摄像机自动聚焦与白平衡算法研究及实现

摘要

近年来，集成度高且功能强大的数字图像处理芯片层出不穷，在网络产品高速发展的环境下，网络摄像机应运而生。网络摄像机是传统摄像机与网络视频技术相互结合而产生的智能化设备。图像信号处理器作为网络摄像机的核心模块，对其整体性能起着决定性作用。自动聚焦和自动白平衡技术是图像处理流程中的关键环节，对图像进行准确的校正影响甚大。本文对基于海思公司Hi3516系列音视频处理芯片的高清网络摄像机图像信号处理算法进行研究，并在此基础上重点对自动聚焦和自动白平衡技术做了详细研究。在基于Hi3516C的平台上设计并完善自动聚焦算法，在基于Hi3516A的平台上实现针对单色场景的自动白平衡算法。
　　自动聚焦是对光学镜头和图像传感器采集的信息进行实时地分析评价，利用搜索算法给自动聚焦系统一个反馈信号来控制镜头移动，直到输出图像达到最清晰为止。本文针对基于Hi3516C的高清网络视频会议摄像机设计了一种精确、快速、稳定的自动聚焦方法。详细阐述自动聚焦系统中各个模块的具体算法，针对设计过程中遇到的主要问题提出解决方案，并完善自动聚焦功能。实验结果表明，该方法在视频会议场景下均能精确聚焦，主观感知良好且鲁棒性好，平均聚焦时间为0.90秒，其中在小倍、中倍和大倍下的平均聚焦时间分别为0.60秒、0.85秒和1.25秒。满足自动聚焦的设计需求，已成功应用于高清网络视频会议终端产品中。
　　自动白平衡是通过分析图像的颜色信息，迭代调节各通道的增益，以去除不同光源对物体本身颜色的影响。Hi3516A芯片的自动白平衡模块对普通场景有较好的白平衡效果，但在单色场景下会出现严重的颜色偏差。本文针对基于 Hi3516A的高清网络监控摄像机自动白平衡模块存在的缺陷，设计了一种基于色温曲线的单色自动白平衡算法，与芯片自动白平衡算法有序切换来保证高清网络摄像机的整体白平衡性能。实验结果表明，该算法在单色场景下有较好的白平衡效果，增益调节的稳定性好且收敛速度较快，且可实现与芯片自动白平衡算法的稳定切换。成功解决了芯片白平衡算法存在的问题，提高了高清网络监控摄像机系统的自动白平衡性能。

目录

声明

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作

1.4论文组织结构

第二章摄像机图像处理关键技术

2.1图像信号处理介绍

2.2自动聚焦技术

2.3自动白平衡技术

2.4本章小结

第三章基于Hi3516C的摄像机自动聚焦

3.1系统控制及清晰度评价

3.2基于闭环状态转移的聚焦调节方法

3.3特殊场景聚焦方法

3.4实验结果及性能分析

3.5本章小结

第四章基于Hi3516A的摄像机自动白平衡

4.1开发环境及平台

4.2 Hi3516A芯片白平衡算法

4.3基于色温曲线的单色AWB算法

4.4实验测试及性能分析

4.5本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

作者简介