数码相机曝光时间及测试技巧分析

数码相机曝光时间及测试方法分析-旅游管理

数码相机曝光时间及测试方法分析

吕军胡醒

数码相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机，被称为数字相机。而曝光时间则是影像相机成像质量的重要参数之一。由于方法和设备缺失，数码照相机曝光时间没有统一的测试方法。本文通过分析数码相机曝光时间的相关概念，提出数码相机曝光时间测试方法，以期能给企业产品研发、质量控制提供参考。

一、数码相机曝光时间概述

目前，虽然我国先后出台了很多国家标准和行业标准，但数码照相机曝光时间至今没有统一的测试方法。因此，开发新型免拆卸的测试方法是亟待解决的问题。照相机快门的种类很多，按照照相机快门的位置不同，相机快门通常分为焦平面快门和镜头快门。焦平面快门有固定的狭缝幕帘式、可调狭缝幕帘式、钢片式、转盘式等多种结构，位于焦平面附近，其共同特征是整个像面曝光所需时间大于任何一点曝光所需时间，像面上个点不在同一时间曝光。而镜头快门包括镜前、镜间、镜后三种形式，位于镜间及镜头附近，其共同特点是像面上各点同时或几乎同时曝光。

曝光时间是快门打开的持续时间，被称为快门速度，是为控制感光材料或感光元器件上的曝光量。电子快门是通过控制电子信号的通断而控制感光元件状态实现的，是数码照相机独有的快门方式。由于完全没有机械结构，可以很快地影响捕捉频率，快门速度极高。且由于无机械快门遮光，读取曝光资料时，在极端曝光环境下，易受外部持续照射的环境光干扰，容易产生感光元件暗电流校准不

良。但利用这种设计，很多注重成本控制的数码照相机会降低快门成本，通常较为经济的普通相机均采用电子快门。同时搭配成本较低的机械快门也可兼顾品质，通常采用电子机械混合式快门控制曝光时间，而很多高档专业级相机和单反相机都采用机械快门。

二、如何测试数码照相机曝光时间

传统胶片相机曝光时间的测试原理是打开相机的胶片后盖，在胶卷的位置上，不安胶卷，安装光电接收器，通过测量光电接收器的感光时间，或安装一个贴附着胶片的转鼓，观察鼓上胶片的曝光长度进行测试。是按照JBT8250.1-1999《照相机快门时间测试方法》进行测试。但数码照相机的胶片位置不能打开，因此可以采用以下几个方法。

（一）辅助快门法

根据曝光量（H）曝光时间（t）与像面照度（E）的乘积可知，如果相机的感光度、光圈等各项参数确定不变，照明光源的量度稳定，光谱成分恒定时，曝光量只与像面曝光时间有关，像面照度是一个恒定量，即：

其中，在标定曝光时间下辅助快门的曝光量为Hs；在某曝光时间下待测相机的曝光量为Hm，待测相机的曝光时间为tm，辅助快门的标定曝光时间为ts。

这种检测方法由中国计量科学研究院研究人员提出。如果以拍摄图像的灰度表示曝光量，根据公式（2）可以计算得到待测相机的曝光时间。受光源的稳定

性和均匀性等因素的影响，辅助快门测定数码相机曝光时间对测试装置各个测量单位的基本性能具有很高的要求，难以在企业生产等领域中推广。

（二）动态目标拍摄法

不管是机械式快门还是电子快门，CCD传感器在快门开启的时候会接受到入射光线，对于运动的物体，快门关闭则光线入射停止，记录其运行轨迹。如果设置点光源旋转一周的时间大于曝光时间，那么当数码相机拍摄旋转点光源时，获得的图像中点光源轨迹与曝光时间存在以下关系：

T=W/V （3）

其中曝光时间为T；光源旋转速度为V；影像轨迹角度为W。

动态光源箱由光源、旋转马达、数显装置及屏幕等组成，动态目标拍摄法需要依托自行研制的动态光源箱进行。光源发出的激光光束经过滤光片组，经反射光路送到屏幕上，同时为使屏幕上的光斑做圆周运动，由旋转马达驱动反射光路的某一部分。首先在待测快门速度下，为使数码照相机对动态光源箱正确曝光，要调节动态光源箱的光源转速，然后为最终得到数码照相机的曝光时间值，通过对摄得影像进行图像处理，分析计算。另外，在图像处理技术的基础上，为实现光源运动轨迹角度的测量，采用Visual Basic变成软件，对所得图像进行量化分析。处理工作分为四部分。（1）提取每个像素点的亮度信息，对图像进行灰化，即图像预处理。（2）提取光源运动轨迹轮廓，运用canny算子进行边缘检测，即特征提取。（3）激光点光源近似为圆形，为获得端点圆弧的圆心坐标，所得运动轨迹两端点以近似圆弧形成立，并作为计算运动轨迹弧度的起点和终点，即识别分析。（4）计算目标数据。由于图像处理的不确定度分量和实践装置转速的不确定度分量构成了动态目标拍摄法的不确定度。而最终结果的不确定度受边缘检

测的准确性和光轨端点拟合误差的影响很大，提高时间装置的转速会大幅降低曝光时间测试结果的不确定度。因此，本方法在测试过程中，时间装置以较高转速工作是进一步优化该方法的思路和方向，提高测试结果的准确度，是优化边缘检测算子、改进拟合的方案。

（作者单位：浙江省永康市公安局刑事科学技术室）