光电经纬仪用高速相机自动曝光方法与流程

技术特征：

1.光电经纬仪用高速相机自动曝光方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：

步骤一、采用HF函数对输入的图像亮度进行分析；具体分析过程为：

将HF函数定义为经过归一化后的图像直方图中亮度值高于亮度门限值th的图像直方图归一化函数之和；

所述HF函数为：

$HF\left(th\right)=\underset{r=th}{\overset{2^L-1}{\Σ}}norm\left(r\right),(th\∈r=0,...,2^L-1)$

式中，L为图像灰度级，th为亮度门限值，采用四个参数对高速相机捕获的图像亮度进行分析，所述四个参数分别为亮度门限值th为平均亮度值时HF函数值H_mean，亮度门限值th为平均亮度值一半时HF函数值H_half，亮度门限值th为平均亮度值二倍时HF的函数值H_twice以及计算值H_diff，所述计算值H_diff的值为反应获得图像中亮区域与暗区域的对比度；

步骤二、曝光粗调以及曝光精调，实现高速相机自动曝光；

在曝光粗调的过程为：

a、判断亮度门限值th为平均亮度值二倍时HF的函数值H_twice是否大于等于过曝光门限值α，如果是，执行步骤b，如果否，执行c；

b、减小曝光时间，返回步骤a；

c、判断亮度门限值th为平均亮度值一半时HF函数值H_half是否大于等于欠曝光门限值β，如果是，增加曝光时间，返回a，如果否，执行步骤d；

d、进行曝光精调；

曝光精调的过程为：

A、判断H_R(k)是否大于等于曝光点门限值γ，如果是，采用模糊规则计算补偿步长C_p，如果否，执行步骤B；

B、判断H_m(k)是否大于0，所述H_m(k)为第k幅图像的H_half值与k-1幅图像的H_half值的差，所述H_m(k)＝H_half(k)-H_half(k-1)；

如果是，则执行步骤C，如果否，执行步骤D；

C、将补偿步长C_p值缩小N倍，即：C_p＝C_p/N，同时以第k-2幅图像的曝光补偿步长作为参考进行补偿，用公式表示为：E(k)＝E(k-2)×C_P；

判断C_p是否小于等于θ，如果是，则保持第k-2幅图像的曝光补偿步长不变，即：E(k)＝E(k-2)，如果否，E(k)＝E(k-1)×(1+C_P)；

D、E(k)＝E(k-2)×(1+C_P)；

上述步骤A中，

H_R(k)为第k幅图像与经过模糊规则补偿的首幅图像H_O(0)过曝光像素点的比率；H_R(k)的估计函数为：

$H_R\left(k\right)=\frac{H_O\left(k\right)-H_O\left(0\right)}{H_O\left(k\right)+H_O\left(0\right)}$

式中H_O(k)为第k幅图像的过曝光像素总和；

采用模糊规则计算补偿步长C_p的具体过程为：

采用三角型隶属度函数将亮度门限值th为平均亮度值时HF函数值H_mean与计算值H_diff分别归纳为五种程度的三角型隶属度函数；

设定C(i,j)为曝光时间的补偿值，曝光时间调整的方向用正负号表示，λ为曝光时间调整步长；

定义u(i,j)为模糊规则的三角型隶属程度，用公式表示为：

定义

式中，U(i)与U(j)分别为计算值H_diff及亮度门限值th为平均亮度值时HF函数值H_mean的隶属度函数；

所述补偿步长C_p由下式得出：

$C_p=\frac{\mathrm{\Σ}\[u(i,j)\×C(i,j)\]}{\mathrm{\Σ}u(i,j)}$

则第k幅图像的曝光时间，用公式表示为：

E(k)＝E(k-1)×C_P。

2.根据权利要求1所述的光电经纬仪用高速相机自动曝光方法，其特征在于，步骤一中，

设定输入图像为I(x,y)，有xy个像素点，h(r)为I(x,y)的灰度直方图：所述灰度直方图h(r)用公式表示为：

$h\left(r\right)=\underset{x,y}{\Σ}{C}_r(x,y),(r=0,...,2^L-1;x,y\∈S^{+});$

其中，

将灰度直方图h(r)归一化，得：

norm(r)＝h(r)/xy且

3.根据权利要求1所述的光电经纬仪用高速相机自动曝光方法，其特征在于，所述计算值H_diff用公式表示为：

$\begin{array}{c}H\_diff=MIN\left\{\right|H\_twice-H\_mean|,\\ |H\_mean-H\_half|\}.\end{array}$

4.根据权利要求1所述的光电经纬仪用高速相机自动曝光方法，其特征在于，

所述过曝光的像素点总和H_O(k)为超过最大亮度值95％的像素点，并定义过曝光点门限值γ设定为0.2。

5.根据权利要求1所述的光电经纬仪用高速相机自动曝光方法，其特征在于，所述定义三角型隶属度函数的五种程度分别为：非常小VS，小S，中等M，大B以及非常大VB，针对五种程度的三角型隶属度函数，采用下述12条模糊规则对曝光时间是进行补偿；

规则1：设定当计算值H_diff的值为非常小VS并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为非常小VS时，补偿值C(1,1)为-2λ；

规则2：设定当计算值H_diff的值为非常小VS并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为小S时，补偿值C(1,2)为+2λ；

规则3：设定当计算值H_diff的值为非常小VS并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为M，补偿值C(1,3)为+4λ；

规则4：设定当计算值H_diff的值为非常小VS并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为大B时，补偿值C(1,4)为+3λ；

规则5：设定当计算值H_diff的值为非常小VS并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为非常大VB时，补偿值C(1,5)为+λ；

规则6：设定当计算值H_diff的值为小S并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为非常小VS时，补偿值C(2,1)为–λ；

规则7：设定当计算值H_diff的值为小S并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为小S时，补偿值C(2,2)为+λ；

规则8：设定当计算值H_diff的值为小S并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为中等M时，补偿值C(2,3)为+3λ；

规则9：设定当计算值H_diff的值为小S并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为大B时，补偿值C(2,4)为+2λ；

规则10：设定当计算值H_diff的值为小S并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean为非常大VB时，补偿值C(2,5)为λ；

规则11：设定当计算值H_diff的值为小为中等M并且当亮度门限值th为平均亮度值H_mean M时，补偿值C(3,3)为λ；

规则12：其他情况，补偿为0。