专利US20150373246A1_数码相机及曝光控制方法解读目录一、技术背景‑先前技术二、关键公式、定义1曝光值 EV 方程式式 12图像加权平均亮度式 23预测曝光值公式式 34自动曝光收敛区间亮度窗口定义5曝光值解析度6实施例曝光值表参数范围三、完整处理流程对应第 1 图 S102‑S118专利原文迭代实例复现修正细节四、专利申请专利范围权利要求整理五、本发明技术优点六、附图说明补充澄清容易混淆点一、技术背景‑先前技术数字摄影设备中图像像素亮度范围 0‑255如何快速把画面亮度调整至目标值是技术问题。 现有参考方案台湾专利公告 234748「数位静态电子照相机之模糊控制自动曝光系统」采用模糊控制实现自动曝光缺陷模糊控制规则复杂必须专业人员才可修改调试维护门槛高算法计算开销大自动曝光收敛速度慢。本发明目的采用可简易修改的曝光值 EV 查表机制在闭环运算下快速收敛到合适曝光同时实现曝光时间 Exp_t、增益 AGC、光圈 F‑no 三变量联合曝光控制感光元件兼容 CCD、CMOS。二、关键公式、定义1曝光值 EV 方程式式 1光圈大小曝光时间AGC模拟增益值。EV 是光圈、曝光时间、增益三者的函数曝光值表每一个 EV 索引预存一套匹配该等式的 {曝光时间增益光圈} 参数组合。 实施例验证示例EV15F8、Exp_t1/500sAGC100 \(EV2log_2(8)-log_2(1/500)-log_2(100/100)69-015\)符合公式。2图像加权平均亮度式 2将拍摄图像划分为若干子区域示例为 9 行 ×11 列子块每个子区域有子亮度、对应加权系数。\(W_{ij}\)权重矩阵可以自定义实现分区测光中央重点、多点测光等效果。3预测曝光值公式式 3上一轮迭代使用的曝光值先前曝光值TargetY用户设定目标亮度\(Y_{avg}\)当前帧加权平均亮度为本专利自定义近似函数不是普通数学截断取整步长等于曝光值解析度 EV Resolution。实施例 EV 解析度 0.5 truncate (4.4)4.5truncate (4.1)4输出值只能是 0.5 的整数倍。⚠️物理含义亮度比值换算为 EV 偏差大于 0 表示画面偏暗需要降低 EV小于 0 画面过亮需要提高 EV。4自动曝光收敛区间亮度窗口定义收敛区间以目标亮度 TargetY 为中心区间大小与 EV 解析度成比例示例TargetY100EV_Resolution0.5窗口84.09 ~ 118.92。 ✔关键区分该窗口仅用于定义什么叫亮度收敛区间本专利循环迭代停止条件不是判断亮度是否落在窗口迭代停止条件Predict_EV Previous_EV预测曝光值等于上一次曝光值。只要预测 EV 没有变化算法即判定收敛完成。5曝光值解析度曝光值表中相邻两条记录 EV 最小间隔实施例取 0.5解析度可随设备规格调整曝光值表整体支持修改调整。6实施例曝光值表参数范围EV416划分四大光照场景大太阳、阴天、黄昏 / 日出、星光下曝光时间 Exp_t1/1000s ~ 1/15sAGC 增益100 ~ 800光圈 F‑noF2.8 ~ F8三、完整处理流程对应第 1 图 S102‑S118S102 建立曝光值表依据数位摄影装置硬件规格构建查表表存储多组曝光值 EV、曝光时间、增益、光圈。表格支持修改EV 解析度表最小 EV 步距可配置。S104 定义自动曝光收敛区间设定目标亮度 TargetY以 TargetY 作为亮度窗口中心点结合 EV 解析度计算亮度收敛窗口。S106 初始化从曝光值表中选取一个 EV作为初始Previous_EV先前曝光值。S108 撷取影像CCD/CMOS 光学传感器采集一帧图像将图像切分为多个子区域。S110 计算影像加权平均亮度\(Y_{avg}\)按子区域亮度、权重矩阵带入式 2 计算整幅图像加权平均亮度。S112 计算预测曝光值 Predict_EV带入 TargetY、\(Y_{avg}\)通过式 3 以及自定义 truncate 近似函数计算得到新一轮预测曝光值。S114 判断分支Predict_EV 是否等于 Previous_EV分支【是】→ S116判定自动曝光收敛结束流程将 Predict_EV 作为最终适当曝光值。分支【否】→ S118 ① 将Predict_EV赋值成为新的Previous_EV ② 查询曝光值表读出该 EV 对应的曝光时间、增益、光圈配置硬件 ③ 返回步骤 S108重新拍摄图像循环迭代直到满足 EV 相等的收敛条件。⚠️纠正原总结误区循环退出看 EV 是否相等不是看亮度直接落在窗口当 EV 不再变化此时画面亮度自然落入前面定义的亮度收敛窗口。专利原文迭代实例复现修正细节参数条件TargetY100EV 解析度 0.5 初始Previous_EV16第一帧图像\(Y_{avg}5\)不收敛更新 Previous_EV11.5查表 EV11.5 参数曝光时间 1/250s、AGC141、F2.8配置硬件重新拍图。第二帧新图像\(Y_{avg}150\) \(log_2(100/150)≈‑0.585\)truncate(-0.585)‑0.5\(Predict\_EV 11.5 - (-0.5)12\)12≠11.5不收敛更新 Previous_EV12查表 EV121/250sAGC100F4配置硬件重新拍图。第三帧图像\(Y_{avg}105\) \(log_2(100/105)≈‑0.07\)truncate(-0.07)0\(Predict\_EV 12‑0 12\)Predict_EV Previous_EV1212判定收敛最终适当曝光值 EV12流程结束。共 3 帧迭代完成收敛。四、专利申请专利范围权利要求整理权利要求 1独立权利要求一种适当曝光值之快速收敛方法适用于数位摄影装置步骤(a) 建立曝光值表表包含复数曝光值、曝光时间、增益、光圈曝光值为后三者的函数 (b) 定义自动曝光收敛区间区间中心点为目标亮度 (c) 从曝光值表选择先前曝光值作为初始化 (d) 光学传感器撷取影像并分割成复数子区域 (e) 各子区域亮度乘对应影像加权值除以总加权值得到平均亮度 (f) 根据先前曝光值、近似函数得到预测曝光值近似函数为目标亮度、平均亮度的函数 (g) 当预测曝光值等于先前曝光值判定自动曝光收敛以预测曝光值作为适当曝光值。权利要求 2从属若预测曝光值不等于先前曝光值则将预测曝光值作为新先前曝光值查表获取曝光参数配置硬件循环执行 (d)(e)(f)(g) 直到收敛。权利要求 3曝光值表可调整。权利要求 4曝光值表最小间隔为曝光值解析度。权利要求 5曝光值解析度可调整。权利要求 6自动曝光收敛区间大小与曝光值解析度成比例。权利要求 7收敛区间大小等于曝光值解析度。权利要求 8收敛区间亮度范围为。权利要求 9预测曝光值 先前曝光值减去近似函数。权利要求 10光学感测器为 CCD 电荷耦合元件。权利要求 11光学感测器为 CMOS 互补式金氧半导体元件。五、本发明技术优点调试维护简单依靠查表实现三变量曝光控制曝光值表修改简易无需设计、维护复杂模糊控制规则降低开发门槛多变量协同控制同时管理曝光时间、增益、光圈三项曝光参数收敛速度快闭环 EV 预测迭代少量帧即可完成收敛降低计算资源消耗高度可配置适配硬件曝光值表、EV 解析度、目标亮度、子区域权重矩阵均可调整适配不同型号数位摄像装置。六、附图说明第 1 图方法流程图完整表示 S102‑S118 步骤包含迭代循环判断分支。第 2 图曝光值表示意图纵轴分别为曝光值 202、曝光时间 204、光圈大小 208、增益值 206按光照场景划分参数组合。第 3 图子区域矩阵示意图32 为影像亮度矩阵\(Y_{ij}\)9×11 子块34 为对应影像加权值矩阵\(W_{ij}\)用于加权计算平均亮度。补充澄清容易混淆点本专利不是直接用亮度做循环终止条件。亮度窗口只是 “收敛区间” 的定义真正循环停止条件预测 EV 与上一轮 EV 相等。当 EV 不再发生变化代表参数已经稳定此时画面亮度会落在亮度窗口之内。truncate()是本专利自定义近似函数不是通用库截断函数步长绑定 EV 解析度输出只能是解析度整数倍。EV 查表的价值一次查表同时输出曝光时间、增益、光圈解决三个变量耦合的自动曝光控制。 
长河君 · 2026/10/21 7:20:48 · 阅读 1.2k 一种数码相机快速自动曝光控制方法解读
专利US20150373246A1_数码相机及曝光控制方法解读目录一、技术背景‑先前技术二、关键公式、定义1曝光值 EV 方程式式 12图像加权平均亮度式 23预测曝光值公式式 34自动曝光收敛区间亮度窗口定义5曝光值解析度6实施例曝光值表参数范围三、完整处理流程对应第 1 图 S102‑S118专利原文迭代实例复现修正细节四、专利申请专利范围权利要求整理五、本发明技术优点六、附图说明补充澄清容易混淆点一、技术背景‑先前技术数字摄影设备中图像像素亮度范围 0‑255如何快速把画面亮度调整至目标值是技术问题。 现有参考方案台湾专利公告 234748「数位静态电子照相机之模糊控制自动曝光系统」采用模糊控制实现自动曝光缺陷模糊控制规则复杂必须专业人员才可修改调试维护门槛高算法计算开销大自动曝光收敛速度慢。本发明目的采用可简易修改的曝光值 EV 查表机制在闭环运算下快速收敛到合适曝光同时实现曝光时间 Exp_t、增益 AGC、光圈 F‑no 三变量联合曝光控制感光元件兼容 CCD、CMOS。二、关键公式、定义1曝光值 EV 方程式式 1光圈大小曝光时间AGC模拟增益值。EV 是光圈、曝光时间、增益三者的函数曝光值表每一个 EV 索引预存一套匹配该等式的 {曝光时间增益光圈} 参数组合。 实施例验证示例EV15F8、Exp_t1/500sAGC100 \(EV2log_2(8)-log_2(1/500)-log_2(100/100)69-015\)符合公式。2图像加权平均亮度式 2将拍摄图像划分为若干子区域示例为 9 行 ×11 列子块每个子区域有子亮度、对应加权系数。\(W_{ij}\)权重矩阵可以自定义实现分区测光中央重点、多点测光等效果。3预测曝光值公式式 3上一轮迭代使用的曝光值先前曝光值TargetY用户设定目标亮度\(Y_{avg}\)当前帧加权平均亮度为本专利自定义近似函数不是普通数学截断取整步长等于曝光值解析度 EV Resolution。实施例 EV 解析度 0.5 truncate (4.4)4.5truncate (4.1)4输出值只能是 0.5 的整数倍。⚠️物理含义亮度比值换算为 EV 偏差大于 0 表示画面偏暗需要降低 EV小于 0 画面过亮需要提高 EV。4自动曝光收敛区间亮度窗口定义收敛区间以目标亮度 TargetY 为中心区间大小与 EV 解析度成比例示例TargetY100EV_Resolution0.5窗口84.09 ~ 118.92。 ✔关键区分该窗口仅用于定义什么叫亮度收敛区间本专利循环迭代停止条件不是判断亮度是否落在窗口迭代停止条件Predict_EV Previous_EV预测曝光值等于上一次曝光值。只要预测 EV 没有变化算法即判定收敛完成。5曝光值解析度曝光值表中相邻两条记录 EV 最小间隔实施例取 0.5解析度可随设备规格调整曝光值表整体支持修改调整。6实施例曝光值表参数范围EV416划分四大光照场景大太阳、阴天、黄昏 / 日出、星光下曝光时间 Exp_t1/1000s ~ 1/15sAGC 增益100 ~ 800光圈 F‑noF2.8 ~ F8三、完整处理流程对应第 1 图 S102‑S118S102 建立曝光值表依据数位摄影装置硬件规格构建查表表存储多组曝光值 EV、曝光时间、增益、光圈。表格支持修改EV 解析度表最小 EV 步距可配置。S104 定义自动曝光收敛区间设定目标亮度 TargetY以 TargetY 作为亮度窗口中心点结合 EV 解析度计算亮度收敛窗口。S106 初始化从曝光值表中选取一个 EV作为初始Previous_EV先前曝光值。S108 撷取影像CCD/CMOS 光学传感器采集一帧图像将图像切分为多个子区域。S110 计算影像加权平均亮度\(Y_{avg}\)按子区域亮度、权重矩阵带入式 2 计算整幅图像加权平均亮度。S112 计算预测曝光值 Predict_EV带入 TargetY、\(Y_{avg}\)通过式 3 以及自定义 truncate 近似函数计算得到新一轮预测曝光值。S114 判断分支Predict_EV 是否等于 Previous_EV分支【是】→ S116判定自动曝光收敛结束流程将 Predict_EV 作为最终适当曝光值。分支【否】→ S118 ① 将Predict_EV赋值成为新的Previous_EV ② 查询曝光值表读出该 EV 对应的曝光时间、增益、光圈配置硬件 ③ 返回步骤 S108重新拍摄图像循环迭代直到满足 EV 相等的收敛条件。⚠️纠正原总结误区循环退出看 EV 是否相等不是看亮度直接落在窗口当 EV 不再变化此时画面亮度自然落入前面定义的亮度收敛窗口。专利原文迭代实例复现修正细节参数条件TargetY100EV 解析度 0.5 初始Previous_EV16第一帧图像\(Y_{avg}5\)不收敛更新 Previous_EV11.5查表 EV11.5 参数曝光时间 1/250s、AGC141、F2.8配置硬件重新拍图。第二帧新图像\(Y_{avg}150\) \(log_2(100/150)≈‑0.585\)truncate(-0.585)‑0.5\(Predict\_EV 11.5 - (-0.5)12\)12≠11.5不收敛更新 Previous_EV12查表 EV121/250sAGC100F4配置硬件重新拍图。第三帧图像\(Y_{avg}105\) \(log_2(100/105)≈‑0.07\)truncate(-0.07)0\(Predict\_EV 12‑0 12\)Predict_EV Previous_EV1212判定收敛最终适当曝光值 EV12流程结束。共 3 帧迭代完成收敛。四、专利申请专利范围权利要求整理权利要求 1独立权利要求一种适当曝光值之快速收敛方法适用于数位摄影装置步骤(a) 建立曝光值表表包含复数曝光值、曝光时间、增益、光圈曝光值为后三者的函数 (b) 定义自动曝光收敛区间区间中心点为目标亮度 (c) 从曝光值表选择先前曝光值作为初始化 (d) 光学传感器撷取影像并分割成复数子区域 (e) 各子区域亮度乘对应影像加权值除以总加权值得到平均亮度 (f) 根据先前曝光值、近似函数得到预测曝光值近似函数为目标亮度、平均亮度的函数 (g) 当预测曝光值等于先前曝光值判定自动曝光收敛以预测曝光值作为适当曝光值。权利要求 2从属若预测曝光值不等于先前曝光值则将预测曝光值作为新先前曝光值查表获取曝光参数配置硬件循环执行 (d)(e)(f)(g) 直到收敛。权利要求 3曝光值表可调整。权利要求 4曝光值表最小间隔为曝光值解析度。权利要求 5曝光值解析度可调整。权利要求 6自动曝光收敛区间大小与曝光值解析度成比例。权利要求 7收敛区间大小等于曝光值解析度。权利要求 8收敛区间亮度范围为。权利要求 9预测曝光值 先前曝光值减去近似函数。权利要求 10光学感测器为 CCD 电荷耦合元件。权利要求 11光学感测器为 CMOS 互补式金氧半导体元件。五、本发明技术优点调试维护简单依靠查表实现三变量曝光控制曝光值表修改简易无需设计、维护复杂模糊控制规则降低开发门槛多变量协同控制同时管理曝光时间、增益、光圈三项曝光参数收敛速度快闭环 EV 预测迭代少量帧即可完成收敛降低计算资源消耗高度可配置适配硬件曝光值表、EV 解析度、目标亮度、子区域权重矩阵均可调整适配不同型号数位摄像装置。六、附图说明第 1 图方法流程图完整表示 S102‑S118 步骤包含迭代循环判断分支。第 2 图曝光值表示意图纵轴分别为曝光值 202、曝光时间 204、光圈大小 208、增益值 206按光照场景划分参数组合。第 3 图子区域矩阵示意图32 为影像亮度矩阵\(Y_{ij}\)9×11 子块34 为对应影像加权值矩阵\(W_{ij}\)用于加权计算平均亮度。补充澄清容易混淆点本专利不是直接用亮度做循环终止条件。亮度窗口只是 “收敛区间” 的定义真正循环停止条件预测 EV 与上一轮 EV 相等。当 EV 不再发生变化代表参数已经稳定此时画面亮度会落在亮度窗口之内。truncate()是本专利自定义近似函数不是通用库截断函数步长绑定 EV 解析度输出只能是解析度整数倍。EV 查表的价值一次查表同时输出曝光时间、增益、光圈解决三个变量耦合的自动曝光控制。