基于图像熵的自动曝光设计

　　自 60 年代以来，我国研制的各种型号的靶场电影经纬仪，均有自动调光系统。但当时采用的自动调光方法是把光敏电阻放在光学系统的光路中。把光敏电阻接收到的光信 号转换成电信号，与标准电压进行比较，用得到的差值信号去控制电机带动密度盘转动。使摄影机得到较为合适的通光量。从70 年代中期开始，靶场光测仪器开始装备跟踪测量电视系统。实现了自动跟踪和实时测量。电视系统对自动调光的要求比摄影系统更高了，用原来的光敏电阻方法很难 将图像调到最佳。因为光敏电阻的光电转换精度有限，动态性能差，并且这种方式是开环的局部的背景调光，不能把电视摄像机输出的视频信号调到最佳，这就要影 响电视跟踪系统的作用距离。另外，过去的调光都是采用分立元件，模拟信号经过放大驱动直流电机转动，很难保证电视调光的精度要求。现在的跟踪测量电视自动 调光系统淘汰了光敏电阻的调光方式，从视频信号中提取控制信号，把模拟信号进行数字化处理，用单片机作为控制运算核心，用步进机作为执行元件，来达到自动 调光的目的。

　　电视电影经纬仪在对空中飞行目标进行电视跟踪测量的过程中，目标的姿态和背景不断地发生变化，电视摄像机靶面的照度也随之变化。如果飞行目标的 背景光很强，则会造成视频信号的背景电平太高，使采集到的电视图像发白，图像对比度很差，严重时还会因背景光太强而损坏摄像机靶面。如果背景光较弱时，摄 像机靶面的背景较暗，采集到的电视图像就发黑、模糊不易被识别。因此没有电视调光系统是不可能保证跟踪测量电视系统正常工作的，更谈不上电视跟踪测量的精 度。电视实时跟踪运动目标时，为了增加电视跟踪的动态范围，保证测量精度和跟踪的可靠性，跟踪测量电视系统必须要有一个精密的自动调光系统来保证摄像机靶 面的照度恒定，不受目标姿态和背景变化的影响。从而提高电视图像的清晰度和对比度。也就提高了有效的作用距离。

　　1 工作原理

　　1.1 调光与曝光时间的关系

　　曝光量是用来计算从景物到达CCD/CMOS光通量大小的物理量。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。曝光量代表光敏面所接收到的总辐射量 ，它是光敏面所受光照度 和曝光时间 的乘积

　　一般把 表示成

　　式中 为摄影成像系统的特性系数，表示系统中除相对孔径以外影响像面照度的因子; 为景物的光亮度;为物镜的焦距; 为入射瞳孔直径; / 表示相对孔径。由于系统在空气中使用，其光学系统物面在无穷远，可表示为