一种基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光方法，包括步骤：DSP接收FPGA发来的图像信息，并根据图像信息统计图像灰度直方图，计算积分时间和增益值，输出调光指令至FPGA；FPGA将调光指令作为地址查找FPGA片内ROM得到最终的积分时间与增益值并发送至CMOS图像传感器在ADC增益值发生改变时，将ADC增益设置时间增大为20ms，缩短帧请求信号的间隔时间，进而减小CMOS图像传感器输出图像信号的帧消隐时间，待缩短的帧消隐时间达到20ms后，再将帧请求信号的间隔时间调整为原有的间隔时间。该自动调光方法有效地解决了图像持续明暗闪烁的问题，使成像系统的自动调光过程连续、渐变。渐变。渐变。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光方法


[0001]本专利技术涉及光学成像系统的自动调光
，特别是涉及一种基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光方法。

技术介绍

[0002]瞄准镜是一种基于CMOS图像传感器的光学成像系统，是载人飞船对地观测姿态的测量部件，宇航员通过TV瞄准镜可以进行对地观测，在一定精度范围内确定飞船的姿态，飞船在轨运行期间，瞄准镜的光学主轴与飞船指向地心的本体系Zb轴相平行。瞄准镜提供从运输飞船上观察地球的图像，并经过与仪表图像接口将图像传送到安装在飞船上的综合电子显示屏幕上。宇航员通过综合电子显示屏幕的周边视场图像可以确定飞船的俯仰和滚动姿态，通过综合电子显示屏幕的中心视场的图像移动方向与瞄准镜上刻度线的相对关系可以确定飞船的偏航姿态，手动控制飞船姿态。
[0003]由于地球表面的亮度并非定值，因此需要瞄准镜具有自动调光功能，使瞄准镜在1lx～110000lx光照度范围内，目标能清晰地在屏幕上显示。
[0004]CMOS图像传感器CMV4000是CMOSIS公司生产的一款低噪声、高动态的CMOS图像传感器，具体参数如表1和图1所示。
[0005]表1CMV4000的主要参数
[0006]序号参数指标1厂商AMS公司2像元尺寸(H
×
V)5.5μm
×
5.5μm3有效像元数(H
×
V)2048(H)
×
2048(V)4像素时钟96MHz5帧频(fps)1806量子效率62％@550nm7动态范围60dB@GlobalShuttermode8瞬态噪声13e
‑
9暗电流125e
‑
/s10满阱电荷13.5Ke
‑
11工作温度
‑
30℃～+70℃12存储温度
‑
30℃～+70℃
[0007]CMOS图像传感器的调光控制电路框图如图2所示，CMOS图像传感器产生的图像信息通过FPGA进行数据转换送给DSP，DSP接收FPGA发来的图像信息，统计平均灰度值，按要求通过FPGA发送调光指令给CMOS图像传感器进行调光。根据使用需求，瞄准镜既需要在1x～110000lx光照度范围内清晰地成像，且需要实现连续、渐变调光，这就需要在自动调光过程中对CMOS图像传感器的增益值进行调节，然而，传统的基于CMOS图像传感器的成像系统进行自动调光的过程中，若调光参数ADC增益值发生改变，图像容易出现持续闪烁的现象，无
法实现连续、渐变调光，严重影响成像质量。

技术实现思路

[0008]为解决传统的基于CMOS图像传感器的成像系统进行自动调光的过程中，增益值发生改变时图像容易出现持续闪烁的现象，无法实现连续、渐变调光，严重影响成像质量的问题，本专利技术提供一种基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光方法。
[0009]本专利技术采取的技术方案如下：
[0010]一种基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：DSP接收FPGA发来的图像信息，并根据所述图像信息统计图像灰度直方图，计算积分时间和增益值，根据所述积分时间和增益值输出调光指令至FPGA，其中根据所述图像信息统计图像灰度直方图，计算积分时间和增益值的过程如下：
[0012]步骤1.1：将图像中灰度级大于40的像素进行累加求和，求出平均灰度值；
[0013]步骤1.2：判断平均灰度值是否小于70，若是，则先增加积分时间，当积分时间增加到积分时间最大值仍不能满足成像亮度要求时，再增加增益值，直到满足成像要求，DSP输出当前积分时间和当前增益值对应的调光指令至FPGA；若否，则执行步骤1.3；
[0014]步骤1.3：判断平均灰度值是否大于100，若是，则先减小增益值，当增益值减小到增益最小值仍不能满足成像亮度要求时，再减小积分时间，直到满足成像要求，DSP输出当前积分时间和当前增益值对应的调光指令至FPGA；
[0015]步骤2：FPGA通过串口接收到DSP发送的调光指令，将调光指令作为地址查找FPGA片内ROM得到最终的积分时间与增益值，并将最终的积分时间与增益值发送至CMOS图像传感器，当FPGA发送至CMOS图像传感器的ADC增益值发生变化时，FPGA将CMOS图像传感器的ADC增益设置时间增大为20ms，缩短帧请求信号的间隔时间，待CMOS图像传感器输出图像信号的帧消隐时间达到20ms后，再将帧请求信号的间隔时间调整为原有的间隔时间。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017](1)本专利技术所提出的自动调光方法适用于瞄准镜的自动调光过程，采用PGA增益、ADC增益与积分时间同时调节的方式，配置了1160个调光档位，使瞄准镜能够在1x～110000lx光照度范围内清晰地成像；
[0018](2)FPGA增大对CMOS图像传感器ADC增益配置时间，缩短帧请求信号的间隔时间，进而减小CMOS图像传感器输出图像信号的帧消隐时间，解决了瞄准镜自动调光过程中ADC增益跃变时出现的图像持续闪烁的问题；
[0019](3)通过理论计算与实验标定，实现PGA增益、ADC增益与积分时间三者的最优组合，使瞄准镜实现连续、渐变调光，提高成像质量。
附图说明
[0020]图1为CMOS图像传感器CMV4000的光谱响应图；
[0021]图2为CMOS图像传感器的调光控制电路框图；
[0022]图3为本专利技术实施例所述的一种基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光方法的流程图
[0023]图4为FPGA对调光指令的处理流程图。
具体实施方式
[0024]下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。
[0025]基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光过程可以划分为两个过程：1)DSP计算图像灰度，通过串口向FPGA发送调光指令；2)FPGA接收调光指令后，通过查表的方式确定增益值与积分时间，并发送至CMOS图像传感器。
[0026]如图3所示，本专利技术实施例提供一种基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光方法，包括以下步骤：
[0027]步骤1：DSP接收FPGA发来的图像信息，并根据图像信息统计图像灰度直方图，计算积分时间和增益值，根据计算的积分时间和增益值输出调光指令至FPGA。
[0028]DSP根据图像信息统计图像灰度直方图，计算积分时间和增益值的具体过程如下：
[0029]步骤1.1：将图像中灰度级大于40的像素进行累加求和，求出平均灰度值；
[0030]步骤1.2：判断平均灰度值是否小于70，若是，则先增加积分时间，当积分时间增加到积分时间最大值(例如33222μs
±
1μs)时，仍不能满足成像亮度要求时，再增加增益值，直到满足成像要求，DSP输出当前积分时间和当前增益值对应的调光指令至FPGA；若否，则执行步骤1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CMOS图像传感器的成像系统的自动调光方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：DSP接收FPGA发来的图像信息，并根据所述图像信息统计图像灰度直方图，计算积分时间和增益值，根据所述积分时间和增益值输出调光指令至FPGA，其中根据所述图像信息统计图像灰度直方图，计算积分时间和增益值的过程如下：步骤1.1：将图像中灰度级大于40的像素进行累加求和，求出平均灰度值；步骤1.2：判断平均灰度值是否小于70，若是，则先增加积分时间，当积分时间增加到积分时间最大值仍不能满足成像亮度要求时，再增加增益值，直到满足成像要求，DSP输出当前积分时间和当前增益值对应的调光指令至FPGA；若否，则执行步骤1.3；步骤1.3：判断平均灰度值是否大于100，若是，则先减小增益值，当增益值减小到增益最小...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩，孙海超，刘艳滢，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：