基于图像处理的航空成像设备自动调焦设计

针对当前航空成像设备中自动调焦装置结构复杂、不利于集成的问题,对基于图像处理的自动调焦方法在航空成像设备中的应用进行了研究。根据自然图像斜边缘多于水平和垂直边缘的特点,提出了基于图像斜边缘检测的对焦评价算子(Lean算子)。通过对多种对焦评价算子进行试验比较,分别选取斜边缘检测算子和卷积算子作为调焦粗搜索和精搜索阶段的对焦评价算子。针对航空成像设备光学系统的特点,提出了局部全局搜索算法(LFS)和变步长的爬山搜索算法(CHS),使用调焦行程为130步,焦深为2步的变焦镜头,分别将调焦时间由全局搜索算法的43s缩短至7s和5～8s。实验结果表明:将所提出的对焦评价算子和搜索算法结合使用,能够准确实现自动聚焦,准确度达到95%以上。     

TFT-LCD面板光学检测自动聚焦算法研究与比较

针对当前TFT-LCD玻璃基板在线检测过程中存在的显微图像对焦模糊问题,对基于图像处理的自动调焦方法在TFT-LCD玻璃基板检测中的应用进行了研究。基于对TFT-LCD液晶面板的光学检测,重点介绍了目前较为常用的、具有代表性的几种基于图像处理的清晰度评价算法,并从算法的单峰性、无偏性、灵敏性以及计算量等方面进行了比较与分析,提出了一种粗细调相结合的复合自动对焦方法,分别选取斜边缘检测算子和梯度滤波器算子作为调焦粗搜索和精搜索阶段的对焦评价算子。实验结果表明:使用调焦行程为15步的全局搜索算法,传统单一算法耗时2.18s,得到图像的清晰度评价函数值为46.78;粗细调相结合的复合自动对焦方法时间仅为1.41s,得到图像的清晰度评价函数值为52.49。该方法不仅对焦精度高,有较大的对焦范围,还能保证高的计算效率。     

一种覆盖范围可调的变频梯度自动对焦评价函数

针对传统调焦函数对噪声敏感和调焦范围小从而影响自动对焦准确性的问题,提出了一种基于变频梯度的自动对焦评价函数。解决了由于离焦量过大而引起的评价函数调焦范围小的问题,通过改变采样频率实现了评价函数调焦范围的可调性。其中,评价函数采用了带有阈值选取的梯度绝对值算子,提高了评价函数的抗噪性,降低了时间复杂度。分别利用仿真实验和实拍实验对该方法进行验证,实验表明:采用不同采样频率的梯度算子能够兼顾调焦范围广以及灵敏度高的两种特性,并与现有的对焦评价函数进行了比较,通过量化指标说明了该评价函数的运算速度较现有评价函数有较大的提升,证明了所提出方法抗噪性与实时性更好、灵敏度更高、调焦范围可调,同时能够准确评价离焦图像清晰度。     

基于梯度能量函数的调焦窗口构建方法

光电跟踪取证系统对运动目标进行跟踪拍摄时需要进行变焦和调焦,目标姿态和位置改变而产生调焦窗口偏离是导致传统自动调焦方法失效的主要原因。针对该问题,提出了一种针对跟踪目标动态建立调焦窗口的方法。该方法利用梯度能量评价函数提取目标特征,通过相关性处理和边界扩展建立调焦窗口,能克服调焦窗口偏离的缺陷。实验结果证明,对704×576像元不同离焦状态的图像都可以在20 ms内根据目标的位置和大小,构建准确有效的调焦窗口,满足光电跟踪取证系统对运动目标进行实时自动调焦的特殊要求。     

航空红外相机自动调焦设计

为克服恶劣复杂的航空环境给系统带来的失焦现象,系统中引入自动调焦模块。通过采集、分析不同程度失焦的中波红外图像序列,对空域内几种调焦评价函数的灵敏度、无偏性、稳定性、计算速度等指标进行测试和验证,最终得到适合于红外成像自动调焦系统的调焦评价函数。为了提高该调焦评价函数的信噪比,提出了一种基于图像预处理的信噪比改善算法,保证函数在正焦面两侧呈单调性。最终制定出粗细结合的快速爬山搜索策略,先以大步距进行粗略调焦缩短时间,再用低于半倍焦深的小歩距精细调焦保证精度。基于640×512中波制冷探测器,搭建了一个焦距为300 mm、F/2的卡塞格伦折反式红外光学系统。试验结果表明该自动调焦模块可以保证实时性和准确性,满足具有较大噪声的红外成像系统的需要。     

基于重叠区图像处理的自动调焦系统设计

在航空遥感领域中,自动调焦技术是获取高质量图像的关键技术之一,且在一定范围内得到了应用,但其实时性能较差。为解决调焦耗时长的问题,提出以连续三帧重叠区域图像为指导的自动调焦算法。简述了由电荷耦合器件(CCD)相机、调焦机构和调焦电路板等组成的自动调焦系统;自动调焦控制算法对快速提取重叠区域和帧差值相似判定法进行了综合,针对重叠图像利用聚焦评价函数实现了由大步长快速粗调到小步长精确细调,从而不断逼近正焦位置;利用聚焦函数的聚焦值给出自动调焦系统的软件设计流程;试飞试验表明上述算法在满足自动调焦基础上能够获取清晰图像,同时大大降低图像的分析量,提高系统响应速度。     

基于图像处理的机载光电平台自动调焦方法

研究了图像处理的自动调焦方法在机载光电成像设备中的应用。提出了基于图像斜边、水平和垂直边缘检测的调焦评价算子——Bevel算子和Mix算子。选取边缘检测算子和卷积算子分别作为调焦粗搜索和精搜索阶段的清晰度评价算子,设计了适合自动调焦的隔行隔列调焦区域选择方法。采用了变步长爬山搜索法、局部全局搜索法和综合搜索法3种调焦控制策略,使用调焦行程为131步,焦深为2步的变焦镜头,其调焦时间分别从全局搜索法的37s缩短至3～4s、4～6s和3～5s。实验结果表明,该方法能够满足机载光电成像设备的调焦实时性和精确性要求。     

白光扫描干涉过程的自动对焦方法研究

针对白光扫描干涉系统由于物镜景深小、干涉区间短而导致的调焦不准确、查找条纹困难、耗时长等问题,提出一种适用于白光干涉仪的自动对焦方法,该方法包括一种结合穷举法与爬山法的复合式对焦搜索算法,以及一种基于四叉树分解的粗精分步对焦评价函数。所提的搜索算法不需预先设定搜索范围,步长迭代可变,在能够快速搜索的同时具有较高的搜索精度和稳定性。所提的评价函数灵敏度较高,单峰性较好。实验结果表明,所提的自动对焦方法具有较高的对焦精度和速度,且能够在快速准确找到干涉条纹位置的同时,有效地避免由条纹以及环境噪声引起的对焦曲线多峰值问题。     

红外望远镜变步长自动对焦设计

在远距离目标检测和跟踪的过程中,成像清晰起着至关重要的作用.红外望远镜系统的成像距离远、景深短、失焦引起图像模糊.由于大气折射,望远镜所成的像处于不断变化之中,造成传统对焦算法对焦成功率、效率偏低.为了提高自动对焦的成功率和速度,采用了一种具备变步长的爬山法,利用多次求图像清晰度取其中位数的方法保证清晰度评价的准确性,...     

基于小波的自动对焦算法研究

图像清晰度评价在自动对焦中具有重要的意义。提出了几种基于小波变换的不同的评价标准,研究发现,同一个小波变换,不同的评价标准其评价效果也有所不同,根据需要的不同,可以采取各种不同的评价函数。同时,对焦区域的合理选择可以有效地减小计算量,保证自动对焦的实时性要求。试验证明,这几种评价标准具有更好的调焦性能、抗干扰能力和实时性,在自动对焦方面有着广泛的意义。     

红外成像自动调焦中动目标对焦窗口选择研究

红外成像自动调焦评价函数的计算耗时较多,对自动调焦的实时性有很大的影响。选择整幅图像中最重要的目标 区域作为自动调焦评价对象,可有效解决传统的对焦窗口选择方法不适合动目标的问题,并可在保证调焦精度的同时有效降低系 统的计算量和大大改善自动调焦的效率。为了快速有效地找到该区域,提出了基于模板匹配、可使对焦窗口缩小并锁定在目标区域 的动目标对焦窗口选择方法。实验结果表明,该方法具有运算复杂度低、针对性强等优点,且其调焦特性曲线的灵敏度也较高。     

基于肤色及AdaBoost算法的自动调焦人脸检测

提出一种结合肤色检测和AdaBoost算法的自动调焦实时人脸检测方法。采用肤色信息定位皮肤区域,针对AdaBoost算法对待检人脸尺寸小于训练样本人脸尺寸时检测率低的缺陷,并采用自动调焦算法调整图像大小后再利用AdaBoost算法进行人脸检测。实验结果表明,结合肤色信息和自动调焦后的AdaBoost算法性能较传统AdaBoost算法有明显提高,同时对小人脸图像也有更好的检测效果。     

热成像系统自适应自动对焦算法

为了实现不同环境下热成像系统的准确对焦,本文针对现有自动对焦算法存在的问题开展研究,提出了一种热成像系统自适应自动对焦算法。通过对比实验系统采集图像的梯度算子评价函数曲线,确定最优最大梯度和清晰度评价函数,并以某一复杂场景为例,说明了最佳对焦位置搜索、对焦窗口选择和图像清晰度评价的具体实现方案。对多个复杂场景的自动对焦实验表明,本文提出的热成像系统自适应自动对焦算法能够有效解决复杂场景目标的准确对焦问题。     

基于功率谱的遥感相机自动调焦算法研究与实现

应用图像处理法针对线阵CCD推扫成像的遥感相机进行自动调焦研究.推扫成像的线阵CCD相机在任意时刻所拍摄的景物都是不同的,这就给对焦评价函数的选取增加了难度.用功率谱的方法对任意景物在空间频域进行分析表明,功率谱对于自然景物具有一定的不变性.由此建立了基于功率谱的对焦评价函数,并采用DSP FPGA的高速硬件系统方案实现自动调焦的算法.一系列的调焦实验表明,系统有较好的自动调焦性能,基于功率谱的对焦评价函数是可行的.     

激光三角测距法自动调焦模型的建立与分析

为了满足工业TFT-LCD检测系统中显微镜对主动自动对焦的要求,提出了一种基于激光三角测距法主动自动调焦的方法,建立了相应的数学模型并进行了实验数据分析。该方法在可见光光路中加入一路808 nm波长的红外光,红外光在被检测物体表面反射后经过一系列光学器件投射在CCD相机上形成一个光斑,以对焦完成时CCD上光斑半径最小为基准,给出了离焦量δ与光斑信息探测量r之间的数学关系,据此实时控制PZT进行自动调焦。初步以50×物镜进行实验,结果显示其在焦平面±30μm范围内的实际测量值与理论值吻合,线性度优越,调焦精度达到0.2μm。与传统的显微镜调焦方法相比具有精度高、线性度好、调焦速度快等优点,满足工业检测自动化的实际需要。     

简析光学系统自动调焦的方法

自动调焦技术已经广泛应用于各种光学仪器中。常见的调焦方法,从基本原理上可分成基于物方测距的主动式和基于像检测法的被动式两大类。主动、被动式自动对焦方式各有千秋,主动式由系统主动发出光波,可以在低反差、弱光线下对焦,但当被摄体能吸收或反射光或波时对焦困难。被动式直接接收来自景物自身的反光,对具有一定亮度的被摄体能理想地自动对焦,自身不要发射系统,耗能少,有利于小型化。被动法中的以数字图像处理作为调焦检测函数的方法,理想的评价函数要求无偏性、单峰性、能反映离焦的极性、对噪声敏感度低等。为提高效率,往往还希望计算量尽可能地小。文章介绍了目前应用于光学系统的几种基于光电测试和图像处理的自动调焦方法。     

利用LSF实现推扫式遥感相机的自动调焦

为实现推扫式遥感相机自动调焦,结合推扫成像的特点提出了利用LSF作为图像质量评价函数来指导自动调焦的方法。该方法利用了LSF和MTF的傅里叶变换关系。经过边缘检测后,搜索刀刃边缘区域,提取边缘扩散函数ESF,并通过求导得到像元尺寸级的LSF;然后利用最小二乘法作LSF的曲线拟合得出亚像元尺寸级的LSF,并且由LSF的重要参数σ得到图像质量评价值(IQE)指导推扫式遥感相机的自动调焦过程;通过实验对该方法的准确性和实时性做了验证,并给出了调焦精度的计算方法,最后利用IQE改变步距的爬山坡法实现调焦过程,提高了对焦速度及可靠性。实验结果表明:调焦精度可达到0.1倍焦深,调焦一次动作不超过0.2 s。说明该方法在实时性和准确性的方面都得到了较好的体现,为推扫式遥感相机实现自动调焦提供了可能性。     

激光扫描共聚焦显微镜自动对焦研究

目的：针对激光扫描共聚焦显微镜在二维平面扫描样本时不能自动准确定位焦平面的不足,提出一种基于全自动光学显微镜自动聚焦原理的数字图像处理算法解决这个问题。方法：利用激光扫描共聚焦最微镜获得具有一定厚度的显微样本不同焦距下序型固傻,首先应用灰度方差算子全局搜索进行粗聚焦,对粗聚焦得到的焦平面附近各一个扫描步距范围内的图像再利用基于Sobel梯度的熵函数进,行目标区域的精确聚焦,单向搜索以提高聚焦速度.结果：实验表明该方法对于无荧光标记的样本的均可以准确对焦,粗细两次聚焦可以提高自动对焦的精度,基于Sobel梯度的熵函数对于图像边缘敏感,比以往的空域自动对焦方法更符合生物显微样本对焦精确度高的需求。     

图像清晰度评价与变步长融合调焦方法

十字丝目标在CCD上的成像,一般受到环境光和光路的影响,不同位置的焦距产生的十字丝图像会存在边缘模糊和离焦的情况,使十字目标的中心点位置提取受到严重影响,传统的Sobel算法忽视边缘信息,并且容易受噪声影响,因此提出改进Sobel算子图像清晰度评价函数与粗细调焦结合的变步长两段式快速搜索自动调焦的方法。该方法首先利用图像的空间域评价图像清晰度,其次利用根据光学设计选用的两段式调焦方式。第一步进行粗调,先快速找到正焦位置附近,然后进行细调,直至找到正焦的位置。实验表明,该方法与其他算法相比,自动调焦失败率为2%,调焦时间为1 242 ms,调焦行程在-25～+30 mm之间。通过该算法将图像清晰度评价函数与两段式调焦方式结合进行自动调焦,准确性高,实时性好。     

激光三角法改进的显微镜快速自动对焦方法

为了满足TFT-LCD显微镜光学检测系统在工业上的需求,基于激光三角测距法提出一种改进的显微镜快速自动对焦方式,并建立了光路数学模型。该方法在可见光光路中加入一路808 nm波长的激光,激光光束在被检测物体表面反射后经过一系列光学器件投射在CCD相机上形成一个半圆光斑。以对焦完成时CCD上的光斑半径最小为基准,给出了离焦量与光斑信息探测量之间的数学模型关系,实时控制PZT进行自动调焦。根据给定的数学模型,利用高斯曲线拟合对光斑中心进行定位并计算离焦量,实现对实时控制压电陶瓷的自动对焦。在50倍物镜下的实验结果表明:实际测量值与理论值有很好的线性度,在±30μm的对焦平面上对焦重复定位精度可达到0.2μm,对焦时间在0.26 s。与传统的显微镜对焦方法相比,该方法有较高的精度、较好的线性度和更高速等优点,可满足工业光学检测的需求。