一种基于目标区域分析的曝光调节方法及其采集装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于目标区域分析的曝光调节方法，包括如下步骤：步骤一：预先设置目标亮度值及其上限值和下限值、系统增益的最大值和最小值、以及系统曝光时间的最大值和最小值；步骤二：通过采集装置采集图像，得到该图像的平均亮度；步骤三：判断图像的平均亮度是否在目标亮度范围内；步骤四：获取图像的平均亮度与目标亮度的差值。本发明专利技术有针对性的通过调节曝光，对光照不均的图像、模糊的图像、材质粗糙的图像、有污损的条码或者二维码有了进一步的克服，从而达到快速、准确识读。

An exposure adjustment method and its acquisition device based on target area analysis

The invention provides an exposure adjustment method based on the analysis of the target area, which comprises the following steps: Step 1: preset the target brightness value and its upper and lower limit values, the maximum and minimum values of the system gain, and the maximum and minimum values of the system exposure time; step 2: collect the image through the acquisition device to obtain the average brightness of the image; step 3: judgment diagram Step 4: obtain the difference between the average brightness of the image and the target brightness. By adjusting the exposure, the invention further overcomes the image with uneven illumination, blurred image, rough material image, soiled bar code or two-dimensional code, so as to achieve fast and accurate reading.

【技术实现步骤摘要】
一种基于目标区域分析的曝光调节方法及其采集装置
本专利技术是一种基于目标区域分析的曝光调节方法及其采集装置，属于自动曝光调节

技术介绍
曝光是通过CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，互补性氧化金属半导体)等感光器件接收镜头进光形成影像的过程，感光器件接收进光的时间为曝光时间。在摄像的过程中，拍摄背景或主体的明暗强度会发生变化，因此当外界光线变强的时候会曝光过度，导致所拍摄图片过亮而缺乏层次和细节，当外界光线变弱的时候会曝光不足，导致所拍摄图片过暗而无法反映真实色泽，因此在拍摄过程中需要对曝光量进行调节控制，其中自动曝光调节无需手动操作，通过自动调整亮度、曝光时间及增益使得图像获得合适的曝光。现有技术中，通常采用一个固定的线性或非线性函数拟合亮度和增益，以及亮度和曝光时间的函数关系，通过该函数关系实现曝光调节。采集到的图像可以分为背景区域和主要目标区域两个部分。传统的自动曝光算法采用整幅图像的平均亮度为依据，判断平均亮度和所需达到的目标亮度的差值。当拍摄场景中目标对象与背景对比度较低时，图像能得到比较好的重现；但是当目标对象与背景反差过大，例如逆光或者正面强光等复杂的光照情况下，会导致目标区域曝光不足或者过度曝光的情况。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供一种基于目标区域分析的曝光调节方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术有针对性的通过调节曝光，对光照不均的图像、模糊的图像、材质粗糙的图像、有污损的条码或者二维码有了进一步的克服，从而达到快速、准确识读。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种基于目标区域分析的曝光调节方法，包括如下步骤：步骤一：预先设置目标亮度值及其上限值和下限值、系统增益的最大值和最小值、以及系统曝光时间的最大值和最小值；步骤二：通过采集装置采集图像，将获取的图像划分为背景区域和目标区域，根据两个区域的平均亮度的对比，确定每个区域的权重系数，并得到该图像的平均亮度；步骤三：判断图像的平均亮度是否在目标亮度范围内，若是则不进行曝光补偿，即保持下次采集的曝光时间以及信号增益不变，并结束自动曝光控制；步骤四：获取图像的平均亮度与目标亮度的差值，根据其选择对应的步长进行曝光补偿，即根据差值，改变曝光时间或者信号增益，并返回步骤一。进一步的，所述步骤二具体为：(1)将获取的图像平均分为若干个小块区域，并根据其对比度将小块区域划分为目标区域和背景区域；(2)分别获取每个区域的平均亮度值；(3)根据每个区域的平均亮度值，获取平均亮度的差值，并根据差值，获取每个区域的权重系数；(4)根据每个区域的平均亮度值和权重系数，获取图像的平均亮度。进一步的，所述步骤(1)中，根据两个相邻小块区域的垂直方向和水平方向亮度的对比度确定目标区域与背景区域；所述对比度的计算公式为：式中，ΔBr(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在水平方向的对比度，ΔBl(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在垂直方向的对比度；B(i，j)、B(i+1，j)、B(i，j+1)分别为坐标(i，j)、(i+1，j)、(i，j+1)的小块区域的亮度；当当前小块区域的水平方向和垂直方向的对比度均超过阈值时，将该小块区域作为目标区域与背景区域的边界。进一步的，所述步骤(2)中，平均亮度值的计算公式为：式中，B为该区域的平均亮度值；Bp为该区域的小块区域p的亮度；P为该区域包含小块区域的数量；p为小块区域变量。进一步的，所述步骤(3)中，平均亮度的差值的计算公式为：ΔB＝|Btar-Bbac|式中，ΔB为平均亮度的差值；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景区域平均亮度值。进一步的，所述步骤(4)中，图像的平均亮度的计算公式为：Beve＝Btar×a+Bbac×b式中，Beve为图像的平均亮度；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景区域平均亮度值；a、b分别为目标区域和背景区域的权重系数。进一步的，所述步骤三的判断标准为：当所述平均亮度值高于所述目标亮度值的上限值，且当前系统增益并不是所述系统增益的最小值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的系统增益；当所述平均亮度值高于所述目标亮度值的上限值，且当前系统增益为所述系统增益的最小值，且所述当前系统曝光时间并不是所述系统曝光时间的最小值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的系统曝光时间；当所述平均亮度值低于所述目标亮度值的下限值，且当前系统曝光时间并不是所述系统曝光时间的最大值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的系统曝光时间；当所述平均亮度值低于所述目标亮度值的下限值，且当前系统曝光时间为所述系统曝光时间的最大值，且所述当前系统增益并不是所述系统增益的最大值时，利用所述平均亮度值所属的子区间对应的拟合函数计算出新的系统增益。一种基于目标区域分析的曝光调节方法用图像采集装置，包括第一底座，所述第一底座的底部对称设有减震装置，所述第一底座的顶部中间设有槽体，所述第一底座的顶部固定连接第二底座，在所述第二底座上且位于槽体内部固定连接第三电机，所述第三电机输出轴与转盘固定连接，在所述转盘上对称固定连接有第一支撑板和第三支撑板，所述第三支撑板上设有第一锥形齿轮，所述第一锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合，所述第二锥形齿轮的顶部固定连接第一螺纹杆的一端，所述第一螺纹杆的另一端置于固定在第一支撑板顶部的轴承内，在所述第一螺纹杆上设有滑块，所述滑块与横板固定连接，所述横板与图像采集器的一端铰接，所述图像采集器的另一端与移动块铰接，所述移动块内设有第二螺纹杆，所述第二螺纹杆固定连接有第四锥形齿轮，所述第四锥形齿轮与第三锥形齿轮啮合。进一步的，所述减震装置包括支撑部，所述支撑部设有导向槽，所述导向槽内设有活动部，所述支撑部的底部固定连接防滑板，在所述防滑板顶部固定连接弹簧的一端，所述弹簧的另一端固定连接第一底座。进一步的，所述图像采集器上还设有导光条。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术在曝光调节过程中可以根据不同的拟合函数计算出不同区间的新的增益和曝光时间，使得由拟合函数组成的整体曲线更为接近系统的真实函数曲线，由此减少了超调量，并增强了系统曝光控制的稳定性。(2)本专利技术基于目标区域分析的曝光调节算法，涉及对条码/二维码识别领域的应用，基于目标区域图像的准确曝光、将计算机视觉、模式识别、图像处理等多学科领域算法相融合的方法来实现曝光调节算法。保证目标区域的曝光准确，而不是全图，本算法就是专门针对图中目标区域的曝光效果调节，充分发挥各学科算法的优势，有针对性的通过调节曝光，对光照不均的图像、模糊的图像、材质粗糙的图像、有污损的条码或者二维码有了进一步的克服，从而达到快速、准确识读。附图说明通过阅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一：预先设置目标亮度值及其上限值和下限值、系统增益的最大值和最小值、以及系统曝光时间的最大值和最小值；/n步骤二：通过采集装置采集图像，将获取的图像划分为背景区域和目标区域，根据两个区域的平均亮度的对比，确定每个区域的权重系数，并得到该图像的平均亮度；/n步骤三：判断图像的平均亮度是否在目标亮度范围内，若是则不进行曝光补偿，即保持下次采集的曝光时间以及信号增益不变，并结束自动曝光控制；/n步骤四：获取图像的平均亮度与目标亮度的差值，根据其选择对应的步长进行曝光补偿，即根据差值，改变曝光时间或者信号增益，并返回步骤一。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：预先设置目标亮度值及其上限值和下限值、系统增益的最大值和最小值、以及系统曝光时间的最大值和最小值；
步骤二：通过采集装置采集图像，将获取的图像划分为背景区域和目标区域，根据两个区域的平均亮度的对比，确定每个区域的权重系数，并得到该图像的平均亮度；
步骤三：判断图像的平均亮度是否在目标亮度范围内，若是则不进行曝光补偿，即保持下次采集的曝光时间以及信号增益不变，并结束自动曝光控制；
步骤四：获取图像的平均亮度与目标亮度的差值，根据其选择对应的步长进行曝光补偿，即根据差值，改变曝光时间或者信号增益，并返回步骤一。


2.根据权利要求1所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，步骤二具体为：
(1)将获取的图像平均分为若干个小块区域，并根据其对比度将小块区域划分为目标区域和背景区域；
(2)分别获取每个区域的平均亮度值；
(3)根据每个区域的平均亮度值，获取平均亮度的差值，并根据差值，获取每个区域的权重系数；
(4)根据每个区域的平均亮度值和权重系数，获取图像的平均亮度。


3.根据权利要求2所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，所述步骤(1)中，根据两个相邻小块区域的垂直方向和水平方向亮度的对比度确定目标区域与背景区域；
所述对比度的计算公式为：



式中，ΔBr(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在水平方向的对比度，ΔBl(i，j)为坐标(i，j)的小块区域在垂直方向的对比度；B(i，j)、B(i+1，j)、B(i，j+1)分别为坐标(i，j)、(i+1，j)、(i，j+1)的小块区域的亮度；
当当前小块区域的水平方向和垂直方向的对比度均超过阈值时，将该小块区域作为目标区域与背景区域的边界。


4.根据权利要求2所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，所述步骤(2)中，平均亮度值的计算公式为：



式中，B为该区域的平均亮度值；Bp为该区域的小块区域p的亮度；P为该区域包含小块区域的数量；p为小块区域变量。


5.根据权利要求2所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，所述步骤(3)中，平均亮度的差值的计算公式为：
ΔB＝|Btar-Bbac|
式中，ΔB为平均亮度的差值；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景区域平均亮度值。


6.根据权利要求2所述的一种基于目标区域分析的曝光调节方法，其特征在于，所述步骤(4)中，图像的平均亮度的计算公式为：
Beve＝Btar×a+Bbac×b
式中，Beve为图像的平均亮度；Btar为目标区域平均亮度值；Bbac为背景...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸿钢，
申请(专利权)人：苏州酷豆物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32