發(fā)布時(shí)間：2020-04-10 15:54

【摘要】：安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域的一體化攝像機(jī)已經(jīng)有近二十年的發(fā)展歷史。近年來(lái),隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)和芯片技術(shù)的進(jìn)步,一體化攝像機(jī)正由模擬向數(shù)字、標(biāo)清向高清的方向發(fā)展,高清一體化攝像機(jī)應(yīng)運(yùn)而生,以其清晰度高、傳輸方式靈活、適應(yīng)范圍廣、體積小巧、安裝方便的優(yōu)勢(shì)很快成為監(jiān)控類(lèi)攝像機(jī)中的主力軍。自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)作為高清一體化攝像機(jī)的關(guān)鍵技術(shù),直接決定著攝像機(jī)的成像質(zhì)量和圖像清晰度。高清一體化攝像機(jī)中一般采用基于圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù),主要包括三個(gè)核心子算法:圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)、變焦跟蹤算法和對(duì)焦搜索算法。基于此,本文深入分析現(xiàn)有自動(dòng)對(duì)焦算法存在的問(wèn)題,從工程應(yīng)用的角度提出了改進(jìn)的算法,最后在自行設(shè)計(jì)的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)上完成了算法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。(1)在分析現(xiàn)有典型圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)和海思AF模塊的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)對(duì)比性實(shí)驗(yàn),實(shí)際論證了本文選用的海思AF模塊在工程實(shí)踐中的可行性。(2)研究了現(xiàn)有的變焦跟蹤算法,針對(duì)現(xiàn)有算法變焦過(guò)程不連續(xù)、通用性不足的問(wèn)題,首次提出采用相鄰兩個(gè)變焦點(diǎn)的狀態(tài)信息來(lái)修正評(píng)估跟蹤曲線,從而得到本文的變焦跟蹤算法。經(jīng)過(guò)對(duì)比性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本文提出的跟蹤算法解決了反饋法和自適應(yīng)法變焦過(guò)程不連續(xù)的問(wèn)題,同時(shí)在變焦精度和速度方面也有了明顯的改進(jìn),綜合性能提升明顯,實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高。(3)研究了不同種類(lèi)改進(jìn)的對(duì)焦搜索算法,總結(jié)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有算法無(wú)法解決光源場(chǎng)景和無(wú)細(xì)節(jié)場(chǎng)景下的對(duì)焦問(wèn)題,基于此提出了一種基于場(chǎng)景判斷的對(duì)焦搜索算法,該算法能夠智能識(shí)別場(chǎng)景并作出判斷,針對(duì)光源場(chǎng)景提出利用圖像高亮度像素統(tǒng)計(jì)值作為對(duì)焦搜索的依據(jù);針對(duì)無(wú)細(xì)節(jié)場(chǎng)景,提出了改進(jìn)的全局搜索算法;針對(duì)普通場(chǎng)景對(duì)焦電機(jī)位于離焦區(qū)時(shí)判斷方向困難的問(wèn)題,提出了采用模糊度評(píng)價(jià)模型判斷峰值方向的辦法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的算法提高了對(duì)焦搜索的速度、準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。(4)最后本文搭建了以海思Hi3518A處理器SoC芯片為核心的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng),詳細(xì)描述了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方案,在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)了算法程序和電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序,在自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案上完成了本文算法的驗(yàn)證工作。該系統(tǒng)作為一種典型的高清一體化攝像機(jī)解決方案,具備很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【圖文】：

自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程就是對(duì)光學(xué)系統(tǒng)不斷校正的過(guò)程，本章將從光學(xué)系統(tǒng)的成像原理和光學(xué)設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)兩方面入手，對(duì)光學(xué)成像系統(tǒng)作必要的介紹。2.1.1 變焦鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)鏡頭是一種接收光信號(hào)并將光信號(hào)匯聚至感光元件的成像裝置，按照焦距是否可以改變，分為變焦鏡頭和定焦鏡頭。變焦鏡頭的焦距在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)變化，從而得到不同視場(chǎng)角、不同影像大小的圖像。鏡頭的變焦和對(duì)焦操作一般通過(guò)多枚鏡片之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)所處位置和功能不同，大致可將鏡片分成三組，一組鏡片稱(chēng)為一群，變焦鏡頭一般由以下部分組成：三群鏡片、固定筒、凸輪結(jié)構(gòu)曲線筒、光圈、快門(mén)、步進(jìn)電機(jī)、光遮斷傳感器等。根據(jù)鏡頭組成，在光軸上從物方到成像端，變焦鏡頭依次包括具有負(fù)屈光率的一群、具備正屈光率的二群和三群，不同鏡片組可以沿著光軸運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變一群和二群之間的相對(duì)距離實(shí)現(xiàn)變倍的功能，驅(qū)動(dòng)三群鏡片沿著光軸運(yùn)動(dòng)可以達(dá)到對(duì)焦的效果。圖 2-1顯示了三群鏡片組之間的相對(duì)位置關(guān)系，其中 G1、G2、G3 構(gòu)成一群，，G4、G5、G6 構(gòu)成二群，G7 即為三群[25]。

圖 4-2 舜宇 20 倍鏡頭不同物距下的變焦跟蹤曲線圖 4-2 列舉了 1 米、2 米、5 米和無(wú)窮遠(yuǎn)物距下 20 倍變焦鏡頭的變焦跟蹤曲線，橫軸表示變焦電機(jī)位置，縱軸表示對(duì)焦電機(jī)位置。以光遮斷傳感器位置為原點(diǎn)，以步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一步帶動(dòng)鏡片移動(dòng)的距離為最小刻度單位，實(shí)測(cè)得到鏡頭內(nèi)變焦電機(jī)與對(duì)焦電機(jī)的可移動(dòng)范圍，變焦電機(jī)從 1 倍位置到 20 倍位置的總行程范圍為[-1200,102]，對(duì)焦電機(jī)總行程范圍為[-300, 400]。分析圖 4-2 中的曲線，發(fā)現(xiàn)變焦電機(jī)在[-1200, -668]的范圍內(nèi)曲線呈線性變化，稱(chēng)為線性區(qū)；而在[-668,102]范圍內(nèi)，曲線呈非線性變化，稱(chēng)為非線性區(qū)域。變焦跟蹤曲線在線性區(qū)域基本重合，各曲線之間的距離差別很小，隨著變焦電機(jī)往長(zhǎng)焦端（tele-angle）移動(dòng)，各條曲線逐漸分離，曲線之間的距離越來(lái)越大。由此可知，如果變焦跟蹤前的變焦電機(jī)位于長(zhǎng)焦端附近的區(qū)域且對(duì)焦清晰，則可以通過(guò)線性插值的方法確定一條評(píng)估跟蹤曲線，對(duì)焦電機(jī)的位置可以沿著這條評(píng)估跟蹤曲線調(diào)節(jié)；如果初始變焦位置位于廣角端（wide-angle）附近，則由于各條曲線重合，當(dāng)變焦電機(jī)往長(zhǎng)焦端移動(dòng)時(shí)，各條曲線逐漸分離，在沒(méi)有任何策略的情況下，很難確定一條評(píng)估跟蹤曲線。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 謝琦;張廣;;基于差分方程預(yù)測(cè)模型的自動(dòng)聚焦算法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2015年12期

2 蔣濤;左f ;王靈國(guó);;嚴(yán)重離焦?fàn)顟B(tài)下的自動(dòng)聚焦實(shí)現(xiàn)[J];激光技術(shù);2015年06期

3 林忠;黃陳蓉;盧阿麗;;應(yīng)用于大變倍監(jiān)控?cái)z像機(jī)的電動(dòng)變焦跟蹤[J];應(yīng)用光學(xué);2015年05期

4 黃德天;劉雪超;張紅勝;趙晶麗;;基于人類(lèi)視覺(jué)的快速自動(dòng)調(diào)焦法[J];液晶與顯示;2014年05期

5 陳東;楊建中;王金;;基于模糊推理的聚焦曲線峰值搜索算法研究[J];電視技術(shù);2014年07期

6 莫春紅;劉波;丁璐;陳二瑞;郭高;;一種梯度閾值自動(dòng)調(diào)焦算法[J];紅外與激光工程;2014年01期

7 尤玉虎;劉通;劉佳文;;基于圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)綜述[J];激光與紅外;2013年02期

8 閔志盛;;基于DM6446的變焦成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];電子設(shè)計(jì)工程;2012年16期

9 翟永平;周東翔;劉云輝;劉順;彭科舉;;聚焦函數(shù)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)及最優(yōu)函數(shù)選取[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2011年04期

10 趙志彬;劉晶紅;;基于圖像處理的航空成像設(shè)備自動(dòng)調(diào)焦設(shè)計(jì)[J];液晶與顯示;2010年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 馬澤龍;高速相機(jī)自動(dòng)快速調(diào)光調(diào)焦方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2017年

2 路朋羅;基于圖像處理技術(shù)的自動(dòng)調(diào)焦方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2016年

3 王昊;航空可見(jiàn)光變焦距鏡頭自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

4 劉雪超;基于數(shù)字圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2014年

5 王健;基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2013年

6 黃德天;基于圖像技術(shù)的自動(dòng)調(diào)焦方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2013年

7 林兆華;基于圖像處理自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)在經(jīng)緯儀中應(yīng)用的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2012年

8 于秋水;基于圖像處理方法的光學(xué)瞄具自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2011年

9 陳國(guó)金;數(shù)字圖像自動(dòng)聚焦技術(shù)研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2007年

10 李奇;數(shù)字自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的理論及實(shí)現(xiàn)方法研究[D];浙江大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 朱彥宇;高清自動(dòng)聚焦及其在網(wǎng)絡(luò)一體機(jī)上的應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2017年

2 林華佑;一體攝像機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2016年

3 陶金有;基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦算法研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2014年

4 龐勝利;圖像模糊度評(píng)價(jià)研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

5 高素芳;ZOOM鏡頭驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];蘇州大學(xué);2009年

6 吳建平;基于DSP的顯微鏡自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2008年

7 蔣鳳林;基于數(shù)字圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦算法研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2622420