收藏本站
《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2013年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于图像技术的自动调焦方法研究

黄德天  
【摘要】:作为光学成像系统的关键技术之一,自动调焦技术已成功应用于空间光学遥感系统、靶场光学测量系统、自动监控系统、显微分析系统以及各种数码相机和摄像系统等。在一个成像系统中,准确聚焦是排在所有其他功能之前需要解决的首要问题,其最终效果将直接影响系统的成像质量及后续图像处理和应用的有效性。本文针对现有自动调焦方法存在的问题,研究了基于图像技术的两类自动调焦方法:离焦深度(DFD)法和聚焦深度(DFF)法,主要就基于图像复原的离焦深度法、基于模糊量估计的离焦深度法以及聚焦深度法中调焦评价函数的模型建立、调焦窗口的智能选取、调焦搜索策略的设计等问题进行了深入研究,并设计了相应的自动调焦系统实验平台。本文的主要工作如下: 1、分析了离焦模糊图像复原算法中常用的两种点扩散函数模型:圆盘离焦模型和高斯离焦模型,由于这两种模型均不能准确逼近实际的离焦点扩散函数,导致离焦图像复原无法取得预期效果。分析了非负支撑域受限递归逆滤波(NAS-RIF)算法存在的缺点,提出了一种基于提升小波变换的NAS-RIF离焦模糊图像盲复原算法。该算法能够在有效抑制图像噪声的同时,较好地恢复离焦图像的边缘细节,实现了利用单幅图像来完成准焦位置图像的最佳恢复。 2、研究了光学成像系统的离焦模型,提出了一种基于离焦深度的自动调焦方法。在仅改变光学镜头位置的条件下,应用成像系统离焦模型,推导了以模糊差异为参量的离焦深度的计算公式。采用空间域的卷积/反卷积变换求出两幅不同程度离焦图像的模糊差异,并利用推导得到的公式计算出目标物体的深度信息,从而调节镜头位置完成自动调焦。该方法对成像系统和场景均没有过多要求,适用于任意目标物体。 3、分析了现有的基于图像梯度、频域、信息学、统计学和小波分析的调焦评价函数。基于生物视觉机理,利用小波变换与人类视觉系统(HVS)特性的多通道特性相匹配的特点,结合对比敏感度函数的带通特性,提出了一种基于HVS加权的小波调焦评价函数,既可以客观准确地评价调焦过程中的离焦图像和聚焦图像,又符合人眼的视觉感知特性。选取陡峭区宽度、陡峭度、清晰度比率、局部极值因子和灵敏度等作为评价指标,通过与其它几种常用调焦评价函数进行比较,分析了基于HVS加权小波调焦评价函数的性能。 4、研究了调焦窗口的选择对调焦效果的影响,分别分析了调焦窗口的大小和位置对自动调焦的影响。分析了传统的调焦窗口选择方法只能选取固定区域,而不能很好地适用于成像主体位置变化的缺陷。针对成像主体位置不固定的情况,提出了一种基于自适应遗传算法的最优调焦窗口选择法,有效地减少了成像主体不在中心位置时引起的聚焦失败。 5、分析了常用的调焦搜索算法在实际工程应用中存在的问题。针对爬山法搜索效率低的缺点,提出了一种基于自组织特征映射神经网络的搜索算法。该算法避免了电机在最佳聚焦位置附近的往返运动,有效地提高了搜索效率。 6、针对提出的自动调焦方法,设计了自动调焦系统实验平台,确认了相应的软件实现方案,并进行了一系列的调焦实验。根据测试的实验结果,对自动调焦的精度、实时性和稳定性做了详细的分析。实验结果表明提出的自动调焦方法具有较高的可行性,为实际工程应用提供了解决方案。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP391.41

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡涛;陈世哲;刘国栋;浦昭邦;;显微视觉系统中自动调焦评价函数的选取[J];半导体光电;2006年02期
2 王欣;安志勇;杨瑞宁;;基于图像清晰度评价函数的CCD摄像机自动调焦技术研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2008年01期
3 刘焕雨;熊文卓;万秋华;赵长海;慕志国;;基于图像处理方法的自动调焦系统的研制[J];测试技术学报;2007年01期
4 梁翠萍;李清安;乔彦峰;朱玮;;简析光学系统自动调焦的方法[J];电光与控制;2006年06期
5 郏东耀;陈曦;;基于小波神经网络的自动调焦方法研究[J];电子测量与仪器学报;2012年05期
6 蔡昌金;朱明;;基于DSP的自动调焦系统[J];电子器件;2007年01期
7 王昕;王海霞;徐抒岩;王永成;;基于功率谱的遥感相机自动调焦算法研究与实现[J];电子器件;2007年03期
8 裴锡宇,冯华君,李奇,徐之海;一种基于频谱分析的离焦深度自动对焦法[J];光电工程;2003年05期
9 梁翠萍;张涛;高岩;乔彦峰;;一种用于经纬仪的实时检焦系统[J];光电工程;2007年12期
10 盛云;秦亚杰;洪志良;;一种用于数码视频相机的实时自动聚焦算法[J];光电工程;2008年08期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 李奇;数字自动对焦技术的理论及实现方法研究[D];浙江大学;2004年
2 修吉宏;基于图像功率谱的航空图像质量判别技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
3 胡涛;机器视觉中的自动调焦及形貌恢复技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 陈国金;数字图像自动聚焦技术研究及系统实现[D];西安电子科技大学;2007年
5 林兆华;基于图像处理自动调焦技术在经纬仪中应用的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
6 卢振华;推扫式遥感相机基于图像的实时自动调焦研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐博泓;基于图像的自动调焦方法研究及系统实现[D];国防科学技术大学;2010年
2 赵志彬;机载光电平台可见光摄像机自动调焦技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
3 金雪;基于图像分析的光学参数测试技术研究[D];西安工业大学;2012年
4 史萌;基于刀具检测仪的数字图像自动聚焦技术研究[D];西安工业大学;2012年
5 田宜彬;数字成像系统的自动对焦算法研究[D];浙江大学;2002年
6 张洪文;空间相机调焦技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
7 惠守文;长焦距斜视实时航空相机自动调焦技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
8 钟孟儿;基于离焦深度的光学投影系统调整方法和实验研究[D];浙江大学;2005年
9 陈宏;一种数字式自动调焦方法的研究[D];浙江大学;2007年
10 李媛媛;数字CMOS自动对焦系统研究[D];浙江大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈学锋;瞿金平;;注塑机曲肘式合模机构弹性振动的研究[J];工程塑料应用;2008年03期
2 陈文元;李雪梅;迟晓梅;;小波分析与神经网络在结构多处损伤监测中的应用[J];四川建筑科学研究;2006年03期
3 谢晓娣;基于小波包变换的地铁远方短路电流分析[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2005年01期
4 郭玲玲;;火灾探测器现状及其发展趋势[J];安防科技;2010年05期
5 李素云;张德祥;;基于小波变换的汽车齿轮箱振动信号故障分析[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2012年01期
6 何明;;改进的二次插值法[J];安徽大学学报(自然科学版);1988年01期
7 葛薇;朱张青;;模糊PID控制及其进展[J];安徽职业技术学院学报;2007年04期
8 武昌俊;PID模糊控制器的改进[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年01期
9 曹光华;;双模糊复合控制策略及其在交流调速系统中的应用研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年02期
10 李多田;张伟林;;结构无损检测与小波分析方法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蒋蔚;印平;曹丽婷;;基于MATLAB供热温度模糊自整定PID控制系统仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 郑效光;庄严;王伟;;基于导航评价函数的非完整轮式移动机器人路径规划[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 杨辰龙;;曲面变厚度工件超声检测中的波形自动跟踪技术研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
4 陈一飞;;从大系统控制角度论农业智能化[A];2011年中国农业系统工程学术年会论文集;海峡两岸农业学术研讨会论文集;长沙市第五届自然科学学术年会农学研讨会论文集[C];2011年
5 王重阳;彭圆;张风珍;牟林;;CWT奇异值在水中目标回波信号特征提取中的应用[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
6 陶翠翠;;改进BP神经网络在埋地金属管道腐蚀速率预测中的应用[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
7 鲁剑锋;;多模板相关跟踪算法在DSP系统上的应用[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
8 张国红;崔纳新;樊娟娟;;电动汽车锂离子电池管理系统设计[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
9 李志鵬;;类神经网路在特殊环境控制系统之应用研究[A];第十届海峡两岸冷冻空调技术研讨会论文集[C];2011年
10 何正嘉;訾艳阳;陈雪峰;王晓冬;;内积变换原理与机械故障诊断[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邹玮;荧光分子断层图像的重建技术研究[D];苏州大学;2010年
2 郑大腾;柔性坐标测量机空间误差模型及最佳测量区研究[D];合肥工业大学;2010年
3 张峰;输电线路行波故障测距优化算法研究[D];山东大学;2010年
4 雷华;基于金字塔反射镜的视场无缝拼接技术研究[D];浙江大学;2010年
5 孙韶杰;模糊图像中感兴趣信息的盲复原方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 周巍;煤矿井下搜救探测机器人的路径规划及轨迹跟踪控制研究[D];太原理工大学;2011年
7 金石;变速恒频无刷双馈风力发电机的直接转矩控制技术研究[D];沈阳工业大学;2011年
8 金久才;无人海洋可控探测平台的智能观测技术[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
9 赵鹏;离心泵振动故障诊断方法研究及系统实现[D];华北电力大学(北京);2011年
10 覃海涛;交流伺服系统自调整技术研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王敏君;基于图像的自动聚焦方法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 杨焱麟;基于小波变换理论与比值分析法的变压器励磁涌流识别的研究[D];山东科技大学;2010年
3 赵奇;医学超声图像三维重建算法研究[D];山东科技大学;2010年
4 商亮亮;先进PID算法研究及其在开口闪点仪温控系统中的应用[D];山东科技大学;2010年
5 李安新;BP神经网络研究与硬件实现[D];山东科技大学;2010年
6 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
7 李玉瑶;航空相机物镜的设计研究[D];长春理工大学;2010年
8 吴国曾;实时信号小波分析中边界处理方法及应用[D];郑州大学;2010年
9 胡扬超;基于模糊自适应PID压铸机控制系统的研制[D];郑州大学;2010年
10 李翠云;基于PLC与模糊PID的混凝投药复合控制系统的研究[D];山东农业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 闫继红,祁胜文;关于牛顿环的讨论[J];安徽大学学报(自然科学版);1995年S1期
2 王军,杨会玲,刘亚侠,何昕,郝志航;多CCD拼接相机中图像传感器不均匀性校正[J];半导体光电;2005年03期
3 胡涛;陈世哲;刘国栋;浦昭邦;;显微视觉系统中自动调焦评价函数的选取[J];半导体光电;2006年02期
4 范剑英,于晓洋,刘泊,许万里;三维视觉传感技术进展[J];兵工自动化;2000年02期
5 刘力双;孙双花;吕乃光;;视觉系统中调焦函数的选择方法研究[J];北京机械工业学院学报;2008年01期
6 祝世平,房建成,周锐;一种新的能量谱熵图像聚焦评价函数[J];北京航空航天大学学报;1999年06期
7 贺俊吉,张广军;结构光三维视觉检测中光条图像处理方法研究[J];北京航空航天大学学报;2003年07期
8 孙明磊,宗光华,余志伟,毕树生,于靖军;基于图像分析的显微视觉自动聚焦系统[J];北京航空航天大学学报;2005年02期
9 吕卫阳,陈克兴;小波倒频谱及其应用[J];北京科技大学学报;1999年05期
10 张循利;凹透镜成象的性质及其焦距的测量[J];滨州师专学报;1996年02期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 彭勇;胡晓阳;张卫;王鹏;刘盛龄;易亨瑜;;大口径平行光管光学设计和容差分析[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
2 何川;林家明;沙定国;纪荣;;双频激光干涉仪在曲率半径测试中的应用[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王卫卫;小波与提升及其在图像数字水印中的算法研究[D];西安电子科技大学;2001年
2 赵瑞珍;小波理论及其在图像、信号处理中的算法研究[D];西安电子科技大学;2001年
3 侯波;基于小波变换消除遥感图像噪声[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2002年
4 李奇;数字自动对焦技术的理论及实现方法研究[D];浙江大学;2004年
5 丁艺芳;基于小波变换和视觉系统的图像质量综合评价新算法[D];上海大学;2001年
6 王占宏;遥感影像信息量及质量度量模型的研究[D];武汉大学;2004年
7 王华;高密度全场主动离焦三维测量方法的研究[D];四川大学;2004年
8 刘明;基于图像复原的航空摄影前向像移检测及补偿技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
9 刘亚侠;TDI CCD遥感相机标定技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
10 朱铮涛;基于计算机视觉图像精密测量的关键技术研究[D];华南理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王敏君;基于图像的自动聚焦方法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 刘勇;基于人类视觉系统的主客观统一的图像质量评价模型[D];吉林大学;2011年
3 周敬;刀具预调仪图像测量软件系统开发[D];中北大学;2011年
4 王剑华;基于嵌入式Linux的数字自动对焦系统研究[D];华南理工大学;2011年
5 李成文;基于结构相似性的视频质量评价方法及其在视频通信中的应用[D];南京邮电大学;2011年
6 徐博泓;基于图像的自动调焦方法研究及系统实现[D];国防科学技术大学;2010年
7 张锐;基于SOPC的红外图像增强算法研究[D];重庆邮电大学;2011年
8 王吉晖;图像测量调焦系统的研究[D];西安理工大学;2001年
9 王昱;数字影像质量评价方法研究[D];解放军信息工程大学;2001年
10 张伟;光具座实现透镜焦距自动测量的实验研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜晓菡,曾庆宁;虹膜识别中图像采集的研究[J];电视技术;2004年12期
2 赵立新;胡松;王肇志;罗正全;严伟;胡翔宇;;激光共聚焦生物芯片扫描中的自动调焦[J];微纳电子技术;2006年11期
3 郑晟;李昀姗;方万利;吴诚;;红外成像区域法自动调焦聚焦区域的研究[J];微型机与应用;2011年07期
4 胡涛;陈世哲;刘国栋;浦昭邦;;显微视觉系统中自动调焦评价函数的选取[J];半导体光电;2006年02期
5 胡涛;陈世哲;刘国栋;浦昭邦;;图像法自动调焦的最佳调焦区域选取算法[J];光学技术;2006年06期
6 刘力双;孙双花;吕乃光;邓文怡;;特征边缘跟踪的调焦评价方法[J];光电工程;2008年07期
7 贾晓艳;萧泽新;邓仕超;;基于聚焦评价函数的自动调焦方法的研究[J];光学技术;2007年S1期
8 刘海萍;苏世彬;;基于局部图像处理的自动调焦系统设计[J];科技风;2009年09期
9 ;自动调焦[J];电子工业专用设备;1977年02期
10 王学影,张洪涛;基于图像处理的CCD摄像机自动调焦方法研究[J];计量技术;2005年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 武星星;刘金国;;基于改进型BP算法的空间相机自动调焦研究[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
2 张闯;卢桂章;赵新;;面向微操作应用的自动寻针、调焦和针尖定位算法及其实现[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
3 曹茂永;孙农亮;郁道银;;离焦模糊图像清晰度评价函数的研究[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
4 孙安青;萧泽新;;自动显微镜实时快速调焦技术及其实现[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
5 张文成;毛清龙;唐崇丹;黄作明;;煤岩反射率自动测定和有机组分测定系统的研究[A];中国金属学会第一届青年学术年会论文集[C];2002年
6 范富明;程良伦;;基于宏微双驱结构的显微镜离焦在线检测及补偿[A];中国自动化学会中南六省(区)2010年第28届年会·论文集[C];2010年
7 段瑞青;余烨;刘晓平;;基于图像的物体轮廓重建[A];全国第21届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2010)暨全国第2届安全关键技术与应用学术会议论文集[C];2010年
8 董乔雪;王一鸣;杨卫中;杨丽丽;冯磊;石庆兰;徐云;;基于图像技术的温室光分布研究[A];中国农业工程学会电气信息与自动化专业委员会、中国电机工程学会农村电气化分会科技与教育专委会2010年学术年会论文摘要[C];2010年
9 杨培艳;李惠光;王振春;李欢;;基于图像视觉的电磁炮外弹道实验研究[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
10 刘柯楠;杨启良;戈振扬;刘小刚;;一种基于图像的植物根系三维重建[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 龙云怒;模仿人眼自动调焦距的液体镜头问世[N];医药经济报;2006年
2 本报记者 聂翠蓉;液体镜头让手机拍照更清晰[N];科技日报;2006年
3 本报记者 徐鹏飞;农民发明家张其高[N];中国知识产权报;2006年
4 陈蕾;新康耐视基于图像的条码读码器为超越激光扫描仪而专门设计[N];中国包装报;2011年
5 ;酷品T形台[N];电脑报;2005年
6 ;傻瓜相机[N];中国计算机报;2005年
7 刘爽;中科院光电所研制出新型光刻机[N];中国企业报;2008年
8 ;当手机爱上名片:OCR名片识别功能全导读[N];电子资讯时报;2007年
9 束搏夏时洪;实现建模技术的3种方法[N];计算机世界;2007年
10 徐明华;家用DC 越“快”越好[N];中国计算机报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于秋水;基于图像处理方法的光学瞄具自动调焦技术研究[D];长春理工大学;2011年
2 黄德天;基于图像技术的自动调焦方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
3 徐新;数字图像自动调焦技术及其在低光照环境下的应用研究[D];上海交通大学;2012年
4 林兆华;基于图像处理自动调焦技术在经纬仪中应用的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
5 卢振华;推扫式遥感相机基于图像的实时自动调焦研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
6 王健;基于图像处理的自动调焦技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2013年
7 胡涛;机器视觉中的自动调焦及形貌恢复技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 刘瑞安;单摄像机视线跟踪技术研究[D];天津大学;2007年
9 周晓谋;尿液显微颗粒自动检测与图像处理研究[D];中国矿业大学;2012年
10 王佳生;基于图像的虚拟环境建模技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姜晓博;基于嵌入式系统的摄像头自动调焦关键技术研究[D];沈阳航空航天大学;2013年
2 徐博泓;基于图像的自动调焦方法研究及系统实现[D];国防科学技术大学;2010年
3 赵志彬;机载光电平台可见光摄像机自动调焦技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
4 谢小华;风洞光电测量系统自动调焦软件设计与实现[D];电子科技大学;2013年
5 梁炎锋;无热化设计效果检测仪自动调焦系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 吴冬冬;全自动尿沉渣分析仪的显微自动调焦系统设计与实现[D];武汉理工大学;2012年
7 李晓杰;食品微生物自动检测系统的光学显微镜自动调焦技术研究[D];吉林大学;2013年
8 吴小翠;全自动尿沉渣检验仪自动调焦方法研究[D];湖南大学;2010年
9 姚珺;红外热像仪自动调焦和图像采集技术的研究[D];南京理工大学;2012年
10 陶敏;果蝇复眼病变图像识别的自动调焦技术研究[D];中南大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026