一種探月工程用自適應寬動態(tài)成像方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種探月工程用自適應寬動態(tài)成像方法及裝置，圖像傳感器采集并輸出一當前幀圖像數據后進行一次曝光，根據統計直方圖判斷是否過曝或欠曝，并進行二次曝光，然后將一次曝光和二次曝光后的前幀圖像數據通過灰度加權平均法融合成為一寬動態(tài)圖像數據進行壓縮編碼。
【專利說明】一種探月工程用自適應寬動態(tài)成像方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及視頻成像【技術領域】，特別涉及一種探月工程用自適應寬動態(tài)成像方法 及裝置。

【背景技術】
[0002] 動態(tài)范圍是評價圖像傳感器成像質量的重要指標，動態(tài)范圍的定義為最大非飽和 輸入信號與最小可測輸入信號的比值。圖像傳感器的動態(tài)范圍也可理解為光學器件可接 收的光照強度范圍。動態(tài)范圍的單位為dB(分貝），通常情況下人眼的動態(tài)范圍可量化為 180dB左右，而普通的圖像傳感器的動態(tài)范圍約為60?80dB。
[0003] 隨著空間技術的不斷發(fā)展，在航天領域中對于多媒體視頻成像的需求也越來越 多。然而由于空間的光照環(huán)境不確定性，可能視頻拍攝任務的光照環(huán)境為強光照（太陽作 為光源）和暗光源（監(jiān)視目標）并存。這就需要一種寬動態(tài)范圍的成像技術來實現，而傳 統的圖像處理方法難以應對這種狀況，成像不清晰，質量較差。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種探月工程用自適應寬動態(tài)成像 方法。本發(fā)明通過以下技術方案實現：
[0005] -種探月工程用自適應寬動態(tài)成像方法，包括步驟：
[0006] S1、圖像傳感器采集并輸出一當前幀圖像數據；
[0007] S2、對當前幀圖像數據進行一次曝光；
[0008] S3、根據一次曝光后的當前幀圖像數據形成統計直方圖，根據統計直方圖判斷一 次曝光后的當前幀圖像數據是否過曝或者欠曝；
[0009] S4、分別對過曝或欠曝的當前幀圖像數據進行二次曝光；
[0010] S5、合成一次曝光后的當前幀圖像數據和二次曝光后的當前幀圖像數據，通過灰 度加權平均法融合成一寬動態(tài)圖像幀數據；
[0011] S6、對寬動態(tài)圖像幀數據進行壓縮編碼及輸出。
[0012] 較佳的，圖像傳感器的輸出巾貞率為25巾貞/秒。
[0013] 較佳的，對寬動態(tài)圖像幀數據進行壓縮編碼及輸出包括：采用JPEG/H264壓縮成 數據碼流，輸出幀率為10/25幀/秒。
[0014] 本發(fā)明另提供一種探月工程用自適應寬動態(tài)成像裝置，包括：
[0015] 圖像傳感器，用以采集、輸出一當前幀圖像數據，并進行一次曝光；
[0016] 數字信號處理器，連接圖像傳感器，獲取一次曝光后的當前幀圖像數據的統計直 方圖，判斷一次曝光后的當前幀圖像數據是否過曝或者欠曝，分別對過曝或欠曝的當前幀 圖像數據進行二次曝光，將一次曝光和二次曝光后的當前幀圖像數據通過灰度加權平均法 融合成一寬動態(tài)圖像幀數據，并對寬動態(tài)圖像幀數據進行壓縮編碼及輸出。
[0017] 較佳的，圖像傳感器的輸出巾貞率為25巾貞/秒。
[0018] 較佳的，對寬動態(tài)圖像幀數據進行壓縮編碼及輸出包括：采用JPEG/H264壓縮成 數據碼流，輸出幀率為10/25幀/秒。
[0019] 較佳的，數字信號處理器通過I2C接口連接圖像傳感器。
[0020] 本發(fā)明通過寬動態(tài)成像后的圖像數據，可分辨出陰影區(qū)與陽照區(qū)共存時需要監(jiān)視 的目標，使在太空的監(jiān)視任務具有更強的環(huán)境光照適應能力，改善了畫質，使被監(jiān)視目標細 節(jié)更加清晰。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1所示的是本發(fā)明的流程圖；
[0022] 圖2所示的是本發(fā)明的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0023] 以下將結合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述 和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發(fā)明 中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0024] 為了便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結合附圖以具體實施例為例作進一步的 解釋說明，且各個實施例不構成對本發(fā)明實施例的限定。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明提供的一種探月工程用自適應寬動態(tài)成像方法，包括步驟：
[0026] S1、圖像傳感器采集并輸出一當前幀圖像數據；
[0027] S2、對當前幀圖像數據進行一次曝光；
[0028] S3、根據一次曝光后的當前幀圖像數據形成統計直方圖，根據統計直方圖判斷一 次曝光后的當前幀圖像數據是否過曝或者欠曝；
[0029] S4、分別對過曝或欠曝的當前幀圖像數據進行二次曝光；
[0030] S5、合成一次曝光后的當前幀圖像數據和二次曝光后的當前幀圖像數據，通過灰 度加權平均法融合成一寬動態(tài)圖像幀數據；
[0031] S6、對寬動態(tài)圖像幀數據進行壓縮編碼及輸出。
[0032] 如圖2所示，本發(fā)明的硬件結構包括：數字信號處理器2(DSP)、非易失存儲器 (FALSH)、27MHz晶振、DDR2 SDRAM存儲器、DDR2 SDRAM存儲器、24MHz晶振、圖像傳感器 1 (0V10633)、電源輸入接口、D⑶C LD0電源變換芯片、MCBSP數據輸出接口、指令接口、溫度 及工作狀態(tài)采集接口、可見光鏡頭。
[0033] 基于CMOS圖像傳感器+DSP數字處理器架構，DSP數字信號處理器通過I2C接口 對圖像傳感器進行初始化配置，圖像傳感器通過可見光鏡頭獲取光信號后，通過圖像傳感 器自帶的AD模塊將光信號轉換為電信號后，對當前幀F1進行一次自動及相應的二次曝光， 最后形成具備寬動態(tài)效果的一幀未壓縮圖像數據。通過寬動態(tài)成像后的圖像數據，可分辨 出陰影區(qū)與陽照區(qū)共存時需要監(jiān)視的目標，使在太空的監(jiān)視任務具有更強的環(huán)境光照適應 能力，改善了畫質，使被監(jiān)視目標細節(jié)更加清晰。
[0034] 根據CMOS圖像傳感器+DSP數字處理器架構的方案，本發(fā)明主要有以下幾個部分 組成：
[0035] 1、由數字信號處理器對CMOS圖像傳感器通過I2C進行控制，使其完成正確的初始 化。初始化時設置CMOS圖像傳感器輸出幀率為25幀/秒，曝光方式為自動曝光。
[0036] 2、數字信號處理器通過I2C設置CMOS圖像傳感器為手動曝光，然后獲取CMOS圖 像傳感器對當前幀自動曝光后形成的統計直方圖，根據統計直方圖的結果判斷當前圖像幀 過曝或欠曝，從而進行二次曝光。
[0037] 3、通過優(yōu)化處理，DSP數字信號處理器能夠在10ms內完成寬動態(tài)算法的執(zhí)行，由 于當前產品的輸出是經過JPEG/H264壓縮過的數據碼流，幀率為10/25幀/秒，而DSP數字 信號處理器壓縮一幀圖像數據的時間小于20ms，故不會造成丟幀情況發(fā)生。
[0038] 4、該系統架構外部外掛了兩片64MB的DDR2 SDRAM，足以應對標清（分辨率為 720*576)、高清（1280*720或1920*1080)或超高清（2048*2048)至少10幀圖像數據的存 儲，后續(xù)的功能擴展性較好。
[0039] 灰度加權平均法標準算法如下：
[0040] 對兩幀分辨率相同的圖像A和B，分辨率大小為W1*H2,經融合后得到的融合圖 像為G,那么對A、B兩個源圖的灰度加權平均融合過程可表示為：G(wl,h2) = c〇lA(wl, h2) + c〇2B(wl，h2)。式中：ω1+ω2=1。ω1、ω2-般取值為0. 5和0. 5,也可根據具體情 況進行設置。
[0041] 本發(fā)明的提出是基于CMOS圖像傳感器+DSP數字處理器通用平臺，比其利用專用 平臺及利用自帶寬動態(tài)S0C的專用圖像傳感器在航天領域的應用具有極大的優(yōu)勢，主要體 現在以下幾點 ：
[0042] 1、使用通用的數字信號處理器（DSP器件）比使用專用ASIC處理芯片實現寬動態(tài) 算法具有更多的靈活性，可以根據不同的任務需求，選用不同的數字信號處理器完成寬動 態(tài)算法。
[0043] 2、使用常規(guī)的CMOS圖像傳感器，對CMOS圖像傳感器選型要求是只需具備手動曝 光功能即可，現在常見的CMOS圖像傳感器均具備手動曝光功能，這樣即可根據任務需求不 同，選用用戶需要的CMOS圖像傳感器進行設計。
[0044] 3、該圖像寬動態(tài)算法設計優(yōu)化，通用性強，實際應用效果佳，可向多個平臺移植。
[0045] 4、由于空間環(huán)境的特殊性，為了保證能在空間惡劣的環(huán)境下正常工作，所用的器 件均選用高等級器件，并經過篩選實驗。
[0046] 本發(fā)明主要用于在艙體外拍攝太陽進入視角且需拍攝的被攝物也同時存在視場 中時，能夠清晰將被攝物進行成像，使其細節(jié)清晰可辨，不受太陽進入視場的影響。另外本 發(fā)明也可用于在極強光照和極低光照同時并存的環(huán)境下的成像，如在有太陽作為背景的視 場陰影區(qū)可分辨被攝物拍攝輪廓。該技術大大提高了成像設備的寬動態(tài)光照適應能力，解 決了在使用通用CMOS圖像傳感器的基礎上實現自適應寬動態(tài)成像，成像效果理想。
[0047] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍 為準。
【權利要求】
1. 一種探月工程用自適應寬動態(tài)成像方法，其特征在于，包括步驟： 51、 圖像傳感器采集并輸出一當前幀圖像數據； 52、 對當前幀圖像數據進行一次曝光； 53、 根據一次曝光后的當前幀圖像數據形成統計直方圖，根據統計直方圖判斷一次曝 光后的當前幀圖像數據是否過曝或者欠曝； 54、 分別對過曝或欠曝的當前幀圖像數據進行二次曝光； 55、 合成一次曝光后的當前幀圖像數據和二次曝光后的當前幀圖像數據，通過灰度加 權平均法融合成一寬動態(tài)圖像幀數據； 56、 對寬動態(tài)圖像幀數據進行壓縮編碼及輸出。
2. 根據權利要求1所述的探月工程用自適應寬動態(tài)成像方法，其特征在于，所述圖像 傳感器的輸出幀率為25幀/秒。
3. 根據權利要求1所述的探月工程用自適應寬動態(tài)成像方法，其特征在于，所述對寬 動態(tài)圖像幀數據進行壓縮編碼及輸出包括：采用JPEG/H264壓縮成數據碼流，輸出幀率為 10/25 幀 / 秒。
4. 一種探月工程用自適應寬動態(tài)成像裝置，其特征在于，包括： 圖像傳感器，用以采集、輸出一當前幀圖像數據，并進行一次曝光； 數字信號處理器，連接所述圖像傳感器，獲取一次曝光后的所述當前幀圖像數據的統 計直方圖，判斷一次曝光后的當前幀圖像數據是否過曝或者欠曝，分別對過曝或欠曝的當 前幀圖像數據進行二次曝光，將一次曝光和二次曝光后的當前幀圖像數據通過灰度加權平 均法融合成一寬動態(tài)圖像幀數據，并對所述寬動態(tài)圖像幀數據進行壓縮編碼及輸出。
5. 根據權利要求4所述的探月工程用自適應寬動態(tài)成像裝置，其特征在于，所述圖像 傳感器的輸出幀率為25幀/秒。
6. 根據權利要求4所述的探月工程用自適應寬動態(tài)成像裝置，其特征在于，所述對寬 動態(tài)圖像幀數據進行壓縮編碼及輸出包括：采用JPEG/H264壓縮成數據碼流，輸出幀率為 10/25 幀 / 秒。
7. 根據權利要求4所述的探月工程用自適應寬動態(tài)成像裝置，其特征在于，所述數字 信號處理器通過I2C接口連接所述圖像傳感器。
【文檔編號】H04N5/243GK104159046SQ201410447104
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權日:2014年9月4日
【發(fā)明者】徐起, 侯建文, 吳紅松, 蘇遠航, 葉盛, 黎澤清, 馮書誼, 梁志林 申請人:上海航天電子通訊設備研究所