[發明專利]獲取全天相機的自動曝光參數的方法

有效

• 申請號: 201811566223.9
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN111355896B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 許允飛;崔辰州;樊東衛;韓軍;崔順;李長華;李正
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235;H04N5/243;H04N5/353
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供一種獲取全天相機的自動曝光參數的方法，包括：步驟A：根據當前的晝夜情況選取合適的目標分值；步驟B：根據太陽或月亮的位置生成對應的模板；步驟C：設置CCD增益和曝光時間的初始值；步驟D：根據設置的CCD增益和曝光時間拍攝樣張，并計算該樣張減去模板后的分值；步驟E：判斷步驟D得到的分值是否達到目標分值：若達到目標分值，輸出該樣張；若沒有達到目標分值，設置新的CCD增益和曝光時間，返回步驟D。本公開提供的獲取全天相機的自動曝光參數的方法通過循環拍攝樣張，計算樣張亮度并通過比例積分控制器調節曝光參數，不需要使用測光儀測得天空亮度，省去了使用測光儀這一易損耗部件，提高了全天相機系統的可靠性。

技術領域

本公開涉及全天相機成像技術領域，尤其涉及一種獲取全天相機的自動曝光參數的方法。

背景技術

全天相機(All-Sky Camera)是指能夠對全天空范圍進行光學觀測的設備，其核心是由電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)和魚眼鏡頭組成，它能夠獲取張角-180°～180°，環視360°的景象，并通過高性能CCD捕捉弱光及特定波段的光學數據，廣泛適用于大視場的圖像數據獲取。在應用方面，全天相機可以獲得全天空范圍的地基云圖，主要用于全天云量信息監測。獲取高質量的全天云量圖像的關鍵是實現對天空的正確曝光拍攝。由于全天相機需要全天候持續拍攝，所以其成像受到太陽位置、天氣情況、月相的影響較大，容易出現過曝或者曝光不足的情況。

實現全天相機正確的曝光需要設置合適的曝光參數，包括：曝光時間、鏡頭光圈值和CCD增益這三個部分。其中曝光時間是指CCD感光的時長，以毫秒為單位；鏡頭光圈值是指鏡頭通光量的大小，用f值表示，常用的有f1.4、f4.0、f11、f16等，f值越小表示光圈越大，相應的通光面積越大；CCD增益是指CCD的光敏感程度，增益值越高，對光越敏感，但是隨之而來是噪點的增加，應盡量將其設置為一個較低的值。針對不同的光環境，調整這三個參數，以實現對全天相機的正確曝光。為此需要采用某種方法計算出合適的曝光參數。

現有技術中應用于全天相機的曝光參數計算方法主要有兩種：第一種計算方法為采用測光計測出天光亮值，根據天光亮度值來計算曝光參數。如中國科學院國家天文臺光學天文重點實驗室研發的全天相機采用了Unihedron生產的夜天光監測儀SQM-LE測算天光亮度，根據該亮度計算出由一個由三個曝光參數組合得到的曝光值，用以代表能夠給出同樣曝光的所有光圈和快門的組合，以簡化在等價拍攝參數之間進行選擇的過程。(文獻田健峰，鄧李才，閆正洲，等.中國SONG項目節點全天云量監測方案[J].天文學報，2016，57(3)：366-375.)第二種計算方法為根據太陽高度、月亮高度及月相計算曝光參數。中國科學院國家天文臺興隆站研發的全天相機采用了該方法。通過將曝光參數組合數值與太陽高度、月亮高度及月相一一對應，構建了一個曝光參數值查找表。在全天相機的實際拍攝過程中，根據拍攝時候的太陽高度或月亮高度及月相，查找對應的曝光參數組合進行拍攝。

然而，在實現本公開的過程中，本申請發明人發現，對于采用測光計測出天光亮值的全天相機曝光參數計算方法，需要添加額外的測光用硬件，該硬件屬于精密光學部件，在使用中較易損壞，一旦該部件不能正常工作，則無法進行曝光參數計算，降低了系統的可靠性。對于根據太陽高度、月亮高度及月相計算曝光參數的全天相機曝光參數計算方法，無法將拍攝時實際的天氣狀況考慮進去，如出現陰天或雨雪天氣，不可避免的出現欠曝或過曝的問題。

公開內容

(一)要解決的技術問題

基于上述技術問題，本公開提供一種獲取全天相機的自動曝光參數的方法，以緩解現有技術中的全天相機曝光參數計算方法需要添加額外的測光用硬件，降低了系統的可靠性，或無法考慮拍攝時實際的天氣狀況，導致欠曝或過曝的技術問題。

(二)技術方案