一种快速的相机曝光时间自动调整方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种快速的相机曝光时间自动调整方法及装置，将相机曝光时间进行分档，曝光时间从短到长对应不同的档位；给相机初始化曝光时间，并进行拍摄，得到一幅图像，并计算得到该图像的平均灰度值；将平均灰度值用八位二进制表示，并取高五位数字与预设的曝光强度-调整步长表中曝光强度值进行比对，得到该曝光强度对应的调整步长数值；依据调整步长数值对当前档位进行调整，得到新的档位，则该新的档位对应的曝光时间为下次拍摄相机曝光时间，实现相机曝光时间的自动调整；本发明仅依托高性能FPGA，高速采集图像数据，利用图像平均灰度对相机曝光强度进行评估，算法简单、有效，实时性强，便于硬件移植。
【专利说明】一种快速的相机曝光时间自动调整方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于相机自动曝光【技术领域】，涉及一种快速的航拍相机曝光时间自动调整 方法。
【背景技术】
[0002] 在传统的数码相机拍照过程中，普遍采用光度计做为测光单元进行机械光圈与机 械快门的调整控制，但由于空中与地面亮度差别比较大，经常出现过亮或过暗现象，造成大 量感兴趣细节的丢失；另外，某些图像侦查装置下落速度快、机械冲击量级高，这就要求相 机自动曝光控制算法简单、快速、准确有效，应占用较少的系统资源，具备较强的硬件移植 性，显然，机械快门与光圈难以满足快速曝光、抗振、抗冲击等方面的要求，所得到的航拍相 片效果不好。
[0003] 近年来出现了利用CCD传感器输出灰度图像，采用图像的灰度直方图法等方法 (如申请号为201210259794. 4的中国专利申请"相机无传感器连续自动曝光时间调节控制 装置")来实现相机的自动曝光。这种方法的算法较复杂，硬件计算量大，对系统硬件资源需 求高，有时会受曝光分档级数过多制约而不能实现快速曝光。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种快速的相机曝光时间自动调整方法，以解决现有机械快 门和光圈难以满足自动、快速曝光、像质要求高的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明的快速的相机曝光时间自动调整方法的步骤如下：
[0006] -种快速的相机曝光时间自动调整方法，该方法的步骤如下：
[0007] (1)以设定档位拍摄得到图像，并计算得到该图像的平均灰度值；所述设定档位是 将相机曝光时间进行分档得到的，曝光时间从短到长对应不同的档位；
[0008] (2)以平均灰度评价曝光时间，若曝光不正常，则根据"平均灰度值--曝光强 度--档位"之间的对应关系，对当前档位进行调整，得到新的档位，该新的档位对应的曝 光时间为下次拍摄相机曝光时间。
[0009] 所述曝光时间从短到长对应档位从小到大；将平均灰度值用八位二进制或十六进 制表示，并取高五位数字，将该数字与预设的曝光强度-调整步长表中曝光强度值进行比 对，找到对应的曝光强度，并得到该曝光强度对应的调整步长值；该调整步长值为下次拍摄 档位与当前档位之差。
[0010] 每个档位对应相机镜头接收的光通量变化为1/4?1/2。
[0011] 若通过调整步长计算得到的新的档位超出档位范围，则以最大或最小曝光时间为 下次拍摄相机曝光时间。
[0012] 一种快速的相机曝光时间自动调整装置，包括模块如下：
[0013] (1)以设定档位拍摄得到图像，并计算得到该图像的平均灰度值；所述设定档位是 将相机曝光时间进行分档得到的，曝光时间从短到长对应不同的档位；
[0014] (2)以平均灰度评价曝光时间，若曝光不正常，则根据"平均灰度值--曝光强 度--档位"之间的对应关系，对当前档位进行调整，得到新的档位，该新的档位对应的曝 光时间为下次拍摄相机曝光时间。
[0015] 所述曝光时间从短到长对应档位从小到大；将平均灰度值用八位二进制或十六进 制表示，并取高五位数字，将该数字与预设的曝光强度-调整步长表中曝光强度值进行比 对，找到对应的曝光强度，并得到该曝光强度对应的调整步长值；该调整步长值为下次拍摄 档位与当前档位之差。
[0016] 每个档位对应相机镜头接收的光通量变化为1/4?1/2。
[0017] 若通过调整步长计算得到的新的档位超出档位范围，则以最大或最小曝光时间为 下次拍摄相机曝光时间。本发明的快速的相机曝光时间自动调整方法有益效果如下：
[0018] 1、摆脱了传统的相机自动曝光控制方法硬件结构和资源的限制，充分利用CCD传 感器的特点，用FPGA来实现相机测光功能，采用图像平均灰度评价相机曝光强度，从而获 得更为精确的曝光时间，获得了较好的自动曝光效果，拍摄得到像质高的图像。
[0019] 2、自动曝光算法运算速度高，处理数据量大，实时性强，实现相机的快速、自动曝 光，便于硬件移植。
[0020] 3、在实时性、可移植性、通用性、集成度、环境适应性等各方面均表现优异，可以大 大改善传统的数据采集成像系统自动曝光方面的性能指标，能广泛应用移植于光电侦察设 备当中，有效的提升了光电平台的智能化、自动化程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是实施例的一个灰度直方图；
[0022] 图2是相机曝光时间自动调整方法实施例的流程图；
[0023] 图3是实施例的拍摄的第一幅图像；
[0024] 图4是实施例的曝光时间调整后的拍摄图像。
【具体实施方式】
[0025] 某些图像侦察装置由于大冲击、高速应用的特殊性，不能选择传统上的机械快门 和光圈来调整相机正常曝光。为使系统适应外界一定的光强变化，所应用成像系统采用固 定光圈与自动的连续可调电子快门实现自适应曝光控制。整个控制逻辑在单片FPGA上设 计实现。
[0026] 先将相机曝光时间进行分档，曝光时间从短到长对应不同的档位；给相机初始化 一个固定的曝光时间Tms，该曝光时间对应一个档位，档位与曝光时间的对应关系是预先设 置好的，并进行第一次拍摄，统计图像的平均灰度。
[0027] 如图1，图像灰度直方图的横坐标代表与最佳曝光量范围相应的灰度范围，纵坐标 代表具有该灰度的像元数。
[0028] 根据大量拍照试验，得出如下相机曝光判据：
[0029] 1)曝光正常判据：
[0030] a. 70%以上的像元灰度分布在?D_灰度范围。
[0031] 因此，当图像平均灰度在96?112之间，判定图像正常曝光。
[0032] 2)曝光过度判据：
[0033] a.在Dmin?Dmax灰度范围内的像元数低于总像元数的70%。
[0034] b.在靠近Dmin区域没有或有很少的像元分布。
[0035] 因此，当统计图像平均灰度高于112,判定图像过曝光；
[0036] 3)曝光不足判据：
[0037] a.在Dmin?Dmax灰度范围内的像元数低于总像元数的70%。
[0038] b.在靠近Dmax区域没有或有很少的像元分布。
[0039] 因此，当统计图像平均灰度低于96,判定图像欠曝光。
[0040] 按照国际惯例，对相机曝光量的控制一般采用分档控制。为了简单、快速、准确的 反映图像的实时曝光情况，提高相机曝光的控制精度，由FPGA实时统计当前图像的平均灰 度，以图像平均灰度来评价当前图像的曝光强度。如表1曝光强度与曝光调整步长对应表。
[0041] 表1曝光强度与调整步长对应表
[0042]
【权利要求】
1. 一种快速的相机曝光时间自动调整方法，其特征在于，该方法的步骤如下： (1) 以设定档位拍摄得到图像，并计算得到该图像的平均灰度值；所述设定档位是将相 机曝光时间进行分档得到的，曝光时间从短到长对应不同的档位； (2) 以平均灰度评价曝光时间，若曝光不正常，则根据"平均灰度值一曝光强度-- 档位"之间的对应关系，对当前档位进行调整，得到新的档位，该新的档位对应的曝光时间 为下次拍摄相机曝光时间。
2. 根据权利要求1所述的一种快速的相机曝光时间自动调整方法，其特征在于：所述 曝光时间从短到长对应档位从小到大；将平均灰度值用八位二进制或十六进制表示，并取 高五位数字，将该数字与预设的曝光强度-调整步长表中曝光强度值进行比对，找到对应 的曝光强度，并得到该曝光强度对应的调整步长值；该调整步长值为下次拍摄档位与当前 档位之差。
3. 根据权利要求2所述的一种快速的相机曝光时间自动调整方法，其特征在于：每个 档位对应相机镜头接收的光通量变化为1/4?1/2。
4. 根据权利要求2或3中任一项所述的一种快速的相机曝光时间自动调整方法，其特 征在于：若通过调整步长计算得到的新的档位超出档位范围，则以最大或最小曝光时间为 下次拍摄相机曝光时间。
5. -种快速的相机曝光时间自动调整装置，其特征在于，包括模块如下： (1) 以设定档位拍摄得到图像，并计算得到该图像的平均灰度值；所述设定档位是将相 机曝光时间进行分档得到的，曝光时间从短到长对应不同的档位； (2) 以平均灰度评价曝光时间，若曝光不正常，则根据"平均灰度值--曝光强度-- 档位"之间的对应关系，对当前档位进行调整，得到新的档位，该新的档位对应的曝光时间 为下次拍摄相机曝光时间。
6. 根据权利要求5所述的一种快速的相机曝光时间自动调整装置，其特征在于：所述 曝光时间从短到长对应档位从小到大；将平均灰度值用八位二进制或十六进制表示，并取 高五位数字，将该数字与预设的曝光强度-调整步长表中曝光强度值进行比对，找到对应 的曝光强度，并得到该曝光强度对应的调整步长值；该调整步长值为下次拍摄档位与当前 档位之差。
7. 根据权利要求6所述的一种快速的相机曝光时间自动调整装置，其特征在于：每个 档位对应相机镜头接收的光通量变化为1/4?1/2。
8. 根据权利要求6或7中任一项所述的一种快速的相机曝光时间自动调整装置，其特 征在于：若通过调整步长计算得到的新的档位超出档位范围，则以最大或最小曝光时间为 下次拍摄相机曝光时间。
【文档编号】G03B7/08GK104301619SQ201410062016
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】张帆, 肖佑平, 刘洋, 王春江, 李萍 申请人:凯迈（洛阳）测控有限公司