基于FPGA的圖像調焦系統研究

由式(4)可知，對于一幅640×480的灰度圖像，需要經(jīng)過(guò)1 228 800次乘法運算，307 200次開(kāi)方運算，614 400次加法運算。由于計算量特別大，而且每一幅圖像的變化不大，所以本系統采取了將圖像劃分為128×64大小的5個(gè)模塊，首先對28×64大小的灰度圖像進(jìn)行傅里葉變換，然后獲得圖像的功率譜，再對其信號值進(jìn)行加權，得到一塊圖像的清晰度評價(jià)值代替整個(gè)圖像的清晰度評價(jià)值。同時(shí)采用“乒乓”操作，雙蝶型處理器復用，基2FFT算法的FPGA實(shí)現方案。

3 調焦效果分析
對于清晰度評價(jià)算法和基于2-FFT的乘法實(shí)現結構的分析，得到這個(gè)圖像的清晰度評價(jià)算法的乘法計算次數為(53 248×3+64×32×3)=165 888次，所需的加法計算次數為(53 248×3+64×32×2-1)=163 839次。由這些數據可知調焦過(guò)程中系統延時(shí)主要是這兩個(gè)方面計算的延時(shí)相加，同時(shí)有電路系統的延時(shí)，但是這個(gè)延時(shí)在設計電路時(shí)已經(jīng)考慮，限制在最小范圍內，采用“乒乓”操作延時(shí)再加大約O．000ls的延時(shí)。當系統主頻率為60 MHz時(shí)，經(jīng)過(guò)實(shí)際的測試系統總延時(shí)大約為O．05s，實(shí)時(shí)處理的系統8幀圖像的采集時(shí)間間隔要求為×0．04=0．32s。
滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求，上述系統的調試在Cyclone3EP3C5F256C8N芯片中實(shí)現，效果比較滿(mǎn)意。
將鏡頭的焦距調節范圍設置為60段，聚焦段的取值范圍為[1，60]。測試時(shí)將一組由焦距從最遠端開(kāi)始發(fā)送過(guò)來(lái)的圖像經(jīng)過(guò)處理，搜索步數K，得到每次應該調焦的定位以及圖像清晰度評價(jià)值，如表1所示。定位處為圖像調焦效果最清晰處。

4 結束語(yǔ)
基于本模塊的輸入端口直接輸入DVI信號，并非直接的采集圖像端口，在實(shí)際應用中需要完成整個(gè)調焦過(guò)程，增加控制電機的控制電路模塊，并對整個(gè)調焦過(guò)程的實(shí)時(shí)性進(jìn)行綜合評價(jià)。另外，基于圖像技術(shù)的自動(dòng)調焦方法有一個(gè)非常重要的應用前景是與CMOS圖像傳感器集成。由于CMOS圖像傳感器與FPGA采用了相同的制造工藝，所以是可以集成的。CMOS圖像傳感器集成了自動(dòng)調焦功能后，不僅可以簡(jiǎn)化成像系統中自動(dòng)調焦部分的設計，還提高了其與CCD圖像傳感器的競爭力。