1、文獻綜述- PAGE 2 -基于圖像處理的相機自動對焦(du jio)方法研究(ynji)綜述(zngsh)摘要：隨著各種成像設備自動化、智能化的迅速發展，自動對焦技術的應用越來越廣泛。自動對焦系統一般由分析處理模塊和控制驅動模塊組成，而分析處理這一塊是整個自動對焦系統的重中之重，從傳統的測距法到像偏移法，再到近來流行的基于圖像處理的自動對焦法都無不體現了自動對焦技術的發展。現在就來簡單的介紹一下基于圖像處理的自動對焦技術。關鍵詞：圖像處理；自動對焦；對焦評價函數；對焦搜索策略一 自動對焦技術的發展自動對焦技術是計算機視覺和各類成像系統的關鍵技術之一, 在照相機、攝像機、顯微鏡、內窺鏡等成像系

2、統中有著廣泛的用途。自動對焦技術從20 世紀70 年代后期發展起來, 到現在已經日臻成熟并取得了廣泛應用。1.1 傳統的自動對焦方法（1）測距法：測距法是通過向被攝物體發射光波或輻射波，并接收反射波來測量目標的距離，然后通過計算機來控制自動對焦，主要包括紅外測距法、激光測距法、超聲波測距法等。優點：結構簡單，可靠性高；缺點：由于所拍物體的吸收和反射能力不同會造成隨機噪聲。（2）像偏移法：像偏移法是利用三角測距原理，由被攝物體發出的光線，同時進入左、右兩組接收器，并成像在接收元件上，通過兩組信號的對比求得合適的對焦位置。被攝物體的距離信息通過在CCD上成像位置的差異反映出來，可直接由CCD元件進

3、行檢測和分辨。優點：結構簡單、可靠性高；缺點：CCD元件與光電轉換、運算系統的電路技術要求較高，成本也高。2 焦點檢測自動(zdng)對焦法焦點檢測法主要用于單反相機中，它是在鏡頭的焦點附近設置自動對焦微型組件，將鏡頭焦點直接作為探測對象的一種方式，它能夠適應各種變焦鏡頭(bin jio jn tu)且拍攝距離大。該方法又分為反差檢測和相位檢測兩種。焦點檢測法的優點是：在一般狀況下能夠較好地實現對焦，檢測裝置不需要發射源，能耗少，能夠實現遠距離對焦。其缺點是：對于運動的、細線條的或者是低反差的拍攝體進行自動對焦有困難，同時對含有偏光(pin un)特性的物體對焦也比較困難。二 基于圖像處理的自

4、動對焦原理在數字系統里面的自動對焦是基于圖像處理的自動對焦，基于數字圖像處理的自動對焦方法主要有離焦深度發（DFD,Depth from Defocusing）和對焦深度法（DFF,Depth from Focusing）兩種。1 離焦深度法（DFD）離焦深度法是一種從離焦圖像中取得深度信息從而完成自動對焦的方法。離焦深度法又分為基于圖像恢復的離焦深度法和基于離焦量估計的離焦深度法。離焦深度法的主要缺點是：需要事先獲得成像系統精確的數學模型，才能保證對焦的精度，而該數學模型在理論上還不能精確地確定，只能近似估計，從而導致誤差極大。2 對焦深度發（DFF）對焦深度法是一種建立在搜尋過程上的對焦方

5、式。它通過選取一種適當的評價函數來評價不同對焦位置所獲得圖像的清晰度，清晰度值最大時對應最佳的對焦位置。基于圖像處理對焦的兩大優點：a、調焦更加智能化，聚焦判據更加靈活和多樣；b、利用計算機可以很方便地對運動執行機構進行控制，從而避開復雜的調焦電路和機構。三 基于(jy)圖像處理的自動對焦的關鍵技術1 對焦(du jio)評價函數要進行自動對焦，首先要能評價所獲取(huq)的圖像是否為清晰的對焦圖像。因此圖像清晰度的評價是自動對焦的首要問題。對焦評價函數的基本要求是：無偏性；單峰性；靈敏度高；較高的信噪比；計算量小等。對焦評價函數主要分為灰度梯度函數、頻域函數、信息學函數、統計學函數。（1）灰

6、度梯度函數這類函數主要利用對圖像灰度的各種處理來表征圖像的清晰度，一般是利用圖像處理中常用的梯度函數提取圖像的邊緣信息。對焦準確的圖像有更尖銳的邊緣、更大的梯度函數值。常用的灰度函數有絕對方差算子、Roberts梯度算子、灰度差分之和算子、Variance算子和灰度變化率之和算子等。絕對方差算子利用同行相鄰的兩個像素點灰度 （2）頻域函數由于對焦圖像的主要特征是具有清晰的邊緣和豐富的圖像細節，而邊緣和細節對應于圖像傅里葉變換的高頻分量；離焦圖像的模糊在頻域上表現為高頻成分的衰減。常用的頻域函數有離散傅里葉變換(DFT)、快速傅里葉變換(FFT)、離散余弦變換(DCT)、小波變換等。（3）信息熵

7、函數對焦圖像與離焦圖像相比，灰度的多樣性要大，即信息熵不一樣。圖像趨于離焦時，灰度值趨于單一，信息含量少，信息熵小，反之則信息熵大。因此可以利用圖像的信息熵來作為清晰度評價函數。根據香農信息論可知，熵最大時信息量最多，對于二維圖像而言就是熵最大時圖像最清晰。常用的信息熵函數有全頻段積分、函數閾值積分、函數高頻分量函數等。（4）統計學函數完全離焦的圖像是由單一灰度值組成的，而對焦圖像則因為包含了清晰的圖像信息，表現為多灰度值分布，這一特性可以用統計學直方圖來表示。直方圖是指未歸一化的灰度概率密度函數估計，它表示了所有圖像點在每一灰度值的出現次數，用對應于每一灰度值的帶的大小來表示，對焦圖像表現為

8、多個帶分布，而離焦圖像表現為少數帶分布，故利用直方圖分析函數可以評價圖像質量。這類函數主要有：Range函數、Menmay函數、Masgrn函數、直流功率函數、交流功率函數等。2 對焦(du jio)窗口的選擇對焦窗口是圖像中的感興趣區域，對焦窗口選擇算法(sun f)直接地影響到對焦(du jio)的復雜度、計算量和精確度。傳統的對焦窗口選擇方案主要包括中央選擇法和多區域選擇法：中央選擇法，即選擇圖像中央一個MN個像素的小區域；多區域選擇法，即選擇圖像中具有代表意義的幾個區域作為對焦窗口。此外，還有基于黃金分割點的對焦窗口等。3 對焦搜索策略基于圖像處理的自動對焦系統中的另一個關鍵技術是對焦

9、搜索策略，即搜索算法。搜索算法應當合理，盡量避免重復搜索或搜索失敗。目前常見的幾種方法有：（1）函數逼近法函數逼近法是在采集了不同位置的評價函數值得到評價曲線后，利用簡單的二階或三階函數進行曲線擬合，通過該方法來逼近已知的評價曲線，從而得到評價函數的極值點，找到對焦的位置。該方法在極值附近的效果會比較好，但它對極值附近的數據有很大的依賴性，容易受局部峰值、噪聲的影響，在實際對焦過程中不宜采用。（2）Fibbonacci搜索法Fibbonacci搜索法利用的是有名的Fibbonacci函數, 是一種通過縮小區間范圍搜索單峰曲線極點的方式，是一種理論計算上的最優化單峰搜索算法。它的缺點是，如果對焦

10、評價函數曲線并不是理想的光滑曲線，而出現大量的局部極大值時，Fibonacci搜索就有可能陷入局部極大值的鄰近區域。另外，Fibonacci搜索算法需要在區間內大距離調整鏡頭位置，并且要變換移動方向，這將會增加對焦消耗時間。特別是在直流電機中，變換移動方向往往會累計位置誤差，使對焦不夠精確。因此，Fibonacci搜索算法在性能上往往并非最佳。（3）爬山搜索(su su)法根據評價函數圖像的無偏性和單峰性，在初始狀態下，一般(ybn)先設置搜索方向和搜索步長，假定搜索從最左邊開始，往右側搜索。每前進一個(y )步長就計算相應圖像的評價函數值與前一步的評價函數值比較，如果后者大于前者就繼續前進，

11、直到出現的評價函數值小于前者就改變搜索方向。此時縮短步長重復上面的步驟直到所得的前后兩幅圖的評價函數值的差值小于所設定的一個閾值，再在該兩步之間任意選擇一個點作為評價函數圖像的極值點，即為對焦最佳位置點。附：由于拍攝對象所處的環境、拍攝設備等一些因數，往往導致所拍攝到的圖像帶有很多的噪聲，影響后續對圖像的處理。所以，在處理之前會對所拍攝的圖像進行預處理（除噪聲）。目前常用的預處理方法有領域平均法（四領域；八領域）、中值濾波（方形；線型；十字型；圓形；菱形）、自適應濾波等。四 總結現在都比較流行基于圖像處理的自動對焦的研究與應用，技術相對是比較成熟的，當然也還有很多的問題等待我們做進一步的研究。在圖像處理的自動對焦中，對焦評價函數、對焦窗口、搜索算法是相當重要的，三者的選擇是相輔相成的。對焦圖像判據和最佳像面確定算法其實可以歸結到對焦評價函數的選擇；對焦方法的精度是由整個系統決定的，與軟件算法和硬件電機的精度有關，并且還與拍攝對象有關，需要做大量的研究和設計。內容總結（1）基于圖像處理的相機自動對