离焦模糊图像清晰度评价函数的分析与改进

传统的基于梯度的图像清晰度评价函数(调焦函数)对噪声敏感,在实际应用中易引入过多的非边缘信息,影响系统的稳定性。本文基于光学成像系统离焦模型分析了系统离焦对图像清晰度的影响,并提出了一种改进的图像清晰度评价方法。该方法利用最大灰度差提取细节信息来评价图像清晰度;引入阈值区分边缘点和非边缘点来减小图像平坦区域对评价函数灵敏度的影响,同时有效抑制噪声的干扰。进行了仿真实验和实际测试并与传统的清晰度评价函数进行了比较。结果显示,提出的方法具有更好的灵敏度和抗噪性能,能够准确而稳定地评价离焦模糊图像的清晰度,可用于实际光学系统的自动调焦。     

基于小波变换的显微图像清晰度评价函数及3-D自动调焦技术

提出了基于小波变换的图像清晰度评价函数。采用大NA(数值孔径)和小NA的显微图像序列,比较分析了本文提出的评价函数和经典的归一化方差函数、熵函数、能量拉普拉斯函数以及另外两种基于小波变换评价函数的清晰度评价性能。同时采用带有标准偏差为25的高斯噪声显微图像序列,比较了这五种评价函数的抗噪能力。实验结果表明:提出的评价函数具有最高的聚焦精度和聚焦分辨率,且具有与抗噪能力最强的归一化方差函数相当的抗噪能力。提出了基于区域选择的自动聚焦方法,实现了处于不同深度的微操作对象的3-D自动聚焦。该评价函数和区域选择聚焦技术可以用于高精度的自动微操作作业中。进一步说明自动调焦是实现自动化微操作的关键技术,而其核心是清晰度评价函数的选取或构建。     

基于纹理分析的小波变换图像清晰度评价方法研究

验证分析了小波变换在图像清晰度评价上应用的可行性,研究发现基于小波变换的图像清晰度评价函数性能与图像的空间纹理分布有很大的关系,采用图像灰度梯度方向矩阵的纹理分析方法,可以显著提升其性能.由于机加工零件表面纹理的普遍存在,对此类图像进行纹理分析有了实际应用意义.在对图像纹理特征进行统计分析的基础上,本文提出了一种基于纹理分析的图像小波变换清晰度评价方法.经实验验证,此评价函数针对具有纹理特征的目标有优越的性能,具有较高的灵敏度和分辨力（优于2 μm）.     

图像清晰度评价函数的研究

为了实现更为高效、准确的光纤端面自动对焦,对现有图像的清晰度评价函数进行了研究,并在此基础上,提出了一种新的计算简便、抗噪性好的清晰度评价函数。采用光纤几何参数测试仪获得光纤端面清晰成像面前后等间隔的24帧光纤端面图像,利用不同的图像清晰度评价函数对这24帧图像进行计算,得到相应的调焦曲线并分析其单峰性、单调性和抗噪性。结果显示,所提的新评价函数具有更好的表现,对自动对焦技术具有一定的参考价值。     

图像调焦过程的清晰度评价函数研究

自动调焦是一类建立在搜索算法上的调焦方法,它通过计算机编程对不同对焦位置所成像的清晰度进行评价,利用正确对焦时图像最清晰这个特征找到正确的对焦位置。判断图像对焦与否是通过图像清晰度对焦评价函数/调焦状态评价函数(调焦判定函数)来衡量的。利用每一个调焦判定函数对包含了一组模糊和清晰图像的序列图像进行处理,可以得到对应于相应判定函数的调焦曲线,利用曲线可以非常直观地分析判定函数的性能。结果表明,灰度梯度函数具有比较稳定的调焦特性。     

光学显微成像系统图像清晰度评价函数的对比

图像清晰度评价函数是评价各类成像系统成像质量的一个关键函数,为找到合适的图像清晰度评价算法,采用MATLAB软件对16种适用于光学显微成像系统的清晰度评价函数进行仿真,定量分析了不同算法的灵敏度、单峰性、无偏性以及运算速度。实验表明:Laplacian函数具有较高的单峰性、无偏性和灵敏度;存在高斯噪声时,Brenner函数、Tenengrad函数和基于Prewitt算子的函数以及中值滤波-离散余弦函数稳定性好;而存在椒盐噪声时,Roberts函数综合性能最优。     

Sobel算子在气膜孔图像清晰度评价过程中的研究

对高压涡轮叶片中冷却气膜孔(下简称:气膜孔)视觉测量过程中遇到的气膜孔图像清晰度评价问题展开研究。利用光学成像系统分析了系统离焦对图像清晰度的影响,并提出了一种Sobel算子与阈值相结合的图像清晰度评价方法。针对气膜孔孔径小、单晶材料反光、焦平面的获取困难、气膜孔边缘难识别等问题,进行对比实验,设计了图像清晰度评价函数归一化与阈值选取相结合的测量方法,这确保了评价功能的真实性,同时滤除了高频噪声。实验结果表明,所提出的评价方法可以准确地评价气膜孔图像的清晰度。此方法具有很强的单峰性,无偏性和良好的抗噪性能。     

基于图像清晰度评价的磨削表面粗糙度检测方法

针对当前机器视觉检测粗糙度主要采用图像灰度值信息进行统计分析,没有充分利用色彩信息且忽略了人眼视觉系统主观评判的问题,提出一种基于图像清晰度评价的磨削表面粗糙度检测方法。根据色块在不同等级粗糙度表面上形成的图像清晰度不一样,采用熵函数评价算法和基于色彩相关性的彩色图像清晰度评价算法分别构建清晰度与粗糙度之间的关系模型,论证了基于图像清晰度检测磨削表面粗糙度方法的可行性。试验结果表明,基于图像清晰度检测磨削表面粗糙度是一种可行的粗糙度检测方法,清晰度与粗糙度相关性强,清晰度有随着粗糙度的增大而减小的趋势,且利用色彩相关性的彩色图像清晰度评价算法对磨削表面粗糙度检测具有较好的灵敏性,并且该方法符合人眼视觉系统的主观评价;清晰度算法和主观评价二者结合可快速简易地在线检测工件的整体表面轮廓粗糙度。     

运动模糊图像清晰度评价函数的研究

运动模糊图像清晰度评价函数是图像恢复中评价图像质量的一个重要判据.本文首次研究了在不同方向的图像灰度差的绝对值之和与图像运动模糊方向的关系.在此基础上,提出了几种运动模糊图像清晰度评价函数,并研究了它们的优缺点和适用范围.文中建立了评价函数的数学模型,给出了实验结果和分析.     

基因芯片荧光靶点显微成像自动调焦控制

在基因芯片荧光靶点阵列图像CCD扫描采集系统中,显微成像自动调焦控制是进行芯片杂交信号荧光靶点图像采集的先决条件.在定义图像清晰度评价函数的基础上,通过对实时采集的显微图像进行清晰度评价函数计算,采用基于粗精结合原则的自动调焦控制策略,实现了荧光靶点显微成像自动调焦控制.调焦控制实验表明,该方法显著提高了基因芯片荧光靶点图像聚焦和采集的效率.     

嵌入式自动聚焦摄像模组控制系统的设计

针对手机等移动终端设备中的摄像模组,提出了一种嵌入式自动聚焦控制系统。该系统以AD5820作为聚焦电机的驱动IC,以OV5642作为图像传感器,利用68013单片机进行数据处理并控制驱动IC调整镜头的位置,完成准确自动聚焦。系统通过控制音圈电机带动镜头行程变位,获取一系列图像;计算每幅图像清晰度评价值构成清晰度评价曲线;采用梯度函数作为图像清晰度评价标准;并用全程搜索的方式找到图像清晰度最大值时镜头的位置,从而达到聚焦的目的。实验验证显示,系统的聚焦分辨率能达到5～10μm,响应速度小于70ms。自动聚焦实物拍摄图像清晰,能够很好地满足摄像模组自动聚焦的需求。     

广角望远镜实时自动调焦的清晰度评价方法

SVOM天文卫星附属的地基广角相机阵(GWAC)含有36个广角望远镜,其短时标的高精度自动观测建立在实时自动调焦的基础上,本文将对广角望远镜实时自动调焦的图像清晰度评价方法进行研究和实现。文章首先比较研究了常用望远镜图像清晰度评价方法的原理及在GWAC系统上的适用性,得出基于星像能量集中度的两种方法:星像50%能量半径、PSF的FWHM值适用于GWAC系统。区别于常用天文软件包IRAF费时的算法,本文提出了基于点源强度分布进行PSF拟合计算FWHM的方法,并进一步探究了诸如拟合模型、选星标准、定心精度、拟合半径、插值方法、插值间隔、FWHM后处理等关键方法参数对FWHM计算精度与速度的影响。最终得到一套适用于GWAC实时自动调焦的清晰度评价方法,并用C++编程实现。本文中方法 FWHM计算误差为0.046pixel,精度与IRAF相当,计算焦点位置一致;单图(挑选后约300颗星)计算时间为0.67s,约为IRAF计算时间的1/20,满足GWAC系统自动调焦的精度与实时性需求。研究结果在GWAC系统中得到应用,并可为其他自动化望远镜观测系统提供参考。     

仪表式车床的横系列模块化设计

对仪表式车床从功能域和结构域两个方面进行了分解.确定了仪表式车床的模块划分原则.利用设计结构矩阵建立了功能元与结构元之间的映射关系,并对各种映射关系是否适合划分模块做了描述.根据功能元与结构元之间的映射关系以及仪表式车床实际的结构特点,划分出了比较通用的模块划分.利用基本功能模块和附加功能模块的不同组合方式,确定了多种横系列的模块化仪表式车床.最后,对仪表式车床的横系列模块化设计的优点进行了概括.     

广角天文望远镜的自动调焦

介绍了一种基于步进电机(无位置检测传感器)和像质反馈的广角天文望远镜自动调焦系统,该系统由步进电机位置开环控制系统和图像清晰度评价系统组成。基于天文图像的特点,提出利用天体点源星像的半高全宽(FWHM)作为图像清晰度的评价参数;为了提高系统精度,对定位控制系统进行了误差分析;测定了调焦当量、光学焦深、系统回差、步进脉冲当量等系统关键机构参数,进而高精度地修正了系统定位误差;分析和测定了温度变化和像质变化的相关性,明确了调焦方向和温度变化之间的定性关系;设计了焦深边缘定位策略,实现了快速调焦。该系统具有"容错"和"自学习"功能,具有较高的自动化和智能化程度。将系统设计应用于SVOM天文卫星地基广角相机阵[1-2](GWAC),实际测试和天文观测表明,调焦系统的定位精度为±3.0μm,调焦精度为0.05pixel,且一次调焦过程即可获得最佳像质,调焦效率较高,系统运行也很稳定,基本满足天文观测的需求。     

调焦系统中数字图像清晰度评价函数的研究

为了实现基于数字图像处理的自动调焦技术,采用准确有效的图像清晰度评价函数是其实现的关键.通过实验分析比较了梯度函数、频谱函数和熵甬数在自动对焦技术中的作用,并研究了各评价函数在实验平台下所表现出来的性能和特点.研究结果表明,Tenengrad函数、Brenner函数和平方梯度函数在焦平面附近具有变化趋势明显和灵敏度高的...     

基于图像测量技术的微透镜定焦方法研究

简要描述了基于图像处理方法的微透镜阵列,焦距测量方法。该方法采用图像处理技术解决测量中的定焦问题。文中介绍了几种清晰度评价函数。并对其定焦的精度进行比较,选出较优的算法用来判断焦点位置。实验证明使用该方法可以满足微透镜焦距测量精度要求。     

基于动态因子自适应搜索算法的自动调焦研究

为提高自动调焦的性能,采取动态因子自适应搜索算法。首先,建立分辨率逐步递减的调焦窗口,以减少非聚焦区域对调焦评价函数计算的影响;其次,通过动态调焦因子方法修正目标变化对清晰度评价函数的影响;最后,通过适应变步长爬山算法结合清晰度评价函数搜索聚焦点,提高搜索速度和调焦精度。试验仿真显示,本文提出的算法获得的图像清晰,其性能受噪声影响小,可满足自动调焦中对稳定性、实时性和清晰度的要求。