一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法及裝置，將相機(jī)曝光時(shí)間進(jìn)行分檔，曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的檔位；給相機(jī)初始化曝光時(shí)間，并進(jìn)行拍攝，得到一幅圖像，并計(jì)算得到該圖像的平均灰度值；將平均灰度值用八位二進(jìn)制表示，并取高五位數(shù)字與預(yù)設(shè)的曝光強(qiáng)度-調(diào)整步長(zhǎng)表中曝光強(qiáng)度值進(jìn)行比對(duì)，得到該曝光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的調(diào)整步長(zhǎng)數(shù)值；依據(jù)調(diào)整步長(zhǎng)數(shù)值對(duì)當(dāng)前檔位進(jìn)行調(diào)整，得到新的檔位，則該新的檔位對(duì)應(yīng)的曝光時(shí)間為下次拍攝相機(jī)曝光時(shí)間，實(shí)現(xiàn)相機(jī)曝光時(shí)間的自動(dòng)調(diào)整；本發(fā)明僅依托高性能FPGA，高速采集圖像數(shù)據(jù)，利用圖像平均灰度對(duì)相機(jī)曝光強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估，算法簡(jiǎn)單、有效，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，便于硬件移植。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于相機(jī)自動(dòng)曝光【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種快速的航拍相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在傳統(tǒng)的數(shù)碼相機(jī)拍照過(guò)程中，普遍采用光度計(jì)做為測(cè)光單元進(jìn)行機(jī)械光圈與機(jī) 械快門(mén)的調(diào)整控制，但由于空中與地面亮度差別比較大，經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)亮或過(guò)暗現(xiàn)象，造成大 量感興趣細(xì)節(jié)的丟失；另外，某些圖像偵查裝置下落速度快、機(jī)械沖擊量級(jí)高，這就要求相 機(jī)自動(dòng)曝光控制算法簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確有效，應(yīng)占用較少的系統(tǒng)資源，具備較強(qiáng)的硬件移植 性，顯然，機(jī)械快門(mén)與光圈難以滿足快速曝光、抗振、抗沖擊等方面的要求，所得到的航拍相 片效果不好。
[0003] 近年來(lái)出現(xiàn)了利用CCD傳感器輸出灰度圖像，采用圖像的灰度直方圖法等方法 (如申請(qǐng)?zhí)枮?01210259794. 4的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)"相機(jī)無(wú)傳感器連續(xù)自動(dòng)曝光時(shí)間調(diào)節(jié)控制 裝置")來(lái)實(shí)現(xiàn)相機(jī)的自動(dòng)曝光。這種方法的算法較復(fù)雜，硬件計(jì)算量大，對(duì)系統(tǒng)硬件資源需 求高，有時(shí)會(huì)受曝光分檔級(jí)數(shù)過(guò)多制約而不能實(shí)現(xiàn)快速曝光。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法，以解決現(xiàn)有機(jī)械快 門(mén)和光圈難以滿足自動(dòng)、快速曝光、像質(zhì)要求高的問(wèn)題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法的步驟如下：
[0006] -種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法，該方法的步驟如下：
[0007] (1)以設(shè)定檔位拍攝得到圖像，并計(jì)算得到該圖像的平均灰度值；所述設(shè)定檔位是 將相機(jī)曝光時(shí)間進(jìn)行分檔得到的，曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的檔位；
[0008] (2)以平均灰度評(píng)價(jià)曝光時(shí)間，若曝光不正常，則根據(jù)"平均灰度值--曝光強(qiáng) 度--檔位"之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)當(dāng)前檔位進(jìn)行調(diào)整，得到新的檔位，該新的檔位對(duì)應(yīng)的曝 光時(shí)間為下次拍攝相機(jī)曝光時(shí)間。
[0009] 所述曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)檔位從小到大；將平均灰度值用八位二進(jìn)制或十六進(jìn) 制表示，并取高五位數(shù)字，將該數(shù)字與預(yù)設(shè)的曝光強(qiáng)度-調(diào)整步長(zhǎng)表中曝光強(qiáng)度值進(jìn)行比 對(duì)，找到對(duì)應(yīng)的曝光強(qiáng)度，并得到該曝光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的調(diào)整步長(zhǎng)值；該調(diào)整步長(zhǎng)值為下次拍攝 檔位與當(dāng)前檔位之差。
[0010] 每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)相機(jī)鏡頭接收的光通量變化為1/4?1/2。
[0011] 若通過(guò)調(diào)整步長(zhǎng)計(jì)算得到的新的檔位超出檔位范圍，則以最大或最小曝光時(shí)間為 下次拍攝相機(jī)曝光時(shí)間。
[0012] 一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整裝置，包括模塊如下：
[0013] (1)以設(shè)定檔位拍攝得到圖像，并計(jì)算得到該圖像的平均灰度值；所述設(shè)定檔位是 將相機(jī)曝光時(shí)間進(jìn)行分檔得到的，曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的檔位；
[0014] (2)以平均灰度評(píng)價(jià)曝光時(shí)間，若曝光不正常，則根據(jù)"平均灰度值--曝光強(qiáng) 度--檔位"之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)當(dāng)前檔位進(jìn)行調(diào)整，得到新的檔位，該新的檔位對(duì)應(yīng)的曝 光時(shí)間為下次拍攝相機(jī)曝光時(shí)間。
[0015] 所述曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)檔位從小到大；將平均灰度值用八位二進(jìn)制或十六進(jìn) 制表示，并取高五位數(shù)字，將該數(shù)字與預(yù)設(shè)的曝光強(qiáng)度-調(diào)整步長(zhǎng)表中曝光強(qiáng)度值進(jìn)行比 對(duì)，找到對(duì)應(yīng)的曝光強(qiáng)度，并得到該曝光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的調(diào)整步長(zhǎng)值；該調(diào)整步長(zhǎng)值為下次拍攝 檔位與當(dāng)前檔位之差。
[0016] 每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)相機(jī)鏡頭接收的光通量變化為1/4?1/2。
[0017] 若通過(guò)調(diào)整步長(zhǎng)計(jì)算得到的新的檔位超出檔位范圍，則以最大或最小曝光時(shí)間為 下次拍攝相機(jī)曝光時(shí)間。本發(fā)明的快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法有益效果如下：
[0018] 1、擺脫了傳統(tǒng)的相機(jī)自動(dòng)曝光控制方法硬件結(jié)構(gòu)和資源的限制，充分利用CCD傳 感器的特點(diǎn)，用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)相機(jī)測(cè)光功能，采用圖像平均灰度評(píng)價(jià)相機(jī)曝光強(qiáng)度，從而獲 得更為精確的曝光時(shí)間，獲得了較好的自動(dòng)曝光效果，拍攝得到像質(zhì)高的圖像。
[0019] 2、自動(dòng)曝光算法運(yùn)算速度高，處理數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)相機(jī)的快速、自動(dòng)曝 光，便于硬件移植。
[0020] 3、在實(shí)時(shí)性、可移植性、通用性、集成度、環(huán)境適應(yīng)性等各方面均表現(xiàn)優(yōu)異，可以大 大改善傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集成像系統(tǒng)自動(dòng)曝光方面的性能指標(biāo)，能廣泛應(yīng)用移植于光電偵察設(shè) 備當(dāng)中，有效的提升了光電平臺(tái)的智能化、自動(dòng)化程度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是實(shí)施例的一個(gè)灰度直方圖；
[0022] 圖2是相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法實(shí)施例的流程圖；
[0023] 圖3是實(shí)施例的拍攝的第一幅圖像；
[0024] 圖4是實(shí)施例的曝光時(shí)間調(diào)整后的拍攝圖像。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 某些圖像偵察裝置由于大沖擊、高速應(yīng)用的特殊性，不能選擇傳統(tǒng)上的機(jī)械快門(mén) 和光圈來(lái)調(diào)整相機(jī)正常曝光。為使系統(tǒng)適應(yīng)外界一定的光強(qiáng)變化，所應(yīng)用成像系統(tǒng)采用固 定光圈與自動(dòng)的連續(xù)可調(diào)電子快門(mén)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)曝光控制。整個(gè)控制邏輯在單片F(xiàn)PGA上設(shè) 計(jì)實(shí)現(xiàn)。
[0026] 先將相機(jī)曝光時(shí)間進(jìn)行分檔，曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的檔位；給相機(jī)初始化 一個(gè)固定的曝光時(shí)間Tms，該曝光時(shí)間對(duì)應(yīng)一個(gè)檔位，檔位與曝光時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是預(yù)先設(shè) 置好的，并進(jìn)行第一次拍攝，統(tǒng)計(jì)圖像的平均灰度。
[0027] 如圖1，圖像灰度直方圖的橫坐標(biāo)代表與最佳曝光量范圍相應(yīng)的灰度范圍，縱坐標(biāo) 代表具有該灰度的像元數(shù)。
[0028] 根據(jù)大量拍照試驗(yàn)，得出如下相機(jī)曝光判據(jù)：
[0029] 1)曝光正常判據(jù)：
[0030] a. 70%以上的像元灰度分布在?D_灰度范圍。
[0031] 因此，當(dāng)圖像平均灰度在96?112之間，判定圖像正常曝光。
[0032] 2)曝光過(guò)度判據(jù)：
[0033] a.在Dmin?Dmax灰度范圍內(nèi)的像元數(shù)低于總像元數(shù)的70%。
[0034] b.在靠近Dmin區(qū)域沒(méi)有或有很少的像元分布。
[0035] 因此，當(dāng)統(tǒng)計(jì)圖像平均灰度高于112,判定圖像過(guò)曝光；
[0036] 3)曝光不足判據(jù)：
[0037] a.在Dmin?Dmax灰度范圍內(nèi)的像元數(shù)低于總像元數(shù)的70%。
[0038] b.在靠近Dmax區(qū)域沒(méi)有或有很少的像元分布。
[0039] 因此，當(dāng)統(tǒng)計(jì)圖像平均灰度低于96,判定圖像欠曝光。
[0040] 按照國(guó)際慣例，對(duì)相機(jī)曝光量的控制一般采用分檔控制。為了簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確的 反映圖像的實(shí)時(shí)曝光情況，提高相機(jī)曝光的控制精度，由FPGA實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前圖像的平均灰 度，以圖像平均灰度來(lái)評(píng)價(jià)當(dāng)前圖像的曝光強(qiáng)度。如表1曝光強(qiáng)度與曝光調(diào)整步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)表。
[0041] 表1曝光強(qiáng)度與調(diào)整步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)表
[0042]

【權(quán)利要求】
1. 一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法，其特征在于，該方法的步驟如下： (1) 以設(shè)定檔位拍攝得到圖像，并計(jì)算得到該圖像的平均灰度值；所述設(shè)定檔位是將相 機(jī)曝光時(shí)間進(jìn)行分檔得到的，曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的檔位； (2) 以平均灰度評(píng)價(jià)曝光時(shí)間，若曝光不正常，則根據(jù)"平均灰度值一曝光強(qiáng)度-- 檔位"之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)當(dāng)前檔位進(jìn)行調(diào)整，得到新的檔位，該新的檔位對(duì)應(yīng)的曝光時(shí)間 為下次拍攝相機(jī)曝光時(shí)間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法，其特征在于：所述 曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)檔位從小到大；將平均灰度值用八位二進(jìn)制或十六進(jìn)制表示，并取 高五位數(shù)字，將該數(shù)字與預(yù)設(shè)的曝光強(qiáng)度-調(diào)整步長(zhǎng)表中曝光強(qiáng)度值進(jìn)行比對(duì)，找到對(duì)應(yīng) 的曝光強(qiáng)度，并得到該曝光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的調(diào)整步長(zhǎng)值；該調(diào)整步長(zhǎng)值為下次拍攝檔位與當(dāng)前 檔位之差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法，其特征在于：每個(gè) 檔位對(duì)應(yīng)相機(jī)鏡頭接收的光通量變化為1/4?1/2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3中任一項(xiàng)所述的一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整方法，其特 征在于：若通過(guò)調(diào)整步長(zhǎng)計(jì)算得到的新的檔位超出檔位范圍，則以最大或最小曝光時(shí)間為 下次拍攝相機(jī)曝光時(shí)間。
5. -種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于，包括模塊如下： (1) 以設(shè)定檔位拍攝得到圖像，并計(jì)算得到該圖像的平均灰度值；所述設(shè)定檔位是將相 機(jī)曝光時(shí)間進(jìn)行分檔得到的，曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的檔位； (2) 以平均灰度評(píng)價(jià)曝光時(shí)間，若曝光不正常，則根據(jù)"平均灰度值--曝光強(qiáng)度-- 檔位"之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)當(dāng)前檔位進(jìn)行調(diào)整，得到新的檔位，該新的檔位對(duì)應(yīng)的曝光時(shí)間 為下次拍攝相機(jī)曝光時(shí)間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于：所述 曝光時(shí)間從短到長(zhǎng)對(duì)應(yīng)檔位從小到大；將平均灰度值用八位二進(jìn)制或十六進(jìn)制表示，并取 高五位數(shù)字，將該數(shù)字與預(yù)設(shè)的曝光強(qiáng)度-調(diào)整步長(zhǎng)表中曝光強(qiáng)度值進(jìn)行比對(duì)，找到對(duì)應(yīng) 的曝光強(qiáng)度，并得到該曝光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的調(diào)整步長(zhǎng)值；該調(diào)整步長(zhǎng)值為下次拍攝檔位與當(dāng)前 檔位之差。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整裝置，其特征在于：每個(gè) 檔位對(duì)應(yīng)相機(jī)鏡頭接收的光通量變化為1/4?1/2。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7中任一項(xiàng)所述的一種快速的相機(jī)曝光時(shí)間自動(dòng)調(diào)整裝置，其特 征在于：若通過(guò)調(diào)整步長(zhǎng)計(jì)算得到的新的檔位超出檔位范圍，則以最大或最小曝光時(shí)間為 下次拍攝相機(jī)曝光時(shí)間。
【文檔編號(hào)】G03B7/08GK104301619SQ201410062016
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】張帆, 肖佑平, 劉洋, 王春江, 李萍 申請(qǐng)人:凱邁（洛陽(yáng)）測(cè)控有限公司