参考值计算最佳积分时间；然后执行步骤411调整探测器积分时间改变输出图像的亮度，进入下一循环。
[0049]周而复始，完成快速自动调光。
[0050]在上述具体实施方案中，本领域技术人员清楚“快速”、“慢速”调整光阑的含义，在此不再赘述。
[0051]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种全调光范围快速自动调光方法，其特征在于，包括以下步骤: 首先，根据积分时间所处的积分时间区间改变光阑大小，调整积分时间所处的工作区间，扩展调光范围，以保证积分时间在整个调光范围内都可以快速调整由于场景变化所造成的输出图像亮度的变化； 然后，通过改变积分时间来调整图像亮度。
2.根据权利要求1所述的全调光范围快速自动调光方法，其特征在于， 所述的积分时间区间包括最大工作区间，最佳工作区间和可靠工作区间；最大工作区间包括最佳工作区间，最佳工作区间包括可靠工作区间。
3.根据权利要求2所述的全调光范围快速自动调光方法，其特征在于， 根据积分时间所处的积分时间区间控制光阑动作改变光阑大小具体包括: 积分时间超出最佳工作区间，调整光阑使积分时间回缩至可靠工作区间内，当积分时间处于可靠工作区间内时，光阑停止调整。
4.根据权利要求2所述的全调光范围快速自动调光方法，其特征在于， 根据积分时间所处的积分时间区间控制光阑动作改变光阑大小具体包括: 根据所需调整积分时间是否超出最大工作区间调整光阑:当所需调整积分时间大于积分时间最大值，快速扩大光阑尺寸；当所需调整积分时间小于积分时间最小值，快速减小光阑尺寸；当所需调整积分时间超出最佳工作区间但未超出最大工作区间，则慢速调整光阑。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的全调光范围快速自动调光方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 首先，调光系统初始化； 然后，使光阑口径最大，设置初始积分时间T ； 再然后，判断积分时间是否在最佳工作区间: 积分时间在最佳工作区间，则判断积分时间是否在可靠工作区间，是则调整光阑结束，否则继续调整光阑； 积分时间不在最佳工作区间，则判断积分时间是否在最大工作区间，积分时间在最大工作区间，慢速调整光阑；积分时间不在最大工作区间则快速调整光阑； 最后，判断亮度值是否在参考值区间: 是则直接进入下一循环，判断积分时间是否在最佳工作； 否则根据当前积分时间、当前图像亮度值、亮度参考值计算最佳积分时间；然后调整探测器积分时间改变输出图像的亮度，进入下一循环，判断积分时间是否在最佳工作。
【文档编号】H04N5/235GK103491311SQ201310384693
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】宋玉龙, 楚广生, 马天翔, 徐正平, 沈宏海 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所