一种基于能量和熵的自动聚焦算法

本文提出了一种基于能量和熵的自动聚焦算法.在讨论镜头系统造成图像模糊原理的基础上,提出以空域高频能量和熵作为图像清晰度判据并详细分析了判据性能,针对传统的MCS聚焦流程所固有的局限性,引入了方向测试帧概念,通过联合使用多种清晰度判据以及步长的自适应调整策略提高了自动聚焦的可靠性、聚焦速度以及聚焦灵敏度.本算法应用在作者开发的高清晰度图像采集系统中,试验结果证明所提出的判据和实际聚焦过程吻合,基本避免了原有聚焦算法的缺陷.     

融合灰度直方图分布的自动聚焦改进算法

聚焦区域选择是自动聚焦系统的一个重要模块,在分析研究中心取窗和非均匀采样取窗等传统聚焦区域选择算法局限与不足的基础上,提出结合图像灰度直方图的自动聚焦区域选择算法,通过直方图来分离目标与背景,让目标像素直接参加清晰度计算,从而达到减少运算量的目的。实验表明,此算法加快了清晰度运算,改善了聚焦效果。     

基于熵的自动聚焦图像清晰度评价函数仿真分析

基于图像处理的自动聚焦方法,图像清晰度评价函数的选择很重要。图像熵函数作为清晰度评价函数在不同文献中有一些形式上的变化,且关于聚焦图像评价值对应函数极大值还是极小值的论断不统一。本文详细整理了自动聚焦系统中图像信息熵的不同形式,比较分析它们的物理意义、数学原理,采用灰度图像,重点考虑离焦造成的图像模糊失真,在Matlab平台下仿真分析,得出的结论对具体自动聚焦系统设计时熵函数数学公式的选用和修正提供参考。     

基于FPGA的红外镜头自动聚焦技术研究与实现

自动聚焦技术在红外热像仪监控领域有着非常重要的作用.目前业内红外自动聚焦技术存在聚焦成功率低、架构复杂、聚焦速度慢等状况,为此提出了一种基于FPGA的红外镜头自动聚焦技术,采用单FPGA实现了红外图像处理显示和自动聚焦的功能.鉴于红外图像普遍存在竖条纹噪声和随机噪声等特点,本文在实现聚焦过程中对红外清晰度评价算法和爬山...     

基于高清网络摄像机的自动聚焦算法研究

自动聚焦技术目前广泛应用于显微镜、监控摄像机、手机等设备中,是图像获取中的一项关键技术。与传统聚焦技术相比,基于数字图像处理的自动聚焦能通过软件对图像清晰度的评判,减少硬件的数量,使设备小型化。目前的图像清晰度评价函数不能满足精度和速度的要求,根据模糊控制理论,文章提出了改进的极点搜索算法,可以优化自动聚焦的精度和速度的协调问题。     

水下距离选通成像多分辨率爬山自动聚焦法

针对水下距离选通激光成像图像模糊导致自动聚焦难的问题,提出了多分辨率爬山自动聚焦法,解决了系统实时聚焦问题,获得了高清晰度高质量图片。该方法利用图像的多分辨率原理,通过空间采样处理形成不同分辨率采样层,减少数据量,降低图像处理时间,系统完成聚焦处理时间降低到约为传统方法的一半。进而利用帧间相关性对当前帧和相邻前两帧分别以0.5,0.3和0.2的加权系数进行加权计算,获得当前帧的边缘检测清晰度值,近乎以100%正确率解决爬山法由于局部峰值干扰错误判断可能收敛到局部最大值而导致聚焦失败的问题,最后利用爬山法实现自动聚焦。针对此方法进行多次选通系统实验验证,结果证明:该方法能够保证自动聚焦的速度和精度,提高系统聚焦判定的实时性、准确性和鲁棒性。     

紫外扫描线宽测量系统的研究

设计了一套紫外光学线宽测量系统用于微纳线宽、栅格的测量。在原有深紫外显微镜的基础上,设计了新的探测光路,在成像面设置针孔接收来自样品的光信号,用样品扫描方式来得到样品轮廓。该装置使用紫外光学检测设备减小对象的衍射尺寸,提高检测分辨率,使用激光干涉仪对被测线宽进行溯源。用白光CCD图像实现自动聚焦,确定待测线宽样板平面位置。采用压电陶瓷纳米台在轴向采取序列图像,用聚焦评价函数来判定聚焦清晰度。通过对多种自动聚焦算法性能的比较,采用小波分解自动聚焦算法。确定了紫外成像系统的小波基、分解层数、小波消失矩等参数。     

基于CRF预分割和NSCT的多聚焦图像融合

针对基于多尺度分解的图像融合算法在提高图像模糊区域质量的同时却降低了清晰区域质量的问题,提出了一种结合CRF预分割与NSCT的多聚焦图像融合算法.该算法首先利用条件随机场概率模型对图像进行预分割,将图像预分割为清晰区域、模糊区域和两者的交界区域;然后对图像进行NSCT分解,低频子带系数采用加稀疏约束的非负矩阵分解算法融合,高频子带系数,在交界区域采用方向特征对比度的方法融合,在非交界区域选取清晰度高的系数融合.最后经NSCT逆变换得到最终的融合图像.该方法的融合效果在提高了图像清晰度的同时又有效保持了图像的边缘信息.     

基于多尺度快速清晰度估计的多聚焦图像超分辨融合技术研究

为了提高图像融合清晰度,提出了一种基于多尺度快速清晰度估计的多聚焦图像超分辨率融合技术,利用小波分解算法结合图像清晰度估计算法,实现对多聚焦图像清晰区域的分解、识别和提取,最终得到一幅各个区域都清晰的融合图像。实验结果表明,提出的技术保留了源图像中的几乎全部最清晰区域,融合后的图像清晰度比传统方法有了大幅度的提高,融合结果比较理想。     

基于Matlab的图像清晰度评价方法研究

准确有效的清晰度评价函数是采用数字图像处理技术实现自动调焦的基础.采用Matlab软件的图像处理工具比较空域和频域上的图像清晰度评价算法;提出一种基于离散小波变换的快速算法(FDWT)的图像清晰度算子,采用Matlab软件对该算法进行仿真,实验结果表明该算法具有较高的可靠性和聚焦灵敏度.同时还与其它已有方法进行了对比,包含基于图像边缘检测的方法:Robert算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplace算子;频域方法:离散余弦变换(DCT)等.结果表明FDWT算法不仅计算速度快,而且模拟出的MTF曲线平滑,具有较好的效果.     

不同物距下的自动聚焦方法研究

目前对不同物距情况下的自动聚焦问题研究较少，为此提出了解决这一问题的自动聚焦方法。首先分析了不同物距的多个物体之间的成像关系和在不同物距情况下的图像清晰度评价函数的性质，然后提出了一种图像中心窗口的方法和用作图像清晰度评价函数的二维加权DCT系数的方法，最后采用一种改进的搜索策略对图像进行自动聚焦。实验结果表明，该方法可有效地对不同物距的图像进行自动聚焦。     

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。     

采用加权最小二乘准则的影像仪自动对焦方法

针对影像测量领域中自动对焦方法存在的对焦准确性不高、对焦过程复杂等问题,提出了一种采用加权最小二乘准则的自动对焦方法.首先,根据不同种类图像清晰度评价函数的评价特性,选定对焦过程中所用的图像清晰度评价函数.其次,在图像清晰度评价函数的基础上进行两阶段对焦,即粗对焦阶段与精对焦阶段.然后,分析了加权最小二乘准则中加权系数的确定原则并给出了其具体确定方法.最后,对精对焦阶段所得清晰度评价值进行归一化处理,采用加权最小二乘准则进行高斯曲线拟合求取极值,极值位置即最终正焦平面.实验结果表明:在步距为0.1mm的条件下,该方法与现有的洛伦兹(Lorent)、Gauss拟合方法相比,对焦误差由0.05 mm降低到0.02 mm,有效地提高了现有曲线拟合法的对焦准确性.     

基于FPGA的图像调焦系统研究

采用基于图像技术的自动调焦方法,根据图像分析出图形的质量,完成图像预处理、清晰度判别,获得当前的成像状况。通过控制电机,完成调焦操作。其中核心技术是分析图像质量评价函数。针对调焦算法计算量大、计算复杂等问题,采用中值滤波和灰度线性变换的图像预处理方法,流水线作业,“乒乓”操作,双蝶形处理器复用,基-2FFT算法相结合的工作模式。实验结果证实,本方法解决了自动调焦算法复杂系统控制的速度问题。     

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。     

Automatic panorama with auto-focusing based on image fusion for microscopic imaging system

It is usually desirable from a microscope imaging system to have an efficient auto-focusing and to maintain imaging quality throughout microscopy screening restricted automatically by the specimen borders. This paper presents a novel image fusion-based auto-focusing method and an automatic panorama confined with surroundings of the specimen so as to minimize the auto-scanning time for microscope imaging system. Multi-focus color image fusion is proposed to achieve the auto-focusing task for microscopic imaging. An image sequence is captured by using a microscope eyepiece camera with moving the microscope stage along Z-axis. Several images around a reference image are used to achieve in-focus image, instead of selecting a single image from the sequence. The reference image is an image given highest focus measurement value within the image sequence. Moreover, various evaluation criteria are utilized to analyze the performance of the proposed auto-focus approach on different color models for microscopic imaging. Microscope stage position along the Z-axis is automatically adjusted by image processing-based feedback system to maintain focus during scanning process. In this screening, the in-focus images with overlapped areas on the X–Y axes are stitched together to produce a mosaic image without any seams. In this process, the screening area is automatically constrained with the specimen regions which occupy 20–40 % of the glass surface. An artificial neural network-based learning algorithm is implemented to decide whether the specimen regions are within microscope objective field of view or not. The experimental studies of the proposed method were achieved on an image data set collected from the bright-field microscopy screening for Mycobacterium tuberculosis in specimen of Ziehl–Neelsen-stained sputum smears.     

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。     

基于八面梯度均方差的跟踪系统自动调焦方法

为了实现目标跟踪系统的自动调焦,针对其实时性、准确性的要求,提出了基于八面梯度均方差的自动调焦方法.该方法以像素周围8个方向的梯度均方差作为清晰度评价函数,对消除噪声及光线波动的影响效果很好,能够准确地计算图像清晰度.同时,制定了强制连续调焦与精确调焦相结合的调焦策略.通过对几种评价函数的研究仿真,验证了八面梯度均方差函数在单峰性、灵敏性和稳定性等方面的优越之处;通过反复进行自动调焦实验,说明了调焦策略在克服评价函数局部峰值和精确聚焦方面的良好表现.该方法已应用于目标跟踪系统的自动调焦.     

一体化摄像机变焦控制系统的设计

研究了一体化摄像机光学镜头中变倍电机和聚焦电机的控制原理,实现了步进电机初始位置检测、图像变倍时变倍电机与聚焦电机的配合驱动.为了适应不同物距的变倍跟踪,提出了一种改进的灰度差分自动聚焦算法,计算当前图像的聚焦函数值并采用爬山搜索策略实现了图像的自动聚焦.整个系统采用VHDL实现,并在Xilinx Virtex-5 FPGA开发板上验证.     

3D Surface Morphology Measurement and Auto-focusing System

When interference microscop e measures the surface rough of the micromechanical device, as soon as the work distance of interference microscope and the depth of field is shortened, the in terference images become slur for the measured object if there has small interfe rence after clear focus. The auto-focusing system is introduced into the interf erence microscope, the system can obtain high definition interference image rapi dly, and can improve the measuring velocity and measuring precision. The system is characterized by auto-focusing range of ±150 μm, auto-focusing precision of ±0.3 μm, auto-focusing time of 4~8 s.