基于自适应阈值分割的直方图均衡化的自动曝光方法

摘要

本发明涉及一种基于自适应阈值分割和直方图均衡化的自动曝光方法，依据图像亮度与曝光时间成正比的原理，当拍摄图像曝光不足，反映在图像上即是亮度均值偏小，使用直方图均衡化后的图像会覆盖整个灰度范围的灰度级值，即直方图均衡化后的图像灰度均值较大，按照tnew=told*(Yt/m(Y))进行调整，计算出的tnew会长于told，这样就达到了当曝光不足时，加长曝光时间的目的。反之亦然。本发明解决了现有技术中拍摄主体出现曝光不足或者曝光过度，以及目标图像自适应分割的技术问题，加强了图像的对比度，能够实现在各种温度情况下，对目标图像的自适应分割，对分割出的目标图像进行有效的曝光控制。

说明书

技术领域

本发明涉及基于自适应阈值分割和直方图均衡化的自动曝光方法。

背景技术

相机所采用的曝光方式既可以采用测光手动曝光也可以采用自动曝光。

测光手动曝光就是由拍摄者自己选择光圈系数、快门速度，使用相机的测 光系统判断曝光是否合适的曝光方式。

自动曝光是由相机根据自身测光系统的测光结果，自动选定光圈系数、快 门速度来获得准确曝光的暴光方式。自动曝光可以分为光圈先决式自动曝光、 快门先决式自动曝光、程序式自动曝光等形式。

光圈先决式自动曝光就是人为选定光圈系数，相机自动选择快门速度。

快门先决式自动曝光就是人为选定快门速度，相机自动选择光圈系数。

程序式自动曝光是指光圈系数和快门速度均由相机内置的程序自动调节。 它的优点是不需要拍摄者设定光圈系数和快门速度。

传统的自动曝光控制方法中，有的采用特定的微处理器硬件电路控制曝光； 有的采用图像的整体亮度来控制曝光，但是如果拍摄主体与背景之间的亮度差 太大，会使得拍摄主体出现曝光不足或者曝光过度的现象；有的采用参照亮度 值，将图像分块，每一块子图像的亮度被用于设置参照亮度值，该参照亮度值 可以通过调整光圈大小获得，当然同样也可以通过设置快门速度获得该参照亮 度值；还有的则通过研究不同光照条件下的亮度与曝光值之间的关系来进行曝 光控制。

以上的方法均是基于整幅图像进行自动曝光处理的，当目标相对背景很小 时（例如目标像素数占整幅图像像素数百分比小于1％），会造成目标曝光过度。 当目标很亮、背景较暗时，此时应该减小曝光时间；但由于是对整幅图像进行 计算的，亮度高的像素数目远小于亮度低的像素数目，因此整幅图像较暗，为 了提高整幅图像的亮度，继续增加曝光时间，最终导致目标曝光过度。因此需 要在现有的自动曝光算法中分割出目标图像，对目标图像进行有效的自动曝光 控制。

现有的对目标图像的自动曝光算法，为了分割出目标图像，经常采用固定 亮度阈值进行分割，但由于温度的影响，固定亮度阈值分割不能适应各种情况， 因此需要将自适应阈值分割的方法引入自动曝光算法中来。

发明内容

为了解决现有技术中拍摄主体出现曝光不足或者曝光过度，以及目标图像 自适应分割的技术问题，本发明提供一种基于自适应阈值分割的直方图均衡化 的自动曝光方法。

本发明的技术解决方案：

一种基于自适应阈值分割和直方图均衡化的自动曝光方法，其特殊之处在 于：包括以下步骤：

1】采集一帧图像，并记录该帧图像的曝光时间t_old；

2】采用大津阈值法得到该帧图像的阈值Δ；

3】将步骤1】所采集的图像亮度大于阈值Δ的像素图像作为目标图像；

4】计算目标图像的亮度均值m(Y)；

5】对目标图像做直方均衡化处理；

6】计算经直方均衡化处理后的目标图像的灰度均值Y_t；

7】根据公式（1）计算下一帧的曝光时间t_new，

t_new=t_old*(Y_t/m(Y))    （1）

8】设定曝光调整容限为δ；

若|t_new-t_old|<δ，下一帧的实际曝光时间为t_old，继续执行步骤1】；

若|t_new-t_old|>δ,下一帧的实际曝光时间为t_new，继续执行步骤1】。

本发明所具有的优点：

1、本发明直方图均衡化后的图像具有覆盖整个灰度范围的灰度级值的优 点，即加强了图像的对比度，因此我们可以采用直方图均衡化后的图像的灰度 均值作为最优均值。该最优均值能充分反映图像的亮度特性，并且这个最优均 值是动态的，能适应各种亮度环境。

2、本发明能够实现在各种温度情况下，对目标图像的自适应分割，对分割 出的目标图像进行有效的曝光控制。

3、本发明不需人工设定最优亮度均值，采用将直方图均衡化后得到的灰度 均值作为最优均值。

4、本发明将自适应阈值分割（大津阈值法）引入自动曝光算法中，可以实 现各种温度状况下的自动曝光控制。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

基于自适应阈值分割的直方图均衡化的自动曝光方法，包括以下步骤：

1】采集一帧图像，并记录该帧的曝光时间t_old；

2】使用大津阈值法得到该帧图像的阈值Δ；

3】将图像亮度大于Δ的像素作为目标图像；

4】计算目标图像的亮度均值m(Y)；

5】对目标图像做直方均衡化处理；

6】计算经直方均衡化处理后的目标图像的灰度均值Yt；

7】依据曝光时间与图像的亮度均值成正比原理，计算下一帧的曝光时间 t_new，根据公式t_new=t_old*(Y_t/m(Y))；8】若|t_new-t_old |<δ（曝光调整容限，该值以 图像亮度的主观感觉为选择标准）,说明前后两帧图像曝光时间基本相同，下一 帧曝光时间不需调整，t_new=t_old，继续执行步骤1】；

若|t_new-t_old|>δ,说明前后两帧图像曝光时间差别较大，下一帧曝光时间需要 按新的曝光时间t_new调整，继续执行步骤1】；

大津阈值法是由日本学者大津于1979年提出的一种自适应的阈值确定的方 法，又称为最大类间方差法。按照图像的灰度特性，将图像分成背景和目标两 部分。背景和目标之间的类间方差越大，说明构成图像的两部分的差别越大， 当部分目标错分为背景或部分背景错分为目标都会导致两部分差别变小。因此， 使类间方差最大的分割意味着错分概率越小。

本发明原理：相机的曝光调整依据的是图像亮度与曝光时间成正比的原理， 即曝光时间越长，图像越亮，图像亮度越高；曝光时间越短，图像越暗，图像 亮度越低。当拍摄图像曝光不足，反映在图像上即是亮度均值偏小，使用直方 图均衡化后的图像会覆盖整个灰度范围的灰度级值，即直方图均衡化后的图像 灰度均值较大，按照t_new=t_old*(Y_t/m(Y))进行调整，计算出的t_new会长于t_old，这 样就达到了当曝光不足时，加长曝光时间的目的。反之亦然。