一种基于图像处理的自动调焦系统

　　在摄影摄像技术中,调焦是保证感光介质所记录的影像取得清晰效果的关键步骤。调焦机构就是用来调节摄像镜头和感光介质之间的距离,使得像平面落在感光介质的表面。目前,常用的自动照相机、摄像机和数码相机中多采用自动调焦,即根据被摄目标的距离,由集成电路指使镜头前后移动到相应的位置上,从而使被摄目标自动清晰成像。自动调焦技术从20世纪70年代后期发展起来,到现在已经日臻成熟并取得了广泛应用,从而使摄像、摄影设备的自动化功能更加完善。

　　1 自动调焦的几种主要方式

　　从基本原理来说,自动调焦可以分成两大类：一类是基于镜头与被摄目标之间距离测量的测距方法,另一类是基于调焦屏上成像清晰的聚焦检测方法。

　　1.1 测距方法

　　测距方法的自动调焦主要有三角测量法、红外线测距法和超声波测距法。

　　(1)三角测量法 测距原理如图1所示。左边的反射镜是局部镀膜反射镜,即中间一小块反射右边来的光线,其余大部分视场透射前方直接进入的光线,这样在调焦平面上的影像如图1左下角所示。右边的反射镜在电路控制下转动,调焦平面上有光电元件进行探测,当透射和反射的两部分影像重合的时候,可动反射镜的摆动角α/2和物点A的距离D之间有如下关系：

　　α/2=(1/2)arctg(b/D)

　　式中,b为基线长。

　　于是,系统可以计算出被摄目标和镜头之间的距离并驱动镜头运行到合适的位置,完成调焦。

　　(2)红外线测距法 该方法的原理类似于三角测量法,所不同的是由照相机主动发射红外线作为测距光源,并用红外发光二极管的转动代替可动反光镜的转动。

　　(3)超声波测距法 该方法是根据超声波在摄像机和被摄物之间传播的时间进行测距的。照相机上分别装有超声波的发射和接收装置,工作时由超声振动发生器发出持续时间约1/1000秒的超声波,覆盖整个画面的10%。超声波到达被摄体后,立即返回被接收器感知,然后由集成电路根据超声波的往返时间来计算确定调焦距离。

　　红外线式和超声波式自动对焦是利用主动发射光波或声波进行测距的,称之为主动式自动对焦。

　　1.2 聚焦检测方法

　　聚焦检测方法主要有对比度法和相位法

　　(1)对比度法 该方法是通过检测影像的轮廓边缘实现自动调焦的。像的轮廓边缘越清晰,则它的亮度梯度就越大,或者说边缘处景物和背景之间的对比度就越大。反之,离焦的像,轮廓边缘模糊不清,亮度梯度或对比度下降;离焦越远,对比度越低。

利用这个原理,将两个光电检测器放在底片位置的前后相等距离处,被摄影物的像经过分光同时成在这两个检测器上,分别输出其成像的对比度。当两个检测器所输出的对比度相等时,说明调焦的像面刚好在两个检测器中间,即和底片的位置重合,于是调焦完成。