自動(dòng)聚焦系統(tǒng)清晰度評(píng)價(jià)及窗口構(gòu)建的研究.pdf

1、聚焦是各類光學(xué)成像系統(tǒng)獲得清晰、高質(zhì)量的圖片的關(guān)鍵技術(shù)，是進(jìn)行后續(xù)的圖像分析和處理的重要基礎(chǔ)。在高速發(fā)展的信息社會(huì)，自動(dòng)聚焦技術(shù)覆蓋了生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，從日常生活的數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等，到空間遙感系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域等都離不開自動(dòng)聚焦技術(shù)。自動(dòng)聚焦經(jīng)歷了從早期的主動(dòng)式直至被動(dòng)式的發(fā)展演變歷程。被動(dòng)式中基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的方法，具有準(zhǔn)確性高、集成度高、空間和時(shí)間適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此得到了廣泛的應(yīng)用和飛速的發(fā)展。自動(dòng)聚焦系統(tǒng)在無需過多

2、人工干預(yù)的情況下，即可自動(dòng)識(shí)別質(zhì)量最佳的清晰圖片，解決了手動(dòng)聚焦操作復(fù)雜、效率不高、成像質(zhì)量不佳等問題，為各類成像系統(tǒng)后續(xù)的圖片分析、處理及應(yīng)用提供了保障。
　　聚焦深度法是基于圖像處理技術(shù)的自動(dòng)聚焦方式中優(yōu)勢(shì)較為明顯的方法，具有精確度高、系統(tǒng)復(fù)雜性較低、通用性較好等優(yōu)點(diǎn)。聚焦深度法對(duì)采集到的一系列模糊程度不同的圖像進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域窗口構(gòu)建，對(duì)比窗口內(nèi)圖像的清晰度評(píng)價(jià)值，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電機(jī)按既定的搜索策略移動(dòng)鏡頭的位置，直至找到質(zhì)

3、量最佳的圖片。本文選擇各項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì)明顯的聚焦深度法進(jìn)行自動(dòng)聚焦算法的研究。
　　清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)是聚焦過程中的核心所在，其目的是判斷聚焦與離焦?fàn)顟B(tài)下圖像的差異情況，對(duì)圖像進(jìn)行清晰度評(píng)價(jià)值計(jì)算，為后續(xù)的搜索步驟提供依據(jù)。聚焦窗口構(gòu)建是自動(dòng)聚焦中定位主體目標(biāo)的關(guān)鍵，只針對(duì)窗口內(nèi)的感興趣目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行分析及處理，能有效改善自動(dòng)聚焦的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確度。本文主要對(duì)清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)和聚焦窗口構(gòu)建進(jìn)行研究，提出了基于Kirsch算子的梯度閾值評(píng)價(jià)函數(shù)和

4、基于圖像顯著性特征的窗口構(gòu)建方法，提高了評(píng)價(jià)函數(shù)的性能和窗口構(gòu)建的準(zhǔn)確度。此外，本文依據(jù)聚焦深度法的完整流程，采用本文提出窗口構(gòu)建方法和評(píng)價(jià)函數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)木劢狗逯邓阉鞣椒?，提出了改進(jìn)的聚焦策略，并闡述了其操作流程。
　　本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)針對(duì)傳統(tǒng)的梯度類評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)噪聲敏感，不能保證評(píng)價(jià)結(jié)果穩(wěn)定性的問題，提出了基于Kirsch算子的梯度閾值評(píng)價(jià)函數(shù)。為了減少計(jì)算量，保證實(shí)時(shí)性，以絕對(duì)值之和近似表示Kirsch

5、梯度值;提出了一種新的閾值去除圖像中的小梯度值，有效地增加了模糊圖像和清晰圖像的差異;抑制孤立噪聲點(diǎn)在圖像中的梯度值，提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的魯棒性。本文的評(píng)價(jià)函數(shù)在準(zhǔn)確度、抗噪穩(wěn)定性等各項(xiàng)性能上都有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　(2)針對(duì)聚焦窗口構(gòu)建的研究，提出了基于圖像顯著性特征的窗口構(gòu)建方法。根據(jù)人眼視覺對(duì)圖像顯著性區(qū)域的關(guān)注程度，創(chuàng)新性地選擇圖像的顯著性信息作為聚焦窗口構(gòu)建的依據(jù)。采用計(jì)算量較小的LC算法構(gòu)建顯著圖，利用分區(qū)域顯著值求和減

6、少圖像的分辨率，增大顯著值較大的區(qū)域的影響，并通過設(shè)定閾值進(jìn)行二值化以實(shí)現(xiàn)聚焦圖片中目標(biāo)與背景的分離，最后計(jì)算分割后的圖像的“重心”，將得到的矩形窗口映射到原圖像，實(shí)現(xiàn)聚焦窗口的構(gòu)建。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)表明，本文的窗口構(gòu)建方法對(duì)目標(biāo)物體的定位準(zhǔn)確性高，計(jì)算量也小，保證了自動(dòng)聚焦的實(shí)時(shí)性。
　　(3)對(duì)各種評(píng)價(jià)函數(shù)的性能進(jìn)行測(cè)評(píng)時(shí)，選擇主觀定性評(píng)價(jià)指標(biāo)的同時(shí)，增加客觀的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)清晰度評(píng)價(jià)曲線的性能進(jìn)行對(duì)比，各項(xiàng)數(shù)據(jù)更能直接、全面的反