基于光圈控制的自动曝光算法研究.pdf

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1、46传感器与微系统(TransducerandMierosystemTechnologies)2011年第3O卷第11期基于光圈控制的自动曝光算法研究陈参宁，邓华秋，王剑华(华南理工大学物理系。广东广州510640)摘要：曝光是评价成像质量的关键参数之一。由于受光敏感度、自动增益等影响，光圈口径大小与亮度呈非线性关系，通过把图像分块提取亮度和测定光圈口径与亮度的关系，设计了光圈控制的非线性自动曝光算法。实验表明：采用光圈控制的非线性自动曝光算法能够实现准确、快速的曝光，并使光圈控制具有良好的稳定性。关键词：自动曝

2、光；光圈控制；图像分块；非线性中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)11-0046-03R'一esearC1n0naut·o-exposurealgori■t·hlmDaSe(10nl●rl●SC0ntJr0l■CHENCan—ning，DENGHua·qiu，WANGJian-hua(DepartmentofPhysics，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China)Abstract：Exposureisan

3、importantparametertoevaluateimagequality．Duetotheimpactoflightsensitivity，automaticgainandothereffects，anonlinearauto—exposurealgorithmbasedoniriscontrolisdesignedbyextractingthebrightnessofimageblockandmeasuringthenonlinearrelationshipbetweenthesizeoftheaper

4、turediameterandbrightness。Experimentsshowthatthenonlinearauto-exposurealgorithmusingiriscontrolcanachieveaccurateandfastexposureandhasgoodstability．Keywords：auto·exposure；iriscontrol；imageblock；nonlinear0引言在摄像机等监控成像设备中，曝光是评价成像质量的关键参数之一，实现正确的曝光是获取高质量图像的一种途径。曝光

5、量又称辐照量，是辐照度和辐照时间的乘圈1自动光圈控制装置示意图Fig1Schematicdiagramofautoiriscontroldevice积J。控制光圈则可控制辐照度和辐照时间。因此，根据为了提高成像质量的自动光圈控制，其目标都是控制景物的亮度调整光圈大小，实现自动光圈控制能够实时地光圈口径大小使图像有合适的曝光量，因此，可用图像的亮提高监控画面的成像质量J。监控环境中太强或太弱的度值作为光圈调整的评价标准。光线会使成像图像变得太亮或太暗，太亮或太暗都会使成自动光圈控制算法的流程如图2所示。像图像不清晰

6、。在传统的监控系统中，会影响操作人员对1)经过多次实验得到一个期望的图像平均亮度值，，于图像的清晰度判断和忽视危险区域；在智能的监控系统能够目测到监控图像的曝光是最合适的。中，会影响图像后期的分析。因此，无论是在传统还是智能2)RGB颜色空间目前采用最多，但也存在颜色间的色的成像系统中，合适的曝光至关重要，光圈控制是实现自动差度量不够精确的缺点。因此，选用的RGB空间作的灰曝光获取良好成像质量的前提。度值归一化前需要进行加权。根据NTSC以及PAL两种制本文通过对光圈控制和曝光的研究，力求设计出准确、式共同使用的

7、亮度方程，如式(1)所示快速的自动曝光，以及使光圈控制具备良好的稳定性。Y=0．30R+0．59G+0．11B，(1)1自动光圈控制式中R，G，B分别为三基色红、绿、蓝的亮度值。自动光圈控制装置如图1所示，微处理控制器(MCU)3)计算得到M×N像素图像的平均亮度，用以反映监通过脉冲宽度调制(PWM)等输出给光圈驱动电路，进而实控图像的亮度状况，如式(2)所示现控制光圈的口径大小。收稿日期：2011-10—11第1l期陈参宁，等：基于光圈控制的自动曝光算法研究47感度、自动增益等因素影响的时候，自动光圈控制容易出

8、现来回晃荡。采用分块图像计算平均亮度可提高自动光圈控制速度。由于本项目是一个数字自动对焦系统，因此，如何分块要考虑窗口的分布问题。既要锁定目标，也要考虑有效性和计算量，因此，本文采用多窗口l4J。具体分布如图4所示，把采集到的监控画面平均分成九块，根据实际要求，以每块的左上角为基坐标，向下与向右取适当大小的图像，且只取九块中的五块图像计算即可，平均亮度值如式(4)所示，=