基于灰度差分法的自动调焦技术

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1、基于灰度差分法的自动调焦技术(转载)作者：上传者：panpan人气：399日期：2004-8-20摘要：　如何快速有效地实现调焦一直是图像测量中的焦点；基于光学镜头和CCD图像采集技术提出了一种图像式自动调焦系统，并给出了以图像的灰度差分绝对值之和作为图像是否聚焦的判据函数，以及给出了逐步逼近的登山式自动调焦的原理，对该系统进行了实验研究，系统重复精度为8000nm。　关键词：正文：#&asan-xu&#基于灰度差分法的自动调焦任四刚，李见为，谢利利　           （重庆大学光电工程学院，重庆　４０００４４）　摘　　要:

2、　如何快速有效地实现调焦一直是图像测量中的焦点；基于光学镜头和 CCD图像采集技术提出了一种图像式自动调焦系统，并给出了以图像的灰度差分绝对值之和作为图像是否聚焦的判据函数，以及给出了逐步逼近的登山式自动调焦的原理，对该系统进行了实验研究，系统重复精度为8000nm。　Abstract:Thefocalpointinimagemeasurementishowtocarryoutfocusingeffectivelyandquickly.Animagetypeautomaticfocusingsystemisproposedont

3、hebasisofopticallensandCCDimagecollectingtechniques.Thesumofthegrayscaledifferentialabsolutevaluesofanimageisusedasthecriterionfunctionwhethertheimageisfocused.Thehill-climbingautomaticfocusingprinciplewithsuccessiveapproximationisalsogiven.Theexperimentsarecarriedou

4、twiththesystemanditsrepeatedaccuracyis8000nm.Keywords:Automaticfocusing；Criterionfunction；Differencemethod；Charge-coupleddevices引　言　    通用光学仪器是几何量测试中应用较为广泛的测试仪器，它具有精度高、抗干扰能力强、稳定性好等优点。但这类仪器常常要对工件进行手动调焦，其调节过程长，调焦精度受人员主观的影响较大。因此，解决通用光学仪器与现代化数字仪器的调焦问题，从而进一步提高测量精度，测量速度及自动

5、化程度，减轻操作人员的劳动强度是十分必要的。因此，本文基于CCD图像采集和图像处理技术提出了一种图像式自动调焦系统，解决了上述问题。１　焦距评价函数的选取    一幅图像是否聚焦，反映在空域上是图像的边界及细节部分是否清晰，在频域上则是图像的高频分量是否丰富。前者可以通过对图像进行微分来获取图像的边缘及细节信息，后者可以对图像进行FFT来获取图像的频谱信息。因此，我们可以用图像的边缘信息作为聚焦的判据。焦距评价函数应具有以下几个特性：1）无偏性；2）单峰性；3）灵敏度高；4）较高的信噪比；5）计算量小。常用的几种集聚评价函数有：

6、 （１）高频分量法：即对图像进行傅里叶变换，提取其中的高频成分作为焦距评价函数。这种方法计算量大，不适于一般情况下的快速、实时测量；（２）平滑法：即计算图像上相邻像素的平滑度，再对整个像面求和作为集聚评价函数，其最大值为图像的调焦判据，该方法灵敏度不高；（３）阈值积分法：即根据图像的灰度分布，选取一个阈值，并对大于阈值的灰度进行求和，其最大值为图像的调焦判据，该方法测量精度不高；（４）灰度差分法：这是一个形式简单但很有效的焦距评价函数，它是利用图像的相邻像素的差的绝对值之和作为焦距评价函数。即当图像聚集时，F（i）取最大值。其实

7、灰度差分法是一种微分方法，即对图像进行梯度变换，也就是利用了图像的边缘增强处理，使焦距评价函数的特征曲线更加陡峭，即聚焦图像与离焦图像的评价函数值更加分明，提高了准确聚焦的灵敏度。根据以上分析，本系统采用灰度差分法能实现快速、实时和有效测量要求。２　图像式自动调焦系统的结构和原理、    自动调焦系统结构主要由摄像系统与照明系统、图像采集卡、计算机、运动控制卡、伺服电机组成，其中摄像系统由CCD和光学镜头组成，照明系统采用的是数控环行光源，其目的是使被测物表面的照明尽可能均匀，如图1所示。                    

8、           图１　自动调焦系统结构图　    物体置于旋转工作台上，CCD摄像系统置于由滚珠丝杆拖动的滑动平台上，滑动平台由伺服电机驱动。由于系统的焦距和像距固定，故可通过一个机械系统实现该系统的调焦，即利用滚珠丝杆作为传动机构，伺服电机作为驱动源，带