数字成像中的自动对焦技术.pdf

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1、数字成像中的自动对焦技术冯华君李奇徐之海浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江，杭州，310027摘要：本文详细介绍了作者在自动对焦领域的工作，对数字成像系统自动对焦的原理和研究现状进行了简单的介绍，重点讨论了图像清晰度评价标准，分析了对焦窗口选择的必要性，指出了传统方法只对特定成像目标才能取得较好的效果，然后对不同成像目标的对焦窗口选择策略进行了讨论；对成像主体在图像中心区域的情况作了分析，提出了探测图像中的皮肤区域来选择对焦窗口的方法、提出了跟踪拍摄者瞳孔来选择对焦窗口的方法。最后用DSP控制实现了数字成像系统自动对焦。关键词：自动对焦、对焦窗

2、口、DSP控制Auto-FocustechniqueindigitalimagingsystemsFengHuajun,LiQi,XuZhihaiStateKeyLabofModernOpticalInstrumentationZhejiangUniversity,Hangzhou,310027Abstract:Thispapersummarizestheauthor’sresearchaccomplishmentsontheprojectof“Auto-focusingtechniqueinDigitalImagingSystems”.First,

3、thepaperbriefstheprinciplesandresearchstatusofauto-focusindigitalimagingsystems.Onthebasisofthemodelthenecessitytoselectfocuswindowsareexpatiated,andthelimitsofthetraditionalmethodsareshown.Thenthegeneralstrategiestochoosefocuswindowsarebroughtforward,especiallyfortheinstanceth

4、atthemainobjectisinthecenteroftheimage.Selectingskinareasinimagesasfocuswindowsareputforwardforimageswhereimagingobjectsaremen.Trackingpupilsofphotographerstoselectfocuswindowsareproposed.Lastly,anautofocussystemcontrolledbyDSPhasbeencompleted.Keywords:Auto-Focus,focuswindow,DS

5、P自动对焦是现代成像系统中必不可少的关键技术，数字成像系统中的自动对焦问题受到人们的普遍关注。虽然自动对焦的产品早已面市，但即使是市场上销售量很大的产品（如FujiA303数码相机），也还存在对焦失效的情况，如目标为横向线条（如百叶窗）、目标对比度较差、透过玻璃（如窗户）看到的目标等。因此自动对焦技术还远未解决。本文介绍本实验室开展的自动对焦方面的一些成果。1国内外现有的主要方法实现自动对焦的方法有很多，基于图像处理的智能化方法是重中之重，有速度快、精度高、体积小等优点。数字成像系统用CCD或CMOS代替了传统的底片将景物图像信息以数字化形式记录下来

6、。如果采用传统的对焦方法会使系统变得较为复杂，所以利用CCD所获得的数字图像信息来实现智能化对焦则变得十分重要。在基于图像处理的数字成像自动对焦方法中，比较典型的有对焦深度法、离焦深度法两种。对焦深度法是一种建立在搜寻过程上的对焦方式。它通过改变镜头的位置获得一系列模糊程度不等的图像。通过计算每幅图像的清晰度评价值构成对焦评价曲线，最终移动镜头到曲线的最大值对应的位置（即最佳对焦位置）。为了能准确地探测峰值的位置，减少由于噪388声产生的局部极值以及边缘凸出效应的干扰，可以使用Fibonacci搜寻法以及曲线拟合法。精确对焦的图像比存在一定模糊量的图

7、像具有更好的图像对比度，因此可以利用各像素间的灰度变化关系来分析图像是否达到良好的对焦。另一种评价方法是功率谱。功率谱是空间自相关函数的傅立叶变换。空间自相关函数表征空间两点之间场的相似性或关联性，它是场的空间相干性的度量。当场相干性较高时，功率谱的弥散较小，光功率在空间频域内集中在较小的区域中；反之，相干性较差时，光功率比较分散。因此，当一幅图像准确对焦呈现清晰的结构和边缘时，它的自相关曲线顶部窄而高；如果图像模糊，则自相关曲线顶部宽而低，对焦最清晰的图像就对应着顶峰最尖锐的自相关曲线。离焦深度法是一种从离焦的图像中获得物体深度信息的方法。这种方法

8、要求根据摄像参数建立正确的离焦模型并需要对系统精确校准。对图像的局部区域进行处理和分析，确定其模糊程度以及深