基于FPGA的成像系統自動曝光算法設計

李 華

（商洛學院 電子信息與電氣工程學院，陜西商洛 726000）

在基于CCD/CMOS圖像探測器的成像過程中，曝光控制對成像質量影響很大[1]，特別是視場處在背光或者正對強光時，如果曝光不當，將會使成像效果很差，甚至成像失敗。所以，曝光時間的正確選擇將直接影響到整個成像系統的成像質量。自動曝光控制技術是用來調節CCD/CMOS圖像探測器中像素單元的曝光時間和前端模擬電路中數字可編程增益放大器的增益，從而使圖像亮度達到目標亮度值范圍內，以符合用戶對成像質量的需求[2]。所以自動曝光是電子技術與人工智能的產物，即不需要外部人為操控，因此，在成像系統中使用的越來越普遍[3-4]。可見，對自動曝光控制算法的研究與設計具有重要的理論意義與現實應用價值。

本文系統以Xilinx公司的FPGA—XC2V3000為主控芯片，實現了對CMOS圖像探測器—LUPA-4000圖像的采集，重點介紹了圖像分塊自動曝光算法在FPGA中的實現。同時給出了系統的實際成像效果。

1 系統組成及工作原理

本文設計的應用于CMOS成像系統的自動曝光算法以FPGA為核心[5-7]，其作用是用于產生LUPA-4000圖像探測器的參數配置時序和工作驅動時序信號；同時運行自動曝光算法，利用當前幀圖像計算得到曝光參數，作用于下一幀圖像；并適應存儲與顯示需要對輸出圖像進行格式重組等。整個系統充分發揮了FPGA并行運算的優勢，有效提高了自動曝光控制的實時性和精度。本文系統的原理框圖見圖1所示。

圖1 系統原理框……