一种基于多帧图像合成的曝光控制方法及其曝光装置与流程

本发明实施例涉及高精度检测，尤其涉及一种基于多帧图像合成的曝光控制方法及其曝光装置。

背景技术：

1、目前，激光位移传感器和激光轮廓传感器普遍应用三角反射法的原理，即激光二极管发出的激光束照射到被测物体表面，经慢反射回来的光线通过一组透镜，投射到感光元件矩阵上。根据被测物体表面距离激光光源的不同，在感光元件矩阵上的成像位置也会有差异，通过计算感光元件矩阵上成像光斑的中心，即可确认被测物体的表面位移。

2、由于不同物体表面的漫反射率差异极大，在同样的激光功率和曝光设置下，测量不同物体时cmos(complementary metal oxide semiconductor，cmos)相机接受到的光强也有很大不同，如此，极大的影响了激光测量精度。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于多帧图像合成的曝光控制方法，通过划分多区域，对每一列都能算出理想曝光参数，根据曝光效果分多帧进行分别曝光，进行多帧合成，适应于激光位移传感器和激光轮廓扫描仪，提高了曝光参数的调节速度。

2、第一方面，本申请提供了一种基于多帧图像合成的曝光控制方法，用于控制摄像头传感器的曝光参数，所述摄像头传感器的感光面包括x*y个像素，x、y为正整数，所述曝光控制方法包括：

3、控制系统按照m+1个不同的曝光参数分别对被测物曝光，摄像头传感器分别获取m+1个曝光图像；m＞2，m为整数；

4、数据处理系统将感光面划分为m个检测区域，并根据m+1个曝光图像分别获取m个检测区域的曝光偏大帧和曝光偏小帧；

5、控制系统以检测区域对应的曝光偏大帧和曝光偏小帧为边界，分别设置m个曝光检测帧，对应m个曝光检测参数；

6、控制系统按照m个检测区域对应的曝光检测参数，采用卷帘曝光的方式逐行曝光该检测区域，摄像头传感器分别获得m个检测区域对应的检测图像；其中，各个检测区域在每行的曝光检测参数不同；

7、数据处理系统获取检测图像中满足理想曝光灰度范围的第k行的曝光参数，确定第k行的曝光参数为该检测区域的理想曝光参数；k＞2，k为整数；

8、控制系统按照m个检测区域对应的理想曝光参数曝光该检测区域，摄像头传感器获得m个检测区域对应的曝光图像；

9、数据处理系统计算m个检测区域对应的曝光图像的中心点，对m个检测区域的曝光图像的中心点进行多帧合成，获得被测物的移动距离。

10、可选的，数据处理系统将感光面划分为m个检测区域，包括：

11、数据处理系统将感光面沿x轴方向划分为m个连续检测区域；其中，m个所述检测区域内的像素数量相同或者不同。

12、可选的，将感光面划分为m个检测区域，包括：

13、数据处理系统根据预设灰度值范围，结合曝光图像的像素按照灰度值大小将感光面划分为m个检测区域；

14、其中，满足预设灰度值范围的像素落在同一所述检测区域内。

15、可选的，所述曝光检测参数的设置方法为：

16、将所述曝光偏大帧的曝光参数qm与最大曝光功率pmax的比值作为曝光检测帧中每一行的行曝光时间t＝qm/pmax；

17、设置所述曝光检测帧中每一行的曝光功率呈线性递增，第k行的曝光功率满足如下公式：

18、

19、

20、

21、

22、tframe＝(n-1)tσ+t；1≤k≤n，n为曝光行数；

23、为第k行在行曝光时间t内的起始曝光功率，为第k行在行曝光时间t内的结束曝光功率；为第k行的平均曝光功率；q(k)为所述曝光检测帧第k行的曝光参数；tframe为曝光检测帧的帧曝光时间；p为检测曝光功率；tσ为相邻曝光行之间的时间间隔；g为摄像头传感器的增益。

24、可选的，确定第k行的曝光参数为该检测区域的理想曝光参数包括：

25、记录所述曝光偏小帧中所述检测区域内所有像素的灰度值，对所有像素的灰度值归一化，获得曝光偏小帧的灰度值归一化值n(k)；

26、获取所述检测区域的曝光检测图像各像素的灰度值gx(k)；

27、将曝光检测图像的灰度值gx(k)与所述曝光偏小帧的灰度值归一化值n(k)的比值作为期望灰度值gx(k)/n(k)；

28、当所述期望灰度值gx(k)/n(k)在理想曝光灰度范围内，确定第k行的平均曝光参数gx(k)为该所述检测区域的理想曝光参数q(ki)；其中，i为整数。

29、可选的，采用m+1个不同的曝光参数分别对被测物曝光，获取m+1个曝光图像，包括：

30、采用二分法调整m+1个依次增大的曝光参数别对被测物曝光，获取m+1个曝光图像。

31、可选的，所述曝光偏大帧的曝光参数为所述曝光偏小帧的曝光参数的2倍。

32、可选的，所述曝光检测帧的最大曝光调节帧数r为的数值向上取整数；

33、其中，qmax为曝光最大参数，qmin为曝光最小参数。

34、可选的，所述理想曝光参数介于所述曝光偏大帧的曝光参数和所述曝光偏小帧的曝光参数之间。

35、第二方面，本申请实施例还提供了一种基于多帧图像合成的曝光装置，用于实现第一方面提供的任意一项所述的曝光控制方法，所述曝光装置包括曝光光源、照明透镜、成像透镜、具有多帧图像合成的摄像头传感器、控制系统和数据处理系统；

36、所述控制系统分别与所述摄像头传感器和所述数据处理系统电连接；所述曝光光源和所述摄像头传感器与所述数据处理系统电连接；

37、所述照明透镜位于所述曝光光源的曝光光路上，所述成像透镜位于所述摄像头传感器的感光前端面。

38、综上，本申请实施例提供的一种基于多帧图像合成的曝光控制方法，通过划分多区域，找到该区域的理想曝光参数，可以起到区域增强的效果，同时对曝光参数差别特别大的区域，根据曝光效果分多帧进行分别曝光，进行多帧合成，相比于传统固定曝光参数多帧hdr算法，因为对每一列都能算出理想曝光参数，调节更加精准，适应于激光位移传感器和激光轮廓扫描仪，提高了曝光参数的调节速度，增强产品在高速场合下的探测应用。

技术特征：

1.一种基于多帧图像合成的曝光控制方法，用于控制摄像头传感器的曝光参数，所述摄像头传感器的感光面包括x*y个像素，x、y为正整数，其特征在于，所述曝光控制方法包括：

2.根据权利要求1所述的曝光控制方法，其特征在于，数据处理系统将感光面划分为m个检测区域，包括：

3.根据权利要求1所述的曝光控制方法，其特征在于，将感光面划分为m个检测区域，包括：

4.根据权利要求1所述的曝光控制方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的曝光控制方法，其特征在于，确定第k行的曝光参数为该检测区域的理想曝光参数包括：

6.根据权利要求4所述的曝光控制方法，其特征在于，采用m+1个不同的曝光参数分别对被测物曝光，获取m+1个曝光图像，包括：

7.根据权利要求1所述的曝光控制方法，其特征在于，所述曝光偏大帧的曝光参数为所述曝光偏小帧的曝光参数的2倍。

8.根据权利要求1所述的曝光控制方法，其特征在于，所述曝光检测帧的最大曝光调节帧数r为的数值向上取整数；

9.根据权利要求1所述的曝光控制方法，其特征在于，所述理想曝光参数介于所述曝光偏大帧的曝光参数和所述曝光偏小帧的曝光参数之间。

10.一种基于多帧图像合成的曝光装置，用于实现权利要求1-9任意一项所述的曝光控制方法，其特征在于，所述曝光装置包括曝光光源、照明透镜、成像透镜、具有多帧图像合成的摄像头传感器、控制系统和数据处理系统；

技术总结
本发明公开了一种基于多帧图像合成的曝光控制方法及其控制装置，控制方法包括：按照m+1个不同的曝光参数分别对被测物曝光，获取m+1个曝光图像；将感光面划分为m个检测区域，并获取m个检测区域的曝光偏大帧和曝光偏小帧；以曝光偏大帧和曝光偏小帧为边界，分别设置m个曝光检测参数；对m个检测区域采用卷帘曝光的方式逐行曝光该检测区域，分别获得m个检测区域对应的检测图像；获取满足理想曝光灰度范围的第k行的曝光参数，以第k行的曝光参数为该检测区域的理想曝光参数；以理想曝光参数曝光该检测区域，获得m个检测区域的曝光图像；计算m个曝光图像的中心点，对m个中心点进行多帧合成，获得被测物的移动距离，提高曝光参数的调节精度。

技术研发人员：王威,姚文政
受保护的技术使用者：光子（深圳）精密科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20