基于FPGA无刷直流电机控制的自动聚焦系统设计

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1、摘要自动聚焦技术是数字视觉视频系统中的关键技术，在现代光学成像系统中扮演着重要的角色。本课题应西安光机所要求，利用数字图像技术构造了一个基于图像处理的自动聚焦系统。本文详细分析了视频图像的特征，采用图像梯度和作为聚焦判据，对图像质量进行分析比较，利用FPGA来实现核心算法，并在已有的硬件平台上进行了测试，实现了对各种复杂环境下不同场景的自动聚焦。本文首先介绍了已有的自动聚焦硬件系统，在此基础上设计了一套适合多种环境的图像滤波、清晰度评价函数计算及最大值搜索算法。针对本系统采用的无刷直流电机(BLCDM)，根据其特点采用了一种新的步长控制方法以实现聚焦镜头的精确控制。最后，对实验结果进行

2、了分析，并提出了改进方法。关键词：图像处理FPGA清晰度评价函数无刷直流电机AbstractAsoneofthemostcrucialtechnologiesindigitalvideosystems,auto-focusingplaysanimportantroleinmodernopticalimagingsystem.AccordingtotherequirementsofXi’anInstituteofOpticsandPrecisionMechanicsoftheCAS,digitalimagetechnologyisusedtoconstructanimageprocess

3、ing-basedauto-focusingsystem.Thecharacteristicsofvideoimagesareanalyzedinthepaper,wherethegradientofdigitalimageisusedasthefocuscriteriontoevaluatetheimagequality.ThecorealgorithmisimplementedusingVerilogHDLanditsfunctionisverifiedintheFPGAplatform.Theexperimentalresultsshowthatthissystemcanachi

4、evegoodperformanceundercomplexandclutteredenvironment.Thispaperisorganizedasfollows:Firstly,theauto-focussystemisdescribed,andthentheimagefilteringalgorithm,theevaluationfunctionandthemaximumsearchalgorithmareputforward.AsthecameraiscontrolledbythebrushlessDCmotor(BLCDM),anewstepsizecontrolmetho

5、disusedtorealizetheprecisecontrolofthefocusinglens.Finally,itmakesananalysisofexperimentalresultandthenputforwardsomesuggestionsforamelioration.Keyword:ImageProcessingFPGAClarityEvaluationFunctionBLDCM西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢

6、中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保

7、证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。本人签名：日期导师签名：日期第一章绪论1第一章绪论1.1引言图像是现代社会中人们传递和保存信息的重要媒介，也是人们探测、获取目标的重要方法。在人们捕获目标图像的过程中，对景物的聚焦是减少成像模糊度、增强图像中信息清晰度、改善其解释精度的必要条件，所以如何形成一种精确、快速、智能化的图像聚焦方法就成为了一个尤为重要的课题。近年来，计算机技术的发展突飞猛进，各种数字图像处理技