基于图像处理的自动调焦技术

发布时间：2017-03-28 17:12

  本文关键词：基于图像处理的自动调焦技术，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与传统的自动调焦方法相比,基于图像处理的自动调焦方法不需要目标位置、光学系统焦距等信息,直接针对采集的图像信息完成自动调焦,结构简单,被广范应用于医学、军事、工业等领域。本文针对图像调焦的两大基本技术问题—图像清晰度评价和调焦搜索算法展开了研究,并搭建了自动调焦系统硬件平台,通过理论分析、MATLAB仿真以及自动调焦系统实验验证了自动调焦系统的可行性和有效性。本文首先对自动调焦技术进行了深入调研,从光学系统的成像理论出发,针对传统自动调焦方法的局限性,探讨了图像调焦的工作原理以及优势所在,分析了采用图像调焦的目的和意义。本文重点研究图像清晰度评价算法。归纳总结了几种常用的图像清晰度评价函数,并针对传统小波变换运算量大,难以实现实时性的缺点,提出采用基于提升小波变换的清晰度评价函数,通过MATLAB仿真及自动调焦系统实验,在实时性、灵敏度、抗噪性等方面进行分析,实验结果表明该评价函数具有计算量小、灵敏度高、抗噪性强的特点,是针对目标对象性能较优的算法。本文对调焦搜索算法进行了研究。探讨了几种常用的调焦搜索算法,并针对传统爬山法容易陷入局部极值的缺点,提出一种粗精结合的快速爬山搜索策略:粗调阶段选用Brenner函数大步长搜索到焦点位置附近,精调阶段选用基于提升小波变换的评价函数小步长定位最佳聚焦位置,并通过比较三幅图片,大大地提高了搜索算法的精度、速度以及抗干扰性。本文搭建了自动调焦系统实验平台。针对图像调焦计算量大的特点,选用以TMS320DM6467T为核心处理器、Virtex-4系列的FPGA芯片为协处理器的自动调焦系统硬件平台,对所提出的算法进行验证,实验结果表明,本文所采用的算法可以满足基于图像处理的自动调焦系统的要求,调焦系统稳定性好,取得较好的调焦效果。
【关键词】：图像调焦 清晰度评价函数 提升小波变换 调焦搜索算法 DM6467T
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 致谢3-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题背景及选题意义10-11
• 1.2 自动调焦技术的研究现状11-17
• 1.2.1 国外自动调焦研究现状11-15
• 1.2.2 国内自动调焦研究现状15-17
• 1.3 本论文研究的内容及结构安排17-18
• 2 自动调焦的基本原理18-25
• 2.1 光学系统成像的基本原理18-20
• 2.2 传统自动调焦方法的基本原理20-21
• 2.3 图像法调焦的基本原理21-22
• 2.4 各类自动调焦方法的比较22-23
• 2.5 图像法调焦的基本技术问题23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 3 图像清晰度评价函数的研究25-40
• 3.1 引言25
• 3.2 常用的清晰度评价函数25-32
• 3.2.1 空域评价函数25-27
• 3.2.2 频域评价函数27-31
• 3.2.3 信息熵评价函数31
• 3.2.4 统计学评价函数31-32
• 3.3 基于提升小波变换的清晰度评价函数32-35
• 3.3.1 提升小波变换的基本原理32-34
• 3.3.2 基于提升小波变换的清晰度评价函数34-35
• 3.4 评价函数性能分析35-39
• 3.4.1 理想评价函数的特性35-37
• 3.4.2 各类评价函数仿真分析37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 调焦搜索算法的研究40-46
• 4.1 引言40
• 4.2 常用的调焦搜索算法40-43
• 4.2.1 Fibonacci搜索法40-41
• 4.2.2 基于曲线拟合的搜索法41-42
• 4.2.3 爬山搜索法42-43
• 4.3 改进的爬山搜索法43-45
• 4.4 本章小结45-46
• 5 自动调焦系统设计46-67
• 5.1 图像调焦系统的基本组成模块46-48
• 5.2 图像处理模块介绍48-51
• 5.2.1 DM6467T芯片48-51
• 5.2.2 系统硬件介绍51
• 5.3 搭建的自动调焦系统实验平台51-52
• 5.4 清晰度评价函数实验分析52-62
• 5.4.1 各类评价函数对比分析52-58
• 5.4.2 评价效果测试58-60
• 5.4.3 评价函数稳定性测试60-61
• 5.4.4 基于望远镜实验平台测试评价性能61-62
• 5.5 调焦搜索算法实验分析62-64
• 5.6 调焦效果实验分析64-66
• 5.7 本章小结66-67
• 6 全文工作总结与展望67-69
• 6.1 论文工作总结67-68
• 6.2 创新点68
• 6.3 未来工作展望68-69
• 参考文献69-73
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果73-74

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