用于CCD数码成像的自动对焦技术

    在当今数字化时代，数码相机凭借其方便快捷易于编辑处理等诸多优势，受到越来越多人的喜爱，有逐渐取代普通相机的趋势。电荷耦合器件CCD（chargecoupled device）图像传感器代替胶卷，把光信号转化为电信号是数码相机的关键变化，它使得数码相机的数字化处理成为可能。数码相机的自动对焦是当今研究的热点之一，而实时性与精确性又是自动对焦技术的两个重要指标。为了克服先前镜头聚焦区域多选为若干矩形均匀区域来处理图像带来的计算量很大的问题，本文采用了非均匀采样的办法来减少数据量。基于寻找评价函数的全局最大值的爬山算法的局限，根据函数曲线单峰特点，采用相邻图像函数值连续两次下降来区分局部和全局最大值，能够取得更高的精度。

    1 镜头分析

    镜头作为CCD成像的基础，对其进行分析很必要。将物体看作呈二维分布的许多点光源，这样，物体通过镜头系统的成像是分布在空间的PSF光斑（point spread function，即由点光源形成的像）的叠加。可以把镜头看作一个线性系统，透过镜头的像由物体和光学系统的PSF卷积得到。

    离焦成像时，镜头的光学传递函数可以用高斯函数近似，它等价于一个低通滤波器, 对焦程度越高其截止频率越高，离焦程度越厉害其截止频率越低。二者通过的高频分量的不同，决定了图像的清晰度，表现在空域方面就是所看到的图像的一些细节量的多少。可根据图像的高频分量来判断图像的最佳焦点位置，在聚焦过程中所获得的一系列图像当中，高频分量最多的图像就是聚焦图像，也就是数码相机最佳焦点的位置[1]。

    2 CCD 数字成像

    CCD的突出特点是以电荷作为工作信号，而不同于以电流或者电压作为工作信号的电子器件。CCD的基本功能是电荷的光电转换，其工作过程主要是图像信号的产生、存储、转移及检测输出。

    2.1 CCD 的工作原理

    CCD 的结构就像一排排输送带上并列放置的小桶，光线就像雨滴撒入各个小桶中，每个小桶代表一个像素。拍摄其实就是按一定的顺序测量某一短暂的时间中，小桶中落进了多少“光滴”，并形成相应的数据文件的过程。

    产生并存储“光滴”以后依序取出各个小桶的“光滴”，所用的方式是在两两相连信号区内造出高低两种势阱，然后依时序将此相邻的势阱组交互改变。因为，在此势阱组交互改变期间，光电二极管按量子光电效应取得的电荷会自动流向低势阱处。所以不断地转换高势阱，可以使电荷向单一方向流动，再配合末端的截取电路就可以达到依序取出各点的电子信号的目的。