CCD成像電子學(xué)系統(tǒng)自動曝光和自動增益研究.pdf

1、本課題來源于高分辨率CCD成像電子學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際研發(fā)項(xiàng)目，主要研究基于FPGA的自動曝光和自動增益系統(tǒng)。目前，自動拍照的攝像系統(tǒng)的分辨率都不高。在一些需要對場景細(xì)節(jié)進(jìn)行分析和檢測的特殊應(yīng)用環(huán)境下，目前市場上流行的攝像系統(tǒng)都難以滿足要求。因此高分辨率的攝像系統(tǒng)有著很大的現(xiàn)實(shí)需求。而自動曝光和自動增益是自動拍照的攝像系統(tǒng)中的必不可少的功能組成部分。
　　 對于一個成像系統(tǒng)而言，圖像亮度由場景光強(qiáng)、光圈大小、曝光時間、信號增益等四個因素

2、所決定。在自然情況下，場景光強(qiáng)由自然光的光強(qiáng)所決定，人們不能方便地自動控制。因此，為了能自動獲得亮度適中、細(xì)節(jié)表現(xiàn)清晰的圖像，只需要對光圈大小、曝光時間、信號增益這三個量進(jìn)行有效控制便可以實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，光圈大小屬于手動控制，因此只需要對曝光時間和信號增益進(jìn)行自動控制便可。
　　 自動曝光就是成像系統(tǒng)對所拍照物體進(jìn)行自動曝光，以獲得亮度適中的圖像。一般包括光強(qiáng)測量、場景分析和曝光補(bǔ)償?shù)热齻€步驟，可以用光學(xué)和電子學(xué)兩種方式來實(shí)現(xiàn)

3、。自動增益就是根據(jù)當(dāng)前圖像亮度情況自動調(diào)整放大器的增益以調(diào)整圖像的亮度。
　　 為了能自動獲得亮度適中、細(xì)節(jié)表現(xiàn)清晰的圖像，本課題組提出了灰度均值和直方圖灰度級動態(tài)范圍相結(jié)合的自動曝光和自動增益算法，以曝光時間為先決條件，采用電子學(xué)實(shí)現(xiàn)方式，并以分析直方圖亮度分布來判斷所處的光照環(huán)境。算法根據(jù)功能共分為灰度統(tǒng)計(jì)模塊、動態(tài)范圍調(diào)整模塊、增益和曝光時間換算模塊、增益編碼查找模塊和快門控制模塊等。算法程序采用Verilog HDL語言