基本信息
- 项目名称：
- 基于快速自动聚焦方法的高分辨率数码成像系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品是一个高分辨率的自动聚焦数码成像系统，具有聚焦精度高，速度快的优点，相关指标达到了业内领先水平。
- 详细介绍：
- 该系统通过CMOS图像传感器输出视频信号，传感器输出的视频信号被CPLD(EPM570T100C5)芯片采集，采集后的数据分两路进行处理：一路根据聚焦评价算法进行计算，进行聚焦评价，然后下发数据结果给单片机，由单片机根据接收到的评价结果控制聚焦过程，驱动马达转动镜头至对焦清楚；另一路是CPLD把接收到的图像数据信号发送给专用的视频处理器芯片(WSC2000)，对图像数据进行插帧处理，输出帧率为60HZ并符合VESA标准的模拟RGB接口图像信号,在VGA显示器上完成高分辨图像的实时显示。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、作品设计的目的： 作为影响成像质量的关键——自动聚焦技术正越来越受到重视。自动聚焦技术的各种理论发展很快，方法也很多，但是在一些实际的成像系统中的效果不甚理想，并且传统方法对硬件处理速度的要求较高，不易集成化，不能适应数字成像设备实时聚焦的需求，限制其进一步发展，故我们对传统算法改进之后提出了一种聚焦评价算法（已获发明专利），并将该算法植入硬件来达到快速自动聚焦的目的，通过硬件实现了高帧率高分辨率的输出。 2.作品的创新点： (1)根据产品的要求提出了易于硬件实现的快速聚焦算法，该算法计算量小（算法中只有加减运算，没有乘除运算，大大降低了算法的复杂性），单一性和抗干扰性较强。并且能快速实时动态聚焦（聚焦时间0.9秒）、聚焦精度高（精度达到0.008um）。（附有算法的相关专利以及聚焦精度、聚焦时间的检测报告） (2)分辨率最高能达到1600x1200像素。 (3)采用全新的聚焦搜索算法，保证聚焦的准确性。 3、作品设计的技术关键： (1)聚焦评价算法的改进，提高了聚焦精度和抗干扰能力 (2)采用聚焦算法硬件化设计，提高了聚焦处理速度 （3）采用帧率插值技术，实现了高分辨率高帧率视频输出 4、作品的主要技术指标： (1).自动聚焦时间为0.9s； (2).能达到最高分辨率为1600x1200的UVGA输出； (3).聚焦精度达到0.008um。
科学性、先进性
- 作品在聚焦精度和聚焦速度上都具有先进性。
获奖情况及鉴定结果
- 作品在2009年通过国家光学仪器质量监督检验中心的检测 检测结果为：聚焦时间 0.9s 聚焦精度 0.008um
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品具有动态实时自动聚焦功能，且聚焦速度快，聚焦精度高，能输出高分辨率的视频信号。在现实生活中能得到广泛的应用，如：自动聚焦数字显微镜、视频展台、监控设备等等。 本成像系统已成功应用到全自动显微镜上，并且已经产业化。成像系统能支持实时动态自动聚焦，拥有广阔的推广前景。 预期经济效益： 预计一套售价1000元，前期年销售量1000台，一套硬件成本约300元，预计年盈利约50万。
同类课题研究水平概述
- 国内外出现的自动聚焦方法众多，主要可分成有源和无源两大类，无源类中又可以细分为有机（有电机控制镜头移动）和无机（不用电机的纯数字法）两大类，其中无源类中的有电机控制镜头移动是目前广泛采用的自动聚焦方法。 国外对于自动聚焦领域的研究起步较早，这其中更多的是关注于面向高精度应用的直接自动聚焦方法上。最早出现的实用型自动聚焦系统是美国霍尼威尔(Honeywell)公司于1975年研制，1977年在 KonieaC35AF上出现的VAF系统，采用美国霍尼维尔公司生产的光电测距组件，使用双像对称光电自动聚焦的方法，由光敏元件检测两组反光镜反射的影像进行比较判断，再输出一个脉冲信号驱动电磁铁控制的齿轮传动机构，操纵由弹簧牵引的镜头的伸缩量，从而达到自动聚焦的目的。 Yalin xiong和Steven A.Shafer在1992年发表的“对焦和离焦深度”文章中对机器视觉中的对焦和离焦深度的问题进行了深入的研究。针对深度对焦，由于常用的Fibonacci方法可能陷入局部最大，提出了具有更高精度的Fibonacci搜索与曲线拟合相结合的方法。并建立了新的模糊标准模型，该模型充分考虑了几何模糊和成像模糊的因素。针对基于频谱的深度离焦，提出了最大似然估计的方法来减少去除因使用窗函数带来的影响。 M.Subbarao，T.Choi和A.NikZad在1992年他们经典的论文“对焦技术”中的提出了六种自动对焦评价函数。这些函数都是以能量函数为目标函数来评价图像对焦质量的。它们包括未经滤波处理的图像序列的能量最大值，和分别经低通滤波、高通滤波、带通滤波处理的图像序列的能量最大值。M.Subbarao等在理论和实验中证实，在较高的空间频率、噪声和混叠情况下，“经低通滤波的图像梯度能量”的对焦技术对焦效果在全面的性能评价中是最好的。但M.Subbarao等同时也指出各种方法都有他们的优缺点，要想取得更好的效果，就需要以一些额外的计算量为代价，通过计算两个或更多的对焦方法，对所有的对焦方法进行比较，才能得出更好的综合评价结果。
