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一種基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)
摘要：一種基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦方法，應(yīng)用該方法設(shè)計(jì)一種虹膜圖像自動(dòng)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用虹膜區(qū)域的平均對(duì)比度作為是否對(duì)焦準(zhǔn)確的判據(jù)，并以此為反饋控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)焦。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)焦精確，采集到的虹膜圖像清晰，符合使用要求；并且調(diào)焦機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)控制易于實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)調(diào)焦 圖象處理 虹膜識(shí)別
在攝影攝像技術(shù)中，調(diào)焦是保證感光介質(zhì)所記錄的影像取得清晰效果的關(guān)鍵步驟。調(diào)焦機(jī)構(gòu)就是用來調(diào)節(jié)攝像鏡頭和感光介質(zhì)之間的距離，使得像平面落在感光介質(zhì)的表面。目前，常用的自動(dòng)照相機(jī)、攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)中多采用自動(dòng)調(diào)焦，即根據(jù)被攝目標(biāo)的距離，由集成電路指使鏡頭前后移動(dòng)到相應(yīng)的位置上，從而使被攝目標(biāo)自動(dòng)清晰成像。自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)從20世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來，到現(xiàn)在已經(jīng)日臻成熟并取得了廣泛應(yīng)用，從而使攝像、攝影設(shè)備的自動(dòng)化功能更加完善。
1 自動(dòng)調(diào)焦的幾種主要方式
從基本原理來說，自動(dòng)調(diào)焦可以分成兩大類：一類是基于鏡頭與被攝目標(biāo)之間距離測(cè)量的測(cè)距方法，另一類是基于調(diào)焦屏上成像清晰的聚焦檢測(cè)方法。
1.1 測(cè)距方法
測(cè)距方法的自動(dòng)調(diào)焦主要有三角測(cè)量法、紅外線測(cè)距法和超聲波測(cè)距法。
（1）三角測(cè)量法 測(cè)距原理如圖1所示。左邊的反射鏡是局部鍍膜反射鏡，即中間一小塊反射右邊來的光線，其余大部分視場(chǎng)透射前方直接進(jìn)入的光線，這樣在調(diào)焦平面上的影像如圖1左下角所示。右邊的反射鏡在電路控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)焦平面上有光電元件進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)透射和反射的兩部分影像重合的時(shí)候，可動(dòng)反射鏡的擺動(dòng)角α/2和物點(diǎn)A的距離D之間有如下關(guān)系：
α/2=(1/2)arctg(b/D)
式中，b為基線長(zhǎng)。
于是，系統(tǒng)可以計(jì)算出被攝目標(biāo)和鏡頭之間的距離并驅(qū)動(dòng)鏡頭運(yùn)行到合適的位置，完成調(diào)焦。
（2）紅外線測(cè)距法 該方法的原理類似于三角測(cè)量法，所不同的是由照相機(jī)主動(dòng)發(fā)射紅外線作為測(cè)距光源，并用紅外發(fā)光二極管的轉(zhuǎn)動(dòng)代替可動(dòng)反光鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)。
（3）超聲波測(cè)距法 該方法是根據(jù)超聲波在攝像機(jī)和被攝物之間傳播的時(shí)間進(jìn)行測(cè)距的。照相機(jī)上分別裝有超聲波的發(fā)射和接收裝置，工作時(shí)由超聲振動(dòng)發(fā)生器發(fā)出持續(xù)時(shí)間約1/1000秒的超聲波，覆蓋整個(gè)畫面的10%。超聲波到達(dá)被攝體后，立即返回被接收器感知，然后由集成電路根據(jù)超聲波的往返時(shí)間來計(jì)算確定調(diào)焦距離。
紅外線式和超聲波式自動(dòng)對(duì)焦是利用主動(dòng)發(fā)射光波或聲波進(jìn)行測(cè)距的，稱之為主動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦。
1.2 聚焦檢測(cè)方法
聚焦檢測(cè)方法主要有對(duì)比度法和相位法
（1）對(duì)比度法 該方法是通過檢測(cè)影像的輪廓邊緣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦的。像的輪廓邊緣越清晰，則它的亮度梯度就越大，或者說邊緣處景物和背景之間的對(duì)比度就越大。反之，離焦的像，輪廓邊緣模糊不清，亮度梯度或?qū)Ρ榷认陆�；離焦越遠(yuǎn)，對(duì)比度越低。利用這個(gè)原理，將兩個(gè)光電檢測(cè)器放在底片
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