无人机相机自动曝光与自动白平衡算法的研究与实现

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1、分类号:TP39110710-2015124018硕士学位论文无人机相机自动曝光与自动白平衡算法的研究与实现罗青松导师姓名职称王江安讲师申请学位类别工学硕士学科专业名称信息与通信工程论文提交日期2018年4月2日论文答辩日期2018年5月26日学位授予单位长安大学ResearchandimplementationofautomaticexposureandautomaticwhitebalancealgorithmbasedonUAVcameraADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：Luo

2、QingsongSupervisor：Lect.WangJiang’anChang’anUniversity,Xi’an,China摘要近几年，无人机行业蓬勃发展，搭载高清摄像机进行航拍、跟踪、三维重建的无人机大量涌现。无人机按照程序指令完成各项任务，除了一个稳定、可靠的飞行控制系统外，一个实时、高效的相机系统也必不可少。本文针对该相机系统主要从相机的硬件选型以及图像预处理算法两个方面展开探讨和研究。硬件选型方面，根据无人机的工作环境和拍照方式，主要从质量、体积、功耗、性价比等各方面因素考虑选择了合适的镜头、传感器以及图像处理模块。并完成相机组装和相应的

3、光学校正。针对图像预处理算法本文主要对自动曝光和自动白平衡两个算法进行研究与实现。自动曝光算法方面，详细分析了已有的几种自动曝光算法，主要包括亮度均值算法、权重均值算法、直方图法以及基于信息熵的自动曝光算法等。针对现有算法适用范围小、权值确定困难以及计算复杂度高等不足之处，本文提出将图像进行降采样后再进行曝光处理，并在原有信息熵算法基础上加入了合适的算法终止因子。减少了曝光过程中算法迭代次数。最后对比各算法进行评估，证明了改进算法的可行性。自动白平衡方面，将白平衡算法划分为色偏检测和色偏校正两个过程，色偏检测正常的图像不用再进行色偏校正，避免了不必要的步

4、骤。针对色偏检测，提出了一种基于YIQ色彩空间的色偏检测算法，通过计算统计I、Q两个通道色度值均值以及方差得出整幅图像的的色偏因子K，将待检测图像分为正常图像和色偏图像，为了区分色偏图像中的真实色偏图像和本质色偏图像，又提出了基于直方图分布的二次检测过程，在一定程度上提高色偏检测算法的精度；针对色偏校正，在原有灰度世界算法的基础上加入分块权值的过程，剔除了大块单一色块对整幅图像的影响，提高了原有色偏校正算法的校正效果。最后，从主观和客观两个方面对改进算法和原有算法的校正效果进行对比，证明了，改进算法在色偏检测准确率以及色偏校正效果方面都有很大的提升。最后

5、，论文从相机软件系统方面进行分析，结合PC端串口通信工具验证了相机各模块之间通信正常，并将图像处理结果与Matlab仿真结果进行对比，结果显示本文提出的图像预处理算法可用于本无人机相机系统。关键词：无人机，自动曝光，自动白平衡，信息熵，灰度世界iAbstractInrecentyears,theUAVindustryisbooming.UAVswithhigh-definitioncamerasusingforAerialphotography,trackingandthree-dimensionalreconstructionarespringup.I

6、nadditiontoastableandreliableflightcontrolsystem,areal-timeandefficientcamerasystemisalsoessentialforUAVtocompletevarioustasks.Thispapermainlydiscussesandstudiesthecamerasystemfromtwoaspects:thechoiceofhardwareandthedesignofimage.Forhardwareselection,dependingontheworkenvironment

7、andthewaythephotoistakenofUAV,wechoosetheimageprocessingandimageacquisitionmodulemainlyfromtheaspectsofweight,volume,consumption,priceandsoon.Andthenwecompletethetheassembleandopticalcorrectionofthecamera.Forimagepreprocessingalgorithm,thispapermainlystudyandimplementautomaticexp

8、osureandAutomaticwhitebalancealgorithm.I