被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦算法的研究.pdf

1、由于成像目標(biāo)和成像條件的復(fù)雜性，現(xiàn)有數(shù)字成像系統(tǒng)中的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)仍存在各種各樣的缺點(diǎn)，在如何提高對(duì)焦圖像質(zhì)量、如何選擇對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)和對(duì)焦區(qū)域、如何進(jìn)行反饋控制、如何提高對(duì)焦速度以及降低生產(chǎn)成本等方面，還有諸多問題有待解決。 本文針對(duì)以上問題對(duì)被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦算法中涉及的各種關(guān)鍵問題進(jìn)行了仔細(xì)研究，并在以下方面取得了研究成果:a.提出了對(duì)焦圖像預(yù)處理方案，其中主要包括消除光線的影響和消除常見噪聲的影響，從而提高了對(duì)焦圖像的質(zhì)量；b.

2、對(duì)各種常見對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行了仿真對(duì)比研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)Brenner梯度評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)焦速度快、對(duì)焦效果好，被用到了基于PC機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中；c.對(duì)基于黃金分割點(diǎn)的對(duì)焦窗口規(guī)劃方案提出了改良，改良后的黃金分割法對(duì)景物的拍攝對(duì)焦效果很好，因此作為三種對(duì)焦窗口規(guī)劃模式之一被用到了基于PC機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中；d.將人臉識(shí)別的方法應(yīng)用到對(duì)焦窗口的規(guī)劃中，提出了采用皮膚探測(cè)法選擇對(duì)焦窗口的方法，該方案對(duì)人物圖像的拍攝取得了很好的對(duì)焦

3、效果，也作為三種對(duì)焦窗口規(guī)劃模式之一被用到了基于PC機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中；e.針對(duì)傳統(tǒng)爬山算法存在的問題提出了改進(jìn)模型，該模型采用兩次窮舉搜索即可確定最佳成像位置，第一次采用變步長(zhǎng)粗略搜索，第二次用最小步長(zhǎng)細(xì)掃。將改進(jìn)的爬山算法用到基于PC機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，使系統(tǒng)在保證對(duì)焦精度的情況下極大地提高了對(duì)焦速度；f.頻域帶通法是對(duì)CCD輸出的視頻信號(hào)進(jìn)行模擬帶通濾波，提取高頻分量，然后對(duì)高頻分量進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算來構(gòu)建評(píng)價(jià)函數(shù)的一種

4、方法，采用頻域帶通法搭建自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)具有運(yùn)算簡(jiǎn)單和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。本文采用數(shù)字仿真的方法對(duì)頻域帶通法進(jìn)行了研究，在計(jì)算機(jī)中對(duì)采集的數(shù)字圖像進(jìn)行逐行數(shù)字濾波提取高頻信息，對(duì)高頻信息構(gòu)建廠合理的評(píng)價(jià)函數(shù)，并確定了合適的濾波頻點(diǎn)，從而為實(shí)現(xiàn)等價(jià)的模擬硬件電路和設(shè)計(jì)基于頻域帶通法的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)與參數(shù)支持；g.通過對(duì)一幀圖像進(jìn)行二維數(shù)字濾波來提取高頻分量，從而用數(shù)字仿真的方法對(duì)將傳統(tǒng)頻域帶通法擴(kuò)展到二維空間進(jìn)行了探索性的研究，并探討了

5、在二維空間實(shí)現(xiàn)的頻域帶通法的對(duì)焦效果。 在以上對(duì)自動(dòng)對(duì)焦算法各種關(guān)鍵問題進(jìn)行了大量研究的基礎(chǔ)上本文搭建了基于PC機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該系統(tǒng)通過圖像采集卡將攝像機(jī)系統(tǒng)輸出的復(fù)合視頻信號(hào)送入到PC機(jī)，計(jì)算機(jī)分析圖像清晰度，確定控制方案，向單片機(jī)發(fā)出控制命令，由單片機(jī)控制鏡頭電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到搜索到最佳成像位置。根據(jù)前面的研究結(jié)果，該系統(tǒng)的評(píng)價(jià)函數(shù)選用了Brenner梯度評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)焦窗口根據(jù)不同的拍攝物體有三種模式可供人為選擇，分