自动曝光控制方法及相关装置与流程

本技术涉及机器视觉及图像处理，尤其涉及自动曝光控制方法及相关装置。

背景技术：

1、在工业视觉检测中，为保证芯片焊点、零部件表面缺陷等目标特征清晰可辨，通常需要根据采集图像的亮度状态调节相机曝光时间、模拟增益及外部光源亮度，从而使图像保持适宜的曝光水平。

2、相关技术中，测光通常采用固定权重对像素亮度进行平均，并根据测光值与目标亮度的偏差逐次调节曝光参数，部分方案再分阶段调节光源，因此测光结果易受背景面积、局部反光及暗部区域影响，且多参数串行调整时容易产生耦合误差，进而影响曝光控制的收敛速度和稳定性。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术提供了自动曝光控制方法及相关装置，以实现降低局部反光、暗部区域及背景分布对测光结果的影响，提高自动曝光控制的准确性和稳定性的目的。

2、本技术第一方面提供一种自动曝光控制方法，包括：

3、获取相机在当前相机曝光参数和当前光源参数下采集的待测图像；

4、将所述待测图像转换为灰度图像，并根据所述灰度图像中各灰度级对应的像素数量，生成灰度直方图；

5、根据所述灰度直方图，确定所述待测图像对应的直方图偏度、灰度均值、灰度中位数、过曝像素比例和欠曝像素比例；

6、根据所述直方图偏度确定所述灰度均值与所述灰度中位数各自对应的融合权重，并基于所述融合权重对所述灰度均值和所述灰度中位数进行融合，得到基础亮度；

7、根据所述过曝像素比例和所述欠曝像素比例对所述基础亮度进行亮度修正，得到所述待测图像的反馈亮度；

8、根据所述反馈亮度与预设目标亮度确定亮度误差，并根据所述亮度误差确定曝光调整量；

9、基于所述曝光调整量，对相机曝光时间参数、相机增益参数和光源亮度参数中的至少一项进行调整并重新采集的待测图像，直至重新采集的待测图像满足预设收敛条件。

10、可选地，所述根据所述灰度直方图，确定所述待测图像对应的直方图偏度、灰度均值、灰度中位数、过曝像素比例和欠曝像素比例，包括：

11、根据所述灰度直方图中各灰度级对应的像素概率，确定所述灰度均值、灰度标准差和灰度累积分布；

12、根据所述灰度均值和所述灰度标准差确定所述直方图偏度，并根据所述灰度累积分布确定所述灰度中位数；

13、根据所述灰度直方图，对灰度值大于或等于预设高灰度阈值的像素概率进行累加，得到过曝像素比例；

14、对灰度值小于或等于预设低灰度阈值的像素概率进行累加，得到欠曝像素比例；其中，所述预设高灰度阈值和所述预设低灰度阈值根据所述待测图像的图像位深、黑电平和饱和灰度值中的至少一项确定。

15、可选地，所述根据所述直方图偏度确定所述待测图像的灰度均值与灰度中位数各自对应的融合权重，包括：

16、根据所述直方图偏度的绝对值与预设参考偏度的比值，确定所述灰度中位数对应的第一融合权重；

17、根据所述第一融合权重确定所述灰度均值对应的第二融合权重，其中，所述第一融合权重与所述第二融合权重之和为一，所述第一融合权重随所述直方图偏度的绝对值增大而增大。

18、可选地，所述根据所述过曝像素比例和所述欠曝像素比例对所述基础亮度进行亮度修正，包括：

19、根据所述过曝像素比例、所述欠曝像素比例、预设过曝灵敏度系数和预设欠曝灵敏度系数，确定亮度修正系数；

20、利用所述亮度修正系数对所述基础亮度进行修正，使得所述过曝像素比例增大时，修正后的亮度值相对于所述基础亮度增大，并使得所述欠曝像素比例增大时，修正后的亮度值相对于所述基础亮度减小。

21、可选地，所述方法还包括：

22、根据所述待测图像的灰度直方图，确定第一预设分位比例对应的第一灰度分位值和第二预设分位比例对应的第二灰度分位值；

23、根据所述第一灰度分位值与所述第二灰度分位值之间的差值，确定所述待测图像的灰度分布跨度；

24、根据所述灰度分布跨度确定测光可信度，并基于所述测光可信度对亮度修正后的基础亮度与所述预设目标亮度进行加权融合，得到所述当前反馈亮度；其中，所述测光可信度随所述灰度分布跨度增大而增大。

25、可选地，所述根据所述亮度误差确定曝光调整量，包括：

26、获取至少两次迭代分别对应的历史曝光值和历史反馈亮度；

27、根据相邻两次迭代之间的曝光值变化量和反馈亮度变化量，确定亮度相对于曝光值的响应梯度；

28、根据所述亮度误差和所述响应梯度，预测使当前反馈亮度达到所述预设目标亮度所需的预测曝光调整量。

29、可选地，所述确定亮度相对于曝光值的响应梯度，包括：

30、计算相邻两次迭代之间的反馈亮度变化量与曝光值变化量的比值，得到当前梯度估计值；

31、当所述曝光值变化量小于预设变化阈值，或者所述当前梯度估计值超出预设梯度范围时，将预设默认梯度确定为当前梯度估计值；

32、利用指数移动平均方式对所述当前梯度估计值与历史平滑梯度进行融合，得到响应梯度。

33、可选地，所述根据所述亮度误差确定曝光调整量，所述方法还包括：

34、根据上一迭代对应的反馈亮度、响应梯度和曝光值变化量，确定当前迭代对应的预测亮度；

35、根据所述预测亮度与当前反馈亮度之间的差值确定预测误差，并根据所述预测误差确定预测置信度；

36、根据所述当前反馈亮度与所述预设目标亮度之间的亮度比值，确定保守曝光调整量；

37、根据所述预测置信度，对所述预测曝光调整量和所述保守曝光调整量进行加权融合，得到所述曝光调整量；其中，所述预测置信度随所述预测误差增大而减小。

38、可选地，所述基于所述曝光调整量，对相机曝光时间、模拟增益和光源亮度中的至少一项进行调整，包括：

39、根据所述曝光调整量确定候选曝光时间；

40、当所述候选曝光时间处于预设曝光时间范围内时，通过调整所述相机曝光时间承担所述曝光调整量；

41、当所述候选曝光时间超出所述预设曝光时间范围时，将所述相机曝光时间调整至对应的曝光时间边界，并根据未由所述相机曝光时间承担的剩余调整量调整所述光源亮度；

42、当所述相机曝光时间和所述光源亮度均达到对应的参数边界时，根据未由所述相机曝光时间和所述光源亮度承担的剩余调整量调整所述模拟增益。

43、可选地，还包括：

44、将当前反馈亮度建模为相机曝光值和光源亮度的函数；

45、在第一类迭代中保持所述光源亮度不变并改变所述相机曝光值，根据反馈亮度变化量与相机曝光值变化量确定曝光响应梯度；

46、在第二类迭代中保持所述相机曝光值不变并改变所述光源亮度，根据反馈亮度变化量与光源亮度变化量确定光源响应梯度；

47、根据所述曝光响应梯度、所述光源响应梯度和所述亮度误差，分别确定相机曝光值调整量和光源亮度调整量。

48、借由上述技术方案，本技术根据当前相机曝光参数和当前光源参数下采集的待测图像生成灰度直方图，并利用直方图偏度调整灰度均值和灰度中位数在亮度计算中所占的比重，以减少背景区域、局部反光区域和局部暗部区域对亮度判断结果的干扰；同时，利用过曝像素比例和欠曝像素比例对基础亮度进行修正，使得到的反馈亮度能够反映待测图像的整体亮度以及局部过曝、局部欠曝情况。在此基础上，根据反馈亮度与预设目标亮度之间的亮度误差确定曝光调整量，并调整相机曝光时间参数、相机增益参数和光源亮度参数中的至少一项，通过重新采集图像并重复调整，使待测图像逐步达到预设目标亮度所需的曝光要求，从而提高自动曝光控制的准确性和稳定性，并减少亮部或暗部图像细节丢失。