【安防知識網(wǎng)】目前，自動調(diào)焦技術(shù)在攝影攝像系統(tǒng)中取得了廣泛的應(yīng)用。本文論述各類自動調(diào)焦技術(shù)的原理及其優(yōu)劣比較，最后給出了一種實用、典型、既準確又簡單而快速的自動調(diào)焦方法。
自動調(diào)焦技術(shù)是從20世紀70年代后期發(fā)展起來的，到現(xiàn)在已經(jīng)日臻成熟，并在攝影攝像系統(tǒng)中取得了廣泛的應(yīng)用。如自動照相機、數(shù)碼相機、攝像機(含監(jiān)控系統(tǒng)中的一體化攝像機)、用于網(wǎng)上視頻圖像通信的作為計算機外設(shè)的USB Video Camera以及用于圖像檢測中的其它攝影攝像設(shè)備等。
所謂自動調(diào)焦是要保證感光面所記錄的影像取得最清晰的效果。因此，自動調(diào)焦系統(tǒng)就是要代替原來的手動調(diào)節(jié)，而自動調(diào)節(jié)攝像鏡頭和感光面之間的距離，并使得像平面落在感光面上。顯然，這種自動調(diào)節(jié)需要用到電機，通常使用微型伺服電機或微型步進電機，用它們?nèi)ヲ?qū)動變焦鏡頭的調(diào)節(jié)環(huán)，以調(diào)節(jié)鏡頭中透鏡前后的距離，即調(diào)節(jié)焦距。從而使像平面落在攝像器件的感光面上，使被攝圖像清晰。
自動調(diào)焦的方法很多，本文介紹幾種主要方法的自動調(diào)焦原理，最后比較其優(yōu)劣。
自動調(diào)焦的幾種主要方法
從自動調(diào)焦的基本原理來區(qū)分，可分為三大類：
1、測距法
這種方法是通過測量被攝目標和鏡頭之間的距離，并驅(qū)動鏡頭運動到合適的位置而完成自動調(diào)焦的。具體方法有三角測量法、紅外線測距法與超聲波測距法等。
2、聚焦檢測法
這種方法是通過檢測影像是離焦還是聚焦(主要是檢測影像的輪廓邊緣與像的偏移量)，而實現(xiàn)自動調(diào)焦的。具體方法有對比度法與相位法等。
3、圖像處理法
這種方法是通過攝像機采集被測物的光學圖像，經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，利用計算機進行數(shù)字圖像處理而實現(xiàn)自動調(diào)焦的。具體方法依焦距評價函數(shù)分有：高頻分量法、平滑法、閾值積分法與灰度差分法等。
上面簡要地介紹了各種自動調(diào)焦技術(shù)，但這些方法均有其局限性。如紅外與超聲波測距的調(diào)焦法，只能在頭部處進行檢測控制(在攝像機鏡頭兩旁附設(shè)透鏡組成紅外或超聲波的收發(fā)器)，在工藝結(jié)構(gòu)的安排上也比較困難，且維護不便。此外，當被測目標對紅外或超聲波有較強的吸收作用時，將會使系統(tǒng)失靈而調(diào)焦不準確。但其優(yōu)點是不易受其它景物的影響。在聚焦檢測的對比度法中，也受到光照條件的制約，若光照條件暗弱或被攝體與背景明暗差別很小時，其調(diào)焦也會有困難，甚至有可能失去作用。
隨著計算機及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，基于圖像處理的自動調(diào)焦法發(fā)展很快。因為計算機處理圖像的靈活性，可以針對不同的使用要求，提取圖像中各種其它的有效信息，從而選擇不同的聚焦判據(jù)進行調(diào)焦判斷。所以在現(xiàn)今的攝像與測量系統(tǒng)中廣泛地應(yīng)用著。尤其在固體攝像機與數(shù)碼相機中，它們要求調(diào)焦速度快和準確。
一般，圖像調(diào)焦準確與否，反映在空間域上是圖像的邊界及細節(jié)部分是否清晰，在頻率域上是圖像的高頻分量是否豐富。圖像的邊緣及細節(jié)信息可通過對圖像進行微分來獲取;圖像的頻譜信息可通過對圖像進行FFT(即快速付里葉變換)來獲取。圖像微分法(即灰度差分法)雖然算法簡單快速，但不能濾掉圖像中的噪聲;圖像FFT法(即高頻分量法)，在FFT后讓頻譜通過帶通濾波器，能夠在獲取圖像高頻信息的同時濾掉更高頻的噪聲，但算法要復雜耗時一些。利用圖像處理的方法可獲得圖像的微分幅值或頻譜幅值，該幅值的最大值位置就是圖像的最佳調(diào)焦位置。
由上分析可知，在目前的情況下，為在數(shù)碼相機與攝像機中獲得比較準確、簡單、快速的自動調(diào)焦，可采用圖像微分法并輔以平滑處理，或在微分前過濾噪聲，一般采用五點中值濾波即可消除噪聲帶來的函數(shù)曲線中的次大峰值。此外，由于視頻信號的高度相關(guān)性，采樣點數(shù)不宜過多，每一幀以采樣200個點為宜。這樣既減少了采到白噪聲的概率，也相當于抑制了白噪聲。
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