主頁（http://www.130131.com）：一體化攝像機(jī)中幾種自動(dòng)調(diào)焦法及其特性比較(3)

　　將式(6)代入得

　　式中，

　　對(duì)于沿x方向的灰度階躍這種典型圖像，可以求得微分峰值檢測(cè)法的理論特性為

(17)

　　式中，C為常數(shù);z1為物方離焦量;zm為半焦深。F(K)、E(K)分別為勒讓德形式下的第一、第二類全橢園積分，定義為

　　檢測(cè)特性曲線如圖3所示，這種曲線可分三個(gè)區(qū)段：

　　(1)拋物線區(qū)：

　　該段曲線變換緩慢，呈典型的拋物線規(guī)律。當(dāng)離焦量達(dá)到半焦深zm時(shí)，檢測(cè)特性曲線衰減了總幅值的15%左右，該值可視為微分峰值檢測(cè)法的極限靈敏度。

　　(2)線性區(qū)：

　　該段檢測(cè)特性曲線在這里有一拐點(diǎn)，線性較好，曲線斜率最大。在這里曲線共衰減了總幅值的50%左右

　　(3)雙曲線區(qū)：

　　將式(17)中最后一表達(dá)式以K>>zm代入，可得

　　Q(K)≈ C'/z

　　這是以離焦量為自變量的雙曲函數(shù)。雙曲線規(guī)律緩慢的衰減有效地展寬了微分峰值檢測(cè)方法的檢測(cè)范圍。

　　由圖4可看出，微分法檢測(cè)電路主要由行處理(含微分與行峰值保持電路)、場(chǎng)處理(含場(chǎng)平均與A/D轉(zhuǎn)換電路)與同步邏輯電路三部分組成。其工作過程是：行處理部分首先將視頻窗中的視頻信號(hào)微分獲取微分峰值信息，再經(jīng)行峰值保持器保持后送入場(chǎng)處理電路進(jìn)行平均。場(chǎng)平均電路對(duì)場(chǎng)視頻窗中的微分峰值進(jìn)行平均，并在一場(chǎng)未了的時(shí)候啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，將該場(chǎng)的檢測(cè)信號(hào)送入微型計(jì)算機(jī)中處理。處理后的信號(hào)經(jīng)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)微電機(jī)調(diào)節(jié)物鏡位置，使圖像清晰。

　　微分法控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

　　幾種常用的圖像處理自動(dòng)調(diào)焦法的特性比較

　　上面已分別介紹了常用的基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦法：閾值積分法、高頻通帶法、微分法。從各種方法的算法公式中可知，這三種圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦法各有其特點(diǎn)，經(jīng)比較，其各自特點(diǎn)及適應(yīng)范圍如下。

　　1、閾值積分法

　　該法對(duì)被測(cè)對(duì)象性質(zhì)比較敏感，對(duì)目標(biāo)尺寸較小的圖像適應(yīng)性較好。這種方法是根據(jù)圖像的灰度分布選取一個(gè)閾值，并對(duì)大于閾值的灰度進(jìn)行求和，其最大值即為圖像的調(diào)焦判據(jù)。但該法對(duì)被測(cè)對(duì)象性質(zhì)比較敏感，測(cè)量精度較差一些，對(duì)目標(biāo)尺寸較小的圖像適應(yīng)性較好。

　　2、高頻通帶法

　　高頻通帶法是基于頻域的檢測(cè)方法，也需對(duì)圖像進(jìn)行付里葉變換，以提取其中的高頻成分。該法的檢測(cè)特性較穩(wěn)定，雖然準(zhǔn)確度高，但計(jì)算量大。當(dāng)目標(biāo)尺寸較大時(shí)，由于閾值積分靈敏度下降，高頻通帶法相對(duì)檢測(cè)靈敏度較高。

　　3、微分法

　　該法要優(yōu)于高頻通帶法，即對(duì)圖像進(jìn)行梯度變換，也就是利用了圖像的邊緣增強(qiáng)處理，使聚焦圖像與離焦圖像的評(píng)價(jià)函數(shù)值更加分明，提高了準(zhǔn)確聚焦的靈敏度。

　　微分法在近焦區(qū)的檢測(cè)靈敏度較高，在遠(yuǎn)焦區(qū)域有效范圍較寬。是一種較好的方法。雖然該法形式簡(jiǎn)單有效，即算法簡(jiǎn)單快速，但濾掉圖像中的噪音較差一些。

　　結(jié)語

　　由上述可知，本文突出地介紹了基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦法的幾種聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的計(jì)算式，以及基于圖像處理的幾種常用的自動(dòng)調(diào)焦法的算法公式，并對(duì)其特點(diǎn)作了比較，還指出了各自的適用范圍，供研發(fā)自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)的技術(shù)人員參考。根據(jù)這些算法公式，即可編輯實(shí)用軟件，并固化嵌入DSP系統(tǒng)中，即可形成自已知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。

　　由上還可看出，每種方法也都會(huì)有其不足之處，因此視需要可以其中一種方法為主，再結(jié)合輔以其它改正方法，即可獲得事半功倍的效果。