【安防知識(shí)網(wǎng)】目前，自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)在攝影攝像系統(tǒng)中取得了廣泛的應(yīng)用。本文論述各類(lèi)自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)的原理及其優(yōu)劣比較，最后給出了一種實(shí)用、典型、既準(zhǔn)確又簡(jiǎn)單而快速的自動(dòng)調(diào)焦方法。
自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)是從20世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來(lái)的，到現(xiàn)在已經(jīng)日臻成熟，并在攝影攝像系統(tǒng)中取得了廣泛的應(yīng)用。如自動(dòng)照相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)(含監(jiān)控系統(tǒng)中的一體化攝像機(jī))、用于網(wǎng)上視頻圖像通信的作為計(jì)算機(jī)外設(shè)的USB Video Camera以及用于圖像檢測(cè)中的其它攝影攝像設(shè)備等。
所謂自動(dòng)調(diào)焦是要保證感光面所記錄的影像取得最清晰的效果。因此，自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)就是要代替原來(lái)的手動(dòng)調(diào)節(jié)，而自動(dòng)調(diào)節(jié)攝像鏡頭和感光面之間的距離，并使得像平面落在感光面上。顯然，這種自動(dòng)調(diào)節(jié)需要用到電機(jī)，通常使用微型伺服電機(jī)或微型步進(jìn)電機(jī)，用它們?nèi)ヲ?qū)動(dòng)變焦鏡頭的調(diào)節(jié)環(huán)，以調(diào)節(jié)鏡頭中透鏡前后的距離，即調(diào)節(jié)焦距。從而使像平面落在攝像器件的感光面上，使被攝圖像清晰。
自動(dòng)調(diào)焦的方法很多，本文介紹幾種主要方法的自動(dòng)調(diào)焦原理，最后比較其優(yōu)劣。
自動(dòng)調(diào)焦的幾種主要方法
從自動(dòng)調(diào)焦的基本原理來(lái)區(qū)分，可分為三大類(lèi)：
1、測(cè)距法
這種方法是通過(guò)測(cè)量被攝目標(biāo)和鏡頭之間的距離，并驅(qū)動(dòng)鏡頭運(yùn)動(dòng)到合適的位置而完成自動(dòng)調(diào)焦的。具體方法有三角測(cè)量法、紅外線(xiàn)測(cè)距法與超聲波測(cè)距法等。
2、聚焦檢測(cè)法
這種方法是通過(guò)檢測(cè)影像是離焦還是聚焦(主要是檢測(cè)影像的輪廓邊緣與像的偏移量)，而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦的。具體方法有對(duì)比度法與相位法等。
3、圖像處理法
這種方法是通過(guò)攝像機(jī)采集被測(cè)物的光學(xué)圖像，經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字圖像處理而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦的。具體方法依焦距評(píng)價(jià)函數(shù)分有：高頻分量法、平滑法、閾值積分法與灰度差分法等。
上面簡(jiǎn)要地介紹了各種自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)，但這些方法均有其局限性。如紅外與超聲波測(cè)距的調(diào)焦法，只能在頭部處進(jìn)行檢測(cè)控制(在攝像機(jī)鏡頭兩旁附設(shè)透鏡組成紅外或超聲波的收發(fā)器)，在工藝結(jié)構(gòu)的安排上也比較困難，且維護(hù)不便。此外，當(dāng)被測(cè)目標(biāo)對(duì)紅外或超聲波有較強(qiáng)的吸收作用時(shí)，將會(huì)使系統(tǒng)失靈而調(diào)焦不準(zhǔn)確。但其優(yōu)點(diǎn)是不易受其它景物的影響。在聚焦檢測(cè)的對(duì)比度法中，也受到光照條件的制約，若光照條件暗弱或被攝體與背景明暗差別很小時(shí)，其調(diào)焦也會(huì)有困難，甚至有可能失去作用。
隨著計(jì)算機(jī)及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦法發(fā)展很快。因?yàn)橛?jì)算機(jī)處理圖像的靈活性，可以針對(duì)不同的使用要求，提取圖像中各種其它的有效信息，從而選擇不同的聚焦判據(jù)進(jìn)行調(diào)焦判斷。所以在現(xiàn)今的攝像與測(cè)量系統(tǒng)中廣泛地應(yīng)用著。尤其在固體攝像機(jī)與數(shù)碼相機(jī)中，它們要求調(diào)焦速度快和準(zhǔn)確。
一般，圖像調(diào)焦準(zhǔn)確與否，反映在空間域上是圖像的邊界及細(xì)節(jié)部分是否清晰，在頻率域上是圖像的高頻分量是否豐富。圖像的邊緣及細(xì)節(jié)信息可通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行微分來(lái)獲取;圖像的頻譜信息可通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行FFT(即快速付里葉變換)來(lái)獲取。圖像微分法(即灰度差分法)雖然算法簡(jiǎn)單快速，但不能濾掉圖像中的噪聲;圖像FFT法(即高頻分量法)，在FFT后讓頻譜通過(guò)帶通濾波器，能夠在獲取圖像高頻信息的同時(shí)濾掉更高頻的噪聲，但算法要復(fù)雜耗時(shí)一些。利用圖像處理的方法可獲得圖像的微分幅值或頻譜幅值，該幅值的最大值位置就是圖像的最佳調(diào)焦位置。
由上分析可知，在目前的情況下，為在數(shù)碼相機(jī)與攝像機(jī)中獲得比較準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單、快速的自動(dòng)調(diào)焦，可采用圖像微分法并輔以平滑處理，或在微分前過(guò)濾噪聲，一般采用五點(diǎn)中值濾波即可消除噪聲帶來(lái)的函數(shù)曲線(xiàn)中的次大峰值。此外，由于視頻信號(hào)的高度相關(guān)性，采樣點(diǎn)數(shù)不宜過(guò)多，每一幀以采樣200個(gè)點(diǎn)為宜。這樣既減少了采到白噪聲的概率，也相當(dāng)于抑制了白噪聲。
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