图像传感器最短曝光时间测量系统及方法与流程

本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种图像传感器最短曝光时间测量的系统及方法。

背景技术

在图像传感器装置设计中，曝光时间是衡量光通量大小的因素之一，曝光时间长则累积更多的电子。图像传感器确保有效的曝光时间和累积的电子数量，以获得高性能的图像输出。曝光过程过度，所输出的图像看上去会过亮，曝光时间过短或曝光不足，输出的图像看上去会过暗。

图像传感器通常采用光电二极管通过光电效应将光信号转换为电信号输出，光电二极管器件具有非线性曝光特性。在具体设计中，图像传感器设置的曝光时间与实际生效的曝光时间可能存在差异，在某些应用中需要对图像传感器实际有效的最短曝光时间进行确认和测量，以对图像传感器的曝光过程进行有效的控制，在合理的曝光周期内增加光感度，控制过度曝光，保证图像传感器所输出图像的质量。本发明基于上述问题，提出解决图像传感器最短曝光时间测量方法和系统。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种图像传感器最短曝光时间测量系统，所述测量系统包括：

led光源，用于给图像传感器提供光脉冲信号；

光源驱动电路，连接到所述led光源，用于根据使能信号控制所述led光源；

fpga单元，所述fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程门阵列)单元控制所述光源驱动电路使能，从而控制所述led光源的开启或关闭；所述fpga单元连接到图像传感器，对所述图像传感器进行设置，采集所述图像传感器输出的图像信号并计算平均亮度值；

进一步地，所述图像传感器按最短曝光时间进行曝光；所述fpga单元控制所述led光源的开启包括控制所述led光源的开启位置及脉冲宽度；

进一步地，所述fpga单元产生以单位测量时间为宽度的脉冲，所述单位测量时间根据应用设置最小单位值，可设置为0.1μs；

进一步地，所述fpga单元产生的以单位测量时间为宽度的脉冲频率与所述图像传感器的输出帧率一致。

基于上述图像传感器最短曝光时间测量系统，本发明还提供一种图像传感器最短曝光时间测量方法，所述测量方法包含以下步骤：

(1)将测试系统和图像传感器置于暗室中并开启；

(2)fpga单元采集所述图像传感器输出的图像信号，计算平均亮度值；

(3)fpga单元控制光源驱动电路开启led光源，根据所采集的图像信号的亮度值调整所述led光源脉冲的开启位置；

(4)fpga单元调整所述led光源开启的脉冲宽度，从最小单位测量时间逐渐增加，计算每帧采集到的图像信号的亮度值；

(5)led光源开启的脉冲宽度大于等于n个单位测量时间，图像信号的亮度值不再增加时，则n-1个单位测量时间为所述图像传感器的最短曝光时间，n大于1；

进一步地，步骤(3)中，当所述led光源脉冲开启时间在非曝光区间，采集到的图像信号的亮度值为0时，则移动高电平脉冲在下一个周期中的位置；当采集到的图像信号的亮度值不为0时，则设置所述led光源脉冲开启位置与所述图像传感器曝光起始时刻对齐；

进一步地，所述采集到的图像信号的亮度值为0时，为减去所述图像信号的黑电平值后的亮度值；

进一步地，所述fpga单元产生以单位测量时间为宽度的脉冲，所述单位测量时间根据应用设置最小单位值，可设置最小单位值为0.1μs；

进一步地，所述fpga单元产生的以单位测量时间为宽度的脉冲频率与所述图像传感器的输出帧率一致；

进一步地，步骤(5)中，设定一亮度值变化阈值范围，当所采集的图像信号的亮度值变化小于所述阈值范围时，则认为所述图像信号的亮度值不再增加。

本发明所提出的图像传感器最短曝光时间测量系统及方法，通过采集图像信号的亮度值，根据其亮度值进一步调整led光源开启位置和脉冲宽度；同时fpga单元产生的以单位测量时间为宽度的脉冲频率与图像传感器的输出帧率一致，以保证测量结果的精度，从而能准确计算出图像传感器的最短曝光时间。此种实现方式能够精确测量出图像传感器的最短曝光时间，且不受曝光是否属于线性曝光的限制和影响。此方法同样适用于图像传感器常规曝光时间的测量。

附图说明

图1为图像传感器最短曝光时间测量系统的结构示意图；

图2为图像传感器最短曝光时间测量方法的流程示意图；

图3为图像传感器的曝光周期与led光源脉冲开启位置及脉冲宽度示意图；及

图4为图像信号的亮度值与图像传感器的最短曝光时间关系示意图。

具体实施方式

以下结合各个附图对本发明提出的内容进行详细的说明。图1为图像传感器最短曝光时间测量系统的结构示意图，如图中所示，测量系统包括led光源110，光源驱动电路120以及fpga单元130。测量系统在对图像传感器100测试过程应置于暗室中，fpga单元130连接到图像传感器100，并对图像传感器100进行设置，图像传感器100正常工作。fpga单元控制光源驱动电路120使能，从而控制led光源110开启。fpga单元130产生以单位测量时间为宽度的脉冲，例如0.1μs为测量单位时间，该测量单位在设计中可根据具体应用进行设置。led光源发出的光脉冲到图像传感器100，图像传感器100按最短曝光时间进行曝光，fpga单元对图像传感器100输出的图像信号的亮度值进行采集，根据所采集的图像信号的亮度值调整led光源110的开启位置和脉冲宽度。在本发明提供的具体实施例中，为保证对图像传感器100最短曝光时间的测量精度，fpga单元130产生的脉冲频率与图像传感器100输出帧率保持一致。

图2为本发明提供的测量系统所提出的图像传感器最短曝光时间测量方法的基本流程图，如图2中所示，以单位测量时间设定为0.1μs，以n设定为8个单位测量时间为例，其具体实现过程如下：

210：将测试系统和图像传感器置于暗室中并开启；

此步骤中，为保证测试结果的准确性，需在暗室条件中进行测试操作，保证所采集的图像信号的亮度值准确；

220：fpga单元采集所述图像传感器输出的图像信号，计算平均亮度值；

此步骤中，图像传感器按最短曝光时间进行曝光；fpga单元采集图像传感器输出的图像信号的平均亮度值；

230：fpga单元控制光源驱动电路开启led光源，根据所采集的图像信号的亮度值调整所述led光源脉冲的开启位置；

此步骤中，为保证对图像传感器最短曝光时间的测量精度，fpga单元产生的脉冲频率与图像传感器输出帧率应保持一致；

当led光源的脉冲开启时间在非曝光区间，如图3的①中所示，采集到的图像信号的亮度值为0时，则移动高电平脉冲在下一个周期中的位置；当采集到的图像信号的亮度值不为0时，则设置led光源的脉冲开启位置与图像传感器曝光起始时刻对齐，如图3的②中所示；

在此实施步骤中，所述采集到的图像信号的亮度值为0时，为减去图像信号的黑电平值后的亮度值；

240：fpga单元调整led光源开启的脉冲宽度，从最小单位测量时间逐渐增加，计算每帧采集到的图像信号亮度值；

此步骤中，led光源开启的脉冲宽度调整过程如图3的③中所示，根据所采集的图像信号的亮度值变化逐渐增加；

250：led光源开启的脉冲宽度大于等于n个单位测量时间，图像信号的亮度值不再增加时，则n-1个单位测量时间为图像传感器的最短曝光时间，n大于1；

此步骤中，led光源开启的脉冲宽度如图3的④中所示，在此过程中，led光源开启的脉冲宽度等于8个单位测量时间点，由此可精确得出图像传感器的最短曝光时间为7个单位测量时间，即0.7μs。所采集的图像传感器图像信号亮度值与单位测量时间的关系曲线图如图4中所示。本实施例中，设定为8个单位测量时间点，仅为示例说明的目的，并不受图示中8个单位测量时间点的限定。

图3中可以得出，从②开始，led光源脉冲开启位置与图像传感器曝光起始时刻对齐；如图4中所示，随着单位测量时间逐渐增加，纵坐标中的图像信号的亮度值不断增加，在具体实施例中，可根据应用设定亮度值不再增加的阈值范围，如假设当前每一单位测量时间内亮度值变化阈值范围为a，设定当采集到的图像信号的亮度值变化范围小于0.5a时，则可认为图像信号的亮度值不再增加。当图像信号的亮度值不再增加时，进入④，则图4中所标识的②至④的虚线这段单位测量时间即为图像传感器的最短曝光时间。本发明给出的实施例，能精确测量出图像传感器的最短曝光时间，且不受曝光是否属于线性曝光的限制。

本发明给出的实施例及附图，是为了说明的目的，在不背离本发明更广泛的主旨和范围下，不同形式的等效修改是可行的。根据上述详细的说明可对本发明实施例进行修改。用于权利要求中的术语不应解释为限定于本发明具体实施内容和权利要求部分中所揭露的具体实施例。相反地，权利要求中完整确定的范围应解释为根据权利要求解释确立的声明。本发明的说明书和附图应被看作是解释性的，而不是约束性的。