图像传感技术之图像信号处理

　　白平衡技术

　　白平衡即WhiteBalance。物体反射出的光的颜色视光源的色彩而定，人类的眼睛之所以把一些物体看成白色的是因为人的大脑可以侦测并且更正像这样的色彩改变，因此不论在阳光、阴霆的天气、室内或荧光下，人们所看到的白色物体颜色依旧。比如在钨丝灯下呆久了，并不会觉得钨丝灯下的白纸偏红，如果突然把日光灯改为钨丝灯照明，就会觉查到白纸的颜色偏红了，但这种感觉也只能够持续一会儿。CCD、CMOS传感器并不能像人眼那样具有适应性，所以如果照相机的色彩调整同景物照明的色温不一致就会发生偏色。为了贴近人的视觉标准，就必须模仿人类大脑并根据光线来调整色彩，也就是需要自动或手动调整白平衡来达到令人满意的色彩。白平衡就是针对不同色温条件下，通过调整使拍摄出来的图像抵消偏色，更接近人眼的视觉习惯。白平衡可以简单地理解为在任意色温条件下，相机镜头所拍摄的标准白色经过相关算法调整，使之成像后仍然为白色。

　　自动白平衡的主要算法可以分为基于单幅图像的简单像素级统计的方法、GAMUT—based方法 、基于多幅图像学习的方法几类。其中基于单幅图像的简单像素级统计的方法是目前可以满足实际工程中实时需求的方法，该方法主要有灰度世界算法、自动搜索白点白平衡算法、最大RGB算法等。灰度世界自动白平衡和自动搜索白点白平衡有各自的优点和使用场合。灰度世界自动白平衡对于图像的还原效果虽然没有自动搜索白点白平衡的效果好，但是它能够适应几乎所有的场景和光源。后者虽然在效果上占有优势，但是对于一些特殊的场景情况就无能为力了，比如在某个场景中主要以单色调为主，那么它就不能找到足够多的白点进行白平衡的计算。因此灰度世界自动白平衡可以用作自动搜索白点白平衡的一个补充，这样就能更好的提高图像信号处理的适用范围。

　　自动曝光控制技术

　　在实际的拍照过程中，经常会出现很多场景过渡的情况。例如，从室内到室外，在黑暗的环境下打开灯等。室内的光源一般为日光灯光源，室外光源为太阳光，太阳光的强度一般是日光灯的几百上千倍。人的眼睛可以通过虹膜调整瞳孔的大小，控制眼睛中的进光量，达到自我调节的效果，所以，当人从室内走到室外的一瞬间会觉得光线很刺眼，但是过一会，一旦适应了外部环境，就会感觉室外的物体也不比室内的亮很多。然而CMOS传感器却不知道此时光源发生了改变，如果仍然按照室内的曝光时间来对室外物体进行曝光，就会产生过曝现象，即整个图像画面几乎变成了纯白色，无法再看清其中的物体。因此，需要对曝光时间和增益大小进行调整，达到一个新的平衡。同理，对于其他情况，如从暗到亮，从亮到非常亮，从非常亮到亮，从亮到暗等情况都需要进行这种调节。自动曝光控制是通过特定的算法，对已拍图像进行统计，判断此时是否存在光强的剧烈变化，根据判断结果对曝光时间和增益大小进行调整，它的使用是非常广泛的，它可以很好的适应各种光强的改变。

　　自动聚焦控制技术

　　自动聚焦技术广泛应用于照相机、摄像机等各种精密仪器中，它是数字图像前端处理的重要技术。这里主要讨论针对摄像机的自动聚焦技术，视频序列的自动聚焦是针对运动图像的，除了聚焦速度和精度上的要求外，视频自动聚焦过程输出的图像必须符合人眼的观察特性，就是说，在评价函数最大值搜索过程中，图像的清晰度状态只能由模糊-清晰，而不能出现由模糊-清晰-模糊-清晰这种来回振荡的过程。同时，由于视频序列的场景内容是变化的，场景快速变化给聚焦过程带来的干扰会导致聚焦失败，视频自动聚焦算法还需要排除这些干扰，增强聚焦可靠性。因此，一个好的视频自动聚焦算法应满足以下的要求：1、聚焦收敛速度快而且聚焦准确;2、聚焦过程中，图像的清晰度是单向变化的，聚焦收敛到清晰点后，图像不再模糊，即不出现图像虚晃现象。

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