紅外成像區域法自動(dòng)調焦聚焦區域的研究

紅外成像區域法自動(dòng)調焦是利用調焦評價(jià)函數對聚焦區域圖像質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)[1]，然后通過(guò)搜索算法進(jìn)行極點(diǎn)搜索、移動(dòng)方向和步長(cháng)，直至獲取圖像質(zhì)量最佳的一個(gè)控制反饋過(guò)程。
　區域圖像是從圖像出發(fā)，在一幅待分析圖像上重新劃定圖像清晰度評價(jià)區域，區域圖像選擇一方面可以減少數據處理量，加快聚焦速度；另一方面通過(guò)選取興趣區域，可以消除非興趣區域對評價(jià)函數曲線(xiàn)的影響，提高聚焦精確度。大多數情況下，興趣區域為圖像的前景部分，聚焦區域即前景圖像，而背景圖像會(huì )使評價(jià)函數曲線(xiàn)出現很多局部“峰值”。
1 聚焦區域
1.1 圖像清晰度評價(jià)函數
　圖像清晰度評價(jià)函數又稱(chēng)調焦評價(jià)函數。采用圖像法自動(dòng)調焦的關(guān)鍵問(wèn)題在于圖像清晰度評價(jià)函數的選取，理想的評價(jià)函數應具備無(wú)偏性、單峰性、抗干擾能力強、能反映離焦的極性、靈敏度高和計算量小等特性。在本文的仿真中，選用平方梯度函數作為圖像清晰度評價(jià)函數[2]：

　用平方梯度函數對58幅紅外圖像的MATLAB仿真結果如圖1所示。

　由圖1可以看出，該函數曲線(xiàn)在開(kāi)始位置變化相對平緩，但在焦點(diǎn)位置附近，曲線(xiàn)比較尖銳但相對比較平滑，靈敏度較高，所以選擇平方梯度函數作為區域圖像法自動(dòng)調焦仿真的調焦評價(jià)函數。

1.2 聚焦區域
　聚焦區域選擇的原因[3-4]主要有：
　(1)可以大大減少數據處理量

　(2)可提高圖像目標的對焦效果
　當選擇目標區域作為聚焦區域圖像的清晰度評價(jià)區域時(shí)，調焦對象的評價(jià)范圍從之前的整張圖縮減到一定大小的區域圖像內，除去紅外圖像中無(wú)關(guān)背景因素的影響，與判斷整幅圖像相比，這樣能最大限度地提高目標對焦的清晰度，從而提高聚焦精確度。
1.3 聚焦區域選擇的區別
　采用聚焦區域進(jìn)行自動(dòng)調焦時(shí)，為了研究聚焦區域的選擇原則，掌握選擇不同位置的區域圖像對調焦評價(jià)函數曲線(xiàn)的影響，本文利用已有的58幅離焦-清晰-離焦的圖像序列進(jìn)行仿真分析。已知第33幅紅外圖像為正焦圖片，因此選擇如圖2所示的三個(gè)不同的區域作為聚焦區域，采用平方梯度函數對58幅紅外聚焦圖像序列計算評價(jià)函數值。

　其中A區域采用豐富邊緣的圖像塊，B區域邊緣圖像塊并不非常明顯，C區域為無(wú)明顯邊緣的圖像塊，運用平方梯度函數對窗口區域作出評價(jià)函數曲線(xiàn)。
1.4 同一聚焦區域不同聚焦窗口大小
　本研究進(jìn)行聚焦區域大小選擇的直接原因是為了減少調焦評價(jià)函數的計算時(shí)間，使自動(dòng)對焦過(guò)程盡可能地縮短。由于對圖像進(jìn)行分析處理所消耗的時(shí)間基本上與參與計算的圖像像素成正比，為了達到調焦的實(shí)時(shí)、快速性要求，在算法一定的情況下，只有減少參加運算的像素數量才能實(shí)現。但是減少參與運算的像素就意味著(zhù)要適當地縮小參與調焦評價(jià)函數運算的區域圖像，而聚焦區域的減少會(huì )對調焦評價(jià)函數曲線(xiàn)有影響。
因此，當選定某一位置的區域圖像進(jìn)行自動(dòng)調焦時(shí)，為了研究同一聚焦區域窗口的大小對調焦評價(jià)函數曲線(xiàn)的影響，本研究在同一聚焦像素點(diǎn)位置上分別選用如圖3所示不同大小的窗口，分別計算幾種情況的評價(jià)函數值，分析不同大小窗口評價(jià)函數曲線(xiàn)，并通過(guò)實(shí)驗仿真來(lái)分析得出所需要的結果。

2 計算仿真及結果
　為了分析不同位置的聚焦區域對調焦評價(jià)函數曲線(xiàn)的影響，選用大小為720×576的58張紅外圖片，其中的A、B、C區域分別為以(300×380)、(220×200)、(600×90)像素點(diǎn)為中心大小為100×100的正方形區域。對聚焦區域A、聚焦區域B、聚焦區域C分別計算調焦評價(jià)函數值，調焦評價(jià)函數選用梯度平方函數，最終得到的特征曲線(xiàn)如圖4所示。