數(shù)字圖像自動調(diào)焦技術(shù)及其在低光照環(huán)境下的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展，消費級數(shù)碼相機和拍照手機的設(shè)計愈發(fā)著重于提供友好的用戶體驗和簡易的產(chǎn)品操作。自動調(diào)焦作為成像的關(guān)鍵技術(shù)，能在盡可能少的用戶干預(yù)的情況下生成高質(zhì)量、清晰、重點突出的圖像和視頻。經(jīng)過多年的發(fā)展，盡管自動調(diào)焦方法已作為標(biāo)準(zhǔn)功能在數(shù)碼相機中得到了實際應(yīng)用，然而在配備了高分辨率和高像素圖像傳感器的數(shù)碼相機和拍照手機中自動調(diào)焦技術(shù)依舊是一個相對較新的和必要的功能。從目前的情況來看，自動調(diào)焦技術(shù)存在著調(diào)焦速度較慢、功耗

2、較高和容易受到光照條件影響等問題。因此迫切需要對自動調(diào)焦技術(shù)進行廣泛深入的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用的研究。
　　 本文主要針對可見光和低光照環(huán)境下自動調(diào)焦技術(shù)中的聚焦區(qū)域選擇、聚焦評價函數(shù)和峰值搜索算法等理論問題進行深入研究。具體工作及創(chuàng)新點歸納為以下四方面:
　　 (1)基于信息熵的聚焦區(qū)域選擇方法
　　 聚焦區(qū)域的選擇對基于圖像的自動調(diào)焦系統(tǒng)的運行速度、效率以及準(zhǔn)確性都至關(guān)重要。在選擇聚焦區(qū)域的過程中，需要考慮光學(xué)成像

3、設(shè)備與目標(biāo)區(qū)域之間的運動關(guān)系、光照條件的影響以及其它一些客觀因素。針對現(xiàn)有聚焦區(qū)域選擇方法存在的聚焦速度偏慢、系統(tǒng)實時性較差等問題，提出一種基于信息熵的聚焦區(qū)域選擇方法。首先將預(yù)覽圖像劃分成小的圖像塊，并分別計算各個圖像塊內(nèi)的像素在拉普拉斯分布模型中的時序變化;然后分析各個圖像塊對應(yīng)的信息熵及其對應(yīng)圖像中的邊緣區(qū)域，從而分割出前景感興趣窗口并得到聚焦區(qū)域。
　　 (2)基于改進信息熵的聚焦評價函數(shù)
　　 準(zhǔn)確評價圖像的清

4、晰程度是獲取高質(zhì)量圖像的關(guān)鍵因素。聚焦評價函數(shù)需要充分利用圖像均勻區(qū)域的特性，并適應(yīng)不同拍照環(huán)境對成像帶來的影響。為了克服成像設(shè)備抖動和噪聲等因素給自動調(diào)焦技術(shù)的準(zhǔn)確性帶來的影響，提出一種基于改進信息熵的聚焦評價函數(shù)。利用此聚焦評價函數(shù)計算各個圖像塊的聚焦程度，并將相鄰鏡頭位置對應(yīng)的圖像塊的數(shù)值進行加權(quán)平均，從而得到該圖像塊對應(yīng)的聚焦測度特征值。這個方法能有效克服成像設(shè)備抖動和噪聲等因素的影響，通過減少函數(shù)曲線上的局部極值點和平原區(qū)域，

5、來增強函數(shù)曲線的單峰性特征。
　　 (3)基于雙重聚焦區(qū)域的峰值搜索算法
　　 自動調(diào)焦系統(tǒng)的運行速度和功耗均極大依賴于峰值搜索算法的性能。利用模糊的、含噪聲的圖像序列來確定焦點所在的位置是一項重要的研究內(nèi)容。現(xiàn)有基于爬山法的峰值搜索算法在應(yīng)對成像設(shè)備抖動和噪聲影響方面存在著較大的不足，容易受初始搜索位置和局部極值點等因素的干擾。為了克服初始搜索位置和局部極值敏感的問題，提出了一種基于雙重聚焦區(qū)域的峰值搜索方法來提高算法

6、的速度和準(zhǔn)確性。
　　 (4)自動調(diào)焦技術(shù)在低光照環(huán)境下的應(yīng)用
　　 基于圖像的自動調(diào)焦技術(shù)在低光照條件下受到噪聲影響時，由于信噪比較低而可能影響到自動調(diào)焦系統(tǒng)的正常運行。本文研究并比較了現(xiàn)有的聚焦評價函數(shù)在低光照條件下的性能。在充分考慮低光照環(huán)境中圖像內(nèi)容和噪聲之間關(guān)系的情況下，提出了兩種針對低對比度圖像的聚焦測度標(biāo)準(zhǔn)。此外，為了改進自動調(diào)焦技術(shù)在低光照環(huán)境下的性能，提出了一種魯棒的被動式自動調(diào)焦算法。首先使用改進的高