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《中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)》 2014年
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基于图像处理的自动调焦算法研究及系统实现

陶金有  
【摘要】:对于任何成像系统,采集到清晰图像的关键问题是成像系统能否准确调焦。 深空探测领域,因其特殊的工作环境,深空探测器上的光学成像载荷的自动调焦技术应用较少。传统自动调焦技术的应用范围各有其局限性,鉴于这一问题,本文针对显微成像系统,对基于图像处理的自动调焦技术进行理论研究,并搭建了基于PC机的实验平台进行验证。 基于图像处理的自动调焦技术,对采集到的图像进行处理分析,评判图像清晰度,并依据极值搜索策略,控制调焦机构找到准焦位置,实现成像系统的自动调焦。基于图像处理的自动调焦技术的核心问题是图像清晰度评价函数及极值搜索策略。 考虑到实际目标图像边缘不确定性及图像清晰度函数的运算量,本文利用改进的Sobel算子检测图像边缘,把图像边缘强度作为图像清晰度的判据。并与其它图像清晰度函数进行了性能比较,改进的Sobel算子是较为理想的图像清晰度评价函数。极值搜索策略方面,为了避免步进电机的频繁变向移动及调焦函数曲线局部峰值的干扰,本文采用了先大步长遍历粗调,后小步长爬山精调的搜索策略。 搭建的自动调焦实验平台,为了简化机构,采用了照明成像共光路的显微物镜;步进电机驱动的齿轮传动装置作为调焦机构,通过改变物距实现调焦功能。通过实验验证了上文调焦算法的可行性,最后分析了整个系统的调焦精度和实时性的影响因素。 伴随着电子电路技术的快速发展,调焦电路具有设计简单、可靠性高、集成度高等优点。符合深空探测器载荷稳定性、轻小化的设计原则。通过对基于图像处理的自动调焦技术进行研究,为以后调焦技术在深空探测领域的成熟应用作技术储备。
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