基于视频内容的亮度自动增益调节方法及摄像机

摘要

本发明提供一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法及摄像机。步骤一，按照预设的增益值列表，为图像传感器配置第一增益值；步骤二，摄像机在第一增益值条件下捕捉一帧图像后，对该图像的亮度分量进行频域变换获取频域数据；步骤三，设置一固定百分比值，将频域数据中信号幅度最高的该百分比值的数据进行累加求和，获得第一高频信息累加值；步骤四，按照预设的增益值排列顺序，逐个选取增益值配置到图像传感器中，循环执行所述步骤一至三，直到穷尽增益值列表中的所有增益值，获得与增益值数量相匹配的高频信息累加值；步骤五，取高频信息累加值中的最大值，将该最大值所对应的增益值用于图像传感器的增益调节。

权利要求

1.一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，应用于摄像机，其特征在于，包括以下步骤，

步骤一，按照预设的增益值列表，为图像传感器配置第一增益值；

步骤二，摄像机在所述第一增益值条件下捕捉一帧图像后，对该图像的亮度分量进行频域变换获取频域数据；

步骤三，设置一固定百分比值，对所述频域数据中的高频信息分量按照所述百分比值进行数量筛选并对筛选出的数据进行累加求和，获得第一高频信息累加值；

步骤四，按照预设的增益值排列顺序，逐个选取增益值，每次选取的增益值用于重新配置到所述图像传感器中以循环执行所述步骤二至三，直到穷尽所述增益值列表中的所有增益值，以获得与增益值数量相匹配的多个高频信息累加值；

步骤五，从所述多个高频信息累加值中选取出最大值，将所述最大值所对应的增益值用于所述图像传感器的增益调节。

2.根据权利要求1所述的基于视频内容的亮度自动增益调节方法，其特征在于，所述增益值列表包括，

将所述图像传感器所支持的合法增益值区间，按照一个固定的调节档位进行划分，以获得所述增益值列表，其中，每档增益值只排列一次。

3.根据权利要求1所述的基于视频内容的亮度自动增益调节方法，其特征在于，所述频域变换包括傅里叶变换。

4.根据权利要求1所述的基于视频内容的亮度自动增益调节方法，其特征在于，所述固定百分比值为10％。

5.根据权利要求1所述的基于视频内容的亮度自动增益调节方法，其特征在于，所述增益值排列顺序包括，

随机排列；

或者，升序排列；

或者，降序排列；

或者，以所述图像传感器的默认增益值为起点，其余增益值按照与所述默认增益值之差值的绝对值进行升序排列。

6.根据权利要求1所述的基于视频内容的亮度自动增益调节方法，其特征在于，当所述图像传感器启动时，启动所述亮度自动增益调节方法。

7.根据权利要求1所述的基于视频内容的亮度自动增益调节方法，其特征在于，当所述摄像机上的光线传感器检测到环境光变化超过预设值时，启动所述亮度自动增益调节方法。

8.根据权利要求1所述的基于视频内容的亮度自动增益调节方法，其特征在于，所述摄像机在工作时，周期性地执行所述亮度自动增益调节方法。

9.一种摄像机，其特征在于，所述摄像机通过权利要求1至8中任一所述的基于视频内容的亮度自动增益调节方法进行亮度自动增益调节。

说明书

基于视频内容的亮度自动增益调节方法及摄像机

技术领域

[0001] 本发明涉及摄像机领域，特别涉及一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法及摄像机。

背景技术

[0002] 图像传感器的曝光由三个要素决定：光圈，曝光时间和增益，在视频捕捉的时候，光圈通常是固定的，曝光时间受限于帧率，通常也较为固定，可以灵活调节的参数通常只有
增益。目前主流的增益调节方式为平均亮度，权重亮度以及亮度直方图三种。平均亮度法是
将全画幅亮度的均值来进行增益计算，目标画面较小或者局部范围亮度很高时，无法取得
满意的效果，比如逆光、夜晚等场景；权重亮度法通过交互的方式标定用户感兴趣的区域，
增加用户感兴趣区域的权重，从而获得效果较好的曝光，但是需要用户手动参与，操作上较
为复杂；亮度直方图法通过计算曝光画面的直方图分部，结合对于阈值的判断，可以有效的
防止过度曝光或者曝光不足的问题，但是这种方法又不能针对用户感兴趣的区域进行准确
曝光。

发明内容

[0003] 针对背景技术中的几种主流增益调节方法所存在的弊端，本发明提供一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法及摄像机，可以使得视频增益参数自动调节至贴合用户感
兴趣区域，获得更为优质的曝光效果。

[0004] 第一方面，本发明提供一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，应用于摄像机，包括以下步骤，

[0005] 步骤一，按照预设的增益值列表，为图像传感器配置第一增益值；

[0006] 步骤二，摄像机在所述第一增益值条件下捕捉一帧图像后，对该图像的亮度分量进行频域变换获取频域数据；

[0007] 步骤三，设置一固定百分比值，将所述频域数据中信号幅度最高的该百分比值的数据进行累加求和，获得第一高频信息累加值。

[0008] 步骤四，按照预设的增益值排列顺序，逐个选取增益值配置到所述图像传感器中，循环执行所述步骤一至三，直到穷尽所述增益值列表中的所有增益值，获得与增益值数量
相匹配的高频信息累加值。

[0009] 步骤五，取所述高频信息累加值中的最大值，将所述最大值所对应的增益值用于所述图像传感器的增益调节。

[0010] 第二方面，本发明提供一种摄像机，所述摄像机应用前述第一方面所述的方法进行亮度自动增益调节。

[0011] 本发明通过提供一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法及摄像机，通过动态计算视频内容高频信息的累加值，对曝光增益进行反馈调节，由于图像中的高频信息可良
好且全面的反映图像内容细节的丰富程度，这种方式可以达到无需手动对焦的条件下，曝
光增益参数更加贴合用户感兴趣的区域，从而取得绝大部分场景下较为满意的曝光效果。

附图说明

[0012] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一些简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可
以根据这些附图获得其他的附图。

[0013] 图1为本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法的流程示意图；

[0014] 图2为现有技术中图像频域变换示意图；

[0015] 图3为现有技术中频域信号幅度三维示意图；

[0016] 图4为本发明实施例提供的一种频域数据按百分比取值示意图。

具体实施方式

[0017] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0018] 本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，应用于摄像机，如图1所示，包括以下步骤：

[0019] S1，按照预设的增益值列表，为图像传感器配置第一增益值；

[0020] S2，摄像机在第一增益值条件下捕捉一帧图像后，对该图像的亮度分量进行频域变换获取频域数据；

[0021] S3，设置一固定百分比值，将频域数据中信号幅度最高的该百分比值的数据进行累加求和，获得第一高频信息累加值；

[0022] S4，按照预设的增益值排列顺序，逐个选取增益值配置到图像传感器中，循环执行步骤一至三，直到穷尽增益值列表中的所有增益值，获得与增益值数量相匹配的高频信息
累加值；

[0023] S5，取高频信息累加值中的最大值，将最大值所对应的增益值用于图像传感器的增益调节。

[0024] 如背景技术中所述，平均亮度，权重亮度以及亮度直方图三种增益调节方式，均不能较好的满足摄像机类产品的曝光调节。以智能手机或单反相机为例，在每次拍摄图像的
时候可以通过用户手动对焦感兴趣的图像区域而调节曝光增益，摄像机类产品在安装后则
存在于用户交互较少的问题，暨用户不能时刻去手动聚焦画面中感兴趣的区域。目前也有
厂家运用AI人脸识别技术来辅助摄像机自动对焦以提高增益的准确性，但是摄像机类监控
产品，除了针对人脸的对焦外，往往还存在其他无人脸画面时的对焦处理难题，比如当画面
中出现动物等，普适应还有进一步的提升空间。

[0025] 本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，通过动态计算视频内容高频信息的累加值，对曝光增益进行反馈调节，由于视频图像中的高频信息可良
好且全面的反映图像内容细节的丰富程度。通过将预设的增益值列表轮换配置到图像传感
器中，并使用同一百分比将频域数据中相同比例的高频信息进行筛选，筛选后将其累加为
高频信息累加值，可以获得与增益值数量相匹配的高频信息累加值，再将该组高频信息累
加值中的最大值取出，以该最大对应的增益值作为摄像机的增益值。这种方式可以达到无
需手动对焦的条件下，曝光增益参数更加贴合用户感兴趣的区域，从而取得绝大部分场景
下较为满意的曝光效果。

[0026] 可选的，本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，增益值列表包括：

[0027] 将图像传感器所支持的合法增益值区间，按照一个固定的调节档位进行划分，以获得增益值列表，其中，每档增益值只排列一次。

[0028] 此处为了方便理解，以目前一款主流的图像传感器索尼IMX307为例，该传感器所支持的合法增益值区间为1至64dB，如果以1dB的调节档位来进行划分，所获得的增益值列
表中则是64个调节档位，同理，若以2dB的调节档位来进行划分，所获得的增益值列表中则
存在32个增益值档位，若以7dB的调节档位来进行划分，所获得的增益值列表中则存在10个
增益值档位。

[0029] 这里可以理解的是，在图像传感器所支持的合法增益值区间内，将增益值的调节档位划分得越为精细，可预期的，最终所获得的曝光增益值效果更佳。但是，考虑到本发明
所提供的调节方法对于算法开销以及画面收敛时间所带来的负担，因此，根据不同的图像
传感器并结合该类摄像机对于画面质量的要求，适应性的进行增益值列表的预设，是一件
较为关键的事情。

[0030] 可选的，本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，其中，频域变换包括傅里叶变换。

[0031] 众所周知，频域是用于描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。在图像处理领域，傅里叶变换可将一帧图像上的亮度分量变换为一坐标系数据。本发明中并不排斥
使用其他变换方式将图像上的高频分量进行筛选。

[0032] 可选的，本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，设置一固定百分比值，将频域数据中信号幅度最高的该百分比值的数据进行累加求和包括，

[0033] 将百分比值设置为10％，将频域数据中信号幅度最高的10％的数据进行累加求和。通俗的说，图像中的高频分量，指的是图像强度(亮度/灰度)变化剧烈的地方，也就是我
们常说的边缘(轮廓)，图像中的低频分量，指的是图像强度(亮度/灰度)变换平缓的地方，
也就是大片色块的地方。因此，我们可以通过频域数据来表针一帧图像中主要的细节画面
区域，而该区域往往是用户所最为感兴趣的区域。

[0034] 如图2中所示，为现有技术中图像频域变换示意图，其中左边为原图，右边是经过频域变换后所获得的频域信号数值矩阵。此处需要说明的是，在二维坐标系下，无法表征出
各像素点或者宏块的频域信号幅度。如图3中所示，为现有技术中频域信号幅度三维示意
图，在将图像进行频域变换后，在三维坐标系中则可以将该图像各个像素点或者宏块的频
域信号幅度表征出来。这里需要说明的是，如图3中Z轴所示的频域信号幅度是一个相对值
而非绝对值，无需相应的单位对之进行表征。

[0035] 如图4中所示，为本发明实施例提供的一种频域数据按百分比取值示意图，需要说明的是，图4是在理解图3的基础上所简化出来的一种取值示意图。图4中X轴可理解为代表
一帧图像上的像素点数量或者宏块数量，Y轴代表该像素点或者宏块的频域信号幅度，我们
将百分比值设置为10％，既可以将该帧图像的整个频域坐标系中TOP10％的高频信号分量
筛选出来。以一帧1960*1080P的图片为例，如果使用像素点的方式来筛选高频信息，像素点
的总数量为2116800，我们则需要将频域信号幅度最大的211680(10％)个像素点的频率数
据进行累加求和，此外，也可以将该图像划分为一定数量的宏块来进行高频信息的筛选，例
如将一帧1960*1080P划分为196*108＝21168数量的宏块，则选取其中2117个高频宏块的值
来进行求和获得高频信息累加值，相关算法细节此处不再赘述。

[0036] 此处还需要说明的是，10％只是目前通过多次试验所形成的经验值，并非一定是取得最佳高频分量筛选的比例值，本发明提供的实施例并不排除使用其他百分比值而获得
更好筛选效果的可能。

[0037] 可选的，本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，增益值排列顺序包括，

[0038] 随机排列；

[0039] 或者，升序排列；

[0040] 或者，降序排列；

[0041] 或者，以图像传感器的默认增益值为起点，其余增益值按照与默认增益值之差值的绝对值进行升序排列。

[0042] 同样以IMX307传感器为例，该传感器支持1‑64dB增益值区间，为了方便描述，假设以7dB作为调节档位来进行划分，则所获得的增益值列表中分别存在1dB，8dB，15dB，22dB，
29dB，36dB，43dB，50dB，57dB，64dB共计10个增益值档位。此时，为了使得图像传感器穷尽这
10个增益值档位，需要对该10个档位的增益值进行一个排序，其中分别存在随机、升序、降
序、或者以图像传感器的默认增益值为起点，向数字上最靠近该增益值的其他增益值进行
轮换。

[0043] 可选的，本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，当图像传感器启动时，启动亮度自动增益调节方法。

[0044] 可选的，本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，当所述摄像机上的光线传感器检测到环境光变化超过预设值时，启动亮度自动增益调节方法。

[0045] 可选的，本发明实施例提供的一种基于视频内容的亮度自动增益调节方法，摄像机在工作时，周期性地执行亮度自动增益调节方法。

[0046] 如前述实施例中增益值列表的预设类似，从理论上来说，在不考虑硬件负担和收敛时间的前提下，摄像机无限循环执行前述实施例中提供的方法，摄像机可以为画面动态
的提供十分有效且贴切的曝光增益。因此，考虑到硬件开销以及收敛时间的问题，通常可以
将在图像传感器启动的初期、或者当环境亮度发生了较大的变化时，启动实施例中所提供
的亮度自动增益调节方法。或者，当摄像机在连续工作的场景中，预设一定的周期，让摄像
机周期性的执行该调节方法。

[0047] 本发明实施例提供的一种摄像机，该摄像机通过前述实施例中提供的方法，进行亮度自动增益调节。

[0048] 尽管本文中较多的使用了多种亮度、频域、增益、值等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释
成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

[0049] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。