曝光调整方法及所适用的车载摄像装置与流程

本发明实施例涉及图像处理技术，尤其涉及一种曝光调整方法及所适用的车载摄像装置。

背景技术：

车载摄像装置主要针对行车过程中的数据进行记录，随着汽车的逐渐普及，车载摄像装置也逐渐成为汽车附件，车载摄像装置记录行车过程中的每一个细节，在判断突然发生交通事故的时候能够提供有效的证据，方便事故的判定和保险的索赔。在此基础上，车辆辅助驾驶和自动驾驶需要车载摄像装置为CPU提供清晰的图像信息。

由于车在摄像装置在使用过程中会受不同因数的影响：1)行驶过程存在的多种不确定场景，比如日夜、光照、雨雾、季节等因数的影响；2)在高动态范围的场景中拍摄，采集到的数据限于摄像装置本身的动态范围而使图像部分区域出现亮度曝光过度或图像亮度曝光不足；3)行行驶过程中场景变化，特别是在夜晚的车灯、隧道进出、树林中行驶等亮度变化剧烈的场景，要求亮度控制变化能够快速和准确。

传统的车载摄像装置在自动曝光时，通常以图像整体亮度始终是一个稳定值为目标，对于高动态场景的图像如采用此方式来自动调整曝光，易存在大量局部亮度过高和局部亮度不足的情况，如此导致无法采集到有效的图像信息。

技术实现要素：

本发明提供一种曝光调整方法及所适用的车载摄像装置，以实现车载摄像装置在高动态场景下自动调整曝光，以获得清晰图像信息的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种曝光调整方法，用于摄像装置，包括：获取所摄取图像中预设关注区域的第一亮度信息和非关注区域的第二亮度信息；基于所述第一亮度信息和第二亮度信息确定所述摄像装置的曝光调整方案；在按照所确定的曝光调整方案进行曝光调整后，重新获取所述第一亮度信息和和第二亮度信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种车载摄像装置，包括：光学单元，用于将所摄取的光线进行成像处理，以得到图像；以及，曝光调整单元，连接所述光学单元，用于通过执行如上所述的方法，控制至少所述曝光控制模块执行相应的曝光调整方案。

本发明通过在车载摄像装置所摄取的图像中划分关注区域，并基于关注区域的第一亮度信息和非关注区域的第二亮度信息的亮度评估，进行倾向于使关注区域图像能清晰获取的曝光调整方案，有效解决车载摄像装置等高动态摄像装置在光线变化复杂的环境下图像清晰度差的问题。

附图说明

图1是本发明实施例一中曝光调整方法在一实施方式中的流程图；

图2是本发明实施例一中的曝光调整方法在另一实施方式中的流程图；

图3是本发明实施例一中的曝光调整方法在又一实施方式中的流程图；

图4是本发明实施例二中的车载摄像装置的一种实施方式的结构示意图；

图5是本发明实施例二中的车载摄像装置的又一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的曝光调整方法的流程图，本实施例可适用于车在摄像装置基于图像亮度变化而执行曝光调整方案的情况，其目的在于确保车载摄像装置或其他高动态摄像装置摄取便于后续图像处理的图像信息。该方法可以由安装在车载摄像装置中的图像处理芯片来执行，具体包括如下步骤：

步骤S110、获取所摄取图像中预设关注区域的第一亮度信息和非关注区域的第二亮度信息。

其中，所述关注区域可以是预先设定的图像区域，其数量可以是一个或多个，所述关注区域通常是基于图像处理时处理最频繁的区域部分。在某些实施方式中，可将所摄取的图像进行图像区域划分，并将覆盖有最频繁的区域部分的图像区域确定为关注区域，所述图像除关注区域之外的图像区域设为非关注区域，例如，将所摄取的图像划分为n*n的区域，并将其中至少一个区域设定为关注区域，其他区域为非关注区域。在某些实施例中，所摄取的图像中预设的关注区域集中在图像中的路面部分。所述关注区域还可以是预先识别的，例如，预先识别被划分成若干图像区域中的路面特征，并将包含所述路面特征的图像区域确定为所述关注区域。

为了突出关注区域的曝光敏感度，在某些实施方式中对图像所划分的各区域进行权重系数的标定。在此，所述权重系数可以是预先设定的，例如，各关注区域的权重系数相同且大于非关注区域的权重系数。又如，按照预设分布(如高斯分布)设置各关注区域的权重系数以及各非关注区域的权重系数。

所述第一亮度信息和第二亮度信息可以是相应区域的亮度平均值。在某些实施方式中，基于预设的关注区域的权重系数，将所摄取的图像中对应所述关注区域的各像素进行基于亮度的加权平均处理，以得到第一亮度信息；以及，基于预设的非关注区域的权重系数,将所摄取的图像中非关注区域的各像素进行加权平均处理，以得到第二亮度信息。例如预设的关注区域为多个，各关注区域的权重系数不同，非关注区域的权重系数相同，则将每个关注区内像素亮度进行亮度统计，并将各关注区域的亮度值加权平均得到所述第一亮度信息，同样，对各非关注区域内像素亮度进行亮度统计，并将各非关注区域的亮度值加权平均得到所述第二亮度信息。

步骤S120、基于所述第一亮度信息和第二亮度信息确定所述摄像装置的曝光调整方案。

具体地，为了监测图像的关注区域和整幅图像的亮度特征，选择能够捕捉到清晰关注区域的图像，本步骤可以将所述第一亮度信息和第二亮度信息与预设的曝光调整条件进行匹配，并根据匹配结果确定是否曝光，以及对应的曝光调整方案。其中，所述曝光调整方案包括：调整曝光时间、光圈和增益中的至少一种。

为了侧重关注区域在整幅图像中的调整策略，在某些实施方式中，步骤S120包括：步骤S121、S122和S123(均未于图示)。

步骤S121、基于所述第一亮度信息和第二亮度信息计算整幅图像的平均亮度值。

步骤S122、将所述平均亮度值和所述第一亮度信息分别与预设的曝光调整条件进行匹配。

步骤S123、基于匹配结果确定所述摄像装置的曝光调整方案。

在此，所述曝光调整条件包括目标亮度区间[TARGET_L,TARGET_H]，所述曝光调整方案为多种，可与每种匹配结果相对应。其中，当所述第一亮度信息和平均亮度值均位于所述目标亮度区间内，则不予进行曝光调整。当所述第一亮度信息和平均亮度值中的至少一个未落入所述目标亮度区间内时，根据未落入所述目标亮度区间内的第一亮度信息和平均亮度值的组合方式，确定所述摄像装置的曝光调整方案。

例如，当匹配结果为：所述第一亮度信息(ATT_AVG)高于目标亮度高阈值(TARGET_H)且所述平均亮度值(AVG)高于目标亮度高阈值(TARGET_H)，或者，ATT_AVG落入目标亮度区间内且AVG高于TARGET_H，则对应的曝光调整方案为：在保证调整后的第一亮度信息仍在目标亮度区间内的情况下，降低曝光时间或者增益，在某些实施方式中，可按照增益、曝光时间和光圈的优先级逐级调整。

又如，当匹配结果为：所述第一亮度信息(ATT_AVG)低于目标亮度低阈值(TARGET_L)且所述平均亮度值(AVG)低于目标亮度低阈值(TARGET_L)，或者ATT_AVG落入目标亮度区间内且AVG低于TARGET_L，则对应的曝光调整方案为：在保证调整后的第一亮度信息仍在目标亮度区间内的情况下，提高曝光时间或者增益，在某些实施方式中，可按照光圈、曝光时间和增益的优先级逐级调整。

当匹配结果不同于上述各种情况时，所对应的曝光调整方案也相应复杂。在某些实施方式中，所述曝光调整方案包括如下步骤S124、S125和S126，如图2所示。

步骤S124、统计整幅图像相比关注区域的亮度差距值。

步骤S125、基于所述亮度差距值落入预设的亮度差阈值区间之内或之外，确定待调整区域在调整前的参考亮度。

步骤S126、通过调节曝光时间、光圈和增益中的至少一种，将所述参考亮度调整到预设的目标亮度。

具体的，分别计算所划分的每个区域的亮度值和各关注区域的亮度均值(ATT_AVG)的差值(Block_Diff_i)，再对所有差值取绝对值并求和，得到差值的和

当差值和(Sum_Diff)小于设定的亮度差阈值低门限(T₁)，设置整体图像的平均亮度的影响系数(K₁＝1)，以及设置关注区域的平均亮度的影响系数(K₂＝0)；自动曝光处于普通场景以整个图像阵列数据进行亮度控制，仅采用图像阵列数据的平均亮度(AVG)作为参考亮度，进行自动曝光的调整。

当差值和(Sum_Diff)大于设定的亮度差阈值高门限(T₂)，设置整体图像的平均亮度的影响系数(K₁＝0)，且设置关注区域的平均亮度的影响系数(K₂＝1)，自动曝光无法同时兼顾整个图像阵列数据和关注区域图像阵列数据的亮度控制。仅采用关注区域的图像阵列数据的平均亮度(ATT_AVG)作为参考亮度，进行自动曝光的调整。

当差值和(Sum_Diff)小于设定的亮度差阈值高门限(T₂)，大于设定亮度差阈值的低门限(T₁)，设置关注区域的平均亮度的影响系数其中，n为图像划分的区域数量，且设置整体图像的平均亮度的影响系数(K₁＝1-K₂)，自动曝光兼顾整个图像阵列数据和关注区域图像阵列数据的亮度控制。由已知的(T₁,AVG)和(T₂,ATT_AVG)两个参考点做线性内插，可求得介于(AVG)和(ATT_AVG)之间的一个亮度值作为参考亮度，进行自动曝光的调整。

其中，目标亮度的自适应调整方式，主要模仿人眼在不同亮度情况下能够自适应的调整亮度，接受在亮暗差别很大的环境允许调整到不同的亮度状态。

场景照度越高，曝光时间越小，增益也越小，当前场景的目标亮度越接近设定的目标亮度的最大设定值。

场景照度越低，曝光时间越长，增益也越大，当前场景的目标亮度越接近设定的目标亮度的最小设定值。

在该目标亮度自适应调整机制中，要求在室外等高照度场景下，目标亮度值在配置的有效范围内是一个较高的值。

在该目标亮度自适应调整机制中，要求在室内或者阴天等中等照度的场景下，目标亮度值在配置的有效范围内是一个居中的值。

在该目标亮度自适应调整机制中，要求在夜晚或者阴暗等低照度的场景下，目标亮度值在配置的有效范围内是一个偏小的值。

在某些实施方式中，确定图像照度等级场景的方式可根据亮度平均值所落入的其中某一场景照度区间而确定，进而所述预设的目标亮度是基于所摄取的图像所在光线环境而确定的。当调整后的参考亮度值与目标亮度值之间的误差在预设允许误差范围内时，确定图像进入稳定状态。

接着，在按照所确定的曝光调整方案进行曝光调整后，本申请可重新获取所述第一亮度信息和和第二亮度信息，以便监测是否继续进行曝光调整。

在某些实施方式中，例如夜晚环境下，车载摄像装置所摄取图像中的非关注区域易受到路灯、对面车辆的临时照射的影响，若按照步骤S110的方式重新获取亮度平均值进而进行曝光调整条件的匹配的方式进行曝光调整，可能会引起频繁调整的情况，从而影响车载摄像装置所拍摄图像中关注区域的清晰度。因此，为了降低曝光调整频次，本申请还在确定无需调整曝光时，提供步骤S130。

步骤S130、判断是否重新获取所述第一亮度信息和第二亮度信息。

具体地，判断是否重新获取所述第一亮度信息和第二亮度信息的方式包括：步骤S131和S132(均未于图示)。

步骤S131、监测所摄取的多幅图像中在预设的同一关注区域的第一亮度变化值，以及；监测所摄取的多幅图像中在预设的同一非关注区域的第二亮度变化值。

步骤S132、对所述第一亮度变化值与第二亮度变化值进行统计，并基于统计结果确定是否重新获取所述第一亮度信息和第二亮度信息。

具体地，记录第一次进入稳定的时候，在图像中所有区域各自的平均亮度值。并且在之后的每一帧的图形数据，分别比较当前图像中所有区域的平均亮度值与进入稳定的时候图像的平均亮度值的变化值。

在所有区域中，单个区域的亮度变化值大于设定的门限，并且该区域为关注区域，判断为有效的变化检测区域，并记录该区域的权重系数(W_i)。

累加计算所有区域中判断为有效的变化检测区域的权重系数值，以及累加计算所有关注区域的权重系数值，并计算被判断为有效的变化检测区域的权重系数占所有关注区域的权重系数的百分比(P)，根据百分比(P)判断是否进行亮度调整：

当非关注区域中单块区域或者多块区域的亮度发生变化并且亮度的变化值大于设定的亮度变化门限时，自动曝光不开启曝光调整。

当关注区域单块区域或者较少的区域的亮度发生变化并且亮度的变化值大于设定的亮度变化门限时，自动曝光不开启曝光调整。

当关注区域的多块区域亮度发生变化并且亮度的变化值大于设定的亮度变化门限，自动曝光判断连续帧的图像数据，连续多帧的图像数据存在满足关注区域中多块区域亮度变化大于设定的亮度变化门限，也存在不满足关注区域中多块区域亮度变化大于设定的亮度变化门限时，自动曝光不开启调整。

当关注区域的多块区域亮度发生变化并且亮度的变化值大于设定的亮度变化门限，自动曝光判断连续帧的图像数据，连续多帧的图像数据都满足关注区域中多块区域亮度变化大于设定的亮度变化门限时，重新执行步骤S110。

当关注区域的大部分区域亮度发生变化并且亮度的变化值大于设定的亮度变化门限时，重新执行步骤S110。在此，所述图3示出了一种判断是否重新调整曝光的具体流程。

本实施例的技术方案，通过在车载摄像装置所摄取的图像中划分关注区域，并基于关注区域的第一亮度信息和非关注区域的第二亮度信息的亮度评估，进行倾向于使关注区域图像能清晰获取的曝光调整方案，有效解决车载摄像装置等高动态摄像装置在光线变化复杂的环境下图像清晰度差的问题。

实施例二

图4、5为本发明实施例二提供的车载摄像装置的结构示意图。所述车载摄像装置包括：光学单元和曝光调整单元。

所述光学单元用于将所摄取的光线进行成像处理，以得到图像。其包括：镜头组31和CMOS 32。其中，所述镜头组31摄取光线，并使之成像在CMOS 32上。

所述车载摄像装置还包括摄像头控制单元21，其与所述曝光调整单元相连，用于基于所述曝光调整单元所输出的控制指令，调整影响所述光学单元20成像的至少一个环节。

具体地，所述摄像头控制单元21包括：光圈控制模块和曝光时长控制模块(均未于图示)。

所述光圈控制模块用于基于所接收的光圈控制指令调整光圈大小。例如，根据所接收的光圈控制指令逐步减少/增加光圈尺寸。

所述曝光时长控制模块用于基于所接收的曝光控制指令调整所述镜头组摄入光线的时长。例如，根据所接收的曝光控制指令逐步增加/减少所述镜头组摄入光线的时长。

所述曝光调整单元用于通过执行上述曝光调整方法，控制至少所述曝光控制模块执行相应的曝光调整方案。

在此，所述曝光调整单元可以是内置在ISP芯片33中的软件及硬件，其包括：亮度统计模块10、测光校正模块12、调整触发模块11、自动曝光策略控制模块13。

所述亮度统计模块10用于获取所摄取图像中预设关注区域的第一亮度信息和非关注区域的第二亮度信息。

所述测光校正模块12用于统计整幅图像相比关注区域的亮度差距值，以及基于所述亮度差距值落入预设的亮度差阈值区间之内或之外，确定待调整区域在调整前的参考亮度，并通过启动自动曝光策略控制模块13调节曝光时间、光圈和增益中的至少一种，将所述参考亮度调整到预设的目标亮度。

所述调整触发模块11用于判断是否重新获取所述第一亮度信息和第二亮度信息。

所述自动曝光策略控制模块13用于实施曝光调整方案，其中，所述自动曝光策略控制模块13将向所述光圈控制模块和/或曝光时长控制模块发出对应的光圈控制指令和曝光控制指令。

所述曝光调整单元中各模块对应上述各实施例中的对应步骤，并执行相应步骤所带来的功能，在此不再详述。

例如，通过CMOS 32采集到的图像阵列，传递到ISP 33(图像信号处理)中，ISP 33中包含多种图像处理功能。根据本申请描述，首先通过亮度统计模块10获取需要的亮度信息。亮度统计模块10将图像输入阵列平均分为n个统计区域，每个统计区域对亮度值进行累加并求其平均值。亮度统计模块10中设定每个统计区域的权重系数和关注区域，并计算所有统计区域的平均亮度和关注区域的平均亮度。测光校正模块12通过获取到亮度统计模块10计算得到的所有统计区域的平均亮度和关注区域的平均亮度来决定最终的自动曝光所需要的参考亮度值。调整触发模块11通过检测该n个统计区域中的每个统计区域的亮度变化情况，决定是否进行自动曝光策略的调整控制，具体流程如图2所示。自动曝光策略控制13通过参考预设的目标亮度值和测光校正模块12计算的参考亮度值，将所述参考亮度值调整到目标亮度值附近。当参考亮度值小于目标亮度值的最小值，提升曝光时间和增益，当参考亮度值大于目标亮度值的最大值的时候，降低曝光时间和增益。测光校正模块12主要目的是获得更合适的当前亮度的评估值，通过获取到的n块的平均亮度值，求的当前图像合适的测光参考亮度，并用于自动曝光的调整。首先需要通过亮度统计模块获取到的n个区域中每个区域平均亮度值，计算所有统计区域的平均亮度值和关注区域的平均亮度值。通过每个统计区域与关注区域平均亮度的差值，可以评估出当前场景的复杂程度。差值和越小就说明当前场景整体的亮度越平均，所有统计区域的平均亮度的影响值越大，关注区域平均亮度的影响值越小，使用所有统计区域的平均亮度值能保证整体图像的亮度合适。差值和越大说明当前场景的亮度分布越复杂，所有统计区域的平均亮度的影响值越小，关注区域平均亮度的影响值越大，使用关注区域的平均亮度值优先保证关注区域的亮度，测光校正模块12通过获取当前帧的n个区域的统计亮度与自动曝光上一次进入稳定时候保存下来的n个区域的统计亮度的差值，来判断每个区域的亮度变化。对于非关注区域发生的亮度变化，测光校正模块12对自动曝光调整不作为参考对象。对于关注区域的亮度变化，测光校正模块12将自动曝光每个统计区域的变化程度进行调整判断。存在少部分关注区域发生亮度变化并超过阈值，而大部分关注区域亮度变化并不超过阈值，测光校正模块12可以判断为主体场景的亮度需求不变，局部场景发生运动而引起变化，自动曝光可以保持不变。存在一定的关注区域发生亮度变化并超过阈值，自动曝光考虑是否因为物体的瞬时移动而产生的变化状况，参考连续多帧的变化值，测光校正模块12确定自动曝光是否需要调整。存在大量的关注区域发生亮度变化并超过阈值，可以确定为整体场景发生了改变，测光校正模块12确定自动曝光需要进行曝光调整。根据测光校正模块12获取到的参考平均亮度值，与当前场景自适应的目标亮度进行比较。如果参考平均亮度值小于设定的目标亮度阈值的低门限，调整比率大于1，需要通过增加曝光时间或者增益的方法对亮度进行补充，如果参考平均亮度大于设定的目标亮度阈值的高门限，调整比率小于1，则需要通过降低曝光时间或者增益的方法来减小参考平均亮度。自动曝光的曝光时间和增益均达到了最大值，可通过降低帧率来提高每帧图像的整体曝光时间，从而提高亮度。自动曝光的曝光时间和增益均达到了最小值，获取的参考亮度仍然高于当前的目标亮度，当前的自动曝光强制稳定。自动曝光的控制过程中，优先调整曝光时间，其次调整增益。具体流程可参阅图2。

在此，图5中的曝光和增益输出接口14要考虑对接的不同类型的摄像头，曝光和增益的精度或者映射关系不同而加入的适配接口，同时考虑曝光和增益的生效延迟。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。