基于图像处理的自动曝光和自动对焦算法研究

摘要

随着现阶段电子信息技术飞速发展，数字相机的出现完整地替代了传统的胶片机。在数字相机中，自动曝光和自动对焦作为影响图像质量的两个重要参数，是相机软件的重要组成部分。本文针对自动曝光和自动对焦开展研究，揭示了其在实际相机图像中，对提升图像质量效果具有重要作用，对手机相机效果调试具有应用价值和现实意义。
　　一方面针对自动曝光算法无法判断画面亮度层级的不足，本文提出了一种基于平均灰度和亮度直方图分布相结合的自动曝光算法。首先定义的五个灰度区间并判断画面的平均亮度是否落入最佳灰度区间，其次统计其余四个较亮或者较暗区间在画面中的比重判定是否处于特殊的光照环境，最后通过调整信号增益提升灰度的动态范围，满足画面的亮度层级分布。实验表明使用本文的算法可以在两帧图像的调整范围内满足最佳灰度区间和亮度直方图分布。
　　另一方面由于目标图像的复杂性，现有的自动对焦技术存在着各种各样的缺点，为了提高对焦图像质量，如何选择对焦评价函数和对焦区域两个重要的问题有待解决。首先针对传统的清晰度评价算法存在灵敏度不够高、计算量大等问题，提出了一种基于改进的Tenengrad函数的清晰度评价算法，在Sobel算子的基础上改进了四方向的边缘检测方法，实验选取五种不同边缘的图像，证明改进的清晰度评价算法具灵有敏度高、单峰性好、稳定度高等特点。然后针对对焦窗口的选择分析了三种对焦窗口区域选择方法，通过对同一张画面的清晰度评价值的比较,提出了一种比较好的对焦区域选择方法即画面切割成3乘以3块，取中间块中央对焦窗口，可以随着图像大小的变化而变化，其具有灵敏度高、耗时小等特点，可作为对焦窗口选择。
　　本文研究的自动曝光算法能满足人眼的最佳视觉灰度需求且有较好的亮度层级；自动对焦算法使用四方向的边缘检测算子具有灵敏度高、单峰性好、稳定性高等特点；自动对焦窗口具有灵敏度高、耗时小等特点。研究成果对于今后研究高动态范围场景合理曝光和复杂纹理场景实现快速精准对焦有铺垫作用。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2研究国内外现状

1.3论文主要内容

第二章 手机相机中的前端图像处理

2.1手机相机的基本架构

2.2手机相机中的图像前端预处理模块

2.3自动曝光概述

2.4自动对焦概述

2.5本章小结

第三章 基于图像处理的自动曝光算法研究

3.1常用的自动曝光算法

3.2主流手机平台自动曝光调试方法

3.3基于灰度均值和亮度直方图分布的自动曝光算法

3.4本章小结

第四章 基于图像处理的自动对焦算法研究

4.1图像清晰度评价函数研究

4.2对焦窗口研究

4.3本章小结

第五章 研究结论与展望

5.1主要研究结论

5.2研究不足与今后工作展望

参考文献

附录

致谢