论各类自动调焦技术及其优劣比较 - 安防知识网

目前，自动调焦技术在摄影摄像系统中取得了广泛的应用。本文论述各类自动调焦技术的原理及其优劣比较，最后给出了一种实用、典型、既准确又简单而快速的自动调焦方法。

【安防知识网】目前，自动调焦技术在摄影摄像系统中取得了广泛的应用。本文论述各类自动调焦技术的原理及其优劣比较，最后给出了一种实用、典型、既准确又简单而快速的自动调焦方法。

　　自动调焦技术是从20世纪70年代后期发展起来的，到现在已经日臻成熟，并在摄影摄像系统中取得了广泛的应用。如自动照相机、数码相机、摄像机(含监控系统中的一体化摄像机)、用于网上视频图像通信的作为计算机外设的USB Video Camera以及用于图像检测中的其它摄影摄像设备等。

　　所谓自动调焦是要保证感光面所记录的影像取得最清晰的效果。因此，自动调焦系统就是要代替原来的手动调节，而自动调节摄像镜头和感光面之间的距离，并使得像平面落在感光面上。显然，这种自动调节需要用到电机，通常使用微型伺服电机或微型步进电机，用它们去驱动变焦镜头的调节环，以调节镜头中透镜前后的距离，即调节焦距。从而使像平面落在摄像器件的感光面上，使被摄图像清晰。

　　自动调焦的方法很多，本文介绍几种主要方法的自动调焦原理，最后比较其优劣。

　　自动调焦的几种主要方法

　　从自动调焦的基本原理来区分，可分为三大类：

　　1、测距法

　　这种方法是通过测量被摄目标和镜头之间的距离，并驱动镜头运动到合适的位置而完成自动调焦的。具体方法有三角测量法、红外线测距法与超声波测距法等。

　　2、聚焦检测法

　　这种方法是通过检测影像是离焦还是聚焦(主要是检测影像的轮廓边缘与像的偏移量)，而实现自动调焦的。具体方法有对比度法与相位法等。

　　3、图像处理法

　　这种方法是通过摄像机采集被测物的光学图像，经模拟数字转换，利用计算机进行数字图像处理而实现自动调焦的。具体方法依焦距评价函数分有：高频分量法、平滑法、阈值积分法与灰度差分法等。

　　上面简要地介绍了各种自动调焦技术，但这些方法均有其局限性。如红外与超声波测距的调焦法，只能在头部处进行检测控制(在摄像机镜头两旁附设透镜组成红外或超声波的收发器)，在工艺结构的安排上也比较困难，且维护不便。此外，当被测目标对红外或超声波有较强的吸收作用时，将会使系统失灵而调焦不准确。但其优点是不易受其它景物的影响。在聚焦检测的对比度法中，也受到光照条件的制约，若光照条件暗弱或被摄体与背景明暗差别很小时，其调焦也会有困难，甚至有可能失去作用。

　　随着计算机及图像处理技术的发展，基于图像处理的自动调焦法发展很快。因为计算机处理图像的灵活性，可以针对不同的使用要求，提取图像中各种其它的有效信息，从而选择不同的聚焦判据进行调焦判断。所以在现今的摄像与测量系统中广泛地应用着。尤其在固体摄像机与数码相机中，它们要求调焦速度快和准确。

　　一般，图像调焦准确与否，反映在空间域上是图像的边界及细节部分是否清晰，在频率域上是图像的高频分量是否丰富。图像的边缘及细节信息可通过对图像进行微分来获取;图像的频谱信息可通过对图像进行FFT(即快速付里叶变换)来获取。图像微分法(即灰度差分法)虽然算法简单快速，但不能滤掉图像中的噪声;图像FFT法(即高频分量法)，在FFT后让频谱通过带通滤波器，能够在获取图像高频信息的同时滤掉更高频的噪声，但算法要复杂耗时一些。利用图像处理的方法可获得图像的微分幅值或频谱幅值，该幅值的最大值位置就是图像的最佳调焦位置。

　　由上分析可知，在目前的情况下，为在数码相机与摄像机中获得比较准确、简单、快速的自动调焦，可采用图像微分法并辅以平滑处理，或在微分前过滤噪声，一般采用五点中值滤波即可消除噪声带来的函数曲线中的次大峰值。此外，由于视频信号的高度相关性，采样点数不宜过多，每一帧以采样200个点为宜。这样既减少了采到白噪声的概率，也相当于抑制了白噪声。