专利名称：互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法
技术领域：
本发明涉及一种图像传感器的自动曝光控制方法。特别是涉及一种能够通过控制快 速自动曝光，达到更满意的图像效果的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控 制方法。
背景技术：
自动曝光控制技术是控制互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的曝光时间和 增益，使图像达到目标亮度值范围内，符合目标用户的需求。
目前绝大多数的CMOS图像传感器的自动曝光过程较慢，采用渐近式自动曝光。主要 步骤为
1. 设定曝光控制基本参数，包括目标亮度标准值Y[target],亮度阈值Y[thd]，亮 度增益值G [target],亮度增益值阈值G[thd];
2. 进行曝光，提取图像并进行图像处理，计算曝光时间T[l]，亮度增益G[1]和图像 曝光强度统计值Y[1];
3. 判断曝光强度值Y[1]是否在目标曝光强度值范围内，如果不在，则计算所需亮度 增益值，判断是否利用亮度增益值调整可以将曝光值调整到目标曝光强度值范围内，若 不是，则计算最优曝光时间T[2]和相应的亮度增益值G[2];
4. 用计算所得最优曝光时间T[2]调整图像数据输入模块的曝光时间T[3]。 在上述的渐近式自动曝光方法中，关键在于步骤3中怎么计算最优曝光时间和亮度
增益值， 一般方法中为了防止自动曝光控制的不稳定，采用步长控制方式(有亮度增益 步长与曝光步长)来达到目标亮度值。当外部光线从较亮变为较暗或从较暗变为较亮时， 这种调节方法就比较慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够通过控制快速自动曝光，实现快速自 动曝光调节，达到更满意的图像效果的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控 制方法。
本发明所采用的技术方案是 一种互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控
制方法，包括有先固定亮度增益值G，调节曝光时间T，再固定曝光时间T，调节亮度增 益值G，则曝光强度值Y与亮度增益值G呈现为一种简单的正比关系；在相同的光强条件
下<formula>formula see original document page 4</formula>是一个常量值，计算出曝光时间T[l]，亮度增益G[l]和图像曝光强度
统计值Y[l]，判断当前的光强，设定一个固定的亮度增益值G[2]，从而得出第一次调整
的曝光时间羽=,妙]*则，。
y[l]*G[2J
所述的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法，具体包括有如下步
骤
(1) 设定曝光控制基本参数；
(2) 进行曝光，得到图像曝光强度值Y[1];
(3) 判断曝光强度值Y[1]是否在目标曝光强度值范围内，是则不进行曝光调节，否 则再判断曝光强度值Y[l]是否低于极低亮度阈值Y[lowthd],是，转步骤4，不是，转步 骤5;
(4) 调整曝光时间确定曝光控制值；
(5) 根据平均光强确定亮度增益值；
(6) 计算出最优曝光时间；
(7) 调整亮度增益值。
步骤(1)所述的曝光控制基本参数包括有目标亮度标准值Y [target]、亮度阈值 Y[thd]、极低亮度阈值Y[lowthd]、曝光时间最大值T[max]、亮度增益最大值G[max]、 光强范围査找表L[light [n]]以及对应的亮度增益值G[light [n]]。
步骤(2)包括有读出控制寄存器中的曝光时间T[l]，亮度增益G[l]，对曝光后 的图像数据加权平均，得到图像曝光强度统计值Y[l]。
步骤(3)所述的判断具体是判断曝光强度值Y[1]是否在目标曝光强度值范围内， 即Y[1]满足"&(y[target] - 《y[^/]就不需要进行曝光调节，否则再判断Y [1 ]是否低 于极低亮度阈值Y[lowthd]，若是，转步骤4，若不是，转步骤5。
步骤(4)所述的调整曝光时间确定曝光控制值包括如果T[l] 〈 T[max]，增加曝 光时间r[2] = min(r[l]*iV,:r[max]);如果r[l]》r[max],使T[l] = T[max],并使 G[2] = min(G[l]*W,G[max])， N为正整数，用T[2]、 G[2]控制下一轮曝光。
步骤(5)所述的根据平均光强确定亮度增益值包括计算平均光强，1 = ，
由光强査找表L[light [i]]确定亮度增益值G[2]=邻妙収]，从而求出T[2] = 。
G[2] *丄
步骤(6)所述的计算出最优曝光时间是如果T[2]2"调整曝光时间 r[3] = (,oK，))"，其中^^:， f为交流电流的频率，这样T[3]就能满足
7[3] = l*iV (W为正整数)的要求，避免了灯光下逐行曝光产生的图像闪烁；如果T[2] 2/
<t，使T[3]:T[2]。
步骤(7)所述的调整亮度增益值是使亮度增益值g[3] = ^3]: ,由T[3]， G[3]
控制的新一轮图像曝光强度统计值y[l]'就在曝光强度值范围内，从而实现了快速自动曝 光调节。
本发明的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法，相对于步长控制 的自动曝光控制方法，当外部光强变化很大时(如从较亮到较暗或从较暗到较亮)，本 发明能够实现快速的自动曝光调节，更好的符合需求。而且，在不同的光强下，由光强 査找表确定的亮度增益值实现了极佳的增益控制。
图1是曝光强度值与曝光时间的关系曲线示意图2是光线较暗时的曝光强度值与曝光时间的关系曲线示意图3是曝光强度值与亮度增益值的关系曲线示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控 制方法做出详细说明。
本发明基于CMOS图像传感器的两种特殊感光性能其一如图l所示，固定亮度增益 值G，调节曝光时间T，曝光强度值Y与曝光时间T基本是正比关系，只有在较暗时，出 现一个小拐点，如图2所示；其二如图3所示，固定曝光时间T，调节亮度增益值G，曝 光强度值Y与亮度增益值G呈现为一种简单的正比关系。图1和图3中的曲线水平部分
是由于感光像素已达到满幅值。由此可知在相同的光强条件下，/"^=^是一个常量
值。因而只要计算出曝光时间T[l]，亮度增益G[l]和图像曝光强度统计值Y[l]，判断当 前的光强，就可以设定一个固定的亮度增益值G[2]，进而得出第一次调整的曝光时间
<formula>formula see original document page 6</formula>°
本发明的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法，具体包括以下几
个步骤
(1) 设定曝光控制基本参数，包括目标亮度标准值Y[target],亮度阈值Y[thd]， 极低亮度阈值Y[lowthd]，曝光时间最大值T[max],亮度增益最^C值G[max]，光强范围查 找表L [1 ight [n]]以及对应的亮度增益值G[1 ight [n]]。
(2) 进行曝光，读出控制寄存器中的曝光时间T[l]，亮度增益G[l]，对曝光后的 图像数据加权平均，得到图像曝光强度统计值Y[l]。
(3) 判断曝光强度值Y[l]是否在目标曝光强度值范围内，即Y[l]满足
flfc(7[target] - S ，W]就不需要进行曝光调节，否则再判断Y[1]是否低于极低亮度 阈值Y[lowthd]，若是，转步骤4，若不是，转步骤5。
(4) 如果T[l] 〈 T[max]，增加曝光时间T[2] = min(r[l]*7V，r[max]);如果 711] 2 r[max],使T[l] = T[max]，并使G[2] = min(G[l]*iV,G[max]) ， N为正整数，用T[2]， G[2]控制下一轮曝光。
(5) 计算平均光强，f= ，由光强查找表L[light[i]]确定亮度增益值 G[2] = G[/Zg似[/]],从而求出7[2] = ^^1。
(6) 如果r[2]^"调整曝光时间r[3]-c/7⑧K，》"，其中^ = 4， f为交流电
流的频率，这样T[3]就能满足r[3]-^^7V (7V为正整数)的要求，避免了灯光下逐行
曝光产生的图像闪烁；如果T[2]〈t，使T[3]-T[2]。
(7) 调整亮度增益值( [3]= ntargeJ ，由T[3]， G[3]控制的新一轮图像曝光强度统
计值y[i]'就在曝光强度值范围内，从而实现了快速自动曝光调节。
权利要求
1. 一种互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法，其特征在于，包括有先固定亮度增益值G，调节曝光时间T，再固定曝光时间T，调节亮度增益值G，则曝光强度值Y与亮度增益值G呈现为一种简单的正比关系；在相同的光强条件下，是一个常量值，计算出曝光时间T[1]，亮度增益G[1]和图像曝光强度统计值Y[1]，判断当前的光强，设定一个固定的亮度增益值G[2]，从而得出第一次调整的曝光时间
2. 根据权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法，其特征在于，具体包括有如下步骤(1) 设定曝光控制基本参数；(2) 进行曝光，得到图像曝光强度值Y[1];(3) 判断曝光强度值Y[1]是否在目标曝光强度值范围内，是则不进行曝光调节，否 则再判断曝光强度值Y[l]是否低于极低亮度阈值Y[lowthd]，是，转步骤4，不是，转步 骤5;(4) 调整曝光时间确定曝光控制值；(5) 根据平均光强确定亮度增益值；(6) 计算出最优曝光时间；(7) 调整亮度增益值。
3. 根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法， 其特征在于，步骤(1)所述的曝光控制基本参数包括有目标亮度标准值Y[target]、 亮度阈值Y[thd]、极低亮度阈值Y[lowthd]、曝光时间最大值T[max]、亮度增益最大值 G[max]、光强范围查找表L[light [n]]以及对应的亮度增益值G[light [n]]。
4. 根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法， 其特征在于，步骤(2)包括有读出控制寄存器中的曝光时间T[l]，亮度增益G[l]， 对曝光后的图像数据加权平均，得到图像曝光强度统计值Y[l]。
5. 根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法， 其特征在于，步骤(3)所述的判断具体是判断曝光强度值Y[1]是否在目标曝光强度值 范围内，即Y[l]满足afc(y[target]-:r[l])sn^n就不需要进行曝光调节，否则再判断Y[l] 是否低于极低亮度阈值Y[lowthd]，若是，转步骤4，若不是，转步骤5。
6. 根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法， 其特征在于，步骤(4)所述的调整曝光时间确定曝光控制值包括如果T[l] 〈T[max]， 增加曝光时间71[2] = min(r[l] * iV, r[max]);如果2 T[max]，使T [ 1 ] = T [max],并使 G[2] = min(G[l]*W，G[max])， N为正整数，用T[2]、 G[2]控制下一轮曝光。
7. 根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法， 其特征在于，步骤(5)所述的根据平均光强确定亮度增益值包括计算平均光强，<formula>formula see original document page 3</formula>，由光强查找表<formula>formula see original document page 3</formula>确定亮度增益值<7[2]=( [/妙朋]，从而求出<formula>formula see original document page 3</formula>
8. 根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法， 其特征在于，步骤(6)所述的计算出最优曝光时间是如果<formula>formula see original document page 3</formula>，调整曝光时间<formula>formula see original document page 3</formula>其中,=^:， f为交流电流的频率，这样T[3]就能满足<formula>formula see original document page 3</formula>(7V为正整数)的要求，避免了灯光下逐行曝光产生的图像闪烁；如果T[2] <t，使T[3]:T[2]。
9. 根据权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法， 其特征在于，步骤(7)所述的调整亮度增益值是使亮度增益值G[3]=，由T[3]，G[3]控制的新一轮图像曝光强度统计值1T1]'就在曝光强度值范围内，从而实现了快速自 动曝光调节。
全文摘要
本发明公开一种互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法，包括有先固定亮度增益值G，调节曝光时间T，再固定曝光时间T，调节亮度增益值G，则曝光强度值Y与亮度增益值G呈现为一种简单的正比关系；在相同的光强条件下，light＝Y/(G*T)是一个常量值，计算出曝光时间T[1]，亮度增益G[1]和图像曝光强度统计值Y[1]，判断当前的光强，设定一个固定的亮度增益值G[2]，从而得出第一次调整的曝光时间T[2]＝(Y[target]*G[1]*T[1])/(Y[1]*G[2])。本发明的互补金属氧化物半导体图像传感器的自动曝光控制方法，当外部光强变化很大时(如从较亮到较暗或从较暗到较亮)，本发明能够实现快速的自动曝光调节，更好的符合需求。而且，在不同的光强下，由光强查找表确定的亮度增益值实现了极佳的增益控制。
文档编号H04N5/235GK101394482SQ20081015127
公开日2009年3月25日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者万涛涛, 任晓慧, 曹庆红, 罗文哲, 巨 陈, 明 韩, 黄碧珍 申请人:任晓慧;曹庆红;罗文哲