针对HDMI数码显微相机在观测时由于不同目标反光水平不一致而出现过曝、曝光收敛速度慢、不稳定的问题，提出一种自动曝光优化方法。相较于传统的HDMI显微相机中的自动曝光控制方法，所提方法实现了基于感兴趣区域的曝光控制，可对RAW图像中的任意区域进行测光和亮度统计，拓展亮度统计的动态范围并实现基于不同目标的曝光控制，提升亮度统计的准确性，解决因目标过亮或者过暗而出现的过曝现象。同时设计了可变的曝光调节步长，该功能能够根据当前亮度水平动态调整曝光步长，实现曝光的粗调和细调，以平衡曝光收敛速度和曝光精确度。最终结合实际的相机进行实验，所提曝光控制优化方法相较于原有的自动曝光法曝光偏离度降低了一半，曝光收敛时间缩短了一半以上，最快能在4帧图像内完成曝光收敛。

针对结构光测量时手工调节相机参数易导致图像质量的随机性，进而导致标定精度的下降及调参环节重复繁琐的问题，提出了一种结构光测量的相机标定自适应调参方法。首先，设计了一套相机自动调参装置，根据三个调参环调节时的图像变化机理，选取标定板面积占比、图像清晰度及图像对比度三个参数，分别定义焦距调节环、对焦环及光圈调节环。其次，为实现相机的高精度标定自适应参数调节，针对传统Brenner函数的缺陷，通过一种改进的Brenner自动阈值函数，实现对图像清晰度的精确快速对焦，并对标定板图像感兴趣区域的前景与背景进行分割，计算图像对比度，根据标定的重投影误差，确定标定相机的最优调节区间，以自适应调参搜索控制方法进行标定参数调节。最后，为提高自适应标定调参时电机的搜索定位速度，建立了调参函数模型，并通过物距及像素长度自适应计算焦距。三维测量调参实验表明，相比于手工标定，基于提出的调参方法能在5 s内实现自动调参，且重投影误差减少66.57%。

基于CMOS传感器的高集成小型相机在航天器上得到了越来越广泛的应用。空间相机能够完成航天器关键动作记录、对地遥感、近地天体观测等任务，并且具有体积小、重量轻、智能化的特点。为了实现良好的成像效果，适应于空间环境特点的自动曝光技术不可或缺。本文针对空间环境的特殊性及空间任务的不可逆性，提出了一种快速自适应曝光算法。该算法以能量分析为基础，进行目标与背景分离，针对目标进行加权统计，根据图像的统计结果，采用最速查表法，计算获得最佳曝光时间。设置双重目标调整范围，使得自动曝光算法收敛性较好。实验结果表明，该算法能够快速稳定地获得最佳曝光时间，曝光收敛速度快，稳定性高，资源占用少，非常适合空间场景探测。相关算法已成功应用于多个在轨型号。

为保证钢轨磨损动态视觉测量的高精度, 综合图像获取和图像处理技术, 实现了清晰光条图像获取和光条中心点亚像素坐标精确提取。根据光条与背景环境亮度的高对比度, 提出一种依据光条亮度的相机自动曝光法, 用于获取清晰的光条图像; 分析图像光条法线方向的亮度衰变特征, 采用动态阈值分割法初步提取光条, 滤除图像背景的同时保留光条法线方向的亮度衰减信息; 根据图像过度曝光信息确定光条中心点像素大致位置, 再对分割的光条图像相对应像素位置点计算Hessian矩阵, 获取光条中心点的亚像素坐标。采用MFC编写应用程序进行试验, 在不同光照环境和背景物的干扰下, 该方法可精确地提取光条中心, 与经典Steger算法相比提取精度偏差为0.05 pixel, 运算时间节约40%。试验结果验证了该方法稳定性好, 有较强的抗干扰能力, 较好地满足钢轨磨损测量的现场要求。

基于融合多幅低动态图像来获取高动态图像的过程中, 传统方法中低动态图像获取时对曝光时间选取的策略简单, 使拍摄的多幅图像信息冗余较多, 严重影响融合效率。提出了一种基于局部信息熵最大准则的多曝光控制方法。讨论了低动态场景图像信息熵与曝光时间的关系, 得出了低动态范围场景的图像信息熵随曝光时间的增加呈现先增加后减小的规律, 并在某个曝光时间处信息熵最大。对于高动态场景, 首先, 利用图像平均灰度响应与曝光时间的近似线性关系确定场景的曝光时间范围; 然后, 根据图像直方图将高动态场景分成若干个低动态范围场景区域; 最后, 以信息熵最大为优化目标, 设计一维搜索算法, 搜索各个低动态范围区域的最优曝光时间, 直到所有区域都搜索到最优曝光时间。此方法将场景的局部信息熵与曝光时间联系起来, 能针对不同的区域进行曝光时间优化, 目的性强, 有效地避免了传统曝光控制中的缺点, 实验证明: 用该方法获取的图像进行融合获得了良好的效果。

提出一种采用图像直方图特征(Histogram Feature, HF)函数的自动曝光方法, 用于在背景光照快速、大范围变化的情况下对高速相机进行自动曝光控制。首先, 采用多点测光对获取的图像进行兴趣区域(Region of Interests, ROIs)提取, 以降低系统测光的计算量。然后, 通过计算兴趣区域的HF函数选取大步长对曝光时间进行粗调。最后, 通过模糊逻辑计算出曝光时间的精调步长并运用阈值限制实现变步长搜索最佳曝光时间, 提高高速相机自动曝光的准确性及稳定性。实验结果表明: 本文方法可以在2 ms内完成一帧图像的亮度测量并对曝光时间进行调整, 相较于基于平均亮度值的传统自动曝光方法, 在0~110 ms内, 光源光照强度从760~23 100 lux反复变化时, 本文方法获得的图像信息熵比平均亮度值法的信息熵均值提高48.38%, 方差降低62.13%, 可以提供更好与更稳定的图片细节信息, 为后续的自动调焦、图像识别以及目标跟踪提供参考。

针对传统自动曝光算法难以兼顾实时性和平滑性的缺点，设计了一种结合直接计算法和可变步长调节法的综合性算法，研究了算法原理，给出了算法流程。该算法可以通过改变步长参数，自由设定将图像亮度调节到目标亮度的时间，使其能够适用于各种不同的应用场合。在基于FPGA的CMOS图像采集平台上完成了算法实现，实验结果证明采用该算法可以使图像亮度快速平稳地接近理想亮度，成像效果很好。

以往的CCD摄像机通过曝光时间和信号增益调节光照强度时，二者不能被最优配置运用，难以最大限度的发挥它们的调光功效，特别是对于光照强度变化剧烈，动态范围大的状况，画面不清晰。针对上述不足，将直方图均衡化法进行一定的改进，精确配置曝光时间，优化信号增益系数，实现曝光时间与信号增益的最优化配置。经过实验验证，画面效果得到明显改善，调整时间不超过40ms，系统运行稳定、可靠。

彩色数字相机的曝光准确度直接影响了图像的色彩表现及人眼视觉的感受效果。提出了一种基于人眼视觉感观特性的相机自动曝光方法。通过对图像清晰度、色彩饱和度以及亮度等因素的客观评价，建立了曝光估计函数。根据统计原理并结合经验公式，对曝光估计值与曝光步长增量之间的函数关系进行标定，确立了曝光增量函数。根据当前帧图像的不同亮度属性，结合曝光增量函数，实时计算下一帧所需要的理想曝光值。大量实验表明，该方法对于不同场景、不同光照条件下图像的曝光量都有良好的调节效果，稳健性较强并具有较高的调节效率。

自动曝光控制是通过控制曝光量使图像亮度最优化的过程, 由于图像亮度与曝光值有着直接的关系, 因而图像亮度在自动曝光算法中被广泛应用.虽然熵已用于各种图像处理应用, 但是很少应用在自动曝光中.基于图像熵提出一种新的自动曝光算法, 不同于传统的主要依赖于图像亮度的算法.首先根据图像熵值大小来判断光照条件, 通过图像熵大小的比较, 把图像的各区域划分为感兴趣区域与不感兴趣区域.然后由图像熵值大小采用分配权重方法对不同区域分配权重, 最后进行准确地自动曝光.由于该算法主要基于图像熵值的大小, 所以曝光效果不受图像中对象位置影响, 使得该算法更灵活.实验结果表明, 该算法对高动态范围场景可以准确地检测出各种光照条件, 提高相机系统输出图像的动态范围, 同时还增加了自动曝光的准确性.