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基于嵌入式Linux的数字自动对焦系统研究

作　者: 王剑华
导　师: 邓华秋；邓云龙
学　校: 华南理工大学
专　业: 光学
关键词: 自动对焦嵌入式Linux 视频监控
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 112次
引　用: 1次
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内容摘要

自动对焦能力是评价图像质量的一个重要指标,其关键技术的研究有助于提高数字成像产品的竞争力。由于对焦场景的复杂性,目前自动对焦技术在对焦评价函数、对焦窗口、搜索算法、对焦监测以及曝光控制等方面仍存在问题,需要进一步研究,以提高自动对焦的精度与速度。本文在查阅大量文献的基础上,详细分析了自动对焦技术的基本理论,并针对现有自动对焦存在的问题作了深入的研究:首先,提出基于HSI分析法的彩色对焦评价函数。实验分析表明,利用HSI分析法并选取能量函数作为彩色图像的对焦评价函数,满足精度要求的同时能够明显地提高对焦速度。其次,设计了综合的搜索算法。(1)针对一般对焦搜索容易陷入对焦曲线局部峰值的问题,改进了传统的爬山搜索法——评价函数值连续下降两次才认为越过对焦曲线峰值,并设定下降阈值;(2)在镜头的对焦镜组偏离光学对焦范围的情况下,爬山搜索法已无法走出局部峰值,利用已知镜头的对焦范围上下限改进了传统的穷举搜索法,避免落入局部峰值的同时也提高了对焦收敛速度;(3)对焦过程中的场景可能会受到干扰,对焦完成后再校验场景是否正确可以避免因受干扰而导致误对焦;(4)在无法进行对焦评价的低照度下则关闭搜索。再次,提出从光强变化、场景变化、场景是否静止及是否陷入局部峰值四个方面进行对焦监控,设计了一次比较的运动检测等监控算法,根据监控结果采取不同的策略。然后,提出非线性自动光圈控制算法。由于受光敏感度、自动增益等影响,光圈与光强是非线性关系,需要多次测量才能实现准确地控制。最后,实现了基于嵌入式Linux的自动对焦系统。设计了驱动程序、应用程序以及算法。实验结果表明,本系统能够实现准确快速的自动对焦与曝光。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 课题研究意义及存在的主要问题  9-10
    1.1.1 课题的研究意义  9
    1.1.2 自动对焦存在的主要问题  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 课题主要研究内容  11-13
  1.4 论文结构  13
  1.5 本章小结  13-14
第二章自动对焦技术基本理论  14-22
  2.1 自动对焦基本理论  14-17
    2.1.1 成像系统模型  14-15
    2.1.2 点扩散函数与光学传递函数  15-17
  2.2 自动对焦技术的基本方法  17-21
    2.2.1 传统的自动对焦方法  17-19
    2.2.2 基于数字图像处理的自动对焦方法  19-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章监控摄像机视频自动对焦技术研究  22-46
  3.1 视频监控自动对焦简介  22-23
  3.2 对焦评价函数  23-27
    3.2.1 对焦评价函数的分类  23-27
    3.2.2 对焦评价函数选择  27
  3.3 基于彩色图像的对焦评价函数及改进  27-31
    3.3.1 基于HSI 分析法的彩色对焦评价函数改进  28-29
    3.3.2 彩色对焦评价函数的实验分析  29-31
  3.4 对焦窗口  31-32
  3.5 对焦搜索算法  32-40
    3.5.1 典型的搜索算法  33-36
    3.5.2 基于传统搜索算法的改进  36-40
  3.6 对焦监控  40-42
  3.7 自动光圈控制  42-45
    3.7.1 自动光圈控制的实现  42-44
    3.7.2 自动光圈控制实验结果分析  44
    3.7.3 改进的自动光圈控制  44-45
  3.8 本章小结  45-46
第四章基于嵌入式LINUX 的自动对焦系统实现  46-60
  4.1 嵌入式Linux 简介  46-47
  4.2 系统硬件结构分析  47-49
  4.3 系统软件设计  49-59
    4.3.1 系统软件架构  49-50
    4.3.2 嵌入式系统环境搭建  50-51
    4.3.3 开发环境部署  51-52
    4.3.4 设备驱动程序开发  52-54
    4.3.5 应用程序设计  54-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章自动对焦系统测试结果及性能分析  60-65
  5.1 自动对焦系统准确度测试  60-62
  5.2 自动对焦系统速度测试  62-63
  5.3 自动对焦系统的不足及分析  63-64
  5.4 本章小结  64-65
结论与展望  65-67
  结论  65-66
  工作展望  66-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间取得的研究成果  71-72
致谢  72-73
附件  73

基于嵌入式Linux的数字自动对焦系统研究

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