[發明專利]基于圖像特征點有效亮度的相機自動曝光方法

有效

• 申請號: 201811247256.7
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109510949B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 胡文學;陳昆;沈會良
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種基于圖像特征點有效亮度的相機自動曝光方法。該方法包括：通過對相機進行光度響應標定，得到相機光度響應函數的擬合結果；對相機采集的圖像進行特征點提取；在所有特征點周圍建立局部窗口，根據像素是否處于特征點局部窗口內建立掩膜；對于掩膜所覆蓋圖像區域像素剔除過曝點后求平均亮度；根據掩膜內像素平均亮度與相機光度響應函數估計平均環境光強；根據相機光度響應函數與平均環境光強計算目標曝光時間，并利用滑動平均確定最終曝光時間；本發明可應用于可見光相機的自動曝光調整問題，充分考慮圖像特征點豐富區域曝光質量，可快速迭代到合理曝光時間。

技術領域

本發明涉及相機自動曝光技術，尤其涉及一種基于圖像特征點有效亮度的相機自動曝光方法。

背景技術

隨著計算機視覺與圖像處理技術在物體檢測、識別、跟蹤等領域的進步，極大促進了視覺系統在各式各樣的無人系統上的應用。相機傳感器所采集的圖像作為后續算法的直接輸入，圖像中物體特征，細節等信息將對算法精度造成很大影響。然而，高質量的圖像采集的常常受傳感器和算法的限制，在一些復雜高動態環境下，容易造成圖像過曝或過暗，從而導致信息丟失。

相機自動曝光的目的是通過調節相關控制參數，使得相機能夠采集到細節豐富的高質量圖像。現有的相機曝光控制方式主要有3種：調節鏡頭光圈，調節放大增益，控制曝光時間。第1種方式涉及到相關硬件操作，實時性不足；第2種方式容易導致成像不穩定，且造成噪聲增大；因此現有方法常常使用第3種方式進行曝光控制。傳統算法通過評估整幅圖像的平均亮度或統計亮度直方圖進行曝光調整，這種方法對于簡單、低對比度的場景較為有效，但無法應對高動態范圍的場景；有算法通過圖像所包含的信息進行圖像成像質量評估進而進行曝光調整。常用的有圖像信息評估有圖像的梯度，熵等。但是圖像梯度在純色環境下或圖像大范圍過曝或過暗時會嚴重缺失；圖像熵涉及到概率模型，在高動態環境下曝光調整不夠直觀，參數調整需依賴較多人工經驗；也有算法將圖像平均劃分為若干個區域并確定其中某幾個為感興趣區域，隨后對感興趣區域進行平均亮度統計，該方法能夠更好地保證圖像目標區域的合理曝光，不過其感興趣區域選取過于粗糙并不適用于場景變化較大情景。

發明內容

本發明針對可見光相機的自動曝光調整問題中現有根據圖像亮度進行曝光調整技術的不足，提出一種基于圖像特征點有效亮度的相機自動曝光方法，充分考慮圖像特征點豐富區域曝光質量，可快速迭代到合理曝光時間。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于特征點有效亮度的相機自動曝光方法，包含以下步驟：

(1)通過光度響應標定，得到相機光度響應函數的擬合結果g；

(2)對相機采集的圖像進行特征點提取；

(3)在所有特征點周圍建立局部窗口，根據像素是否處于特征點局部窗口內建立掩膜；

(4)對于掩膜所覆蓋的圖像區域內像素剔除過曝點后求平均亮度I_m；

(5)判斷平均亮度I_m是否達到目標平均亮度I₀：計算平均亮度I_m與目標平均亮度I₀的差值ΔI＝|I_m-I₀|，當ΔI小于設定閾值δ時，認為已調整到合適曝光時間，返回步驟(2)繼續監測；否則，執行步驟(6)；

(6)根據平均亮度I_m與相機光度響應函數估計平均環境光強E_m；

(7)根據相機光度響應函數與平均環境光強計算目標曝光時間，并利用滑動平均確定最終曝光時間，設置曝光時間并執行步驟(2)繼續監測。

進一步地，所述步驟(1)中，對相機進行光度響應標定，光度響應函數f描述了環境光強E與相機曝光時間Δt到圖像像素亮度I之間的映射關系，f可逆，定義其逆函數g為：