自動聚焦系統(tǒng)清晰度評價及窗口構建的研究.pdf

1、聚焦是各類光學成像系統(tǒng)獲得清晰、高質量的圖片的關鍵技術，是進行后續(xù)的圖像分析和處理的重要基礎。在高速發(fā)展的信息社會，自動聚焦技術覆蓋了生產、生活的各個領域，從日常生活的數碼相機、攝像機等，到空間遙感系統(tǒng)、生物醫(yī)學成像領域等都離不開自動聚焦技術。自動聚焦經歷了從早期的主動式直至被動式的發(fā)展演變歷程。被動式中基于數字圖像處理技術的方法，具有準確性高、集成度高、空間和時間適用性強等優(yōu)勢，因此得到了廣泛的應用和飛速的發(fā)展。自動聚焦系統(tǒng)在無需過多

2、人工干預的情況下，即可自動識別質量最佳的清晰圖片，解決了手動聚焦操作復雜、效率不高、成像質量不佳等問題，為各類成像系統(tǒng)后續(xù)的圖片分析、處理及應用提供了保障。
　　聚焦深度法是基于圖像處理技術的自動聚焦方式中優(yōu)勢較為明顯的方法，具有精確度高、系統(tǒng)復雜性較低、通用性較好等優(yōu)點。聚焦深度法對采集到的一系列模糊程度不同的圖像進行目標區(qū)域窗口構建，對比窗口內圖像的清晰度評價值，根據評價結果，驅動電機按既定的搜索策略移動鏡頭的位置，直至找到質

3、量最佳的圖片。本文選擇各項性能優(yōu)勢明顯的聚焦深度法進行自動聚焦算法的研究。
　　清晰度評價函數是聚焦過程中的核心所在，其目的是判斷聚焦與離焦狀態(tài)下圖像的差異情況，對圖像進行清晰度評價值計算，為后續(xù)的搜索步驟提供依據。聚焦窗口構建是自動聚焦中定位主體目標的關鍵，只針對窗口內的感興趣目標區(qū)域進行分析及處理，能有效改善自動聚焦的實時性與準確度。本文主要對清晰度評價函數和聚焦窗口構建進行研究，提出了基于Kirsch算子的梯度閾值評價函數和

4、基于圖像顯著性特征的窗口構建方法，提高了評價函數的性能和窗口構建的準確度。此外，本文依據聚焦深度法的完整流程，采用本文提出窗口構建方法和評價函數，選擇適當的聚焦峰值搜索方法，提出了改進的聚焦策略，并闡述了其操作流程。
　　本文主要的創(chuàng)新點如下:
　　(1)針對傳統(tǒng)的梯度類評價函數對噪聲敏感，不能保證評價結果穩(wěn)定性的問題，提出了基于Kirsch算子的梯度閾值評價函數。為了減少計算量，保證實時性，以絕對值之和近似表示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;抑制孤立噪聲點在圖像中的梯度值，提高了評價結果的魯棒性。本文的評價函數在準確度、抗噪穩(wěn)定性等各項性能上都有比較明顯的優(yōu)勢。
　　(2)針對聚焦窗口構建的研究，提出了基于圖像顯著性特征的窗口構建方法。根據人眼視覺對圖像顯著性區(qū)域的關注程度，創(chuàng)新性地選擇圖像的顯著性信息作為聚焦窗口構建的依據。采用計算量較小的LC算法構建顯著圖，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，并通過設定閾值進行二值化以實現(xiàn)聚焦圖片中目標與背景的分離，最后計算分割后的圖像的“重心”，將得到的矩形窗口映射到原圖像，實現(xiàn)聚焦窗口的構建。經過大量實驗表明，本文的窗口構建方法對目標物體的定位準確性高，計算量也小，保證了自動聚焦的實時性。
　　(3)對各種評價函數的性能進行測評時，選擇主觀定性評價指標的同時，增加客觀的定量評價指標對清晰度評價曲線的性能進行對比，各項數據更能直接、全面的反