分段曝光成像自动曝光调节方法及系统与流程

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及的是一种分段曝光成像自动曝光调节方法及系统。

背景技术：

普通图像传感器的曝光方式为单段曝光，动态范围相对较小。目前有一类图像传感器，采用分段曝光的方式，分两段或者多段对光照进行响应，可以提高动态范围。参看图1，以两段曝光为例，在总曝光时间为T’的范围内，分为0-T1’和T1’-T’两个积分时间，在第一段曝光时间段0-T1’内，饱和值限定在V1’(通过制作工艺限定)，在第二段曝光时间段T1’-T’内继续曝光。对于弱光，在0-T1’时间段内，曝光值并没有到饱和值V1’，所以在整个时间T’内是一直曝光的，图像中为曝光值线条b；而对于强光，在0-T1’内可能存在未达到T1’时刻而曝光值已经达到饱和值V1’，此时数值在此段内将不再增加，直到在T1’-T2’时间内继续曝光，图像中为曝光值线条a。对于多段曝光来说，也是如此，多段曝光中在每个分段点之前都有可能存在曝光值持平一段时间不增加的情况。强光和弱光，可以通过是否会在临近分段点处出现曝光值持平一段时间来进行区分。

曝光过程中各段的曝光时间是否合适，对于最终的成像效果有很大的影响，饱和限制了图像的动态范围，也降低了图像的对比度，使得曝光信息无法完整展现，但又不能将图像过曝，因而需要对曝光时间进行调节。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种分段曝光成像自动曝光调节方法及系统，防止过曝，提升图像整体对比度。

为解决上述问题，本发明提出一种分段曝光成像自动曝光调节方法，包括以下步骤：

S1：针对曝光过程中的第一曝光段和第二曝光段，设置第一曝光段的时间T1和两段曝光段的总时间T的初始值；

S2：在此情况下进行曝光，统计图像的平均亮度Ya、非过曝区域占图像的比例K％及非过曝区域的平均亮度Yk；

S3：将非过曝区域的平均亮度Yk与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整所述两段曝光段的总时间T；

S4：将非过曝区域占图像的比例K％与过曝比beta％进行比较：

若非过曝区域占图像的比例K％大于过曝比beta％，则将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果继续调整所述两段曝光段的总时间T；

否则，将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整第一曝光段的时间T1。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S3中，根据比较结果调整所述两段曝光段的总时间T包括：若非过曝区域的平均亮度Yk小于目标亮度值范围的最小值，则增加两段曝光段的总时间T，若非过曝区域的平均亮度Yk大于目标亮度值范围的最大值，则减小两段曝光段的总时间T。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S4中，根据比较结果继续调整所述两段曝光段的总时间T包括：若图像的平均亮度Ya小于目标亮度值范围的最小值，则增加两段曝光段的总时间T，若图像的平均亮度Ya大于目标亮度值范围的最大值，则减小两段曝光段的总时间T。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S4中，根据比较结果调整第一曝光段的时间T1包括：若图像的平均亮度Ya大于目标亮度值范围的最大值，则增加第一曝光段的时间T1、保持两段曝光段的总时间T不变，若图像的平均亮度Ya小于目标亮度值范围的最小值，则减小第一曝光段的时间T1、保持两段曝光段的总时间T不变。

根据本发明的一个实施例，

所述步骤S4执行结束后返回步骤S2继续执行，直至步骤S3中调节至非过曝区域的平均亮度Yk落于目标亮度值范围内及步骤S4中调节至图像的平均亮度Ya落于目标亮度值范围内；

或者，所述步骤S3中，经过反复比较及调节，直至调节至非过曝区域的平均亮度Yk落于目标亮度值范围内；和，步骤S4中，经过反复比较及调节，直至调节至图像的平均亮度Ya落于目标亮度值范围内。

根据本发明的一个实施例，在整个曝光过程的曝光分段数量为两段时，则所述步骤S1中针对该两个曝光段，设置第一曝光段的时间T1和曝光过程的总时间T的初始值，执行后续步骤即完成曝光调节；

在整个曝光过程的曝光分段数量大于两段时，选取最后两个曝光段进入步骤S1执行，基于调节后的曝光过程，从后往前前移一个曝光段而选取对应的两个曝光段再进入步骤S1执行，如此往复直至全部曝光段均调节完成。

根据本发明的一个实施例，所述目标亮度值范围为(1-alpha)*Yt～(1+alpha)*Yt；其中，Yt为目标亮度值；alpha为允许误差范围，取值0-0.05。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S1中，设置第一曝光段的时间T1的初始值为0、两段曝光段的总时间T的初始值为默认值。

根据本发明的一个实施例，所述过曝比beta％的取值为80％～100％。

本发明还提供一种分段曝光成像自动曝光调节系统，包括：

初始设置模块：执行针对曝光过程中的第一曝光段和第二曝光段，设置第一曝光段的时间T1和两段曝光段的总时间T的初始值；

曝光统计模块：执行在此情况下进行曝光，统计图像的平均亮度Ya、非过曝区域占图像的比例K％及非过曝区域的平均亮度Yk；

第一调节模块：执行将非过曝区域的平均亮度Yk与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整所述两段曝光段的总时间T；

第二调节模块：执行将非过曝区域占图像的比例K％与过曝比beta％进行比较：

若非过曝区域占图像的比例K％大于过曝比beta％，则将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果继续调整所述两段曝光段的总时间T；

否则，将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整第一曝光段的时间T1。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

本发明中，通过设置两个调节阶段来进行曝光调节，在第一调节阶段中，是针对总时间T对图像的平均亮度的影响进行的调节，使得图像的非过曝区域避免出现过暗的情况，而在第二调节阶段中，则根据过曝程度来区分地调节两段曝光时间，一方面针对总时间T对非过曝区域的平均亮度的影响进行调节，另一方面针对第一曝光段的时间T1对非过曝区域的平均亮度的影响进行调节，使得在调整过曝区域的同时，保留了非过曝区域的原有对比度，增强了图像整体的对比度及动态范围。

附图说明

图1为目前两段曝光成像的曝光线条示意图；

图2为本发明一实施例的分段曝光成像自动曝光调节方法的流程示意图；

图3为本发明另一实施例的分段曝光成像自动曝光调节方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图2，在一个实施例中，分段曝光成像自动曝光调节方法，包括以下步骤：

S1：针对曝光过程中的第一曝光段和第二曝光段，设置第一曝光段的时间T1和两段曝光段的总时间T的初始值；

S2：在此情况下进行曝光，统计图像的平均亮度Ya、非过曝区域占图像的比例K％及非过曝区域的平均亮度Yk；

S3：将非过曝区域的平均亮度Yk与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整所述两段曝光段的总时间T；

S4：将非过曝区域占图像的比例K％与过曝比beta％进行比较：

若非过曝区域占图像的比例K％大于过曝比beta％，则将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果继续调整所述两段曝光段的总时间T；

否则，将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整第一曝光段的时间T1。

下面对本发明实施例的分段曝光成像自动曝光调节方法进行展开描述，但不应以此为限，可适用于采用分段曝光方式的图像传感器，可以分两段曝光或者分为多段(三段以上)曝光，具体不限。

步骤S1-S4均是针对曝光过程中的两个曝光段展开执行的，因而如果曝光过程分成了两段曝光，则选定的第一曝光段和第二曝光段共同组成了整个曝光过程；而如果曝光过程分成了多段曝光，则选定的第一曝光段和第二曝光段为整个曝光过程中的其中两段。

在步骤S1中，针对曝光过程中的第一曝光段和第二曝光段，设置第一曝光段的时间T1和两段曝光段的总时间T的初始值。第一曝光段是先于第二曝光段的，两者之间在时间上是接续的。

优选的，所述步骤S1中，设置第一曝光段的时间T1的初始值为0、两段曝光段的总时间T的初始值为默认值。显然，T是大于T1的(两者均表示时间长度，当然，在曝光过程分为两段的情况下，两者还可以表示为段末时刻)，默认值可以是初始设置的默认值，可根据需要进行设置，也可以是前次调节基础上更新的值。可以理解，第一曝光段的时间T1也可以设置为其他初始值。

接着执行步骤S2，在步骤S1所设置的曝光时间情况下进行曝光，得到相应的曝光图像，统计图像的平均亮度Ya、非过曝区域占图像的比例K％及非过曝区域的平均亮度Yk。非过曝区域即亮度值未超过255的像素点集，可以通过各像素点的亮度值判断来确定。图像的平均亮度Ya即为图像全部像素点的亮度值的平均值。非过曝区域的平均亮度Yk即为非过曝区域的像素点的亮度值的平均值。

接着执行步骤S3，将非过曝区域的平均亮度Yk与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整所述两段曝光段的总时间T。非过曝区域可能存在亮度过暗，通过比较及调节总时间T可解决非过曝区域过暗的问题。

优选的，所述步骤S3中，根据比较结果调整所述两段曝光段的总时间T包括：若非过曝区域的平均亮度Yk小于目标亮度值范围的最小值，则增加两段曝光段的总时间T，若非过曝区域的平均亮度Yk大于目标亮度值范围的最大值，则减小两段曝光段的总时间T。每次的增加量和减小量可设定，可以不用一次便调节完成，整个过程是一个调节反馈的回路过程。

接着执行步骤S4，将非过曝区域占图像的比例K％与过曝比beta％进行比较，根据比较结果的不同进行。可根据过曝程度，区分地调节两段曝光时间。

过曝比可以根据需要而确定其值。优选的，所述过曝比beta％的取值为80％～100％，可更好地区分过曝程度。

若非过曝区域占图像的比例K％大于过曝比beta％，说明场景过曝占比较小，也即非过曝区域占比较大，继续调节曝光时间T，将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果继续调整所述两段曝光段的总时间T。

优选的，所述步骤S4中，根据比较结果继续调整所述两段曝光段的总时间T包括：若图像的平均亮度Ya小于目标亮度值范围的最小值，则增加两段曝光段的总时间T，若图像的平均亮度Ya大于目标亮度值范围的最大值，则减小两段曝光段的总时间T。

否则，说明过曝占比较大，过曝程度较重，调节第一曝光段的时间T1来解决该过曝问题，将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整第一曝光段的时间T1。当然，两段曝光段的总时间T在第一曝光段的时间T1调节时是保持不变的。

优选的，所述步骤S4中，根据比较结果调整第一曝光段的时间T1包括：若图像的平均亮度Ya大于目标亮度值范围的最大值，则增加第一曝光段的时间T1、保持两段曝光段的总时间T不变，若图像的平均亮度Ya小于目标亮度值范围的最小值，则减小第一曝光段的时间T1、保持两段曝光段的总时间T不变。

优选的，所述目标亮度值范围为(1-alpha)*Yt～(1+alpha)*Yt；其中，Yt为目标亮度值；alpha为允许误差范围，取值0-0.05。也就是说，(1+alpha)*Yt为目标亮度值范围的最大值，(1-alpha)*Yt为目标亮度值范围的最小值。

在一个实施例中，所述步骤S4执行结束后返回步骤S2继续执行，直至步骤S3中调节至非过曝区域的平均亮度Yk落于目标亮度值范围内及步骤S4中调节至图像的平均亮度Ya落于目标亮度值范围内。步骤S2～S4每执行一次，对于两段曝光段的总时间T或第一曝光段的时间T1的调节都是针对本次曝光情况作出的，通过下次曝光来反应曝光调节的实际情况，从而再进行合适的调节，因而通过返回至步骤S2继续执行，以逐步逼近最佳曝光情况。

或者，所述步骤S3中，经过反复比较及调节，直至调节至非过曝区域的平均亮度Yk落于目标亮度值范围内；和，步骤S4中，经过反复比较及调节，直至调节至图像的平均亮度Ya落于目标亮度值范围内。

参看图3，给出了分段曝光成像自动曝光调节方法的流程示例。首先是设置步骤，将时间T1设置为0，总时间T设置为默认值；接着进入第一调节阶段，比较非过曝区域的平均亮度Yk与目标亮度范围，若Yk小于(1-alpha)*Yt，则增加曝光时间T，每调节一次便判断一次，直至调节至Yk不小于(1-alpha)*Yt，若Yk大于(1+alpha)*Yt，则减小总时间T，每调节一次便判断一次，直至调节至Yk不大于(1-alpha)*Yt，说明已经调节至Yk满足目标亮度范围，执行下一步；接着进入第二调节阶段，比较非过曝区域占图像的比例K％和过曝比beta％，若K％大于beta％，则判断场景过曝占比较小，继续调节总时间T，使得Ya满足目标亮度Yt，在此不再赘述，否则调节时间T1，使得Ya满足目标亮度范围，调节方式与调节Yk类似，即若Ya大于(1+alpha)*Yt，则增加T1，若Ya小于(1-alpha)*Yt，则减小T1。

在一个实施例中，在整个曝光过程的曝光分段数量为两段时，仅有两个曝光段，因而针对此两个曝光段调节完成即可。则所述步骤S1中针对该两个曝光段，设置第一曝光段的时间T1和曝光过程的总时间T的初始值，执行后续步骤即完成曝光调节，无需再改变曝光段来继续执行。

在整个曝光过程的曝光分段数量大于两段时，选取最后两个曝光段进入步骤S1执行，基于调节后的曝光过程，从后往前前移一个曝光段而选取对应的两个曝光段再进入步骤S1执行，如此往复直至全部曝光段均调节完成。也就是说，第一次执行步骤S1-S4时，所选取的两个曝光段是曝光过程中最后两个曝光段，而在第二次执行步骤S1-S4时，所选取的两个曝光段是曝光过程中倒数第2个曝光段和倒数第3个曝光段，后续中依次类推地往前移一个曝光段，直至全部曝光段均被处理过，即完成了曝光调节。

整个分段曝光成像自动曝光调节方法可以通过在图像成像装置中内置相应的程序进行处理而实现，可自动化地实现图像曝光时间的调节。

本发明还提供一种分段曝光成像自动曝光调节系统，包括：

初始设置模块：执行针对曝光过程中的第一曝光段和第二曝光段，设置第一曝光段的时间T1和两段曝光段的总时间T的初始值；

曝光统计模块：执行在此情况下进行曝光，统计图像的平均亮度Ya、非过曝区域占图像的比例K％及非过曝区域的平均亮度Yk；

第一调节模块：执行将非过曝区域的平均亮度Yk与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整所述两段曝光段的总时间T；

第二调节模块：执行将非过曝区域占图像的比例K％与过曝比beta％进行比较：

若非过曝区域占图像的比例K％大于过曝比beta％，则将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果继续调整所述两段曝光段的总时间T；

否则，将图像的平均亮度Ya与目标亮度值范围进行比较，根据比较结果调整第一曝光段的时间T1。

关于本发明实施例的分段曝光成像自动曝光调节系统的具体内容可以参看前述实施例中关于分段曝光成像自动曝光调节方法部分的描述内容，在此不再赘述。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。