基于PXA255的自動(dòng)聚焦及圖像采集模塊設計

　　摘   要：本文介紹了一種基于Intel公司 PXA255嵌入式處理器的自動(dòng)聚焦圖像采集系統。其中詳細介紹了自動(dòng)聚焦在FPGA中的實(shí)現以及圖像采集在嵌入式linux系統中的實(shí)現，并給出了該系統的硬件結構圖。

　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)聚焦；圖像采集；V4L視頻接口；嵌入式QT；離散余弦變換

引言

    目前市場(chǎng)上流行的攝像手機一般都不具備自動(dòng)聚焦功能，這對于傳感器分辨率在30萬(wàn)像素以下的攝像手機來(lái)說(shuō)影響不大，但隨著(zhù)百萬(wàn)像素手機的面世，以及手機錄像功能的采用，人們對攝像頭的自動(dòng)聚焦功能越來(lái)越關(guān)注。本文在Xhyper255開(kāi)發(fā)板的基礎上，結合項目開(kāi)發(fā)的需要，在開(kāi)發(fā)板上移植QT/embedded作為嵌入式GUI，并設計了自動(dòng)聚焦和圖像采集子模塊，其中自動(dòng)聚焦部分通過(guò)verilog HDL在開(kāi)發(fā)板上的FPGA上實(shí)現，圖像采集部分利用linux內核提供的video 4 linux接口實(shí)現。最后的采集程序界面采用嵌入式QT設計工具designer進(jìn)行設計。

圖1  硬件平臺結構圖

圖2  DCT變換模塊

圖3 DCT變換流程圖

圖4  自動(dòng)聚焦流程圖

基于圖像處理的自動(dòng)聚焦系統算法

    與傳統的自動(dòng)聚焦算法相比，基于圖像處理的自動(dòng)聚焦算法的實(shí)現不需要額外的信號源和相應的接收傳感器，這有利于縮小器件的體積以降低成本，并降低器件的功耗。

    在這類(lèi)算法中，分析處理模塊直接對獲得的視頻圖像進(jìn)行處理，以得到相應的判決函數，驅動(dòng)控制模塊則根據得到的聚焦判決函數信息來(lái)驅動(dòng)步進(jìn)電機，帶動(dòng)鏡頭前后移動(dòng)，直到獲得聚焦清楚的圖像。因此，構造合理的判決函數就成了基于圖像處理的自動(dòng)聚焦算法的關(guān)鍵所在。理想的聚焦判決函數應該具有單峰性、無(wú)偏性并能反映離焦的極性，同時(shí)應具有較強的抗干擾能力。

    在對目前的自動(dòng)聚焦判決函數做相應的對比后，結合本系統的特點(diǎn)選擇2D-DCT變換去除其中的低頻成分，其余部分相加作為判決函數。2D-DCT變換的公式如式1所示。

(1)這里C(0)=1/，C(u)=C(v)   (u,v≠0)

自動(dòng)聚焦系統的實(shí)現

    開(kāi)發(fā)平臺的搭建如圖1所示。

    采用Xhyper255嵌入式開(kāi)發(fā)板，圖像采集子系統采用如下硬件搭建：30萬(wàn)像素CMOS圖像傳感器OV7620、 MCS51單片機、USB控制器OV511+、 步進(jìn)電機和變焦鏡頭。

    OV7620的主要特性為：?jiǎn)纹瑪底质讲噬珗D像傳感器;1/3光學(xué)格式；數字視頻輸出格式： 1~500倍的自動(dòng)曝光范圍；自動(dòng)增益和自動(dòng)白平衡；能進(jìn)行亮度、對比度、飽和度、伽馬校正等多種調節功能。664