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D摄像机自动调焦方法研究王学影张洪涛(天津大学精密测试技术及仪器国家重点试验室,天津 300072 ) D摄像机测量精度的重要手段,特别是在小景深及高精度的测量中。本文介绍了采用图像处理法实现自动调焦的方法。并提出了几种图像清晰度评价函数。经实验结果论证效果良好。关键词自动调焦;评价函数;图像处理 0 引言随着科学技术的发展,为了迅速准确地对微小图像进行自动采集、处理和识别,对摄像机的自动化程度提出了更高的要求。在电子网板计算机视觉检测系统[1]中,为了保证测量精度,其中关键问题就是摄像机的自动调焦。它会影响采集到的图像质量,可能致使后期的图像处理无法进行。 1 系统概述 D (电荷耦合器件)作为光电检测器,其将光电转换,积分存储和信号读出功能集于一体。系统框图如图 1所示。 CCD摄像机接受二维图像,经采集卡采集到计算机内存,然后可进行必要的图像处理和特征提取,图像和测量结果可由显示器、打印机和绘图仪输出。当处理完一幅图像后, 计算机发出驱动指令,可通过执行机构 2驱动 X2 Y 工作台作水平方向的二维移动,以完成测量视场的自动转换。图 1 系统框图自动调焦模块由计算机、 CCD、执行机构 1、图像采集卡和光学成像部分等组成。当系统搜索到待检区域后,计算机通过执行机构 1,D摄像机在 z向作微小位移,随着调焦模块在调焦范围内对最佳调焦位置的搜寻,就可采集到摄像机在不同离焦情况下的一系列的数字图像,通过对此系列图像的数学模型比对,就可准确的判断出摄像机的最佳对焦位置。 2 图像清晰度评价函数采用图像处理法实现自动调焦的一个关键问题就在于图像清晰度评价函数的选取。曾报道过一些评价函数,如阈值积分法[2]、高频通带法[3]及用电致伸缩器件法[4]等,不同的评价函数只适用于各自的特殊的调焦图像,本文在分析电子网板图像的特点基础上,提出了以下几种图像清晰度评价函数。它应具有无偏性,即仅当物面和对准面重合时,函数才取极值;单峰性,即只有齐焦时,函数才取极值;它还应具有抗干扰能力强等特点。在对焦状态下,图像是清晰的,代表网板孔区域的有效像素数量也是最多的,网板与背景的对比度也是最大的,且图像的灰度分布的动态范围也是最广。随着离焦量变大,图像也愈模糊,有效像素数量减少,图像的对比度和灰度的动态分布范围也出现缩小的趋势,最后整个图像的灰度值可能全部集中到某个背景灰度上。基于以上事实,针对电子网板的图像特点,提出了以下四种评价函数。 21 1 基于像素数评价函数在图像分割处理中,如果某个像素的灰度值大于预先设定的阈值,就可认为它已代表了图像的有效信息,这类像素可称为有效像素,对整幅图像中的有效像素进行统计,便可构成一个评价函数: 测量与设备· 16· 计量技术 20051 No8 N=∑ m x=0∑ n y=0 n (x,y ) (1 ) n (x,y )= 1 当 f (x,y )≥ T 0 当 f (x,y )< T 式中, N为图像的有效像素数; f (x,y )是与(x,y )点对应的像素灰度值,T为图像的阈值。此阈值可由图像的直方图来确定。此函数的优点是处理速度快,但易受图像中的脉冲噪声影响,而且当系统照明亮度发生变化时,该函数波动较大,易产生误调焦。 21 2 基于梯度评价函数上述的函数只是针对像素点进行的运算,而没有考虑到图像中的区域相关性,所以抗干扰