一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法及裝置，實現(xiàn)方法，包括以下步驟：步驟A：獲取N幀原始圖像的步驟，N≥2；步驟B：將N幀原始圖像與N個圖像信號處理器一一對應分別送至N個圖像信號處理器的步驟；步驟C：N幀原始圖像分別在對應圖像信號處理器中進行圖像處理的步驟；步驟D：將經(jīng)過圖像處理后的N幀圖像進行寬動態(tài)合成獲得更高動態(tài)范圍圖像的步驟。本發(fā)明具有如下優(yōu)點：能夠在場景光照對比度較大的情況下，為用戶提供含有更多細節(jié)的圖像，使圖像中亮區(qū)域和暗區(qū)域同時能夠看清晰細節(jié)，有效解決普通攝像機曝光過量和曝光過暗不能看清圖像細節(jié)的問題，也為寬動態(tài)攝像機的實現(xiàn)提供了新的思路和方法，采用多個圖像信號處理器來實現(xiàn)。
【專利說明】一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及攝像機及視頻監(jiān)控領域，具體是指一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法及裝置。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的攝像機當在光線對比非常強烈的情況下，攝像機輸出的圖像高亮區(qū)域會曝光過度，畫面變成白色，而低亮區(qū)域會因曝光不足而變成黑色，嚴重影響圖像質量。為了改善上述問題，寬動態(tài)攝像機概念被提出并推出了相應產(chǎn)品。
[0003]典型寬動態(tài)攝像機的實現(xiàn)方法主要有兩類:一類是通過對圖像的增強變換來增加圖像的動態(tài)范圍，一類是在一個圖像信號處理器中利用不同曝光獲取明暗區(qū)域的圖像信息，然后在該圖像信號處理器中通過數(shù)字圖像合成的方式實現(xiàn)?；谠鰪娮儞Q的方法即數(shù)字寬動態(tài)，是將原始數(shù)據(jù)通過相關映射達到增強圖像動態(tài)范圍的目的，因此，圖像的細節(jié)信息也會相應受到損失。基于一個圖像信號處理器利用不同曝光實現(xiàn)寬動態(tài)的方法，由于圖像信號處理器芯片中要采取雙通道圖像處理模式，其芯片設計邏輯結構復雜，資源開銷大，對于高清攝像機具有較高的帶寬和工作頻率，即功耗高，芯片可實現(xiàn)性較低。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目 的在于提供一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法及裝置，其采用多個圖像信號處理器結構來實現(xiàn)攝像機的寬動態(tài)技術，由于圖像信號處理器中圖像處理單元占用了 95%以上的資源，而單個圖像信號處理器中圖像處理單元是單通道的，因此，本發(fā)明采用多芯片結構實現(xiàn)寬動態(tài)的優(yōu)點是:單個芯片邏輯結構更簡單，可實現(xiàn)性更強；資源開銷小，功耗更低；頻率更地，帶寬低，提高了一體機機芯處理的能力和速度；同時保留了單芯片使用時的低成本等優(yōu)勢，且通過多芯片的結構能獲得很好的寬動態(tài)效果。
[0005]本發(fā)明的目的通過下述技術方法實現(xiàn):
一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
步驟A:獲取N幀原始圖像的步驟，N ^ 2 ；
步驟B:將N幀原始圖像與N個圖像信號處理器一一對應分別送至N個圖像信號處理器的步驟；
步驟C:N幀原始圖像分別在對應圖像信號處理器中進行圖像處理的步驟；
步驟D:將經(jīng)過圖像處理后的N幀圖像進行寬動態(tài)合成獲得更高動態(tài)范圍圖像的步
驟；
步驟A獲取的N幀原始圖像存在以下兩種情形:
情形1:在N幀原始圖像中，所有原始圖像的曝光均相同；
情形2:在N幀原始圖像中，至少存在一幀原始圖像的曝光與其余幀原始圖像的曝光不
同；
步驟B的具體過程為:將N幀原始圖像全部送至第一個圖像信號處理器，其中一幀原始圖像在第一個圖像信號處理器中進行圖像處理，將第一余下幀原始圖像送至第二個圖像信號處理器，第一余下幀原始圖像中的一幀原始圖像在第二個圖像信號處理器中進行圖像處理，將第二余下幀原始圖像送至下一個圖像信號處理器，依次類推，直到最后一幀原始圖像送至最后一個圖像信號處理器中進行處理；
步驟C中的圖像處理需要經(jīng)過曝光處理、白平衡處理、色彩插值和色彩分離步驟；
步驟D的具體過程存在以下2種情形:
情形1:將第N個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)與第N-1個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)通過寬動態(tài)合成的方法合成，然后將該合成后的圖像與第N-2個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)合成更高動態(tài)范圍的圖像，依次類推，直到與第一個圖像信號處理器處理后的圖像合成，將得到最終的寬動態(tài)范圍圖像；
情形2:將第I個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)與第2個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)通過寬動態(tài)合成的方法合成，然后將該合成后的圖像與第3個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)合成更高動態(tài)范圍的圖像，依次類推，直到與第N個圖像信號處理器處理后的圖像合成，將得到最終的寬動態(tài)范圍圖像。
[0006]依照上述方法，本發(fā)明利用將圖像信號分為N幀原始圖像，再利用與N幀原始圖像一一對應的單通道圖像信號處理器對原始圖像進行處理，主要處理原始圖像的曝光信息，將原始圖像逐一處理，調節(jié)后在進行逐級依次兩兩式的合成處理，最終處理后的圖像達到寬動態(tài)范圍圖像的目的。依照上述原理，可以利用圖像信號處理器對單一的圖像信息進行快速的處理，這樣利用單個芯片邏輯結構更簡單，可實現(xiàn)性更強；資源開銷小，功耗更低；頻率更地，帶寬低，可以提高了一體機機芯處理的能力和速度；同時保留了單芯片使用時的低成本等優(yōu)勢，且通過多芯片的結構能獲得很好的寬動態(tài)效果。
[0007]由于不易采用過度的處理器，為了節(jié)約成本，同時保證系統(tǒng)的簡單邏輯原理，因此N的取值為2至8。
[0008]一般的步驟A獲取的N幀原始圖像存在以下兩種情形:
情形1:在N幀原始圖像中，所有原始圖像的曝光均相同；
情形2:在N幀原始圖像中，至少存在一幀原始圖像的曝光與其余幀原始圖像的曝光不
同；
優(yōu)選的，在N幀原始圖像中，N幀原始圖像的曝光均各不相同。這樣每幀原始圖像均會得到處理后然后進行合成處理，這樣處理出來的圖像具備寬動態(tài)效果，圖像更加清晰，該技術條件為最佳實施參數(shù)。
[0009]優(yōu)選的，兩幀之間通過圖像合成的方式得到更寬動態(tài)范圍圖像的方法為:兩幀圖像分別用FA和FB表示，合成后的寬動態(tài)圖像為FW，則有，其中M和.fcff要求是歸一的。
[0010]具體的:當N幀原始圖像的曝光各不相同時，原始圖像的獲取是由圖像傳感器獲取不同曝光時間的原始圖像。
[0011]當N=2時，獲取兩幀曝光時間不同的原始圖像，一幀為長幀曝光圖像，一幀為短幀曝光圖像；
在經(jīng)過步驟C進行曝光處理的具體過程為:將長幀曝光圖像和短幀曝光圖像送至第一圖像信號處理器，由第一圖像信號處理器處理長幀曝光圖像，將短幀曝光圖像送至第二圖像信號處理器，由第二圖像信號處理器處理短幀曝光圖像；
對于長幀曝光圖像:
利用第一圖像信號處理器取得長幀曝光圖像的長幀亮度直方圖HistA，
統(tǒng)計長幀亮度直方圖HistA中最小10%的像素均值MinP，
然后判斷MinP是否在設定范圍內，該設定范圍是可調的，如果在該范圍內，則將得到正常的長幀曝光圖像，如果不在范圍內，則通過調低曝光時間或調高曝光時間來調整曝光時間，使MinP在該范圍內即可；
對于短幀曝光圖像:
利用第二圖像信號處理器取得短幀曝光圖像的短幀亮度直方圖HistA，
統(tǒng)計短幀亮度直方圖HistA中最大10%的像素均值MaxP，
然后判斷MaxP是否在設定范圍內，該設定范圍是可調的，如果在該范圍內，則將得到正常的長幀曝光圖像，如果不在范圍內，則通過調低曝光時間或調高曝光時間來調整曝光時間，使MaxP在該范圍內即可；
第一圖像信號處理器處理后的圖像和第二圖像信號處理器處理后的圖像合成方法
為:
將第二圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)B為YCbCr_a，YCbCr_a以YCbCr的格式通過輸出接口送至第一圖像信號處理器，并與第一圖像信號處理器中的圖像數(shù)據(jù)8￥030_13進行寬動態(tài)合成，
由第一圖像信號處理器的合成系數(shù)kA與第二圖像信號處理器的合成系數(shù)kB分別與其
圖像數(shù)據(jù)相乘，然后通過加法器相加，系數(shù)kA和kB要求是歸一的，設合成后的寬動態(tài)圖像
為YCbCr_w，要合成的數(shù)據(jù)為YCbCr_a和YCbCr_b，則有:
【權利要求】
1.一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A:獲取N幀原始圖像的步驟，N ^ 2 ； 步驟B:將N幀原始圖像與N個圖像信號處理器一一對應分別送至N個圖像信號處理器的步驟； 步驟C:N幀原始圖像分別在對應圖像信號處理器中進行圖像處理的步驟； 步驟D:將經(jīng)過圖像處理后的N幀圖像進行寬動態(tài)合成獲得更高動態(tài)范圍圖像的步驟； 步驟A獲取的N幀原始圖像存在以下兩種情形: 情形1:在N幀原始圖像中，所有原始圖像的曝光均相同； 情形2:在N幀原始圖像中，至少存在一幀原始圖像的曝光與其余幀原始圖像的曝光不同； 步驟B的具體過程為:將N幀原始圖像全部送至第一個圖像信號處理器，其中一幀原始圖像在第一個圖像信號處理器中進行圖像處理，將第一余下幀原始圖像送至第二個圖像信號處理器，第一余下幀原始圖像中的一幀原始圖像在第二個圖像信號處理器中進行圖像處理，將第二余下幀原始圖像送至下一個圖像信號處理器，依次類推，直到最后一幀原始圖像送至最后一個圖像信號處理器中進行處理； 步驟C中的圖像處理需要經(jīng)過曝光處理、白平衡處理、色彩插值和色彩分離步驟； 步驟D的具體過程存在以下2種情形: 情形1:將第N個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)與第N-1個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)通過寬動態(tài)合成的方法合成，然后將該合成后的圖像與第N-2個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)合成更高動態(tài)范圍的圖像，依次類推，直到與第一個圖像信號處理器處理后的圖像合成，將得到最終的寬動態(tài)范圍圖像； 情形2:將第I個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)與第2個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)通過寬動態(tài)合成的方法合成，然后將該合成后的圖像與第3個圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)合成更高動態(tài)范圍的圖像，依次類推，直到與第N個圖像信號處理器處理后的圖像合成，將得到最終的寬動態(tài)范圍圖像。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法，其特征在于:N的取值為2至8。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法，其特征在于:在N幀原始圖像中，N幀原始圖像的曝光均各不相同。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法，其特征在于:兩幀之間通過圖像合成的方式得到更寬動態(tài)范圍圖像的方法為:兩幀圖像分別用FA和FB表示，合成后的寬動態(tài)圖像為FW，則有FW = MX A4+A5 X ,其中M和kB要求是歸一的。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法，其特征在于:當N幀原始圖像的曝光各不相同時，原始圖像的獲取是由圖像傳感器獲取不同曝光時間的原始圖像。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法，其特征在于: 當N=2時，獲取兩幀曝光時間不同的原始圖像，一幀為長幀曝光圖像，一幀為短幀曝光圖像； 在經(jīng)過步驟C進行曝光處理的具體過程為:將長幀曝光圖像和短幀曝光圖像送至第一圖像信號處理器，由第一圖像信號處理器處理長幀曝光圖像，將短幀曝光圖像送至第二圖像信號處理器，由第二圖像信號處理器處理短幀曝光圖像； 對于長幀曝光圖像: 利用第一圖像信號處理器取得長幀曝光圖像的長幀亮度直方圖HistA， 統(tǒng)計長幀亮度直方圖HistA中最小10%的像素均值MinP， 然后判斷MinP是否在設定范圍內，該設定范圍是可調的，如果在該范圍內，則將得到正常的長幀曝光圖像，如果不在范圍內，則通過調低曝光時間或調高曝光時間來調整曝光時間，使MinP在該范圍內即可； 對于短幀曝光圖像: 利用第二圖像信號處理器取得短幀曝光圖像的短幀亮度直方圖HistA， 統(tǒng)計短幀亮度直方圖HistA中最大10%的像素均值MaxP， 然后判斷MaxP是否在設定范圍內，該設定范圍是可調的，如果在該范圍內，則將得到正常的長幀曝光圖像，如果不在范圍內，則通過調低曝光時間或調高曝光時間來調整曝光時間，使MaxP在該范圍內即可。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法，其特征在于: 第一圖像信號處理器處理后的圖像和第二圖像信號處理器處理后的圖像合成方法為: 將第二圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)B為YCbCr_a，YCbCr_a以YCbCr的格式通過輸出接口送至第一圖像信號處理器，并與第一圖像信號處理器中的圖像數(shù)據(jù)8￥030_13進行寬動態(tài)合成， 由第一圖像信號處理器的合成系數(shù)kA與第二圖像信號處理器的合成系數(shù)kB分別與其圖像數(shù)據(jù)相乘，然后通過加法器相加，系數(shù)kA和kB要求是歸一的，設合成后的寬動態(tài)圖像為YCbCr_w，要合成的數(shù)據(jù)為YCbCr_a和YCbCr_b，則有:
8.根據(jù)權利要求5所述的一種寬動態(tài)攝像機實現(xiàn)方法，其特征在于: 當N幀原始圖像的曝光各不相同時，不同曝光時間的判斷方法為: 當N為3時，存在最長曝光時間原始圖像和最短曝光時間原始圖像以及中間曝光時間原始圖像，中間曝光時間原始圖像的時間為最長曝光時間原始圖像的曝光時間和最短曝光時間原始圖像的曝光時間的中間值； 當N大于3時， 設第一幀曝光時間為Tl,Tl為最長曝光時間，第η幀曝光時間Tn,Tn為最短曝光時間，那么第二到第η-1中任一幀的曝光時間Ti計算公式為:
9.根據(jù)權利要求1-8所獲得的裝置，其特征在于: 包括圖像采集單元，圖像采集單元是通過單個圖像傳感器分時獲取N幀不同曝光時間的原始圖像數(shù)據(jù)； 包括N個圖像信號處理器， 圖像信號處理器中包括輸入接口單元，輸入接口單元將所述圖像傳感器獲得的N幀原始圖像數(shù)據(jù)分別送至所對應的N個圖像信號處理器； 圖像信號處理器中包括圖像處理單元，圖像處理單元對該圖像信號處理器中的原始圖像進行相關處理，獲得更符合人眼視覺的圖像數(shù)據(jù)； 圖像信號處理器中包括圖像合成單元，圖像合成單元將本圖像處理器中圖像處理單元處理后的圖像數(shù)據(jù)與下一級圖像信號處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)，通過寬動態(tài)合成技術合成更寬動態(tài)范圍的攝像機圖像； 圖像信號處理器中包括輸出接口單元，將圖像數(shù)據(jù)輸出用于在另一個圖像信號處理器合成寬動態(tài)圖像，或者將寬動態(tài)合成后的圖像輸出用于顯示； 圖像信號處理器中包括CPU控制單元，CPU控制單元用于控制N個圖像信號處理器之間的相互通信。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于:所述圖像處理單元包括曝光處理子單元、白平衡處理子單元、色彩插值子單元和色彩分離子單元。
【文檔編號】H04N9/64GK103873781SQ201410118520
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權日:2014年3月27日
【發(fā)明者】劉欣 申請人:成都動力視訊科技有限公司