相机增益动态控制系统研究

    CCD是70年代初发展起来的新型半导体器件，由于其优良特性，致使CCD光电尺寸测量的使用范围和特性比现有的机械式、光学式、电磁式量仪优越得多。因此，三十多年来，CCD的研究取得了惊人的进展，特别是在传感器应用方面发展迅速，已成为现代光电子学与现代测试技术中最活跃、最富有成果的新兴领域之一。

    本文研究了CCD相机增益动态控制，通过对CCD相机图像的同步分析，实时地调整CCD相机的曝光时间和增益水平以得到清晰的图像，保证CCD相机的成像质量。

    一、方案设计与实现

   （一）方案的引出

    在基于CCD相机的工业测量中，由于检测目标的光照强度的变化，现有的CCD相机动态范围一般难以满足要求。要解决外部环境光照变化所造成的图像模糊，进而带来的测量误差问题，必须实现对相机曝光时间和增益水平的动态控制。

    本文主要研究利用软件实现自动曝光控制和自动增益控制，解决CCD相机在不同环境和影响下能够自动调整，从而采集高质量图像的问题。为了实时调整CCD相机的图像亮度，本文提出了一种方法，首先在不同的光照下采集亮度各不相同的若干图像，手动调整曝光时间和增益水平，使图像质量最好，记下原始图像的灰度值和调整后相机的曝光时间和增益水平，得到若干组数据，然后编程对相机采集的图像进行处理，不断与这些数据进行比对，调整曝光时间和增益水平，直到图像满足测量条件（本文确定的测量条件是：目标平均灰度值大于200，并且背景平均灰度值小于120），停止调整，得到清晰的图像。

   （二）系统构成

    首先把CCD相机采集到的图片传送到计算机里面，通过对图像的分析，检测得到图像的质量，与想要达到的效果进行比较，找到该图像与预计的差距，然后通过计算机动态调整CCD相机的曝光时间和增益水平，提高图像质量，使之满足测量要求。本文设计了如图1的基本系统。

    （三）图像采集与处理

    1．图像采集。本文是基于图像处理来动态调整CCD相机，实验中发现目标上下边缘处最易曝光过度，因此，选取一块目标区域和目标上下边缘处的背景区域，如图1所示。用目标区域的平均灰度值代替欲测物体的平均灰度值，目标上、下边缘处背景区域各自平均灰度值的平均值代替为背景的平均灰度值，这样可以提高测量的可靠性。

    2．图像处理。图像处理是指将模拟图像转换为数字图像，采用一定的算法进行运算和处理，以达到图像加工或图像分析的预期目的或效果的过程。通常，单色、二维的静止图像可以用其灰度来表示，灰反映了人眼看到的图像效果。