一种自动对焦算法的优化

    引　言

    自动对焦技术是现代成像系统［１］中的关键技术之一，它最早起源于军事领域的应用，现在广泛应用于日常生活和科学研究。自动对焦技术就是用现代电子技术和机械控制方法，代替人眼来判断目标场景的聚焦是否清晰，并以自动控制的方法来调节焦点，最终能清晰成像的一种技术。自动对焦一方面可以减少劳动强度，减少或避免使用者因反复调焦造成的主观误差；另一方面，它省去了复杂的调焦动作，大大方便了使用者。随着生活、生产需求的不断提高，自动对焦技术的应用层面越来越广，对自动对焦系统在精度、速度和稳定性方面的要求也越来越高。近年来自动对焦技术理论的研究层面很广，发展也十分迅速，学者们提出了多种对焦方法，ＤＳＰ芯片技术、计算机控制技术等相继被应用于自动对焦系统中，并得到了快速发展，如在数码相机［２］中的自动对焦应用尤为广泛与成熟。最近，佳能推出了一款性能更高的即时对焦系统的相机，就是在对以前自动对焦算法和寻址系统的优化基础上，通过多种方式的基于图像被动对焦和基于测距的主动对焦方式的相互配合共同完成高速准确的自动对焦。

    １　对焦系统介绍

    对焦系统是基于计算机处理的多模块集成的开发环境。主要有三个部分：对焦系统如图１所示。

    １．１　图像采集部分

    实验采用的是日本的一款ＵＳＢ接口的基于ＶＣ开发的工业摄像机。通过厂家的集成开发包可以直接在ＶＣ中得到图像的数据并进行操作。

    １．２　中间数据采集处理和控制部分

    该部分是在ＶＳ２００５环境下完成的。主要通过计算机的标准接口来完成对数据的采集和处理，并在处理结果的基础上对电机进行驱动，实现精确、快速的对焦。

    １．３　电机驱动

    电机驱动的控制是通过串口发送脉冲实现电机的转动。其采用的是北光世纪仪器公司ＳＣ系列步进电机和与其配套的步进电机控制器。它可以实现行程和速度的精确控制，当输入为１个脉冲，直线台位移为０．００１ｍｍ。其可以实现精度补偿，在开环状态下实现高精度的运动，能够使实验到达比较理想的结果。

    ２　自动对焦评价函数

    自动对焦评价函数是通过对数字图像的分析及对图像数据的操作，按照一定的要求筛选出来的。到目前为止，为适应各种不同的条件和要求出现了许多种评价函数，为了便于自动对焦的实现，对焦函数［３－４］都要满足以下条件（见图２）：