基于PXA255的自動聚焦及圖像采集模塊設計

　　摘   要：本文介紹了一種基于Intel公司 PXA255嵌入式處理器的自動聚焦圖像采集系統(tǒng)。其中詳細介紹了自動聚焦在FPGA中的實現(xiàn)以及圖像采集在嵌入式linux系統(tǒng)中的實現(xiàn)，并給出了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構圖。

　　關鍵詞：自動聚焦；圖像采集；V4L視頻接口；嵌入式QT；離散余弦變換

引言

    目前市場上流行的攝像手機一般都不具備自動聚焦功能，這對于傳感器分辨率在30萬像素以下的攝像手機來說影響不大，但隨著百萬像素手機的面世，以及手機錄像功能的采用，人們對攝像頭的自動聚焦功能越來越關注。本文在Xhyper255開發(fā)板的基礎上，結(jié)合項目開發(fā)的需要，在開發(fā)板上移植QT/embedded作為嵌入式GUI，并設計了自動聚焦和圖像采集子模塊，其中自動聚焦部分通過verilog HDL在開發(fā)板上的FPGA上實現(xiàn)，圖像采集部分利用linux內(nèi)核提供的video 4 linux接口實現(xiàn)。最后的采集程序界面采用嵌入式QT設計工具designer進行設計。

圖1  硬件平臺結(jié)構圖

圖2  DCT變換模塊

圖3 DCT變換流程圖

圖4  自動聚焦流程圖

基于圖像處理的自動聚焦系統(tǒng)算法

    與傳統(tǒng)的自動聚焦算法相比，基于圖像處理的自動聚焦算法的實現(xiàn)不需要額外的信號源和相應的接收傳感器，這有利于縮小器件的體積以降低成本，并降低器件的功耗。

    在這類算法中，分析處理模塊直接對獲得的視頻圖像進行處理，以得到相應的判決函數(shù)，驅(qū)動控制模塊則根據(jù)得到的聚焦判決函數(shù)信息來驅(qū)動步進電機，帶動鏡頭前后移動，直到獲得聚焦清楚的圖像。因此，構造合理的判決函數(shù)就成了基于圖像處理的自動聚焦算法的關鍵所在。理想的聚焦判決函數(shù)應該具有單峰性、無偏性并能反映離焦的極性，同時應具有較強的抗干擾能力。

    在對目前的自動聚焦判決函數(shù)做相應的對比后，結(jié)合本系統(tǒng)的特點選擇2D-DCT變換去除其中的低頻成分，其余部分相加作為判決函數(shù)。2D-DCT變換的公式如式1所示。

(1)這里C(0)=1/，C(u)=C(v)   (u,v≠0)

自動聚焦系統(tǒng)的實現(xiàn)

    開發(fā)平臺的搭建如圖1所示。

    采用Xhyper255嵌入式開發(fā)板，圖像采集子系統(tǒng)采用如下硬件搭建：30萬像素CMOS圖像傳感器OV7620、 MCS51單片機、USB控制器OV511+、 步進電機和變焦鏡頭。

    OV7620的主要特性為：單片數(shù)字式彩色圖像傳感器;1/3光學格式；數(shù)字視頻輸出格式： 1~500倍的自動曝光范圍；自動增益和自動白平衡；能進行亮度、對比度、飽和度、伽馬校正等多種調(diào)節(jié)功能。664