一種攝像頭自動(dòng)聚焦方法及硬件實(shí)現
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其中：f(x，y)表示為第x行、第y列像素的亮度值。本算法選取了鄰近的兩個(gè)像素作比較(像素分別是f(x，y)像素的左側和上側），與灰度差分法相比，有著(zhù)更好的單峰、單調和對稱(chēng)性。
本系統主要由CCD攝像機、帶步進(jìn)電機的光學(xué)鏡頭、FPGA和單片機控制電路組成。CCD攝像機采用SONY公司推出的 SONY47W CCD 套件，該套件支持的最高分辨率為752×582并支持ITU-REC656 YUV數字信號輸出。系統整體框圖如圖1所示。
系統上電復位后，DSP接收CCD圖像傳感器輸出的模擬視頻信號，并對該信號進(jìn)行A/D轉換、白平衡和亮度/色度等處理后，轉換成YUV數字信號輸出。在行、場(chǎng)及像素時(shí)鐘信號的控制下,把亮度信號（Y）輸入到FPGA中，FPGA統計相鄰兩場(chǎng)圖像的亮度信號，并按照本系統提出的圖像清晰度評價(jià)函數對圖像進(jìn)行分析、比較，并把比較結果輸入到單片機中。單片機根據比較結果，通過(guò)步進(jìn)電機的轉動(dòng)方向和步數來(lái)控制光學(xué)鏡頭，從而實(shí)現自動(dòng)聚焦。
在自動(dòng)聚焦系統中，搜索策略通常采用盲人爬山比較法[4]。首先取得起始位置的圖像，并計算出此時(shí)的評價(jià)函數值；然后，讓步進(jìn)電機驅動(dòng)鏡頭從起始位置向上移動(dòng)一步，將此時(shí)的圖像與前者比較。若比前者的聚集評價(jià)函數值大，就繼續向上移動(dòng)調焦鏡頭；如此循環(huán)，直至圖像的聚焦評價(jià)函數值小于前一位置，則前一位置就是圖像最清晰的位置，聚焦結束。該算法簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應用中，由于圖像采樣、量化及傳輸過(guò)程中各種干擾引起的圖像噪音影響，經(jīng)常會(huì )出現誤判。因此，本文采用了一種改進(jìn)的盲人爬山比較法，稱(chēng)為“三點(diǎn)”比較法。該方法在確定鏡頭位置時(shí)，不是僅根據前后2 次聚焦評價(jià)值的大小來(lái)確定,而是用3 個(gè)點(diǎn)大小的變化確定曲線(xiàn)的方向，最終確定鏡頭位置。為了敘述清楚，用f1、f2、f3分別表示鏡頭在不同位置時(shí)的聚焦評價(jià)函數的值，這里只分析f1>f2時(shí)可能出現的情況（當f1f2時(shí)，先不進(jìn)行判斷，而是把結果保存起來(lái)，讓步進(jìn)電機繼續驅動(dòng)鏡頭向原方向移動(dòng)到位置f3；如果f2>f3，則可以確定聚焦曲線(xiàn)是下降方向，此時(shí)，讓步進(jìn)電機驅動(dòng)鏡頭到f1位置；如果f2f3，則認為出現“錯誤”點(diǎn)，不做判斷，讓鏡頭再向前運動(dòng)到f4，再對f2、f3、f4進(jìn)行三點(diǎn)判別，得到正確的聚焦位置；如果f2
3 實(shí)驗數據分析
為證實(shí)所提出的評價(jià)函數的有效性，對該系統進(jìn)行了大量實(shí)驗，并與灰度差分法所獲得圖像進(jìn)行比較。圖2、圖3是以簡(jiǎn)單的文本圖像為例，在聚焦點(diǎn)附近算法改進(jìn)前后各測得的20組聚焦值并據此繪制的聚焦評價(jià)函數曲線(xiàn)。圖4、圖5分別是算法改進(jìn)前后，采用本系統所拍攝的聚焦圖像。
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