基于数字图象处理的自动对焦技术研究毕业设计论文.docx
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本科毕业设计(论文)
题目:
基于数字图象处理的自动对焦
技术研究
毕业论文(设计)原创性声明
本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。
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日期:
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有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文
(设计)的全部或部分内容。
保密的论文(设计)在解密后适用本规定。
作者签名:
指导教师签名:
日期:
日期:
II
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
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6)论文主体部分:
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7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
基于数字图象处理的自动对焦技术研究
摘要
自动对焦技术是机器人视觉、数字成像系统和各种精密光学仪器中的关键技术。
随着科学技术的飞速发展,数字成像系统中的精确自动对焦问题越来越受到人们的普遍关注,其应用也显得越来越重要。
这对进一步提高测量精度、测量速度及测量自动化程度等方面具有重要的现实意义。
研究了影响自动对焦精度及对焦重复性的因素。
针对对焦过程中存在的噪声干扰,采用了滤波算法进行图像预处理,实验表明中值滤波是一种较好的方法;用对焦窗口大小、位置、对焦区域选择等窗口规划方法来克服对焦过程中背景因素的引入对主体目标的影响。
分析表明较好的窗口规划不仅可以一定程度解决上述问题,还可提高对焦函数性能,有效减小计算量。
在较全面地分析了基于数字图像处理的对焦评价函数基础上,针对基于边缘检测算法的对焦评价函数做了验证性实验,结果表明对于不同的评价目标,对焦函数的性能的精度和速度也不尽相同。
通过实验验证,基于边缘检测的laplaci
-an算子,性能更好。
清晰度评价函数极点搜索算法则是实现对焦点的搜索和定位,通过比较评价函数值决定镜头移动方向,反馈控制直至成像质量最佳。
在分析比较了几种对焦技术中常用的搜索算法的优缺点的基础上,确定改进的爬山算法搜索在速度不减的情况下,精度更高。
通过仿真验证了该算法的有效性、可行性,可较好的实现自动对焦。
关键词:
自动对焦;对焦窗口;清晰度评价函数;极点搜索算法
III
TheResearchofAuto-focusingSystemBasedonImage
Processing
Abstract
Auto-focusingtechnology isakeytechnologyintherobotvisionandimagingSystemandvariousopticalprecisioninstruments.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,theauto-focusingproblemhasbeenmuchconcernedbypeople,anditsapplicationhasbeenmoreandmoreimportant.Itcanimprovetheaccuracyandspeedofmeasurement,automaticlevel.
Studyontheaffectingfactorsofautomaticfocusingaccuracyandrepeatability.
Consideredthenoise intheprocessofthefocus,thepaperusedthefilteringalgorithmsforimagepreprocessing.Experimentsshowmedianfilteringisabetterway;inordertoovercome theinterferencebetweenthemainimageofthetargetandthebackgroundimage,thepaperusedthelayoutsoffocusingwindowsize,location,andfocusingregionalselectionetc.Analysisshowsthatbetterwindowplanningnotonlycanpartlysolvetheproblem,butalsoimprovethefocusing
performancefunction,reducetheamountofcalculation.
Inamorecomprehensiveanalysisofthefocusingevaluationfunctionsbasedonthedigitalimageproeessing,theexperimentusingthefunctionsbasedontheedgedetectionalgorithmswascarriedout.Theresultsshowthatfordifferentevaluationtarget,performancefocusingfunctionoftheprecisionandspeedis notthesame.Throughtheexperiment,theLaplacian basedonedgedetection operatorsbetterperformance.
PeaksearchingalgorithminSharpnessevaluationfunctionistosearchthefocusandlocationbycomparingtheevaluationfunctionvalues,anddeterminethelensmovingdirection,feedbackcontrolandtheimagequalityisbest.Aftercomparingandanalyzingtheadvantagesanddisadvantagesofseveralcommonfocussearchalgorithm.Determinetheimprovedhill-climbingalgorithm searchwithhigheraccuracy.
Keywords:
automaticfocusing;thefocusingwindow;sharpnessevaluationfunction;peaksearchingalgorithm
IV
目录
目录
中文摘要 I
英文摘要 II
1绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2自动对焦研究现状 2
1.3本文主要研究工作 3
2自动对焦系统设计 4
2.1自动对焦的基本原理和方法 4
2.1.1传统对焦方法 4
2.1.2基于数字图像处理的自动对焦方法 5
2.2自动对焦系统结构 6
2.3本章小结 7
3影响自动对焦及对焦函数性能的因素分析 8
3.1噪声影响分析 8
3.2光线影响分析 10
3.3对焦窗口的选择分析 12
3.3.1对焦窗口的选择方法 12
3.3.2对焦窗口的选择策略 14
3.4本章小结 15
4自动对焦评价方法 16
4.1清晰度评价函数的评价标准 16
4.2清晰度评价函数的分类 16
4.3清晰度评价函数的改进 18
4.4实验和分析 20
4.5本章小结 23
5极点搜索算法的探讨 24
5.1Fibonacci搜索算法 24
5.2曲线拟合算法 25
5.3“盲人”爬山算法 25
5.4爬山算法的改进方法 26
5.5本章小结 26
6总结与展望 27
参考文献 28
致谢 30
毕业设计(论文)知识产权声明 31
毕业设计(论文)独创性声明 31
附录 31
附录A自动对焦软件部分 31
附录B外文资料翻译 31
1绪论
1 绪论
1.1研究背景及意义
成像是通过一个成像光学系统将客观三维世界中的景物变换到二维成像平面的过程。
传统照相系统是在成像平面上用光化学材料作为图像的接收媒介,以胶片曝光的方式记录成像。
在成像平面上用CCD或CMOS等光电面阵器件接收图像信息就成为数字成像系统。
CCD或CMOS由数十万、数百万甚至更多的光电像素列阵组成成像平面,将图像光强分布和色度分布转化为以空间呢像素为取样单位的离散电信号,然后通过模数转换器将电信号数字化,并用数字图像的方式压缩和存储图像信息。
数字成像技术彻底取消了传统的照相系统中的化学处理步骤,使摄影过程更为便捷。
作为成像系统的一项关键技术,自动对焦技术于20世纪70年代最初应用于照相系统。
传统的对焦技术大部分是基于测距原理的。
传统的自动对焦技术可以分成两大类:
一类是基于镜头与被拍摄目标之间距离测量的测距自动对焦,另一类是基于对焦屏上成像清晰的聚焦检测自动对焦。
测距自动对焦主要有红外线测距法和超声波测距法,两者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。
聚焦检测方法主要有对比度法和相位法,对比度法是通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦的。
相位法是通过检测像的偏移量实现自动对焦的。
各种自动对焦方式各有其局限性。
例如红外测距和超声测距的对焦方法,当被测目标对红外光或超声波有较强的吸收作用时,将使测距系统失灵或对焦不准确;而对比度法聚焦检测受光照条
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