一體化攝像機中幾種自動(dòng)調焦法特性比較

　　隨著(zhù)光電圖像拾取技術(shù)和數字圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，基于圖像處理的數字圖像自動(dòng)調焦技術(shù)也獲得快速發(fā)展，并成為圖像測量技術(shù)、計算機視覺(jué)技術(shù)等的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　自動(dòng)調焦技術(shù)是從20世紀70年代后期發(fā)展起來(lái)的，到現在已經(jīng)日臻成熟，并在攝影攝像系統中獲得了廣泛的應用。如自動(dòng)照相機、數碼相機、攝像機(含監控系統中的一體化攝像機)、用于網(wǎng)上視頻圖像通信的作為計算機外設的USBVideoCamera以及用于圖像檢測中的其它攝影攝像設備等。

　　由應用光學(xué)中知，攝影物鏡成像有下列公式

　　式中，D為物距;d為像距;f為透鏡焦距。

　　由式(1)可知，當物距D發(fā)生變化時(shí)，由于物鏡的焦距f不變，要獲取清晰的像，就需要改變像距d。但絕大多數光電成像系統的像距d是固定的，這就需要調整物面沿光軸的位置。所謂調焦，就是指沿光軸方向改變物面或鏡頭的位置，使物像關(guān)系滿(mǎn)足公式(1)，以獲取清晰的圖像。

　　調焦有手動(dòng)與自動(dòng)兩種：手動(dòng)調焦靠人眼目視檢測與手動(dòng)調節，其效率低、精度差;自動(dòng)調焦則包括信號自動(dòng)檢測與自動(dòng)調整，其特點(diǎn)是效率高、精度高，但結構比較復雜。因此，自動(dòng)調焦系統就是要代替原來(lái)的手動(dòng)調節，先自動(dòng)檢測光電圖像信號，再根據檢測的情況自動(dòng)調節攝像鏡頭和感光面之間的距離，并使得像平面落在感光面上。顯然，這種自動(dòng)調節需要用到電機，通常使用微型伺服電機或微型步進(jìn)電機，用它們去驅動(dòng)變焦鏡頭的調節環(huán)，以調節鏡頭中透鏡前后的距離，即調節焦距。從而使像平面落在攝像器件的感光面上，以滿(mǎn)足公式(1)的物像關(guān)系，使被攝圖像清晰。

　　自動(dòng)調焦的方法很多，按其原理大致可分為兩類(lèi)：對焦點(diǎn)及其偏離的直接檢測法與對物面到透鏡的距離檢測法;按離焦信息的檢測方法也大致可分為兩類(lèi)：即直接調焦法與間接調焦法。直接調焦是基于光學(xué)系統在理想像面上像質(zhì)邊緣的對比度最大，通過(guò)直接檢測像邊緣的光強分布來(lái)獲取離焦信息，來(lái)直接進(jìn)行調焦;間接調焦是把物鏡的理想成像位置作為參考面，用各種傳感器檢測像面或物面位置相對于參考面的偏離信息而進(jìn)行的調焦。

　　本文介紹的基于圖像處理的自動(dòng)調焦法，則屬于一種直接調焦法，它通過(guò)對成像質(zhì)量進(jìn)行圖像處理而實(shí)現自動(dòng)調焦，是成像系統尤其顯微系統比較理想的一種自動(dòng)調焦方法。因此，基于數字圖像處理的自動(dòng)調焦過(guò)程可以描述為：計算機通過(guò)光學(xué)系統和圖像采集設備采集到一系列的數字圖像，對每幀圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，判斷聚焦是否準確、成像是否清晰，并給出反饋信號控制鏡頭的運動(dòng)，直到采集到的圖像清晰度符合使用要求，即完成自動(dòng)調焦。

　　本文介紹基于圖像處理的自動(dòng)調焦法的原理、特點(diǎn)、幾種常用的聚焦評價(jià)函數，基于圖像處理的幾種常用的自動(dòng)調焦法，如閾值積分法、高頻通帶法、微分法等，以及這幾種自動(dòng)調焦法的比較。

　　基于圖像處理的自動(dòng)調焦法的特點(diǎn)

　　由上述可知，基于圖像處理的自動(dòng)調焦法的基本原理是，通過(guò)鏡頭和固體圖像傳感器采集被測物的光學(xué)圖像，經(jīng)模擬數字轉換為一系列數字圖像，再利用計算機對每一幀圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，以判斷對焦的準確程度與成像的清晰程度，并給出信號去控制鏡頭的運動(dòng)，直到采集到的圖像符合要求，即完成自動(dòng)調焦。由于充分利用計算機處理數字信號的高速度和靈活性，因而基于圖像處理的針對數字圖像進(jìn)行自動(dòng)調焦的方法在視頻監控攝像機中獲得了廣泛的應用。