一体化摄像机中几种自动调焦法及其特性比较(3)

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　　将式(6)代入得

　　式中，

　　对于沿x方向的灰度阶跃这种典型图像，可以求得微分峰值检测法的理论特性为

(17)

　　式中，C为常数;z1为物方离焦量;zm为半焦深。F(K)、E(K)分别为勒让德形式下的第一、第二类全椭园积分，定义为

　　检测特性曲线如图3所示，这种曲线可分三个区段：

　　(1)抛物线区：

　　该段曲线变换缓慢，呈典型的抛物线规律。当离焦量达到半焦深zm时，检测特性曲线衰减了总幅值的15%左右，该值可视为微分峰值检测法的极限灵敏度。

　　(2)线性区：

　　该段检测特性曲线在这里有一拐点，线性较好，曲线斜率最大。在这里曲线共衰减了总幅值的50%左右

　　(3)双曲线区：

　　将式(17)中最后一表达式以K>>zm代入，可得

　　Q(K)≈ C'/z

　　这是以离焦量为自变量的双曲函数。双曲线规律缓慢的衰减有效地展宽了微分峰值检测方法的检测范围。

　　由图4可看出，微分法检测电路主要由行处理(含微分与行峰值保持电路)、场处理(含场平均与A/D转换电路)与同步逻辑电路三部分组成。其工作过程是：行处理部分首先将视频窗中的视频信号微分获取微分峰值信息，再经行峰值保持器保持后送入场处理电路进行平均。场平均电路对场视频窗中的微分峰值进行平均，并在一场未了的时候启动A/D转换器，将该场的检测信号送入微型计算机中处理。处理后的信号经控制系统驱动微电机调节物镜位置，使图像清晰。

　　微分法控制系统结构框图如图5所示。

　　几种常用的图像处理自动调焦法的特性比较

　　上面已分别介绍了常用的基于图像处理的自动调焦法：阈值积分法、高频通带法、微分法。从各种方法的算法公式中可知，这三种图像处理的自动调焦法各有其特点，经比较，其各自特点及适应范围如下。

　　1、阈值积分法

　　该法对被测对象性质比较敏感，对目标尺寸较小的图像适应性较好。这种方法是根据图像的灰度分布选取一个阈值，并对大于阈值的灰度进行求和，其最大值即为图像的调焦判据。但该法对被测对象性质比较敏感，测量精度较差一些，对目标尺寸较小的图像适应性较好。

　　2、高频通带法

　　高频通带法是基于频域的检测方法，也需对图像进行付里叶变换，以提取其中的高频成分。该法的检测特性较稳定，虽然准确度高，但计算量大。当目标尺寸较大时，由于阈值积分灵敏度下降，高频通带法相对检测灵敏度较高。

　　3、微分法

　　该法要优于高频通带法，即对图像进行梯度变换，也就是利用了图像的边缘增强处理，使聚焦图像与离焦图像的评价函数值更加分明，提高了准确聚焦的灵敏度。

　　微分法在近焦区的检测灵敏度较高，在远焦区域有效范围较宽。是一种较好的方法。虽然该法形式简单有效，即算法简单快速，但滤掉图像中的噪音较差一些。

　　结语

　　由上述可知，本文突出地介绍了基于图像处理的自动调焦法的几种聚焦评价函数的计算式，以及基于图像处理的几种常用的自动调焦法的算法公式，并对其特点作了比较，还指出了各自的适用范围，供研发自动调焦系统的技术人员参考。根据这些算法公式，即可编辑实用软件，并固化嵌入DSP系统中，即可形成自已知识产权的产品。

　　由上还可看出，每种方法也都会有其不足之处，因此视需要可以其中一种方法为主，再结合辅以其它改正方法，即可获得事半功倍的效果。