CIS自动曝光算法研究与实现

为了解决高对比度光照条件下能够进行有效的曝光控制，提出一种采用曝光时间和自动增益补偿相结合 *第一作者。 #通讯作者。

随着CMOS 图像传感器(CIS)技术的进步，背照式和堆栈式技术兴起，以及它具有的性价比高、体积小、功耗低等优势，CMOS 图像传感器的应用领域越来越广泛。从汽车行业、医疗、安防、到无人机产品、虚拟现实(VR)以及增强现实(AR)技术等新兴市场的推动，CMOS 图像传感器正迎来新一轮的产业成长高峰。自动曝光功能是影响成像质量的重要功能之一，是指CMOS 芯片系统根据场景的光照条件自动调节曝光时间，保证捕获的图像亮度处于理想亮度范围内的过程。曝光过度，图像看起来太亮；曝光不足，则图像看起来太暗[1]。

已有的自动曝光算法有基于图像平均亮度法、多区域图像自动曝光法、对分搜索自动曝光控制算法、权重均值法、查找表法、局部信息熵最大法以及人工神经网络的算法等。每种算法各有优点，在实时性和复杂度上均有改进，相应成本也较高。针对高对比光照情况，本文提出一种采用曝光时间和自动增益相结合的控制方法。

2. 算法基本原理 本文提出的自动曝光控制算法的基本思想是：首先根据当前拍摄场景所处的光照条件预先设定亮度均值的参考值区间，在该条件下拍得第一幅图像，并对整个图像进行测光，观察这幅图像的亮度直方图的分布情况，从而判断出所处条件是否为特殊光照条件，即是否为背光或强正面光照情况[2] [3]。如果是普通光照条件下则直接计算整幅图像的平均亮度值，将此值与预设参考值进行比较后进行相应的曝光增益调节。如果是特殊光照条件，则将整幅图像进行分区，赋予感兴趣区域较大权重，然后进行曝光增益调节来使整个图像达到理想亮度值。

2.1. 直方图判断特殊光照 图像亮度直方图表示的是从最小灰度级到最大灰度级上像素点数的分布情况，是灰度级的函数，某一亮度值对应的像素数的多少反映了图像中某种灰度出现频率的高低[4]。如图1，从直方图中可以得到关于图像亮度及其分布的很多信息。例如若大部分像素集中在直方图的偏右侧区域，并且有溢出最大亮度值的现象，那么这张图片曝光过度。若大部分像素位于直方图的偏左侧区域，并且有部分像素溢出于坐标原点外， 则该图像表明曝光不足。

本文的目标是通过进行自动曝光控制使得图像像素能够均匀分布， 且主要集中在中央区域附近。