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基于DSP的自動對焦系統(tǒng)
摘要：介紹了一種基于DSP芯片TMS320F206進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和實(shí)施控制的自動對焦系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)不僅充分發(fā)揮了DSP芯片的數(shù)值計(jì)算優(yōu)勢，而且拓展了其在人機(jī)對話和電機(jī)控制等輸入輸出方面的應(yīng)用。現(xiàn)代社會是一個(gè)高度信息化的社會，多媒體技術(shù)的發(fā)展使圖像信息的獲取及其傳輸手段倍受矚目。自動對焦技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺和各類成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，
在照相機(jī)、攝像機(jī)、顯微鏡、內(nèi)窺鏡等成像系統(tǒng)中有著廣泛的用途。傳統(tǒng)的自動對焦技術(shù)較多采用測距法，即通過測出物距，由鏡頭方程求出系統(tǒng)的像距或焦距，來調(diào)整系統(tǒng)使之處于準(zhǔn)確對焦的狀態(tài)。隨著現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖像處理理論的日益成熟，自動對焦技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的數(shù)字時(shí)代，越來越多的自動對焦方法基于圖像處理理論對圖像有關(guān)信息進(jìn)行分析計(jì)算，然后根據(jù)控制策略驅(qū)動電機(jī)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)使之準(zhǔn)確對焦。
本文利用數(shù)字式CMOS圖像傳感器作為感像器件，運(yùn)用DSP芯片采集圖像信息并計(jì)算系統(tǒng)的對焦評價(jià)函數(shù)，根據(jù)優(yōu)化的爬山搜索算法控制驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)光學(xué)鏡頭組的位置，使系統(tǒng)成像清晰，從而實(shí)現(xiàn)自動對焦。這是一種數(shù)字式的自動對焦方法，其準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性使其在視頻展示臺和顯微鏡等設(shè)備中的應(yīng)用具有廣泛的前景。
1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
一個(gè)典型的自動對焦系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個(gè)單元：成像光學(xué)鏡頭組、成像器件、自動對焦單元、鏡頭驅(qū)動單元。在本系統(tǒng)中，成像光學(xué)鏡頭組包括光學(xué)濾波器、變焦透鏡組和對焦透鏡組；成像器件是CMOS數(shù)字式圖像傳感器，輸出圖像信息的數(shù)字量；自動對焦單元由DSP芯片作為核心器件，圖像信息的采集、計(jì)算、控制策略的選擇和控制信號的產(chǎn)生都在這個(gè)單元中進(jìn)行；鏡頭驅(qū)動單元包括步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路，該單元接受自動對焦單元的控制，驅(qū)動成像光學(xué)鏡頭組中的變焦透鏡組和對焦透鏡組進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，最終使圖像傳感器輸出準(zhǔn)確對焦的圖像。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1．1 數(shù)字式CMOS圖像傳感器
圖像傳感器是把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。本系統(tǒng)采用1／3英寸數(shù)字式CMOS圖像傳感器OV7620，總有效像素單元為664(水平方向)x492(垂直方向)像素；內(nèi)置10位雙通道A／D轉(zhuǎn)換器，輸出8位圖像數(shù)據(jù)；具有自動增益和自動白平衡控制，能進(jìn)行亮度、對比度、飽和度、γ校正等多種調(diào)節(jié)功能；其視頻時(shí)序產(chǎn)生電路可產(chǎn)生行同步、場同步、混合視頻同步等多種同步信號和像素時(shí)鐘等多種時(shí)序信號；5V電源供電，工作時(shí)功耗
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