[發明專利]一種基于圖像特征的CMOS傳感器底電平自適應調節方法

有效

• 申請號: 201611104699.1
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106791465B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 唐琦;解靜;董國偉;胡永富;黃長寧;張宏偉;牟研娜;陳彥;潘錚;陳超;王震;侯作勛
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235;H04N5/374
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

本發明公開了一種基于圖像特征的CMOS傳感器底電平自適應調節方法，步驟如下：劃分圖像灰度分布區間；計算各區間的像素個數占像素總數的比值；將上述比值與閾值進行比較，判斷是否需要調整底電平；采用查找表法獲得底電平調整系數。本發明能夠根據場景的亮度分布特征，自適應的調節傳感器的底電平，在曝光時間范圍有限的情況下，對光照變化劇烈的場景能取得較好的曝光效果。

技術領域

本發明涉及一種應用于CMOS圖像傳感器的底電平自適應調節方法，該方法能夠有效彌補曝光時間范圍有限帶來的不足，除常規光照環境外，還可應用于光照強度變化范圍較大的太空環境，屬于航天光學遙感器技術領域。

背景技術

CMOS圖像傳感器具有高集成度、低成本和低功耗等優點，有利于實現輕小型高幀頻低功耗的相機系統。目前，采用CMOS圖像傳感器的相機正廣泛應用于航空航天、國防軍事等領域。

在CMOS圖像傳感器成像過程中，曝光對圖像質量的影響很大。CMOS傳感器的像素輸出電壓由光照強度和曝光時間決定，在曝光時間固定的情況下，若光強較低，曝光時間結束時輸出信號仍然小于噪聲，造成曝光不足，會導致圖像過暗；若光強較高時，曝光時間尚未結束信號已經飽和，造成曝光過度，則會導致圖像過亮。這兩種情況都會失去圖像細節，即使在后續圖像處理過程中都難以在色彩上恢復，降低了圖像的視覺質量。自動曝光技術能夠自動調節曝光時間，使其適應入射光強的變化，以達到合適的成像效果。然而，航天遙感圖像場景具有其特殊性，圖像或者具有大面積的深空背景，或者處于強光直射情況下，場景明暗變化大，未知性強。為了獲得盡可能多的信息，高幀頻CMOS相機的應用日趨廣泛，而高幀頻則意味著傳感器曝光時間的最大值受到了相應的限制。同時，傳感器的曝光時間最小值是由控制時鐘決定的。由于曝光時間受到幀頻和時鐘的制約，即使采用了自動曝光技術，仍然會出現曝光時間范圍不能滿足環境光強變化的情況。

因此，研究一種在光照條件較為極端(過強或過弱)的場景下也能夠獲得較好成像效果的方法對于航天遙感CMOS相機具有重要的意義。

發明內容

本發明的技術解決問題是：彌補曝光時間范圍有限的不足，從傳感器自身特性出發，提供了一種自適應底電平調節方法，本發明根據場景的不同，自動調節CMOS傳感器的底電平以適應入射光強的變化，對環境光照條件較為極端的場景也具有良好的成像效果，對硬件要求較低，易于移植。

本發明的技術解決方案是：

一種基于圖像特征的CMOS傳感器底電平自適應調節方法，步驟如下：

(1)劃分圖像灰度分布區間：灰度值小于等于P1的像素屬于暗區域Z0，灰度值大于等于P2的像素屬于亮區域Z1，灰度值在[P3,P4]區間的像素屬于感興趣區域Z2；

(2)分別計算Z0～Z2區域的像素個數占像素總數的比值K0～K2；

(3)根據步驟(2)得到的各區域像素個數比值，獲得底電平調整系數；

(4)由當前底電平數值乘以調整系數得出下次底電平數值；

(5)結束。

所述步驟(3)中獲得底電平調整系數的具體方法如下：

(3a)若K2大于KM，則不調整底電平，將底電平調整系數設置為C1，直接進入步驟(4)，否則進入步驟(3b)；

(3b)若K0大于K1，則進入步驟(3c)，否則進入步驟(3d)；

(3c)根據K0的值查表得到底電平調整系數，并進入步驟(4)；

(3d)根據K1的值查表得到底電平調整系數，并進入步驟(4)。