据捕获阶段和跟踪阶段人为 设定，经过外场试验后，总结的数值详见表1。
[0036] 表1
[0037]
【具体实施方式】 [0038] 二、结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式为一 所述的微光相机的调光控制装置的调光方法，该方法由以下步骤实现：
[0039] 步骤一、调光控制装置上电后，系统进行初始化，FPGA对CMOS进行配置;CMOS进行 图像米集；
[0040] 步骤二、CMOS输出数字图像由CMOS图像计算模块3计算图像灰度值，并将所述图像 灰度值与参考值进行比较，实时向CMOS曝光与增益控制模块2输出反馈信号；
[0041] 步骤三、所述CMOS曝光与增益控制模块2设定的初始状态增益为第1档，曝光时间 为第500档，当图像数码值小于参考值则需要增加曝光时间或增益，若图像数码值大于参考 值则需要减少曝光时间或增益，若图像数码值在参考值范围内，则维持当前曝光时间和增 益状态不变。
[0042]本实施方式中所述CMOS曝光与增益控制模块2的控制方式为:上电后默认初始状 态;CMOS图像计算模块3开始计算图像数码值并与参考值比较，若此时图像数码值小于参考 值，则首先调整曝光时间档位按不同步长增加曝光时间，在调整过程中同时实时计算图像 数码值并与参考值比较，若调整曝光时间档位过程中图像数码值在参考值范围内，则停止 调整，保持当前曝光时间与增益状态。
[0043]若调整曝光时间至1档时图像数码值仍小于参考值，则曝光时间设定为最大后，进 入增益调整环节，逐步调整增益档位从1档最大可至243档；当调整到243档后，相机达到最 大曝光时间，最大增益。
[0044]若CMOS图像计算模块3计算的图像数码值大于参考值范围，则需要减少曝光时间 或增益;如果这个情况发生在进入增益调整环节内，则首先逐步降低增益，最低增益为1档； 若增益最低情况下图像数码值仍大于参考值范围，则进入曝光调整环节，逐步减少曝光时 间，最大至600档，此时增益恒定为1档；当增益为1档，曝光时间为600档时，相机达到最小曝 光时间，最小增益。这种方式可以加快图像均值逼近目标值得速度，提高相机反应时间。
[0045] 本实施方式中所述的CMOS曝光与增益控制模块2采用状态机循环模式以及分档逼 近模式一次改变曝光时间与增益。
[0046] 本实施方式中为了保证调光算法的准确性，需要人为地对电子快门的控制增加一 些附加约束：
[0047] 一、参考值范围rt
[0048] 在调光过程中，参考值UA设定为一固定值很容易引起超调震荡，因此在系统设计 时米用设定参考值范围rt来避免震荡，参考值ua在(UA-rt，UA+rt)区间内。:rt的选择不应太大 或大小，范围太大对外界图像变化感应不敏感，太小则容易引起超调震荡，通过实验得出： 按十位数据量化时，最佳参考值ua的范围为(400，700)。
[0049] 二、调光判定保持时间Th
[0050] 对高帧频的CCD进行调光时要考虑到人眼和调光时间的适应关系，如果每帧均判 定一次的话，在系统照射明暗变化较大的景物时，图像很难达到稳定。因此需要一个调整判 定时间，在系统中一般采用2帧到5帧时间调整一次，既保证图像稳定，又可以很快地参照外 部景物对CCD电子快门进行调整。即所述图像处理模块每2帧到5帧时间输出一次反馈信号。 [0051 ]结合图4说明本实施方式，当相机不包括自动调光装置时，辐亮度在80到130wm-2sr-l区间内，图像灰度值在（500，700)区间内。当相机采用自动调光装置时，辐亮度在 26.697到260.548wm-2sr-l区间内，图像灰度值均在(500，700)区间内。
[0052]本发明不限于上述实施方式。因而，凡是包含了本发明权利要求全部技术特征的 技术方案，均在本发明意图保护范围之内。
【主权项】
1. 一种微光相机的调光控制装置，其特征是，所述调光控制装置包括CMOS配置模块 (1 )、CMOS图像计算模块(3)和CMOS曝光与增益控制模块(2); 目标图像经光学镜头成像在CMOS像面上，CMOS输出数字图像由CMOS图像计算模块(3) 计算图像灰度值，并将所述图像灰度值与参考值进行比较，实时向CMOS曝光与增益控制模 块(2)输出反馈信号，所述CMOS曝光与增益控制模块(2)根据接的反馈信号对曝光时间和增 益进行调整后传送至CMOS配置模块（1)，所述CMOS配置模块（1)将曝光时间和增益输入到 CMOS中，实现对目标图像亮度的改变。2. 根据权利要求1所述的微光相机的调光控制装置，其特征在于，所述CMOS图像计算模 块(3)计算图像灰度值的方法为:将每帧图像划分为多个区域，并采用加权平均的方法计算 图像灰度均值。3. 根据权利要求2所述的微光相机的调光控制装置，其特征在于，CMOS图像计算模块 (3)将每帧图像划分为五个测光区，所述五个测光区包括一个主测光区和四个背景区，五个 测光区所占的图像像元个数为:主测光区像元个数为四个背景区像元个数的两倍。4. 根据权利要求3所述的微光相机的调光控制装置，其特征在于，主测光区为视场中心 区，四个背景区对称分布在视场中心区的周围。5. 根据权利要求3或4所述的微光相机的调光控制装置，其特征在于，在目标捕获阶段， 主测光区域的权值系数七为0.4,四个测光区域的权值系数tr为0.12;在目标跟踪阶段，主测 光区的权值系数ti为0.8，四个背景区的权值系数tr为0.05。6. 根据权利要求1所述的微光相机的调光控制控置，其特征在于，所述的参考值的范围 在400~700之间。7. 根据权利要求1所述的微光相机的调光控制装置，其特征在于，所述CMOS曝光与增益 控制模块(2)采用状态机循环模式以及分档逼近模式一次改变曝光时间与增益。8. 根据权利要求1所述的微光相机的调光控制装置的调光方法，其特征是，该调光方法 由以下步骤实现： 步骤一、调光控制装置上电后，系统进行初始化，FPGA对CMOS进行配置;CMOS进行图像 米集； 步骤二、CMOS输出数字图像由CMOS图像计算模块(3)计算图像灰度值，并将所述图像灰 度值与参考值进行比较，实时向CMOS曝光与增益控制模块(2)输出反馈信号； 步骤三、所述CMOS曝光与增益控制模块(2)设定的初始状态增益为第1档，曝光时间为 第500档，当图像数码值小于参考值则需要增加曝光时间或增益，若图像数码值大于参考值 则需要减少曝光时间或增益，若图像数码值在参考值范围内，则维持当前曝光时间和增益 状态不变； 所述CMOS曝光与增益控制模块(2)的控制方式为:上电后默认初始状态;CMOS图像计算 模块(3)开始计算图像数码值并与参考值比较，若此时图像数码值小于参考值，则首先调整 曝光时间档位按不同步长增加曝光时间，在调整过程中同时实时计算图像数码值并与参考 值比较，若调整曝光时间档位过程中图像数码值在参考值范围内，则停止调整，保持当前曝 光时间与增益状态。 若调整曝光时间至1档时图像数码值仍小于参考值，则曝光时间设定为最大后，进入增 益调整环节，逐步调整增益档位从1档最大可至243档；当调整到243档后，相机达到最大曝 光时间，最大增益。 若CMOS图像计算模块(3)计算的图像数码值大于参考值范围，则需要减少曝光时间或 增益;如果这个情况发生在进入增益调整环节内，则首先逐步降低增益，最低增益为1档;若 增益最低情况下图像数码值仍大于参考值范围，则进入曝光调整环节，逐步减少曝光时间， 最大至600档，此时增益恒定为1档；当增益为1档，曝光时间为600档时，相机达到最小曝光 时间，最小增益。9. 根据权利要求8所述的微光相机的调光方法，其特征在于，CMOS图像计算模块(3)将 每帧图像划分为五个测光区域，所述五个测光区域包括一个主测光区域和四个测光区域，5 个测光区所占的图像像元个数为:主测光区像元个数为四个背景区像元个数的两倍。10. 根据权利要求9所述的微光相机的调光方法，其特征在于，主测光区为视场中心区， 四个背景区对称分布在视场中心区的周围。
【专利摘要】微光相机的调光控制装置及调光方法，涉及微光相机技术领域，解决现有调光装置存在调节响应时间长，可靠性差以及调光效果无法满足人眼对图像观察的需要等问题，该装置包括CMOS器件；CMOS配置模块、CMOS曝光增益控制模块、CMOS图像计算模块；CMOS器件输出的数字信号进入CMOS图像计算模块；图像处理模块计算每帧图像灰度均值，并将其与参考值进行比较，再根据比较结果给出反馈信号；CMOS曝光增益控制模块根据反馈信号改变CMOS相机曝光时间和增益后将曝光时间和增益的参数输入到CMOS配置模块达到改变CMOS相机工作状态的目的。本发明满足实时快速调光的要求，响应时间实时，同时满足微光相机超大的动态范围。
【IPC分类】H04N5/235
【公开号】CN105450940
【申请号】CN201510821644
【发明人】张宇, 王文华
【申请人】长春乙天科技有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月24日