现代社会是一个高度信息化的社会,多媒体技术的发展使图像信息的获取及其传输手段倍受瞩目。自动对焦技术是计算机视觉和各类成像系统的关键技术之一,在照相机、摄像机、显微镜、内窥镜等成像系统中有着广泛的用途。传统的自动对焦技术较多采用测距法,即通过测出物距,由镜头方程求出系统的像距或焦距,来调整系统使之处于准确对焦的状态。随着现代计算技术的发展和数字图像处理理论的日益成熟,自动对焦技术进入一个新的数字时代,越来越多的自动对焦方法基于图像处理理论对图像有关信息进行分析计算,然后根据控制策略驱动电机,调节系统使之准确对焦。
本文利用数字式CMOS图像传感器作为感像器件,运用DSP芯片采集图像信息并计算系统的对焦评价函数,根据优化的爬山搜索算法控制驱动步进电机,调节系统光学镜头组的位置,使系统成像清晰,从而实现自动对焦。这是一种数字式的自动对焦方法,其准确性和实时性使其在视频展示台和显微镜等设备中的应用具有广泛的前景。
1 系统的硬件构成
一个典型的自动对焦系统应具备以下几个单元:成像光学镜头组、成像器件、自动对焦单元、镜头驱动单元。在本系统中,成像光学镜头组包括光学滤波器、变焦透镜组和对焦透镜组;成像器件是CMOS数字式图像传感器,输出图像信息的数字量;自动对焦单元由DSP芯片作为核心器件,图像信息的采集、计算、控制策略的选择和控制信号的产生都在这个单元中进行;镜头驱动单元包括步进电机及其驱动电路,该单元接受自动对焦单元的控制,驱动成像光学镜头组中的变焦透镜组和对焦透镜组进行位置调节,最终使图像传感器输出准确对焦的图像。系统的硬件结构如图1所示。
图1 自动变焦系统结构图
1.1 数字式CMOS图像传感器
图像传感器是把光信号转换成电信号的装置。本系统采用1/3英寸数字式CMOS图像传感器OV7620,总有效像素单元为664(水平方向)×492(垂直方向)像素;内置10位双通道A/D转换器,输出8位图像数据;具有自动增益和自动白平衡控制,能进行亮度、对比度、饱和度、γ校正等多种调节功能;其视频时序产生电路可产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号和像素时钟等多种时序信号;5V电源供电,工作时功耗<120mW,待机时功耗<10μW。
OV7620工作时序图如图2所示。其中,PCLK是图像传感器的像素时钟,HREF是行同步信号,Y和UV是图像数据信号,VSYNC是帧同步信号,FODD是奇偶场信号。
图2 OV7620的时序图