一種基于圖像清晰度函數的調焦機構限區間變速控制方法

張懷利，李迎春，張廷華

（航天工程大學 電子與光學工程系，北京 101416）

引言

目標通過光學系統成像時，有一個最佳焦面位置，在這個位置能夠獲得最清晰的圖像，即所謂的物像共軛關系。當成像位置偏離了最佳焦面位置，即光學系統產生了離焦時，成像變得模糊[1-2]。一般會在光學系統中設計調焦機構，對焦面位置進行微調，再通過對圖像的清晰度進行判斷，尋找最佳的調焦位置。在人們剛開始研究自動調焦時，最直接的方式是通過外部設備對目標的位置和系統的焦距進行測量，以測量結果作為調焦依據[3-5]。這種方案具有不可消除的測量誤差，且有系統體積大、成本高、精度下降等弊端。從上世紀90年代開始，數字圖像處理技術逐漸成熟，基于圖像處理的自動調焦技術成為研究的主要方向，此技術方案直接處理采集到的圖像信息，再通過某種算法對圖像的清晰度評價值進行計算，根據計算結果判斷系統的成像狀況，并給出調焦指令，驅動機構根據響應的指令控制調焦機構運動，如此反復，直到獲得最清晰的圖像，完成系統的自動調焦控制[6]。根據這一工作原理，基于圖像清晰度法的調焦控制可以充分利用計算機技術處理數字信號的快速性和靈活性，不需要對目標位置、光學系統焦距等信息進行測量，減少了中間環節，干擾因素少，具有高效、準確的優點。近年來，國內對基于圖像處理的自動調焦技術的研究取得了一些成果，但是研究方向主要集中在圖像清晰度算法和搜索策略研究方面，對自動調焦控制方法的研究和應用卻很少[7-9]，自動調焦技術的創新性和完善程度還有很大的上升空間。……