紅外成像區域法自動調焦聚焦區域的研究
從圖4(a)、(b)、(c)中可以看出,相對于B、C兩個聚焦區域,聚焦區域A的評價函數曲線在聚焦點附近仍保持了很高的靈敏度,而C區域的函數曲線圖4(c)與A、B兩個區域的函數曲線圖4(a)、(b)相比,不僅不能滿足單峰性,而且靈敏度低,還有很多局部“峰值”,可見C區域明顯不能滿足調焦曲線函數的要求。由圖4(d)可知,A區域正焦圖為第33幅,與系統給定的正焦圖片一樣,選擇A區域作為聚焦區域可以達到正確對焦的效果。而B區域正焦圖為第35幅,所選聚焦區域已經造成了誤對焦,而且B區域的評價函數曲線還出現了不少局部“峰值”。
由于圖像噪聲近似為高斯白噪聲,噪聲點分布也是隨機的,所以不同聚焦區域的選擇總會引入一些噪聲,對無明顯邊緣信息的C窗口,調焦評價函數曲線出現隨機波動,受噪聲的影響比較大;對于邊緣豐富的A窗口,調焦評價函數曲線單峰值尖銳。由此可以看到,在同樣引入了噪聲的情況下,聚焦窗口圖像邊緣能量[5]信噪比越高,對噪聲的抑制能力越強,評價函數曲線性能越好。從而證明了細節豐富的聚焦區域具有更好的調焦特征曲線。因此,選擇細節豐富的區域進行調焦,對提高精度十分有利。
為了分析既定的聚焦區域位置、不同大小的聚焦窗口對調焦評價函數曲線造成的影響,本研究選用A區域中(300×380)像素點為中心,分別繪出如圖3所示的不同大小的正方形,分別為10×10、50×50、100×100、120×120、150×150大小的窗口,得到調焦評價函數曲線分別如圖5、圖6所示。
分析圖5可以得出:當聚焦區域太小、包含的紅外圖像的信息太少時,調焦評價函數性能會變差或不能用于自動調焦(如圖5(d));當聚焦區域為50×50大小時,出現了局部峰值,不滿足單峰性,會干擾自動調焦;當聚焦區域進一步縮小為10×10大小時(如圖5(a)),這時的區域內所包含的紅外圖像信息被大幅度消減,曲線出現大幅波動,已不符合調焦評價函數的選取要求。
分析圖5和圖6可以得出:選用更大面積的聚焦區域不一定能使評價函數性能更好,如圖6(c)所示,150×150區域在第32幅圖的時候就已經基本達到了最大值,100×100、120×120區域窗口的調焦評價函數曲線的靈敏度均要好于150×150區域窗口的評價函數曲線。
通過以上的分析可知,聚焦區域選擇的重要原則是:盡可能選擇邊緣豐富的圖像區域,減少無邊緣的背景區域的選入,以避免引入更多的噪聲;當所選聚焦區域太小,則調焦評價函數性能會變差或不能用于自動調焦,應盡可能選擇大的窗口以保持評價函數的穩定性,但是越大的聚焦窗口評價函數性能未必就越好,反而可能引入越多無關的背景,因此,應該盡可能少地引入無關的背景以保證評價函數的單峰性。
參考文獻
[1] ZHU K F. An effective focusing algorithm based on non-uniform Sampling[C]. IEEE VLSI’ 2005 Suzhou, 2005: 276-278.
[2] 陳琛.圖像式三坐標測量儀大范圍快速自動調焦策略的研究[D].上海:上海交通大學,2008.
[3] 麻恒闊,魏國強.基于圖像處理自動調焦方法的穩定性研究[J].航空精密制造技術,2007,43(2):34-35.
[4] 李奇,徐之海.數字成像系統自動對焦區域設計[J].光子學報,2002,31(1):64-65.
[5] 周賢.基于圖像邊緣能量的自動聚焦算法[J].光學技術,2006,32(2):213-217.
評論