用于红外自动调焦的图像离焦深浅度判定算法

为了提高图像的可调焦范围,以往的自适应清晰度自动调焦算法对深度和轻度离焦图像采取了不同的评价方式,却未给出明确的图像离焦深浅度判定方法,进而影响了算法的可行性。为解决该问题,从Sobel算子出发来提取图像边缘,并通过阈值选择出阶跃边缘,从而利用阶跃边缘宽度来判别图像离焦程度。经实验分析,该方法可以无参考地判断单张图像的清晰度。与SMD、Laplace等方法相比,它具有与场景无关的优势。不同场景的相同清晰度图片的边缘宽度标准差仅为0.0676。此外,边缘宽度的大小与图像离焦程度成正相关,证明了该方法的有效性。本文算法的判定准确率达到了86.8%,与高频和算法、基于无参考结构清晰度的算法相比具有一定优势。     

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。     

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.     

自动调焦系统速度评估与仿真

为了有效避免自动调焦算法在验证评估过程中需要依赖于调焦硬件机构的问题,研制了一套基于离焦图像模拟的自动调焦性能评估与仿真系统。该系统通过生成不同离焦状态下的图像,实现如下两方面的功能:一方面可以实现不同清晰度评价函数的性能评估;另一方面还可以根据调焦系统的设定参数,对调焦过程调整以及调焦窗口选取进行效果仿真和性能评估。实验结果表明,该系统可以根据设定的光机参数,对自动调焦过程中清晰度评价函数性能、调焦效果、搜索路径、调整耗时等性能进行初步仿真和评估。也可以为调焦系统的光学系统、机械结构以及电机驱动的设计提供一定的参考依据。     

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。     

基于Sobel算子的自动聚焦系统

自动聚焦是成像系统的关键技术之一,本文利用Sobel算子边缘检测算法,提出了图像边缘能量清晰度评价函数,该评价函数不仅有单峰性强,无偏性好,灵敏度高等特点,而且还具有很好的抗噪声性能和稳定性。本文还介绍了基于图像处理的实时自动聚焦系统的组成和工作原理。实验结果表明,采用基于Sobel算子的自动聚焦技术具有良好的聚焦效果。     

空间遥感相机的自动检焦技术研究

本文介绍应用图像处理法对推扫成像的线阵CCD空间遥感相机进行检焦研究。以推扫方式成像的线阵CCD遥感相机连续拍摄的两幅图像之间没有重复的部分,这给图像清晰度评价函数的选取增加了难度。本文根据光学传递函数理论建立了基于模糊量估计的粗调焦评价函数,通过两幅离焦位置不同的图像就可以估算出离焦量,从而可直接驱动镜头至准焦位置附近。根据功率谱对于自然景物具有一定的不变性原理,建立了基于功率谱的细调焦评价函数,进一步找到了准焦位置。仿真实验表明,这种粗精相结合的检调焦方法既能保证聚焦精度,又能提高聚焦速度。     

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。     

数码显微镜自动对焦算法

目前数码显微镜中常用的自动对焦方法分为主动式自动对焦和被动式自动对焦。主动式自动对焦依赖特定的传感器或者测距设备,通过主动发出光波并且接收反射回来的光波判断物体与对焦装置的距离,从而达到对焦目的;被动式自动对焦通过分析每个位置图像信息来判断对焦方向以及对焦位置,以达到对焦目的。被动式自动对焦由于其对结构的要求简单、成本较低,是数码显微镜最常用的自动对焦方法。主要介绍了应用于数码显微镜的自动对焦算法,简述了主动式与被动式自动对焦的原理以及发展方向,重点介绍了被动式自动对焦方法中的对焦深度法,分析了对焦深度法的两大关键技术,即清晰度评价函数及其对焦搜索算法。     

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。     

图像清晰度评价函数在航空相机中的应用

为消除大气压力和温度的变化对航空CCD相机成像清晰度的影响,减少相机控制环节,设计了一种基于两种图像清晰度评价函数确定镜头焦面位置的自动检焦系统。灰度差分法函数用于较大范围大步长粗检焦,Brenner函数用于小范围小步长细检焦,检焦过程运用爬山搜索法求取评价函数的最大值。这种采用粗精结合的控制方法不仅有效地节省了图像处理的时间,而且提高了检焦的精度。经过光学测试和试验证明,该系统运行稳定,检焦精度为0.01 mm,满足了航空相机焦面位置精度要求。     

三轴视觉测量系统自动对焦技术

为了减少三轴视觉测量系统在对焦过程中的时间消耗和提高对焦的准确性,提出基于光学离焦模型的自动对焦算法。自动对焦算法评价函数采用Tenengrad梯度函数,搜索算法分两步:（1）将光学离焦模型分解成两个曲线函数,通过采集4张图像的清晰度值和x轴坐标求出两条曲线函数,最终得到两条曲线的交点位置,交点位置即为正焦位置粗定位位置;（2）在交点位置采集1张图像以及在交点左右两侧各采集2张图像,通过高斯函数拟合得到拟合高斯函数的均值,均值即为准确的正焦位置。为了验证本方法的有效性,首先进行10次重复性试验,验证算法粗定位的重复定位误差4.1 μm。其次,在粗定位位置采集1张图像及其两边各采集2张图像,通过高斯拟合得到精确正焦位置,10次精确位置的重复定位误差为5.1 μm。该算法只需采集9张图像,得到的合成标准不确定度为2.12 μm。该方法提高了三轴视觉测量系统的对焦效率和精度。     

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.     

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.     

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。     

机载光电探测系统二级稳定控制分析

采用一种粗精二级稳定的新方法用于对机载光电探测系统视轴及图像进行高精度稳定。该方法的重要特征是采用快反镜和二级稳定控制来获取高工作带宽和对扰动的大幅度衰减。通过基于控制模型和扰动传递函数的建立,理论分析了二级稳定控制的补偿依据。通过仿真结果显示,二级稳定控制可有效提升系统稳定精度,达到设计指标要求。