一种对图像传感器过曝区域调光的方法与流程

1.本发明涉及图像调光技术领域，具体涉及一种对图像传感器过曝区域调光的方法。


背景技术：

2.近年来，随着ccd、cmos图像传感器的快速发展，照相机、摄像机等图像成像设备，在日常生活生产中发挥着重要作用。基于数字图像的自动调光方法为目前自动调光的主要方法，常见的isp芯片均有该类技术的相关应用。自动调光技术一般是利用算法对图像传感器所拍摄的场景进行自动曝光，获得理想的图像。用来控制自动调光的曝光参数有：光圈大小、曝光时间以及亮度增益。光圈大小和曝光时间用于调节接收的光能量，亮度增益用于对电信号进行放大。图像传感器的自动调光主要控制曝光时间和亮度增益，自动调光算法主要应用灰度平均值，将灰度平均值作为反馈量，通过调节曝光时间和亮度增益，使得图像灰度平均值在合理范围内波动，这种方法适用于亮度均匀的场景。还有采用pid算法调节自动曝光，根据场景判断和人脸追踪，使用pid算法增加系统收敛速度和稳定性，能够使人脸在摄像机景深范围内一直维持良好的亮度，避免了人脸过曝或者过暗的情况。另外，通过增加硬件设备，使用一个环境光传感器（如光敏电阻），事先标定出环境光强度及曝光参数之间的关系，应用中通过先确认环境光亮度，使用查表映射法快速确认曝光设置，完成自动曝光。上述方法可满足大部分的场景需求，但是对于场景中存在过曝现象的应用，如内窥镜光源的反射光过曝、自然场景中照明光源的过曝，上述方法无法实现快速准确的对过曝区域进行调光。主要原因如下：一，图像灰度值的计算采用矩阵块（例如15x15区域或全幅图像），如矩阵块大小或位置不合适，则所计算的灰度值将不能反应真实情况；二，灰度阈值的设定采用经验设置，调光后的结果不一定是最优；三、调光算法一般采用曝光步长循环迭代，这样要经过若干帧后才能获得较好的曝光。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种对图像传感器过曝区域调光的方法。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种对图像传感器过曝区域调光的方法，包括以下步骤：步骤s1：利用图像处理技术，确定图像过曝区域；步骤s2：获取过曝区域内的长半径和短半径；步骤s3：以长半径、短半径交点为中心，将长半径和短半径向外延伸，计算延伸后长半径和短半径的平均灰度值，并获得光强分布；步骤s4：将预期调光后短半径长度作为半径期望值l1，根据半径期望值及光强分布计算出灰度期望值；其中，优选为短半径的1/5-1/4。
5.步骤s5：将灰度期望值与其在本帧图像内所对应像素点的平均灰度值进行比对，
通过比对结果计算出调光所需的曝光时间和亮度增益的乘积，通过乘积结果对过曝区域进行调光。
6.基于上述技术方案，更进一步的，步骤s1，采集图像，图像中灰度值为255的像素点定义为过曝像素点，过曝像素点的集合为过曝区域。
7.基于上述技术方案，更进一步的，步骤s2，获取过曝区域内的长直径和垂直于长直径的短直径，长直径和短直径垂直相交的点设为中心点，以中心点为界将长直径和短直径分为四条半径，以短半径为参照物长度记为l，其他三条与其比值记作k1，k2，k3。
8.基于上述技术方案，更进一步的，步骤s3，以中心点为起点，沿着四条半径的方向向外延伸距离，并计算延伸后的四条半径外围四个点的平均灰度值。
9.基于上述技术方案，更进一步的，四条半径分别设为，，，，为变化量，变化时将得到一组不同的平均灰度值，将延伸距离后对应的半径及平均灰度值进行拟合得到光强分布。
10.基于上述技术方案，更进一步的，拟合公式为：，为平均灰度值，为所求的光强分布参数。
11.基于上述技术方案，更进一步的，步骤s4，根据半径期望值l1，计算调光后的灰度期望值。
12.基于上述技术方案，更进一步的，灰度期望值的计算过程为：。
13.基于上述技术方案，更进一步的，步骤s5，获取当前图像传感器的曝光时间和亮度增益；计算灰度期望值与平均灰度值的比值，将比值记为；通过曝光时间、亮度增益和计算获得预期灰度值以在实现预期过曝区域调光时所需的曝光时间和亮度增益。
14.基于上述技术方案，更进一步的，计算曝光时间和亮度增益的公式为：；其中，曝光时间和亮度增益的乘积越大，过曝区域的光强度越高，乘积越小，光强度越小。
15.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明是利用图像处理技术，确定图像中的过曝区域，计算出光强分布规律，由此计算出调光参数。此方法引入了图像采集系统，光强可控点光源。光强可控点光源在图像采集系统中模拟过曝区域，点光源光强增大或缩小控制过曝区域范围。首先计算过曝区域外的光强分布，光强的分布以过曝区域中心为起点，向外以圆或椭圆方式在过曝区域外随半径增加而减弱；将预期调光后短半径长度作为半径期望值，根据该半径期望值及光强分布
计算出灰度期望值，最后将灰度期望值与其在本帧图像内所对应像素点的平均灰度值进行比对快速计算出调光所需的曝光时间和亮度增益。此方法测量的是过曝区域不同半径所对应的四个延伸方向/辐射方向上的平均灰度值，更加准确反应光强的客观分布；根据预期调光后短半径长度作为半径期望值计算所对应的灰度期望值，可以更快速、更准确的得到所期望的调光效果。也即是，本发明采用辐射方向方式（或矢量方式）对过曝区域外进行平均灰度值的计算，更客观的反应光强分布；并且采用半径期望值方式来计算灰度期望值，既从期望结果计算灰度阈值；使得更快速、更准确的达到预期调光效果。
附图说明
16.图1为本发明调光方法的流程图。
具体实施方式
17.值得说明的是，本发明中使用的原料均为普通市售产品，对其来源不做具体限定。
18.以下原料来源，为示例性说明：实施例1如图1所示，一种对图像传感器过曝区域调光的方法，包括以下步骤：步骤s1：利用图像处理技术，确定图像过曝区域；具体而言，利用相机采集图像，图像中灰度值为255的像素点定义为过曝像素点，过曝像素点的集合为过曝区域。优选的，过曝区域为椭圆形。
19.步骤s2：获取过曝区域内的长半径和短半径；具体而言，获取过曝区域内的长直径和垂直于长直径的短直径，长直径和短直径垂直相交的点设为中心点，以中心点为界将长直径和短直径分为四条半径，以短半径为参照物长度记为l，其他三条与其比值记作k1，k2，k3。
20.步骤s3：以长半径、短半径交点为中心，将长半径和短半径向外延伸，计算延伸后长半径和短半径对应像素点的平均灰度值，并获得光强分布；具体而言，以中心点为起点，沿着四条半径的方向向外延伸距离，该为变化量，根据实际情况而定，并计算延伸后的四条半径对应的外围四个点的平均灰度值。具体的，获取这四个点的灰度值，然后将其灰度值的总和除以四即可获得这四个点的平均灰度值。
21.进一步的，四条半径分别设为，，，，变化时，将得到一组不同的平均灰度值，将延伸距离后对应的半径及平均灰度值进行拟合得到光强分布。
22.具体的，拟合公式为：，为平均灰度值，为所求的光强分布参数。
23.步骤s4：将预期调光后短半径长度作为半径期望值l1，根据半径期望值l1及光强分布计算出灰度期望值；具体而言，根据半径期望值l1，计算调光后的灰度期望值，其中，半径期望值l1为短半径的1/5-1/4。灰度期望值的计算过程为：
。
24.步骤s5：将灰度期望值与其在本帧图像内所对应像素点的平均灰度值进行比对，通过比对结果计算出调光所需的曝光时间和亮度增益的乘积，通过乘积结果对过曝区域进行调光。具体而言，获取当前图像传感器的曝光时间和亮度增；计算灰度期望值与平均期望值的比值，将比值记为；通过曝光时间、亮度增益和计算获得预期灰度值以在实现预期过曝区域调光时所需的曝光时间和亮度增益。其中，计算曝光时间和亮度增益的公式为：。其中，曝光时间和亮度增益的乘积越大，过曝区域的光强度越高，乘积越小，光强度越小。
25.本方法的调光原理为：本发明是利用图像处理技术，确定图像中的过曝区域，计算出光强分布规律，由此计算出调光参数。此方法引入了图像采集系统，光强可控点光源。光强可控点光源在图像采集系统中模拟过曝区域，点光源光强增大或缩小控制过曝区域范围。首先计算过曝区域外的光强分布，光强的分布以过曝区域中心为起点，向外以圆、椭圆或近似椭圆方式在过曝区域外随半径增加而减弱；将预期调光后短半径长度作为半径期望值，根据该半径期望值及光强分布计算出灰度期望值，最后将灰度期望值与其在本帧图像内所对应像素点的平均灰度值行比对快速计算出调光所需的曝光时间和亮度增益的乘积。此方法测量的是过曝区域外不同半径所对应的四个延伸方向/辐射方向上的平均灰度值，更加准确反应光强的客观分布；根据过曝区域短半径的半径期望值计算所对应的灰度期望值，可以更快速、更准确的得到所期望的调光效果。也即是，本发明采用辐射方向方式（或矢量方式）对过曝区域外进行平均灰度值的计算，更客观的反应光强分布；并且采用半径期望值方式来计算灰度期望值，既从期望结果计算灰度阈值；使得更快速、更准确的达到预期调光效果。
26.最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：利用图像处理技术，确定图像过曝区域；步骤s2：获取过曝区域内的长半径和短半径；步骤s3：以长半径、短半径交点为中心，将长半径和短半径向外延伸，计算延伸后长半径和短半径对应像素点的平均灰度值，并获得光强分布；步骤s4：将预期调光后短半径长度作为半径期望值l1，根据半径期望值l1及光强分布计算出灰度期望值；步骤s5：将灰度期望值与其在本帧图像内所对应像素点的平均灰度值进行比对，通过比对结果计算出调光所需的曝光时间和亮度增益的乘积，通过乘积结果对过曝区域进行调光。2.根据权利要求1所述的一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，步骤s1，采集图像，图像中灰度值为255的像素点定义为过曝像素点，过曝像素点的集合为过曝区域。3.根据权利要求2所述的一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，步骤s2，获取过曝区域内的长直径和垂直于长直径的短直径，长直径和短直径垂直相交的点设为中心点，以中心点为界将长直径和短直径分为四条半径，以短半径为参照物长度记为l，其他三条半径与l比值记作k1，k2，k3。4.根据权利要求3所述的一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，步骤s3，以中心点为起点，沿着四条半径的方向向外延伸距离，并计算延伸后的四条半径外围四个点的平均灰度值。5. 根据权利要求4所述的一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，四条半径分别设为，，， ，为变化量，变化时将得到一组不同的平均灰度值，将延伸距离后对应的半径及平均灰度值进行拟合得到光强分布。6.根据权利要求5所述的一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，拟合公式为：，为平均灰度值，为所求的光强分布参数。7.根据权利要求6所述的一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，步骤s4，根据半径期望值l1，计算调光后的灰度期望值，的计算过程为：，为所求的光强分布参数。8.根据权利要求7所述的一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，所述半径期望值l1为短半径的1/5-1/4。9.根据权利要求8所述的一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，步骤s5，获取当前图像传感器的曝光时间和亮度增益；计算灰度期望值与平均灰度值的比值，将比值记为；
通过曝光时间、亮度增益和计算获得预期灰度值以在实现预期过曝区域调光时所需的曝光时间和亮度增益。10.根据权利要求9所述的一种对图像传感器过曝区域调光的方法，其特征在于，计算曝光时间和亮度增益的公式为：；其中，曝光时间和亮度增益的乘积越大，过曝区域的光强度越高，乘积越小，光强度越小。

技术总结
本发明公开了一种对图像传感器过曝区域调光的方法，涉及图像调光技术领域，方法包括利用图像处理技术，确定图像过曝区域；获取过曝区域内的长半径和短半径；以长、短半径交点作为中心，将长半径和短半径向外延伸，计算延伸后长半径和短半径对应像素点的平均灰度值，并获得光强分布；将预期调光后短半径长度作为半径期望值，计算出灰度期望值；将灰度期望值与平均灰度值进行比对，通过比对结果对过曝区域进行调光。本发明采用辐射方向方式对过曝区域外进行平均灰度值的计算，更客观的反应光强分布；并且采用半径期望值方式来计算灰度期望值，既从期望结果计算期望灰度阈值；使得更快速、更准确的达到预期调光效果。更准确的达到预期调光效果。更准确的达到预期调光效果。


技术研发人员：张研 殷龙 季韩 宋翌华 张丽超 郭小庆 余锐
受保护的技术使用者：苏州熠品质量技术服务有限公司
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/8/24