人们对相机质量的追求永无止境。在广播级和消费类电子中,高清晰度和大分辨率的图像视频已经成为普通的大众消费。并且,随着消费体验的更新,人们对工业摄像机、交通监视摄像机以及航天航空摄像机也提出了类似的要求。作为相机质量提升的关键,相机中图像预处理算法起着决定性的作用。本文基于自主研发的航天高清摄像机的应用需求,对图像预处理算法进行优化。着重针对逆光或外界环境恶劣拍摄时,图像亮度和色彩不真实的问题,进行背光补偿和色彩校正算法的优化改进,提升相机性能。本文的主要工作包括以下几个方面。一、基于航天高清摄像机需求和现有摄像机图像预处理框架的弊端,本文提出了一种改进的图像预处理框架,加入了专门的色彩校正和背光补偿功能模块,改善了摄像机对亮度和色彩的自适应调节能力。二、综合分析已有的背光补偿算法,并结合航天摄像机的特定需求,提出了一种基于图像背光比率的二分法背光补偿算法。首先,根据BBHE算法的思想,提出了一种基于背光比率分割图像的方法,保证分割进行背光补偿后,图像亮度连续自然。然后,把图像的背光和背景区域进行分割,并对分割后的两个子集图像采用BUBO HE实现补偿。利用BUBO HE算法直方图均衡化程度可调的思想,实现根据背光比率,对不同亮度区域做不同程度补偿。较亮背景区维持其基本亮度,背光区则大幅补偿。改进算法对常规的HE补偿方法做了改进,补偿效果更优,适用性更广。三、根据航天相机需求以及已有色彩校正算法存在的缺点,提出了一种基于色彩标准差加权的色彩校正优化算法。首先,本文提出了一种偏色判定方法,实现自适应偏色判定。然后,对灰度世界法做了改进,提出了一种基于色彩标准差加权改进增益系数的方法。同时,为了减小光源色温的影响,对传统线性校正方法中三色彩通道校正系数同等处理的方法做了改进,提出了一种根据图像偏色不同(对应不同色温光源),三色彩通道校正系数加权不同的方法。本文算法不仅提高了校正色差的准确度,并且具有更广的适应性。