一體化攝像機中幾種自動調焦法特性比較

　　隨著光電圖像拾取技術和數字圖像處理技術的快速發展，基于圖像處理的數字圖像自動調焦技術也獲得快速發展，并成為圖像測量技術、計算機視覺技術等的關鍵技術之一。

　　自動調焦技術是從20世紀70年代后期發展起來的，到現在已經日臻成熟，并在攝影攝像系統中獲得了廣泛的應用。如自動照相機、數碼相機、攝像機(含監控系統中的一體化攝像機)、用于網上視頻圖像通信的作為計算機外設的USBVideoCamera以及用于圖像檢測中的其它攝影攝像設備等。

　　由應用光學中知，攝影物鏡成像有下列公式

　　式中，D為物距;d為像距;f為透鏡焦距。

　　由式(1)可知，當物距D發生變化時，由于物鏡的焦距f不變，要獲取清晰的像，就需要改變像距d。但絕大多數光電成像系統的像距d是固定的，這就需要調整物面沿光軸的位置。所謂調焦，就是指沿光軸方向改變物面或鏡頭的位置，使物像關系滿足公式(1)，以獲取清晰的圖像。

　　調焦有手動與自動兩種：手動調焦靠人眼目視檢測與手動調節，其效率低、精度差;自動調焦則包括信號自動檢測與自動調整，其特點是效率高、精度高，但結構比較復雜。因此，自動調焦系統就是要代替原來的手動調節，先自動檢測光電圖像信號，再根據檢測的情況自動調節攝像鏡頭和感光面之間的距離，并使得像平面落在感光面上。顯然，這種自動調節需要用到電機，通常使用微型伺服電機或微型步進電機，用它們去驅動變焦鏡頭的調節環，以調節鏡頭中透鏡前后的距離，即調節焦距。從而使像平面落在攝像器件的感光面上，以滿足公式(1)的物像關系，使被攝圖像清晰。

　　自動調焦的方法很多，按其原理大致可分為兩類：對焦點及其偏離的直接檢測法與對物面到透鏡的距離檢測法;按離焦信息的檢測方法也大致可分為兩類：即直接調焦法與間接調焦法。直接調焦是基于光學系統在理想像面上像質邊緣的對比度最大，通過直接檢測像邊緣的光強分布來獲取離焦信息，來直接進行調焦;間接調焦是把物鏡的理想成像位置作為參考面，用各種傳感器檢測像面或物面位置相對于參考面的偏離信息而進行的調焦。

　　本文介紹的基于圖像處理的自動調焦法，則屬于一種直接調焦法，它通過對成像質量進行圖像處理而實現自動調焦，是成像系統尤其顯微系統比較理想的一種自動調焦方法。因此，基于數字圖像處理的自動調焦過程可以描述為：計算機通過光學系統和圖像采集設備采集到一系列的數字圖像，對每幀圖像進行實時處理，判斷聚焦是否準確、成像是否清晰，并給出反饋信號控制鏡頭的運動，直到采集到的圖像清晰度符合使用要求，即完成自動調焦。

　　本文介紹基于圖像處理的自動調焦法的原理、特點、幾種常用的聚焦評價函數，基于圖像處理的幾種常用的自動調焦法，如閾值積分法、高頻通帶法、微分法等，以及這幾種自動調焦法的比較。

　　基于圖像處理的自動調焦法的特點

　　由上述可知，基于圖像處理的自動調焦法的基本原理是，通過鏡頭和固體圖像傳感器采集被測物的光學圖像，經模擬數字轉換為一系列數字圖像，再利用計算機對每一幀圖像進行實時處理，以判斷對焦的準確程度與成像的清晰程度，并給出信號去控制鏡頭的運動，直到采集到的圖像符合要求，即完成自動調焦。由于充分利用計算機處理數字信號的高速度和靈活性，因而基于圖像處理的針對數字圖像進行自動調焦的方法在視頻監控攝像機中獲得了廣泛的應用。