CN100337156C

CN100337156C - 适当曝光值的快速收敛方法

Info

Publication number: CN100337156C
Application number: CNB021555389A
Authority: CN
Inventors: 蔡志华; 刘万吉
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Current assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: CN1504823A

Abstract

一种适当曝光值的快速收敛方法。本发明是通过建立修改方式相当简单的曝光值表，而使数字摄影装置中的光学传感器所撷取到的影像在闭回路运算中，快速收敛到适当曝光值，因此本发明不但可以轻易达成多变量(曝光时间、增益值、以及光圈大小)的曝光控制，而且能快速收敛到适当的自动曝光值。

Description

适当曝光值的快速收敛方法

技术领域

本发明是有关于一种曝光值(exposure value，简称EV)的收敛方法，且特别是有关于一种利用建立的曝光值表的适当曝光值的快速收敛方法。

背景技术

在数字摄影装置中，如果以1024×768个像素来拍摄影像，并且每一个像素的亮度范围为0至255，则所拍摄到的影像平均亮度如何能快速地收敛，便成为目前急需解决的问题。

公知的一种方法请参照中国台湾专利公告号234748的“数字静态电子照相机的模糊控制自动曝光系统”，此公知方法是利用模糊控制的方式，使所拍摄到的影像能维持适当的亮度。然而，由于模糊控制法则相当繁琐且复杂，必须有经验的专业人员才能适当地修改模糊控制法则，因此这种公知方法的模糊控制法则相当不容易修改。再者，由于软件程序必须依照繁琐且复杂的模糊控制法则，才能得出维持影像适当亮度的评价值，所以自动曝光的收敛速度太慢且耗费大量计算资源。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种适当曝光值的快速收敛方法。本发明是通过建立修改方式相当简单的曝光值表，而使数字摄影装置中的光学传感器所撷取到的影像在闭回路运算中，快速收敛到适当曝光值，因此本发明不但可以轻易达成多变量(曝光时间、增益值、以及光圈大小)的曝光控制，而且能快速收敛到适当的自动曝光值。

为达成上述及其它目的，本发明提出一种适当曝光值的快速收敛方法。此快速收敛方法适用于数字摄影装置。此快速收敛方法包括下列步骤：(a)根据此数字摄影装置而建立曝光值表，此曝光值表包括数个曝光值、数个曝光时间、数个增益值、以及数个光圈大小，其中曝光值为曝光时间、增益值、以及光圈大小的函数，且满足EV＝2log₂(F_no)-log₂(Exp_t)-log₂(AGC/100)，其中EV是所述曝光值，F_no是所述光圈大小，Exp_t是所述曝光时间，AGC是所述增益值；(b)定义自动曝光收敛区间，此自动曝光收敛区间的中心点为目标亮度；(c)从曝光值表的曝光值中选择一先前曝光值做为初始化设定；(d)经由此数字摄影装置中的光学传感器撷取一影像，并且将此影像分成数个子区域；(e)将每一个子区域的子区域影像平均亮度乘以对应的影像加权值后，除以总影像加权值，而得出平均亮度；(f)依据此先前曝光值及近似函数而得出一预测曝光值，其中近似函数为目标亮度及平均亮度的函数；以及(g)当此预测曝光值与此先前曝光值相等时，则自动曝光为收敛而完成自动曝光，并以此预测曝光值当作适当曝光值。另外，当此预测曝光值与此先前曝光值不相等时，会以此预测曝光值当作此先前曝光值，并经由查询曝光值表而得出对应的曝光时间、增益值、以及光圈大小，然后会重复执行步骤(d)、(e)、(f)、以及(g)，直到自动收敛为止。

在本发明的较佳实施例中，曝光值表可以调整。

在本发明的较佳实施例中，曝光值表的最小间隔为曝光值分辨率，并且曝光值分辨率可以调整。

在本发明的较佳实施例中，自动曝光收敛区间的大小与曝光值分辨率成比例。

在本发明的较佳实施例中，自动曝光收敛区间的大小与曝光值分辨率相等。此时，自动曝光收敛区间介于

与之间，其中Target Y是所述目标亮度，EVResolution是所述曝光值分辨率。

在本发明的较佳实施例中，预测曝光值为此先前曝光值减去近似函数。

在本发明的较佳实施例中，光学传感器可为电荷耦合元件(chargecoupled device，简称CCD)或互补式金氧半导体(complementary metaloxide semiconductor，简称CMOS)元件。

综上所述，本发明是通过建立修改方式相当简单的曝光值表，而使数字摄影装置中的光学传感器所撷取到的影像在闭回路运算中，快速收敛到适当曝光值，因此本发明不但可以轻易达成多变量(曝光时间、增益值、以及光圈大小)的曝光控制，而且能快速收敛到适当的自动曝光值。

附图说明

图1是根据本发明一较佳实施例的适当曝光值的快速收敛方法的流程图；

图2是根据本发明一较佳实施例的曝光值表；以及

图3是根据本发明一较佳实施的所撷取的影像及影像加权值。

202：曝光值

204：曝光时间

206：增益值

208：光圈大小

32：所撷取的影像

34：影像加权值

S102-S118：本发明一较佳实施例的施行步骤

具体实施方式

请参照图1，其是根据本发明一较佳实施例的适当曝光值的快速收敛方法的流程图。由图1可知，此快速收敛方法首先需依据数字摄影装置(例如是数字相机或数字摄影机)的规格而建立曝光值(exposurevalue，简称EV)表(如步骤S102)。在曝光值表中，包括数个曝光值、数个曝光时间(以Exp_t表示)、数个增益值(以AGC表示)、以及数个光圈大小(以F_no表示)。其中，曝光值为曝光时间、增益值、以及光圈大小的函数，亦即曝光值与曝光时间、增益值、以及光圈大小之间的关系需符合以下的式(1)：

EV＝2log₂(F_no)-log₂(Exp_t)-log₂(AGC/100) ...(1)

而根据本发明一较佳实施例的曝光值表，请参照图2所示。由图2可知，此曝光值表包括曝光值202、曝光时间204、增益值206、以及光圈大小208。其中，以本实施例而言，曝光值202介于4与16之间，并且将曝光值区分成在大太阳的曝光值、在阴天的曝光值、在黄昏/日出的曝光值、以及在星光下的曝光值四大部分；本实施例的曝光时间204介于1/1000秒与1/15秒之间；本实施例的增益值206介于100与800之间；而本实施例的光圈大小208介于F2.8与F8之间。为了证明此曝光值表符合式(1)，特以一例来作说明。由图2可知，在曝光值为为15时，所对应的曝光时间、增益值、以及光圈大小分别为1/500秒、F8、以及100，然后将这些值带入式(1)可得EV＝2log₂(8)-log₂(1/500)-log₂(100/100)＝6+9＝15，所以符合式(1)。因此，对于熟悉者而言，应了解到的是，图2中的查询表并非用以限定本发明，只要需符合式(1)而建立查询表都可以为之。再者，由图2可知，此曝光值表的最小间隔为0.5，亦即此曝光值表的曝光值分辨率(EV Resolution)为0.5。而曝光值分辨率可以依据使用者的需求及数字摄影装置的规格而做调整。

接着，会定义自动曝光收敛区间(如步骤S104)，此自动曝光收敛区间的中心点为目标亮度(Target Y)，此目标亮度可由使用者设定。在一较佳实施例中，自动曝光收敛区间的大小设定为与曝光值分辨率相等。此时，自动曝光收敛区间介于目标亮度除以2的一半曝光值分辨率次方与目标亮度乘以2的一半曝光值分辨率次方之间，亦即自动曝光收敛区间为

举例而言，Target Y＝100，EV Resolution＝0.5，则落于84.09与118.92之间的亮度均视之为自动曝光收敛。

接着，会从曝光值表的曝光值中选择一先前曝光值(Previous EV)(如步骤S106)。

接着，会经由此数字摄影装置中的光学传感器(例如是电荷耦合元件(CCD)或互补式金氧半导体(CMOS)元件)撷取一影像，并且将此影像分成数个子区域(如步骤S108)，然后将每一个子区域的子区域影像平均亮度(Y)乘以对应的影像加权值(W)后，除以总影像加权值，而得出此影像各个像素的平均亮度(Yavg)(如步骤S110)。为了更清楚起见，请参照图3，其是根据本发明一较佳实施例所撷取的影像及影像加权值。由图3可知，所撷取的影像32分割成9×11个子区域，其中每个子区域的子区域平均影像亮度为Y。而影像加权值34亦分割成9×11个子区域，其中每个子区域的影像加权值为W。然后，经由以下的式(2)：

Yavg = \frac{Σ_{j = 0}^{10} Σ_{i = 0}^{8} Y_{ij} W_{ij}}{Σ_{j = 0}^{10} Σ_{i = 0}^{8} W_{ij}} - - - (2)

，可得知此影像各个像素的平均亮度(Yavg)。

接着，会依据此先前曝光值及近似函数而得出一预测曝光值(Predict EV)，其中近似函数(truncate)系目标亮度(Target Y)及平均亮度(Yavg)的函数(如步骤S112)。在一较佳实施例中，此预测曝光值为此先前曝光值减去近似函数，亦即此预测曝光值与此先前曝光值及近似函数之间的关系需符合以下的式(3)：

Predict EV = Previous EV - truncate (\log_{2} (\frac{T \arg etY}{Yavg})) - - - (3)

为了能更了解近似函数，将以下列的例子做说明。当曝光值表的曝光分辨率0.5时，如果近似函数为truncate(4.4)，则truncate(4.4)＝4.5；而如果近似函数为truncate(4.1)，则truncate(4.1)＝4。由此可知，近似函数取决于曝光分辨率的大小。

接下来，会判断此预测曝光值是否此先前曝光值相等(如步骤S114)。如果此预测曝光值与此先前曝光值相等，则自动曝光会判断为收敛而完成自动曝光，并以此预测曝光值当作适当曝光值(如步骤S116)。为了更清楚起见，将以配合图2的一例做说明。如果目标亮度为100，由图2的曝光值表中所选择的先前曝光值为12，所撷取的影像的平均亮度为105，由于预测曝光值PredictEV＝12-truncate(log2(100/105))＝12-0＝12＝先前曝光值，所以自动曝光会判断为收敛而完成自动曝光，并以预测曝光值12当作适当曝光值。

而如果此预测曝光值与此先前曝光值不相等，则会以此预测曝光值当作此先前曝光值，并经由查询曝光值表而得出对应的曝光时间、增益值、以及光圈大小，然后会重复执行步骤S108至步骤S114，直到自动收敛为止。为了更清楚起见，将以配合图2的一例做说明。如果目标亮度为100，由图2的曝光值表中所选择的先前曝光值为16，所撷取的影像的平均亮度为5，则预测曝光值＝16-truncate(log2(100/5))＝16-4.5＝11.5。由于预测曝光值11.5并不等于先前曝光值16，所以会以11.5当作先前曝光值。接着，查询图2中的曝光值表可知，曝光值为11.5所对应的曝光时间、增益值、以及光圈大小分别为1/250秒、141、以及F2.8，然后以这些参数值来设定数字摄影装置，并且再撷取一影像。接着，计算出此影像的平均亮度为150，然后可得出预测曝光值＝11.5-truncate(log2(100/150))＝11.5+0.5＝12。由于预测曝光值12还是不等于先前曝光值11.5，所以会以12当作先前曝光值。接着，查询图2中的曝光值表可知，曝光值为12所对应的曝光时间、增益值、以及光圈大小分别为1/250秒、100、以及F4，然后以这些参数值来设定数字摄影装置，并且再撷取一影像。接下来，计算出此影像的平均亮度为105，然后可得出预测曝光值＝12-truncate(log2(100/105))＝12-0＝12。此时可得知，由于预测曝光值12已经与先前曝光值12相等，所以自动曝光会判断为收敛而完成自动曝光，并以此时的预测曝光值12当作适当曝光值。

Claims

1.一种适当曝光值的快速收敛方法，适用于一数字摄影装置，其特征是，该快速收敛方法包括下列步骤：

(a)根据该数字摄影装置而建立一曝光值表，该曝光值表包括多个曝光值、多个曝光时间、多个增益值、以及多个光圈大小，其中每一该曝光值为每一该曝光时间、每一该增益值、以及每一该光圈大小的函数，且满足EV＝2log₂(F_no)-log₂(Exp_t)-log₂(AGC/100)，其中EV是所述曝光值，F_no是所述光圈大小，Exp_t是所述曝光时间，AGC是所述增益值；

(b)定义一自动曝光收敛区间，该自动曝光收敛区间的中心点为一目标亮度；

(c)从该曝光值表的该些曝光值中选择一先前曝光值做为初始化设定；

(d)经由该数字摄影装置中的一光学传感器撷取一影像，并且将该影像分成多个子区域；

(e)将每一该子区域的一子区域影像平均亮度乘以对应的影像加权值后，除以总影像加权值，而得出一平均亮度；

(f)依据该先前曝光值及一近似函数而得出一预测曝光值，其中该近似函数为该目标亮度及该平均亮度的函数；以及

(g)当该预测曝光值与该先前曝光值相等时，则自动曝光为收敛而完成自动曝光，并以该预测曝光值当作该适当曝光值；当该预测曝光值与该先前曝光值不相等时，会以该预测曝光值当作该先前曝光值，并经由查询该曝光值表而得出对应的一曝光时间、一增益值、以及一光圈大小，然后会重复执行步骤(d)、(e)、(f)、以及(g)，直到自动收敛为止。

2.如权利要求1所述的适当曝光值的快速收敛方法，其特征是，该曝光值表可以调整。

3.如权利要求1所述的适当曝光值的快速收敛方法，其特征是，该曝光值表的最小间隔为一曝光值分辨率。

4.如权利要求3所述的适当曝光值的快速收敛方法，其特征是，该曝光值分辨率可以调整。

5.如权利要求3所述的适当曝光值的快速收敛方法，其特征是，该自动曝光收敛区间的大小与该曝光值分辨率成比例。

6.如权利要求5所述的适当曝光值的快速收敛方法，其特征是，该自动曝光收敛区间的大小与该曝光值分辨率相等。

7.如权利要求6所述的适当曝光值的快速收敛方法，其特征是，该自动曝光收敛区间介于

T \arg et Y \times 2^{- (\frac{EV Re solution}{2})}

与

T \arg et Y \times 2^{(\frac{EV Re solution}{2})}

之间，其中Target Y是所述目标亮度，EV Resolution是所述曝光值分辨率。

8.如权利要求1所述的适当曝光值的快速收敛方法，其特征是，该预测曝光值为该先前曝光值减去该近似函数。

9.如权利要求1所述的适当曝光值的快速收敛方法，其特征是，该光学传感器为一电荷耦合元件。

10.如权利要求1所述的适当曝光值的快速收敛方法，其特征是，该光学传感器为一互补式金氧半导体元件。