基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法及系統(tǒng)，包括計算當前圖像的灰度直方圖，對灰度直方圖進行歸一化，獲取當前圖像的直方圖的左邊界、右邊界和峰值；根據(jù)圖像灰度直方圖的期望峰值，計算相機曝光調(diào)整值；如果相機曝光調(diào)整值的絕對值大于等于調(diào)整閾值計算得到新的當前曝光值，絕對值小于調(diào)整閾值則不進行調(diào)整保持當前曝光值，根據(jù)當前曝光值進行拍照，當獲取新的圖像作為當前圖像后，繼續(xù)調(diào)整。本發(fā)明通過對獲取的圖像數(shù)據(jù)進行直方圖分析，利用期望的影像質(zhì)量和其直方圖分布特征對相機曝光時間調(diào)整，達到相機自動調(diào)整曝光時間的效果。
【專利說明】
基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于圖像直方圖分析的線陣相機自 動曝光調(diào)整方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 對野外運動目標(如火車)成像，考慮到運動和拼接因素，多采用線陣相機拍照。相 對于野外圖像數(shù)據(jù)采集的環(huán)境來說，有源光源的補光是拍照的必要條件，但外部環(huán)境的變 化，如夜晚、晴天、陰雨天、陽光直射、運動等現(xiàn)象的干擾，如何有效的消除，獲得更好的圖像 效果，是必須解決的問題。圖像的直方圖分析通常用于圖像的統(tǒng)計分析，可用于均衡化(如 "一種紅外圖像的直方圖均衡化方法"（CN 104252700A)，但是鮮有用于反向指導調(diào)節(jié)相機 曝光參數(shù)的方法。
[0003] 通過測光設(shè)備、光強測量等手段，對外部環(huán)境光的變化進行測量，需要考慮陰影區(qū) 域、外接光源干擾、物體運動等因素，并對成像物體自身反光等現(xiàn)象，當前還沒有比較好的 解決辦法。因此，有必要提供一種新的相機曝光方法來自動調(diào)整，W方便獲取明暗適宜、成 像效果清晰的動態(tài)場景圖片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào) 整方法及系統(tǒng)，從成像質(zhì)量分析上，把外部干擾因素體現(xiàn)在成像結(jié)果上，通過圖像直方圖分 析獲取適合當前環(huán)境和當前時刻的曝光時間，從而獲取高質(zhì)量圖像。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法， 其特征在于，包括W下步驟：
[0006] 步驟1、獲取當前圖像，計算當前圖像的灰度直方圖，對灰度直方圖進行歸一化，獲 取當前圖像的直方圖的左邊界Left_Pos、右邊界Rigt_Pos和峰值；
[0007] 步驟2、根據(jù)圖像灰度直方圖的期望峰值Exp_Bri曲t，計算相機曝光調(diào)整值CE邱如 下，
[00081
[0009] 其中，Ew_Bri曲t為圖像直方圖的期望峰值，Left_Sec_Pos和Rigt_Sec_Pos為剔 除邊界峰值后的二次邊界值，修正系數(shù)kl、k2為圖像直方圖線性變換系數(shù)；
[0010] 步驟3、比較相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值和預設(shè)的調(diào)整闊值，如果相機曝光調(diào)整 值CExp的絕對值大于等于調(diào)整闊值，將相機曝光調(diào)整值和當前曝光值相加，得到新的當前 曝光值，進入步驟4;如果相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值小于調(diào)整闊值，則不進行調(diào)整，保持 當前曝光值，進入步驟4;
[0011] 步驟4、根據(jù)當前曝光值進行拍照，當獲取新的圖像作為當前圖像后，重新返回步 驟1，繼續(xù)調(diào)整。
[0012] 而且，根據(jù)預設(shè)的過濾闊值，對直方圖進行截取，更新當前圖像的直方圖的左邊界 Lef t_Pos、右邊界Rigt_Pos和峰值。
[0013] 而且，當前圖像的行數(shù)采用預設(shè)的數(shù)值m。
[0014] 而且，m=1000。
[0015] 而且，根據(jù)預設(shè)的數(shù)值n，n〉l，步驟4中根據(jù)當前曝光值進行拍照時，是等待拍攝 (n-1) Xm行后才提取最新的m行圖像作為新的當前圖像，然后重新返回步驟1，繼續(xù)調(diào)整。
[0016] 本發(fā)明還相應(yīng)提供一種基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整系統(tǒng)，包括 W下模塊：
[0017] 第一模塊，用于獲取當前圖像，計算當前圖像的灰度直方圖，對灰度直方圖進行歸 一化，獲取當前圖像的直方圖的左邊界Left_Pos、右邊界Rigt_Pos和峰值；
[0018] 第二模塊，用于根據(jù)圖像灰度直方圖的期望峰值6邱_化ight，計算相機曝光調(diào)整 值CExp如下，
[0019]
[0020] 其中，Ew_Bri曲t為圖像直方圖的期望峰值，Left_Sec_Pos和Rigt_Sec_Pos為剔 除邊界峰值后的二次邊界值，修正系數(shù)kl、k2為圖像直方圖線性變換系數(shù)；
[0021] 第S模塊，用于比較相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值和預設(shè)的調(diào)整闊值，如果相機 曝光調(diào)整值CExp的絕對值大于等于調(diào)整闊值，將相機曝光調(diào)整值和當前曝光值相加，得到 新的當前曝光值，命令第四模塊工作;如果相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值小于調(diào)整闊值，貝U 不進行調(diào)整，保持當前曝光值，命令第四模塊工作；
[0022] 第四模塊，用于根據(jù)當前曝光值進行拍照，當獲取新的圖像作為當前圖像后，命令 第一模塊工作，繼續(xù)調(diào)整。
[0023] 而且，根據(jù)預設(shè)的過濾闊值，對直方圖進行截取，更新當前圖像的直方圖的左邊界 Lef t_Pos、右邊界Rigt_Pos和峰值。
[0024] 而且，當前圖像的行數(shù)采用預設(shè)的數(shù)值m。
[0025] 而且，m=1000。
[0026] 而且，根據(jù)預設(shè)的數(shù)值n，n〉l，第四模塊中根據(jù)當前曝光值進行拍照時，是等待拍 攝(n-1) Xm行后才提取最新的m行圖像作為新的當前圖像，然后命令第一模塊工作，繼續(xù)調(diào) 整。
[0027] 本發(fā)明通過對獲取的圖像數(shù)據(jù)進行直方圖分析，利用峰值位置變化和直方圖波形 特征的改變，構(gòu)建曝光時間跟峰值變化的對應(yīng)關(guān)系，從而利用期望的影像質(zhì)量和其直方圖 分布特征對相機曝光時間調(diào)整，使獲得的圖像數(shù)據(jù)的直方圖特征與期望值相匹配，從而達 到相機自動調(diào)整曝光時間的效果。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明實施例的應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明實施例調(diào)節(jié)前獲取的圖像直方圖。
[0030] 圖3為本發(fā)明實施例的調(diào)節(jié)后獲取的對應(yīng)圖像直方圖。
[0031 ]具體實施方法
[0032] 為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】 對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0033] 本發(fā)明實施例所提供一種基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法，包 括W下步驟：
[0034] 步驟1、獲取當前圖像，計算當前圖像的灰度直方圖，對灰度直方圖進行歸一化，獲 取當前圖像的直方圖的左邊界、右邊界和峰值；
[0035] 實施例在步驟1中，對當前圖像的灰度直方圖進行歸一化處理，為削弱噪聲干擾， 實施例中設(shè)置直方圖的過濾闊值k = 0.3,對直方圖進行截取，從而獲得當前圖像的直方圖 新的左邊界Left_Pos、右邊界化gt_Pos和峰值。具體實施時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行預設(shè)過 濾闊值，采用經(jīng)驗值可W削弱噪聲的影響。
[0036] 步驟2、根據(jù)圖像灰度直方圖的期望峰值，計算相機曝光調(diào)整值；
[0037] 在步驟2中，如果左邊界Left_Pos = 0或者右邊界Rigt_Pos = 255,則對圖像在新的 左右峰值之間求圖像的累積分布，從而實現(xiàn)直方圖均衡化，獲取到均新的直方圖的左邊界 Left_Sec_Pos、右邊界 Rigt_Sec_Pos。
[003引實施例中，輸入理想圖像直方圖的期望峰值參數(shù)6邱_化ight，根據(jù)公式計算相機 曝光調(diào)整值CExp:
[0039]
[0040] 其中，Ew_Bri曲t為圖像直方圖的期望峰值，Left_Sec_Pos和Rigt_Sec_Pos為剔 除邊界峰值后的二次邊界值。其中修正系數(shù)kl、k2為圖像直方圖線性變換系數(shù)，具體實施例 時本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行預設(shè)取值，例如可W通過在固定環(huán)境中改變相機的曝光時間得到 標準圖像灰度均值統(tǒng)計來得到，實施例取kl = 5，k2 = 6。
[0041] 步驟3、為保證系統(tǒng)調(diào)整的效率，具體實施時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行預設(shè)調(diào)整闊 值，取值越大效率越高，調(diào)整精確度越低，取值越小調(diào)整效率越低，調(diào)整精度越高。實施例設(shè) 置調(diào)整闊值為10,即相機曝光調(diào)整值絕對值大于等于10,則說明效果尚不理想，將相機曝光 調(diào)整值和當前曝光值相加，得到新的當前曝光值，按新的當前曝光值進入步驟4,進行拍照， 當獲取新的圖像作為當前圖像后，將返回步驟1，重復執(zhí)行步驟1、步驟2和步驟3繼續(xù)調(diào)整； 如果曝光調(diào)整值絕對值小于10,則當前無需調(diào)整，令相機調(diào)整值等于零，保持使用當前曝光 值，進入步驟4;
[0042] 步驟4、根據(jù)當前曝光值，相機正常拍照，獲取圖像。
[0043] 在步驟4中，根據(jù)當前相機曝光值進行拍照，繼續(xù)在取新的圖像作為當前圖像后， 重新返回步驟1，繼續(xù)調(diào)整，W達到持續(xù)獲取清晰圖像的目的。直到停止系統(tǒng)工作。
[0044] 應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的系統(tǒng)架構(gòu)舉例如圖1所示，從初始相機抓取圖像后，執(zhí)行W 上流程的計算機可W監(jiān)測圖像，調(diào)整相機參數(shù)，并存儲到服務(wù)器，服務(wù)器輸出相應(yīng)命令到工 控機，控制調(diào)整線陣相機的曝光值。例如，可用于室外動態(tài)運行的火車監(jiān)測，獲取清晰圖像， W便于后續(xù)的車輛監(jiān)測、識別。那么，主要使用環(huán)境為戶外環(huán)境，使用條件應(yīng)當適應(yīng)多種天 氣變化。具體實施時，可采用1組倒"L"型支架;在倒"L"型支架的橫桿上安裝一臺垂直向下 拍照的工業(yè)相機拍攝頂部圖像、豎桿上安裝一臺垂直于火車運行方向的工業(yè)相機，并增加 若干補光設(shè)備，例如光源LED。硬件環(huán)境部署到位后就可W進行圖像的采集工作，采用本發(fā) 明技術(shù)方案獲取第一幅圖像后，調(diào)節(jié)根據(jù)外部環(huán)境，自動調(diào)節(jié)曝光時間，獲取理想圖像。
[0045] 根據(jù)線陣相機的特性，具體實施時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行預設(shè)圖像計算單元，即 當前圖像的行數(shù)采用預設(shè)的數(shù)值m。本實施例取初始的1000行圖像作為一個圖像計算單元， 獲取其直方圖信息(如圖2)，結(jié)合之前的曝光時間，得到曝光時間調(diào)整值(如圖3)，然后對相 機的曝光值進行調(diào)整，同樣是獲取調(diào)整后的1000行數(shù)據(jù)。即當前圖像總是取m=1000行圖像 數(shù)據(jù)。
[0046] 由于調(diào)整過程中，相機正常采集圖像，為了避免過于頻繁的調(diào)整曝光值，因此本發(fā) 明進一步提出，不論按新的當前曝光值還是保留原有的當前曝光值進行拍照，可W不是馬 上獲取新的圖像作為當前圖像，而是等待拍攝(n-1) Xm行后才提取最新的m行圖像作為新 的當前圖像。實施例中，在圖像表現(xiàn)上接近于為每nX 1000行調(diào)整一次曝光時間，其中可根 據(jù)需要的調(diào)整效率設(shè)定n值，n〉l，具體實施時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行預設(shè)n的取值。實施例 中n = 2,直到調(diào)整工作結(jié)束。
[0047] 具體實施時，本發(fā)明所提供方法可基于軟件技術(shù)實現(xiàn)自動運行流程，也可采用模 塊化方式實現(xiàn)相應(yīng)系統(tǒng)。
[0048] 本發(fā)明實施例還相應(yīng)提供一種基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整系 統(tǒng)，包括W下模塊：
[0049] 第一模塊，用于獲取當前圖像，計算當前圖像的灰度直方圖，對灰度直方圖進行歸 一化，獲取當前圖像的直方圖的左邊界Left_Pos、右邊界Rigt_Pos和峰值；
[0050] 第二模塊，用于根據(jù)圖像灰度直方圖的期望峰值6邱_化ight，計算相機曝光調(diào)整 值CExp如下，
[0化1 ]
[0化2] 其中，Ew_E5;right為圖像直方圖的期望峰值，Lef t_Sec_Pos和Rigt_Sec_Pos為剔 除邊界峰值后的二次邊界值，修正系數(shù)kl、k2為圖像直方圖線性變換系數(shù)；
[0053] 第S模塊，用于比較相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值和預設(shè)的調(diào)整闊值，如果相機 曝光調(diào)整值CExp的絕對值大于等于調(diào)整闊值，將相機曝光調(diào)整值和當前曝光值相加，得到 新的當前曝光值，命令第四模塊工作;如果相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值小于調(diào)整闊值，貝U 不進行調(diào)整，保持當前曝光值，命令第四模塊工作；
[0054] 第四模塊，用于根據(jù)當前曝光值進行拍照，當獲取新的圖像作為當前圖像后，命令 第一模塊工作，繼續(xù)調(diào)整。
[0055] 各模塊具體實現(xiàn)可參見相應(yīng)步驟，本發(fā)明不予寶述。
[0056] W上所述僅是用W說明本發(fā)明的具體實施案例而已，并非用W限定本發(fā)明的可實 施范圍，舉凡本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員在未脫離本發(fā)明所指示的精神與原理下所完成的一切等 效改變或修飾，仍應(yīng)由本發(fā)明權(quán)利要求的范圍所覆蓋。
【主權(quán)項】
1. 一種基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法，其特征在于，包括W下步 驟： 步驟1、獲取當前圖像，計算當前圖像的灰度直方圖，對灰度直方圖進行歸一化，獲取當 前圖像的直方圖的左邊界Lef t_Pos、右邊界Rigt_Pos和峰值； 步驟2、根據(jù)圖像灰度直方圖的期望峰值Ew_B;ri曲t，計算相機曝光調(diào)整值CExp如下，其中，Exp_B;ri曲t為圖像直方圖的期望峰值，Left_Sec_Pos和Rigt_Sec_Pos為剔除邊 界峰值后的二次邊界值，修正系數(shù)kl、k2為圖像直方圖線性變換系數(shù)； 步驟3、比較相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值和預設(shè)的調(diào)整闊值，如果相機曝光調(diào)整值 CExp的絕對值大于等于調(diào)整闊值，將相機曝光調(diào)整值和當前曝光值相加，得到新的當前曝 光值，進入步驟4;如果相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值小于調(diào)整闊值，則不進行調(diào)整，保持當 前曝光值，進入步驟4; 步驟4、根據(jù)當前曝光值進行拍照，當獲取新的圖像作為當前圖像后，重新返回步驟1， 繼續(xù)調(diào)整。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法，其特征在 于:根據(jù)預設(shè)的過濾闊值，對直方圖進行截取，更新當前圖像的直方圖的左邊界Left_Pos、 右邊界Rigt_Pos和峰值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法，其特征 在于:當前圖像的行數(shù)采用預設(shè)的數(shù)值m。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法，其特征在 于：m= 1000。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整方法，其特征在 于:根據(jù)預設(shè)的數(shù)值n，n〉l，步驟4中根據(jù)當前曝光值進行拍照時，是等待拍攝(n-l)Xm行后 才提取最新的m行圖像作為新的當前圖像，然后重新返回步驟1，繼續(xù)調(diào)整。6. -種基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，包括W下模 塊： 第一模塊，用于獲取當前圖像，計算當前圖像的灰度直方圖，對灰度直方圖進行歸一 化，獲取當前圖像的直方圖的左邊界Left_Pos、右邊界Rigt_Pos和峰值； 第二模塊，用于根據(jù)圖像灰度直方圖的期望峰值Expjright，計算相機曝光調(diào)整值 (Exp如下，其中，Exp_B;ri曲t為圖像直方圖的期望峰值，Left_Sec_Pos和Rigt_Sec_Pos為剔除邊 界峰值后的二次邊界值，修正系數(shù)kl、k2為圖像直方圖線性變換系數(shù)； 第Ξ模塊，用于比較相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值和預設(shè)的調(diào)整闊值，如果相機曝光 調(diào)整值CExp的絕對值大于等于調(diào)整闊值，將相機曝光調(diào)整值和當前曝光值相加，得到新的 當前曝光值，命令第四模塊工作;如果相機曝光調(diào)整值CExp的絕對值小于調(diào)整闊值，則不進 行調(diào)整，保持當前曝光值，命令第四模塊工作； 第四模塊，用于根據(jù)當前曝光值進行拍照，當獲取新的圖像作為當前圖像后，命令第一 模塊工作，繼續(xù)調(diào)整。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整系統(tǒng)，其特征在 于:根據(jù)預設(shè)的過濾闊值，對直方圖進行截取，更新當前圖像的直方圖的左邊界Left_Pos、 右邊界Rigt_Pos和峰值。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整系統(tǒng)，其特征 在于:當前圖像的行數(shù)采用預設(shè)的數(shù)值m。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整系統(tǒng)，其特征在 于：m= 1000。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述基于圖像直方圖分析的線陣相機自動曝光調(diào)整系統(tǒng)，其特征在 于:根據(jù)預設(shè)的數(shù)值n，n〉l，第四模塊中根據(jù)當前曝光值進行拍照時，是等待拍攝(n-l)Xm 行后才提取最新的m行圖像作為新的當前圖像，然后命令第一模塊工作，繼續(xù)調(diào)整。
【文檔編號】H04N5/235GK105847708SQ201610355163
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】應(yīng)申, 陳高亮, 楊必勝
【申請人】武漢大學