基于信息熵的自动曝光算法实现的研究

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1、密级：公开硕士学位论文基于信息熵的自动曝光算法实现的研究TheResearchonRealizationoftheAuto-exposureAlgorithmBasedonEntropy作者姓名：宁静怡学科、专业：微电子学与固体电子学指导教师：陆铁军完成日期：2016.03.29中国航天科技集团公司ChinaAerospaceScienceandTechnologyCorporation独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成

2、果，也不包含为获得中国航天科技集团公司第一研究院或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：中国航天科技集团公司硕士学位论文摘要现代生活中，人类通过视觉系统获取的信息量占获取总量的80%以上。图像信息获取的最基本最核心的技术是图像传感器技术，这决定了图像传感器技术在信息获取方面的重要性。随着集成电路工艺以及设计水平的不断提高，CMOS图像传感器逐渐登上历史舞台。但是由于图像传感器拍摄系统面对的对象不同、光的强度不同，得到的图像质量就会有很大的差别。因此CMOS图像传感器需

3、要根据当前的环境进行适当的调节，从而得到更好更清晰的图像，获取更多的图像信息。所以，如何自动地控制CMOS图像传感器进行相应曝光调节，以呈现出更高质量的图像成为亟待解决的问题之一。本论文分析了影响曝光的主要因素，并通过剖析不同自动曝光算法的优缺点，基于使图像呈现更多信息更多细节的思想，选择了基于图像信息熵的自动曝光算法，通过调节CMOS图像传感器曝光时间的方式来实现自动曝光。但是由于信息熵算法的复杂度，算法的优化对于自动曝光的硬件实现显得尤为重要。所以，本论文从硬件电路的角度入手，对算法进行了公式的整理与变形、同类计算的合并以及对数求解的分段线性替代三个方面

4、的优化。并用matlab对优化后的算法进行行为级仿真验证，确保优化后的算法的正确性和有效性。优化后的算法节省了大量硬件资源，为自动曝光算法的硬件实现打下坚实的基础。同时引进灰度平均值法将曝光时间进行了初步的定位，再用信息熵法进行调整以达到最佳，从而加快了调节进程，缩短了整个调节过程所消耗的时间。本论文从模块功能、模块结构设计以及硬件实现三个方面详细介绍了自动曝光模块以及子模块的设计思路，将代码用Modelsim进行了功能性仿真，并用Quartus综合，最终烧录到FPGA里。功能仿真结果验证了算法的正确性；综合结果显示增加了自动曝光后的FPGA工作的最大频率可

5、达109.15MHZ，功耗增加了800mW，占用的寄存器、存储器、ALU大概在10%左右。验证了算法的可行性。最后，论文将自动曝光前后的图像的质量参数进行对比，验证了算法的有效性。并将不同场景下基于信息熵的自动曝光算法得到的最佳的图像与灰度平均值为2048的图像的边缘图以及图像质量参数进行对比，发现信息熵法得到的图像边缘点数多、对比度大，图像包含的细节多，灰度层次更加丰富。验证了算法的适用性。关键词：曝光时间；信息熵；自动曝光；FPGA实现-I-宁静怡：基于信息熵的自动曝光算法实现的研究TheResearchonRealizationoftheAuto-ex

6、posureAlgorithmBasedonEntropyAbstractNowdays,morethaneightypercentoftheamountofinformationcanbegotthroughhumanvision.Imagesensortechnologyisthemostimportantandbasicalwaytoobtaininformation,whichmakesitdominantinthewordofinformation.Withthecontinuousimprovementofsemiconductortechnol

7、ogy,CMOSimagesensorbecomesthebasicdeviceinaccessingvisualinformation.Onaccountofthefactthatdifferentenvironmentandobjectsgiverisetopictureswithsignificantdifferences,itbecomesaburningquestioninhowtocontrolCMOSimagesensorexposuredautomaticallyandcorrectlyindifferentenvironmenttogetm

8、oreimageinformation.Throug