專利名稱：視頻成像系統中背光式場景的自動曝光補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種曝光補償裝置，尤其是一種視頻成像系統中背光式場景的自動曝光補償裝置，屬于圖像處理的技術領域。
技術背景 在視頻成像系統中，傳統的自動化曝光控制(AEC)利用圖像的平均亮度來和靜態的曝光參考值做比較。但是這種“灰度世界假設”可能會導致在某種類型照明條件下的不當曝光，如在背光情況下的前景物體不當曝光。這種場景的拍攝通常會造成背景過于明亮而主體偏暗的曝光異常情況。為了避免這個問題，有些相機配備了背光補償模式，允許用戶選擇場景是否背光，是否手動激活背光補償功能。但是這種手動操作可能會給一些用戶造成不便，在視頻應用上也不實際。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種視頻成像系統中背光式場景的自動曝光補償裝置，其操作簡單方便，提高曝光補償的有效性及穩定性，適應范圍廣。按照本實用新型提供的技術方案，所述視頻成像系統中背光式場景的自動曝光補償裝置，包括用于采集光學系統圖像的圖像采集器，所述圖像采集器通過A/D轉換器與圖像處理器相連，圖像處理器通過曝光邏輯控制模塊與圖像采集器相連；圖像處理器內包括圖像統計器及背光模式檢測補償模塊。所述圖像采集器包括CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。本實用新型的優點通過圖像統計器統計后輸出亮度平均值、Y·、亮度偏差Ystd及曝光不足像素百分比Punte ;根據上述圖像的亮度平均值Y·、亮度偏差Ystd計算得到判斷參考值YMf，并通過判斷參考值Ym與預設的上閾值、下閾值進行比較，以更好地判斷圖像采集器采集圖像的場景狀態，所述圖像的場景狀態為背光場景或正常場景；當圖像采集器采集圖像為背光場景時，根據上述曝光不足像素百分比Pumto計算圖像的曝光目標值，根據曝光目標值對圖像進行曝光補償，并使得圖像采集器在所述曝光目標值下進行正常場景曝光采集圖像；否則，圖像采集器504進行正常場景采集圖像。本實用新型操作簡單方便，能提高曝光補償的有效性及穩定性，適應范圍廣。
圖I為現有背光式場景的曝光補償流程圖。圖2為本實用新型圖像統計器的示意圖。圖3為本實用新型的流程圖。圖4為本實用新型背光場景中背光補充流程圖。[0012]圖5為本實用新型的結構框圖。
具體實施方式
下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖I所示，為現有自動曝光補償流程100的流程圖，其中，現有的自動化曝光控制技術是基于測量的圖像亮度平均值，通過比較這些平均值來獲得預設的靜態目標值亮度。具體為從步驟102開始，圖像亮度平均值Yave是通過圖像統計器200來測量的，然后在步驟104中，將圖像亮度平均值Yave與預設的靜態目標值進行比較；這種檢測是一種閥值觸發器。也就是說，圖像統計器200 —幀接一幀地統計檢測數據，一旦統計數據偏離靜態目標值的相應程度時，曝光控制開始啟動；所述偏離程度通過預設的大閾值、小閾值進行度量控制。具體來說，步驟104決定了已測量的亮度平均值和目標值亮度之間的差異絕對值是否大于預設大閥值。如果沒有大于該閥值，那么對當前的取景不進行曝光調整，現有自動曝光補償流程100會繼續通過步驟110來進行下一個取景。相反，如果通過步驟104，確定了在測得的亮度平均值Yave和目標值亮度之間存在很大的差值，那么現有自動曝光補償流程100會進行到步驟106的自動曝光控制，來計算曝光調整的大小和方向(增減)。步驟108會將步驟106中的每一項調整后測得的亮度平均值Yave與預設的小閥值進行比較。在步驟108，如果新的亮度平均值Yave和目標值亮度的差異絕對值大于預設小閥值，那么實施方法100會進行到步驟106自動曝光來進一步調整曝光。如果新的亮度平均值Yave和目標值亮度的差異絕對值小于或等于預設小閥值時，現有自動曝光補償流程100會進行到步驟110來進行下一個取景。也就是說，當前的亮度平均值Yave如果在一個穩定區域值之間波動，那么對當前的取景沒有必要進行曝光調整。此種場景的曝光補償通常會造成背景過于明亮而主體偏暗的曝光異常情況，因此需要進一步改進自動曝光補償方法。圖5是本實用新型的系統裝置示意圖。本實用新型包括用于采集光學系統502圖像的圖像采集器504，所述圖像采集器504通過A/D轉換器506與圖像處理器508相連，圖像處理器508通過曝光邏輯控制模塊510與圖像采集器504相連；圖像處理器508內包括圖像統計器200及背光模式檢測補償模塊；光學系統502為常規的光學成像系統，光學系統502的作用及結構為本技術領域人員所熟知，此處不再詳述。場景中物體通過光學系統502在圖像傳感器504上成像。圖像傳感器504可以是CXD圖像傳感器，也可以是CMOS圖像傳感器。圖像傳感器504把光學信號處理成電壓模擬信號，隨后的模擬數字轉換器A/D轉換器506將圖像傳感器504的輸出信號轉換成數字信號，以便隨后的圖像處理器508進行進一步的處理。圖像處理器508包括一些必要的圖像信號處理，比如，白平衡，色彩插值，銳化處理，色彩校正，和去噪等處理。在本實用新型實施例中，更重要的是圖像處理器508包括兩個重要的模塊圖像統計器200和背光模式檢測和補償模塊。針對不同的場景，所述場景包括背光場景和正常場景，圖像統計器200統計后輸出圖像采集器504采集圖像的亮度平均值Y·、亮度偏差Ystd及曝光不足像素百分比Punta ;背光模式檢測補償模塊根據上述圖像的亮度平均值￥_、亮度偏差Ystd計算得到判斷參考值Yref = Ystd/Yave，并將所述判斷參考值Yref與預設的上閾值、下閾值進行比較，以判斷光學系統502否為背光場景；當光學系統502為背光場景，背光模式檢測補償模塊根據上述曝光不足像素百分比Pmtto計算曝光目標值，以根據曝光目標值對圖像采集器504采集的圖像進行曝光補償，通過圖像/視頻輸出模塊512輸出所需的圖像；并將所述曝光目標值輸入曝光邏輯控制模塊510，通過曝光邏輯控制模塊510調整圖像采集器504的曝光設置，所述曝光設置包括光圈大小、快門時間等，以通過光圈大小，快門時間等來控制圖像傳感器504來達到最優化的場景曝光。本實用新型背光式場景的自動曝光補償方法包括如下步驟a、通過圖像采集器504采集所需的圖像，并將所述圖像輸入圖像統計器200內，通過圖像統計器200統計后輸出圖像的亮度平均值Y·、亮度偏差Ystd及曝光不足像素百分比
Punder b、根據上述圖像的亮度平均值Yave、亮度偏差Ystd計算得到判斷參考值Y,ef = Ystd/ Yave,并將所述判斷參考值U與預設的上閾值、下閾值進行比較，以判斷圖像采集器504采集圖像的場景狀態，所述圖像的場景狀態為背光場景或正常場景；C、當圖像采集器504采集圖像為背光場景時，根據上述曝光不足像素百分比Punta計算圖像的曝光目標值，根據曝光目標值對圖像進行曝光補償，并使得圖像采集器504在所述曝光目標值下進行正常場景曝光采集圖像；否則，圖像采集器504進行正常場景采集圖像。下面通過具體分析來描述本實用新型的自動曝光補償方法如圖2所示為本實用新型在當前取景時，圖像統計器200會操作步驟202接收每一個像素的亮度值。紅、綠、藍三色的亮度值的計算使用如下公式亮度值=0. 586*綠光+0.301*紅光+0. 113*藍光。在步驟204，針對每一幅圖像，用箱柜值(bin number)和對應的像素數來表征來構建亮度直方圖。為了便于進行數字化處理，首先要進行的就是像素亮度值的量化。本實用新型實施例中，在使用8位進行量化之后，圖像亮度可以為O到255，總共256個亮度等級。在進行亮度值量化之后，把一個或者連續幾個亮度等級定義為箱柜(bin)，每一個箱柜值用符號η來標識。每一個箱柜中所包含的亮度等級數目是均勻的。也就是說，所有的亮度級別都是平均分配給若干個箱柜的。例如，如果8位的量化使用了 256個箱柜，即η=0 255，也就是說每一個箱柜值包含一個亮度級別，箱柜值即是相應的亮度級別編號。圖像統計器200中在步驟204中的簡略亮度直方圖里有3個數據需要計算。第一個統計數據是亮度平均值Yave的計算，即像素亮度值的總和除以樣本像素數目。亮度平均
Vl25' η * ρ\ \
值在步驟206，以公式-來計算的。在此公式中，η代表箱柜值(像素亮度級
別)，Ρ[η]是該箱柜編號中的像素數目。第二個統計數據是亮度偏差Ystd，在步驟208中，用
Y255 \n-YaJ*p[n]
如下公式能計算得到，具體為-Jstd =“二。二丨——計算。
Σ:0—]在本實用新型實施例中，把_的比率作為是否背光場景的主要衡量值，即Yref =
ave
Ystd/Yave為判斷參考值。以Yref = Ystd/Yave用來衡量圖像場景的亮度對比度情況，場景對比度指的是場景中亮度色調范圍的大小，高對比度的場景意味著場景亮度色調范圍大，亮度偏差顯著，而背光式場景則很好地符合了高對比度場景的特征，所以Yref = YstdZYave比率高則表示背光的可能性很大。第三個統計數據是曝光不足像素百分比值Pumto,它是在步驟210中，按照公式Punder = Nm(ter/Nt()tal來計算的,其中,Ntatal是圖像的所有米樣像素數目，Nuntter是曝光不足的米樣像素數目。曝光不足的像素是指其亮度值小于一定的亮度級別(DarkBin Threshold暗箱柜閾值)，在步驟204的亮度直方圖中，我們用虛線標記出了這一亮度級別。曝光不足像素百分比值Punta是被用來在背光模式檢測補償模塊400中的自適應性曝光目標值的計算的。圖像統計器200為圖像處理領域常規的統計手段，為本技術領域人員所熟知，此處不再詳述。如圖3所示根據實施方法300，有兩個預定義的閥值，上閾值和下閾值，用來檢測背光場景和進入/退出背光補償模式。下閾值總小于上閾值，上閾值及下閾值根據需要進行設置。在步驟304，圖像的亮度平均值Yave和亮度偏差值Ystd從圖像統計器200獲取。然后參考判斷值Yref = Ystd/Yave會在步驟304與上閾值相比較。如果參考判斷值Yref = Ystd/Yave值大于上閾值，實施方法300會進入到步驟310，在步驟310，當前取景的背光模式狀態會被設為真，而且會計算出一個所需的新的曝光目標值。如果在步驟304，判斷判斷值Yref不大于上閾值，實施方法300就會繼續到步驟306。在步驟306，如果YMf值不大于下閾值，實施方法300會繼續到步驟312。在步驟306，如果Y,ef值大于下閾值，實施方法300會繼續到步驟308。在步驟308，上一取景的背光模式狀態會從儲存器讀出，而且會被用作當前取景的進一步判斷。在步驟308，如果上一取景的背光模式狀態顯示為真，就是說，上一取景的場景是背光，曝光模式是背光補償模式，實施方法300則停留在310。在步驟308，如果上一取景的背光模式狀態顯示為假，就是說，前一取景的場景為正常場景，曝光模式為正常曝光模式，實施方法300會繼續到步驟312 ;通過步驟314進行下一個取景步驟，其中步驟312及314為正常曝光。在步驟310，當前取景的背光模式狀態顯示設為真，曝光模式為背光補償模式400，如圖表4所示。在步驟312，當前取景的背光模式狀態顯示設為假時，就表示目前不是背光場景。圖4是本實用新型中背光場景下背光補償模式400的流程示意圖。根據實施方法300，在步驟308和/或步驟304之后，如果圖像統計數據符合背光檢測的標準，實施方法300會被設為背光補償模式400。根據背光補償模式400，背光圖像402的曝光不足像素百分比步驟404中的曝光不足像素百分比Punta由圖像統計器200計算得出，而且這個百分比會被應用到步驟406中。在步驟406中，一個適應性曝光目標值會被計算得出，這個曝光目標值依賴于曝光不足像素的百分比。越大的曝光不足像素百分比意味著檢測到的背光圖像的適當曝光需要越大的曝光補償。從步驟406中的適應性曝光目標值的計算曲線中可以看出，適應性曝光目標值TGadaptive通過P e (PI, P2)來計算得出；其中步驟406中，PU P2和TG0^TGfflax是來優化計算曲線的預設變量；P1為第一曝光不足像素百分比，P2為第二曝光不足像素百分比，TGtlS曝光最小值，TGmax為曝光最大值，曝光不足像素百分比與曝光目標值可以構成近似線性關系，所述線性關系符合現有視頻成像系統的規律。當得到曝光不足像素百分比PmdCT后，能夠得到所需的曝光目標值，通過曝光目標值對當前圖形進行補償，并對圖像采集器504進行調整控制。在為檢測到的背光圖像402計算出適應性曝光目標值之后，實施方法400繼續到步驟408，在步驟408中以所需的曝光目標值進行正常的曝光。本實用新型通過圖像統計器200統計后輸出亮度平均值、Yave、亮度偏差Ystd及曝光不足像素百分比Punte ;根據上述圖像的亮度平均值Y·、亮度偏差Ystd計算得到判斷參考值YMf，并通過判斷參考值Ym與預設的上閾值、下閾值進行比較，以更好地判斷圖像采集器504采集圖像的場景狀態，所述圖像的場景狀態為背光場景或正常場景；當圖像采集器504采集圖像為背光場景時，根據上述曝光不足像素百分比Pumto計算圖像的曝光目標值，根據曝光目標值對圖像進行曝光補償，并使得圖像采集器504在所述曝光目標值下進行正常場景曝光采集圖像；否則，圖像采集器504進行正常場景采集圖像。本實用新型操作簡單方便，能提高曝光補償的有效性及穩定性，適應范圍廣。·
權利要求1.一種視頻成像系統中背光式場景的自動曝光補償裝置，其特征是包括用于采集光學系統(502)圖像的圖像采集器(504)，所述圖像采集器(504)通過A/D轉換器(506)與圖像處理器(508)相連，圖像處理器(508)通過曝光邏輯控制模塊(510)與圖像采集器(504)相連；圖像處理器(508)內包括圖像統計器(200)及背光模式檢測補償模塊。
2.根據權利要求I所述視頻成像系統中背光式場景的自動曝光補償裝置，其特征是所述圖像采集器(504)包括CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。
專利摘要本實用新型涉及一種曝光補償裝置，尤其是一種視頻成像系統中背光式場景的自動曝光補償裝置，屬于圖像處理的技術領域。按照本實用新型提供的技術方案，所述視頻成像系統中背光式場景的自動曝光補償裝置，包括用于采集光學系統圖像的圖像采集器，所述圖像采集器通過A/D轉換器與圖像處理器相連，圖像處理器通過曝光邏輯控制模塊與圖像采集器相連；圖像處理器內包括圖像統計器及背光模式檢測補償模塊。本實用新型操作簡單方便，能提高曝光補償的有效性及穩定性，適應范圍廣。
文檔編號H04N5/243GK202721740SQ201220298710
公開日2013年2月6日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者栗兆劍 申請人:無錫鴻圖微電子技術有限公司