基于图像清晰度评价函数的显微镜自动调焦技术研究

自动调焦技术是提高自动显微镜测量精度的一个重要手段,图像清晰度评价函数是计算机自动调焦中的关键技术。根据图像清晰度评价函数实现了显微镜的自动调焦。     

基于聚焦评价函数的自动调焦方法的研究

针对使用图像清晰度的聚焦评价函数来实现显微镜系统中的自动调焦,介绍了几种常用的图像清晰度聚焦评价函数,在自动倒置显微镜下进行大量的实验,分别利用这几种函数对采集到的图像进行评价分析。研究结果表明,在显微镜系统下利用基于梯度类图像清晰度评价函数拉普拉斯(Laplacian)算子可以有效地抑止噪声干扰,并且单峰性、重复性和稳定性都比较良好,能实现快速高效的自动调焦。     

自动调焦系统中一种调焦的判别方法

准确有效的调焦评价函数是采用数字图像处理技术实现自动调焦的关键环节,而调焦评价函数的好坏又直接影响着调焦系统的结构精度和运算的复杂程度。分析了灰度标准差比较法和灰度对比度比较法的优缺点,提出了经改进的灰度比较法作为调焦评价函数,该方法具有响应速度快、计算量小、信噪比高、可靠性好等特点。实验与分析结果表明,该方法对具有复杂细节和纹理特征的图像能得到较好的处理结果,而对于背景高亮度的图像则不能判断其是否聚焦。     

基于区域对比度的图像清晰度评价算法

高效、准确的图像清晰度评价是实现自动调焦的关键。在分析了现有图像清晰度评价方法优缺点的基础上,提出了一种基于图像区域对比度的清晰度评价新方法,建立和分析了评价函数的数学模型,并对航空摄像机采集的系列图像进行实验和仿真。与其他算法比较的结果表明:该方法具有精确度高、对比度明显等优点,能够应用于实际的图像清晰度评价和自动对焦中,克服了单纯依靠计算灰度差带来的不足,具有较高的实用性和可靠性。     

空间太阳望远镜在轨自动调焦的最小图像熵判据

由于复杂的发射状态和动态在轨空间环境以及高达0 1″的角分辨率,所以自动调焦技术已成为太阳空间望远镜在轨图像处理中的关键技术。在分析图像离焦时的状态特性的基础上,提出了一种新的更适用于空间相机的离焦判据———最小图像熵判据。最小图像熵合焦判据更适合于低对比度的天体目标。利用计算机仿真程序演示了给定目标经系统成像的过程,计算了不同离焦状态下的图像熵。这一技术将应用于2005年发射的太阳空间望远镜中。     

基于图像灰度梯度最大值累加的自动调焦算法

从光学系统出发介绍了基于图像处理的离焦图像成像原理,分析了传统基于灰度梯度的自动调焦算法的缺陷——灰度梯度考虑不全面并且易受噪音影响.针对传统算法不足,提出了基于图像灰度梯度最大值累加的自动调焦算法.该算法通过计算中心像素的八邻域灰度梯度,以自动聚焦区域内各像素最大灰度梯度与最大灰度与最小梯度差值乘积之和作为新的评价函数,分析了该算法可以抑制噪音影响的原理;介绍了焦点搜索自适应变步长爬山算法原理和实现过程;最后进行算法性能实验验证.首先,利用不同算法对序列图像和加入高斯噪音的图像进行清晰度评价,结果证明该算法对含噪图像的清晰度评价准确,与传统算法相比该算法在抑制噪音方面具有优越性;其次,用不同聚焦算法进行序列图像自动调焦实验,结果显示传统算法会出现错误聚焦的情况,而该算法聚焦准确迅速,相比于传统算法具有明显优势.     

眼底照相机自动调焦算法

基于眼底图像成像原理及特征,提出一种结合自动调焦窗口选择的眼底照相机自动调焦方法.根据改进阈值的局部信息熵调焦窗口选择算法实现调焦窗口的初步定位,按照多方向步进算法实现调焦窗口的最终定位.针对眼底图像对比度低的问题,结合区域对比度的清晰度评价函数与梯度向量平方函数的特点提出眼底图像清晰度评价函数.实验结果显示,提出的自动调焦窗口选择算法可以保证调焦窗口的稳定性及准确性,针对低对比度眼底图像的清晰度评价函数具有更好的灵敏度.     

调焦评价函数灵敏度的影响因素分析

调焦评价函数对离焦图像的灵敏度直接影响着自动调焦的精度。许多对调焦函数性能研究中,都只是对各个不同函数的灵敏度相互比较,忽略了调焦评价函数的灵敏度不仅和函数本身有关,还和调焦选择区域大小以及罔像的空间频率等参量有关的问题。从成像原理基本公式推导出调焦评价函数灵敏度的数学模型。然后根据公式得出在光学系统的焦点附近,调焦评价函数的灵敏度与图像的空间频率成高次正比关系,与调焦区域的面积成线性正比关系,与照明光源的波长和光学系统空间截止频率成二次反比关系。最后实验证明理论分析的正确性。从而为实践中的自动调焦系统设计提供理论指导,以便有目的地选择和控制调焦系统的各个参量进一步提高自动调焦精度。     

改进的Brenner图像清晰度评价算法

图像清晰度评价是基于数字图像的被动式自动调焦技术的基本问题之一.传统Brenner图像清晰度评价算法具有运算速度快特点,但是其评价准确性取决于阈值选取,且其灵敏度较低.针对上述问题,本文提出了一种改进算法.改进算法采用高通和带通两个滤波器对图像进行计算,克服阈值对传统Brenner算法评价结果的影响.为了衡量改进算法的性能,将其与传统的Brenner算法比较,并对评价算法的单峰性、无偏性、灵敏度、计算量等主要衡量标准逐一分析.实验结果表明:与传统的Brenner评价算法相比,改进算法在满足评价算法单峰性和无偏性前提下,提高了灵敏度,降低了计算次数.     

改进的Brenner图像清晰度评价算法

图像清晰度评价是基于数字图像的被动式自动调焦技术的基本问题之一.传统Brenner图像清晰度评价算法具有运算速度快特点,但是其评价准确性取决于阈值选取,且其灵敏度较低.针对上述问题,本文提出了一种改进算法.改进算法采用高通和带通两个滤波器对图像进行计算,克服阈值对传统Brenner算法评价结果的影响.为了衡量改进算法的性能,将其与传统的Brenner算法比较,并对评价算法的单峰性、无偏性、灵敏度、计算量等主要衡量标准逐一分析.实验结果表明:与传统的Brenner评价算法相比,改进算法在满足评价算法单峰性和无偏性前提下,提高了灵敏度,降低了计算次数.     

图像法自动调焦的最佳调焦区域选取算法

对分辨率较高的图像来说,调焦评价函数的计算耗时较多,会影响调焦的实时性。选用整幅图像中细节最丰富的子图像作为调焦对象,在保证调焦精度的同时,可改善调焦效率。为快速找到此区域,提出了基于自适应遗传算法(AGA)的寻优算法。在此算法中,用离焦子图像的加权熵作为适应度函数,自适应的改变遗传算法的交叉概率和变异概率,以避免结果陷入局部极值。实验结果表明,此算法具有运算复杂度低,稳定性好等优点,所选定的子图像具有良好的调焦特性曲线。     

基于彩色数字图像处理的自动调焦技

针对彩色图像讨论了基于数字图像处理技术的自动调焦算法.根据彩色图像的特点，选取了能够表现图像清晰度的两种矢量范数——L1范数和L2范数分别作为粗略调焦和精确调焦的评价函数，以实现系统在大范围内的精确调焦.为了提高图像的质量，采用了既能保持图像细节又能滤除脉冲和高斯噪声的中值滤波算法和均值滤波算法相结合的矢量中值均值滤波器.实验结果表明，本调焦算法能够在大范围内调节焦距，且具有较高的调焦精度，调焦速度较快.     

不同对比度下自适应的自动调焦新算法

针对大多数自动调焦函数不能克服对比度变化引起的调焦曲线失去理想特性、陷入局部极小值甚至失去单峰性等问题,介绍了Zernike正交矩,分析了各阶Zernike矩的调焦函数曲线并且提出了一种新的基于Zernike正交矩的自动调焦算法,定义了此算法的公式.与几种常用自动调焦函数在不同对比度条件下进行了调焦效果的比较分析,验证了通过调整各阶Zernike矩的权重系数、可以灵活变换调焦公式,能够适应不同对比度下的调焦过程.实验比较了基于Zernike正交矩的自动调焦算法应用于完全对称型物体和非对称型物体时焦效果的差别,证明了该算法应用于圆形或球状等完全对称型的物体时调焦效果较好.     

基于MTF辅助正焦判断的自动调焦搜索算法

针对传统爬山搜索算法受调焦评价函数局部极值的干扰而不能准确聚焦的问题,提出一种基于调制传递函数辅助正焦判断的自动调焦搜索算法.该算法对爬山法进行改进,在选择图像清晰度评价函数基础上,同时考虑图像的调制传递函数值,综合判断搜索方向;采用改进的刃边法,在自动完成刃边区域选择的基础上,可精确计算图像的调制传递函数值,并给出了改进算法的原理和实现.为了衡量改进算法的性能,验证调焦系统成像效果,分别考虑搜索算法对不同调焦初始位置以及环境变化影响,在经纬仪自动调焦系统平台上展开算法的调焦实验分析.实验结果表明改进的自动调焦搜索算法能有效地排除局部极值干扰,使系统准确、可靠的调焦.     

基于图像自准直自动调焦技术

根据航空相机调焦准确度要求及CCD相机成像特点,提出了一种基于图像处理技术的航空相机自动调焦系统.该系统基于自制分辨率靶标,图像清晰度函数及优化的爬山算法,利用自准直离焦补偿法实现由温度、大气压力引起航空相机离焦量的校正;通过引入飞机高度数据进行离焦量计算,并通过自准直调焦技术实现离焦校正.对本系统进行了自动调焦测试实验,结果表明,该系统对相机的离焦校正误差小于相机的1/2焦深,能够满足航空相机快速、高准确度调焦要求.     

图像采集自动生物显微镜系统自动调焦的研究

阐述了以ＣＣＤ为光电探测器件，采用步进电机驱动，集工作台自动扫描、自动调焦和图像的自动采集为一体的显微镜系统自动调焦机理，改进了均方差评价函数，完成了自动调焦，为显微图像的采集和处理提供了强有力的手段。     

基于TMS320DM642的摄像机自动调焦系统的实现

调焦系统在各种光学测量及侦察设备中起着十分重要的作用。本文介绍了光学系统自动调焦的方法和图像法调焦的相关评价函数,利用TMS320DM642数字信号处理芯片为平台设计了图像法自动调焦系统。采用TI公司针对其开发的DSP芯片设计了实时多任务系统DSP／BIOS,完成了软件设计。该实时操作系统为实现调焦过程中任务的调度和实时调焦提供了保障。文中还提出了在实现调焦系统过程中需要注意的一些问题及解决方案。本文所设计的系统能在4～5步（大约2S内）找到像面,满足实际应用的需要。     

图像式显微自动调焦、瞄准系统的研究

基于CCD图像技术提出一种新的图像式显微自动调焦、瞄准系统 ,该系统实现了通用光学仪器及现代数字化仪器中自动调焦与图像瞄准 ,解决了这类仪器自动化程度低 ,瞄准精度受人员主观影响大 ,劳动强度大 ,不易于微机化等问题。给出了新系统的结构与原理 ,分析了系统实现的精度保证 ,并对新系统进行了实验研究。     

基于感知对比度的图像清晰度客观评价模型

图像清晰度是评价图像质量时常用的指标之一。现有的清晰度评价模型未能充分考虑人眼视觉的亮度掩盖特性。为此,在均方根对比度基础上,考虑人眼亮度掩盖特性,通过计算图像中人眼感兴趣区域(包含细节、边缘和纹理)的感知对比度构造一种无参考的图像清晰度客观评价模型。并利用IVC数据库来验证模型,结果表明,与已有的4种清晰(模糊)度评价模型相比,该模型的评价结果更接近人眼主观感受,且计算量小,运算耗时短,是一种简单有效的图像清晰度评价模型。