基于图像的自动曝光算法研究

    1　引　言

    曝光是用来计算从景物到达相机光通量大小的物理量。利用数码相机拍摄时,只有使感光芯片CCD/CMOS获得正确的曝光,才能获得高质量的照片。曝光过度,照片看起来就太亮;曝光不足,照片看起来就太暗。到达CCD/CMOS传感器的光通量大小主要由两方面因素决定:曝光时间的长短以及光圈值的大小。

    正确的曝光值以及合适的图像亮度可以通过改变曝光时间的长短和光圈值的大小来给出。数码相机中,快门速度以及光圈值的大小既可以由电子控制也可以机械控制。另外,除了快门速度和光圈值,还可以通过改变数码相机的相当感光度[1]来控制曝光。一般来讲,由于相机传感器在同一时间所能感受的光强是单一的,所以对于某一指定数码相机,其相当感光度是单一的,一般不必过分在意。

    曝光时间与曝光量之间有着一定的线性关系。与传统相机一样,数码相机也用曝光时间来表示快门速度(s),即:

1,1/2,1/4,1/8,1/15,1/30,1/60,1/125,1/250,1/500,1/1000,1/2000

    光圈大小即为光圈面积的大小,就圆形光圈来讲,它的级数分布为:

F1,F/1.4,F/2,F/2.8,F/4,F/5.6,F/8,F/11,F/16,F/22

    对于指定大小的曝光值,它与所对应的快门速度和光圈大小之间有着一定的函数关系:

EV=TV+AV(1)

    TV为快门速度值,它与有效曝光时间T之间的关系为:TV=log2(1/T);AV指光圈大小值,它与镜头光圈数A的关系为AV=log2(A2);EV指曝光值,EV=log2(A2/T),它并不代表被摄物体的亮度,只是反映了光圈和曝光时间的组合。对于任意给定的曝光值,均可以通过调节曝光时间和光圈大小来获得。

    数码相机的自动曝光模式可以有三种:

    (1)程序设定快门速度以及光圈值大小的自动曝光模式。

    (2)快门优先模式,这种模式通常被用来拍摄快速运动的物体,快门速度不够快,则只能获得模糊不清的照片。

    (3)光圈优先模式,这种模式通常被用来控制景深,光圈值越大,照片景深层次越是分明。

    曝光值也是图像亮度和相当感光度的函数:

EV=f(BV,SV) (2)

    传统相机的相当感光度一般用ISO值来表示,该数值越大,胶卷对光线的敏感程度也增加。为了便于用户理解,企业一般将数码相机的CCD/CMOS感光度(或对光线的灵敏度)等效转换为传统胶卷的感光度,因而数码相机也就有了“相当感光度”这一说法。当ISO值从100增加到200时,图像的噪度和颗粒度增加了40%[1]。一般来讲,当光照条件足够时,以最小的ISO值来拍摄相对静止的物体,就可以获得清晰度较高的照片。但在当光线较暗时,尽管增加ISO值会增加图像的噪度,但还是一种比较可行的方法。