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1、上海交通大学 硕士学位论文 基于OMAP2430的数码相机的关键技术研究与实现 姓名：李文昊 申请学位级别：硕士 专业：电子与通信工程 指导教师：李小勇 20080501 3 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：李文昊 日期： 年 月 日 上海交通大学 4 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者
2、完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：李文昊 指导教师签名：李小勇 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 5 基于 OMAP2430 的数码相机的关键技术研究与实现 基于 OMAP2430 的数码相机的关键技术研究与实现 摘 要 数码相机具有传统的模拟相机中
3、难以实现的许多功能，如数字图像防抖、数 字变焦等，数码相机取代模拟相机已是大势所趋。在数码相机中，自动白平衡控 制，自动曝光控制和自动对焦控制则是其关键技术，对获得高质量的照片起决 定性作用。自动白平衡就是补偿由于光源或彩色物体而导致的色差；自动曝光 控制的则是通过背光检测来补偿主要目标物体的亮度；自动对焦控制算法决定 镜头正确的移动方向并且能在高亮度的影响下找到正确的对焦点。 论文针对自动白平衡控制， 自动曝光控制和自动对焦控制进行了深入研究， 提出了改进的算法，并以OMAP2430处理器为核心设计实现了一种高级数码相机 系统，实现了复杂环境中的自动白平衡控制，自动曝光控制和自动对焦控制。
4、测试结果表明，相对于其它一些控制方法，本文提出的自动白平衡控制，自 动曝光控制和自动对焦控制系统更有效， 更稳定， 更准确， 能够应用于实际系统。 同时数码相机模块中核心算法的实现都是由易于移植的 C 语言实现， 很方便的在 不同平台上进行应用，拥有更好的扩展性与可移植性。 关键字: 关键字: 数码相机，OMAP2430，自动白平衡，自动曝光，自动对焦 6 Abstract Abstract The digitalization of consumer cameras has brought in a variety of new digital features, such as an im
5、age stabilizer and an electronic zoom, that were difficult to achieve with the analog technology. In addition ,the performance of the automatic adjustments including AWB, AE, and AF has been improved which are the important features for high image quality under various shot conditions. . AWB,AE and
6、AF are the key technologies in the software of digital camera. The AWB algorithm compensates the color difference by deciding whether the color distortion of scene is caused by light source or chromatic object. The proposed camera system is briefly introduced and the proposed automatic adjustments a
7、re presented. The AE method compensates the luminance of the main object using the proposed backlight detection. The proposed AF algorithm decides the correct moving direction of lens and detects the accurate in-focus state even though the scene is interfered with the high light intensity. Based on
8、many researches on AWB, AE, and AF algorithms, this paper presents these improved algorithms under various scene situations. And this paper presents an advanced camera system based on OMAP2430 core. Test results demonstrate that the proposed AWB, AE and AF system can be more efficient, reliable and
9、accurate than others. It can be apply in the real application projects. The personal mobile multi-media handset based on OMAP2430 with the function of capturing still image and recording video will become more and more popular. Because the core algorithm of AWB,AE and AF is realized in C programming
10、 language, all these function can be transform to other platform easily. The system is practical and expandable. Keywords:Keywords: digital camera, OMAP2430, auto white balance, auto exposure, auto focus 9 第一章 绪论 本章主要介绍数码相机关键技术的背景及课题意义， 并对当前流行数码相机 技术进行介绍，突出多媒体在人们生活中的意义。 1.1 课题的背景及意义 集成了手机、数码相机、数码摄像机
11、和 TV 功能的移动多媒体平台代表了当 前消费类电子的发展趋势。获得更好的影像质量是下一代移动多媒体平台的关 键。 而获得好的影像的关键技术在于数字图象处理， 其中自动白平衡， 自动曝光， 自动对焦的控制对照片的质量起决定性作用。 1.1.1 自动白平衡控制的意义 在彩色图像获取过程中 1，同一景物在不同光照下，采集的图像颜色差别 较大。因此寻求一种合适的颜色校正算法，将非标准光照条件下获得的彩色图 像变换到标准光照下的彩色图像。对一幅数码图像用白平衡和彩色校正进行处 理，可以保证它的彩色逼真度。数码相机是靠一列带有彩色滤波器的光探测器来 检测和捕获图像的，它不可能比人眼精确，所以就有必要对图
12、像进行一些必要的 处理和校正，以保证最终图像尽量逼真地再现景物的色彩。 1.1.2 自动曝光控制的意义 曝光是用来计算从景物到达相机光通量大小的物理量 1。 利用数码相机拍摄 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。数码相机中,快门速度 以及光圈值的大小既可以由电子控制也可以机械控制。另外,除了快门速度和光 圈值,还可以通过改变数码相机的相当感光度来控制曝光。目前比较流行的曝光 控制都是遵循 APEX 系统来控制快门，光圈及感光度的组合来实现。 1.1.3 自动白对焦控制的意义 通过自动对焦技术，数码相
13、机可以捕获到更多的照片细节。当前最流行的 对焦技术是爬坡搜索法 1，但在有些场景下会对焦失败。自动对焦技术是计算 10 机视觉和各类成像系统的关键技术之一，在数码相机成像系统中有着广泛的用 途。传统的自动对焦技术较多采用测距法，即通过测出物距，由镜头方程求出系 统的像距或焦距，来调整系统使之处于准确对焦的状态。随着现代计算技术的发 展和数字图像处理理论的日益成熟，自动对焦技术进人一个新的数字时代，越来 越多的自动对焦方法基于图像处理理论对图像有关信息进行分析计算， 然后根据 控制策略驱动电机，调节系统使之准确对焦。 1.1.4 OMAP 平台的优势 德州仪器的移动多媒体处理器芯片 OMAP 系
14、列应用广泛， 由于其强大的数字 信号处理能力，能够比较灵活通过高级语言来实现各种控制算法，移植性强， 具有很好实用性。德州仪器的移动多媒体处理器可以非常低的功耗提供高性能 可编程多媒体功能，它们设计用于支持融合了语音、视频和数据功能的下一代 手持设备。OMAP 的高性能和低功耗使其逐渐成为一种事实上的工业标准。很多 从事移动通信的企业，如诺基亚、索尼-爱立信、NEC、松下等均以宣布其下一 代的移动多媒体应用将基于 OMAP 平台 2。 本课题拟采用德州仪器的移动多媒体处理器芯片 OMAP2430。基于 OMAP2430 多媒体平台上来实现数码拍照，数码摄像的功能，从而实现高性能、多功能的个 人
15、移动多媒体终端，在个人移动多媒体应用上具有广泛的前景。 1.2 数码相机新技术 近来数码相机发展没有了前几年一路高歌猛进的势头，在到达 1200 万像素 的瓶颈后，像素之争就缓慢了下来。除了核心的数字图像处理算法在不段改进， 目前，数码相机展现出多头发展的趋势 3 。 镜头高倍光学变焦：各个厂家都发布高达 18 倍光学变焦的的数码相机。18x 的另一个特点就是光学防抖系统都比较可靠，画质也可以接受，不比低倍光变的 长焦 DC 差；都具有全手动功能，用户的摄影技术可以充分发挥。 高解析度的 LCD：各家厂商都为自家相机使用的 LCD 标上名称，例如佳能的 “晶炫”、奥林巴斯的“超晶”，通过新技术
16、让同等像素下的 LCD 有更好的显示 效果。 面部识别：这是近年来数码相机发展上的一项重要革新，脸部 AF 吸引了大 量消费者升级相机，国外国内的 DC 厂家都为旗下相机添加了这一功能，富士的 11 脸部识别 2.0 技术，在单张脸部的识别上，可以快速识别正侧脸和倾侧的脸部。 在同屏识别脸部的数量方面，则是佳能的面部自动对焦 2.0 技术最为领先，达到 35 人之多。除了常规的脸部识别自动对焦外，索尼与奥林巴斯都推出了笑脸快 门。笑脸快门的工作过程是：脸部 AF 启动后，符合识别条件的脸部笑起来后， 相机会自动进行拍摄，主要是方便用户进行自拍。奥林巴斯甚至更进一步，推出 了脸部后期编辑功能，让用户对脸部进行处理，修改成各种各样的搞怪表情。 连拍速度：为了抢占市场，各家厂商都在连拍速度上卯足了劲，尤其是数码 单反方面相当激烈。佳能于 6 月的时候正式开卖 1D MARKIII，把数码单反的连 拍提升至 10 张/秒，其后更把 40D 的连拍速度也提升至 6.5 张/秒，尼康发布了 具有最高 8 张/秒连拍的 D30
