基于DSP的自动聚焦系统

通过对基于空域分析的聚焦评价算子的对比,选择了基于Sobel梯度的Tenengrad函数作为系统的聚焦评价函数,该函数具有聚焦精度高、成像清晰的优点,但计算量大,不适合实时计算。根据DSP的运算特点,对Tenengrad函数进行了改进,提出了x/y向Tenengrad函数概念。通过实验证明,改进后的函数在不损失原函数聚焦精度的情况下,每幅图像的聚焦判据的计算时间减少为25ms,是原来聚焦判据计算时间的1/35,以此作为聚焦评价函数,在TMS320DM642平台上通过对视频驱动、UART驱动的开发,实现了可变焦摄像机的实时自动聚焦。

计量型紫外显微镜实时焦点及倾角测量算法的研究

计量型紫外光学显微镜采用248 nm深紫外光源和高数值孔径物镜系统,工作距离和景深均很小,为实现清晰的成像,需要进行自动聚焦。因此研究了一种焦点及倾角测量算法,采用基于图像处理的自动聚焦方法,选择Tenengrad函数作为图像清晰度判据,进行清晰度评价。针对在扫描测量时标准样板倾斜与镜片可能会出现相撞的问题,提出了样板倾角测量方法来判断样板的倾斜方向和角度,从而确定物镜执行器的移动方向,实现物镜扫描成像过程中的动态对焦。

三轴视觉测量系统自动对焦技术

为了减少三轴视觉测量系统在对焦过程中的时间消耗和提高对焦的准确性,提出基于光学离焦模型的自动对焦算法。自动对焦算法评价函数采用Tenengrad梯度函数,搜索算法分两步:(1)将光学离焦模型分解成两个曲线函数,通过采集4张图像的清晰度值和x轴坐标求出两条曲线函数,最终得到两条曲线的交点位置,交点位置即为正焦位置粗定位位置;(2)在交点位置采集1张图像以及在交点左右两侧各采集2张图像,通过高斯函数拟合得到拟合高斯函数的均值,均值即为准确的正焦位置。为了验证本方法的有效性,首先进行10次重复性试验,验证算法粗定位的重复定位误差4.1μm。其次,在粗定位位置采集1张图像及其两边各采集2张图像,通过高斯拟合得到精确正焦位置,10次精确位置的重复定位误差为5.1μm。该算法只需采集9张图像,得到的合成标准不确定度为2.12μm。该方法提高了三轴视觉测量系统的对焦效率和精度。

手持红外热像仪自动对焦电路的设计与实现

自动对焦可以快速、准确地将镜头调节到最佳位置,但目前该方式在算法和电路设计上还不够成熟,制约了它的应用。通过优化电路设计,选用TMS320VC5509A、FIFO和串口FLASH等低功耗、小尺寸封装芯片组成低功耗自动对焦电路,并基于Sobel算子的Tenengrad的改进图像边缘能量评价函数,采用可变窗口、合适的阈值,配合粗调(定步长)和精调(可变步长)搜索算法,设计实现了一种手持红外热像仪快速、准确地自动对焦的电路。实验结果表明,该方法高效可行,不仅能实现手持红外热像仪对目标的快速捕获,并能降低操作强度。

基于图像评价的显微镜自动对焦方法

针对显微镜观测动态平面目标时的自动对焦需求,提出一种基于图像清晰度评价的显微镜静/动态自动对焦方法。首先,根据对聚焦-失焦图像特征的分析,建立加权Tenengrad评价函数评估方法和图像分块对焦窗口模式。其次,针对搜索过程中的局部极大值问题,利用模拟退火理论建立对焦搜索模型。最后,为了对动态图像进行评价,利用图像模糊法来判断动态无参考图像失焦水平。在此基础上,形成了静态调焦模型,动态失焦检测与实时对焦模型。通过搭建显微镜自动对焦实验平台,结果表明:该静态调焦模型能够使显微镜快速准确地静态自动调焦,动态失焦检测和实时对焦模型能够使显微镜满足在动态观测下离焦检测和实时调焦的要求。