基于PXA255的自动聚焦及图像采集模块设计

　　引言

　　目前市场上流行的摄像手机一般都不具备自动聚焦功能，这对于传感器分辨率在30万像素以下的摄像手机来说影响不大，但随着百万像素手机的面世，以及手机录像功能的采用，人们对摄像头的自动聚焦功能越来越关注。本文在Xhyper255开发板的基础上，结合项目开发的需要，在开发板上移植QT/embedded作为嵌入式GUI，并设计了自动聚焦和图像采集子模块，其中自动聚焦部分通过verilog HDL在开发板上的FPGA上实现，图像采集部分利用linux内核提供的video 4 linux接口实现。最后的采集程序界面采用嵌入式QT设计工具designer进行设计。

　　图1 硬件平台结构图

　　图2 DCT变换模块

　　图3 DCT变换流程图

　　图4 自动聚焦流程图

　　基于图像处理的自动聚焦系统算法

　　与传统的自动聚焦算法相比，基于图像处理的自动聚焦算法的实现不需要额外的信号源和相应的接收传感器，这有利于缩小器件的体积以降低成本，并降低器件的功耗。

　　在这类算法中，分析处理模块直接对获得的视频图像进行处理，以得到相应的判决函数，驱动控制模块则根据得到的聚焦判决函数信息来驱动步进电机，带动镜头前后移动，直到获得聚焦清楚的图像。因此，构造合理的判决函数就成了基于图像处理的自动聚焦算法的关键所在。理想的聚焦判决函数应该具有单峰性、无偏性并能反映离焦的极性，同时应具有较强的抗干扰能力。

　　在对目前的自动聚焦判决函数做相应的对比后，结合本系统的特点选择2D-DCT变换去除其中的低频成分，其余部分相加作为判决函数。2D-DCT变换的公式如式1所示。

　　(1)

　　这里C(0)=1/，C(u)=C(v) (u,v≠0)

　　自动聚焦系统的实现

　　开发平台的搭建如图1所示。

　　采用Xhyper255嵌入式开发板，图像采集子系统采用如下硬件搭建：30万像素CMOS图像传感器OV7620、 MCS51单片机、USB控制器OV511+、 步进电机和变焦镜头。

　　OV7620的主要特性为：单片数字式彩色图像传感器;1/3光学格式;数字视频输出格式： 1~500倍的自动曝光范围;自动增益和自动白平衡;能进行亮度、对比度、饱和度、伽马校正等多种调节功能。664×492的图像阵列扫描出原始的R、G、B彩色图像信号，经模拟处理电路进行曝光、校正、白平衡调整等处理后根据输出要求可以转换成YUV等多种信号输出形式。OV511+是为CMOS图像传感器设计的专用USB接口控制芯片。

　　DCT变换的FPGA实现

　　2D-DCT变换是视频压缩中的常用变换。在压缩过程中，将一幅图像分成许多8×8的小块进行变换。8×8的2D-DCT变换如式(2)所示：