高清网络摄像机的自动聚焦技术研究

发布时间：2020-10-31 03:31

　　 近年来，随着数字化与网络化的迅速发展，以及人们的安全防范意识的大幅度提升，安防领域的发展取得了重大突破。高清网络摄像机（HD IP camera）具有较以前的模拟像机更高的清晰度、更好的交互性、更强的智能性等优点，加之其逐渐降低的价位，已经使其成为安防领域新兴的一匹黑马，它的应用正在迅速地普及。高清网络摄像机在高端场合的应用已经占据了主要地位，包括：高速公路、银行、远程医疗、安检关口等领域，从而引起了各大安防厂家与用户的青睐和关注。在很短的时间内，高清网络摄像机已经成为安防领域的领军力量之一。 自动聚焦是HD IP camera中智能化应用的一项极其重要的技术。自动聚焦技术的好坏直接影响着所获得的图像质量的清晰度。正因如此，自动聚焦成为很早就开始研究的一项核心技术。随着技术的飞速发展与成熟，成像设备分辨率的提高与智能化应用的普及，各项最新技术也逐渐应用至高清网络摄像机中。这些先进的技术迫切地需要自动聚焦技术的支撑，也促进了自动聚焦聚焦技术的快速发展。它的应用已经超越了传统的数码相机、元器件检验、医学成像、空间探测、显微成像，而且延伸到了安全防卫、远程医疗、机器视觉等领域。 对于自动聚焦而言，其中包含两项最主要的技术：一个是聚焦评价函数的选取，另一个是峰值搜索算法的实现。 本文研究的聚焦评价函数包括：灰度方差函数、梯度函数、频域类函数、熵函数、自相关函数以及本文采用的TI公司DM368处理器自带的硬件实现的AF引擎。针对传统的聚焦评价函数运算量大的缺点，选择TI公司DM368处理器自带的硬件实现的IIR滤波器作为聚焦评价函数。经过各类聚焦评价函数的对比分析，通过层次分析法表明，采用AF引擎作为聚焦评价函数能够更好地满足高清网络摄像机的应用。此外，AF引擎的分区域可控制加权和可配置的特点，有效地解决了聚焦智能化的问题，使自动聚焦算法与场景识别、人脸检测等智能化算法更容易地结合，满足HD IP camera的应用，也符合设备智能化的发展趋势。 峰值搜索算法的改进是在分析传统峰值搜索算法和聚焦曲线特点的基础上进行的。将聚焦曲线上最佳成像平面附近的区域取名为聚焦区，将远离最佳成像平面的区域取名为散焦区。通过分析得知，聚焦曲线在散焦区和聚焦区分别呈现出各自的特点。在聚焦区选择传统的盲人爬山法，在散焦区选择基于GM(1,1)预测模型的峰值搜索算法。本文提出的算法，有效地解决了视频质量反复变化、峰值搜索时间长和散焦区局部极值干扰的问题。 此外，本文也介绍了与AF相关的其他技术，包括退回检查最大值法、变步长搜索策略以及场景变化分析等。 退回检查最大值的方法有效地解决了聚焦区聚焦过程中，场景发生变化引起的误聚焦的问题。变步长搜索策略采用实时改变步长的策略，提高了峰值搜索过程中的平均速度，保证了AF的实时性。场景变化分析有效地触发重新聚焦。 本文选择TI公司的TMS320DM368处理器为核心的实验板，使用其自带的硬件实现的双路IIR滤波器作为聚焦评价函数。峰值搜索算法的实现选择在PC端运行，通过串行接口发送聚焦命令，最终完成自动聚焦。 通过实验表明，采用AF引擎和盲人爬山法与GM(1，1)预测模型相结合的峰值搜索算法较传统聚焦评价函数与搜索算法相结合的聚焦算法拥有更好的实时性与准确性，适用于HD IP camera的自动聚焦。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TN948.41;N941.5
【部分图文】：

图 2-2 IIR 滤波器本实验设置的两个IIR 滤波器的系数分别是[22]：{8，-95，-49，38，7，1，-54，17，-34} 、{11，-72，-50，26，51，26，-92，-53，19，-38，阈值分别是 1000 和 500。.4 聚焦加权矩阵应用在高清网络摄像机应用中，针对不同的场景，可以选择不同的 PAX 加来保证不同场景的聚焦更加准确和智能化，举例如下。（1）中心加权法将一帧图像划分为m n个PAX，则对于第i行和第j列的PAX，其权值为加权法的中心位置对应的权值较大，越靠近边缘，其加权值越小，适用场景的加权。（2）平均加权法对于一帧图像，其所有的 PAX 的加权值都为相同的一个常数，此种方

那契搜索算法在实际的应用中并不是最好的选择。拟合算法聚焦曲线具有近似单峰性和近似对称性的特点，设在聚焦区个以上的聚焦值0 1, , ,nx x x ，其对应的聚焦位置为0 1, , ,na a a 。聚焦值的对应关系，可以拟合出聚焦曲线，进而快速地找到其干扰能力较强。，对于现实的应用存在很多难题。如果在采集过程中使用小的数据，拟合曲线将花费大量的计算时间，不利于保证聚焦步长，在散焦区采集到的聚焦值将增多，不利于准确的拟合出爬山算法爬山算法是对单调性算法的优化，盲人爬山算法根据采集到上坡还是下坡[28]。如图 3-1 所示。

一种将复杂系统的发展状况数学化，然法。一种预测包含多种影响因素的复杂系统系统的当前发展状况的数据进行分析，规律性更强的生成序列，继而进行模型1,32,33]。用相等时间间隔获取的数据组成原始数，建立预测模型，预测若干个时间间隔后展状况所需要的时间。的建立图，如图 4-2 所示。
【参考文献】

相关期刊论文 前9条

1 李合银;程雪岷;马建设;姚永哲;;嵌入式自动聚焦模组技术现状及展望[J];电视技术;2012年09期

2 康宗明,张利,谢攀;一种基于能量和熵的自动聚焦算法[J];电子学报;2003年04期

3 任四刚,李见为,谢利利;基于灰度差分法的自动调焦技术[J];光电工程;2003年02期

4 高洁;何小刚;梁波;郭建军;;基于Hi3515的自动聚焦系统[J];电视技术;2013年03期

5 肖磊;程良伦;范富明;;TFT-LCD面板光学检测自动对焦系统设计[J];红外与激光工程;2011年09期

6 鲍歌堂,赵辉,陶卫;图像测量技术中几种自动调焦算法的对比分析[J];上海交通大学学报;2005年01期

7 郑玉珍;自动对焦中的优化爬山搜索算法[J];浙江科技学院学报;2005年03期

8 刘志强;;澄清高清网络摄像机的几大基本问题[J];中国安防;2010年03期

9 郭建;赵显;;一种基于图像处理的快速自动聚焦算法[J];湘潭大学自然科学学报;2012年02期

本文编号：2863390