自动对焦镜头的工作原理

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1、自动对焦镜头的工作原理【摘要】自动对焦技术是数字成像系统的关键技术之一，因此它无论是在曰常生活、科学研究、军事应用等等只要涉及到成像系统的地方都冇重要应用。本实验室在过去的几年中在这方面做了很多工作，并取得了不少成來，但主耍集中在自动对焦的理论，算法方而的研究。本文在总结导师及前而几位研究生在这一领域的部分成果的基础上开展了部分工作，着重于讨论自动对焦技术的实现，说明r自动对焦技术的利用pc机的实现及利用dsp的嵌入式实现，并着重讨论它在工程中的应用，作为应用实例，本文引入了一个应用例子：开发并

2、在数家数码相机公司生产中得以应用的a动对焦软件的实现过程。本文包含了以卜一些内容:（1）：首先对成像原理进行了简耍的介绍和说明，接着分析了自动对焦技术的原理和作用背景，引入一种基于频域分析的离焦深度自动对焦方法。（2）:分析了利用PC机实现一个自动对焦系统的系统结构，具体实现细节，并实现了这一系统。（3）:分析了一个基于TI的DSP的嵌入式的自动对焦实现。简要分析了这一实现的系统选择，实现过程。（4）:分析已开发井在数家数码相机公司生产中得以应用的自动对焦软件的实现过程。（5）:最后本文对H动对

3、焦技术进行了展望，分析今后可能的研究热点及走向本文介绍了自动对焦的基本原理与方法，并重点介绍了基于图像处理的自动对焦方法。【关键同】自动对焦；阁像处理；方法1.引言自动对焦技术是计算机视觉和各类成像系统的关键技术之一，在照相机、摄像机、显微镜、PJ窥镜等成像系统中冇着广泛的用途。自动对焦技术从20世纪70年代•期发展起來，到现在已经口臻成熟并取得了广泛极用。对焦机构就是用來调节镜头和CCD之间的距离，使得像平而落在CCD的成像表面。2.0动对焦的分类从基本原理来说，自动对焦可以分成两人类：一类是

4、基于镜头与被拍摄0标之间距离测量的测距0动对焦，另一类是基于对焦屏上成像清晰的聚焦检测自动对焦。2.1测距方法测距对焦主要有红外线测距法和超声波测距法。（1）红外线测跑法该方法的原理是由照相机主动发射红外线作为测跑光源，并由红外发光二极管间构成的儿何关系，然后计算出对焦距离。（2）超声波测跑法该方法是根据超声波在相机和被摄物之间传播的时间进行测距的。和机上分别装有超声波的发射和接收装置，工作时由超声振动发生器发出持续超声波，超声波到达被摄体后，立即返冋被接收器感知，然后由集成电路根据超声波的往返

5、时间来计算确定对焦跑离。红外线式和超声波式H动对焦是利用主动发射光波或声波进行测距的，称之为主动式自动对焦。2.2聚焦检测方法(1)对比度法该方法是通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦的。图像的轮廓边缘越清晰，则它的亮度梯度就越大，或者说边缘处景物和背景之间的对比度就越大。反之，失焦的阁像，轮廓边缘模糊不清，亮度梯度或对比度下降；失焦越远，对比度越低。利用这个原理，将W个光电检测器放在CCD前后相等距离处，被摄影物的图像经过分光同吋成在这两个检测器上，分别输出其成像的对比度。当两个检测器所输出的对

6、比度相差的绝对值最小吋，说明对焦的像面刚好在两个检测器屮间，即和CCD的成像表面接近，于是对焦完成。(2)相位法该方法是通过检测像的偏移量实现自动调焦的。在感光CCD的位置放置一个由平行线条组成的网格板，线条相继为透光和不透光。网格板后适当位置上与光轴对称地放置两个受光元件。网格板在与光轴垂直方h'd上往复振动。当聚焦面与网格板重合时，通过网格板透光线条的光同时到达其C面的两个受光元件。Iflj当离焦时，光束只能先后到达两个受光元件，于是它们的输出信号之间有和位差。有相位差的两个信号经电路处理后

7、即可控制执行机构来调节物镜的位置，使聚焦面与网格板的平面重合。3.基于图像处理的自动调焦随着现代计算技术的发展和数字閔像处理理论的H益成熟，自动对焦技术进入一个新的数字时代，越来越多的自动对焦方法基于图像处理理论对图像有关信息进行分析计算，然后根据控制策略驱动电机，调节系统使之准确对焦。基于图像处理的自动调焦具有以下两大优点：第一，调焦更加智能化，聚焦判据更加灵活和多样。基于模拟图像的聚焦检测方法只利用被测物和背景之间的对比度(轮廓边缘的梯度)作为判断是否成像清晰的判据。而通过数字图像处理，不仅

8、可以利用梯度信息，还可以提取图像中各种其它的有效信息进行判断，例如频率、相位等。对于具高频信息的阁像，一般而言，对焦越准确，图像信号的频率越高，边缘越尖锐；离焦时则频率降低，边缘相对平滑。此外，由于计算机处理图像的灵活性，可以针对不同的使用要求，选择不同的判据进行调焦。例如，有吋候所需的0标只是图像中的某一个局部，而不是整幅图像的清晰程度。这吋应该针对图像屮这一局部进行处理和提取判据，用该局部的对比度作为调焦的依据。第二，利用计算机可以很方便地对运行执行机构进行控制，从而避开复杂的调焦电路和机构