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基于图像的自动调焦方法研究及系统实现

作　者: 徐博泓
导　师: 于起峰；伏思华
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 图像处理自动调焦运动目标评价函数大气湍流
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在靶场测量、铁轨几何参数测量等的光测成像系统中,对成像系统进行精确调焦以获取清晰的图像对测量精度起决定性影响。传统光测成像设备的调焦主要依靠人眼观察进行手动调焦,效率低且受人为因素影响大。此时,成像设备的调焦系统并不能保证得到全程清晰的目标图像。根据这些相对模糊的图像进行测量、分析得到的结果,其精度和可靠性不可避免会受到影响。本文在介绍国内外自动调焦研究现状的基础上,对数字式自动调焦的特性和原理进行了系统阐述,并根据摄像测量原理设计了基于图像的快速自动调焦系统结构。对于其中的两大关键技术:运动目标的跟踪定位和自动调焦算法的选择进行了深入的研究。通过实验结果对比分析,本文实现了跟踪窗口自适应的Mean Shift跟踪算法和一种粗调与精调相结合的快速搜索调焦算法,使用VC++编程语言编写了系统控制软件程序。根据系统的设计要求选取了合适的器件,搭建了基于图像的快速自动调焦系统。针对轨道几何参数摄像测量中,近地面湍流条件下运动目标,由于其受大气湍流的影响导致图像清晰度随机抖动而无法进行自动调焦的问题,本文对电动镜头自动调焦部分进行了改进,提出了一种新的调焦方法:比例调焦。该调焦方法采用焦距与聚焦之间的比例关系实现对运动目标的调焦,无需对每一帧图像进行清晰度计算。系统的外场实验结果表明,该调焦方法对于近地面湍流条件下的运动目标能够实现实时准确调焦。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-23
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 国内外自动调焦研究现状  12-21
    1.2.1 自动调焦发展历程  14-18
    1.2.2 国外自动调焦研究现状  18-20
    1.2.3 国内自动调焦研究现状  20-21
  1.3 论文的主要研究工作  21-23
第二章基于数字图像处理的自动调焦方法  23-32
  2.1 光学成像的基本原理  23-26
  2.2 基于数字图像处理的自动调焦原理  26-28
    2.2.1 基于数字图像的自动调焦系统的基本构成模块  26-28
    2.2.2 基于数字图像的自动调焦系统工作原理  28
  2.3 基于数字图像的自动调焦系统结构  28-32
    2.3.1 系统硬件连接  28-29
    2.3.2 系统硬件介绍  29-31
    2.3.3 系统工作流程  31-32
第三章图像式自动调焦系统关键技术及实验研究  32-60
  3.1 运动目标的跟踪定位  32-47
    3.1.1 Mean Shift 跟踪算法理论及实验结果分析  33-42
    3.1.2 跟踪窗口自适应的Mean Shift 算法  42-47
  3.2 自动调焦算法的选择  47-56
    3.2.1 离焦深度法原理及实验分析  47-51
    3.2.2 对焦深度法原理及实验分析  51-56
  3.3 自动调焦验证实验  56-58
  3.4 本章小结  58-60
第四章近地面湍流条件下运动目标自动调焦  60-74
  4.1 实验背景简介  60-66
    4.1.1 长距离轨道几何参数摄像测量系统  60-62
    4.1.2 静态精度验证试验  62-63
    4.1.3 大气湍流对系统影响  63-66
  4.2 比例调焦法  66-73
    4.2.1 比例调焦原理  66-69
    4.2.2 比例调焦实验验证  69-73
  4.3 本章小结  73-74
第五章总结与展望  74-76
  5.1 论文的主要工作  74-75
  5.2 下一步工作展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-80
作者在学期间取得的学术成果  80-81
附录比例调焦部分代码  81-82

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