基于像素强度分布的多目标自动曝光及增益控制的方法及系统技术方案

本申请案涉及一种基于像素强度分布的多目标自动曝光及增益控制的方法及系统。一种基于像素强度分布的多目标自动曝光及增益控制的实例性方法包含用图像传感器捕获一系列数字图像。在捕获所述系列的数字图像时，调整曝光时间及/或增益以调整所述数字图像的平均强度值直到达到目标平均强度值为止。所述方法包含基于每一所捕获数字图像中具有落在强度值范围之外的强度值的像素的相对数目而动态地从多个目标平均强度值选择所述目标平均强度值。

【技术实现步骤摘要】
基于像素强度分布的多目标自动曝光及增益控制的方法及系统
本专利技术大体来说涉及图像传感器，且特定来说(但非排他性地)涉及图像传感器的自动曝光及增益控制。
技术介绍
图像传感器已变得普遍存在。其广泛用于数字静态相机、蜂窝式电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器且特定来说互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术已不断快速地发展。举例来说，随着数字成像变得更流行，技术努力实现具有更佳分辨率及色彩准确度的图像及视频。常规CMOS图像传感器通常包含像素阵列，其中每一像素包含将入射光变换成电荷的光电二极管。每一个别像素具有在固定曝光时间内随着光强度的增加而最终饱和的输出。所述光电二极管的饱和可由于称为模糊的效应(其中过量电荷扩散到相邻像素中)而产生不想要的图像涂污。因此，图像传感器的一个目标是实现其中恰当地对物体进行曝光(即，不太亮或不太暗)的图像。常规图像传感器通常提供曝光未经优化的图像。一些常规图像传感器可应用图像获取后算法以允许进一步处理数字图像数据以实现与特定像素相关联的特定色彩及强度。然而，对图像应用的图像获取后校正越多，图像的总体质量就可越多地降级。胶片摄影师已知类似的现象，其认识到可从良好底片制作比在对普通底片应用多个(虽然高级)操纵之后制作的照片更好的照片。在自动曝光控制的一些常规方法中，确定图像的全部或部分的单个窗的平均强度。所述强度可为照度Y信号或者一个或一个以上色彩通道信号。接着指派预定义目标平均强度(即，所要的固定平均强度)并确定平均强度与目标平均强度之间的差。基于此差而确定曝光校正。然而，使用单个预定义目标平均强度仍可导致图像中存在的太多亮像素及/或太多暗像素，此可使得所述图像的观看不舒适。此外，在计算平均强度时应用图像的部分的单个窗通常导致较不准确的目标强度估计，因为图像的不同部分可具有不同的强度分布。
技术实现思路
在一个实施例中，本申请案提供一种方法，其包括：用图像传感器捕获一系列数字图像；在捕获所述系列的数字图像时，调整所述图像传感器的选自由曝光时间及增益组成的群组的至少一个参数以调整所述数字图像的平均强度值直到达到目标平均强度值为止；及基于每一所捕获数字图像中具有落在强度值范围之外的强度值的像素的相对数目而从多个目标平均强度值选择所述目标平均强度值。在另一实施例中，本申请案提供一种包含存储于其上的程序代码的非暂时计算机可读媒体，所述程序代码包括用以进行以下操作的指令：用图像传感器捕获一系列数字图像；在捕获所述系列的数字图像时，调整所述图像传感器的选自由曝光时间及增益组成的群组的至少一个参数以调整所述数字图像的平均强度值直到达到目标平均强度值为止；及基于每一所捕获数字图像中具有落在强度值范围之外的强度值的像素的相对数目而从多个目标平均强度值选择所述目标平均强度值。在又一实施例中，本申请案提供一种图像传感器，其包括：多个像素；读出电路，其耦合到所述多个像素，用于捕获一系列数字图像；及参数调整器，其耦合到所述读出电路，用于：在捕获所述系列的数字图像时，调整所述图像传感器的选自由曝光时间及增益组成的群组的至少一个参数以调整所述数字图像的平均强度值直到达到目标平均强度值为止；及基于每一所捕获数字图像中具有落在强度值范围之外的强度值的像素的相对数目而从多个目标平均强度值选择所述目标平均强度值。附图说明参考以下各图描述本专利技术的非限制性及非穷尽实施例，其中除非另有规定，否则在所有各个视图中相似参考编号指代相似部件。图1是图解说明根据本专利技术的实施例的图像传感器的框图。图2是图解说明根据本专利技术的实施例的多目标自动曝光及增益控制的过程的流程图。图3是图解说明数字图像的像素强度分布的直方图。图4是图解说明根据本专利技术的实施例计算数字图像中所包含的像素的平均强度值的过程的流程图。图5是图解说明根据本专利技术的实施例被分段成数个区的图像的图，其中每一区具有相关联区权重因子。图6是图解说明根据本专利技术的实施例对目标平均强度值的选择的图表。图7是图解说明根据本专利技术的实施例对目标平均强度值的选择的流程图。具体实施方式本文中描述基于像素强度分布的多目标自动曝光及增益控制的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述特定细节中的一者或一者以上的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。在本说明书通篇中对“一个实施例”或“一实施例”的提及意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现未必全部指代同一实施例。此外，可在一个或一个以上实施例中以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。图1是图解说明根据本专利技术的实施例的图像传感器100的框图。图像传感器100的所图解说明实施例包含作用区域(即，像素阵列105)、读出电路110、功能逻辑115及控制电路120。像素阵列105可为背侧或前侧照明式成像像素(例如，像素PD1、...、Pn)的二维阵列。在一个实施例中，每一像素为作用像素传感器(“APS”)，例如互补金属氧化物半导体(“CMOS”)成像像素。如所图解说明，每一像素布置到一行(例如，行R1到Ry)及一列(例如，列C1到Cx)中以获取人、地点或物体的图像数据，接着可使用所述图像数据来再现所述人、地点或物体的图像。在每一像素已获取其图像数据或图像电荷之后，图像数据104由读出电路110读出且传送到功能逻辑115。读出电路110可包含放大电路、模/数转换电路或其它。功能逻辑115可仅存储图像数据104或甚至通过应用图像后效果(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵所述图像数据。在一个实施例中，读出电路110可沿着读出位线一次读出一行图像数据(所图解说明)或可使用多种其它技术(未图解说明)读出所述图像数据，例如串行读出或同时全并行读出所有像素。控制电路120耦合到像素阵列105以控制像素阵列105的操作特性。举例来说，控制电路120可包含用于响应于所获取图像数据104而调整像素阵列105的曝光及/或增益的参数调整器121。如下文将更详细地论述，参数调整器121可在像素阵列105获取一系列数字图像时借助控制信号102调整像素阵列105的曝光及/或增益以便调整每一数字图像的平均强度值直到达到目标平均强度值为止。参数调整器121还可基于每一所捕获数字图像中具有落在强度值范围之外的强度值的像素的相对数目而动态地从数个可能目标平均强度值选择目标平均强度值。在一个实施例中，所述强度值范围包含强度值被确定为既不太亮又不太暗的像素。因此，代替如在一些常规应用中所做的那样使用单个固定目标平均强度值，本专利技术的实施例使用多个目标平均强度值来避免在图像中积累太多亮像素及/或太多暗像素。因此，在一些实施例中，在完成自动曝光/增益控制之后，后续图像将具有预定义百分比的饱和及/或暗像素。控制电路120包含用于执行本文中所描述的过程中的任一者的参数调整器121。虽然图1将参数调整器121图解说明为包含于控制电路120中，但其它实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：用图像传感器捕获一系列数字图像；在捕获所述系列的数字图像时，调整所述图像传感器的选自由曝光时间及增益组成的群组的至少一个参数以调整所述数字图像的平均强度值直到达到目标平均强度值为止；及基于每一所捕获数字图像中具有落在强度值范围之外的强度值的像素的相对数目而从多个目标平均强度值选择所述目标平均强度值。

【技术特征摘要】
2013.07.02 US 13/933,6741.一种自动曝光及增益控制方法，其包括：用图像传感器捕获一系列数字图像；基于每一所捕获数字图像中具有落在强度值范围之外的强度值的像素的相对数目而从多个目标平均强度值选择目标平均强度值；在捕获所述数字图像时计算每一数字图像中所包含的像素的平均强度值，其中计算数字图像中所包含的所述像素的所述平均强度值包括：将所述数字图像分段成多个区，其中所述多个区中的每一者具有相关联区权重因子；和通过对每一像素的强度值应用与相应像素位于其中的区相关联的区权重因子来提供所述平均强度值；及在捕获所述系列的数字图像时，调整所述图像传感器的选自由曝光时间及增益组成的群组的至少一个参数以调整所述数字图像的所述平均强度值直到达到所述目标平均强度值为止。2.根据权利要求1所述的方法，其中计算数字图像中所包含的所述像素的所述平均强度值进一步包括：第一次用与每一像素位于其中的所述区相关联的所述区权重因子对相应像素的所述强度值进行加权；第二次用基于每一像素的所述强度值而选自多个强度权重因子的强度权重因子对相应像素的所述强度值进行加权；及计算所述像素的经加权强度值的总和。3.根据权利要求2所述的方法，其中按下式来计算所述平均强度值：其中Wi为相应像素的所述区权重因子，Mi为相应像素的所述强度权重因子，且Yi为相应像素的所述强度值。4.根据权利要求2所述的方法，其中强度值落在所述强度值范围之外的像素的所述强度权重因子大于强度值落在所述强度值范围内的像素的所述强度权重因子。5.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述目标平均强度值包括，在捕获每一数字图像时，针对所述每一数字图像：确定所述数字图像中具有大于所述强度值范围的上阈值的强度值的像素的第一百分比；及如果所述第一百分比大于第一阈值百分比量，那么将所述目标平均强度值设定为选自所述多个目标平均强度值的第一值。6.根据权利要求5所述的方法，其中选择所述目标平均强度值进一步包括，在捕获每一数字图像时，针对所述每一数字图像：确定所述数字图像中具有小于所述强度值范围的下阈值的强度值的像素的第二百分比；及如果所述第二百分比大于第二阈值百分比量，那么将所述目标平均强度值设定为选自所述多个目标平均强度值的第二值。7.根据权利要求6所述的方法，其中选择所述目标平均强度值进一步包括，在捕获每一数字图像时，针对所述每一数字图像：如果所述第一百分比小于所述第一阈值百分比量且所述第二百分比小于所述第二阈值百分比量，那么将所述目标平均强度值设定为选自所述多个目标平均强度值的第三值。8.根据权利要求7所述的方法，其中选自所述多个目标平均强度值的所述第一值小于所述第二值且其中所述第三值在所述第一值与所述第二值之间。9.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述图像传感器的所述至少一个参数包括：(a)在每一所捕获数字图像中的饱和像素的第一百分比超过第一阈值百分比量时减小所述至少一个参数，直到所述平均强度值小于或等于低目标平均强度值为止；(b)如果在于步骤(a)中减小所述至少一个参数时饱和像素的所述第一百分比下降到所述第一阈值百分比量以下，那么调整所述至少一个参数使得所述平均强度值大致等于中目标平均强度值；(c)如果在所述平均强度值处于所述中目标平均强度值时饱和像素的所述第一百分比大于所述第一阈值百分比量，那么减小所述至少一个参数直到饱和像素的所述第一百分比小于所述第一阈值百分比量为止，使得所述平均强度值在所述低目标平均强度值与所述中目标平均强度值之间；(d)如果在所述平均强度值处于所述中目标平均强度值时饱和像素的所述第一百分比小于所述第一阈值百分比量且暗像素的第二百分比大于第二阈值百分比量，那么增加所述至少一个参数直到暗像素的所述第二百分比小于所述第二阈值百分比量为止，使得所述平均强度值在所述中目标平均强度值与高目标平均强度值之间；及(e)如果在于步骤(d)中增加所述至少一个参数时所述平均强度值增加到大于或等于所述高目标平均强度值，那么停止所述至少一个参数的所述增加。10.根据权利要求1所述的方法，其中每一像素的所述强度值为相应像素的照度Y值。11.根据权利要求1所述的方法，其中每一像素的所述强度值为相应像素的红色(R)值、绿色(G)值及蓝色(B)值中的最大者。12.一种包含存储于其上的程序代码的非暂时计算机可读媒体，所述程序代码包括用以进行以下操作的指令：用图像传感器捕获一系列数字图像；基于每一所捕获数字图像中具有落在强度值范围之外的强度值的像素的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成明，单继璋，吴东晖，
申请(专利权)人：全视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US