專利名稱：一種數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)碼攝像裝置中對圖像質(zhì)量的自動曝光控制領(lǐng)域，尤其涉及數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)碼相機等數(shù)碼靜態(tài)圖象、數(shù)碼影流應(yīng)用中，對圖象質(zhì)量的自動曝光控制都是基于光學(xué)傳感器的感光曲線，曝光時間越長，圖象亮度增益的幅度越低。參看圖1，圖1為在正常光照條件下，數(shù)碼相機從光學(xué)傳感器獲得的圖象亮度統(tǒng)計值(Y mean)，與對光學(xué)傳感器設(shè)置的當(dāng)前曝光時間(Exposure Time)的關(guān)系曲線圖，圖象亮度的增益幅度隨著曝光時間的增大而減小。另外，通常在日光燈下，為了消除傳感器感光產(chǎn)生的閃爍條紋，PAL制時必須讓光學(xué)傳感器的曝光時間為1/100秒的整數(shù)倍，NTSC制時必須讓光學(xué)傳感器的曝光時間為1/120秒的整數(shù)倍。因此，曝光時間的調(diào)整必須與閃爍周期成正比，曝光時間是離散的若干檔位。但是現(xiàn)有技術(shù)中的自動曝光控制裝置存在著以下問題1、AE調(diào)節(jié)不平滑，光學(xué)傳感器的感光曲線斜率較大；2、在低照度條件下需要不斷增大曝光時間以獲得微小的亮度增益，對圖象可見度的改善不及時；3、造成數(shù)據(jù)幀率大幅度降低，破壞了數(shù)碼影流連續(xù)性。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題和不足，本實用新型的目的在于提供了一種數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置。它使得曝光時間和數(shù)字亮度增益協(xié)同工作，使得自動曝光調(diào)節(jié)更加平滑。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型的技術(shù)方案以如下方式實現(xiàn)一種數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，包括自動曝光控制程序單元、曝光時間控制單元、其他圖像信號處理單元和中斷控制單元。所述其他圖像信號處理單元包括一個亮度統(tǒng)計模塊，所述亮度統(tǒng)計模塊掃描接收到的圖像數(shù)據(jù)的每個象素的亮度分量，并計算每幀圖象的亮度統(tǒng)計值，再通過中斷控制單元反饋給自動曝光控制程序單元。所述自動曝光控制程序單元根據(jù)所得的亮度統(tǒng)計值和當(dāng)前曝光時間計算出更新的曝光時間，所述自動曝光控制程序單元發(fā)送更新曝光時間指令給所述曝光時間控制單元。所述曝光時間控制單元將新的曝光時間參數(shù)配置作用于光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器在新的曝光時間條件下采集原始圖象數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字CFA格式的圖象數(shù)據(jù)A。其結(jié)構(gòu)特點在于，還包括數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元，所述光學(xué)傳感器將圖像數(shù)據(jù)A傳送入數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元，數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元根據(jù)自動曝光控制程序單元發(fā)送的新的增益參數(shù)，對圖像數(shù)據(jù)A的每個象素數(shù)據(jù)在亮度增益的可調(diào)范圍內(nèi)進行增益調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象數(shù)據(jù)B。所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元將圖像數(shù)據(jù)B傳輸?shù)狡渌鼒D象信號處理單元進一步優(yōu)化整合，并最終轉(zhuǎn)化為YUV格式的圖象數(shù)據(jù)。
上述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元的數(shù)字化亮度增益的可調(diào)范圍在隨著曝光時間的增大而遞減。數(shù)字化亮度增益的可調(diào)范圍可以通過曝光時間和光學(xué)傳感器的特征參數(shù)來配置。
上述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元的增益參數(shù)為N/M。增益參數(shù)N/M中的N和M可以分別進行調(diào)節(jié)。
上述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元還包括一個當(dāng)自動曝光處于穩(wěn)定狀態(tài)時，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽電路模塊。
本實用新型還可以包括同步控制單元，所述同步控制單元根據(jù)曝光時間控制單元發(fā)送的同步標志啟動曝光幀數(shù)計數(shù)，將計數(shù)結(jié)果與自動曝光控制程序單元預(yù)置給同步控制單元的亮度增益生效延遲幀數(shù)相比較，如果達到延遲幀數(shù)，所述同步控制單元發(fā)送亮度生效的控制指令給所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元。所述同步控制單元預(yù)先設(shè)置的亮度增益生效延遲幀數(shù)是可以調(diào)節(jié)的。
本實用新型的數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元根據(jù)自動曝光控制程序單元發(fā)送的新的曝光時間檔位，對圖像數(shù)據(jù)A的每個象素數(shù)據(jù)在亮度增益的可調(diào)范圍內(nèi)進行增益調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象數(shù)據(jù)B。這樣，在自動曝光調(diào)節(jié)的時候，在兩個曝光時間檔之間，數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)了亮度增益，使得自動曝光的調(diào)節(jié)顯得比較平滑。另外，在低照度條件下，本實用新型自動曝光控制程序單元根據(jù)當(dāng)前曝光時間檔位和當(dāng)前圖象亮度統(tǒng)計值，可以及時判定低照度工作狀態(tài)，將曝光時間鎖死在較高的檔位并保證適當(dāng)?shù)臄?shù)碼影流(Digital video)的幀率(Frame rate)，同時調(diào)節(jié)數(shù)字化亮度增益參數(shù)N和M，比如增大N值或者減小M值，可以快速有效地改善圖象可見度。數(shù)字化亮度增益參數(shù)N和M可以分別進行調(diào)節(jié)，這樣保證了運算的精度，使得亮度增益的調(diào)節(jié)更加靈活、硬件的實現(xiàn)代價最小。


圖1現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)傳感器的感光曲線圖；圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為本實用新型優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為本實用新型曝光時間與數(shù)字化亮度增益的協(xié)同工作曲線圖；圖5為本實用新型的工作流程圖。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行進一步說明。
具體實施方式
參看圖2，一種數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，包括自動曝光控制程序單元1、曝光時間控制單元2、其他圖像信號處理單元5和中斷控制單元6。所述其他圖像信號處理單元5包括一個亮度統(tǒng)計模塊7，所述亮度統(tǒng)計模塊7掃描接收到的圖像數(shù)據(jù)的每個象素的亮度分量，并計算每幀圖象的亮度統(tǒng)計值，再通過中斷控制單元6反饋給自動曝光控制程序單元1。所述自動曝光控制程序單元1根據(jù)所得的亮度統(tǒng)計值和當(dāng)前曝光時間計算出更新的曝光時間，所述自動曝光控制程序單元1發(fā)送更新曝光時間指令給所述曝光時間控制單元2。所述曝光時間控制單元2將新的曝光時間參數(shù)配置作用于光學(xué)傳感器3，所述光學(xué)傳感器3在新的曝光時間條件下采集原始圖象數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字CFA格式的圖象數(shù)據(jù)A。本實用新型還包括數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4，所述光學(xué)傳感器1將圖像數(shù)據(jù)A傳送入數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4，數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4根據(jù)自動曝光控制程序單元1發(fā)送的新的增益參數(shù)，對圖像數(shù)據(jù)A的每個象素數(shù)據(jù)在亮度增益的可調(diào)范圍內(nèi)進行增益調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象數(shù)據(jù)B，所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4將圖像數(shù)據(jù)B傳輸?shù)狡渌鼒D象信號處理單元5進一步優(yōu)化整合，并最終轉(zhuǎn)化為YUV格式的圖象數(shù)據(jù)。所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4的數(shù)字化亮度增益的可調(diào)范圍在隨著曝光時間的增大而遞減。數(shù)字化亮度增益的可調(diào)范圍可以通過曝光時間和光學(xué)傳感器的特征參數(shù)來配置。
參看圖3，本實用新型的優(yōu)選實施方式是在本實用新型的基礎(chǔ)上還包括同步控制單元9，所述同步控制單元9根據(jù)曝光時間控制單元2發(fā)送的同步標志啟動曝光幀數(shù)計數(shù)，將計數(shù)結(jié)果與自動曝光控制程序單元1預(yù)置給同步控制單元9的亮度增益生效延遲幀數(shù)相比較，如果達到延遲幀數(shù)，所述同步控制單元9發(fā)送亮度生效的控制指令給所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4。上述同步控制單元9預(yù)先設(shè)置的亮度增益生效延遲幀數(shù)是可以調(diào)節(jié)的。上述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4還包括一個當(dāng)自動曝光處于穩(wěn)定狀態(tài)時，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽電路模塊8。
參看圖4，仔細分析數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4在曝光時間改變時，對亮度增益進行調(diào)解的過程。下面以圖象亮度統(tǒng)計值始終不滿足自動曝光穩(wěn)態(tài)條件，且低于期望值為例。自動曝光穩(wěn)態(tài)條件指當(dāng)前圖象亮度統(tǒng)計值處于穩(wěn)態(tài)區(qū)域內(nèi)。穩(wěn)態(tài)區(qū)域取決于當(dāng)前曝光時間檔位和光學(xué)傳感器特征參數(shù)，可以靈活計算。對于圖4中的曲線圖進行分析，0-1從當(dāng)前曝光時間下的數(shù)字化亮度增益最低值開始，上調(diào)至當(dāng)前曝光時間下的數(shù)字化亮度增益最高值；1-2曝光時間上調(diào)一檔，同時將數(shù)字化亮度增益復(fù)位至從當(dāng)前曝光時間下的最低值；2-3等同于步驟0-1；3-4等同于步驟1-2；4-5等同于步驟0-1；5-6等同于步驟1-2。由上面的分析可以看出，所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4在當(dāng)前曝光時間下，會將亮度增益由最低值開始，上調(diào)至當(dāng)前曝光時間檔下的亮度增益最高值；如果這時曝光時間上調(diào)，同時數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4將數(shù)字化亮度增益復(fù)位至當(dāng)前的曝光時間檔下的亮度增益最低值，然后再上調(diào)至當(dāng)前曝光時間檔下的亮度增益最高值。
數(shù)字化亮度增益的可調(diào)范圍在不同曝光時間檔位是不同的，正常照明條件下，隨曝光時間的增大而遞減的，可以靈活配置。
上述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4的增益參數(shù)為N/M。增益參數(shù)N/M中的N和M可以分別進行調(diào)節(jié)。曝光時間的修正，影響光學(xué)傳感器輸出的原始CFA格式的圖象數(shù)據(jù)A的亮度，數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)作用于每一個原始像素(Pixel)數(shù)據(jù)上，增益參數(shù)N/M大于1則增加圖象亮度，小于1則減少圖象亮度，等于1則保持圖象亮度。圖象數(shù)據(jù)B體現(xiàn)了曝光時間控制與數(shù)字化亮度增益的調(diào)節(jié)的合成作用。因此在低照度條件下，曝光時間檔位的調(diào)節(jié)已不能及時有效地增大圖象亮度，甚至數(shù)字化亮度增益的最大可調(diào)范圍(正常照明條件下的)的幅度也不能滿足低幀率條件下盡快恢復(fù)圖象可見度的需要。而通過本實用新型，可以及時判定低照度工作狀態(tài)(基于當(dāng)前曝光時間檔位和當(dāng)前圖象亮度統(tǒng)計值的關(guān)系)，將曝光時間鎖死在較高的檔位并保證適當(dāng)?shù)臄?shù)碼影流(Digital video)的幀率(Frame rate)，同時調(diào)節(jié)數(shù)字化亮度增益參數(shù)N和M，比如增大N值或者減小M值，快速有效地改善圖象可見度。同理，在高照度條件下，也可以通過本實用新型的來實現(xiàn)自動曝光，這里不再贅述。數(shù)字化亮度增益參數(shù)N和M在硬件電路中的分離設(shè)置，是保證運算精度，硬件實現(xiàn)代價最小化，控制靈活性最大化等因素協(xié)同作用的關(guān)鍵。
參看圖5，本實用新型的工作流程如下1)自動曝光控制程序單元根據(jù)接收到的亮度統(tǒng)計值和當(dāng)前曝光時間判斷是否需要進行自動曝光調(diào)節(jié)；2)如果不需要進行自動曝光調(diào)節(jié)，曝光調(diào)節(jié)結(jié)束，如果需要進行自動曝光調(diào)節(jié)，計算出新的曝光時間和新的增益參數(shù)；3)如果曝光時間增大，數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元將數(shù)字化亮度增益復(fù)位至新的曝光時間下的最低值，如果曝光時間減小，數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元將數(shù)字化亮度增益復(fù)位至新的曝光時間下的最高值，如果曝光時間不變，則將新的數(shù)字化亮度增益參數(shù)作用于數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元；4)將數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)后的圖像數(shù)據(jù)B的亮度統(tǒng)計值發(fā)送給自動曝光控制程序單元，并返回步驟1)。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，包括自動曝光控制程序單元(1)、曝光時間控制單元(2)、其他圖像信號處理單元(5)和中斷控制單元(6)，所述其他圖像信號處理單元(5)包括一個亮度統(tǒng)計模塊(7)，所述亮度統(tǒng)計模塊(7)掃描接收到的圖像數(shù)據(jù)的每個象素的亮度分量，并計算每幀圖象的亮度統(tǒng)計值，再通過中斷控制單元(6)反饋給自動曝光控制程序單元(1)，所述自動曝光控制程序單元(1)根據(jù)所得的亮度統(tǒng)計值和當(dāng)前曝光時間計算出更新的曝光時間，所述自動曝光控制程序單元(1)發(fā)送更新曝光時間指令給所述曝光時間控制單元(2)，所述曝光時間控制單元(2)將新的曝光時間參數(shù)配置作用于光學(xué)傳感器(3)，所述光學(xué)傳感器(3)在新的曝光時間條件下采集原始圖象數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字CFA格式的圖象數(shù)據(jù)A，其特征在于，所述自動曝光控制程序單元(1)、其它圖像信號處理單元(5)以及光學(xué)傳感器(3)之間設(shè)置有數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)，所述光學(xué)傳感器(3)將圖像數(shù)據(jù)A傳送入數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)，數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)根據(jù)自動曝光控制程序單元(1)發(fā)送的新的增益參數(shù)，對圖像數(shù)據(jù)A的每個象素數(shù)據(jù)在亮度增益的可調(diào)范圍內(nèi)進行增益調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象數(shù)據(jù)B，所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)將圖像數(shù)據(jù)B傳輸?shù)狡渌鼒D象信號處理單元(5)進一步優(yōu)化整合，并最終轉(zhuǎn)化為YUV格式的圖象數(shù)據(jù)。
2.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，其特征在于，所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)為其數(shù)字化亮度增益的可調(diào)范圍在隨著曝光時間的增大而遞減的電路單元。
3.按照權(quán)利要求2所述的數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，其特征在于，所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)為其數(shù)字化亮度增益的可調(diào)范圍是通過曝光時間和光學(xué)傳感器的特征參數(shù)來配置的電路單元。
4.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，其特征在于，所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)為其增益參數(shù)為N/M的電路單元。
5.按照權(quán)利要求4所述的數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，其特征在于，所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)為其增益參數(shù)N/M中的N和M是分別進行調(diào)節(jié)的電路單元。
6.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，其特征在于，所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)還包括一個當(dāng)自動曝光處于穩(wěn)定狀態(tài)時，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽電路模塊(8)。
7.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，其特征在于，還包括同步控制單元(9)，所述同步控制單元(9)根據(jù)曝光時間控制單元(2)發(fā)送的同步標志啟動曝光幀數(shù)計數(shù)，將計數(shù)結(jié)果與自動曝光控制程序單元(1)預(yù)置給同步控制單元(9)的亮度增益生效延遲幀數(shù)相比較，如果達到延遲幀數(shù)，所述同步控制單元(9)發(fā)送亮度生效的控制指令給所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元(4)。
8.按照權(quán)利要求7所述的數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，其特征在于，所述同步控制單元(9)為其預(yù)先設(shè)置的亮度增益生效延遲幀數(shù)是可調(diào)節(jié)的電路單元。
專利摘要本實用新型公開了一種數(shù)字亮度增益與曝光時間協(xié)同工作的自動曝光裝置，屬于數(shù)碼攝像裝置中對圖像質(zhì)量的自動曝光控制領(lǐng)域。本實用新型使得曝光時間和數(shù)字亮度增益協(xié)同工作，使得自動曝光調(diào)節(jié)更加平滑。本實用新型在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上還包括數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元，所述光學(xué)傳感器將圖像數(shù)據(jù)A傳送入數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元，數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元根據(jù)自動曝光控制程序單元發(fā)送的新的增益參數(shù)，對圖像數(shù)據(jù)A的每個象素數(shù)據(jù)在亮度增益的可調(diào)范圍內(nèi)進行增益調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象數(shù)據(jù)B。所述數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元將圖像數(shù)據(jù)B傳輸?shù)狡渌鼒D象信號處理單元進一步優(yōu)化整合，并最終轉(zhuǎn)化為YUV格式的圖象數(shù)據(jù)。
文檔編號G03B7/091GK2731498SQ200320124820
公開日2005年10月5日 申請日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者陳東瑛, 榮堅, 朱小琳, 李國新, 俞青 申請人:北京中星微電子有限公司