一种适用于空间探测成像的基于FPGA的自动曝光控制方法及其装置

摘要

本发明涉及一种适用于空间探测成像的基于FPGA的自动曝光控制方法及其装置，该方法由当前帧主体图像平均亮度得到当前帧图像平均亮度，根据当前帧图像平均亮度与预期图像平均亮度的差值的正负和大小来自适应选取曝光时间，采用连续帧不断循环迭代使当前帧图像平均亮度达到预期图像平均亮度。一种为实施上述自动曝光控制方法的自动曝光控制装置包括光学镜头、APS传感器、曝光控制FPGA。本发明解决了现有空间探测成像技术中目标图像曝光过度、目标图像分割以及自动曝光速度和稳定性之间权衡的技术问题，提高了图像的对比度，能够实现在各种空间探测光照环境下进行更快速、更稳定、更准确的自动曝光控制，增加了空间探测环境成像时的自适应能力。

主权项

一种适用于空间探测成像的基于FPGA的自动曝光控制方法，其特征在于：对当前帧图像采用自适应阈值分割，识别出当前帧主体图像，由当前帧主体图像平均亮度得到当前帧图像平均亮度，根据当前帧图像平均亮度与预期图像平均亮度的差值的正负和大小来自适应选取确定下一帧的曝光时间，采用连续帧不断循环迭代使当前帧图像平均亮度达到预期图像平均亮度，其中，自动曝光控制步骤为：步骤(11)：计算当前帧的图像平均亮度，以当前帧图像的所有像素的均值的一半作为自适应阈值，将大于等于阈值的像素分割为当前帧主体图像，再将当前帧主体图像亮度进行累加求平均得到当前帧图像平均亮度，包括以下步骤：步骤(111)：RGB三色合成图像亮度，采用RGB色彩空间到YUV色彩空间变换关系将像素为M×N的整幅图像的相邻的四个分量R、G1、G2、B加权平均得到一个图像亮度数据，将M×N个彩色值转换为M/2×N/2个亮度值；步骤(112)：图像亮度抽样提取，将R、G、B三色合成的M/2×N/2个亮度值在列方向按照1/m的抽样原则，将M/2×N/2个亮度值转换为M/2m×N/2个亮度值；步骤(113)：计算图像行平均亮度，计算M/2m×N/2个亮度值的每一行所有像素的平均值，并以前一行的平均值的一半作为当前行的自适应阈值，将当前行中大于等于阈值的像素分割为当前行主体图像，再将当前行主体图像亮度进行累加求平均得到当前行的图像平均亮度，将M/2m×N/2个亮度值转换为N/2个行亮度平均值；步骤(114)：计算图像块平均亮度，将M/2m×N/2个亮度值以相邻的n行合成为1块，将M/2m×N/2亮度值分为N/2n块，将相邻的n行的平均值累加求平均得到每一块的平均亮度，得到N/2n个块亮度平均值；步骤(115)：计算图像平均亮度，将N/2n个亮度平均值累加求平均得到整幅图像的亮度均值，将均值的一半作为自适应阈值，将大于等于阈值的像素分割为当前帧主体图像，再将当前帧主体图像亮度进行累加求平均得到当前帧的图像平均亮度Y(mean)；步骤(12)：当前帧的图像平均亮度与预期图像平均亮度比较，如果当前帧的图像平均亮度与预期图像平均亮度的差值的绝对值小于等于设定图像平均亮度差值Y(th)，就认为自动曝光控制已经控制到位，停止曝光时间的调整，以当前帧的曝光时间作为下一帧的曝光时间，如果当前帧的图像平均亮度与预期图像平均亮度的差值的绝对值大于设定图像平均亮度差值Y(th)，则进入曝光时间调整；步骤(13)：确定下一帧曝光时间，下一帧自动曝光时间的确定是在当前帧的曝光时间的基础上，根据当前帧的图像平均亮度与预期图像平均亮度的差值的正负和大小来进行曝光时间选择，包括以下步骤：步骤(131)：如果当前帧的图像平均亮度与预期图像平均亮度的差值为正，则下一帧图像曝光时间就需要在前一帧图像曝光时间的基础上减小曝光时间；步骤(132)：如果当前帧的图像平均亮度与预期图像平均亮度的差值为负，则下一帧图像曝光时间就需要在前一帧图像曝光时间的基础上增加曝光时间；步骤(133)：当前帧的图像平均亮度与预期图像平均亮度的差值大小来自适应确定增加、减小的曝光时间值，增加、减小的曝光时间值为曝光时间步长数值R×亮度差值×曝光时间当量值t；步骤(134)：下一帧图像曝光时间减少，如果前一帧的曝光时间与曝光时间范围的下限差值大于确定的减小的曝光时间值，则下一帧的曝光时间为前一帧的曝光时间减去确定的减小的曝光时间值；否则直接将曝光时间范围的下限值作为下一帧的曝光时间；步骤(135)：下一帧图像曝光时间增加，如果前一帧的曝光时间与曝光时间范围的上限差值大于确定的增加的曝光时间值，则下一帧的曝光时间为前一帧的曝光时间加上确定的增加的曝光时间值；否则直接将曝光时间范围的上限值作为下一帧的曝光时间。