基于HVS算子的自适应清晰度自动调焦评价函数

传统梯度类自动调焦评价函数对不同清晰度的序列图像不能兼顾灵敏度高和可调焦范围广两种特性,因此提出了基于人类视觉系统(HVS)算子的自适应清晰度自动调焦评价函数。检测图像各方向上的边缘,计算轻微离焦图像函数值;当图像深度离焦时,划分子区域降低采样率后进行清晰度评价。仿真实验表明本文提出的评价函数,轻微离焦位置灵敏度高,对深度离焦区域图像加均值为0,方差为0.001,0.005,0.01的高斯噪声后函数曲线几乎不变,深度离焦区域内可调焦范围大。该评价函数具有灵敏度高、可调焦范围大、抗噪性能良好等特性,更适合粗精结合的搜索算法使用。     

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。     

基于一体化摄像机的清晰度评价函数研究

清晰度评价函数的选择是一体化摄像机实现对焦,以获取高质量图像很重要的依据。针对一体化摄像机的实时性和简易行,对几种常用的清晰度评价函数算法分别从高效性、无偏性、单峰性和灵敏度等进行了较全面的性能比较。分析结果表明:Laplace函数和Brenner函数的峰顶宽度相对较窄,灵敏度高,因此适合于小范围精确调焦。Tenengrad函数、Robert函数和平方梯度的峰顶相对较宽,在焦点附近具有比较高的灵敏度,同时也有一定的调焦范围,适于中等范围的自动调焦,这对于一体化摄像机所需要的自动调焦控制具有指导意义。     

基于图像处理的自动调焦技术研究

随着自动调焦技术的快速发展,在成像系统中得到了广泛的应用。基于图像处理的自动调焦能够进一步满足各种成像设备的智能化自动调焦需求。基于图像处理的自动调焦的关键在于图像的清晰度评价函数,本文在对评价函数进行分析的基础上提出了梯度阈值评价函数,实现了调焦的实时性、抗噪性方面的提升。     

基于图像评价的显微镜自动对焦方法

针对显微镜观测动态平面目标时的自动对焦需求，提出一种基于图像清晰度评价的显微镜静/动态自动对焦方法。首先，根据对聚焦-失焦图像特征的分析，建立加权Tenengrad评价函数评估方法和图像分块对焦窗口模式。其次，针对搜索过程中的局部极大值问题，利用模拟退火理论建立对焦搜索模型。最后，为了对动态图像进行评价，利用图像模糊法来判断动态无参考图像失焦水平。在此基础上，形成了静态调焦模型，动态失焦检测与实时对焦模型。通过搭建显微镜自动对焦实验平台，结果表明：该静态调焦模型能够使显微镜快速准确地静态自动调焦，动态失焦检测和实时对焦模型能够使显微镜满足在动态观测下离焦检测和实时调焦的要求。     

一种灰度梯度暗通道图像自动调焦方法

针对目前调焦评价函数存在的灵敏度低、鲁棒性差、易进入饱和区等问题,提出了一种融合灰度梯度和暗通道L0范数的调焦评价函数。首先分析并证明了清晰图像与离焦图像相比具有亮度更大、更稀疏的暗通道这一特性,然后选择了暗通道的L0范数对图像的离焦情况进行评价,最后融合图像灰度梯度与暗通道的L0范数构建了一种新的调焦评价函数。在对森林、公路、天空中的无人机、室内静物等多种场景的调焦实验中,使用单核DSP处理速度为9Hz,基本满足实时性;受到外界干扰时函数曲线没有出现伪峰;在离焦比较严重的情况下没有进入饱和区,仍然能够保持一定的陡峭度。实验结果表明,本文提出的调焦评价函数具有较好的灵敏度和鲁棒性,可以满足光电成像系统对实时调焦的要求。     

一种梯度阈值自动调焦算法

传统的梯度自动调焦算法计算量大,抗噪声能力弱,影响调焦的实时性及调焦曲线的单峰性和灵敏度,因此提出一种梯度阈值自动调焦算法,提高调焦性能,满足光电跟踪系统能实时、准确地进行自动调焦的要求。该算法先以图像的局部方差作为局部阈值区分边缘像素与非边缘像素,再计算整幅图像的一种新的标准差作为全局阈值来削弱噪声和背景的影响,最后对阈值预处理后的图像采用梯度调焦算法计算其调焦值,进行清晰度评价。大量实验结果表明,该算法具有实时性好,单峰性强,灵敏度高的特点和良好的抗噪性能。该算法用于光电跟踪系统的自动调焦中时,依然保持上述良好的性能,明显优于传统梯度自动调焦算法。     

一种新的图像清晰度评价函数

离焦模糊图像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一个关键．需要不断地提高评价函数的准确性和有效性。深入研究了各种图像梯度的分布情况后发现模糊图像小梯度像素数较大,而清晰图像大梯度的像素数则明显比模糊图像的多,因此可以给梯度加一个阈值．去掉梯度小的值保留梯度大的值,这样可以突出清晰图像的的优势．易于准确判断。首次提出了一种用图像梯度加阈值求和作为由于离焦产生的模糊图像的评价函数,建立了上述评价函数的数学模型．并给出了实验结果和分析。与以往的图像灰度方差、梯度和、小波变换等评价函数相比,给出的评价函数无偏性好、单峰性强,信噪比高,计算量小,在焦平面附近具有变化趋势明显和灵敏度高的特点。     

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。     

显微视觉系统中自动调焦评价函数的选取

综述了显微视觉系统中常用的自动调焦算法,并分别在不同的照明方式和不同的图像内容条件下对其调焦函数特性进行测试,得到了调焦评价函数优劣的客观评价。实验结果表明：梯度平方函数、Tenegrad函数、Laplacian函数灵敏度高,稳定性好,适于小范围精细调焦;Variance函数、熵函数灵敏度低,但调焦范围大,适用于粗调焦;透射照明通常比反射照明有更好的调焦曲线;高频信息丰富的图像宜采用梯度平方函数或Tenegrad函数调焦,高频信息不是很丰富的图像宜采用Laplacian函数调焦。     

基于多向最大梯度阈值的自动调焦评价函数

图像评价函数选取是实现数字图像自动调焦的关键一环,针对函数选取的准确性、鲁棒性要求,提出了一种基于多向最大空心梯度阈值的自动调焦评价函数。在现有四类图像评价函数中,灰度梯度函数因其执行效率高而成为研究的重点,为此,本文首先简要阐述了几种典型灰度梯度函数,然后对本文所提梯度函数进行了详细数学推导,最后对比验证了本文函数的有效性。结果表明:本文函数具有单峰性强、无偏性好、灵敏性高的特点和良好的抗干扰性能和实时性,其综合性能明显优于传统梯度函数。     

基于DCT零系数和局部标准差的自动聚焦算法

聚焦评价函数的设计与选取是显微镜自动聚焦的核心问题之一,光照变化引起函数曲线失去理想特性,传统的聚焦评价函数无法克服这一问题。为了解决此问题,提出一种结合频域离散余弦变换（DCT）零系数和空域局部标准差的自动聚焦算法。通过计算图像子块的DCT高频零系数个数和局部标准差,利用两者相反的作用效果进行除法运算,并采用平方运算加大该算法的清晰度比率,在不同光照条件下,与几种传统的聚焦评价函数进行聚焦对比实验,验证了该算法的适用性,并对聚焦评价函数使用定量指标进行性能评估。结果表明,该算法在低照度的条件下还能保持良好的曲线特性,并且具有较强的抗噪性、灵敏度和稳定性。     

一种基于液体透镜的仿生视觉快速调焦方法

为了提高仿生视觉系统中调焦方法的实时性,在对基于液体透镜的仿生视觉系统调焦控制方式进行研究的基础上,提出一种改进的快速调焦方法,实现系统焦距快速调节的功能。首先将基于激光位移传感器的主动式调焦结果作为预正焦点的判断准则,然后利用基于Sobel算子的灰度梯度评价函数并结合改进的爬山搜索算法对焦距进行精细调整,最后搭建仿生视觉成像系统实验装置,验证本文方法的准确性及实时性。结果表明,利用提出的快速调焦方法,在调焦过程中对同一场景不同模糊程度24帧图像的处理时间可以达到257 ms,相比于传统的自动调焦方法在速度上有很大提升。     

数字全息成像中基于导数的自动对焦算法

在数字全息成像自动对焦算法实现中引入适用的导数计算方法,形成了4种基于导数的对焦判据函数.通过分析在相移数字全息中记录全息图时引入的噪声在提取物光波复振幅过程中的传递,研究了噪声对基于导数的自动对焦算法的影响,给出了不同算法的综合评价.数值仿真和光学实验处理结果表明,Prewitt梯度判据函数(PRG),Tenebaum梯度判据函数(TEG)与角谱再现算法结合可以形成快速可靠的自动对焦算法.     

数字全息显微中的自动聚焦

为实现快速、准确的自动聚焦,采用理论分析和实验验证相结合的方法,对显微数字全息自动聚焦所采用的数值重建算法、全息图零级谱滤除和聚焦评价函数等相关问题进行了研究。结果表明:菲涅耳变换重建算法完全可以用于数字全息自动聚焦中;全息图零级谱的滤除使得基于菲涅耳变换算法的自动聚焦过程无法实现;灰度方差函数、傅里叶频谱加权对数函数和标准偏差相关函数可以有效地用于显微数字全息数中的自动聚焦,其中傅里叶频谱对数函数计算时间最短,是首选的聚焦评价函数;利用再现像光场中部分区域作为聚焦判断依据,可以大大缩短自动聚焦时间。     

基于CSF和梯度相似度的红外图像质量评价

针对传统的峰值信噪比及常用的结构相似度等图像质量评价方法对人视觉特点考虑的不足,提出了一种基于CSF(对比敏感度函数)和梯度相似度的红外图像质量评价方法。该方法在结构相似度方法的基础上,采用Sobel掩模算子计算图像的梯度幅值对其改进,利用对比度敏感函数赋予图像块以相应权值,最后加权得到整幅图像的评价值。从实验结果可看出,所提方法与传统方法相比与主观评价的一致性更高。     

数字同轴全息对刀技术中微细铣刀的自动聚焦方法

数字同轴全息对刀技术中微细铣刀全息再现像的自动聚焦是实现高精度自动对刀的关键技术,其中聚焦评价函数是判别图像质量的依据.通过比较几种常用的聚焦评价函数的评价性能,探讨了数字全息自动对焦过程中刀具的成像特点以及适用的聚焦评价方法,发现小波变换聚焦评价函数能适应高精度聚焦的需要.针对自动调焦问题,提出一种分段递进搜索方法,将搜索过程分为两个过程:大步距粗调和小步距精调,分段搜索最优解.然后比较分析了所提搜索方法与经典的模拟退火算法和Levenberg-Marquardt算法的搜索性能.实验结果表明,所提分段递进搜索方法适用性更强,并通过计算机模拟实验进一步验证了其有效性.     

微装配中变焦变倍视觉系统标定及自动聚焦

在微装配中,采用变焦变倍视觉系统可以有效解决测量范围与精度的矛盾,但同时也引入了动态标定和实时自动聚焦的新问题。为此,对变焦变倍显微视觉系统的标定和自动聚焦技术展开研究。在标定方面,首先通过变倍率法完成图像主点的标定。基于平面靶标定法,采用单视图单应矩阵分解对固定倍率下相机内外参数进行线性标定,再引入畸变模型,并由量子行为粒子群优化算法对标定结果进行非线性优化,优化之后的最大反投影误差约为0.13 pixel,平均反投影误差约为0.1 pixel。此外,通过高斯曲线拟合完成对任意工作状态下视觉系统放大倍数的校准。在自动聚焦方面,针对传统灰度梯度函数只考虑固定梯度方向且易受噪声影响的问题,采用八邻域最大梯度阈值的自动调焦算法,通过梯度阈值提高算法的抗噪性。与其他几种灰度梯度调焦函数相比,该算法的单峰性好,抗噪性强。