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基于ARM-Linux的数字自动对焦系统的研究与实现

陈参宁  
【摘要】:随着电子技术、光学技术的发展,人们对摄影和监控器材的要求越来越高,这就使得摄影和监控器材必须综合当今最先进的技术成果,而数字自动对焦技术则是一个极为关键的部分。如今,世界众多大公司都投入了大量科研力量,希望为用户提供更完善的数字自动对焦技术从而获得更好的经济效益。本文致力于研究和实现一种基于ARM架构和Linux操作系统的数字自动对焦技术。本文首先研究光电成像系统,包括镜头的焦距、相对孔径、视场角2ω以及分辨率等四个重要光学特性参数,并剖析变焦镜镜头在变焦过程透镜组如何移动。光线经由镜头通过CCD形成数字图像后,在如何评价图像质量问题上做了大量实验,最终选取Sobel算子、能量梯度算子、以及加权并归一的图像频谱幅值作为本数字自动对焦系统在不同阶段下使用的评价函数。 本文提出并实现了“三部曲对焦算法”。其中,Trilogy1主要解决缩小对焦范围并进行大步长走到准焦位置附近的问题;Trilogy2则主要通过小步长解决精对焦问题,使得系统处于准焦位置;Trilogy3主要解决在当前已经准焦的前提下对环境的动态监控判断究竟何时启动对焦的问题。三个模块Trilogy1、Trilogy2、Trilogy3在不同条件下可相互转化。同时,由于自动对焦(Auto-focus)、自动曝光(Auto-exposure)和自动白平衡(Auto-white balance),这“3A”是相互制约的,所以一并统筹解决。 本文有三个创新点,并融于“三部曲对焦算法”中。分别为: 1.系统镜头处于较高放大倍数时,通过隔行抽取行、列而形成的新区域图像再进行图像评价,可克服图像边缘信息不足的问题,大大地提高了对焦的有效性。 2.不同阶段采取不同的评价函数,通过合理的算法解决了评价函数耗时过大无法实用的问题,使得对焦效果更佳。其中,Trilogy1和Trilogy2,若光强较大,则采用能量梯度算子作为评价函数,而光强较弱时,则采用Sobel算子所谓评价函数;Trilogy3,则采用加权并归一的图像频谱幅值作为评价函数。 3.本文的“三部曲对焦算法”的逻辑思想也是个创新点。分析有几种状态以及这几种状态的差异,然后根据状态不同而切换相应的解决方案。最后,以速度、效果、稳定、舒适度四个目标对结果进行分析,证实本数字自动对焦系统的综合效果是良好的。


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