專利名稱：一種cmos圖像傳感器對(duì)外部光線環(huán)境自動(dòng)適應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMOS 圖像傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是一種CMOS圖像傳感器對(duì)外 部光線環(huán)境自動(dòng)適應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)在CMOS的應(yīng)用中，是基于預(yù)設(shè)的曝光值和增益值，在設(shè)備收到圖像 命令后采集圖像，并對(duì)采集到的圖像進(jìn)行判斷，繼而根據(jù)判斷結(jié)果對(duì)圖像進(jìn)行具體操作 或后續(xù)運(yùn)用。如圖1所示，具體步驟如下步驟1:系統(tǒng)上電，主控制器對(duì)CMOS進(jìn)行初始化，設(shè)置預(yù)設(shè)參數(shù)；步驟2 等待采集圖像的命令，收到命令后進(jìn)入步驟3 ；步驟3 CMOS使用預(yù)設(shè)參數(shù)采集一幀圖像；步驟4 主控制器對(duì)CMOS采集到的圖像進(jìn)行分析判斷，若圖像不合格則返回 步驟3 ；步驟5 設(shè)備處理合格圖像，完成設(shè)備工作目的；步驟6:等待設(shè)備命令，收到關(guān)機(jī)/結(jié)束命令進(jìn)入步驟7，收到采集圖像命令進(jìn) 入步驟3 ；步驟7 關(guān)機(jī)或結(jié)束操作。一些應(yīng)用環(huán)境下有以下功能如圖2所示，在菜單中有CMOS校正項(xiàng)，用戶手 動(dòng)執(zhí)行該命令時(shí)設(shè)備將對(duì)CMOS進(jìn)行校正。 上述方法存在以下問題1)預(yù)設(shè)的曝光參數(shù)有局限性，預(yù)設(shè)的參數(shù)一般都是開發(fā)者在固定的開發(fā)環(huán)境下 通過實(shí)驗(yàn)或計(jì)算得到的讓設(shè)備穩(wěn)定、高效工作在該環(huán)境下的一組參數(shù)，而應(yīng)用中由于外 界環(huán)境千變?nèi)f化，固定參數(shù)顯然不能滿足設(shè)備在任何環(huán)境下最高效工作的要求；2)當(dāng)用戶將設(shè)備移動(dòng)到光照條件區(qū)別明顯的兩處(如從室內(nèi)移動(dòng)到室外)應(yīng)用， 按照固定的預(yù)設(shè)曝光值，對(duì)同一事物所采集到的圖像灰度將有很大區(qū)別，使設(shè)備的適應(yīng) 性和既有數(shù)據(jù)的延用性下降；3)很多設(shè)備無法直接觀測(cè)到圖像，而少數(shù)能看到圖像的設(shè)備，獲得的圖像基本 都是處理過的圖像而非原始圖像，并且由于使用者對(duì)圖像質(zhì)量要求不了解，所以使用者 本身無法正確判斷該環(huán)境下是否需要調(diào)整或如何調(diào)整；4)大多數(shù)帶有CMOS校正項(xiàng)的設(shè)備都需要管理員來執(zhí)行該命令，而一般用戶即 使發(fā)現(xiàn)問題也無法使用指令校正，并且當(dāng)天氣變化顯著的季節(jié)(如夏日陰雨天和晴朗天 氣的交替)，每次手動(dòng)調(diào)整參數(shù)幾乎是不可行的，此可見CMOS校正命令的實(shí)用性和及時(shí) 性并不高。1、CMOS圖像傳感器CMOS圖像傳感器采用感光二極管作為影像捕獲的基本 手段。該二極管在接受光線照射之后能夠產(chǎn)生輸出電流，而電流的強(qiáng)度則與光照的強(qiáng)度 對(duì)應(yīng)。CMOS圖像傳感器還包括放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將感光二極管受光線照射產(chǎn)生的電流強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出。 2、灰度圖像在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，灰度數(shù)字圖像是每個(gè)像素只有一個(gè)采樣顏色的 圖像。這類圖像通常顯示為從最暗黑色到最亮的白色的灰度，盡管理論上這個(gè)采樣可以 任何顏色的不同深淺，甚至可以是不同亮度上的不同顏色。灰度圖像與黑白圖像不同， 在計(jì)算機(jī)圖像領(lǐng)域中黑白圖像只有黑色與白色兩種顏色；灰度圖像在黑色與白色之間還 有許多級(jí)的顏色深度。3、CMOS圖像傳感器的顏色紅、綠、藍(lán)為三原色。自然中的顏色都可以由這 3種顏色混合而成。CMOS圖像傳感器在每個(gè)像素點(diǎn)前都有1個(gè)濾光器，只允許紅色、綠 色、或者藍(lán)色通過，這樣來保證每個(gè)像素只采集對(duì)應(yīng)顏色光的強(qiáng)度。典型的CMOS圖像 傳感器像素采集光顏色排列如圖3所示，其中G表示綠色、R表示紅色、B表示藍(lán)色。4、曝光參數(shù)CMOS圖像傳感器用于調(diào)節(jié)感光二極管曝光時(shí)間的一組寄存器， 寄存器值越大，曝光時(shí)間越長(zhǎng)。應(yīng)用中通常通過改變曝光參數(shù)使得輸出圖像整體灰度值 變化。5、增益參數(shù)CMOS圖像傳感器用于調(diào)節(jié)輸出圖像某1種顏色(紅、綠、藍(lán)) 圖像灰度增益或圖像整體灰度增益的寄存器。一般有5組，分別為紅色像素點(diǎn)增益一 組、藍(lán)色像素點(diǎn)增益一組、綠色像素點(diǎn)增益兩組、整體增益一組。調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)能改變 輸出圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的整體灰度值，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音。6、圖像平均灰度/平均方差灰度圖像所有像素點(diǎn)的平均灰度級(jí)/平均方差， 在應(yīng)用在指紋或相關(guān)領(lǐng)域時(shí)，通常用于對(duì)圖像質(zhì)量的判斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決CMOS傳感器在不同外部光線環(huán)境下，無法自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，從而 導(dǎo)致采集圖像質(zhì)量不符合要求和CMOS傳感器在變換應(yīng)用環(huán)境后適應(yīng)性不強(qiáng)以及CMOS 傳感器一致性不強(qiáng)的問題，而提供一種CMOS圖像傳感器對(duì)外部光線環(huán)境自動(dòng)適應(yīng)的方 法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種CMOS圖像傳感器對(duì)外部光線環(huán) 境自動(dòng)適應(yīng)的方法，步驟如下步驟1:系統(tǒng)上電，主控制器對(duì)CMOS進(jìn)行初始化，初始化時(shí)設(shè)置預(yù)設(shè)曝光參 數(shù)；如果之前有校正過則使用校正時(shí)保存的曝光參數(shù)；步驟2 采集一幀空原始圖像，并計(jì)算平均灰度；步驟3:判斷平均灰度是否在合理范圍內(nèi)，若是，則跳過步驟4;步驟4:若平均灰度不在合理范圍內(nèi)，根據(jù)結(jié)果調(diào)整CMOS曝光參數(shù)，返回步 驟2;步驟5:等待采集圖像的命令，收到命令后進(jìn)入步驟6;步驟6 CMOS使用當(dāng)前參數(shù)采集一幀圖像；步驟7 主控制器對(duì)CMOS采集到的圖像進(jìn)行分析判斷，若圖像不合格則返回 步驟6 ；步驟8 設(shè)備處理合格圖像，完成設(shè)備工作目的；步驟9:等待設(shè)備命令，收到關(guān)機(jī)/結(jié)束命令進(jìn)入步驟10，收到采集圖像命令進(jìn)入步驟6 ；步驟10 關(guān)機(jī)或結(jié)束操作。作為優(yōu)選，CMOS調(diào)整參數(shù)詳細(xì)步驟如下步驟1:設(shè)備上電、退出休眠、執(zhí)行設(shè)備初始化命令、執(zhí)行CMOS校正命令動(dòng) 作時(shí)對(duì)CMOS初始化；步驟2:采集一幀空原始圖像，并計(jì)算圖像前景色的平均灰度值，用Ef表示；步驟3:比較瑪和期望值En，期望值在開發(fā)者開發(fā)時(shí)根據(jù)實(shí)際需求得到，存儲(chǔ) 在設(shè)備內(nèi)，用En表示)；步驟4:計(jì)算兩者的差值，用|ΔΕ|表示，|AE| = |Ef_En|，若|ΔΕ|在合理范圍， 即傳感器在該設(shè)計(jì)中允許的偏差范圍內(nèi)，進(jìn)入步驟6;步驟5:根據(jù)|ΔΕ|大小，調(diào)整曝光參數(shù)，|ΔΕ|越大，曝光參數(shù)調(diào)整的量越大， 反之亦然，，返回步驟2;步驟6 保存調(diào)整后的曝光參數(shù)，作為下次初始化CMOS時(shí)的預(yù)設(shè)曝光參數(shù)；步驟7:結(jié)束調(diào)整，設(shè)備開始正常運(yùn)行。作為優(yōu)選，調(diào)整曝光參數(shù)中，|ΔΕ| < 10即認(rèn)為調(diào)整合格，10<|ΔΕ|<20，以 5為單位調(diào)整曝光寄存器參數(shù)，20<|ΔΕ|<30，以10為單位調(diào)整曝光寄存器參數(shù)，30 <|ΔΕ|<40,以20為單位調(diào)整曝光寄存器參數(shù)...依此類推，調(diào)整方向由Ef和En的值 決定，如果Ef>En，則減小寄存器參數(shù)，如果Ef<En，則增加寄存器參數(shù)。本發(fā)明有益的效果是1、易用性本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在設(shè)備啟動(dòng)、退出休眠等動(dòng) 作中，設(shè)備對(duì)外界環(huán)境的自動(dòng)適應(yīng)，完全不需要人為控制；而現(xiàn)有技術(shù)則需要人為(并 且大多數(shù)設(shè)備只有管理員有權(quán)限)發(fā)送命令使設(shè)備適應(yīng)環(huán)境。2、準(zhǔn)確性本技術(shù)由于 引入了開發(fā)者預(yù)設(shè)的期望值，使得設(shè)備對(duì)CMOS的調(diào)整能完全按照開發(fā)者的要求，使設(shè) 備關(guān)于圖像方面的性能保持在開發(fā)者希望的最佳狀態(tài)；而現(xiàn)有技術(shù)則需要依靠一般用戶向管理員的反饋，以及管理員對(duì)整體設(shè)備性能的判斷，來決定是否調(diào)整CMOS參數(shù)，從 而降低了準(zhǔn)確性。3、實(shí)時(shí)性本技術(shù)使得CMOS在設(shè)備啟動(dòng)、重啟、人為發(fā)送校正命 令、退出休眠等動(dòng)作發(fā)生時(shí)，能及時(shí)對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)，使得即使短時(shí)間內(nèi)外間環(huán)境 不斷變化，有休眠機(jī)制的設(shè)備都能在退出休眠時(shí)及時(shí)適應(yīng)環(huán)境變化，而目前各種設(shè)備由 于低功耗的考慮，都包含有休眠機(jī)制；而現(xiàn)有技術(shù)僅有部分設(shè)備且僅在人為發(fā)送校正命 令時(shí)，才對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)，使得設(shè)備對(duì)外界適應(yīng)的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)。4、穩(wěn)定性本技術(shù) 自動(dòng)校正均選擇在設(shè)備啟動(dòng)，重啟，退出休眠時(shí)，即在用戶使用前進(jìn)行校正，不會(huì)在用 戶使用時(shí)校正而影響設(shè)備功能，同時(shí)避免了產(chǎn)生各種沖突的可能；而現(xiàn)有技術(shù)在發(fā)送命 令的同時(shí)，如果設(shè)備正在被使用，則可能影響該次操作的效果，且一旦產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突可 能影響設(shè)備穩(wěn)定性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的流程示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中使用CMOS校正項(xiàng)校正設(shè)備的示意圖；圖3是CMOS圖像傳感器像素顏色分布圖；圖4是本發(fā)明的流程示意圖5是本發(fā)明對(duì)CMOS校正詳細(xì)操作的流程圖；圖6是使用本發(fā)明技術(shù)校正設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明如圖4所示，本發(fā)明所述的這種CMOS圖像傳感器對(duì)外部光線環(huán)境自動(dòng)適應(yīng)的 方法，使應(yīng)用CMOS傳感器的設(shè)備對(duì)外界環(huán)境變化進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)；不需要人為干涉，并 及時(shí)的根據(jù)外界環(huán)境變換而自動(dòng)調(diào)整；校正速度快，準(zhǔn)確度高；校正不會(huì)和用戶操作產(chǎn) 生沖突，不會(huì)影響設(shè)備穩(wěn)定性。具體步驟如下步驟1:系統(tǒng)上電，主控制器對(duì)CMOS進(jìn)行初始化，初始化時(shí)設(shè)置預(yù)設(shè)曝光參 數(shù)；如果之前有校正過則使用校正時(shí)保存的曝光參數(shù)；步驟2 采集一幀空原始圖像，并計(jì)算平均灰度；步驟3:判斷平均灰度是否在合理范圍內(nèi)，若是，則跳過步驟4;步驟4:若平均灰度不在合理范圍內(nèi)，根據(jù)結(jié)果調(diào)整CMOS曝光參數(shù)，返回步 驟2;步驟5:等待采集圖像的命令，收到命令后進(jìn)入步驟6;步驟6 CMOS使用當(dāng)前參數(shù)采集一幀圖像；步驟7 主控制器對(duì)CMOS采集到的圖像進(jìn)行分析判斷，若圖像不合格則返回 步驟6 ；步驟8 設(shè)備處理合格圖像，完成設(shè)備工作目的；步驟9:等待設(shè)備命令，收到關(guān)機(jī)/結(jié)束命令進(jìn)入步驟10，收到采集圖像命令進(jìn) 入步驟6 ；步驟10:關(guān)機(jī)或結(jié)束操作。如圖5所示，CMOS調(diào)整參數(shù)詳細(xì)步驟步驟1:設(shè)備上電、退出休眠、執(zhí)行設(shè)備初始化命令、執(zhí)行CMOS校正命令等 動(dòng)作時(shí)對(duì)CMOS初始化；步驟2:采集一幀空原始圖像，并計(jì)算圖像前景色的平均灰度值，用Ef表示；步驟3:比較Ef和期望值En(期望值在開發(fā)者開發(fā)時(shí)根據(jù)實(shí)際需求得到，存儲(chǔ) 在設(shè)備內(nèi)，用En表示)；步驟4 計(jì)算兩者的差值，用I ΔΕ|表示，|ΔΕ| = |Ef_En|，若|ΔΕ|在合理范圍 (合理范圍即傳感器在該設(shè)計(jì)中允許的偏差范圍，一般為士 10)內(nèi)，進(jìn)入步驟6;步驟5:根據(jù)I Δ Ε|大小，調(diào)整曝光參數(shù)，I Δ Ε|越大，曝光參數(shù)調(diào)整的量越大，反之亦然，，返回步驟2;以光學(xué)傳感器GC0303在某指紋門禁應(yīng)用的場(chǎng)合為例，|ΔΕ| <10即認(rèn)為調(diào)整合格，10<|ΔΕ|<20，以5為單位調(diào)整曝光寄存器參數(shù)，20<|ΔΕ| <30，以10為單位調(diào)整曝光寄存器參數(shù)，30<|ΔΕ|<40，以20為單位調(diào)整曝光寄存器 參數(shù)...依此類推。調(diào)整方向由EjPEn的值決定，如果Ef>En，則減小寄存器參數(shù)， 如果如果Ef < En,則增加寄存器參數(shù)；步驟6 保存調(diào)整后的曝光參數(shù)(作為下次初始化CMOS時(shí)的預(yù)設(shè)曝光參數(shù))；步驟7:結(jié)束調(diào)整，設(shè)備開始正常運(yùn)行。
圖6為 本發(fā)明技術(shù)應(yīng)用的示意圖，本發(fā)明技術(shù)CMOS調(diào)整參數(shù)的特點(diǎn)特點(diǎn)1 結(jié)果精確，前景色平均灰度值的期望又開發(fā)者提供，并保存在設(shè)備 中，使校正能最大限度的滿足開發(fā)者對(duì)設(shè)備的要求；特點(diǎn)2:速度快，現(xiàn)有的CMOS傳感器采集一幀480*640像素的空原始圖像時(shí)間 在20-30ms，而各種處理后的一幀圖像則需要80-200ms(具體需要時(shí)間根據(jù)應(yīng)用不同而不 同)，校正時(shí)采用有梯度的變化量，使得校正所需要的采集圖像次數(shù)大幅降低；特點(diǎn)3:避免重復(fù)校正，每次校正后將結(jié)果參數(shù)保存并作為下次校正時(shí)的預(yù)設(shè) 參數(shù)，避免了每次都從出廠時(shí)的預(yù)設(shè)參數(shù)開始校正的重復(fù)作業(yè)，同時(shí)節(jié)省了大量校正時(shí) 間；特點(diǎn)4:兼容性好，沒有復(fù)雜或特殊的函數(shù)，沒有較大的數(shù)組，校正函數(shù)的使 用沒有特殊要求，可以輕松的移植到各種現(xiàn)有設(shè)備代碼中，使得設(shè)備使用該技術(shù)。術(shù)語(yǔ)解釋圖像傳感器能感受光學(xué)圖像信息并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。CMOS 圖像傳感器采用 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金
屬氧化物半導(dǎo)體元件)的圖像傳感器。幀圖像傳感器輸出的一副圖像。每幀由若干行組成?；叶戎?為黑色，255為白色，一般顏色深淺范圍為0 255 ( —定介于0 255之間)。前景區(qū)，背景區(qū)在光學(xué)傳感器CMOS/CCD的感測(cè)區(qū)域S內(nèi)進(jìn)行前、背景 區(qū)的設(shè)定，前景區(qū)Sp位于感測(cè)區(qū)的中心部位，背景區(qū)Sb位于感測(cè)區(qū)的邊緣部分。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換 形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器對(duì)外部光線環(huán)境自動(dòng)適應(yīng)的方法，其特征在于步驟如下步驟1:系統(tǒng)上電，主控制器對(duì)CMOS進(jìn)行初始化，初始化時(shí)設(shè)置預(yù)設(shè)曝光參數(shù)； 如果之前有校正過則使用校正時(shí)保存的曝光參數(shù)； 步驟2:采集一幀空原始圖像，并計(jì)算平均灰度； 步驟3:判斷平均灰度是否在合理范圍內(nèi)，若是，則跳過步驟4; 步驟4:若平均灰度不在合理范圍內(nèi)，根據(jù)結(jié)果調(diào)整CMOS曝光參數(shù)，返回步驟2; 步驟5:等待采集圖像的命令，收到命令后進(jìn)入步驟6; 步驟6 CMOS使用當(dāng)前參數(shù)采集一幀圖像；步驟7:主控制器對(duì)CMOS采集到的圖像進(jìn)行分析判斷，若圖像不合格則返回步驟6 ；步驟8:設(shè)備處理合格圖像，完成設(shè)備工作目的；步驟9:等待設(shè)備命令，收到關(guān)機(jī)/結(jié)束命令進(jìn)入步驟10，收到采集圖像命令進(jìn)入步 驟6;步驟10 關(guān)機(jī)或結(jié)束操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器對(duì)外部光線環(huán)境自動(dòng)適應(yīng)的方法，其特 征在于CMOS調(diào)整參數(shù)詳細(xì)步驟如下步驟1:設(shè)備上電、退出休眠、執(zhí)行設(shè)備初始化命令、執(zhí)行CMOS校正命令動(dòng)作時(shí) 對(duì)CMOS初始化；步驟2:采集一幀空原始圖像，并計(jì)算圖像前景色的平均灰度值，用Ef表示； 步驟3:比較瑪和期望值En，期望值在開發(fā)者開發(fā)時(shí)根據(jù)實(shí)際需求得到，存儲(chǔ)在設(shè) 備內(nèi)，用En表示)；步驟4:計(jì)算兩者的差值，用|ΔΕ|表示，|ΔΕ| = |Ef-En|，若|ΔΕ|在合理范圍，即 傳感器在該設(shè)計(jì)中允許的偏差范圍內(nèi)，進(jìn)入步驟6;步驟5:根據(jù)I △ Ε|大小，調(diào)整曝光參數(shù)，I △ Ε|越大，曝光參數(shù)調(diào)整的量越大，反之 亦然，，返回步驟2;步驟6 保存調(diào)整后的曝光參數(shù)，作為下次初始化CMOS時(shí)的預(yù)設(shè)曝光參數(shù)； 步驟7:結(jié)束調(diào)整，設(shè)備開始正常運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器對(duì)外部光線環(huán)境自動(dòng)適應(yīng)的方法，其特征 在于調(diào)整曝光參數(shù)中，|ΔΕ| < 10即認(rèn)為調(diào)整合格，10<|ΔΕ|<20，以5為單位調(diào)整 曝光寄存器參數(shù)，20<|ΔΕ|<30，以10為單位調(diào)整曝光寄存器參數(shù)，30<|ΔΕ|<40， 以20為單位調(diào)整曝光寄存器參數(shù)...依此類推，調(diào)整方向由EdPEn的值決定，如果Ef> En,則減小寄存器參數(shù)，如果Ef<En，則增加寄存器參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器對(duì)外部光線環(huán)境自動(dòng)適應(yīng)的方法，步驟如下1、主控制器對(duì)CMOS進(jìn)行初始化，初始化時(shí)設(shè)置預(yù)設(shè)曝光參數(shù)；2、采集一幀空原始圖像，并計(jì)算平均灰度；3、判斷平均灰度是否在合理范圍內(nèi)，若是，則跳過步驟4；4、若平均灰度不在合理范圍內(nèi)，根據(jù)結(jié)果調(diào)整CMOS曝光參數(shù)，返回步驟2；5、等待采集圖像的命令，收到命令后進(jìn)入步驟6；6、CMOS使用當(dāng)前參數(shù)采集一幀圖像；7、對(duì)CMOS采集到的圖像進(jìn)行分析判斷，若圖像不合格則返回步驟6；8、處理合格圖像，完成設(shè)備工作。本發(fā)明有益的效果是1、易用性設(shè)備對(duì)外界環(huán)境的自動(dòng)適應(yīng)，不需要人為控制；2、準(zhǔn)確性使設(shè)備關(guān)于圖像方面的性能保持在最佳狀態(tài)；3、實(shí)時(shí)性；4、穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H04N5/359GK102025925SQ20101056927
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者苗欣, 馬震偉 申請(qǐng)人:杭州晟元芯片技術(shù)有限公司