一種適用于空間探測成像的基于fpga的自動曝光控制方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于空間探測成像的基于FPGA的自動曝光控制方法及其裝置，該方法由當(dāng)前幀主體圖像平均亮度得到當(dāng)前幀圖像平均亮度，根據(jù)當(dāng)前幀圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的正負(fù)和大小來自適應(yīng)選取曝光時間，采用連續(xù)幀不斷循環(huán)迭代使當(dāng)前幀圖像平均亮度達(dá)到預(yù)期圖像平均亮度。一種為實(shí)施上述自動曝光控制方法的自動曝光控制裝置包括光學(xué)鏡頭、APS傳感器、曝光控制FPGA。本發(fā)明解決了現(xiàn)有空間探測成像技術(shù)中目標(biāo)圖像曝光過度、目標(biāo)圖像分割以及自動曝光速度和穩(wěn)定性之間權(quán)衡的技術(shù)問題，提高了圖像的對比度，能夠?qū)崿F(xiàn)在各種空間探測光照環(huán)境下進(jìn)行更快速、更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確的自動曝光控制，增加了空間探測環(huán)境成像時的自適應(yīng)能力。
【專利說明】—種適用于空間探測成像的基于FPGA的自動曝光控制方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及深空探測技術(shù)中的自動曝光控制領(lǐng)域，特別是一種適用于空間探測成像的基于FPGA的自動曝光控制方法及其裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]成像裝置的自動曝光控制對輸出圖像質(zhì)量的影響非常大。自動曝光控制的目標(biāo)是使拍攝主體的圖像暗部細(xì)節(jié)不丟失，亮部不過曝，同時平均亮度適合人眼觀看。
[0003]應(yīng)用于空間探測的成像裝置在軌工作時，曝光時間是否合適非常重要，曝光時間過短會導(dǎo)致景物很暗，而過長又會導(dǎo)致景物亮度飽和，因此進(jìn)行自動曝光控制是必需的，但自動曝光控制非常復(fù)雜，曝光控制不好可能會陷入曝光時間紊亂，出現(xiàn)時亮?xí)r暗的情況。因此自動曝光控制是否合適，對成像裝置是至關(guān)重要的，關(guān)系到任務(wù)的成敗。
[0004]目前民用相機(jī)在自動曝光控制技術(shù)上比較成熟，可以根據(jù)夜景、白天、人像等設(shè)定所需要的不同曝光控制模式，效果很好，也可以根據(jù)不同的拍攝主體采用光圈先決式、快門先決式和程序式自動曝光控制來獲得準(zhǔn)確曝光。民用相機(jī)的自動曝光控制技術(shù)如果應(yīng)用于空間探測等航天領(lǐng)域，就存在有局限性。
[0005]首先從自動曝光控制方法來說，①應(yīng)用于空間探測的成像裝置，對拍攝主體進(jìn)行成像時，由于無法預(yù)知拍攝主體的光照條件、位置、所占圖像區(qū)域大小等情況，無法根據(jù)現(xiàn)場情景設(shè)定自動曝光控制模式。②應(yīng)用于空間探測的成像裝置如果采用現(xiàn)有的圖像整體亮度來控制曝光，如果拍攝主體與背景之間的亮度差太大，會使得拍攝主體出現(xiàn)曝光不足或者曝光過度的現(xiàn)象。③應(yīng)用于空間探測的成像裝置如果采用民用相機(jī)的參照亮度值控制方法，將圖像分塊，每一塊子圖像的亮度被用于設(shè)置參照亮度值，該參照亮度值可以通過調(diào)整光圈大小獲得，當(dāng)然同樣也可以通過設(shè)置快門速度獲得該參照亮度值，則應(yīng)用于空間探測成像裝置是無人操作，無法設(shè)定光圈或快門。④民用相機(jī)有的通過研究不同光照條件下的亮度與曝光值之間的關(guān)系來進(jìn)行曝光控制，應(yīng)用空間探測的成像裝置無法預(yù)先進(jìn)行亮度與曝光值之間的標(biāo)定，所以不能采用這樣曝光控制方法。⑤民用的自動曝光控制方法均是基于整幅圖像進(jìn)行自動曝光控制的，當(dāng)拍攝主體相對背景很小時，會造成拍攝主體曝光過度。當(dāng)拍攝主體很亮、背景較暗時，此時應(yīng)該減小曝光時間；但由于是對整幅圖像進(jìn)行計(jì)算的，亮度高的像素?cái)?shù)目遠(yuǎn)小于亮度低的像素?cái)?shù)目，因此整幅圖像較暗，為了提高整幅圖像的亮度，繼續(xù)增加曝光時間，最終導(dǎo)致拍攝主體曝光過度。因此需要在現(xiàn)有的自動曝光算法中分割出拍攝主體圖像，對拍攝主體圖像進(jìn)行有效的自動曝光控制。⑥現(xiàn)有的對拍攝主體圖像的自動曝光算法，為了分割出拍攝主體圖像，經(jīng)常采用固定亮度閾值進(jìn)行分割，但由于應(yīng)用于空間探測成像裝置的溫度影響，固定亮度閾值分割不能適應(yīng)各種情況，因此需要將自適應(yīng)閾值分割的方法引入自動曝光控制方法中來。
[0006]其次從自動曝光步長選取來說，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(diǎn)左右搖擺不穩(wěn)定的現(xiàn)象。現(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。
[0007]最后從實(shí)現(xiàn)自動曝光控制方法的器件來說，民用相機(jī)一般采用的特定微處理器件來實(shí)現(xiàn)自動曝光控制方法，而這樣的特定微處理器件一般不能應(yīng)用航天產(chǎn)品，不能在深空環(huán)境下保證航天成像裝置的可靠性。由此將采用適應(yīng)于空間探測環(huán)境的器件來實(shí)現(xiàn)自動曝光控制方法，并對自動曝光控制方法進(jìn)行優(yōu)化。
[0008]目前，空間光學(xué)遙感相機(jī)調(diào)節(jié)曝光的方法并不多，大型對地遙感相機(jī)因?yàn)槠涞孛婺繕?biāo)的確定性，可以使用輻亮度分析軟件、相機(jī)光學(xué)和傳感器芯片特性得出精確的曝光時間，只需根據(jù)地面景物的不同設(shè)定幾檔曝光時間進(jìn)行切換。
[0009]國內(nèi)目前應(yīng)用于空間探測成像裝置自動曝光控制方法由于成像裝置無法對拍攝主體進(jìn)行識別，當(dāng)視場內(nèi)景物相對復(fù)雜時，無法進(jìn)行有效曝光控制，受噪聲和非拍攝主體干擾大，使得圖像中拍攝主體亮度很難在一個合適的范圍內(nèi)，增大了自動曝光控制的難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種適用于空間探測成像的基于FPGA的自動曝光控制方法及其裝置。
[0011]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0012]本發(fā)明提供了一種適用于空間探測成像的基于FPGA的自動曝光控制方法，對當(dāng)前幀圖像采用自適應(yīng)閾值分割，識別出當(dāng)前幀主體圖像，由當(dāng)前幀主體圖像平均亮度得到當(dāng)前幀圖像平均亮度，根據(jù)當(dāng)前幀圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值大小來自適應(yīng)選取曝光時間，采用連續(xù)幀不斷循環(huán)迭代使當(dāng)前幀圖像平均亮度達(dá)到預(yù)期圖像平均亮度，其中，自動曝光控制步驟為:
[0013]步驟(11):計(jì)算當(dāng)前幀的圖像平均亮度，以當(dāng)前幀圖像的所有像素的均值的一半作為自適應(yīng)閾值，將大于等于閾值的像素分割為當(dāng)前幀主體圖像，再將當(dāng)前幀主體圖像亮度進(jìn)行累加求平均得到當(dāng)前幀的圖像平均亮度，包括以下步驟:
[0014]步驟(111):RGB三色合成圖像亮度，采用RGB色彩空間到Y(jié)UV色彩空間變換關(guān)系將像素為MXN的整幅圖像的相鄰的四個分量R、G1、G2、B加權(quán)平均得到一個圖像亮度數(shù)據(jù)，將M X N個彩色值轉(zhuǎn)換為M/2 X N/2個亮度值。
[0015]步驟(112):圖像亮度抽樣提取，將RGB三色合成的M/2XN/2個亮度值在列方向按照Ι/m的抽樣原則，將M/2XN/2個亮度值轉(zhuǎn)換為M/2mXN/2個亮度值。
[0016]步驟(113):計(jì)算圖像行平均亮度，計(jì)算M/2mXN/2個亮度值的每一行所有像素的平均值，并以前一行的平均值的一半作為當(dāng)前行的自適應(yīng)閾值，將當(dāng)前行中大于等于閾值的像素分割為當(dāng)前行主體圖像，再將當(dāng)前行主體圖像亮度進(jìn)行累加求平均得到當(dāng)前行的圖像平均亮度，將M/2mXN/2個亮度值轉(zhuǎn)換為N/2個行亮度平均值。
[0017]步驟(114):計(jì)算圖像塊平均亮度，將M/2mXN/2個亮度值以相鄰的η行合成為I塊，將M/2mXN/2亮度值分為N/2n塊，將相鄰的η行的平均值累加求平均得到每一塊的平均亮度，得到Ν/2η個塊亮度平均值。
[0018]步驟(115):計(jì)算圖像平均亮度，將Ν/2η個亮度平均值累加求平均得到整幅圖像的亮度均值，將均值的一半作為自適應(yīng)閾值，將大于等于閾值的像素分割為當(dāng)前幀主體圖像，再將當(dāng)前幀主體圖像亮度進(jìn)行累加求平均得到當(dāng)前幀的圖像平均亮度Y(mean)。
[0019]步驟(12):當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度比較，如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的絕對值小于等于設(shè)定圖像平均亮度差值Y(th)，就認(rèn)為自動曝光控制已經(jīng)控制到位，停止曝光時間的調(diào)整，以當(dāng)前幀的曝光時間作為下一幀的曝光時間，如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的絕對值大于設(shè)定圖像平均亮度差值Y (th)，則進(jìn)入曝光時間調(diào)整。
[0020]步驟(13):確定下一幀曝光時間，下一幀自動曝光時間的確定是在當(dāng)前幀的曝光時間的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的正負(fù)和大小來進(jìn)行曝光時間選擇，包括以下步驟:
[0021]步驟(131):如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值為正，下一中貞圖像曝光時間就需要在前一巾貞圖像曝光時間的基礎(chǔ)上減小曝光時間；
[0022]步驟(132):如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值為負(fù)，下一中貞圖像曝光時間就需要在前一巾貞圖像曝光時間的基礎(chǔ)上增加曝光時間；
[0023]步驟(133):當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值大小來自適應(yīng)確定增加、減小曝光時間值，增加、減小的曝光時間值為步長數(shù)值RX亮度差值X曝光時間當(dāng)量值t ；
[0024]步驟(134):下一幀圖像曝光時間減少，如果前一幀的曝光時間與曝光時間范圍的下限差值大于確定減小的曝光時間值，則下一幀的曝光時間為前一幀的曝光時間減去確定的減小的曝光時間值；否則直接將曝光時間范圍的下限值作為下一幀的曝光時間；
[0025]步驟(135):下一幀圖像曝光時間增加，如果前一幀的曝光時間與曝光時間范圍的上限差值大于確定的增加的曝光時間值，則下一幀的曝光時間為前一幀的曝光時間加上確定的增加的曝光時間值；否則直接將曝光時間范圍的上限值作為下一幀的曝光時間；
[0026]上述方案中，所述RGB色彩空間到Y(jié)UV色彩空間變換關(guān)系為(8R+R+4B+16Gl+2G2+G2)/32，其中:
[0027]Gl為奇通道的G分量；
[0028]G2為偶通道的G分量；
[0029]上述方案中，所述的自動曝光控制方法在曝光控制FPGA內(nèi)運(yùn)行，其中，曝光控制FPGA為航天級反熔式FPGA，其型號為Actel公司的A54SX72A-CQ208B。
[0030]上述方案中，所述的自動曝光控制方法的曝光時間檔位分為兩檔，a檔的曝光時間范圍為4 μ s?140ms, b檔的曝光時間范圍為16 μ s?560ms。
[0031]一種適用于空間探測成像的基于FPGA的自動曝光控制裝置，該自動曝光控制裝置包括光學(xué)鏡頭、APS傳感器、曝光控制FPGA ;其中，光學(xué)鏡頭、APS傳感器、曝光控制FPGA依次放置，
[0032]光學(xué)鏡頭，用于將待成像目標(biāo)成像在APS傳感器上；
[0033]APS傳感器,用于將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電子信號；
[0034]曝光控制FPGA，用于圖像亮度計(jì)算，并將所得圖像亮度與預(yù)期的圖像亮度進(jìn)行比較，確定自動曝光時間。
[0035]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0036]1、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在各種光照條件、溫度情況下，對拍攝主體圖像的自適應(yīng)分割，對分割出的拍攝主體圖像進(jìn)行有效的曝光控制。
[0037]2、本發(fā)明將自適應(yīng)閾值引入自動曝光控制方法中，可以實(shí)現(xiàn)各種溫度狀況下的自動曝光控制。
[0038]3、本發(fā)明中自動曝光時間的調(diào)整由拍攝圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值大小決定，圖像亮度差值越小，調(diào)整的曝光時間越小，圖像亮度差值越大，調(diào)整的曝光時間越大。這樣的自動曝光控制機(jī)制保證了曝光時間調(diào)整隨曝光程度改變，達(dá)到搜索速度和搜索穩(wěn)定性之間的平衡。
[0039]4、本發(fā)明可以快速、準(zhǔn)確的調(diào)整曝光值，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。
[0040]5、本發(fā)明采用自動曝光控制方法，對空間探測中的暗背景亮目標(biāo)、目標(biāo)大小不確定等各種情況取得很好的曝光效果，收斂性很好。
[0041]6、本發(fā)明采用航天級反熔式FPGA來實(shí)現(xiàn)自動曝光控制方法，能適應(yīng)空間探測成像空間環(huán)境，提高自動曝光裝置的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1是本發(fā)明的自動曝光控制方法步驟圖；
[0043]圖2是本發(fā)明的圖像亮度計(jì)算步驟圖；
[0044]圖3是本發(fā)明的曝光時間選擇步驟圖；
[0045]圖4是本發(fā)明的自動曝光控制裝置示意圖；
[0046]其圖中標(biāo)記為:21_光學(xué)鏡頭、22-APS傳感器、23-曝光控制FPGA ；
[0047]圖5是本發(fā)明的自動曝光控制流程圖；
[0048]其圖中標(biāo)記為:Y(mean)_當(dāng)前巾貞圖像平均亮度、Y(ref)_預(yù)期圖像平均亮度、
Y(th)-設(shè)定圖像平均亮度差值。

【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0050]本發(fā)明提供了一種適用于空間探測成像的基于FPGA的自動曝光控制方法，所述自動曝光控制方法對當(dāng)前幀圖像采用自適應(yīng)閾值分割，識別出當(dāng)前幀主體圖像，由當(dāng)前幀主體圖像平均亮度得到當(dāng)前幀圖像平均亮度，根據(jù)當(dāng)前幀圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值大小來自適應(yīng)選取曝光時間，采用連續(xù)幀不斷循環(huán)迭代使當(dāng)前幀圖像平均亮度達(dá)到預(yù)期圖像平均亮度，如圖1所示，其中，自動曝光控制方法步驟為:
[0051]步驟(11):計(jì)算當(dāng)前幀的圖像平均亮度，以當(dāng)前幀圖像的所有像素的均值的一半作為自適應(yīng)閾值，將大于等于閾值的像素分割為當(dāng)前幀主體圖像，再將當(dāng)前幀主體圖像亮度進(jìn)行累加求平均得到當(dāng)前幀的圖像平均亮度，如圖2所示，包括以下步驟:
[0052]步驟(111):RGB三色合成圖像亮度，采用RGB色彩空間到Y(jié)UV色彩空間變換關(guān)系將像素為MXN的整幅圖像的相鄰的四個分量R、G1、G2、B加權(quán)平均得到一個圖像亮度數(shù)據(jù)，將MXN個彩色值轉(zhuǎn)換為M/2XN/2個亮度值，例如將2352X 1728彩色值轉(zhuǎn)換為1176X864個亮度值。
[0053]步驟(112):圖像亮度抽樣提取，將RGB三色合成的M/2XN/2個亮度值在列方向按照Ι/m的抽樣原則，將M/2XN/2個亮度值轉(zhuǎn)換為M/2mXN/2個亮度值，例如在列方向按照1/8的抽樣原則，將1176X864個亮度值轉(zhuǎn)換為147X864個亮度值。
[0054]步驟(113):計(jì)算圖像行平均亮度，計(jì)算M/2mXN/2個亮度值的每一行所有像素的平均值，并以前一行的平均值的一半作為當(dāng)前行的自適應(yīng)閾值，將當(dāng)前行中大于等于閾值的像素分割為當(dāng)前行主體圖像，再將當(dāng)前行主體圖像亮度進(jìn)行累加求平均得到當(dāng)前行的圖像平均亮度，將M/2mXN/2個亮度值轉(zhuǎn)換為N/2個行亮度平均值。
[0055]步驟(114):計(jì)算圖像塊平均亮度，將M/2mXN/2個亮度值以相鄰的η行合成為I塊，將M/2mXN/2亮度值分為N/2n塊，將相鄰的η行的平均值累加求平均得到每一塊的平均亮度，得到Ν/2η個塊亮度平均值，例如147X864個亮度值以相鄰的27行合成為I塊，將147X864亮度值分為32塊。
[0056]步驟(115):計(jì)算圖像平均亮度，將Ν/2η個亮度平均值累加求平均得到整幅圖像的亮度均值，將均值的一半作為自適應(yīng)閾值，將大于等于閾值的像素分割為當(dāng)前幀主體圖像，再將當(dāng)前幀主體圖像亮度進(jìn)行累加求平均得到當(dāng)前幀的圖像平均亮度。
[0057]步驟(12):當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度比較，如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的絕對值小于等于設(shè)定圖像平均亮度差值Y(th)，就認(rèn)為自動曝光控制已經(jīng)控制到位，停止曝光時間的調(diào)整，以當(dāng)前幀的曝光時間作為下一幀的曝光時間，如果當(dāng)前幀的圖像亮度與預(yù)期圖像亮度的差值的絕對值大于設(shè)定圖像平均亮度差值Y (th)，則進(jìn)入曝光時間調(diào)整，例如Y (th) = 8。
[0058]步驟(13):確定下一幀曝光時間，下一幀自動曝光時間的確定是在當(dāng)前幀的曝光時間的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的正負(fù)和大小來進(jìn)行曝光時間選擇，如圖3所示，包括以下步驟:
[0059]步驟(131):如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值為正，則下一中貞圖像曝光時間就需要在前一巾貞圖像曝光時間的基礎(chǔ)上減小曝光時間；
[0060]步驟(132):如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值為負(fù)，則下一中貞圖像曝光時間就需要在前一巾貞圖像曝光時間的基礎(chǔ)上增加曝光時間；
[0061]步驟(133):當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值大小進(jìn)行自適應(yīng)增加、減小的曝光時間的選擇，增加、減小的曝光時間值為曝光時間步長數(shù)值RX亮度差值X曝光時間當(dāng)量值t，例如曝光時間步長數(shù)值和曝光時間當(dāng)量值如表I所示。
[0062]表I是本發(fā)明的自動曝光控制參數(shù)表
[0063]

【權(quán)利要求】
1.一種適用于空間探測成像的基于FPGA的自動曝光控制方法，其特征在于:對當(dāng)前幀圖像采用自適應(yīng)閾值分割，識別出當(dāng)前幀主體圖像，由當(dāng)前幀主體圖像平均亮度得到當(dāng)前幀圖像平均亮度，根據(jù)當(dāng)前幀圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的正負(fù)和大小來自適應(yīng)選取確定下一幀的曝光時間，采用連續(xù)幀不斷循環(huán)迭代使當(dāng)前幀圖像平均亮度達(dá)到預(yù)期圖像平均亮度，其中，自動曝光控制步驟為: 步驟(11):計(jì)算當(dāng)前幀的圖像平均亮度，以當(dāng)前幀圖像的所有像素的均值的一半作為自適應(yīng)閾值，將大于等于閾值的像素分割為當(dāng)前幀主體圖像，再將當(dāng)前幀主體圖像亮度進(jìn)行累加求平均得到當(dāng)前幀圖像平均亮度，包括以下步驟: 步驟(111):RGB三色合成圖像亮度，采用RGB色彩空間到Y(jié)UV色彩空間變換關(guān)系將像素為MXN的整幅圖像的相鄰的四個分量R、GU G2、B加權(quán)平均得到一個圖像亮度數(shù)據(jù)，將MXN個彩色值轉(zhuǎn)換為M/2XN/2個亮度值； 步驟(112):圖像亮度抽樣提取，將R、G、B三色合成的M/2XN/2個亮度值在列方向按照Ι/m的抽樣原則，將M/2XN/2個亮度值轉(zhuǎn)換為M/2mXN/2個亮度值； 步驟(113):計(jì)算圖像行平均亮度，計(jì)算M/2mXN/2個亮度值的每一行所有像素的平均值，并以前一行的平均值的一半作為當(dāng)前行的自適應(yīng)閾值，將當(dāng)前行中大于等于閾值的像素分割為當(dāng)前行主體圖像，再將當(dāng)前行主體圖像亮度進(jìn)行累加求平均得到當(dāng)前行的圖像平均亮度，將M/2mXN/2個亮度值轉(zhuǎn)換為N/2個行亮度平均值； 步驟(114):計(jì)算圖像塊平均亮度，將M/2mXN/2個亮度值以相鄰的η行合成為I塊，將M/2mXN/2亮度值分為N/2n塊，將相鄰的η行的平均值累加求平均得到每一塊的平均亮度，得到Ν/2η個塊亮度平均值； 步驟(115):計(jì)算圖像平均亮度，將Ν/2η個亮度平均值累加求平均得到整幅圖像的亮度均值，將均值的一半作為自適應(yīng)閾值，將大于等于閾值的像素分割為當(dāng)前幀主體圖像，再將當(dāng)前幀主體圖像亮度進(jìn)行累加求平均得到當(dāng)前幀的圖像平均亮度Y(mean)； 步驟(12):當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度比較，如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的絕對值小于等于設(shè)定圖像平均亮度差值Y(th)，就認(rèn)為自動曝光控制已經(jīng)控制到位，停止曝光時間的調(diào)整，以當(dāng)前幀的曝光時間作為下一幀的曝光時間，如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的絕對值大于設(shè)定圖像平均亮度差值Y (th)，則進(jìn)入曝光時間調(diào)整； 步驟(13):確定下一幀曝光時間，下一幀自動曝光時間的確定是在當(dāng)前幀的曝光時間的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值的正負(fù)和大小來進(jìn)行曝光時間選擇，包括以下步驟: 步驟(131):如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值為正，則下一幀圖像曝光時間就需要在如一巾貞圖像曝光時丨0]的基礎(chǔ)上減小曝光時間； 步驟(132):如果當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值為負(fù)，則下一幀圖像曝光時間就需要在前一巾貞圖像曝光時間的基礎(chǔ)上增加曝光時間； 步驟(133):當(dāng)前幀的圖像平均亮度與預(yù)期圖像平均亮度的差值大小來自適應(yīng)確定增力口、減小的曝光時間值，增加、減小的曝光時間值為曝光時間步長數(shù)值RX亮度差值X曝光時間當(dāng)量值t ； 步驟(134):下一幀圖像曝光時間減少，如果前一幀的曝光時間與曝光時間范圍的下限差值大于確定的減小的曝光時間值，則下一幀的曝光時間為前一幀的曝光時間減去確定的減小的曝光時間值；否則直接將曝光時間范圍的下限值作為下一幀的曝光時間； 步驟(135):下一幀圖像曝光時間增加，如果前一幀的曝光時間與曝光時間范圍的上限差值大于確定的增加的曝光時間值，則下一幀的曝光時間為前一幀的曝光時間加上確定的增加的曝光時間值；否則直接將曝光時間范圍的上限值作為下一幀的曝光時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動曝光控制方法，其特征在于，所述RGB色彩空間到Y(jié)UV色彩空間變換關(guān)系為(8R+R+4B+16Gl+2G2+G2)/32，其中: Gl為奇通道的G分量； G2為偶通道的G分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動曝光控制方法，其特征在于，所述的自動曝光控制方法在曝光控制FPGA內(nèi)運(yùn)行，其中，曝光控制FPGA為航天級反熔式FPGA，其型號為Actel公司的 A54SX72A-CQ208B。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動曝光控制方法，其特征在于，所述的自動曝光控制方法的曝光時間檔位分為兩檔，a檔的曝光時間范圍為4μ s?140ms，b檔的曝光時間范圍為16 μ s ?560ms。
5.一種為實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述自控曝光控制方法的自動曝光控制裝置，其特征在于，該自動曝光控制裝置包括光學(xué)鏡頭(21)、APS傳感器(22)、曝光控制FPGA (23);其中，光學(xué)鏡頭(21)、APS傳感器(22)、曝光控制FPGA (23)依次放置， 光學(xué)鏡頭(21)，用于將待成像目標(biāo)成像在APS傳感器(22)上； APS傳感器(22)，用于將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電子信號； 曝光控制FPGA(23)，用于圖像亮度計(jì)算，并將所得圖像亮度與預(yù)期的圖像亮度進(jìn)行比較，確定自動曝光時間。
【文檔編號】H04N5/235GK104184958SQ201410476774
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】余國彬, 劉恩海, 周武林, 周向東, 鐘杰, 趙汝進(jìn), 王進(jìn) 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所