自動(dòng)聚焦原理

基于智能相機(jī)的三可變鏡頭自動(dòng)控制系統(tǒng)KOWA鏡頭有視頻處理電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦博世視頻自動(dòng)光圈/products/japanlens/tlzjlens/1018.html可變（AI視頻）自動(dòng)聚焦變焦鏡頭TM20Z1024AFP自動(dòng)光圈自動(dòng)光圈自動(dòng)（AI視頻驅(qū)動(dòng)）聚焦變焦聚焦變焦電動(dòng)/自動(dòng)/預(yù)置電動(dòng)/預(yù)置/cctv/af.htm▼KZ0660AF系▼KZ0880AF系列▼KZ75112AF系▼KZ10200AF系列▼KZ15300AE系列▼KZ8585AEIR系列▼KZ86154AFIR系列自動(dòng)對(duì)焦原理（轉(zhuǎn)載）此帖對(duì)"”的評(píng)論在數(shù)碼相機(jī)中，對(duì)焦是保證所記錄的影像取得清晰效果的關(guān)鍵步驟。對(duì)焦機(jī)構(gòu)就是用來調(diào)節(jié)鏡頭和CCD之間的距離，使得像平面落在CCD的成像表面。目前，常用的數(shù)碼相機(jī)中多采用自動(dòng)對(duì)焦，即根據(jù)被拍攝目標(biāo)的距離，由電路驅(qū)動(dòng)馬達(dá)移動(dòng)鏡片到相應(yīng)的位置上，從而使被拍攝目標(biāo)自動(dòng)清晰成像。從基本原理來說，自動(dòng)對(duì)焦可以分成兩大類：一類是基于鏡頭與被拍攝目標(biāo)之間距離測(cè)量的測(cè)距自動(dòng)對(duì)焦，另一類是基于對(duì)焦屏上成像清晰的聚焦檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦。測(cè)距自動(dòng)對(duì)焦測(cè)距自動(dòng)對(duì)焦主要有紅外線測(cè)距法和超聲波測(cè)距法。紅外線測(cè)距法該方法的原理是由照相機(jī)主動(dòng)發(fā)射紅外線作為測(cè)距光源，并由紅外發(fā)光二極管間構(gòu)成的幾何關(guān)系，然后計(jì)算出對(duì)焦距離。超聲波測(cè)距法該方法是根據(jù)超聲波在數(shù)碼相機(jī)和被攝物之間傳播的時(shí)間進(jìn)行測(cè)距的。數(shù)碼相機(jī)上分別裝有超聲波的發(fā)射和接收裝置，工作時(shí)由超聲振動(dòng)發(fā)生器發(fā)出持續(xù)超聲波，超聲波到達(dá)被攝體后，立即返回被接收器感知,然后由集成電路根據(jù)超聲波的往返時(shí)間來計(jì)算確定對(duì)焦距離。紅外線式和超聲波式自動(dòng)對(duì)焦是利用主動(dòng)發(fā)射光波或聲波進(jìn)行測(cè)距的，稱之為主動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦。聚焦檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦聚焦檢測(cè)方法主要有對(duì)比度法和相位法a對(duì)比度法該方法是通過檢測(cè)圖像的輪廓邊緣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦的。圖像的輪廓邊緣越清晰，則它的亮度梯度就越大，或者說邊緣處景物和背景之間的對(duì)比度就越大。反之，失焦的圖像，輪廓邊緣模糊不清，亮度梯度或?qū)Ρ榷认陆?；失焦越遠(yuǎn)，對(duì)比度越低。利用這個(gè)原理，將兩個(gè)光電檢測(cè)器放在CCD前后相等距離處，被攝影物的圖像經(jīng)過分光同時(shí)成在這兩個(gè)檢測(cè)器上，分別輸出其成像的對(duì)比度。當(dāng)兩個(gè)檢測(cè)器所輸出的對(duì)比度相差的絕對(duì)值最小時(shí)，說明對(duì)焦的像面剛好在兩個(gè)檢測(cè)器中間，即和CCD的成像表面接近，于是對(duì)焦完成。b相位法該方法是通過檢測(cè)像的偏移量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦的。在感光CCD的位置放置一個(gè)由平行線條組成的網(wǎng)格板，線條相繼為透光和不透光。網(wǎng)絡(luò)板后適當(dāng)位置上與光軸對(duì)稱地放置兩個(gè)受光元件。網(wǎng)絡(luò)板在與光軸垂直方向上往復(fù)振動(dòng)。當(dāng)聚焦面與網(wǎng)絡(luò)板重合時(shí)，通過網(wǎng)格板透光線條的光同時(shí)到達(dá)其后面的兩個(gè)受光元件。而當(dāng)離焦時(shí)，光束只能先后到達(dá)兩個(gè)受光元件，于是它們的輸出信號(hào)之間有相位差。有相位差的兩個(gè)信號(hào)經(jīng)電路處理后即可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)物鏡的位置，使聚焦面與網(wǎng)格板的平面重合。各種自動(dòng)對(duì)焦的特點(diǎn)各種自動(dòng)對(duì)焦方式各有其局限性。例如紅外測(cè)距和超聲測(cè)距的對(duì)焦方法，當(dāng)被測(cè)目標(biāo)對(duì)紅外光或超聲波有較強(qiáng)的吸收作用時(shí)，將使測(cè)距系統(tǒng)失靈或?qū)共粶?zhǔn)確；而對(duì)比度法聚焦檢測(cè)受光照條件的制約，當(dāng)光線暗弱或被攝體與背景明暗差別很小時(shí)，對(duì)焦就會(huì)有困難，甚至失去作用。應(yīng)用分析目前市場(chǎng)的消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)很多采用對(duì)比度法進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦，從對(duì)比度法的原理可知，當(dāng)兩個(gè)檢測(cè)器所輸出的對(duì)比度差值絕對(duì)值最小時(shí)是最佳狀態(tài)，我們假定兩個(gè)檢測(cè)器所輸出的對(duì)比度差值的絕對(duì)值為m,要使m最小，必須多次移動(dòng)鏡頭后再利用差值法逐次逼近.多次移動(dòng)鏡頭需要耗費(fèi)很多時(shí)間，而數(shù)碼相機(jī)對(duì)于對(duì)焦時(shí)間又有一定的要求，這本身是一對(duì)矛盾，所以折中的辦法就是，在滿足使用的情況下，給定一個(gè)值，我們暫且假定為Q,只要m<Q，我們就認(rèn)為是對(duì)焦成功。所以我們可以得出下列結(jié)論：aQ值設(shè)定的越小自動(dòng)對(duì)焦的精度就越高，對(duì)焦的速度越慢。反之Q值越大，對(duì)焦精度就越低，對(duì)焦的速度就越快。b圖像的反差越大，光線強(qiáng)，差值法逐次逼近的速度越快，容易滿足對(duì)焦條件。c圖像的反差越小，光線弱，差值法逐次逼近的速度越慢，不易對(duì)焦，光線很弱時(shí)，根本無法完成對(duì)焦。從而我們即可知道在不同的情況下，根據(jù)我們的需要來設(shè)定這個(gè)Q值，以滿足要求。目前的數(shù)碼相機(jī)的對(duì)焦速度是不可調(diào)整的，已經(jīng)固化在fireware中，但我們可以從相機(jī)的不同設(shè)定中看到對(duì)焦速度的差別。我們可以簡(jiǎn)單將數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用分為以下幾檔：a高精度檔此檔對(duì)焦最慢，對(duì)光線要求高。b普通精度檔此檔對(duì)焦最一般，對(duì)光線要求不是太苛刻。c次精度檔此檔對(duì)焦速度稍快，但精度有所下降。d低精度檔此檔對(duì)焦速度最快，但對(duì)焦的精度很低。實(shí)例說明下面結(jié)合FZ10我們分析一下不同的對(duì)焦速度的應(yīng)用：做為數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用，我們就很容易的將FZ10的各種固化模式進(jìn)行歸類：微距模式就是FZ10的小花模式應(yīng)該屬于高精度檔，一般拍時(shí)光線不錯(cuò)，自動(dòng)對(duì)焦慢點(diǎn)沒關(guān)系，主要是要獲得最高清晰的圖像。A/S/M等FZ10的模式應(yīng)該屬于普通精度檔，這是一種折中的模式，雖然不是最高精度，但可以得到很好的自動(dòng)對(duì)焦速度.跟蹤對(duì)焦模式就是FZ10的運(yùn)動(dòng)拍模式，對(duì)焦速度稍快.FZ10錄像模式精度很低，同時(shí)要求快的對(duì)焦速度，低精度檔對(duì)它適合。后面是二張測(cè)試圖，分別用FZ10的小花模式和M模式，曝光參數(shù)完全相同，用三角架和自動(dòng)對(duì)焦拍攝加自拍，距離約為6m,焦距為432mm.從對(duì)FZ10的實(shí)際測(cè)試，微距模式對(duì)焦速度明顯慢于普通模式，但對(duì)焦的精度高于普通模式自動(dòng)聚焦鏡頭類型就光學(xué)結(jié)構(gòu)而言，AF鏡頭與手動(dòng)聚焦鏡頭沒有什么區(qū)別，但就其機(jī)械結(jié)構(gòu)來看，兩者有所不同。AF鏡頭的設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)在于自動(dòng)聚焦動(dòng)力的傳遞途徑。根據(jù)動(dòng)力源的位置，目前市場(chǎng)上的AF鏡頭分為兩大類：一類是機(jī)身驅(qū)動(dòng)型，鏡頭內(nèi)沒有驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，如美能達(dá)、尼康和潘太克斯等鏡頭；另一類則是鏡頭驅(qū)動(dòng)型，鏡頭內(nèi)有AF馬達(dá)，如佳能EF系列鏡頭。對(duì)于AF變焦鏡頭而言，根據(jù)變焦的動(dòng)力來源，又可分為手動(dòng)變焦鏡頭和電動(dòng)變焦鏡頭兩種。鏡頭的電動(dòng)變焦早就在AF袖珍相機(jī)上實(shí)現(xiàn)了，而可更換AF變焦鏡頭的變焦電動(dòng)化則是近幾年才實(shí)現(xiàn)的。AF鏡頭與手動(dòng)聚焦鏡頭的另一個(gè)區(qū)別點(diǎn)在于AF鏡頭都有電子觸點(diǎn)，用于與機(jī)身交換各種參數(shù)。鏡頭內(nèi)有用于存儲(chǔ)鏡頭焦距、最大最小光圈、最近聚焦距離等參數(shù)的ROM芯片，相機(jī)根據(jù)這些參數(shù)來設(shè)定相應(yīng)的工作方式。如在程序自動(dòng)曝光方式下，根據(jù)鏡頭焦距來選擇相應(yīng)的程序線等。各公司生產(chǎn)的AF鏡頭的觸點(diǎn)數(shù)不盡相同，大都在5至8點(diǎn)之間。從現(xiàn)有AF鏡頭來看，用于交換參數(shù)用的電子觸點(diǎn)數(shù)多數(shù)是在5點(diǎn)或6點(diǎn)，其他多增加的觸點(diǎn)是用來輸送電源動(dòng)力，為鏡頭內(nèi)的馬達(dá)（AF馬達(dá)、變焦馬達(dá)或光圈控制馬達(dá)）提供動(dòng)力能源。機(jī)身驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭機(jī)身驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭的驅(qū)動(dòng)源來自AF單反機(jī)機(jī)身，鏡頭內(nèi)有一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與手動(dòng)調(diào)焦環(huán)相連接，當(dāng)將機(jī)身上的〃MF/AF〃聚焦方式選擇撥桿撥至〃AF〃檔時(shí)，機(jī)身內(nèi)的AF馬達(dá)傳動(dòng)軸就伸出少許，與鏡頭上的傳動(dòng)軸相嵌合，由機(jī)身的AF馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)。在自動(dòng)聚焦時(shí)，鏡頭上的手動(dòng)調(diào)焦環(huán)是在轉(zhuǎn)動(dòng)的。當(dāng)把機(jī)身上的〃MF/AF"撥桿撥至〃MF〃檔時(shí)，機(jī)身上的傳動(dòng)軸收縮，與鏡頭上的齒輪裝置脫開，操作者就可以通過旋轉(zhuǎn)調(diào)焦環(huán)來調(diào)焦，使用方法同手動(dòng)聚焦鏡頭一樣。機(jī)身驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭的剖面圖見圖4-10。機(jī)身驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭內(nèi)部是由齒輪來帶動(dòng)調(diào)焦環(huán)的，在自動(dòng)聚焦時(shí)，手動(dòng)調(diào)焦環(huán)會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在使用AF方式時(shí)，不能觸及鏡頭的調(diào)焦環(huán)。另外由于在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到傳動(dòng)的順暢性，調(diào)焦環(huán)的機(jī)械結(jié)構(gòu)顯得有些松散（與手動(dòng)聚焦鏡頭相比）。鏡頭驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭鏡頭驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭的工作原理就不同了，機(jī)身只向鏡頭傳送聚焦信號(hào)和電源動(dòng)力，全部機(jī)械運(yùn)動(dòng)均在鏡頭內(nèi)完成，鏡頭與機(jī)身沒有任何機(jī)械聯(lián)系。被動(dòng)式自動(dòng)聚焦/autofocus3.htm被動(dòng)式自動(dòng)聚焦通常由單反(Single-LensReflex,SLR)自動(dòng)聚焦相機(jī)采用，它通過對(duì)圖像本身進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析來確定物體的距離。相機(jī)實(shí)際上是對(duì)著場(chǎng)景前后移動(dòng)鏡頭來搜索最佳聚焦點(diǎn)。典型的自動(dòng)聚焦傳感器是電荷耦合器件(Charge-CoupledDevice,CCD)，用于為計(jì)算實(shí)際畫面元素的對(duì)比度提供數(shù)據(jù)。CCD通常是由100或200個(gè)像素組成的單條像素帶。場(chǎng)景的光線一照射到此像素帶，微處理器即查看每個(gè)像素的值。下面的圖像有助于理解相機(jī)看到的內(nèi)容：焦點(diǎn)外場(chǎng)景焦點(diǎn)外像素帶

焦點(diǎn)內(nèi)場(chǎng)景焦點(diǎn)內(nèi)像素帶相機(jī)中的微處理器將查看像素帶，并查看相鄰像素間的強(qiáng)度差異。如果場(chǎng)景在焦點(diǎn)之外，則相鄰像素具有非常相似的強(qiáng)度。微處理器移動(dòng)鏡頭，再次查看CCD的像素以了解相鄰像素間的強(qiáng)度差異是增大還是變小。然后，微處理器會(huì)搜索相鄰像素間具有最大強(qiáng)度差異的點(diǎn)，即最佳聚焦點(diǎn)。請(qǐng)看以上兩個(gè)紅框中的像素差異：在上面的框中，相鄰像素間的強(qiáng)度差異很小，而在下面的框中則很大。這就是微處理器在前后操縱鏡頭移動(dòng)的過程中所要尋找的內(nèi)容。被動(dòng)式自動(dòng)聚焦必須在有光線和圖像對(duì)比的條件下才能正常工作。為了能夠提供對(duì)比，圖像中必須有細(xì)節(jié)內(nèi)容。如果嘗試拍攝一堵白墻或單一顏色的大型對(duì)象，則相機(jī)會(huì)由于無法比較相鄰像素而不能聚焦。被動(dòng)式自動(dòng)聚焦沒有物距限制，而主動(dòng)式自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的紅外線有物距限制。被動(dòng)式自動(dòng)聚焦通過窗戶也可以很好地發(fā)揮作用，這是因?yàn)榇讼到y(tǒng)透過窗戶查看物體的方式就和你透過窗戶看物體一樣。被動(dòng)式自動(dòng)聚焦系統(tǒng)通常對(duì)垂直細(xì)節(jié)有反應(yīng)。當(dāng)水平持握相機(jī)時(shí)，被動(dòng)式自動(dòng)聚焦系統(tǒng)要聚焦地平線上的小船會(huì)很困難，卻可以輕易聚焦旗桿或任何其他垂直內(nèi)容。如果按照慣常方式水平持握相機(jī)，則將聚焦在物體外表面的垂直邊緣上。如果垂直持握相機(jī)，則將聚焦在水平細(xì)節(jié)上。為了解決此問題，在新設(shè)計(jì)的、更昂貴的相機(jī)上同時(shí)配備了垂直傳感器和水平傳感器。不過，為了使相機(jī)的傳感器能夠聚焦具有單一顏色的對(duì)象，仍然需要相機(jī)使用者進(jìn)行適當(dāng)操作。通過取景器查看空白墻壁上的一幅小畫或電燈開關(guān)，就可以知道相機(jī)自動(dòng)聚焦傳感器所覆蓋的范圍。從左向右移動(dòng)相機(jī)，查看自動(dòng)聚焦系統(tǒng)在何處變得無法工作。自動(dòng)聚焦既編輯本段自動(dòng)聚焦AutomaticFocu本內(nèi)容做說的自動(dòng)聚焦其作用就是自動(dòng)聚焦相機(jī)鏡頭。同樣也稱“AutoFocus”自動(dòng)將相機(jī)鏡頭聚焦到被攝物體。最常見的系統(tǒng)之一就是“主動(dòng)式自動(dòng)聚焦”，通過由相機(jī)發(fā)射紅外線、超聲波或其它聲波至計(jì)算聚焦距離。同樣，也可通過“相位微分檢測(cè)”根據(jù)從被攝物體反射回來的紅外線相位微分計(jì)算距離。另一種方式就是“紅外亮度檢測(cè)”，通過CCD的圖像對(duì)比度的差異計(jì)算范圍。自動(dòng)對(duì)焦(AutoFocus)1。 主動(dòng)式：相機(jī)上的紅外線發(fā)生器、超聲波發(fā)生器發(fā)出紅外光或超聲波到被攝體。相機(jī)上的接受器接受反射回來的紅外光或超聲波進(jìn)行對(duì)焦，其光學(xué)原理類似三角測(cè)距對(duì)焦法.主動(dòng)式中又有能量法，用于低檔普及型相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦，廣泛用于各種平視取景相機(jī).主動(dòng)式對(duì)焦對(duì)斜面,光滑面對(duì)焦困難.對(duì)亮度大，遠(yuǎn)距離的被攝體對(duì)焦困難.這是由于發(fā)出的光被反射到其它方向，或達(dá)不到被攝體所至.主動(dòng)式由于是相機(jī)主動(dòng)發(fā)出光或波，所以可以在低反差、弱光線下對(duì)焦.對(duì)細(xì)線條的被攝體，對(duì)動(dòng)體都能自動(dòng)對(duì)焦.缺點(diǎn)是當(dāng)被攝體能吸收光或波時(shí)對(duì)焦困難，還會(huì)被玻璃反射故透過玻璃對(duì)焦困難。2。 被動(dòng)式：即直接接收分析來自景物自身的反光，進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦的方式.這種自動(dòng)對(duì)焦方式的優(yōu)點(diǎn)是；自身不要發(fā)射系統(tǒng)，因而耗能少，有利于小型化.對(duì)具有一定亮度的被攝體能理想的自動(dòng)對(duì)焦，在逆光下也能良好的對(duì)焦.對(duì)遠(yuǎn)處亮度大的物體能自動(dòng)對(duì)焦。能透過玻璃對(duì)焦.但缺點(diǎn)是對(duì)細(xì)線條的被攝體自動(dòng)對(duì)焦較困難.在低反差，弱光下的對(duì)焦困難.對(duì)動(dòng)體自動(dòng)對(duì)焦能力差.對(duì)含偏光的被攝體自動(dòng)對(duì)焦能力差.黑色物體或鏡面的對(duì)焦能力差。。主動(dòng)、被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦方式各有千秋，好在一般單反照相機(jī)上都有二種自動(dòng)對(duì)焦方式，可以互補(bǔ)使用，自動(dòng)切換，發(fā)揮其強(qiáng)項(xiàng)，克服其弱點(diǎn).單反相機(jī)上多使用被動(dòng)式對(duì)焦方式，所以其對(duì)焦受最大光圈數(shù)的限制.光圈小于F8時(shí)自動(dòng)對(duì)焦困難.為此，大多數(shù)單反相機(jī)都有自動(dòng)對(duì)焦輔助光(Autofocusaidlights)發(fā)射器發(fā)射帶紅外帶條紋的光束，幫助對(duì)不同質(zhì)地的被攝體自動(dòng)對(duì)焦。在光線足夠亮?xí)r這些輔助光是不工作的。使用時(shí)需要注意的是；由于主動(dòng)式的發(fā)射窗在相機(jī)的右邊，所以在握相機(jī)時(shí)不要讓手擋住發(fā)射窗.擋住發(fā)射窗時(shí)對(duì)不上焦.專業(yè)相機(jī)機(jī)身上沒有發(fā)射輔助光的發(fā)射窗，只有裝上閃光燈，利用燈上的發(fā)射窗發(fā)射輔助光進(jìn)行主動(dòng)對(duì)焦.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)聚焦是通過接受來自被攝物的光線，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)理想的圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)應(yīng)該具有以下特性［2］：（1）無偏性，即只有在聚焦處評(píng)價(jià)函數(shù)才取極值；（2）單峰性，即評(píng)價(jià)函數(shù)只有一個(gè)極值點(diǎn)；（3）高信噪比，即在較高的干擾條件下，保證系統(tǒng)能夠正確檢測(cè)到離焦信號(hào)；（4）計(jì)算量小，即能通過較少的計(jì)算，快速得出評(píng)價(jià)函數(shù)的結(jié)果。1.1傳統(tǒng)的圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)函數(shù)分為以下幾類:灰度變化函數(shù)。聚焦圖像比離焦圖像包含更多的灰度變化，這樣圖像灰度值的變化可以作為評(píng)價(jià)函數(shù)。梯度函數(shù)。在圖像處理中，圖像梯度可以用來進(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)。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)。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)常用的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)有以下幾種方法：高頻分量法、平滑法、閾值積分法、灰度差分法、拉普拉斯像能函數(shù)等。這里主要介紹灰度差分法?；叶炔罘址ǎ?］是一種形式簡(jiǎn)單但很有效的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，它利用圖像的相鄰像素差的絕對(duì)值之和作為聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，即：m￡ILs7b"-E+Fm./i|［tn當(dāng)圖像聚焦清晰時(shí)，F(xiàn)(x，y)最大。但是，對(duì)于亮度變化比較均勻的圖像，灰度差分法計(jì)算所得的數(shù)據(jù)值之間差異較小，經(jīng)常出現(xiàn)不符合單調(diào)要求的點(diǎn)，其聚焦效果不好，不能明顯反應(yīng)出鏡頭在不同位置上獲得的圖像質(zhì)量。因此，本文提出了一種改進(jìn)的方法作為圖像的清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，即將一場(chǎng)圖像所有像素的亮度值與周圍相近像素的亮度值差的平方和作為圖像的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算相鄰?fù)瑘?chǎng)圖像評(píng)價(jià)函數(shù)的值，根據(jù)比較結(jié)果由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和步數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦。實(shí)

驗(yàn)表明，該方法很好地解決了灰度差分法經(jīng)常出現(xiàn)不單調(diào)的缺點(diǎn)，聚焦效果良好。改進(jìn)的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)如下：（21其中：f（x，y）表示為第x行、第y列像素的亮度值。本算法選取了鄰近的兩個(gè)像素作比較（像素分別是f（x，y）像素的左側(cè)和上側(cè)），與灰度差分法相比，有著更好的單峰、單調(diào)和對(duì)稱性。2自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的組成和原理本系統(tǒng)主要由CCD攝像機(jī)、帶步進(jìn)電機(jī)的光學(xué)鏡頭、FPGA和單片機(jī)控制電路組成。C鏡頭CD攝像機(jī)采用SONY公司推出的SONY47WCCD套件，該套件支持的最高分辨率為752x582并支持ITU-REC656YUV數(shù)字信號(hào)輸出。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。鏡頭FPGA

自動(dòng)聚薛

處理存序系統(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)（丫）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，通過步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和步數(shù)來控制光學(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