高性能數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)曝光算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本研究分析和討論了數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)曝光算法的原理,對(duì)現(xiàn)有的算法進(jìn)行了評(píng)估分析,進(jìn)而提出了兩種新穎的算法,并且對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和測(cè)試。首先闡述了數(shù)碼相機(jī)自動(dòng)曝光成像的理論基礎(chǔ),包括:圖像獲取過(guò)程中對(duì)光信號(hào)和電信號(hào)進(jìn)行處理的理論推導(dǎo),自動(dòng)曝光算法的基本標(biāo)準(zhǔn)和影響曝光結(jié)果的三個(gè)主要參數(shù)(曝光時(shí)間、光圈大小和增益)的作用原理,以及自動(dòng)曝光算法的典型執(zhí)行流程。在對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)曝光算法進(jìn)行廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)之上,對(duì)這些算法進(jìn)行了歸類總結(jié),并針對(duì)現(xiàn)有算法存在

2、的缺陷,提出了兩種新的自動(dòng)曝光算法：一種是直接設(shè)置的基本自動(dòng)曝光算法,它運(yùn)用了一個(gè)經(jīng)推導(dǎo)得到的調(diào)節(jié)方程,根據(jù)當(dāng)前圖像的亮度信息和曝光參數(shù)直接計(jì)算出在當(dāng)前照度下能夠產(chǎn)生目標(biāo)亮度的曝光參數(shù),提高了在普通光照條件下自動(dòng)曝光算法的執(zhí)行速度。另一種是對(duì)圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)分區(qū)的自動(dòng)曝光算法,用以在特殊光照條件下(背光或強(qiáng)正面光),對(duì)圖像的主體進(jìn)行曝光補(bǔ)償。現(xiàn)有的基于直方圖的算法不能同時(shí)補(bǔ)償以上兩種光照條件,而基于固定分區(qū)的算法又不能夠準(zhǔn)確反映圖像的實(shí)際信

3、息。論文提出的二維搜索策略利用場(chǎng)景中存在的連續(xù)亮度區(qū)域,對(duì)圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)分區(qū)得到主體和背景的準(zhǔn)確信息,并且根據(jù)兩者之間的對(duì)比度對(duì)曝光的目標(biāo)亮度進(jìn)行補(bǔ)償。該算法能夠同時(shí)處理以上兩種特殊光照條件,并且不受主體所處的位置的影響。以上兩種算法都是在本研究所建立的算法評(píng)估平臺(tái)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)仿真的。
　　 本文介紹了以上兩種算法的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。算法的實(shí)現(xiàn)基于軟件和硬件協(xié)同工作的機(jī)制。硬件部分負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),采用Verilog HDL語(yǔ)言描述,綜

4、合后下載至FPGA實(shí)現(xiàn)；軟件部分則對(duì)算法流程進(jìn)行控制,采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程,編譯后在ARM微控制器上實(shí)現(xiàn)。硬件和軟件之間采用APB總線作為接口。充分考慮電路的重復(fù)利用,采用了多種合理的設(shè)計(jì)策略,成功設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠同時(shí)服務(wù)于自動(dòng)曝光和自動(dòng)白平衡的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)引擎,節(jié)省了運(yùn)算單元和狀態(tài)控制模塊的硬件消耗。搭建了一個(gè)由多種儀器設(shè)備組成的測(cè)試平臺(tái),在變換光源和拍攝場(chǎng)景的情況下對(duì)算法進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證,獲得了大量有價(jià)值的測(cè)試數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示算法能夠達(dá)到預(yù)期的