[发明专利]光电经纬仪用高速相机自动曝光方法

说明书

光电经纬仪用高速相机自动曝光方法，涉及光电技术领域，解决现有技术的自动曝光方法无法实现对高速相机在目标背景光照不断变化的情况下进行自动调光的问题，本发明采用图像直方图特征HF函数的自动曝光方法，用于在背景光照快速、大范围变化的情况下对高速相机进行自动曝光控制。图像直方图特征函数方法可以在短时间内提供更高的信息熵值；与直接使用图像信息熵作为评价标准的方法比较。本发明通过HF函数判断出补偿方向与步长减少自动曝光系统搜索时间。本发明采用图像直方图特征函数的自动曝光方法可以有效提高高速相机自动曝光的准确性及稳定性，为后续图像识别以及图像跟踪提供较多的图像细节信息。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种光电经纬仪用高速相机自动曝光方法。

背景技术

随着CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)技术的迅速发展，CIS系统在军事和民用领域都得到了广泛的应用。高速相机是CIS系统的一种，其帧率是普通CIS系统(例如：NTSC 30fps或PAL 25fps)的几倍至几千倍甚至更高，凭借这一特点，高速相机被广泛应用于记录目标运动过程中的特定瞬间状态或者全部过程，以获得精准的时间、空间信息，为研究高速现象的运动规律提供可靠的依据。

高速相机普遍采用高灵敏度的图像传感器，对观测目标亮度以及背景光照要求较高，早期的高速相机一般应用在可以人工提供良好光照的条件下，例如工业检测及运动员运动状态观测等。目前，随着对高速目标运动特性分析更广泛的需求，高速相机开始应用于自然光条件下，如光电经纬仪等。但自然界中光照的动态范围远高于CIS的动态范围，高速相机拍摄的图像特别容易饱和，并且导致丢失大量图像细节，无论后续人眼观察还是图像跟踪器判别图像特征都将受到很大影响，从而影响光电经纬仪等的跟踪性能。因此，本发明着重研究了光电经纬仪用高速相机在执行任务时如何能快速地退出曝光过度或欠曝光状态，并找到较为准确的曝光值，为后续的调焦以及目标跟踪提供有良好曝光程度的图像。

自动曝光(Auto Exposure,AE)已经成为影响数字相机成像质量的一个重要因素。通过自动调整相机的曝光时间，自动曝光系统可以有效降低相机的过曝光或欠曝光现象，使获得图像的细节信息最大化。

目前，国内外有很多研究从平均亮度值、图像亮度直方图、信息熵、DCT变换、数学迭代以及图像融合等算法对自动曝光进行了研究。但其中大多数仅针对拍摄静止图片的数码相机，或者工作在常规频率的摄像机，鲜有针对高速相机在目标背景光照不断变化的情况下进行自动调光的研究。

发明内容

本发明为解决现有技术的自动曝光方法无法实现对高速相机在目标背景光照不断变化的情况下进行自动调光的问题，提供一种光电经纬仪用高速相机自动曝光方法。

光电经纬仪用高速相机自动曝光方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、采用HF函数对输入的图像亮度进行分析；具体分析过程为：

将HF函数定义为经过归一化后的图像直方图中亮度值高于亮度门限值th的图像直方图归一化函数之和；

所述HF函数为：

采用四个参数对高速相机捕获的图像亮度进行分析，所述四个参数分别为亮度门限值th为平均亮度值时HF函数值H_mean，亮度门限值th为平均亮度值一半时HF函数值H_half，亮度门限值th为平均亮度值二倍时HF的函数值H_twice以及计算值H_diff，所述计算值H_diff的值为反应获得图像中亮区域与暗区域的对比度；

步骤二、曝光粗调以及曝光精调，实现高速相机自动曝光；

在曝光粗调的过程为：

a、判断亮度门限值th为平均亮度值二倍时HF的函数值H_twice是否大于等于过曝光门限值α，如果是，执行步骤b，如果否，执行c；