基于FPGA的航空摄像机自动调光方法研究

【摘要】航空摄像机多为空对地拍摄，由于拍摄场景较为复杂，传统的调光算法对于特殊场景,如背景较亮或较暗或存在较强干扰点时，将无法实现正确曝光，有时容易出现自激现象。针对这一现象本文对摄像机的调光机理及该领域的国内外发展现状进行了深入研究，提出了基于场景区分的新的调光方法，通过MATLAB仿真验证该算法可以使得摄像机在特殊的场景下亦能很好的曝光，提高了摄像机的场景适应性。本文首先介绍了摄像机的成像原理及CCD的曝光原理，介绍了现有的调光方法及其不足。在研究现有方法的基础上，本文提出了基于场景区分的调光方法。其过程为：首先对图像的灰度直方图进行观察研究，利用直方图分布等特点对拍摄场景进行分类，再由不同场景确定目标区域；由统计学确定图像分割的阈值，再由阈值法将背景或干扰点去掉，最后算得目标区域的灰度平均值回馈控制摄像机的曝光时间。在此过程中涉及到图像分块，目标区域提取等图像处理技术。本文搭建了由航空摄像机镜头及PC机等组成的实验仿真环境来验证上述方法的可行性。由摄像机拍摄图像，并传到PC机上，通过MATLAB对图像进行算法处理，算出目标区域（去除背景或干扰点后的图像）的灰度平均值作为反馈量，最后控制摄像机的曝光时间。通过场景区分的方法，使得目标区域更加清晰，如在一暗背景下，目标区域的灰度值由传统的调光方法拍摄的254.65调到124.39，信息熵提高了6.839；一亮背景下，目标区域的灰度值由传统的调光方法拍摄的24.7034调到51.7583，信息熵提高了0.8370。本文最后介绍了FPGA的相关知识，在QUARTUS2的仿真环境下，对本文的算法进行模块化，主要的算法模块有图像分块、直方图统计、P(s)图统计，以及正态分布拟合等。本文最后给出了各模块的功能仿真结果。仿真结果表明，采用FPGA的仿真结果与MATLAB的仿真结果相一致。
【作者】王成艳；
【导师】刘晶红；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，机械电子工程，2013，硕士
【关键词】航空摄像机；调光；图像处理；场景区分；目标提取；

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