一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法与流程

本发明涉及可见光图像自动曝光技术，具体涉及一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法。

背景技术：

自动曝光控制技术一直是单反相机、卡片机和手机摄像头等可见光相机的核心技术。

由于大气散射和物体反射现象的存在，地面光照通常比较均匀，极端亮和极端暗的目标一般不会同时出现在画面中。对于均匀光照条件下的曝光控制，有大量成熟可行的方法，比如平均值法、直方图法等，均取得了不错的效果。

如图1所示，在空间监视相机工作的太空真空环境中，不存在大气散射现象，因此太空背景是全黑的暗背景；对于其监视的空间目标，如卫星、飞船等，由于太阳帆板、热控薄膜等高反射率材料的存在，表现为亮度接近100000lx的高亮目标，和暗背景形成了强烈的反差。当空间目标在画面所占比列较小而太空暗背景所占比列较大时，虽然有高亮目标存在，但画面整体表现偏暗。此时若仍采取平均值或直方图等传统曝光控制方法，感兴趣的空间目标必然过曝。因此，亟需一种自动曝光方法，来解决太空背景下可见光图像中的空间目标容易曝光过度的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种用于空间监视的可见光相机自动曝光方法，基于图像区域均值最大值进行步长确定和曝光控制，以空间目标作为测光区域，来确保太空背景下空间目标的正常曝光。

为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案是：将区域灰度均值中的最大值作为参考值，依据该参考值确定曝光调整的步长，并调整曝光时间使参考值在设定的区间内，具体包括如下步骤：

步骤一：将一幅分辨率为M×N的图像平均分割为16个区域，每个区域的分辨率为

步骤二：对16个区域分别求取图像灰度均值，并找出16个灰度均值中的最大值Avg_max作为后续确定步长和调整曝光时间的参考值；

步骤三：根据Avg_max确定曝光时间的调整步长T。具体方法是：为了缩短曝光控制的收敛时间，当Avg_max较设定区间偏差较大时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/2；当Avg_max较设定区间偏差较小时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/8；

步骤四：按照步长T调整曝光时间，直到Avg_max落在设定的区间[G_min，G_max]内。具体方法是：当Avg_max＞G_max时，按照步骤三的步长T减少曝光时间(即t＝t-T)，对下帧图像进行曝光；当Avg_max＜G_min时，按照步骤三的步长T增加曝光时间(即t＝t+T)，对下帧图像进行曝光；循环重复以上调整，一直到G_min≤Avg_max≤G_max时，维持当前曝光时间t不变，作为下帧图像的曝光时间。每次调整曝光时间之前，均需进行步骤三重新确定步长T。

相比现有方法，本发明的优点和有益效果是：

(1)将区域均值中的最大值作为曝光控制的参考值，非常适用于高动态光照环境下的自动曝光控制，可以有效解决太空背景下空间目标容易曝光过度的问题；

(2)将曝光调整步长和当前曝光时间及参考值较设定区间的偏差相关联，在确保收敛的前提下，大大缩短了收敛时间；

(3)将整幅图像平均划分为4×4个区域求其灰度均值，可以有效避免恒星、杂散光等引起的小亮点对曝光控制的影响。

附图说明

图1为太空背景下空间目标成像示意图；

图2为本发明提出的自动曝光方法流程图；

图3为本发明提出的图像区域划分示意图；

图4为本发明提出的曝光调整步长确定示意图；

图5为本发明提出的曝光调整步长确定流程图；

图6为本发明提出的曝光调整流程图。

具体实施方式

以下结合图2～图6，详细说明本发明的一个优选实施例。

如图2所示，本发明提出了一种新的自动曝光控制方法，具体步骤如下：

(1)如图3所示，将一幅分辨率为M×N的图像平均分割为16个区域，每个区域的分辨率为本例中假设图像分辨率为2048×2048，则划分后每个区域的分辨率为256×256。

(2)对这16个区域分别求取图像灰度平均值Avg₁，Avg₂……Avg₁₆，并找出16个灰度均值中的最大值Avg_max作为后续确定步长和调整曝光时间的参考值。

(3)如图4所示，根据Avg_max确定曝光时间的调整步长T。设[G_min,G_max]为设定的理想区间，本发明中对曝光方法的控制目标，就是通过增加或减少曝光时间，使得Avg_max处在区间[G_min,G_max]中。为了缩短曝光收敛时间，本发明采取了变步长的方法。如图5所示，本发明采用了t/2和t/8两档步长，具体的确定方法是：当Avg_max＞G2(本例中，G₂取200)或Avg_max＜G1(本例中，G₁取10)时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/2，以加快收敛速速；当G₁≤Avg_max＜G_min或G_max＜Avg_max≤G₂时，将步长T设置为当前曝光时间t的1/8，以避免振荡。当G_min≤Avg_max≤G_max时，无需调整，步长T＝0。

(4)按照步长T调整曝光时间，直到Avg_max落在设定的区间[G_min，G_max]内。如图6所示，当Avg_max＞G_max时，按照步骤三的步长T来减少曝光时间(即t＝t-T)，对下帧图像进行曝光；当Avg_max＜G_min时，按照步骤三的步长T来增加曝光时间(即t＝t+T)，对下帧图像进行曝光；循环重复以上调整，一直到G_min≤Avg_max≤G_max时，维持当前曝光时间t不变，作为下帧图像的曝光时间。每次调整曝光时间之前，均需进行步骤三重新确定步长T。

综上所述，本发明提出的方法，特别适用于卫星舱外太空特殊光照条件下的自动曝光控制，可有效避免图像曝光过度的问题。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。