主頁(yè)（http://www.130131.com）：一種攝像頭自動(dòng)聚焦方法及硬件實(shí)現(xiàn) 傳統(tǒng)的自動(dòng)聚焦可分為主動(dòng)式自動(dòng)聚焦和被動(dòng)式自動(dòng)聚焦兩類。主動(dòng)式自動(dòng)聚焦是利用發(fā)射紅外線或超聲波來(lái)度量被攝物的距離，自動(dòng)聚焦系統(tǒng)根據(jù)所獲得的距離資料驅(qū)動(dòng)鏡頭調(diào)節(jié)像距，從而完成自動(dòng)聚焦；被動(dòng)式自動(dòng)聚焦是通過(guò)接受來(lái)自被攝物的光線，以電子視測(cè)或相位差檢測(cè)的方式完成自動(dòng)聚焦。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖像處理理論的日益成熟，自動(dòng)聚焦技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的數(shù)字時(shí)代，越來(lái)越多的自動(dòng)聚焦算法基于圖像處理理論，改變以往用測(cè)量相機(jī)與被攝物體之間的距離來(lái)進(jìn)行聚焦的方法。傳統(tǒng)的方法不僅使系統(tǒng)龐大笨重，而且有時(shí)還不準(zhǔn)確。數(shù)字圖像處理理論認(rèn)為，圖像聚焦程度(即圖像是否清晰)主要由光強(qiáng)分布中高頻分量的多少?zèng)Q定。高頻分量少則圖像模糊，高頻分量豐富則圖像清晰，在空域表現(xiàn)為圖像的對(duì)比度變化明顯[1]。本文就是利用這一特點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的灰度差分法作為圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的方法。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)成本低、聚焦速度快，且效果良好、應(yīng)用范圍廣泛。 1 圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù) 1.1 傳統(tǒng)的圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù) (2)梯度函數(shù)。在圖像處理中，圖像梯度可以用來(lái)進(jìn)行邊緣提取。離焦量越小，圖像邊緣越鋒利，應(yīng)該具有很大的圖像梯度值。因此，圖像的梯度變化也可以作為評(píng)價(jià)函數(shù)。 (3)圖像灰度熵函數(shù)。聚焦圖像的信息熵要大于離焦圖像的信息熵。因此，圖像的灰度熵也可以作為評(píng)價(jià)函數(shù)。 (4)頻域類函數(shù)。這類函數(shù)主要基于傅里葉變換，傅里葉變換的高頻分量對(duì)應(yīng)著圖像邊緣，而聚焦圖像總是具有鋒利的邊緣，即包含著更多的高頻分量，這樣可以根據(jù)圖像傅里葉變換后高頻分量含量的多少作為評(píng)價(jià)函數(shù)。 1.2 改進(jìn)的圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)
2 自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的組成和原理
系統(tǒng)上電復(fù)位后，DSP接收CCD圖像傳感器輸出的模擬視頻信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、白平衡和亮度/色度等處理后，轉(zhuǎn)換成YUV數(shù)字信號(hào)輸出。在行、場(chǎng)及像素時(shí)鐘信號(hào)的控制下,把亮度信號(hào)（Y）輸入到FPGA中，F(xiàn)PGA統(tǒng)計(jì)相鄰兩場(chǎng)圖像的亮度信號(hào)，并按照本系統(tǒng)提出的圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分析、比較，并把比較結(jié)果輸入到單片機(jī)中。單片機(jī)根據(jù)比較結(jié)果，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和步數(shù)來(lái)控制光學(xué)鏡頭，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦。 在自動(dòng)聚焦系統(tǒng)中，搜索策略通常采用盲人爬山比較法[4]。首先取得起始位置的圖像，并計(jì)算出此時(shí)的評(píng)價(jià)函數(shù)值；然后，讓步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏡頭從起始位置向上移動(dòng)一步，將此時(shí)的圖像與前者比較。若比前者的聚集評(píng)價(jià)函數(shù)值大，就繼續(xù)向上移動(dòng)調(diào)焦鏡頭；如此循環(huán)，直至圖像的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)值小于前一位置，則前一位置就是圖像最清晰的位置，聚焦結(jié)束。該算法簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于圖像采樣、量化及傳輸過(guò)程中各種干擾引起的圖像噪音影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)誤判。因此，本文采用了一種改進(jìn)的盲人爬山比較法，稱為“三點(diǎn)”比較法。該方法在確定鏡頭位置時(shí)，不是僅根據(jù)前后2 次聚焦評(píng)價(jià)值的大小來(lái)確定,而是用3 個(gè)點(diǎn)大小的變化確定曲線的方向，最終確定鏡頭位置。為了敘述清楚，用f1、f2、f3分別表示鏡頭在不同位置時(shí)的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的值，這里只分析f1>f2時(shí)可能出現(xiàn)的情況（當(dāng)f1f2時(shí)，先不進(jìn)行判斷，而是把結(jié)果保存起來(lái)，讓步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)鏡頭向原方向移動(dòng)到位置f3；如果f2>f3，則可以確定聚焦曲線是下降方向，此時(shí)，讓步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏡頭到f1位置；如果f2f3，則認(rèn)為出現(xiàn)“錯(cuò)誤”點(diǎn)，不做判斷，讓鏡頭再向前運(yùn)動(dòng)到f4，再對(duì)f2、f3、f4進(jìn)行三點(diǎn)判別，得到正確的聚焦位置。
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