自适应调节相机曝光时间的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无人飞行器图像拍摄装置的曝光调节技术领域，特别是涉及一种自适应调节相机曝光时间的装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，无人机飞行设备开始进入人们的视野，逐渐深入人们的生活，并改善着人们的生活。无人机飞行器的应用范围越来越广，例如在航拍、测量、灾害控制以及实时监测等专业领域都有着广泛的应用。
[0003]同时，对飞行器在高速飞行过程中画面的抓拍数量和质量也提出了更高的要求，特别是对于光流测量精度来说，这与相机在单位时间内的曝光次数以及单次曝光时间密切相关，单次曝光时间的长短会影响到单位时间内曝光的次数，单次曝光时间越长，单位时间内曝光的次数越少，抓拍到的图像数量越少，但由于单次曝光时间长，所以图像质量较高；反之，单次曝光时间越短，单位时间内曝光的次数越多，抓拍到的图像数量越多，但由于单次曝光时间短，所以图像质量较低。为了拍到满意的图像，图像的质量和数量都应达到较为理想的状态，需要在曝光时间和曝光次数之间取一个平衡点，也就是说，需要将曝光时间调节到一个最合适的值。
[0004]目前相机曝光时间的调节有机械调节和电子调节两种方式，但无论哪种方式都需要人为手工操作，并且需要多次的尝试和反复调试才能够调整到最佳的相机曝光时间。在飞行器高速飞行的过程中，相机的运动速度很快，不能进行手工调节，并且，在高速运动的过程中，随着速度的不断变化，需要实时适应性的改变曝光时间，否则并不能真正实现拍摄图像数量和质量均达到理想水平的目的。
[0005]鉴于上述情况，本设计人借其多年相关领域的技术经验以及丰富的专业知识，不断研发改进，并经大量的实践验证，提出了本发明自适应调节相机曝光时间的装置及方法的技术方案。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种自适应调节相机曝光时间的装置，在相机随无人飞行器高速移动的过程中，能够实时适应性的调节相机曝光时间，保证拍摄图像的数量和质量。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种自适应调节相机曝光时间的方法，在相机随无人飞行器高速移动的过程中，能够实时适应性的调节相机曝光时间，保证拍摄图像的数量和质量。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供了一种自适应调节相机曝光时间的装置，包括:光流检测处理系统，连接相机，接收相机拍摄的图像数据并进行数据处理，测得相机移动速率增大或减小，并发出调高或调低曝光时间梯档的指令；调节控制模块，连接所述光流检测处理系统及相机，接收所述光流检测处理系统发出的调高或调低曝光时间梯档的调控指令，并调控相机的曝光时间；存储模块，连接所述光流检测处理系统及调节控制模块，所述存储模块存储有预设的曝光时间梯档序列值，所述调节控制模块根据曝光时间梯档序列值来调控相机曝光时间。
[0009]优选的，上述的自适应调节相机曝光时间的装置，其中，所述光流检测处理系统包括:高度检测器，用于检测相机高度；光流处理模块，连接相机、所述高度检测器及调节控制模块，接收信号并进行数据处理，生成相机曝光时间调控指令信号并传输给所述调节控制丰旲块O
[0010]优选的，上述的自适应调节相机曝光时间的装置，其中，所述相机包括相机镜片和感光元件，二者间距为焦距；所述高度检测器为超声波测距仪，用于测量所述相机镜片到地面的高度，即相机高度。
[0011]为了实现上述目的，本发明还提供了一种自适应调节相机曝光时间的方法，包括:SI，预设曝光时间梯档序列值及单位时间T，所述曝光时间梯档序列值存储于所述存储模块中；S2，通过所述光流检测处理系统对相机拍摄的图像进行检测及数据处理，并判断得出需调高曝光时间梯档、调低曝光时间梯档或维持曝光时间不变；S3，所述光流检测处理系统发出调高或调低曝光时间梯档的指令，所述调节控制模块接收指令并据其调控相机的曝光时间。
[0012]优选的，上述的自适应调节相机曝光时间的方法，其中，所述步骤S2进一步包括:S21，通过所述光流检测处理系统对相机拍摄的图像进行检测及数据处理，得到相邻两个或多个单位时间T的相机移动速率V及所述光流检测处理系统的速度测量范围y ;S22，所述光流检测处理系统比较相邻两个或多个单位时间T的相机移动速率数据，判断相机移动速率升高或降低；S23，根据步骤S22的判断结果，所述光流检测处理系统进一步比较相机移动速率与光流检测处理系统速度测量范围上、下线值，判断调高曝光时间梯档、调低曝光时间梯档或无需调整曝光时间梯档。
[0013]优选的，上述的自适应调节相机曝光时间的方法，其中，所述光流检测处理系统包括高度检测器和光流模块处理器，所述相机包括相机镜片和感光元件，所述相机镜片和感光元件的间距为焦距F，所述步骤S21中:通过所述高度检测器检测得到所述相机镜片到地面的高度H，即相机高度；所述光流模块处理器获得所述高度检测器检测的高度H以及焦距F、单位时间T的数值；所述光流模块处理器接收相机连续拍摄的图像数据，进行图像数据处理，得出间隔单位时间T的两幅图像中相同物体的像素移动距离S ;通过S/F = X/H运算得出X数值，其中X为相机位移；通过V = X/T运算得出单位时间T相机移动速率V。
[0014]优选的，上述的自适应调节相机曝光时间的方法，其中，所述步骤S21中，所述光流检测处理系统获得当前相机曝光时间t、单位时间T的数值；通过M = T/t得出M数值，其中M为单位时间相机抓拍图像数量；通过y = M*Q*u得出光流检测处理系统的速度测量范围I的值，其中Q为光流检测处理系统的像素搜索范围，u为运算系数。
[0015]优选的，上述的自适应调节相机曝光时间的方法，其中，在所述步骤S22中，所述光流检测处理系统比较相邻两个单位时间Tn和Tn+1的速率Vn和Vn+Ι，若Vn+Ι大于Vn，则判定相机移动速度升高；若Vn+Ι小于Vn，则判定相机移动速度降低。
[0016]优选的，上述的自适应调节相机曝光时间的方法，其中:所述步骤S22中判定相机移动速度升高，则所述光流检测处理系统比较当前相机移动速率与光流检测处理系统的速度测量范围上线值ya，其中速度测量范围上线值ya = a*y，a为速度上线系数，若当前相机移动速率大于ya，则判断需调低曝光时间梯档；若当前相机移动速率小于ya，则判断无需调整曝光时间梯档；所述步骤S22中判定相机移动速度降低，则所述光流检测处理系统比较当前相机移动速率与光流检测处理系统的速度测量范围下线值yb，其中速度测量范围下线值yb = b*y，b为速度下线系数，若当前相机移动速率大于yb，则判断无需调整曝光时间梯档；若当前相机移动速率小于yb，则判断需调高曝光时间梯档。
[0017]优选的，上述的自适应调节相机曝光时间的方法，其中，在所述步骤S22中，所述光流检测处理系统取第一单位时间之后的多个相邻单位时间段的速率值的平均速率，再与所述第一单位时间的速率进行比较，若所述平均速率大于第一单位时间的速率，则判定相机移动速度升高；若所述平均速率小于第一单位时间的速率，则判定相机移动速度降低。
[0018]优选的，上述的自适应调节相机曝光时间的方法，其中:所述步骤S22中判定相机移动速度升高，则所述光流检测处理系统比较所述平均速率与光流检测处理系统的速度测量范围上线值ya，其中速度测量范围上线值ya = a*y，a为速度上线系数，若所述平均速率大于ya，则判断需调低曝光时间梯档；若所述平均速率小于ya，则判断无需调整曝光时间