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基于CIS芯片的自动曝光电路设计

作　者: 崔阳
导　师: 李斌桥
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: CMOS 图像传感器 自动曝光 曝光补偿 Flicker 检测 图像处理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


目前,CMOS图像传感器的应用领域很广,从可视电话、指纹识别、数码相机、汽车到医疗电子,甚至是航空领域。CMOS图像传感器的发展趋势为集成化、超微型化、智能化、高分辨率、宽动态范围、高帧频。特别是ISOC(图像传感器片上系统)是近几年最新的研究方向。自动曝光功能是根据场景的变化调整曝光参数,进而调节拍摄图片的亮度。图片亮度的适合与否是对图像最直观的认识,对图像的质量起到了至关重要的作用,所以自动曝光对于CMOS图像传感器系统来说是最重要的功能之一。本论文主要论述了基于CMOS图像传感器系统的自动曝光电路的设计和硬件实现。在介绍了最新国内外研究进展和曝光的原理的基础上,从测光的方式、颜色空间的选择、自动曝光模块处于系统工作流水线的位置、目标值的确定等方面的详细地阐述了自动曝光算法的确定过程,详细探讨了基于目标值的动态步长迭代算法的硬件实现。改进的迭代步长可以更加准确快速的实现曝光调整,并给出了MATLAB软件验证结果。并且为了改善成像效果,针对这类算法容易出现的高对比度场景时曝光过度和曝光不足的问题增加了曝光补偿模块,采用模糊逻辑的检测方法。还增加了针对室内灯光经常发生的Flicker现象的检测模块,采用两帧差值计算振幅的方法,使图像传感器在室内灯光下也可以工作良好。采用Verilog硬件描述语言进行了设计、仿真和调试,模块主要分为自动曝光主模块、曝光补偿模块、Flicker检测模块。使用Quartus进行FPGA综合,共消耗了2778个逻辑单元和8192个存储单元。在CMOS图像传感器图像处理系统进行了测试。系统主要包括一片Altera公司的FPGA芯片EP1C12Q240C8,一片128Mbits的SDRAM,一片2Mbits的异步SRAM和一片Cypress的USB2.0控制芯片CY7C68013。在测试系统中,整体模块以及各个子功能模块工作稳定正常,可以根据场景的变化快速准确的调整曝光参数,使图像达到适当的亮度值。对于室内灯光下和高对比度的场景也可使主体的曝光效果得到改善,达到了设计要求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 选题的背景和意义  8-11
    1.1.1 CMOS图像传感器的发展和选题意义  8-9
    1.1.2 自动曝光国内外发展现状及选题意义  9-11
  1.2 课题主要研究的内容  11
  1.3 论文内容安排  11-13
第二章 自动曝光模块设计  13-43
  2.1 自动曝光有关的概念和理论  13-20
    2.1.1 自动曝光的原理  14-17
    2.1.2 自动曝光的测光  17-20
  2.2 自动曝光关键参数的选择  20-31
    2.2.1 颜色空间的选择  21-26
    2.2.2 自动曝光模块在系统工作流水线中的位置  26-27
    2.2.3 曝光亮度目标值的确定  27-29
    2.2.4 自动曝光算法的确定  29-31
  2.3 自动曝光模块的硬件实现  31-43
    2.3.1 统计模块的硬件实现  31-32
    2.3.2 自动曝光主模块的时序  32-37
    2.3.3 与系统交互时的匹配数据实现  37-38
    2.3.4 软件仿真结果  38-43
第三章 自动曝光效果增强模块设计  43-59
  3.1 Flicker检测消除模块设计  43-53
    3.1.1 Flicker现象产生的原因  43-46
    3.1.2 Flicker检测模块的原理  46-49
    3.1.3 Flicker检测模块的硬件实现  49-50
    3.1.4 Flicker检测模块软件仿真结果  50-53
  3.2 自动曝光补偿模块设计  53-59
    3.2.1 一般曝光方法在特殊光照条件下的问题  53
    3.2.2 基于模糊逻辑的曝光补偿算法原理  53-57
    3.2.3 曝光补偿模块的硬件实现  57-58
    3.2.4 曝光补偿模块的软件仿真结果  58-59
第四章 自动曝光模块的测试和验证  59-65
  4.1 测试平台简介  59-60
  4.2 自动曝光的判断标准  60
  4.3 自动曝光模块的测试和验证  60-65
    4.3.1 自动曝光主模块和曝光补偿模块的验证  60-64
    4.3.2 Flicker检测消除模块的验证  64-65
第五章 总结与展望  65-67
参考文献  67-71
发表论文和参加科研情况说明  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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