基于DSP的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)

基于DSP的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)
杭州浙江科技學(xué)院(310012)鄭玉珍
杭州浙江大學(xué)(310027)吳 勇
 
　　摘　要：介紹了一種基于DSP芯片TMS320F206進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和實(shí)施控制的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)不僅充分發(fā)揮了DSP芯片的數(shù)值計(jì)算優(yōu)勢(shì),而且拓展了其在人機(jī)對(duì)話和電機(jī)控制等輸入輸出方面的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)對(duì)焦 DSP 爬山搜索算法

　　現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)高度信息化的社會(huì),多媒體技術(shù)的發(fā)展使圖像信息的獲取及其傳輸手段倍受矚目。自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)和各類成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,在照相機(jī)、攝像機(jī)、顯微鏡、內(nèi)窺鏡等成像系統(tǒng)中有著廣泛的用途。傳統(tǒng)的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)較多采用測(cè)距法,即通過(guò)測(cè)出物距,由鏡頭方程求出系統(tǒng)的像距或焦距,來(lái)調(diào)整系統(tǒng)使之處于準(zhǔn)確對(duì)焦的狀態(tài)。隨著現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖像處理理論的日益成熟,自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的數(shù)字時(shí)代,越來(lái)越多的自動(dòng)對(duì)焦方法基于圖像處理理論對(duì)圖像有關(guān)信息進(jìn)行分析計(jì)算,然后根據(jù)控制策略驅(qū)動(dòng)電機(jī),調(diào)節(jié)系統(tǒng)使之準(zhǔn)確對(duì)焦。
　　本文利用數(shù)字式CMOS圖像傳感器作為感像器件,運(yùn)用DSP芯片采集圖像信息并計(jì)算系統(tǒng)的對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù),根據(jù)優(yōu)化的爬山搜索算法控制驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),調(diào)節(jié)系統(tǒng)光學(xué)鏡頭組的位置,使系統(tǒng)成像清晰,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。這是一種數(shù)字式的自動(dòng)對(duì)焦方法,其準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性使其在視頻展示臺(tái)和顯微鏡等設(shè)備中的應(yīng)用具有廣泛的前景。
1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
　　一個(gè)典型的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個(gè)單元:成像光學(xué)鏡頭組、成像器件、自動(dòng)對(duì)焦單元、鏡頭驅(qū)動(dòng)單元。在本系統(tǒng)中,成像光學(xué)鏡頭組包括光學(xué)濾波器、變焦透鏡組和對(duì)焦透鏡組;成像器件是CMOS數(shù)字式圖像傳感器,輸出圖像信息的數(shù)字量;自動(dòng)對(duì)焦單元由DSP芯片作為核心器件,圖像信息的采集、計(jì)算、控制策略的選擇和控制信號(hào)的產(chǎn)生都在這個(gè)單元中進(jìn)行;鏡頭驅(qū)動(dòng)單元包括步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路,該單元接受自動(dòng)對(duì)焦單元的控制,驅(qū)動(dòng)成像光學(xué)鏡頭組中的變焦透鏡組和對(duì)焦透鏡組進(jìn)行位置調(diào)節(jié),最終使圖像傳感器輸出準(zhǔn)確對(duì)焦的圖像。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動(dòng)變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 數(shù)字式CMOS圖像傳感器
　　圖像傳感器是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。本系統(tǒng)采用1/3英寸數(shù)字式CMOS圖像傳感器OV7620,總有效像素單元為664(水平方向)