發(fā)布時(shí)間：2020-06-21 18:00

【摘要】：自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)是成像系統(tǒng)成像過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械自動(dòng)化和圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展,基于圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)焦速度快、準(zhǔn)確率高等優(yōu)勢(shì)被廣泛地應(yīng)用于各類成像系統(tǒng)中。數(shù)碼相機(jī)、智能拍照手機(jī)等各類小型化成像設(shè)備的普及也使消費(fèi)者對(duì)自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的要求越來(lái)越高,成像質(zhì)量與成像速度都十分重要,如何實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的自動(dòng)對(duì)焦成為了問(wèn)題的關(guān)鍵。然而,現(xiàn)有的基于圖像處理自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)仍然存在缺點(diǎn)與不足,仍有許多問(wèn)題亟待解決。因此開展基于圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦方法研究對(duì)光學(xué)成像領(lǐng)域具有重要意義。為了滿足人們對(duì)自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的需求并解決現(xiàn)有的問(wèn)題,本文主要分別針對(duì)自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的改進(jìn)、對(duì)焦窗口的選取、自動(dòng)對(duì)焦搜索策略的設(shè)計(jì)以及獲取圖像后處理技術(shù)等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究。首先,分析了成像系統(tǒng)的光學(xué)成像模型與基本原理,完善了現(xiàn)有自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)基本方法的分類,并指出基于數(shù)字圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦方法的關(guān)鍵問(wèn)題。為本文對(duì)自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的研究思路與基本研究方向提供了依據(jù)。其次,開展了自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的研究。對(duì)現(xiàn)有的評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行了分類與原理介紹,指出理想的評(píng)價(jià)函數(shù)應(yīng)該具有的性質(zhì)。提出了一種覆蓋范圍可調(diào)的變頻梯度絕對(duì)值自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù),解決了系統(tǒng)調(diào)焦范圍較大時(shí)評(píng)價(jià)函數(shù)覆蓋范圍不夠廣的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)函數(shù)覆蓋范圍可調(diào)的目的;提出了一種基于強(qiáng)邊緣寬度直方圖的對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù),對(duì)圖像進(jìn)行分塊加權(quán)處理,對(duì)利用圖像邊緣信息進(jìn)行清晰程度評(píng)價(jià)算法進(jìn)行改進(jìn),從而使算法的性能得到進(jìn)一步提升;提出了一種基于相位一致性的對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù),利用相位一致性克服了亮度、對(duì)比度的變化及低信噪比對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的影響。然后,討論了自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程中對(duì)焦窗口選擇的必要性及對(duì)焦窗口應(yīng)該具備的性質(zhì),介紹了現(xiàn)有對(duì)焦窗口的選擇方法,并研究了對(duì)焦窗口的選擇方法,通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并指出自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程中存在場(chǎng)景漂移的現(xiàn)象,并研究了對(duì)焦窗口的跟蹤選擇策略;針對(duì)拍攝過(guò)程中出現(xiàn)多景深場(chǎng)景的情況進(jìn)行了對(duì)焦窗口選擇算法的研究;在此基礎(chǔ)上,對(duì)所獲得的準(zhǔn)焦圖像進(jìn)行背景虛化,對(duì)于體積受到限制的成像系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)大光圈的藝術(shù)效果。接下來(lái),開展了自動(dòng)對(duì)焦搜索策略設(shè)計(jì)的研究,介紹了幾種自動(dòng)對(duì)焦搜索策略的原理并分析了不同搜索策略的優(yōu)劣,為了滿足消費(fèi)者對(duì)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性的需求,通過(guò)對(duì)離焦模型的研究,推導(dǎo)了一種基于光學(xué)離焦梯度模型的表達(dá)式,進(jìn)而提出了一種基于光學(xué)離焦梯度模型曲線擬合的自動(dòng)對(duì)焦搜索策略,并利用實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。最后,針對(duì)夜景等特殊場(chǎng)景,開展了自動(dòng)對(duì)焦與后處理技術(shù)研究,針對(duì)夜景等場(chǎng)景的自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程會(huì)受到燈光等過(guò)亮區(qū)域影響的問(wèn)題,提出了一種飽和像素剔除的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù);提出了一種基于暗通道原理的低照度圖像增強(qiáng)算法,對(duì)低照度圖像進(jìn)行增強(qiáng)與較暗區(qū)域細(xì)節(jié)信息的恢復(fù);進(jìn)而,又針對(duì)低照度圖像噪聲較大的問(wèn)題,提出了一種基于噪聲估計(jì)的去噪算法,達(dá)到圖像質(zhì)量提升的目的,使成像效果令人滿意。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41
【圖文】：

２．Ｕ成像系統(tǒng)模型逡逑對(duì)于光學(xué)成像系統(tǒng)而言，再?gòu)?fù)雜的鏡頭結(jié)構(gòu)都可以用一片凸透鏡來(lái)代替，因此，為了逡逑簡(jiǎn)化研究模型，以一個(gè)理想的薄透鏡來(lái)代表成像系統(tǒng)，如圖２－１所示。逡逑Ｏｂｊｅｃｔ邐Ｌｅ＂ｓ邐Ｓ邐＂逡逑ｑ邋Ｉ邐Ｉｍａｇｅ邋Ｉ邋＞ｃｔｃｃｔｏｒ逡逑－？邐ｉｉ邐ｖ邐Ａ逡逑圖２－１理想透鏡成像模型逡逑該成像模型的各個(gè)參數(shù)意義分別為：橫向的虛線表示光軸，乃為不規(guī)則薄透鏡的孔徑逡逑直徑，／為焦距，ｗ代表物點(diǎn)ｐ到薄透鏡的距離即物距，物點(diǎn)ｐ所在的平面為物平面，ｖ代逡逑表像點(diǎn)，到薄透鏡的距離即像距，右側(cè)為探測(cè)器平面，當(dāng)系統(tǒng)處于離焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，像距由ｖ逡逑變?yōu)榇砦稂c(diǎn)０落在探測(cè)器平面上的模糊像斑，其直徑為Ａ成像平面距理想像點(diǎn)逡逑的距離為Ａ。逡逑１４逡逑

允許彌散圓的大小決定，通常情況下，當(dāng)人眼的分辨能力或者探測(cè)器的分辨率大于彌散圓逡逑直徑的時(shí)候，人們所看到的像仍是清晰的。逡逑在幾何光學(xué)中，焦深可以通過(guò)光學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，如圖２－２所示，＆和么２即為前后焦逡逑深，其表達(dá)式可由三角形相似定理得到：逡逑Ｏ邋Ｄ逡逑ａ，邋＾—？ｒ邐（２－Ｈ）逡逑１邋Ｄ邋＋邋２Ｒ逡逑Ａ，＝－＾—？ｒ邐（２－１２）逡逑其中，Ｄ為鏡頭的口徑，／＇為理想像距，為彌散圓的半徑，可利用公式（２－３）計(jì)算得到，逡逑因此，焦深Ａ即為式（２－１１）與式（２－１２）之和：逡逑４Ｒ逡逑Ａ邋＝邋Ａ．＋Ａ，＝邐Ｖ邐（２－１３）逡逑１邐２邋Ｄ邋＋邋２Ｒ逡逑另一方面，根據(jù)瑞利判據(jù)，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)的最大波像差小于波長(zhǎng)的四分之一時(shí)，成的像逡逑接近完善ｌ９Ｇ］。因此在工程應(yīng)用中

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2724436