一种自动曝光方法及装置制造方法
【专利摘要】该发明涉及摄像装置的图像处理领域，特别涉及一种自动曝光方法及装置。该曝光方法根据图像质量评价指标调节曝光参数和摄像机增益，其中摄像机增益使在给定的曝光参数下采集到的数字图像达到目标亮度，寻找使图像质量评价指标达到最大值的曝光参数及摄像机增益。其中曝光参数包括光圈面积和曝光时间，决定一帧图像感光时进入镜头的光通量；其中摄像机增益包括图像传感器的模拟增益和数字增益。该发明装置包括光圈可控镜头，信号放大器，计算及控制单元。本发明所提供的自动曝光方法及装置不仅能使图像亮度合适，而且能使图像在清晰度和噪声之间达到较优的平衡。
【专利说明】一种自动曝光方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及摄像装置的图像处理领域，特别涉及一种自动曝光方法及装置。
【背景技术】
[0002]自动曝光作为摄像机的必备功能，直接影响到监控视频的质量。若曝光过度，则会使图像过亮，失去一些图像细节；曝光不足，则会导致图像过暗，也会失去一些图像细节，甚至影响图像处理的色彩复原。
[0003]自动曝光可以通过调整摄像机的光圈、曝光时间、增益等参数来实现。其中光圈大小和曝光时间决定了摄像机的进光量，摄像机的进光量决定了图像传感器的感光单元的输出，但最后得到的图像亮度(幅度)还受摄像机的模拟和数字增益的影响。
[0004]其中，光圈的大小不仅影响进光量，还会影响图像的景深模糊。由于场景中的物体不在一个平面，因此一般会有部分物体不在摄像机的对焦位置上，其成像不在摄像机传感器靶面上，因而会产生散焦模糊，这种由场景深度带来的模糊即为景深模糊。景深模糊除了与场景的深度，摄像机焦距，传感器参数等有关，还与摄像机的光圈大小有关。摄像机光圈越大，景深模糊越严重。而曝光时间不仅影响进光量，也会影响场景中运动物体的清晰程度，曝光时间过长会产生运动模糊。在光照较强时，可用较小的光圈和较高的快门速度(即较小的曝光时间)，从而散焦模糊和运动模糊都较小。但在光照较弱的场景，为达到足够的进光量，光圈不能过小，快门不能太快，散焦模糊和运动模糊对图像质量的影响就必须考虑了。
[0005]另一方面，图像亮度是场景照度在给定曝光参数和摄像机增益下的体现。光圈越小或快门越快，进光量就越小，为了达到合适的图像亮度，需要采用较大的摄像机增益。这样，传感器的噪声同时被放大，即增大了摄像机采集图像的噪声，降低了图像质量。因此对摄像机光圈或快门的控制需要综合考虑景深及运动模糊与图像噪声，在清晰度和噪声之间达到较优的平衡。
[0006]目前的自动曝光算法，没有将光圈对景深模糊的影响和快门对运动模糊的影响作为考虑因素。因此需要一套能够对光圈进行合理优化的自动曝光算法，不仅使图像亮度达到合适，同时能够保证图像在清晰度和噪声之间找到较好的平衡点，提升图像的综合主观质量。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种摄像机自动曝光方法及装置，综合考虑景深模糊和运动模糊与噪声，对光圈或快门控制进行优化，解决上述问题。
[0008]本发明提供一种摄像机自动曝光方法，用于可采集数字图像的摄像机的自动曝光控制，其特征在于根据如下图像质量评价指标调节曝光参数和摄像机增益，其中摄像机增益使在给定的曝光参数下采集到的数字图像达到目标亮度，寻找使图像质量评价指标达到最大值的曝光参数及摄像机增益。所述曝光参数包括光圈面积和曝光时间，决定一帧图像感光时进入镜头的光通量(即进光量)；所述摄像机增益包括图像传感器的模拟增益和数字增益；所述图像质量评价指标为:
【权利要求】
1.一种摄像机自动曝光方法，用于可采集数字图像的摄像机的自动曝光控制，其特征在于根据图像质量评价指标调节曝光参数和摄像机增益，其中摄像机增益使在给定的曝光参数下采集到的数字图像达到目标亮度，寻找使图像质量评价指标达到最大值的曝光参数及摄像机增益。所述曝光参数包括光圈面积和曝光时间，决定一帧图像感光时进入镜头的光通量；所述摄像机增益包括图像传感器的模拟增益和数字增益；所述图像质量评价指标为:
2.如权利要求1所述的摄像机自动曝光方法，其特征在于，其中V2为拉普拉斯算子:
3.如权利要求1所述的摄像机自动曝光方法，其特征在于包含以下最佳图像质量评价指标搜索步骤: 101采集一帧图像，计算图像亮度； 102计算图像质量评价指标J ; 103如果当前J达到最佳值或是首次计算，则记录当前J值、曝光参数(包括光圈面积、曝光时间)和摄像机增益； 104如果满足结束条件，则结束； 105改变曝光参数； 106采集图像； 107根据图像的亮度和曝光参数调节摄像机增益，转101。 在上述过程中，改变曝光参数的方法为如下方式之一: 方式一:按一定步长遍历所有光圈面积或曝光时间，则结束条件为完成遍历，过程结束时将摄像机设置到所记录的最佳J值时的曝光参数和摄像机增益； 方式二:根据J值的变化改变光圈面积或曝光时间，则结束条件为J值的改变小于一设定的阈值，或J值不再变大；如果J值增加，则在上次改变的方向上改变光圈面积或曝光时间，否则J值减小，在上次改变光圈面积或曝光时间的相反方向上改变。
4.如权利要求3所述的自动曝光方法，其特征在于按如下方法调整摄像机增益:
5.如权利要求3所述的自动曝光方法,设S=光圈面积X曝光时间，上一次曝光调整为As，相应的图像质量评价指标J的变化量为Λ J，其特征在于，在改变曝光参数的方法为方式一时，当前曝光参数调整量
6.一种摄像机自动曝光装置，其特征在于:包括光圈可控镜头，信号放大器，计算及控制单元。 所述光圈可控镜头用于成像并改变光圈大小； 所述信号放大器用于放大模拟或数字图像信号幅度，信号放大器包括图像传感器内部及外部的模拟及数字放大器，总的放大倍数即摄像机增益； 所述计算及控制单元用于计算图像亮度、图像质量评价指标，根据计算结果调节各放大器增益、光圈可控镜头的光圈大小。
7.如权利要求6所述的摄像机自动曝光装置，其特征在于还包括快门，用于控制曝光时间；所述的快门是指传感芯片的电子快门或机械快门。
8.如权利要求6所述的摄像机自动曝光装置，其特征在于计算及控制单元采用摄像机的处理器或专用硬件模块。
【文档编号】H04N5/235GK103888681SQ201410156625
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】唐慧明, 鲍庆洁, 王松, 颜江, 赵金金, 曹涛 申请人:四川华雁信息产业股份有限公司