【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字图像处理，具体涉及一种基于fpga的cmos图像传感器曝光增益方法及系统。
技术介绍
1、曝光是指进入相机并照射到图像传感器上的光量，一般通过相机的快门来调节，是决定相机拍摄图像亮暗的重要指标。如果过多的光线被照射到传感器上，会造成“过曝”导致图像太亮，如果没有足够的光线照射到传感器上，会造成“欠曝”而导致图像太暗。
2、在数字图像处理领域，自动曝光一直是一个关键技术，并且随着机器视觉的发展，对于图像质量的要求也逐渐提升。自动曝光可以根据外界光线的强弱自动调节曝光量，从而避免曝光过度或者不足，好的自动曝光算法不仅提高了相机的成像效果，同时在调节过程中也不会出现图像闪烁的严重问题。
3、受限于自动曝光算法的收敛速度以及环境光过强或较弱，单一的通过调节图像传感器的曝光时间已经不能实现极端场景下良好的成像效果，可能会出现环境光较弱时，曝光时间即使增大到饱和状态，图像仍处于“欠曝”状态，从而导致成像偏暗。此外，传统的自动曝光算法采用恒定步长对曝光时间进行调节的局限性太大，不能适应多场景的自动曝光要求，部分算法采用了复杂的大模型来预测曝光参数则消耗了大量fpga资源。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于fpga的cmos图像传感器曝光增益方法及系统，利用fpga对cmos图像传感器的曝光时间和增益值进行自适应调节，简单高效，使自动曝光能够适应强光照与低照度，以及避免调节过程中出现图像闪烁。
2、为
3、第一方面，提供一种基于fpga的cmos图像传感器曝光增益方法，包括：
4、通过fpga采集一帧原始图像数据，计算当前帧图像的平均灰度值；
5、将当前帧图像的平均灰度值与设定的目标灰度阈值范围进行比较，根据比较结果，判定当前场景是否需要调节曝光参数或增益参数；
6、当需要调节曝光参数或增益参数时，先判断当前增益参数是否为初始值，根据判断结果选择后续调节曝光参数还是增益参数；
7、依据设定的目标灰度阈值范围，对曝光参数或增益参数进行自适应调节，使当前帧图像的平均灰度值达到设定的目标灰度阈值范围内，停止调节并输出当前曝光参数与增益参数。
8、作为一种优选的方案，所述通过fpga采集一帧原始图像数据，计算当前帧图像的平均灰度值包括：
9、按下式计算当前帧图像所有像素的灰度值总和：
10、
11、按下式统计一帧图像的像素总数：
12、
13、通过当前帧图像所有像素的灰度值总和与一帧图像的像素总数，按下式计算当前帧图像的平均灰度值：
14、
15、式中，表示一帧图像的某一像素，表示一帧图像的像素总数，表示一帧图像的行数，表示一行的像素数。
16、作为一种优选的方案，所述将当前帧图像的平均灰度值与设定的目标灰度阈值范围进行比较，根据比较结果，判定当前场景是否需要调节曝光参数或增益参数的步骤中，若当前帧图像的平均灰度值不在设定的目标灰度阈值范围时，则判定当前场景需要调节曝光参数或增益参数。
17、作为一种优选的方案，所述当需要调节曝光参数或增益参数时，先判断当前增益参数是否为初始值，根据判断结果选择后续调节曝光参数还是增益参数的步骤中，如果当前增益参数为初始增益值，则选择曝光参数进行调节；如果当前增益参数不为初始增益值，则判定历史帧图像已经进行过增益调节，再次调节时优先将状态拉回增益参数调节中。
18、作为一种优选的方案，所述依据设定的目标灰度阈值范围，对曝光参数或增益参数进行自适应调节的步骤，利用预先建立的分段式曝光参数调整模型预测目标帧图像的曝光参数和平均灰度值，实现对曝光参数的自适应调节；采用固定步长增大或减小增益值的方式，实现对增益参数的自适应调节。
19、作为一种优选的方案，所述利用预先建立的分段式曝光参数调整模型预测目标帧图像的曝光参数和平均灰度值，实现对曝光参数的自适应调节的步骤包括：
20、等光照强度下，当灰度值处于中间区域时，灰度值和曝光时间成线性关系，则根据当前帧和目标帧图像灰度的比例关系，结合当前帧的曝光时间等比例放大和缩小未来帧曝光时间，建立第一分段式曝光参数调整模型，第一分段式曝光参数调整模型的表达式如下：
21、
22、式中， dsir_expo为模型预测的目标帧曝光时间， expo_time为当前帧对应的曝光时间， aver_gray_ok为目标帧最优灰度值， avg_gray为当前帧的平均灰度值。
23、作为一种优选的方案，所述利用预先建立的分段式曝光参数调整模型预测目标帧图像的曝光参数和平均灰度值，实现对曝光参数的自适应调节的步骤包括：
24、当灰度值不处于中间区域时，灰度值和曝光时间成非线性关系，采用逐步逼近法建立第二分段式曝光参数调整模型，第二分段式曝光参数调整模型的表达式如下：
25、
26、式中， dsir_expo为模型预测的目标帧曝光时间， expo_time为当前帧对应的曝光时间， aver_gray_ok为目标帧最优灰度值， avg_gray为当前帧的平均灰度值。
27、作为一种优选的方案，在所述采用固定步长增大或减小增益值的方式，实现对增益参数的自适应调节的步骤中，当fpga进入到增益参数调节过程时，如果判断当前帧图像的平均灰度值小于目标灰度阈值范围时，则通过配置图像寄存器的值来增大增益值，反之则减小增益值。
28、第二方面，提供一种基于fpga的cmos图像传感器曝光增益系统，包括：
29、平均灰度值计算模块，用于通过fpga采集一帧原始图像数据，计算当前帧图像的平均灰度值；
30、比较判定模块，用于将当前帧图像的平均灰度值与设定的目标灰度阈值范围进行比较，根据比较结果，判定当前场景是否需要调节曝光参数或增益参数；
31、调节对象选择模块，用于当需要调节曝光参数或增益参数时，先判断当前增益参数是否为初始值，根据判断结果选择后续调节曝光参数还是增益参数；
32、调节输出模块，用于依据设定的目标灰度阈值范围，对曝光参数或增益参数进行自适应调节，使当前帧图像的平均灰度值达到设定的目标灰度阈值范围内，停止调节并输出当前曝光参数与增益参数。
33、第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于fpga的cmos图像传感器曝光增益方法。
34、相较于现有技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于FPGA的CMOS图像传感器曝光增益方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述基于FPGA的CMOS图像传感器曝光增益方法，其特征在于，所述通过FPGA采集一帧原始图像数据，计算当前帧图像的平均灰度值包括：
3.根据权利要求1所述基于FPGA的CMOS图像传感器曝光增益方法，其特征在于，所述将当前帧图像的平均灰度值与设定的目标灰度阈值范围进行比较，根据比较结果，判定当前场景是否需要调节曝光参数或增益参数的步骤中，若当前帧图像的平均灰度值不在设定的目标灰度阈值范围时，则判定当前场景需要调节曝光参数或增益参数。
4.根据权利要求1所述基于FPGA的CMOS图像传感器曝光增益方法，其特征在于，所述当需要调节曝光参数或增益参数时，先判断当前增益参数是否为初始值，根据判断结果选择后续调节曝光参数还是增益参数的步骤中，如果当前增益参数为初始增益值，则选择曝光参数进行调节；如果当前增益参数不为初始增益值，则判定历史帧图像已经进行过增益调节，再次调节时优先将状态拉回增益参数调节中。
5.根据权利要求1所述基于FPGA的CMOS图像
6.根据权利要求5所述基于FPGA的CMOS图像传感器曝光增益方法，其特征在于，所述利用预先建立的分段式曝光参数调整模型预测目标帧图像的曝光参数和平均灰度值，实现对曝光参数的自适应调节的步骤包括：
7.根据权利要求5所述基于FPGA的CMOS图像传感器曝光增益方法，其特征在于，所述利用预先建立的分段式曝光参数调整模型预测目标帧图像的曝光参数和平均灰度值，实现对曝光参数的自适应调节的步骤包括：
8.根据权利要求5所述基于FPGA的CMOS图像传感器曝光增益方法，其特征在于，在所述采用固定步长增大或减小增益值的方式，实现对增益参数的自适应调节的步骤中，当FPGA进入到增益参数调节过程时，如果判断当前帧图像的平均灰度值小于目标灰度阈值范围时，则通过配置图像寄存器的值来增大增益值，反之则减小增益值。
9.一种基于FPGA的CMOS图像传感器曝光增益系统，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述基于FPGA的CMOS图像传感器曝光增益方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于fpga的cmos图像传感器曝光增益方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述基于fpga的cmos图像传感器曝光增益方法，其特征在于，所述通过fpga采集一帧原始图像数据，计算当前帧图像的平均灰度值包括：
3.根据权利要求1所述基于fpga的cmos图像传感器曝光增益方法，其特征在于，所述将当前帧图像的平均灰度值与设定的目标灰度阈值范围进行比较，根据比较结果，判定当前场景是否需要调节曝光参数或增益参数的步骤中，若当前帧图像的平均灰度值不在设定的目标灰度阈值范围时，则判定当前场景需要调节曝光参数或增益参数。
4.根据权利要求1所述基于fpga的cmos图像传感器曝光增益方法，其特征在于，所述当需要调节曝光参数或增益参数时，先判断当前增益参数是否为初始值，根据判断结果选择后续调节曝光参数还是增益参数的步骤中，如果当前增益参数为初始增益值，则选择曝光参数进行调节；如果当前增益参数不为初始增益值，则判定历史帧图像已经进行过增益调节，再次调节时优先将状态拉回增益参数调节中。
5.根据权利要求1所述基于fpga的cmos图像传感器曝光增益方法，其特征在于，所述依据设定的目标灰度阈值范围，对曝光参数或增益参数进行自适应调节的步骤，利用预先建立的分段式曝光参数调整模型预测目标帧...
【专利技术属性】
技术研发人员：于茂林，梁璠，王君，
申请(专利权)人：西安中科光电精密工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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