自動(dòng)聚焦系統(tǒng)中評(píng)價(jià)函數(shù)性能與動(dòng)態(tài)區(qū)域選取的研究.pdf

1、自動(dòng)聚焦是數(shù)字成像系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來得到快速發(fā)展，如今已廣泛應(yīng)用在數(shù)碼照相、顯微成像、醫(yī)學(xué)成像、空間探測、器件檢測、視頻監(jiān)控、計(jì)算機(jī)視覺等各個(gè)領(lǐng)域。自動(dòng)聚焦技術(shù)的好壞，直接影響著成像的質(zhì)量和效率，因此很早就成為人們探索的目標(biāo)和方向?；趫D像處理的自動(dòng)聚焦算法通常分為兩類：離焦深度法和聚焦深度法。離焦深度法是一種從離焦圖像中獲取成像物體深度信息的方法，實(shí)現(xiàn)聚焦速度較快，但精度較低；聚焦深度法是一種建立在搜索基礎(chǔ)上的聚焦方

2、式，通過評(píng)價(jià)拍攝圖像的清晰度以判斷圖像是否精確聚焦，從而驅(qū)動(dòng)鏡頭直至精確聚焦點(diǎn)，精度高，但需要對(duì)多幅圖像進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)并反饋控制鏡頭的移動(dòng)，因此速度較慢。
　　 被動(dòng)式的聚焦深度法，是通過搜尋聚焦評(píng)價(jià)曲線的峰值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦，因其算法靈活且精度高而被多數(shù)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)采用。自動(dòng)聚焦系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊：聚焦區(qū)域選擇、聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)和極點(diǎn)搜索算法。聚焦是針對(duì)興趣區(qū)域的聚焦，聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)完成對(duì)興趣區(qū)域的離焦程度評(píng)價(jià)，極點(diǎn)搜索算法是通過比較評(píng)

3、價(jià)函數(shù)值，反饋控制鏡頭移動(dòng)的步長和方向，直至成像質(zhì)量最佳。
　　 通過光學(xué)成像分析可知，成像鏡頭可以等效為低通濾波器，從而得到自動(dòng)聚焦的原理：圖像的高頻分量豐富，圖像就越清晰；圖像的高頻分量少，圖像就越模糊。因此，聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)通常選取高頻分量作為聚焦程度的量度。為了提高評(píng)價(jià)函數(shù)尖銳性和抗噪聲能力，本文提出了二維加權(quán)DCT評(píng)價(jià)函數(shù)，與常用聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行性能比較和抗噪聲能力測試，實(shí)驗(yàn)表明二維加權(quán)DCT算法和小波變換法具有最佳的尖銳

4、性和抗噪聲能力，且相對(duì)于小波變換法，二維加權(quán)DCT在實(shí)時(shí)性方面更有優(yōu)勢。
　　 由于興趣區(qū)域?yàn)榍熬皥D像區(qū)域，聚焦區(qū)域選擇算法應(yīng)選取前景圖像區(qū)域?yàn)榫劢勾翱?，減少自動(dòng)聚焦過程中的數(shù)據(jù)處理量。本文分析了中心取窗、多點(diǎn)取窗、非均勻采樣窗口和膚色探測等方式的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)這些傳統(tǒng)算法的局限性，提出了基于智能優(yōu)化算法的聚焦區(qū)域自適應(yīng)選擇算法；針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法與人工魚群算法的自身缺陷，在參數(shù)設(shè)置、行為方法等方面進(jìn)行改進(jìn)，避免陷入局部最優(yōu)，從而

5、有效地尋找前后景最佳分割閾值，分割得到前景圖像，然后選取邊緣信息豐富的區(qū)域作為聚焦窗口。實(shí)驗(yàn)證明，無論成像目標(biāo)是否位于視場中心，本文算法可以動(dòng)態(tài)地選取目標(biāo)圖像所在區(qū)域，具有一定的自適應(yīng)能力。
　　 目前，所采用的聚焦方案一般是單一的聚焦深度法或離焦深度法，基本所有的文獻(xiàn)也是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，對(duì)部分模塊算法進(jìn)行優(yōu)化。由此，本文提出一種結(jié)合離焦深度法速度優(yōu)勢和聚焦深度法精度優(yōu)勢的新的聚焦策略，并在理論上給予推導(dǎo)，初步實(shí)驗(yàn)也證明了其