專利名稱：基于亮度直方圖的自動曝光方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)碼攝像裝置的自動曝光控制領(lǐng)域，特別是一種基于亮度 直方圖的自動曝光方法和裝置。
背景技術(shù)：
自動曝光的主要功能是通過調(diào)節(jié)數(shù)碼相機成像傳感器(imaging sensor) 的曝光時間來控制拍攝圖像的亮度。自動曝光對輸出圖像的質(zhì)量影響非常大。自動曝光的目標是拍攝的圖 像暗部細節(jié)不丟失，亮部不過曝，同時平均亮度適合人眼觀看。大多數(shù)傳統(tǒng)的自動曝光方法根據(jù)所攝圖像按區(qū)域加權(quán)平均亮度值來 搜索最佳曝光時間和增益。這種方法的缺點在于將圖像信息過度簡化， 在圖像對比度較高時效果不佳。自動曝光搜索的步長會影響搜索速度和搜索穩(wěn)定性之間的權(quán)衡關(guān)系。 曝光時間調(diào)整步長過小會增加搜索次數(shù)，導(dǎo)致降低搜索速度；而如果曝 光時間調(diào)整步長過長可能造成搜索無法收斂，在最佳曝光點左右搖擺不 穩(wěn)定的現(xiàn)象?，F(xiàn)有的自動曝光方法多數(shù)不能根據(jù)不同場景的亮度情況動 態(tài)的調(diào)整搜索步長。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為克服上述已有技術(shù)的缺點，目的是提供一種基于亮度直方圖 的數(shù)碼相機自動曝光方法和裝置。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于亮度直方圖的自動曝光方法，其特點是該方法包括如下步驟
(1) 圖像處理模塊將輸入圖像分為T^N個圖像塊；(2) 圖像處理模塊計算每個圖像塊的平均亮度，即對每個圖像塊中的 所有像素點的亮度值取平均，得到N*N個平均亮度值；(3) 圖像處理模塊計算所有N*N個平均亮度值的統(tǒng)計直方圖;(4) 圖像處理模塊將亮度直方圖分為三個區(qū)域欠曝光區(qū)域、正常曝 光區(qū)域和過曝光區(qū)域，亮度值小于T1的為欠曝光區(qū)域，亮度值大于T2 的為過曝光區(qū)域，亮度值在Tl和T2之間的為正常曝光區(qū)域；(5) 圖像處理模塊將欠曝光區(qū)域分為m個子區(qū)域，對于不同子區(qū)域分 配不同的權(quán)重值，亮度越低，權(quán)重越大；(6) 圖像處理模塊將過曝光區(qū)域分為n個子區(qū)域，對于不同子區(qū)域分 配不同的權(quán)重值，亮度越高，權(quán)重越大；(7) 圖像處理模塊對于NfN個平均亮度值，判斷每個平均亮度值是否 落在欠曝光區(qū)域或過曝光區(qū)域的各子區(qū)域中，如果某個平均亮度值落在 某個欠曝光/過曝光子區(qū)域中，則將該子區(qū)域的計數(shù)值加h(8) 直方圖統(tǒng)計模塊計算圖像的過曝光值為各過曝光子區(qū)域的計數(shù)值 的加權(quán)求和值，權(quán)重為各子區(qū)域所分配的權(quán)重值-Over _ v"/we 二 2『0/ * ^v"WocA: — coww/,.式中Over—value為過曝光值，Woi為第i個區(qū)域的過曝光計算權(quán)重， Overblock—count i為第i個區(qū)域的過曝光計數(shù)值；(9) 直方圖統(tǒng)計模塊計算圖像的欠曝光值為各欠曝光子區(qū)域的計數(shù)值 的加權(quán)求和值，權(quán)重為各子區(qū)域所分配的權(quán)重值式中Under—value為欠曝光值，Wui為第i個區(qū)域的欠曝光計算權(quán)重， Underblock—count i為第i個區(qū)域的欠曝光計數(shù)值； (10)曝光計算模塊根據(jù)過曝光值Over—va/w和欠曝光值t/^fer—va/w判斷曝光時間調(diào)整的方向和調(diào)整的步長步驟(10.1):首先判斷Ovw—ra/we是否大于某閾值0—Tl，如果是，則 認為圖像為過曝光，需要降低曝光時間，轉(zhuǎn)步驟(10.2); 如果否，轉(zhuǎn)步驟(10.3);步驟(10.2):進一步判斷Ch;w—va/we是否大于另一閾值O—T2， O—T2>0—Tl，如果是，則以大步長降低曝光時間，否貝lj， 以小步長降低曝光時間，轉(zhuǎn)步驟(10.5);步驟(10.3):如果Ovw一ra/^小于0—Tl，認為圖像沒有過曝光，則進一歩判斷圖像是否欠曝光，判斷的依據(jù)為t/M6fer一Vfl/^大于某閾值U—Tl，同時Ovw_Va/M小于某個較小的閾值 0_T3， O—T3<0_T1，如果以上條件成立，則認為圖像為 欠曝光，需要增加曝光時間，轉(zhuǎn)步驟(10.4);如果以上 條件不成立，轉(zhuǎn)步驟(10.5);步驟(10.4):進一步判斷t/"&r—v"/we是否大于另一閾值U—T2， U—T2>U—Tl，如果是，則以大步長增加曝光時間，否則， 以小步長增加曝光時間；步驟(10.5):如果過曝光和欠曝光的條件均不成立，則認為圖像以達 到正確曝光，無需調(diào)整曝光時間；步驟(10.6):結(jié)束本次調(diào)整。所述的^^N個圖像塊，N二8。
所述的Tl=80, T2=160。所述的WuK.5， Wu2=1.2， Wu3=l。所述的WoK， Wo2=1.2， Wo3=1.5。所述步驟(10)中的大步長設(shè)置為[(Exp—max-Exp—min)/4]/Exp—step,小步長設(shè)置為2*Exp—step,其中Exp一min是成像傳感器的最小曝光時間，Exp—max是最大曝光時間，Exp—step是曝光時間調(diào)整的最小精度。一種為實施上述自動曝光方法的自動曝光裝置，其特點是該自動曝光裝置包括成像傳感器、圖像處理模塊、直方圖統(tǒng)計模塊和曝光計算模塊，所述成像傳感器輸出圖f給所述圖像處理模塊，該圖像處理模塊將該輸入圖像分割為N*N個圖像塊，并對每個圖像塊中的所有像素點計算平均亮度，并將該亮度信息輸出給所述直方圖統(tǒng)計模塊，該直方圖統(tǒng)計模塊對各個圖像塊的平均亮度做直方圖統(tǒng)計，并將直方圖統(tǒng)計結(jié)果輸出給所述曝光計算模塊，該曝光計算模塊根據(jù)輸入的直方圖信息判斷曝光調(diào)整的方向并計算調(diào)整的步長，并將該調(diào)整方向和步長輸出給所述成像傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明中自動曝光調(diào)整步長由亮度直方圖的分布決定，在亮度直方圖 上距離"目標亮度區(qū)域"越遠的點，其權(quán)重越大。這樣的機制保證了曝光 調(diào)整步長隨曝光程度改變，達到搜索速度和搜索穩(wěn)定性之間的平衡。本發(fā)明應(yīng)用亮度直方圖的分布信息可以區(qū)分不同的曝光情況，這些情 況是普通的亮度加權(quán)平均值所無法區(qū)分的。所以本發(fā)明可以達到更精確 的亮度調(diào)整。本發(fā)明中的直方圖分區(qū)域值、直方圖分辨率、權(quán)重等均為可調(diào)參數(shù)， 提高了系統(tǒng)靈活度。
本發(fā)明可以快速、準確的調(diào)整曝光值。本發(fā)明調(diào)節(jié)曝光值比較穩(wěn)定， 可以有效避免由于不收斂造成的曝光閃爍現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明自動曝光方法的流程圖。圖2是本發(fā)明方法對直方圖的分區(qū)示例圖。 圖3是本發(fā)明自動曝光裝置的組成示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細描述，但不應(yīng) 以此限制本發(fā)明的保護范圍。請參閱圖1和圖2。附圖1是本發(fā)明自動曝光方法的流程圖。附圖2 是本發(fā)明方法對直方圖的分區(qū)示例圖。1. 首先，圖像處理模塊將輸入圖像分為1^N個圖像塊，例如8*8個圖像塊。2. 圖像處理模塊計算每個圖像塊的平均亮度，即對每個圖像塊中的所 有像素點的亮度值取平均，得到N*N個平均亮度值。圖像處理模塊計算所有N*N個平均亮度值的統(tǒng)計直方圖。計算統(tǒng)計 直方圖的方法屬于信號處理的基本方法，簡述如下將圖像亮度變化范 圍分為M個梯度，例如對于8bit的圖像傳感器，其亮度變化范圍為 0~255，將其分為M46個梯度，則直方圖的亮度分辨率為256/16=16。 對于N4N個平均亮度值，判斷其亮度值屬于哪一級亮度梯度，則將該 亮度梯度的計數(shù)值加一。遍歷所有N*N個亮度值以得到所有亮度值的 亮度分布直方圖信息。
4. 圖像處理模塊將亮度直方圖分為三個區(qū)域欠曝光區(qū)域、正常曝光 區(qū)域和過曝光區(qū)域，見附圖2。亮度值小于Tl的為欠曝光區(qū)域，亮度值大于T2的為過曝光區(qū)域，亮度值在T1和T2之間的為正常曝光區(qū)域。 例如T1=80,T2=160。5. 圖像處理模塊將欠曝光區(qū)域分為m個子區(qū)域，見附圖2。例如在本 實施例中，將欠曝光區(qū)域分為3個子區(qū)域，分別為underl， under2， under3。對于不同子區(qū)域分配不同的權(quán)重值(分別為Wul， Wu2， Wu3)， 亮度越低，權(quán)重越大。例如在本實現(xiàn)例中，Wul〉Wu2>Wu3。例如 Wul=1.5， Wu2=1.2， Wu3=l。6. 類似的，圖像處理模塊將過曝光區(qū)域分為n個子區(qū)域。例如在本實 施例中，將過曝光區(qū)域分為3個子區(qū)域，分別為overl， over2， over3。 對于不同子區(qū)域分配不同的權(quán)重值(分別為Wol， Wo2， Wo3)，亮度 越高，權(quán)重越大。例如在本實現(xiàn)例中，Wol<Wo2<Wo3。例如Wohl， Wo2=1.2， Wo3=1.5。對不同過曝光區(qū)域的分配可根據(jù)不同傳感器的特 性由實驗得到。7. 圖像處理模塊對于I^N個平均亮度值，判斷每個平均亮度值是否落 在欠曝光區(qū)域或過曝光區(qū)域的各子區(qū)域中。如果某個平均亮度值落在某 個欠曝光/過曝光子區(qū)域中，則將該子區(qū)域的計數(shù)值加1。8. 直方圖統(tǒng)計模塊計算圖像的過曝光值為各過曝光子區(qū)域的計數(shù)值的加權(quán)求和值，權(quán)重為各子區(qū)域所分配的權(quán)重值在本例中"=3。式中Over—value為過曝光值，Woi為第i個區(qū)域的過曝光計算權(quán)重，
Overblock—count i為第i個區(qū)域的過曝光計數(shù)值。9. 類似的，直方圖統(tǒng)計模塊計算圖像的欠曝光值為各欠曝光子區(qū)域的 計數(shù)值的加權(quán)求和值，權(quán)重為各子區(qū)域所分配的權(quán)重值_ va/we = 2 * C/"必WocA:—co朋/,.， 在本例中m=3 。式中Under—value為欠曝光值，Wui為第i個區(qū)域的欠曝光計算權(quán)重， Underblock—count i為第i個區(qū)域的欠曝光計數(shù)值。10. 曝光計算模塊根據(jù)以上計算的過曝光值Ovw—ra/^和欠曝光值 "^/w—v"/m判斷曝光時間調(diào)整的方向(增加或縮短)和調(diào)整的步長。 例如在本例中，首先判斷Ovw一ra/w是否大于某閾值0—Tl，如果是， 則認為圖像為過曝光(圖像過亮)，需要降低曝光時間。進一步判斷 Over—vfl/we是否大于另一閾值0_T2 (O—T2>0—Tl)，如果是，則以大 步長降低曝光時間，否則，以小步長降低曝光時間。另一方面，如果 Ovw一va/^小于0—Tl，認為圖像沒有過曝光，則進一步判斷圖像是否 欠曝光。判斷的依據(jù)為t/^fer—va/we大于某閾值U—Tl，同時Over—va/we 小于某個較小的閾值0—T3 (0—T30—Tl)。同時檢測Ovw—va/we值的 目的是針對某些對比度較大的情況(如圖像整體偏暗，但是某些局部很 亮)。如果以上條件成立，則認為圖像為欠曝光(圖像過暗)，需要增加 曝光時間。進 一 步判斷va/we是否大于另 一 閾值U—T2(U—T2>U—Tl)，如果是，則以大步長增加曝光時間，否則，以小步長 增加曝光時間。如果過曝光和欠曝光的條件均不成立，則認為圖像以達 到正確曝光，無需調(diào)整曝光時間。所述大步長設(shè)置為[(Exp_max-Exp_min)/4]/Exp_step，小步長設(shè)置為 2*Exp—step,其中Exp—min是成像傳感器的最小曝光時間，Exp—max是
最大曝光時間，Exp一step是曝光時間調(diào)整的最小精度。以上的各閾值和曝光調(diào)整的步長根據(jù)成像傳感器(imaging sensor) 的不同特性而有所不同。圖3是本發(fā)明自動曝光裝置的組成示意圖。如圖3所示，該自動曝光 裝置包括成像傳感器、圖像處理模塊、直方圖統(tǒng)計模塊和曝光計算模塊， 所述成像傳感器輸出圖像給所述圖像處理模塊，該圖像處理模塊將該輸 入圖像分割為!^N個圖像塊，并對每個圖像塊中的所有像素點計算平均 亮度，并將該亮度信息輸出給所述直方圖統(tǒng)計模塊，該直方圖統(tǒng)計模塊 對各個圖像塊的平均亮度做直方圖統(tǒng)計，并將直方圖統(tǒng)計結(jié)果輸出給所 述曝光計算模塊，該曝光計算模塊根據(jù)輸入的直方圖信息判斷曝光調(diào)整 的方向并計算調(diào)整的步長，并將該調(diào)整方向和步長輸出給所述成像傳感 器。所述成像傳感器(Imaging Sensor)可以使用例如OmniVision技術(shù)有限公司的0V9650系列產(chǎn)品。上述圖像處理模塊、直方圖統(tǒng)計模塊、自動曝光計算模塊可以在嵌入式系統(tǒng)軟件中實現(xiàn)，模塊之間為軟件接口 。本發(fā)明提出一種基于亮度直方圖的自動曝光方法和裝置。本發(fā)明的核 心思想是利用了亮度的直方圖信息實現(xiàn)自動曝光的調(diào)整。與大多數(shù)傳統(tǒng) 自動曝光方法不同，本發(fā)明不是簡單的將圖像亮度信息簡化為單一的加 權(quán)平均值，而是通過統(tǒng)計亮度直方圖得到圖像明暗分布信息，信息量大 大增加，能夠在不同亮度和對比度條件下得到更快速、更準確的自動曝 光調(diào)整。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施 范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為 本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1、一種基于亮度直方圖的自動曝光方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)圖像處理模塊將輸入圖像分為N*N個圖像塊；(2)圖像處理模塊計算每個圖像塊的平均亮度，即對每個圖像塊中的所有像素點的亮度值取平均，得到N*N個平均亮度值；(3)圖像處理模塊計算所有N*N個平均亮度值的統(tǒng)計直方圖；(4)圖像處理模塊將亮度直方圖分為三個區(qū)域欠曝光區(qū)域、正常曝光區(qū)域和過曝光區(qū)域，亮度值小于T1的為欠曝光區(qū)域，亮度值大于T2的為過曝光區(qū)域，亮度值在T1和T2之間的為正常曝光區(qū)域；(5)圖像處理模塊將欠曝光區(qū)域分為m個子區(qū)域，對于不同子區(qū)域分配不同的權(quán)重值，亮度越低，權(quán)重越大；(6)圖像處理模塊將過曝光區(qū)域分為n個子區(qū)域，對于不同子區(qū)域分配不同的權(quán)重值，亮度越高，權(quán)重越大；(7)圖像處理模塊對于N*N個平均亮度值，判斷每個平均亮度值是否落在欠曝光區(qū)域或過曝光區(qū)域的各子區(qū)域中，如果某個平均亮度值落在某個欠曝光/過曝光子區(qū)域中，則將該子區(qū)域的計數(shù)值加1；(8)直方圖統(tǒng)計模塊計算圖像的過曝光值為各過曝光子區(qū)域的計數(shù)值的加權(quán)求和值，權(quán)重為各子區(qū)域所分配的權(quán)重值式中Over_value為過曝光值，Woi為第i個區(qū)域的過曝光計算權(quán)重，Overblock_counti為第i個區(qū)域的過曝光計數(shù)值；(9)直方圖統(tǒng)計模塊計算圖像的欠曝光值為各欠曝光子區(qū)域的計數(shù)值的加權(quán)求和值，權(quán)重為各子區(qū)域所分配的權(quán)重值式中Under_value為欠曝光值，Wui為第i個區(qū)域的欠曝光計算權(quán)重，Underblock_counti為第i個區(qū)域的欠曝光計數(shù)值；(10)曝光計算模塊根據(jù)過曝光值Over_value和欠曝光值Under_value判斷曝光時間調(diào)整的方向和調(diào)整的步長步驟(10. 1)首先判斷Over_value是否大于某閾值O_T1，如果是，則認為圖像為過曝光，需要降低曝光時間，轉(zhuǎn)步驟(10.2)；如果否，轉(zhuǎn)步驟(10.3)；步驟(10. 2)進一步判斷Over_value是否大于另一閾值O_T2，O_T2>O_T1，如果是，則以大步長降低曝光時間，否則，以小步長降低曝光時間，轉(zhuǎn)步驟(10.5)；步驟(10. 3)如果Over_value小于O_T1，認為圖像沒有過曝光，則進一步判斷圖像是否欠曝光，判斷的依據(jù)為Under_value大于某閾值U_T1，同時Over_value小于某個較小的閾值O_T3，O_T3<O_T1，如果以上條件成立，則認為圖像為欠曝光，需要增加曝光時間，轉(zhuǎn)步驟(10.4)；如果以上條件不成立，轉(zhuǎn)步驟(10.5)；步驟(10. 4)進一步判斷Under_value是否大于另一閾值U_T2，U_T2>U_T1，如果是，則以大步長增加曝光時間，否則，以小步長增加曝光時間；步驟(10. 5)如果過曝光和欠曝光的條件均不成立，則認為圖像以達到正確曝光，無需調(diào)整曝光時間；步驟(10. 6)結(jié)束本次調(diào)整。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于亮度直方圖的自動曝光方法，其特征在于所述的N*N個圖像塊，N=8。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于亮度直方圖的自動曝光方法，其特征在 于Tl=80, T2=160。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于亮度直方圖的自動曝光方法，其特征在 于Wul:1.5， Wu2=1.2， Wu3=l。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亮度直方圖的自動曝光方法，其特征于Wol=l， Wo2=1.2， Wo3=1.5。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于亮度直方圖的自動曝光方法，其特征于 所述歩驟(10)中的大步長設(shè)置為[(Exp—max-Exp—min)/4]/Exp_step， 小步長設(shè)置為2*Exp—step,其中Exp—min是成像傳感器的最小曝光時 間，Exp—max是最大曝光時間，Exp—step是曝光時間調(diào)整的最小精度。
7、 一種為實施權(quán)利要求1所述自動曝光方法的自動曝光裝置，其特征 在于該自動曝光裝置包括成像傳感器、圖像處理模塊、直方圖統(tǒng)計模塊 和曝光計算模塊，所述成像傳感器輸出圖像給所述圖像處理模塊，該圖 像處理模塊將該輸入圖像分割為N*N個圖像塊，并對每個圖像塊中的 所有像素點計算平均亮度，并將該亮度信息輸出給所述直方圖統(tǒng)計模 塊，該直方圖統(tǒng)計模塊對各個圖像塊的平均亮度做直方圖統(tǒng)計，并將直 方圖統(tǒng)計結(jié)果輸出給所述曝光計算模塊，該曝光計算模塊根據(jù)輸入的直方圖信息判斷曝光調(diào)整的方向并計算調(diào)整的步長，并將該調(diào)整方向和步 長輸出給所述成像傳感器。
全文摘要
一種基于亮度直方圖的自動曝光方法，包括如下步驟(1)將輸入圖像分為N*N個圖像塊；(2)計算平均亮度；(3)計算統(tǒng)計直方圖；(4)將亮度直方圖分為三個區(qū)域；(5)將欠曝光區(qū)域分為m個子區(qū)域(6)將過曝光區(qū)域分為n個子區(qū)域(7)對于N*N個平均亮度值，判斷每個平均亮度值是否落在欠曝光區(qū)域或過曝光區(qū)域的各子區(qū)域中；(8)計算過曝光值；(9)計算欠曝光值；(10)調(diào)整曝光時間。一種為實施上述自動曝光方法的自動曝光裝置包括成像傳感器、圖像處理模塊、直方圖統(tǒng)計模塊和曝光計算模塊。本發(fā)明能夠在不同亮度和對比度條件下得到更快速、更準確的自動曝光調(diào)整。
文檔編號H04N5/235GK101399924SQ20071004638
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者馮曉光, 林福輝, 羅小偉 申請人:展訊通信(上海)有限公司