基于圖像處理的自動(dòng)聚焦理論研究.pdf

1、基于圖像處理的自動(dòng)聚焦方法是建立在圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)之上的光學(xué)成像系統(tǒng)中的對(duì)焦方法。該方法通過分析光學(xué)成像系統(tǒng)采集的圖像信息，評(píng)估當(dāng)前成像系統(tǒng)的對(duì)焦程度，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像系統(tǒng)的對(duì)焦過程。由于基于圖像處理的自動(dòng)聚焦方法在聚焦過程中無需額外的距離測(cè)量設(shè)備，能有效提高光學(xué)成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量和效率，已被廣泛運(yùn)用于攝影攝像、自動(dòng)化生產(chǎn)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、機(jī)器視覺、紅外探測(cè)等需要快速頻繁地進(jìn)行聚焦的場(chǎng)合。
　　基于圖像處理的自動(dòng)聚焦方法分為聚焦深度法

2、(Depth from Focus，DFF)和離焦深度法(Depth from Defocus，DFD)兩類。為了進(jìn)一步提高基于圖像處理的自動(dòng)聚焦方法的聚焦效率，本文在分析該兩類聚焦方法的實(shí)現(xiàn)原理及實(shí)現(xiàn)過程的基礎(chǔ)上,提出了一種結(jié)合DFF與DFD聚焦方法的快速自動(dòng)聚焦算法。該算法在搜索圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)峰值位置確定最佳成像位置的過程中，通過一種新型的聚焦位置離焦量估計(jì)方法設(shè)置搜索步長(zhǎng)，可快速完成自動(dòng)聚焦過程。本文詳細(xì)的研究工作和成果如下：

3、
　?、偬岢隽艘环N基于DFD的快速聚焦位置離焦量的估計(jì)方法。該方法通過兩幅離焦圖像中同一位置滿足約束條件的兩像素值的比值估計(jì)該兩幅離焦圖像中擴(kuò)散參數(shù)的比值，并利用模糊圖像的離焦量與擴(kuò)散參數(shù)(彌散斑半徑)的解析關(guān)系，快速給出當(dāng)前聚焦位置離焦量的估計(jì)值，并根據(jù)該估計(jì)值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦過程中的搜索步長(zhǎng)的設(shè)置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在不同聚焦位置得到的離焦量估計(jì)值，對(duì)于搜索步長(zhǎng)的設(shè)置均具有良好的參照性。
　?、跒榱吮ＷC聚焦過程中搜索方向判

4、斷的正確性，避免圖像噪聲對(duì)搜索方向判斷的影響，本文設(shè)計(jì)了一種聚焦位置區(qū)域劃分方法，該方法首先將整個(gè)聚焦區(qū)域劃分為遠(yuǎn)離正焦位置的區(qū)域和靠近正焦位置的區(qū)域，再根據(jù)當(dāng)前聚焦位置的離焦量的估計(jì)值確定當(dāng)前位置所在區(qū)域。在遠(yuǎn)離正焦位置的區(qū)域通過增大搜索步長(zhǎng)來避免圖像噪聲對(duì)搜索方向判斷的影響；在靠近正焦位置的區(qū)域則不考慮噪聲影響，直接進(jìn)行方向判斷。
　?、蹫樘岣咦詣?dòng)聚焦效率，本文設(shè)計(jì)了一種聚焦過程中搜索步長(zhǎng)的設(shè)置方法。該方法通過當(dāng)前聚焦位置離焦

5、量的估計(jì)值的一定比例實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)搜索步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)搜索步長(zhǎng)的自適應(yīng)設(shè)置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該步長(zhǎng)設(shè)置方法選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)設(shè)置步長(zhǎng)，能顯著減少圖像采集次數(shù)，與傳統(tǒng)等步長(zhǎng)的搜索方法相比，可提高3~5倍的聚焦速度。
　?、鼙容^了兩種聚焦窗口選取方法，給出了不同聚焦環(huán)境下聚焦窗口選取的依據(jù)，并為本文顯微聚焦實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了聚焦窗口選取方案。
　　⑤針對(duì)顯微聚焦實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種在小景深、多目標(biāo)成像條件下的自動(dòng)聚焦方法。該方法先通過輪廓提取劃分