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红外热像仪自动调焦和图像采集技术的研究

作　者: 姚珺
导　师: 常本康
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 自动调焦 清晰度评价函数 电机搜索策略 图像采集 USB2.0 FPGA
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


自动调焦技术是图像采集系统中保证图像清晰度的重要技术,最早应用于摄像设备。国内外对自动调焦技术都有很广泛的研究。从早期的测距法、相位法和对比度法,到基于数字图像处理的调焦方式,自动调焦技术越来越趋于数字化和智能化。近年来,红外热成像技术得到迅猛发展,成为夜视技术领域的重要课题,本实验室长期从事红外热成像系统的研究。在红外热成像系统中,由于手动调焦操作流程复杂、主观性强、对操作者要求较高和容易产生视觉疲劳,造成调焦得到的图像不稳定且不清晰,并且手动调焦耗时较长,不能适应现代成像系统自动化的要求。因此,实现红外热成像系统的自动调焦功能变得至关重要,它直接关系到红外热成像系统的成像质量。本文致力于自动调焦和图像采集功能的研究,帮助红外热像仪在最短时间内获得最清晰的图像。文中主要介绍红外热像仪自动调焦和图像采集技术的基本理论、现状和发展；对各种常用的图像清晰度评价算法进行分析和研究,并提出基于灰度分割的图像清晰度评价算法；对自动调焦中的关键技术进行研究,并且设计了适合本文系统的调焦窗口选择方法和电机搜索策略；完成以FPGA为核心的自动调焦和图像采集解决方案；最后对实验结果进行分析。本文提出的基于灰度分割的图像清晰度评价算法具有灵敏度高、实时性好等优点,在红外热像仪自动调焦系统的硬件平台上实现,得到了比较满意的结果。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 红外热像仪自动调焦与图像采集技术概述  8-11
    1.1.1 红外热成像系统概述  8-9
    1.1.2 自动调焦技术概述  9-10
    1.1.3 图像采集技术概述  10-11
  1.2 本文的研究意义和主要工作  11-12
2 图像清晰度评价算法研究  12-26
  2.1 图像清晰度评价算法概述  12-13
  2.2 基于频域和信息论的图像清晰度评价函数  13-16
    2.2.1 基于频域的频谱评价函数  13-15
    2.2.2 基于信息论的熵评价函数  15-16
  2.3 基于空域的图像清晰度评价函数  16-18
    2.3.1 基于灰度变化的评价函数  16
    2.3.2 灰度梯度评价函数  16-18
  2.4 本文提出的基于灰度分割的图像清晰度评价函数  18-22
    2.4.1 灰度分割理论基础  18-20
    2.4.2 新算法的具体实现方法  20-21
    2.4.3 新算法性能分析  21-22
  2.5 几种算法的仿真实验结果  22-26
    2.5.1 各种算法正确性和灵敏度的比较与分析  23-25
    2.5.2 各种算法的时间性能分析与比较  25-26
3 自动调焦技术研究和系统实现  26-47
  3.1 自动调焦的关键技术  26-27
  3.2 调焦窗口选择方法  27-29
  3.3 电机搜索算法  29-34
    3.3.1 常用的电机搜索算法  29-32
    3.3.2 粗精调节相结合的爬山算法  32-34
  3.4 自动调焦系统的电机工作模块设计  34-39
    3.4.1 A-max16直流电机介绍  34-35
    3.4.2 电机驱动芯片BD6220F结构  35-36
    3.4.3 FPGA电机位置控制模块设计  36-39
  3.5 自动调焦系统的算法程序设计  39-44
    3.5.1 图像清晰度评价算法的程序设计  39-42
    3.5.2 电机搜索算法的程序设计  42-44
  3.6 自动调焦实验与结果分析  44-47
    3.6.1 自动调焦实验  44-46
    3.6.2 实验结果分析  46-47
4 红外图像采集和通信接口  47-66
  4.1 红外图像采集系统整体结构  47-48
  4.2 USB系统结构与USB芯片  48-52
    4.2.1 USB系统的分层结构  48
    4.2.2 USB2.0通信协议  48-50
    4.2.3 USB功能设备设计方法  50-51
    4.2.4 高速USB数据采集芯片CY7C68013A  51-52
  4.3 硬件接口电路设计  52-55
    4.3.1 电源电路  52
    4.3.2 CY7C68013A电路  52-53
    4.3.3 Slave FIFO接口方式  53-55
  4.4 FPGA图像数据采集模块设计  55-57
  4.5 USB芯片固件程序开发  57-61
    4.5.1 CY7C68013A芯片固件程序框架  57-58
    4.5.2 固件程序设计  58-61
  4.6 USB驱动程序的结构与使用  61-63
    4.6.1 USB驱动程序结构  62
    4.6.2 USB驱动程序的使用  62-63
  4.7 PC机应用程序设计  63-66
    4.7.1 Windows API函数简介  63
    4.7.2 PC机应用程序具体实现  63-66
5 结束语  66-68
  5.1 本文工作总结  66
  5.2 本文创新点  66-67
  5.3 本文有待完成的工作  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71
附录  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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