一种基于目标特征的自适应自动曝光方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天遥感技术领域，设及一种空间遥感器成像时的曝光方法。
【背景技术】
[0002] 自动曝光技术通过调节图像传感器的曝光时间来控制图像的亮度，使图像亮度适 中，适合人眼的观看。
[0003] 在航天遥感领域，面阵图像传感器相机已经广泛应用于深空探测、过程监视、跟踪 捕获等方面，相机曝光的优劣会影响图像的质量，并直接关系到航天任务的成败。因此，正 确有效的自动曝光方法至关重要。
[0004] 航天遥感图像的场景与地面场景不同，图像通常具有大面积的深空背景，图像对 比度高场景分布复杂；并且航天遥感图像场景的未知性强，拍摄时间与数据下传带宽有限， 要求相机能够快速有效的完成曝光调整，保证每一幅图像的品质。航天遥感的W上特点，对 相机的自动曝光技术提出了很高的要求。
[0005] 现有的航天遥感自动曝光方法，通常是采用去除暗像元的方式来避免深空背景的 影响。由于该方法未考虑暗像元的分布，因此目标景物中较暗的部分也会被作为背景而去 除。采用多级树的方式可W有效的查找到连续景物，识别大面积的暗背景，但需要预先知道 目标的大小才能设置，且计算复杂，无法形成流水设计，实时性差。采用步进调整曝光时间 的方式调整稳定，不易出现反复调整闪烁震荡的情况，但调整速度慢，实时性不好。
[0006] 因此，实现一种快速、稳定、能够适应航天遥感成像的自动曝光方法对航天遥感具 有重要的意义。
【发明内容】
[0007] 本发明解决的技术问题是；克服现有技术的不足，提供了一种基于目标特征的自 适应自动曝光方法，能够实时根据目标的特点，有效识别并去除宇宙暗背景与高亮云层，适 用于航天遥感探测；同时具备曝光时间调整速度快、稳定收敛的特点，易于硬件实现。
[000引本发明的技术解决方案是；一种基于目标特征的自适应自动曝光方法，包括如下 步骤：
[0009] (1)设置曝光时间的初始值，同时设置曝光调整标识flag并初始化flag的值为 1;
[0010] (2)利用曝光时间的初始值获取一幅遥感图像，将遥感图像划分为大小相等的图 像块，统计每个图像块的亮度直方图，对于每一个图像块，如果图像块内像素点的亮度值在 AT长度的亮度值选取窗口范围内的像素点数量与图像块内全部像素点数量的比值大于 P%，则判定图像块为背景图像块，否则判定图像块为目标图像块，P为预先设定的阔值；
[0011] (3)计算各背景图像块的像素亮度平均值，设置背景图像块亮度阔值Mbl，如果背 景图像块的像素亮度平均值不大于Mbl，则为背景图像块分配权重值肺1 ;如果背景图像块 的像素亮度平均值大于Mbl，则为背景图像块分配权重值肺2,所述的肺1<肺2 ;
[0012] (4)计算所有背景图像块的加权求和值sum_back与等效加权像素数N，
[001引
[0014]N=nl体bl+n2*肺2
[0015] 其中Pixbli为肺1对应的背景图像块第i个像素的亮度值，Pixb2J为肺2对应的 背景图像块第j个像素的亮度值，nl为肺1对应的背景图像块的总像素个数，n2为肺2对 应的背景图像块的总像素个数；
[0016] (5)为目标图像块中的各像素点设置目标图像加权系数Kiv
[0017]
[001引piXi为目标图像块上第i个像素点的亮度值，Mml为目标图像块上像素点低亮度 阔值，Mm2为目标图像块上像素点高亮度阔值，Mml=Mbl;
[0019] (6)计算所有目标图像块的加权求和值sum_obj与等效加权像素数M，
[0022] 其中m为所有目标图像块的总像素个数；
[0023] (7)根据步骤（5)和步骤化）的结果计算整幅图像的加权像素平均值avr_pix，
[0024]avr_pix= (sum_back+sum_obj) / (N+M)；
[0025] (8)判断整幅图像的加权像素平均值是否在宽目标范围[T1，T2]内，若不在宽目 标范围内则将曝光调整标识flag置为1，并转步骤（11)，若在该范围内则进入下一步；所述 的宽目标范围[T1，T2]为视觉可W容忍的保留目标信息量的图像亮度范围；
[0026] (9)判断曝光调整标识flag的取值，若曝光调整标识flag为1，则进入下一步；若 曝光调整标识flag为0,则转步骤（13);
[0027] (10)判断整幅图像的加权像素平均值是否在加严目标范围[T3，T4]内，若不在加 严目标范围内则进入下一步；若在该范围内则将曝光调整标识flag置为0,并转步骤（13)， 所述的TKT3并且T2〉T4;
[002引（11)设置曝光计算系数Q=T0/avr_pix，其中TO= (T3+T4)/2 ;
[0029] (12)由曝光时间的初始值乘W曝光计算系数Q得出下次曝光时间，并作为下次曝 光时间计算的初始值；
[0030] (13)结束本次曝光调整。
[0031] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0032] (1)本发明方法适用于航天遥感探测，通过直方图分布能够有效识别背景与目标， 通过对图像中的背景区域与目标区域分配不同的加权值，突出了曝光计算中目标景物的比 重，弱化了背景部分，使得输出图像曝光结果更适于视觉观察；
[0033] (2)本发明方法对背景区域配置两档加权系数，小于阔值的暗背景加权系数为0， 能够有效的去除宇宙暗背景，对于有效目标区域，通过配置线性加权函数，能够降低较暗区 域噪声的干扰，通过w上方式避免了暗背景与噪声对曝光的计算影响；
[0034] (3)本发明方法采用宽目标范围与加严目标范围双重调整范围判读，当图像需要 调整时，反复计算调整，直到满足加严目标范围为止，之后仅当图像均值超出宽目标范围后 才进行下一次调整，通过双重调整范围判读，避免了反复调整震荡不收敛的问题，稳定度 高，易于实现；
[0035] (4)本发明方法采用查找表的方法进行计算，无需数据库的支持，复杂度低，调整 速度块，易于在硬件上实现；
[0036] (5)本发明方法中的范围、权重等参数均为可调参数，提高了方法的灵活性。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明方法的流程框图；
[003引图2为本发明目标图像块权重系数与图像像素亮度关系示意图；
[0039]图3为本发明曝光计算系数与图像亮度关系示意图；
[0040] 图4为本发明背景图像直方图示例；
[0041] 图5为本发明目标图像直方图示例。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[00创如图1所示，为本发明方法的流程框图，主要步骤如下：
[0044] (1)根据拍摄场景亮度与先验知识，对自动曝光的曝光时间值进行初始化设置，对 于阳照区、镜头F#为4的相机一般可设为6ms，设置曝光调整标识flag,flag为0表示当 前曝光时间合理，不需调整，flag为1表示当前曝光时间不合适，需要进行调整，flag初始 值置为1 ;
[0045] (2)将图像分为大小为Y*Y的图像块，统计每块图像的亮度直方图，当图像块像素 值集中度比较高，在at长度的亮度值范围内的数量大于P%时，认为该图像块为背景图 像，否则为目标图像；
[0046]W8bit量化的图像为例，可朗尋图像分为16*16大小的图像块。对每个直方图进 行分析考察其分布的集中度，取at= 20，P%= 90%，当图像块亮度直方图在长度为20的 窗口范围内图像像素数量大于90%时，图像亮度集中度高、均一性好，认为是背景图像块， 参见图4,图4超过90%的像素亮度值都分布在120~140范围内，说明该图像拍摄的是一 个比较均一的景物，可W认为是背景图像。对于其他图像块，图像像素分布不满足在长度20 的窗口范围内图像像素数量大于90%的规则，图像亮度集中度低、内容复杂，认为是目标图 像块，参见图5。
[0047]AT越小、P越大，表示获得的图像亮度集中度越高，图像越均匀，信息量越少，当 AT= 1，P= 100时，表示该图像为纯色图像，属于背景图像块，不是观察的重点。但考虑 到实际成像的特点，实际的背景图像不可能为纯色，所W对AT与P放宽取值，一般设置为 AT= 20,P%= 90%。
[0048] (3)计算各背景图像块的像素亮度平均值，设置背景图像块亮度阔值Mbl，如果背 景图像块的像素亮度平均值小于Mbl，则为背景图像块分配权重值肺1;如果背景图像块的 像素亮度平均值大于Mbl，则为背景图像块分配权重值肺2 ;其中肺1<肺2 ;
[0049]Mbl为暗背景阔值，小于该阔值的图像块为暗背景，无有效消息，将其加权值设为 最小，大于该阔值的图像块为较为均匀的背景图像，信息量少，设置较小的加权值，一般取 Mbl= 16,肺1 = 0,肺2 = 0. 5。
[0化0] 例如，当背景图像块平均值小于16时，认为该图像块为深空暗背景，权重值分配 为肺1 = 0,不对其统计；其他被认为是背景的部分权重值分配为肺2 = 0. 5,降低其对曝光 计算的权重。
[0051] (4)根据步骤（3)中计算出的背景图像块均值与对应的加权系数，计算所有背景 图像块的加权求和值sum_back与等效加权像素数N，
[0化2]
[00日3] N二nl徘bl+n2徘b2
[0054]其中Pixbli为较暗背景图像块第i个像素亮度值，Pixb2