專利名稱：一種數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)碼攝像裝置中對(duì)圖像質(zhì)量的自動(dòng)曝光控制領(lǐng)域，尤其涉及數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)碼相機(jī)等數(shù)碼靜態(tài)圖象、數(shù)碼影流應(yīng)用中，對(duì)圖象質(zhì)量的自動(dòng)曝光控制都是基于光學(xué)傳感器的感光曲線，曝光時(shí)間越長(zhǎng)，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(jī)從光學(xué)傳感器獲得的圖象亮度統(tǒng)計(jì)值(Y mean)，與對(duì)光學(xué)傳感器設(shè)置的當(dāng)前曝光時(shí)間(Exposure Time)的關(guān)系曲線圖，圖象亮度的增益幅度隨著曝光時(shí)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(shí)必須讓光學(xué)傳感器的曝光時(shí)間為1/100秒的整數(shù)倍，NTSC制時(shí)必須讓光學(xué)傳感器的曝光時(shí)間為1/120秒的整數(shù)倍。因此，曝光時(shí)間的調(diào)整必須與閃爍周期成正比，曝光時(shí)間是離散的若干檔位。但是現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)曝光控制裝置存在著以下問(wèn)題1、自動(dòng)曝光調(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(shí)間以獲得微小的亮度增益，對(duì)圖象可見度的改善不及時(shí)；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。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題和不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法。它使得曝光時(shí)間和數(shù)字亮度增益協(xié)同工作，使得自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)更加平滑。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)一種數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法，其步驟為1)自動(dòng)曝光控制程序單元根據(jù)接收到的亮度統(tǒng)計(jì)值和當(dāng)前曝光時(shí)間判斷是否需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)；2)如果不需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)，曝光調(diào)節(jié)結(jié)束，如果需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)，計(jì)算出新的曝光時(shí)間和新的增益參數(shù)；3)如果曝光時(shí)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(shí)間下的最低值，如果曝光時(shí)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(shí)間下的最高值，如果曝光時(shí)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(jì)值發(fā)送給自動(dòng)曝光控制程序單元，并返回步驟1)。
上述步驟3)中的數(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)范圍隨著曝光時(shí)間的增大而遞減。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)范圍可以通過(guò)曝光時(shí)間和光學(xué)傳感器的特征參數(shù)來(lái)配置。
上述步驟3)中數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元對(duì)圖像A的數(shù)字化圖像亮度的調(diào)節(jié)是通過(guò)增益參數(shù)N/M來(lái)進(jìn)行的調(diào)解。增益參數(shù)N/M中的N和M可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明進(jìn)行曝光調(diào)節(jié)的同時(shí)調(diào)節(jié)數(shù)字化亮度增益，用數(shù)字化亮度增益的變化來(lái)補(bǔ)償曝光調(diào)解過(guò)程中的閃爍現(xiàn)象。如果曝光時(shí)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(shí)間下的最低值，然后再調(diào)節(jié)至當(dāng)前曝光時(shí)間下的數(shù)字化亮度增益最高值；如果曝光時(shí)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(shí)間下的最高值這樣，然后再調(diào)節(jié)至當(dāng)前曝光時(shí)間下的數(shù)字化亮度增益最低值。在自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)的時(shí)候，在兩個(gè)曝光時(shí)間檔之間，通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)字化亮度增益，使得自動(dòng)曝光的調(diào)節(jié)顯得比較平滑。另外，由于在低照度條件下，本發(fā)明通過(guò)當(dāng)前曝光時(shí)間檔位和當(dāng)前圖象亮度統(tǒng)計(jì)值的計(jì)算，可以及時(shí)判定低照度工作狀態(tài)，將曝光時(shí)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(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣保證了運(yùn)算的精度，使得亮度增益的調(diào)節(jié)更加靈活、硬件的實(shí)現(xiàn)代價(jià)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為本發(fā)明的流程圖；圖3為本發(fā)明曝光時(shí)間與數(shù)字化亮度增益的協(xié)同工作曲線圖；圖4為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；圖5為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
參看圖2，一種數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法，其步驟為1)自動(dòng)曝光控制程序單元根據(jù)接收到的亮度統(tǒng)計(jì)值和當(dāng)前曝光時(shí)間判斷是否需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)；2)如果不需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)，曝光調(diào)節(jié)結(jié)束，如果需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)，計(jì)算出新的曝光時(shí)間和新的增益參數(shù)；3)如果曝光時(shí)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(shí)間下的最低值，如果曝光時(shí)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(shí)間下的最高值，如果曝光時(shí)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(jì)值發(fā)送給自動(dòng)曝光控制程序單元，并返回步驟1)。
上述步驟3)中的數(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)范圍隨著曝光時(shí)間的增大而遞減。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)范圍可以通過(guò)曝光時(shí)間和光學(xué)傳感器的特征參數(shù)來(lái)配置。
上述步驟3)中數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元對(duì)圖像A的數(shù)字化圖像亮度的調(diào)節(jié)是通過(guò)增益參數(shù)N/M來(lái)進(jìn)行的調(diào)解。增益參數(shù)N/M中的N和M可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。曝光時(shí)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(gè)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(shí)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(shí)間檔位的調(diào)節(jié)已不能及時(shí)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。而本發(fā)明基于當(dāng)前曝光時(shí)間檔位和當(dāng)前圖象亮度統(tǒng)計(jì)值的關(guān)系，可以及時(shí)判定低照度工作狀態(tài)，將曝光時(shí)間鎖死在較高的檔位并保證適當(dāng)?shù)臄?shù)碼影流(Digitalvideo)的幀率(Frame rate)，同時(shí)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(guò)本發(fā)明的來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(yùn)算精度，硬件實(shí)現(xiàn)代價(jià)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3，仔細(xì)分析數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元4在曝光時(shí)間改變時(shí)，對(duì)亮度增益進(jìn)行調(diào)解的過(guò)程。下面以圖象亮度統(tǒng)計(jì)值始終不滿足自動(dòng)曝光穩(wěn)態(tài)條件，且低于期望值為例。自動(dòng)曝光穩(wěn)態(tài)條件指當(dāng)前圖象亮度統(tǒng)計(jì)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(shí)間檔位和光學(xué)傳感器特征參數(shù)，可以靈活計(jì)算。對(duì)于圖3中的曲線圖進(jìn)行分析，0-1從當(dāng)前曝光時(shí)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(shí)間下的數(shù)字化亮度增益最高值；1-2曝光時(shí)間上調(diào)一檔，同時(shí)將數(shù)字化亮度增益復(fù)位至從當(dāng)前曝光時(shí)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(shí)間下，會(huì)將亮度增益由最低值開始，上調(diào)至當(dāng)前曝光時(shí)間檔下的亮度增益最高值；如果這時(shí)曝光時(shí)間上調(diào)，同時(shí)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(shí)間檔下的亮度增益最低值，然后再上調(diào)至當(dāng)前曝光時(shí)間檔下的亮度增益最高值。
參看圖4，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置，包括自動(dòng)曝光控制程序單元1、曝光時(shí)間控制單元2、其他圖像信號(hào)處理單元5和中斷控制單元6。所述其他圖像信號(hào)處理單元5包括一個(gè)亮度統(tǒng)計(jì)模塊7，所述亮度統(tǒng)計(jì)模塊7掃描接收到的圖像數(shù)據(jù)的每個(gè)象素的亮度分量，并計(jì)算每幀圖象的亮度統(tǒng)計(jì)值，再通過(guò)中斷控制單元6反饋給自動(dòng)曝光控制程序單元1。所述自動(dòng)曝光控制程序單元1根據(jù)所得的亮度統(tǒng)計(jì)值和當(dāng)前曝光時(shí)間計(jì)算出更新的曝光時(shí)間，所述自動(dòng)曝光控制程序單元1發(fā)送更新曝光時(shí)間指令給所述曝光時(shí)間控制單元2。所述曝光時(shí)間控制單元2將新的曝光時(shí)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(shí)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。該裝置還包括數(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(dòng)曝光控制程序單元1發(fā)送的新的亮度增益參數(shù)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)A的每個(gè)象素?cái)?shù)據(jù)在亮度增益的可調(diào)范圍內(nèi)進(jìn)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(hào)處理單元5進(jìn)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(shí)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(guò)曝光時(shí)間和光學(xué)傳感器的特征參數(shù)來(lái)配置。
參看圖5，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一種裝置是在圖4所示裝置的基礎(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(shí)間控制單元2發(fā)送的同步標(biāo)志啟動(dòng)曝光幀數(shù)計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果與自動(dòng)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(dá)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(gè)當(dāng)自動(dòng)曝光處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，屏蔽掉亮度增益功能的屏蔽電路模塊8。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法，其步驟為1)自動(dòng)曝光控制程序單元根據(jù)接收到的亮度統(tǒng)計(jì)值和當(dāng)前曝光時(shí)間判斷是否需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)；2)如果不需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)，曝光調(diào)節(jié)結(jié)束，如果需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)，計(jì)算出新的曝光時(shí)間和新的增益參數(shù)；3)如果曝光時(shí)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(shí)間下的最低值，如果曝光時(shí)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(shí)間下的最高值，如果曝光時(shí)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(jì)值發(fā)送給自動(dòng)曝光控制程序單元，并返回步驟1)。
2.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法，其特征在于，所述步驟3)中的數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元對(duì)數(shù)字化亮度增益進(jìn)行調(diào)解的可調(diào)范圍隨著曝光時(shí)間的增大而遞減。
3.按照權(quán)利要求2所述的數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法，其特征在于，所述數(shù)字化亮度增益的可調(diào)范圍可以通過(guò)曝光時(shí)間和光學(xué)傳感器的特征參數(shù)來(lái)配置。
4.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法，其特征在于，所述步驟3)中數(shù)字化亮度增益調(diào)節(jié)單元對(duì)圖像A的數(shù)字化圖像亮度的調(diào)節(jié)是通過(guò)增益參數(shù)N/M來(lái)進(jìn)行的調(diào)解。
5.按照權(quán)利要求4所述的數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法，其特征在于，所述增益參數(shù)N/M中的N和M可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了數(shù)字亮度增益與曝光時(shí)間協(xié)同工作的自動(dòng)曝光方法，屬于圖像質(zhì)量的自動(dòng)曝光控制領(lǐng)域。本發(fā)明使曝光時(shí)間和數(shù)字亮度增益協(xié)同工作，自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)更加平滑。本發(fā)明步驟為1)根據(jù)接收到的亮度統(tǒng)計(jì)值和當(dāng)前曝光時(shí)間判斷是否需要進(jìn)行自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)；2)如果不需要自動(dòng)曝光調(diào)節(jié)，曝光調(diào)節(jié)結(jié)束，如果需要，計(jì)算出新的曝光時(shí)間；3)如果曝光時(shí)間增大，將數(shù)字化亮度增益復(fù)位至新的曝光時(shí)間下的最低值，如果曝光時(shí)間減小，將數(shù)字化亮度增益復(fù)位至新的曝光時(shí)間下的最高值，如果曝光時(shí)間不變，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)將調(diào)節(jié)后的圖像數(shù)據(jù)B的亮度統(tǒng)計(jì)值發(fā)送給自動(dòng)曝光控制程序單元，返回步驟1)。
文檔編號(hào)G03B7/091GK1547076SQ20031011698
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)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(jiān), 朱小琳, 李國(guó)新, 俞青 申請(qǐng)人:北京中星微電子有限公司