图像处理那些事 曝光的概念

关键词 曝光 图像处理

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    数码相机中,曝光(Exposure)是图像传感器进行感光的过程。在曝光过程中,CCD/CMOS收集光子并转换成电荷;曝光结束后,CCD/CMOS通过一定的方式将电荷移出。

    从光曝光对照片质量的影响很大,如果曝光过度,则照片过亮,失去图像细节;如果曝光不足,则照片过暗,同样会失去图像细节。控制曝光就是控制总的光通量,也就是曝光过程中到达CCD/CMOS表面的光子的总和。

    说完概念，我们来看看三种条件下（曝光不足、正常、过度曝光）的图片，可以很直观的感觉到亮暗的影响。

 亮暗是直觉，那么曝光可以量化吗？当然可以！影响曝光的因素有三个:

1. 光圈。光圈控制光线进入的通路的大小,光圈越大,则单位时间的光通量越大,光圈越小,则单位时间的光通量越小。

2. 曝光时间。也就是快门速度。在数码相机中,可以采用电子快门,也可以采用传统的机械快门。快门速度和光圈大小是互补的,比如,为了加更多的光可以进来。

3. 增益。经过双采样之后的模拟信号的放大增益。由于在对图像信号进行放大的过程中同时也会放大噪声信号,因此通常把放大器增益设为最小,

   说完概念，可以用图片来直觉感官一下，

     首先看看光圈的影响。可以看到光圈越大，曝光越打，画面越亮。

     

     接着，我们可以来看看曝光时间的影响，从左到右，曝光时间变长，可以看到画面亮度逐渐变大。

    最后，我们给增益一个展示的机会，画面中拍摄的对象是火星，从左到右，增益变小，曝光变大，图像的噪声（这里我们理解为模糊程度）明显变小，。

  最后

       一张动态图留念，其中可以看到成像过程。可以看到光线从镜头，到感光，到电信号传播，最后到成像的简单过程。成像过程更完整的，将在后续章节给出

   剧透，下一小节，我们将会关注底层的曝光算法实现。

参考文献：

曝光解释图片来源：

http://www.slrphotographyguide.com/camera/settings/exposure-tips.shtml

曝光连续变化图：

http://pindelski.org/Photography/2012/05/16/pre-ai-s-nikkor-exposure-issues/

曝光影响因素图片分别来自于：wiki,

Optimising planetary camera settings by picking best gain level for imaging

曝光概念取自于：复旦大学博士论文一数码相机处理器设计及系统集成研究