曝光调节方法、曝光调节装置以及计算机存储介质

技术领域

本申请涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种曝光调节方法、曝光调节装置以及计算机存储介质。

背景技术

在相机的自动曝光算法中，当前对图像亮度的统计主要有两种，一种是基于图像传感器分块统计亮度信息，另一种是通过直方图统计图像传感器的亮度信息。

方式1基于区域分块统计亮度信息能有效保存传感器像素亮度的位置信息，但是在实际运用时，特别是在智能检测普及的当下，由于设备硬件和成本的限制，分块区域的往往较大，最终会影响到重点物体的曝光效果。方式2直方图统计亮度信息能有效统计各个元素的亮度信息，通过对不同亮度区域的像素值赋予不同的权重，在自动曝光中可以实现不同的曝光风格，如提高亮度值较小区间的测光权重，实现画面暗区优先的曝光风格；提高亮度值最大区间的测光权重，实现画面亮区优先的曝光风格。

然而，过曝区域受限于重要区域相关权重上限，在小面积过曝场景中使用较大的权重时，很容易导致曝光调整过程中，统计亮度失真，无法精确表征出底层亮度数据的变化趋势，有可能导致曝光参数在最佳曝光点附近一直调节，导致画面闪烁。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提出了一种曝光调节方法、曝光调节装置以及计算机存储介质。

为解决上述技术问题，本申请提出了一种曝光调节方法，所述曝光调节方法包括：

获取实时画面，并解析所述实时画面的第一亮度直方图；

基于所述第一亮度直方图中的亮度数据以及预设权重函数，获取直方图权重；

按照所述直方图权重计算所述第一亮度直方图曝光调节后的第二亮度直方图；

基于所述第二亮度直方图自动曝光，采集实时图像。

其中，所述曝光调节方法，还包括：

获取曝光需求；

基于所述曝光需求确定所述预设权重函数的权重参数。

其中，所述曝光需求包括曝光加倍；

所述基于所述曝光需求确定所述预设权重函数的权重参数，包括：

基于所述曝光加倍的曝光需求，确定所述预设权重函数的权重倍数；

所述第二亮度直方图的亮度值与所述第一亮度直方图的亮度值的比值为所述权重倍数。

其中，所述按照所述直方图权重计算所述第一亮度直方图曝光调节后的第二亮度直方图，包括：

获取第一亮度直方图中数量不为0的第一亮度值；

按照所述直方图权重中的权重倍数对所述第一亮度值加权计算，得到第二亮度值；

利用所述第一亮度值对应的各数量，以及所述第二亮度值构建所述第二亮度直方图。

其中，所述按照所述直方图权重中的权重倍数对所述第一亮度值加权计算，得到第二亮度值；

按照所述直方图权重中的权重倍数对所述第一亮度值加权计算，得到第三亮度值；

判断所述第三亮度值中是否存在超过显示限制的亮度值；

若是，则将超过显示限制的亮度值按照所述显示限制的亮度值作为所述第二亮度值。

其中，所述曝光需求包括强光抑制/暗区提亮；

所述基于所述曝光需求确定所述预设权重函数的权重参数，包括：

基于所述曝光加倍的曝光需求，确定所述预设权重函数的形状参数。

其中，所述预设权重函数的函数类型为幂函数。

为解决上述技术问题，本申请还提出一种曝光调节装置，所述曝光调节装置包括显示模块、计算模块、调节模块以及采集模块；其中，

所述显示模块用于获取实时画面，并解析所述实时画面的第一亮度直方图；

所述计算模块用于基于所述第一亮度直方图中的亮度数据以及预设权重函数，获取直方图权重；

所述调节模块用于按照所述直方图权重计算所述第一亮度直方图曝光调节后的第二亮度直方图；

所述采集模块用于基于所述第二亮度直方图自动曝光，采集实时图像。

为解决上述技术问题，本申请还提出一种曝光调节装置，所述曝光调节装置包括存储器以及与所述存储器耦接的处理器；其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如上述的曝光调节方法。

为解决上述技术问题，本申请还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被计算机执行时，用以实现上述的曝光调节方法。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：曝光调节装置获取实时画面，并解析所述实时画面的第一亮度直方图；基于所述第一亮度直方图中的亮度数据以及预设权重函数，获取直方图权重；按照所述直方图权重计算所述第一亮度直方图曝光调节后的第二亮度直方图；基于所述第二亮度直方图自动曝光，采集实时图像。通过上述曝光调节方法，保证图像统计亮度的线性，从而有效避免直方图测光模式下曝光调整闪烁的问题，提高曝光调节效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1是常规权重下直方图测光模式下曝光调整闪烁的原因分析示意图；

图2是本申请提供的曝光调节方法一实施例的流程示意图；

图3是本申请提供的曝光调节方法的整体流程示意图；

图4是本申请提供的曝光调节装置的一实施例的结构示意图；

图5是本申请提供的曝光调节装置的另一实施例的结构示意图；

图6是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请要解决的问题是不依赖于智能算法的情况下，通过可配置的权重曲线，解决小面积过曝问题，同时避免高权重下统计亮度在曝光调节中与实际亮度失真导致的曝光闪烁。尤其涉及在强光抑制需求中，不依赖于智能算法，仅通过配置f(x)＝kf(nx)满足的权重曲线，提高高亮区域权重，解决小面积过曝问题，同时从图像统计亮度上就有效抑制了曝光调整闪烁的可能。

在强光抑制需求中，提高了高亮元素区间的权重后，从原理上分析，如图1所示，原始像素亮度曝光加倍后，加权后的亮度统计值的增加量非2倍，导致变化过程中原始亮度与统计亮度的线性关系被破坏。这种线性关系的破坏会导致统计亮度无法精确得表征原始亮度的信息，特别是在提高高亮区域权重以解决小面积物体的过曝问题时，统计亮度的失真很容易导致画面在最佳曝光点前后闪烁。

图1中常规权重下直方图测光模式下曝光调整闪烁的详细计算结果如下表所示：

由此可知，曝光加倍后亮度增加1.92倍，原始亮度与统计亮度的线性关系被破坏。

具体请参阅图2和图3，图2是本申请提供的曝光调节方法一实施例的流程示意图，图3是本申请提供的曝光调节方法的整体流程示意图。

本申请的曝光调节方法应用于曝光调节装置，其中，本申请的曝光调节装置可以为服务器，也可以为终端设备，还可以为由服务器和终端设备相互配合的系统。相应地，曝光调节装置包括的各个部分，例如各个单元、子单元、模块、子模块可以全部设置于服务器中，也可以全部设置于终端设备中，还可以分别设置于服务器和终端设备中。

进一步地，上述服务器可以是硬件，也可以是软件。当服务器为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器为软件时，可以实现成多个软件或软件模块，例如用来提供分布式服务器的软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块，在此不做具体限定。

如图2所示，其具体步骤如下：

步骤S11：获取实时画面，并解析实时画面的第一亮度直方图。

在本申请实施例中，曝光调节装置从图像传感器获取一帧实时画面的图像数据。然后，将该帧图像数据进行(m+1)阶的直方图数据统计，得到亮度直方图统计信息Hist。

步骤S12：基于第一亮度直方图中的亮度数据以及预设权重函数，获取直方图权重。

在本申请实施例中，预设权重函数需要结合曝光风格需求，进行单独设计。具体地，本申请提供的预设权重函数的表达形式可以为：f(x)＝kf(nx)。其中f(x)＝kf(nx)限制条件也可以表述为，权重曲线在横坐标缩小n倍后，权重曲线形状不变，纵坐标经过k倍调整后能和原曲线重合。本申请提供的具体的权重函数包括但不限于：y＝x和幂函数。

进一步地，基于限制条件，可以实现曝光风格的定制，例如强光抑制、暗区提亮。例如，定制强光抑制的曝光风格时，可以采用指数为负数的幂函数；定制不同程度的强光抑制的曝光风格时，可以调整幂函数的指数的负数数值，负数数值越小，强光抑制效果越明显。

在一种具体的实施方式中，基于f(x)＝kf(nx)限制条件的强光抑制，需要将权重曲线设计为突出高亮区域权重的形状，可以提高算法对高亮区域的敏感度，从而可以有效解决小面积过曝场景的问题，同时在类似场景下，亮度变化时，曝光调节过程中可以避免曝光参数在最佳曝光点处浮动，导致画面闪烁。

曝光调节装置根据设计的预设权重函数以及第一亮度直方图中的亮度数据计算直方图权重Wi。

步骤S13：按照直方图权重计算第一亮度直方图曝光调节后的第二亮度直方图。

在本申请实施例中，曝光调节装置基于直方图权重Wi，加权计算得到图像亮度L，即得到第二亮度直方图，其具体计算公式如下：

本申请发现使用符合f(x)＝kf(nx)关系的函数作为直方图权重，可以有效保持加权后画面亮度的线性，使得图像统计亮度更精确表征图像底层采集数据的变化趋势，从而有效抑制曝光闪烁问题。

下面通过一个具体的例子，说明本申请的曝光调节方法的理论基础：

例如取f(x)＝x作为图2中的权重曲线，其中画面原始亮度数据R统计为(m+1)阶直方图，i为直方图下标，即元素亮度，Wi为对应的直方图权重，Ni表示在i阶亮度下的像素数量，详细计算如下表：

在原亮度数据加倍的情况下，加权后的画面亮度也会加倍，曝光调整过程中的线性关系没有变化，有利于曝光参数的调节，理论推导过程如下：

曝光变化前，图像亮度L0的计算为：

在曝光变化a倍后，图像亮度L1可以表示为

其中元素数量Nai与Ni相等，f(ai)＝kf(i)，因此曝光前后图像亮度的变化可以表示为：

本申请可以从原理上规避曝光闪烁的问题，有助于曝光风格的定制，特别是在大幅提高高亮区域的权重后，能不基于智能结果，直接解决场景中小面积过曝问题。

进一步地，如上表所示，曝光调节装置也可以只对数量不为0的亮度值进行加权计算，不需要遍历所有亮度值，能够有效加快曝光调节效率。

具体地，曝光调节装置获取第一亮度直方图中数量不为0的第一亮度值；按照所述直方图权重中的权重倍数对所述第一亮度值加权计算，得到第二亮度值；利用所述第一亮度值对应的各数量，以及所述第二亮度值构建所述第二亮度直方图。

另外，若按照直方图权重中的权重倍数对第一亮度值进行加权计算后，得到的第三亮度值超过显示阈值时，则对该部分亮度值按照显示阈值的最大值进行显示。

例如，当前显示器的显示范围为0-255。若加权计算后的第三亮度值为300时，则对该像素点的亮度值赋值为255。

步骤S14：基于第二亮度直方图自动曝光，采集实时图像。

在本申请实施例中，曝光调节装置基于第二亮度直方图L自动曝光，采集实时图像。

在本申请实施例中，曝光调节装置获取实时画面，并解析所述实时画面的第一亮度直方图；基于所述第一亮度直方图中的亮度数据以及预设权重函数，获取直方图权重；按照所述直方图权重计算所述第一亮度直方图曝光调节后的第二亮度直方图；基于所述第二亮度直方图自动曝光，采集实时图像。通过上述曝光调节方法，保证图像统计亮度的线性，从而有效避免直方图测光模式下曝光调整闪烁的问题，提高曝光调节效果。

本申请实现了一种可配置的直方图权重生成方式，基于该生成方式的测光方法可以保证图像统计亮度的线性，从而有效避免直方图测光模式下曝光调整闪烁的问题，特别在强光抑制的需求中，可以不依赖于智能算法，仅通过提高高亮区域权重来提高算法对高亮区域的灵敏度，从而有效解决小面积过曝物体的问题。

本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序而对实施过程构成任何限定，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。

为实现上述曝光调节方法，本申请还提出了一种曝光调节装置，具体请参阅图4，图4是本申请提供的曝光调节装置的一实施例的结构示意图。

本实施例的曝光调节装置300包括显示模块31、计算模块32、调节模块33以及采集模块34。

其中，所述显示模块31用于获取实时画面，并解析所述实时画面的第一亮度直方图。

所述计算模块32用于基于所述第一亮度直方图中的亮度数据以及预设权重函数，获取直方图权重。

所述调节模块33用于按照所述直方图权重计算所述第一亮度直方图曝光调节后的第二亮度直方图。

所述采集模块34用于基于所述第二亮度直方图自动曝光，采集实时图像。

为实现上述曝光调节方法，本申请还提出了另一种曝光调节装置，具体请参阅图5，图5是本申请提供的曝光调节装置的另一实施例的结构示意图。

本实施例的曝光调节装置400包括处理器41、存储器42、输入输出设备43以及总线44。

该处理器41、存储器42、输入输出设备43分别与总线44相连，该存储器42中存储有程序数据，处理器41用于执行程序数据以实现上述实施例所述的曝光调节方法。

在本申请实施例中，处理器41还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器41可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器41还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Process)、专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，FieldProgrammable Gate Array)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器41也可以是任何常规的处理器等。

本申请还提供一种计算机存储介质，请继续参阅图6，图6是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图，该计算机存储介质600中存储有计算机程序61，该计算机程序61在被处理器执行时，用以实现上述实施例的曝光调节方法。

本申请的实施例以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。