高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的自動(dòng)聚焦技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化的迅速發(fā)展，以及人們的安全防范意識的大幅度提升，安防領(lǐng)域的發(fā)展取得了重大突破。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(HD IP camera)具有較以前的模擬像機(jī)更高的清晰度、更好的交互性、更強(qiáng)的智能性等優(yōu)點(diǎn)，加之其逐漸降低的價(jià)位，已經(jīng)使其成為安防領(lǐng)域新興的一匹黑馬，它的應(yīng)用正在迅速地普及。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在高端場合的應(yīng)用已經(jīng)占據(jù)了主要地位，包括:高速公路、銀行、遠(yuǎn)程醫(yī)療、安檢關(guān)口等領(lǐng)域，從而引起了各大安防廠家與用戶的青睞和關(guān)注。在很

2、短的時(shí)間內(nèi)，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已經(jīng)成為安防領(lǐng)域的領(lǐng)軍力量之一。
　　自動(dòng)聚焦是HD IP camera中智能化應(yīng)用的一項(xiàng)極其重要的技術(shù)。自動(dòng)聚焦技術(shù)的好壞直接影響著所獲得的圖像質(zhì)量的清晰度。正因如此，自動(dòng)聚焦成為很早就開始研究的一項(xiàng)核心技術(shù)。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展與成熟，成像設(shè)備分辨率的提高與智能化應(yīng)用的普及，各項(xiàng)最新技術(shù)也逐漸應(yīng)用至高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中。這些先進(jìn)的技術(shù)迫切地需要自動(dòng)聚焦技術(shù)的支撐，也促進(jìn)了自動(dòng)聚焦聚焦技術(shù)的快速發(fā)展。它的應(yīng)用

3、已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的數(shù)碼相機(jī)、元器件檢驗(yàn)、醫(yī)學(xué)成像、空間探測、顯微成像，而且延伸到了安全防衛(wèi)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、機(jī)器視覺等領(lǐng)域。
　　對于自動(dòng)聚焦而言，其中包含兩項(xiàng)最主要的技術(shù):一個(gè)是聚焦評價(jià)函數(shù)的選取，另一個(gè)是峰值搜索算法的實(shí)現(xiàn)。
　　本文研究的聚焦評價(jià)函數(shù)包括:灰度方差函數(shù)、梯度函數(shù)、頻域類函數(shù)、熵函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)以及本文采用的TI公司DM368處理器自帶的硬件實(shí)現(xiàn)的AF引擎。針對傳統(tǒng)的聚焦評價(jià)函數(shù)運(yùn)算量大的缺點(diǎn)，選擇TI公司DM3

4、68處理器自帶的硬件實(shí)現(xiàn)的IIR濾波器作為聚焦評價(jià)函數(shù)。經(jīng)過各類聚焦評價(jià)函數(shù)的對比分析，通過層次分析法表明，采用AF引擎作為聚焦評價(jià)函數(shù)能夠更好地滿足高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用。此外，AF引擎的分區(qū)域可控制加權(quán)和可配置的特點(diǎn)，有效地解決了聚焦智能化的問題，使自動(dòng)聚焦算法與場景識別、人臉檢測等智能化算法更容易地結(jié)合，滿足HD IP camera的應(yīng)用，也符合設(shè)備智能化的發(fā)展趨勢。
　　峰值搜索算法的改進(jìn)是在分析傳統(tǒng)峰值搜索算法和聚焦曲線特

5、點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。將聚焦曲線上最佳成像平面附近的區(qū)域取名為聚焦區(qū)，將遠(yuǎn)離最佳成像平面的區(qū)域取名為散焦區(qū)。通過分析得知，聚焦曲線在散焦區(qū)和聚焦區(qū)分別呈現(xiàn)出各自的特點(diǎn)。在聚焦區(qū)選擇傳統(tǒng)的盲人爬山法，在散焦區(qū)選擇基于GM(1，1)預(yù)測模型的峰值搜索算法。本文提出的算法，有效地解決了視頻質(zhì)量反復(fù)變化、峰值搜索時(shí)間長和散焦區(qū)局部極值干擾的問題。
　　此外，本文也介紹了與AF相關(guān)的其他技術(shù)，包括退回檢查最大值法、變步長搜索策略以及場景變化分析

6、等。
　　退回檢查最大值的方法有效地解決了聚焦區(qū)聚焦過程中，場景發(fā)生變化引起的誤聚焦的問題。變步長搜索策略采用實(shí)時(shí)改變步長的策略，提高了峰值搜索過程中的平均速度，保證了AF的實(shí)時(shí)性。場景變化分析有效地觸發(fā)重新聚焦。
　　本文選擇TI公司的TMS320DM368處理器為核心的實(shí)驗(yàn)板，使用其自帶的硬件實(shí)現(xiàn)的雙路IIR濾波器作為聚焦評價(jià)函數(shù)。峰值搜索算法的實(shí)現(xiàn)選擇在PC端運(yùn)行，通過串行接口發(fā)送聚焦命令，最終完成自動(dòng)聚焦。