专利名称：一种动态帧率条件下的自动曝光装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数码摄像装置中对图像质量的自动曝光控制领域，尤其涉及动态帧率条件下的自动曝光装置。
背景技术：
数码影流的帧率随着光学传感器的曝光时间的增大而递减，光学传感器曝光时间对于图像亮度更新的生效时间，由传感器的型号、数码影流的当前帧率和曝光时间更新发生点来决定。现有技术中的动态帧率条件下的自动曝光装置，一般由自动曝光控制程序单元、曝光时间控制单元、数字化亮度增益调节单元、其他图像信号处理单元和中断控制单元构成。所述其他图像信号处理单元包括一个亮度统计模块。它们的电连接关系为自动曝光控制程序单元分别连接曝光时间控制单元、数字化亮度增益调节单元和中断控制单元，所述曝光时间控制单元与光学传感器连接，所述光学传感器还与数字化亮度增益调节单元连接，所述数字化亮度增益调节单元还与包含有亮度统计模块的其它图像信号处理单元连接，所述亮度统计模块连接终端控制单元。
为清楚的描述各个模块之间的连接关系，下面以它的动态工作流程描述各个连接之间的信号流向关系所述亮度统计模块扫描接收到图像数据的每个象素的亮度分量，并在数码影流的每帧图像的结尾处，实时计算出当前帧的图像亮度统计值，再通过中断控制单元将该值以中断形式输入自动曝光控制程序单元。所述自动曝光控制程序单元根据每一个中断请求，启动自动曝光控制程序，并根据所得的亮度统计值和当前曝光时间计算出更新的曝光时间和数字化亮度增益(可能部分或完全保持稳态)。所述自动曝光控制程序单元输出更新曝光时间指令给所述曝光时间控制单元，所述曝光时间控制单元将新的曝光时间参数配置输入光学传感器，所述光学传感器在新的曝光时间条件下采集原始图象数据，并将其转化为数字CFA格式的图象数据A，所述光学传感器将图像数据A传送入数字化亮度增益调节单元，所述数字化亮度增益调节单元根据自动曝光控制程序单元发送的新的亮度增益参数，对图像数据A的每个象素数据在亮度增益的可调范围内进行增益调节转变为图象数据B，然后再将图像数据B传输到其它图象信号处理单元进一步优化整合，并最终转化为YUV格式的图象数据。这样便完成了自动曝光功能。
这里，自动曝光控制程序单元作为一个软件程序单元，它与其它硬件单元相比运行速度较慢。自动曝光控制程序单元由于程序的不可控性，从接收到中断控制单元的中断指令到作出中断响应的延迟具有不可控性。因此，对每帧图像进行图像质量调节时，硬件单元都要花费一定的时间等待自动曝光控制程序单元(软件单元)的运行和响应。现有技术存在着这样的问题1)在帧率较快的情况下，仍然要对每帧图像都进行图像质量调整，各硬件单元等待软件单元的时间很长，自动曝光控制程序单元(软件单元)的频繁运行也占用了大量的系统资源，增加了软硬件的通讯耗费。2)亮度统计模块可以在帧的任意位置发出中断请求，使得自动曝光控制的生效不可控，造成图像的闪烁现象。
实用新型内容针对现有技术中的问题和不足，本实用新型的目的在于提供了一种动态帧率条件下的自动曝光装置。它缩减了硬件单元等待软件单元的时间，提高了自动曝光控制的功效，减少了系统资源和通讯资源的耗费。
为了实现上述发明目的，本实用新型的技术方案以如下方式实现一种动态帧率条件下的自动曝光装置，包括自动曝光控制程序单元、曝光时间控制单元、数字化亮度增益调节单元、其他图像信号处理单元和中断控制单元，所述其他图像信号处理单元包括一个亮度统计模块；所述亮度统计模块连接所述中断控制单元，所述中断控制单元以中断形式输出来自亮度统计模块的亮度统计值至所述自动曝光控制程序单元；所述自动曝光控制程序单元分别连接曝光时间控制单元、数字化亮度增益调节单元，以将根据所得的亮度统计值和当前曝光时间计算出的更新的曝光时间参数输入至所述曝光时间控制单元，将根据所得的亮度统计值和当前曝光时间计算出的更新的亮度增益参数输入至所述数字化亮度增益调节单元；
所述曝光时间控制单元连接光学传感器，以将新的曝光时间参数配置输入至光学传感器，使其在新的曝光时间条件下采集原始图象数据，并将其转化为数字CFA格式的图象数据A后，输入数字化亮度增益调节单元；所述数字化亮度增益调节单元连接其它图像信号处理单元，以在根据自动曝光控制程序单元发送的新的亮度增益参数，对图像数据A的每个象素数据在亮度增益的可调范围内进行增益调节转变为图象数据B后，将图像数据B传输到所述其它图象信号处理单元进一步优化整合，并最终转化为YUV格式的图象数据；所述自动曝光控制程序单元还连接所述亮度统计模块，以根据当前的帧率情况输出控制中断频率的指令至所述亮度统计模块，使所述亮度统计模块根据接收到的控制中断频率的指令，以相应的频率输出亮度统计值的中断信号至所述中断控制单元。
所述亮度统计模块根据接收到的控制中断频率的指令所发送中断的频率可以指数递增或者递减的形式变化。
上述亮度统计模块还包括使其固定在帧尾发出中断请求的帧同步控制电路。
上述数字化亮度增益调节单元的数字化亮度增益的可调范围在随着曝光时间的增大而递减。数字化亮度增益的可调范围可以通过曝光时间和光学传感器的特征参数来配置。
上述数字化亮度增益调节单元的增益参数为N/M。增益参数N/M中的N和M可以分别进行调节。
上述数字化亮度增益调节单元还包括一个当自动曝光处于稳定状态时，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽电路模块。
本实用新型还包括同步控制单元，所述同步控制单元根据曝光时间控制单元发送的曝光帧数与预置的亮度增益生效延迟帧数相比较，如果达到延迟帧数，所述同步控制单元发送亮度生效的控制指令给所述数字化亮度增益调节单元。同步控制单元预先设置的亮度增益生效延迟帧数是可以调节的。
在帧率较慢的情况下，对图像必须逐帧连续进行图像调整；而在帧率较快的情况下，在人类视觉分辨能力容忍的范围内，对图象质量的调整可以间隔一定数量帧进行。本实用新型由于使自动曝光控制程序单元连接亮度统计模块，从而可以根据当前的帧率情况发送控制中断频率的指令给亮度统计模块，使亮度统计模块根据接收到的控制中断频率的指令发送亮度统计值的中断指令给中断控制单元。因此，在帧率较快的情况下，自动曝光控制程序单元发送控制中断频率的指令给亮度统计模块，亮度统计模块可以根据接收到的控制中断频率指令，以一定的频率发送控制中断信息给中断控制单元，这样，每间隔一定数量帧，中断控制单元才控制自动曝光控制程序单元运行一次。因此，本实用新型缩减了硬件单元等待自动曝光控制程序单元(软件单元)运行和响应的时间，提高了自动曝光控制的功效。本实用新型也减少了自动曝光控制程序单元(软件单元)运行所占用的系统资源和软硬件通讯资源耗费。本实用新型亮度统计模块中的帧同步控制电路使其固定在帧尾发出中断请求，使得自动曝光控制在发出中断请求帧的下下帧生效，保证了自动曝光调节的帧同步。
图1为本实用新型的结构原理图；图2为本实用新型优选实施例的结构原理图；图3为本实用新型的工作流程图。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。
具体实施方式
参看图1，一种动态帧率条件下的自动曝光装置，包括自动曝光控制程序单元1、曝光时间控制单元2、数字化亮度增益调节单元4、其他图像信号处理单元5和中断控制单元6。所述其他图像信号处理单元5包括一个亮度统计模块7，其中所述亮度统计模块7连接所述中断控制单元6，所述中断控制单元6以中断形式输出来自亮度统计模块7的亮度统计值至所述自动曝光控制程序单元1；所述自动曝光控制程序单元1分别连接曝光时间控制单元2、数字化亮度增益调节单元4和所述亮度统计模块7；所述曝光时间控制单元2连接光学传感器3；所述数字化亮度增益调节单元4连接其它图像信号处理单元5。
所述亮度统计模块7扫描接收到的图像数据的每个象素的亮度分量，并计算每帧图象的亮度统计值，再通过中断控制单元6以中断形式反馈给自动曝光控制程序单元1。所述自动曝光控制程序单元1根据所得的亮度统计值和当前曝光时间计算出更新的曝光时间和亮度增益参数，所述自动曝光控制程序单元1发送更新曝光时间指令给所述曝光时间控制单元2。所述曝光时间控制单元2将新的曝光时间参数配置作用于光学传感器3，所述光学传感器3在新的曝光时间条件下采集原始图象数据，并将其转化为数字CFA格式的图象数据A。所述光学传感器1将图像数据A传送入数字化亮度增益调节单元4，数字化亮度增益调节单元4根据自动曝光控制程序单元1发送的新的亮度增益参数，对图像数据A的每个象素数据在亮度增益的可调范围内进行增益调节转变为图象数据B。所述数字化亮度增益调节单元4将图像数据B传输到其它图象信号处理单元5进一步优化整合，并最终转化为YUV格式的图象数据。所述自动曝光控制程序单元1根据当前的帧率情况发送控制中断频率的指令给所述亮度统计模块7，所述亮度统计模块7根据接收到的控制中断频率的指令，以相应的频率发送亮度统计值的中断给所述中断控制单元6。
参看图2，本实用新型的优选实施方式是在本实用新型的基础上还包括同步控制单元9，所述亮度统计模块7还包括使其固定在帧尾发出中断请求的帧同步控制电路10。所述同步控制单元9根据曝光时间控制单元2发送的曝光帧数与预置的亮度增益生效延迟帧数相比较，如果达到延迟帧数，所述同步控制单元9发送亮度生效的控制指令给所述数字化亮度增益调节单元4。上述同步控制单元9预先设置的亮度增益生效延迟帧数是可以调节的。上述数字化亮度增益调节单元4还包括一个当自动曝光处于稳定状态时，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽电路模块8。
上述数字化亮度增益调节单元4的数字化亮度增益的可调范围在随着曝光时间的增大而递减。数字化亮度增益的可调范围可以通过曝光时间和光学传感器的特征参数来配置。
上述数字化亮度增益调节单元4的增益参数为N/M。增益参数N/M中的N和M可以分别进行调节。曝光时间的修正，影响光学传感器输出的原始CFA格式的图象数据A的亮度，数字化亮度增益调节作用于每一个原始像素(Pixe1)数据上，增益参数N/M大于1则增加图象亮度，小于1则减少图象亮度，等于1则保持图象亮度。图象数据B体现了曝光时间控制与数字化亮度增益的调节的合成作用。
参看图3，本实用新型的工作流程为1)自动曝光控制程序单元根据当前帧率发送控制中断频率指令给亮度统计模块；2)亮度统计模块根据接收到的控制中断频率指令，以一定的频率发送亮度统计值的中断信息给中断控制单元；3)自动曝光控制程序根据中断控制单元的每个中断请求，启动自动曝光控制程序，计算新的曝光时间和数字化亮度增益参数；4)自动曝光控制程序将新的曝光时间和数字化亮度增益参数发送给其它硬件控制电路和光学传感器；5)其它硬件控制电路和光学传感器在新的曝光时间和数字化亮度增益下对图像质量进行调解。
上述步骤2)中的亮度统计模块根据接收到的控制中断频率的指令所发送中断的频率可以指数递增或者递减的形式变化。
权利要求1.一种动态帧率条件下的自动曝光装置，包括自动曝光控制程序单元(1)、曝光时间控制单元(2)、数字化亮度增益调节单元(4)、其他图像信号处理单元(5)和中断控制单元(6)，所述其他图像信号处理单元(5)包括一个亮度统计模块(7)；所述亮度统计模块(7)连接所述中断控制单元(6)，所述中断控制单元(6)以中断形式输出来自亮度统计模块(7)的亮度统计值至所述自动曝光控制程序单元(1)；所述自动曝光控制程序单元(1)分别连接曝光时间控制单元(2)、数字化亮度增益调节单元(4)，以将根据所得的亮度统计值和当前曝光时间计算出的更新的曝光时间参数输入至所述曝光时间控制单元(2)，将根据所得的亮度统计值和当前曝光时间计算出的更新的亮度增益参数输入至所述数字化亮度增益调节单元(4)；所述曝光时间控制单元(2)连接光学传感器(3)，以将新的曝光时间参数配置输入至光学传感器(3)，使其在新的曝光时间条件下采集原始图象数据，并将其转化为数字CFA格式的图象数据A后，输入数字化亮度增益调节单元(4)；所述数字化亮度增益调节单元(4)连接其它图像信号处理单元(5)，以在根据自动曝光控制程序单元(1)发送的新的亮度增益参数，对图像数据A的每个象素数据在亮度增益的可调范围内进行增益调节转变为图象数据B后，将图像数据B传输到所述其它图象信号处理单元(5)进一步优化整合，并最终转化为YUV格式的图象数据，其特征在于所述自动曝光控制程序单元(1)还连接所述亮度统计模块(7)，以根据当前的帧率情况输出控制中断频率的指令至所述亮度统计模块(7)，使所述亮度统计模块(7)根据接收到的控制中断频率的指令，以相应的频率输出亮度统计值的中断信号至所述中断控制单元(6)。
2.按照权利要求1所述的动态帧率条件下的自动曝光装置，其特征在于，所述亮度统计模块(7)根据接收到的控制中断频率的指令所发送中断的频率可以指数递增或者递减的形式变化。
3.按照权利要求1所述的动态帧率条件下的自动曝光装置，其特征在于，所述亮度统计模块(7)还包括使其固定在帧尾发出中断请求的帧同步控制电路(10)。
4.按照权利要求1所述的动态帧率条件下的自动曝光装置，其特征在于，所述数字化亮度增益调节单元(4)的数字化亮度增益的可调范围在随着曝光时间的增大而递减。
5.按照权利要求3所述的动态帧率条件下的自动曝光装置，其特征在于，所述数字化亮度增益调节单元(4)的数字化亮度增益的可调范围可以通过曝光时间和光学传感器的特征参数来配置。
6.按照权利要求1所述的动态帧率条件下的自动曝光装置，其特征在于，所述数字化亮度增益调节单元(4)的增益参数为N/M。
7.按照权利要求5所述的动态帧率条件下的自动曝光装置，其特征在于，所述增益参数N/M中的N和M可以分别进行调节。
8.按照权利要求1所述的动态帧率条件下的自动曝光装置，其特征在于，所述数字化亮度增益调节单元(4)还包括一个当自动曝光处于稳定状态时，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽电路模块(8)。
9.按照权利要求1所述的动态帧率条件下的自动曝光装置，其特征在于，还包括同步控制单元(9)，所述同步控制单元(9)根据曝光时间控制单元(2)发送的曝光帧数与预置的亮度增益生效延迟帧数相比较，如果达到延迟帧数，所述同步控制单元(9)发送亮度生效的控制指令给所述数字化亮度增益调节单元(4)。
10.按照权利要求9所述的动态帧率条件下的自动曝光装置，其特征在于，所述同步控制单元(9)预先设置的亮度增益生效延迟帧数是可以调节的。
专利摘要本实用新型公开了一种动态帧率条件下的自动曝光装置，属于数码摄像装置中对图像质量的自动曝光控制领域。本实用新型缩减了硬件单元等待软件单元的时间，提高了自动曝光控制的功效，减少了系统资源和通讯资源的耗费。本实用新型其他结构同现有技术相同，其结构特点在于，自动曝光控制程序单元根据当前的帧率情况发送控制中断频率的指令给所述亮度统计模块，所述亮度统计模块根据接收到的控制中断频率的指令，以相应的频率发送亮度统计值的中断给所述中断控制单元。
文档编号G03B27/72GK2694318SQ20032012672
公开日2005年4月20日 申请日期2003年12月9日 优先权日2003年12月9日
发明者陈东瑛, 朱晓琳, 李国新, 周政军 申请人:北京中星微电子有限公司