图像传感器和图像信号处理器是成像设备的两个重要组成部件，从图像传感器输出的图像视觉效果与现实场景之间存在一定的差距，而图像信号处理器作为一种专用数字集成电路，主要对图像传感器输出的信号进行后期处理，如色彩插值、自动曝光、自动对焦、自动白平衡、色彩校正等操作过程，得到更加接近现实场景的数字图像。鉴于图像信号处理器在成像设备中的重要作用，研究和开发图像信号处理器具有重要的理论意义和市场价值。本文首先简要介绍了选题背景、研究意义、以及国内外研究现状。然后分析了CMOS图像传感器的工作原理及结构；研究了图像信号处理器的总体设计结构，并概述了坏像素检测与补偿、伽玛校正、色彩校正和自动对焦等几个模块在图像信号处理器中的作用和工作原理。重点研究了图像信号处理器中的色彩插值、自动曝光和自动白平衡三个功能模块。针对CMOS图像传感器输出的Bayer排列格式，在分析常用色彩插值方法的基础上，提出了一种改进的自适应色彩插值方法，并通过仿真结果验证了其有效性。分析自动曝光原理，针对自动曝光在摄像机的图像信号处理器中的实际应用需求，提出了一种基于图像内容分析的自动曝光算法，并通过实验结果证明了该算法能够使图像中主体得到理想的曝光。阐述色温及白平衡的相关概念，并在对白色区域白平衡算法深入研究的基础上，提出一种改进的白色区域自动白平衡算法，仿真实验结果表明，该算法具有很好的白平衡效果。