车载相机的自动曝光方法及系统技术方案

一种车载相机的自动曝光方法及系统，在初始化后设置感兴趣区域，对每帧图像都只针对感兴趣区域进行处理；启动相机，第一帧的曝光时间采用初始曝光时间，进行以灰度阈值为标准的快速调节设置第二帧，对后续各帧，当前帧与前一帧图像灰度均值差值没有超过灰度抖动跳变范围则保留采用当前帧的时间曝光值，否则如果检测到交通标志则进行基于图像熵的曝光调节，否则如果当前帧的图像灰度均值在标准灰度阈值范围内则直接采用当前帧的值，否则灰度均值差值如果在跳变范围内则进行根据灰度和曝光值比例的PID调节，否则进行利用CMOS传感器特性进行快速查表的曝光方法获取下一帧的时间曝光预估值；最后对预估值根据曝光时间调节范围进行控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能交通
，提供一种车载相机的自动曝光方法及系统。
技术介绍
随着生活水平的提高和人们生活节奏的加快，车辆越来越普及，交通运输的压力也因此空前增大，汽车的主动安全的问题逐渐成为人们关注的焦点。无人车的提出就是基于这一需求而来的，无人车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志，在国防和国民经济领域具有广阔的应用前景。无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。车载数字相机作为车辆道路环境感知系统的主要传感设备，受到了广泛的重视。而自动曝光技术是车载数字相机中的一个重点技术，不同于传统的自动曝光方法是以人眼视觉作为评判标准，车载环境下的自动曝光是使机器能够自动识别目标物，如识别交通标志、红绿灯、车道线等目标物才是自动曝光的目的。数字相机的自动曝光方法一般有硬件实现和软件实现两种办法。在数字相机出现的早期多采用硬件控制的方法，它具有控制速度快、效果佳等优点，但存在硬件设备成本高昂的缺点。随着生产技术的革新以及软件曝光算法的成熟，采用软件控制的方法能得到同样的控制效果，并且成本低廉有效地控制曝光主要有3种方法：1调整光圈，2控制电子快门，3调整放大增益。在无人驾驶车的环境感知中，后两种方法应用更为广泛。目前，数字相机的自动曝光控制的软件方法主要有三种：1基于图像亮度均值的自动曝光方法。2基于图像亮度直方图的自动曝光方法。3基于图像内容的自动爆光方法。这3种方法各有其优缺点，但是由于车载环境的特殊环境，外界环境易变的高动态环境下，如存在逆光，道路环境复杂，路面积水等情况都不能很好满足程序要求。基于这些原因，车载平台的自动曝光方法要求有很高的适应性，高效性，强实时性和稳定性。
技术实现思路
不同于照相机和其他监控摄像头的曝光方法，本专利技术的目的是从基于车载这一平台出发，主要考虑汽车所处的环境，车况复杂多变，在不同的地段都要求准确的识别目标物，使获取的图片数据都能够较好的识别目标物如车道线、交通标志、红绿灯等；而整个系统的复杂性，分配的内存和处理时间不能过大；在高速行驶过程中，怎么快速的识别目标物，曝光程序又是整个图像识别的基石，怎样保证全程的稳定性是重中之重。本专利技术技术方案提供一种车载相机的自动曝光方法，包括以下步骤：步骤1，初始化，包括配置初始曝光时间、曝光时间调节范围、标准灰度阈值范围Gt、符合PID调节的跳变范围Gp和灰度跳变防抖动范围Gc；步骤2，设置感兴趣区域，对每帧图像都将只针对感兴趣区域进行处理；步骤3，启动相机，第一帧的曝光时间采用步骤1配置的初始曝光时间，在拍摄第一帧后针对感兴趣区域获取第一帧图像灰度均值，根据设定的标准灰度阈值范围Gt，进行以灰度阈值为标准的快速调节，根据调节结果设置第二帧的曝光时间，进入步骤9；步骤4，将当前帧的图像灰度均值与前一帧的图像灰度均值进行比较，若两帧灰度均值差值ΔG变化没有超过步骤1设定的灰度抖动跳变范围Gc则保留采用当前帧的时间曝光值作为下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进入步骤5；步骤5，如果从当前帧图像检测到交通标志则进行基于图像熵的曝光调节，获取下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进入步骤6；步骤6，如果当前帧的图像灰度均值在步骤1预设标准灰度阈值范围Gt内，则直接采用当前帧的时间曝光值作为下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进入步骤7；步骤7，根据步骤4所得当前帧的图像灰度均值与前一帧的图像灰度均值的差值ΔG进一步判断，如果在步骤1预设的跳变范围Gp内，则进行根据灰度和曝光值比例的PID调节，获取下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进行步骤8；步骤8，进行利用CMOS传感器特性进行快速查表的曝光方法，获取下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9；步骤9，对当前所得下一帧的时间曝光预估值根据步骤1中的曝光时间调节范围进行控制，如果下一帧的时间曝光预估值大于曝光时间调节范围的最大值，则取最大值为最终确定的下一帧的时间曝光值，如果小于曝光时间调节范围的最小值，则取最小值为最终确定的下一帧的时间曝光值，如果在曝光时间调节范围内则直接设置下一帧的时间曝光预估值为最终的确定的下一帧的时间曝光值；根据最终确定的时间曝光值控制相机拍摄得到下一帧后，返回步骤4，将下一帧作为新的当前帧进行循环。而且，步骤2中设置感兴趣区域时，去除相机镜头内下方无用的汽车机箱盖区域，顶部天空区域以及两侧边缘。本专利技术提供一种车载相机的自动曝光系统，其特征在于，包括以下模块：初始化模块，用于配置初始曝光时间、曝光时间调节范围、标准灰度阈值范围Gt、符合PID调节的跳变范围Gp和灰度跳变防抖动范围Gc；区域划分模块，用于设置感兴趣区域，对每帧图像都将只针对感兴趣区域进行处理；初始启动模块，用于启动相机，第一帧的曝光时间采用初始化模块配置的初始曝光时间，在拍摄第一帧后针对感兴趣区域获取第一帧图像灰度均值，根据设定的标准灰度阈值范围Gt，进行以灰度阈值为标准的快速调节，根据调节结果设置第二帧的曝光时间，命令控制模块工作；防抖动调节模块，用于将当前帧的图像灰度均值与前一帧的图像灰度均值进行比较，若两帧灰度均值差值ΔG变化没有超过初始化模块设定的灰度抖动跳变范围Gc则保留采用当前帧的时间曝光值作为下一帧的时间曝光预估值，命令控制模块工作，否则命令图像熵调节模块工作；图像熵调节模块，用于如果从当前帧图像检测到交通标志则进行基于图像熵的曝光调节，获取下一帧的时间曝光预估值，命令控制模块工作，否则命令标准判断模块工作；标准判断模块，用于如果当前帧的图像灰度均值在初始化模块预设标准灰度阈值范围Gt内，则直接采用当前帧的时间曝光值作为下一帧的时间曝光预估值，命令控制模块工作，否则命令PID控制调节模块工作；PID控制调节模块，用于根据防抖动调节模块所得当前帧的图像灰度均值与前一帧的图像灰度均值的差值ΔG进一步判断，如果在初始化模块预设的跳变范围Gp内，则进行根据灰度和曝光值比例的PID调节，获取下一帧的时间曝光预估值，命令控制模块工作，否则命令CMOS传感器调节模块工作；CMOS传感器调节模块，用于进行利用CMOS传感器特性进行快速查表的曝光方法，获取下一帧的时间曝光预估值，命令控制模块工作；控制模块，用于对当前所得下一帧的时间曝光预估值根据初始化模块中的曝光时间调节范围进行控制，如果下一帧的时间曝光预估值大于曝光时间调节范围的最大值，则取最大值为最终确定的下一帧的时间曝光值，如果小于曝光时间调节范围的最小值，则取最小值为最终确定的下一帧的时间曝光值，如果在曝光时间调节范围内则直接设置下一帧的时间曝光预估值为最终的确定的下一帧的时间曝光值；根据最终确定的时间曝光值控制相机拍摄得到下一帧后，返回命令防抖动调节模块工作，将下一帧作为新的当前帧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载相机的自动曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，初始化，包括配置初始曝光时间、曝光时间调节范围、标准灰度阈值范围Gt、符合PID调节的跳变范围Gp和灰度跳变防抖动范围Gc；步骤2，设置感兴趣区域，对每帧图像都将只针对感兴趣区域进行处理；步骤3，启动相机，第一帧的曝光时间采用步骤1配置的初始曝光时间，在拍摄第一帧后针对感兴趣区域获取第一帧图像灰度均值，根据设定的标准灰度阈值范围Gt，进行以灰度阈值为标准的快速调节，根据调节结果设置第二帧的曝光时间，进入步骤9；步骤4，将当前帧的图像灰度均值与前一帧的图像灰度均值进行比较，若两帧灰度均值差值ΔG变化没有超过步骤1设定的灰度抖动跳变范围Gc则保留采用当前帧的时间曝光值作为下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进入步骤5；步骤5，如果从当前帧图像检测到交通标志则进行基于图像熵的曝光调节，获取下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进入步骤6；步骤6，如果当前帧的图像灰度均值在步骤1预设标准灰度阈值范围Gt内，则直接采用当前帧的时间曝光值作为下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进入步骤7；步骤7，根据步骤4所得当前帧的图像灰度均值与前一帧的图像灰度均值的差值ΔG进一步判断，如果在步骤1预设的跳变范围Gp内，则进行根据灰度和曝光值比例的PID调节，获取下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进行步骤8；步骤8，进行利用CMOS传感器特性进行快速查表的曝光方法，获取下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9；步骤9，对当前所得下一帧的时间曝光预估值根据步骤1中的曝光时间调节范围进行控制，如果下一帧的时间曝光预估值大于曝光时间调节范围的最大值，则取最大值为最终确定的下一帧的时间曝光值，如果小于曝光时间调节范围的最小值，则取最小值为最终确定的下一帧的时间曝光值，如果在曝光时间调节范围内则直接设置下一帧的时间曝光预估值为最终的确定的下一帧的时间曝光值；根据最终确定的时间曝光值控制相机拍摄得到下一帧后，返回步骤4，将下一帧作为新的当前帧进行循环。...

【技术特征摘要】
1.一种车载相机的自动曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，初始化，包括配置初始曝光时间、曝光时间调节范围、标准灰度阈值范围Gt、符合
PID调节的跳变范围Gp和灰度跳变防抖动范围Gc；
步骤2，设置感兴趣区域，对每帧图像都将只针对感兴趣区域进行处理；
步骤3，启动相机，第一帧的曝光时间采用步骤1配置的初始曝光时间，在拍摄第一帧后针
对感兴趣区域获取第一帧图像灰度均值，根据设定的标准灰度阈值范围Gt，进行以灰度阈值
为标准的快速调节，根据调节结果设置第二帧的曝光时间，进入步骤9；
步骤4，将当前帧的图像灰度均值与前一帧的图像灰度均值进行比较，若两帧灰度均值差值
ΔG变化没有超过步骤1设定的灰度抖动跳变范围Gc则保留采用当前帧的时间曝光值作为下
一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进入步骤5；
步骤5，如果从当前帧图像检测到交通标志则进行基于图像熵的曝光调节，获取下一帧的时
间曝光预估值，进入步骤9，否则进入步骤6；
步骤6，如果当前帧的图像灰度均值在步骤1预设标准灰度阈值范围Gt内，则直接采用当前
帧的时间曝光值作为下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进入步骤7；
步骤7，根据步骤4所得当前帧的图像灰度均值与前一帧的图像灰度均值的差值ΔG进一步判
断，如果在步骤1预设的跳变范围Gp内，则进行根据灰度和曝光值比例的PID调节，获取
下一帧的时间曝光预估值，进入步骤9，否则进行步骤8；
步骤8，进行利用CMOS传感器特性进行快速查表的曝光方法，获取下一帧的时间曝光预估
值，进入步骤9；
步骤9，对当前所得下一帧的时间曝光预估值根据步骤1中的曝光时间调节范围进行控制，
如果下一帧的时间曝光预估值大于曝光时间调节范围的最大值，则取最大值为最终确定的下
一帧的时间曝光值，如果小于曝光时间调节范围的最小值，则取最小值为最终确定的下一帧
的时间曝光值，如果在曝光时间调节范围内则直接设置下一帧的时间曝光预估值为最终的确
定的下一帧的时间曝光值；根据最终确定的时间曝光值控制相机拍摄得到下一帧后，返回步
骤4，将下一帧作为新的当前帧进行循环。
2.根据权利要求1所述车载相机的自动曝光方法，其特征在于：步骤2中设置感兴趣区域时，
去除相机镜头内下方无用的汽车机箱盖区域，顶部天空区域以及两侧边缘。
3.一种车载相机的自动曝光系统，其特征在于，包括以下模块：
初始化模块，用于配置初始曝光时间、曝光时间调节范围、标准灰度阈值范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖江，袁方，吴聪，潘尧，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42