数字成像中的自动对焦技术

1、数字成像中的自动对焦技术冯华君 李奇 徐之海浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江，杭州，310027摘要：本文详细介绍了作者在自动对焦领域的工作，对数字成像系统自动对焦的原理和研究现状进行了简单的介绍，重点讨论了图像清晰度评价标准，分析了对焦窗口选择的必要性，指出了传统方法只对特定成像目标才能取得较好的效果，然后对不同成像目标的对焦窗口选择策略进行了讨论；对成像主体在图像中心区域的情况作了分析，提出了探测图像中的皮肤区域来选择对焦窗口的方法、提出了跟踪拍摄者瞳孔来选择对焦窗口的方法。最后用DSP控制实现了数字成像系统自动对焦。关键词：自动对焦、对焦窗口、DSP控制Auto-Focus te

2、chnique in digital imaging systemsFeng Huajun, Li Qi, Xu ZhihaiState Key Lab of Modern Optical Instrumentation Zhejiang University, Hangzhou, 310027 Abstract: This paper summarizes the authors research accomplishments on the project of “Auto-focusing technique in Digital Imaging Systems”. First, the

3、 paper briefs the principles and research status of auto-focus in digital imaging systems. On the basis of the model the necessity to select focus windows are expatiated, and the limits of the traditional methods are shown. Then the general strategies to choose focus windows are brought forward, esp

4、ecially for the instance that the main object is in the center of the image. Selecting skin areas in images as focus windows are put forward for images where imaging objects are men. Tracking pupils of photographers to select focus windows are proposed. Lastly, an auto focus system controlled by DSP

5、 has been completed. Keywords: Auto-Focus, focus window, DSP自动对焦是现代成像系统中必不可少的关键技术，数字成像系统中的自动对焦问题受到人们的普遍关注。虽然自动对焦的产品早已面市，但即使是市场上销售量很大的产品（如Fuji A303数码相机），也还存在对焦失效的情况，如目标为横向线条（如百叶窗）、目标对比度较差、透过玻璃（如窗户）看到的目标等。因此自动对焦技术还远未解决。 本文介绍本实验室开展的自动对焦方面的一些成果。1 国内外现有的主要方法实现自动对焦的方法有很多，基于图像处理的智能化方法是重中之重，有速度快、精度高、体积小等优点。

6、数字成像系统用CCD或CMOS代替了传统的底片将景物图像信息以数字化形式记录下来。如果采用传统的对焦方法会使系统变得较为复杂，所以利用CCD所获得的数字图像信息来实现智能化对焦则变得十分重要。在基于图像处理的数字成像自动对焦方法中，比较典型的有对焦深度法、离焦深度法两种。对焦深度法是一种建立在搜寻过程上的对焦方式。它通过改变镜头的位置获得一系列模糊程度不等的图像。通过计算每幅图像的清晰度评价值构成对焦评价曲线，最终移动镜头到曲线的最大值对应的位置（即最佳对焦位置）。为了能准确地探测峰值的位置，减少由于噪 388声产生的局部极值以及边缘凸出效应的干扰，可以使用Fibonacci搜寻法以及曲线拟合

7、法。精确对焦的图像比存在一定模糊量的图像具有更好的图像对比度，因此可以利用各像素间的灰度变化关系来分析图像是否达到良好的对焦。另一种评价方法是功率谱。功率谱是空间自相关函数的傅立叶变换。空间自相关函数表征空间两点之间场的相似性或关联性，它是场的空间相干性的度量。当场相干性较高时，功率谱的弥散较小，光功率在空间频域内集中在较小的区域中；反之，相干性较差时，光功率比较分散。因此，当一幅图像准确对焦呈现清晰的结构和边缘时，它的自相关曲线顶部窄而高；如果图像模糊，则自相关曲线顶部宽而低，对焦最清晰的图像就对应着顶峰最尖锐的自相关曲线。离焦深度法是一种从离焦的图像中获得物体深度信息的方法。这种方法要求根

8、据摄像参数建立正确的离焦模型并需要对系统精确校准。对图像的局部区域进行处理和分析，确定其模糊程度以及深度信息（要求场景深度基本相同）。离焦深度法所需图像数量小，大大减少了驱动电机等机械机构获取图像的次数，所以离焦深度法速度较快，但是精度比对焦深度法低。离焦深度法有两种研究思路。其一是Sang Ku Kim等人提出的基于图像恢复的离焦深度法1，根据图像中的某些有代表性的信息近似计算出成像系统的点扩散函数，利用图像退化模型，反演计算恢复出模糊图像的原图。另一种思路是基于离焦量估计的离焦深度法，先获取2-3幅不同照相机参数下的图像，它们之间存在一定的相对模糊量，对图像的局部区域进行处理和分析，确定其

9、模糊程度（弥散斑的大小）。根据几何光学可知，镜头的孔径与焦距的比值等于弥散斑直径与离焦量的比值，由此可以估算出离焦量，并驱动镜头移动到准焦位置。2 自动对焦原理及图像清晰度评价标准离焦深度法具有速度快的优势，在确定图像模糊程度的时候需要估算成像系统的扩散函数。估算扩散函数的方法可分为两类，一种是基于直边响应的，这时成像系统的直边响应假定是事先已知的或者是可以从对焦图像中获取的。实际场景中往往并没有明显的直边，所以这一类方法实用性不大。另一种方法是基于任意物体的，但往往是基于衍射受限系统，算法中常常要求利用小光阑成像，以便能观察到衍射在离焦图像的频谱上形成的明暗分布。小光阑成像的要求限制了此类算

10、法的应用。而对焦深度法则没有这样的限制，在对焦马达速度足够快的情况下，完全可以到达用户的要求，因此本系统采用了对焦深度法实现对焦，这也是现有的数字成像产品中普遍采用的对焦方法。对特定的数字成像系统，图像的清晰度反映了系统的离焦程度。当图像比较清晰（即对焦比较好）时，图像细节丰富，在空域表现为相邻像素的特征值（如灰度，颜色等）变化较大，在频域表现为频谱的高频分量多。利用这一特点可以构造各种对焦评价函数对图像的清晰度进行评价。对评价函数的基本要求是：（1）评价函数必须有效，这样才能迅速的完成自动对焦。自动对焦应比手工操作花费更少的时间；（2）评价函数应具有这样的性质：在一点上其值具有峰值对应于最佳

11、对焦参数，并当物体离开最佳点时单调递减。如果有这样一种特性，则能采用一种非常有效的搜索方法；（3）在存在噪声的情况下，评价函数的鲁棒性要好。对焦评价函数大致可分为23：2.1 频谱函数这种评价方法是基于傅立叶变换的。其理论依据就是：清晰的图像比模糊的图像包含更多的信息，人们能更好地分辨其中的细节（细节意味着图像有清晰可辨的边缘，在局部中有很强的灰级变化，灰级的跃变更加剧烈）。通过二维傅立叶变换可以对构成图像的空间频率进行分析。对于连续图像g(x,y)，当389|g(x,y)|dxdy<时，可由下式求出二维傅立叶变换G(µ,v)G(µ,v)=g(x,y)expj2(&#

12、181;x+vy)dxdy (1)对于数字图像，如考虑把g(x,y)在x和y方向上用抽样间隔x,y进行抽样得到g(m,n)，则g(m,n)=g(x0+m/M,y0+n/N) (2)M，N为横纵方向的像素数（x=1/M，y=1/N），m,n0,1,2M； n0,1,2N假定上式为周期性的，即得M1N1k=0l=0G(k,l)=式中W1=ej2/Mg(m,n)Wmk1W2nl (3) ，W2=ej2/N。对一幅图像的二维数组进行傅立叶变换，其频率分布如下图所示：图1 二维傅立叶变换的频率分布数组左上角相当于直流部分，左下、右上、右下各角的周围对应低频分量，数组中央部分附近对应于高频成分。为了使直流

13、成分出现在数组中央，在把画面分成四份的基础上，可以进行如上图所示的换位。边缘信息的傅立叶变换后对应于频谱的高频分量，由于对焦准确的图像有更尖锐、清晰的边缘，因此这样的图像包含更多的高频分量。2.2梯度函数在图像处理中，梯度函数常被用来提取边缘信息。对焦良好的图像，即有更尖锐的边缘的图像，应有更大的梯度函数值。常用的梯度函数有方差算子、能量梯度算子、拉普拉斯算子等。因为清晰对焦的图像应有比模糊的图像更大的灰级差异，所以方差函数可以作为一个对焦清晰的评价标准。方差函数定义如下：f(I)=I(x,y)µ 2xy (4)其中µ为平均灰级，如下所示：µ=1N2I(x,y)x

14、y (5)能量梯度函数用相邻点的差分计算一个点的梯度值。390f(I)=I(x+1,y)I(x,y)+I(x,y+1)I(x,y) (6) 22xy其中I(x,y)为图像在点(x,y)的灰级值。拉普拉斯算子对图像进行二阶微分运算2f(x,y)2f(x,y)f(x,y)=+ 22xy2二阶微分根据不同的微分方法对应着不同的模板，对于下面的模板因此，评价因子的计算如下：f(I)=(gxx+gyy)2xy (7)这里gxx+gyy=20I(x,y)I(x1,y1)4I(x1,y)I(x1,y+1)4I(x,y1)4I(x,y+1)I(x+1,y1)4I(x+1,y)I(x+1,y+1)本系统采用梯度

15、函数作为图像清晰度评价标准。2.3 熵函数熵函数是基于这样一个前提对焦良好的图像的熵大于没有对焦清晰的图像，因此可以做为一种评价标准。对于一幅图像，图像能量E(I)和图像熵H(I)分别定义为E(I)=I(x,y)xyxy(8) (9) H(I)=I(x,y)lnI(x,y)根据香农信息理论，熵最大时信息量最多。将此原理用于对焦过程中，可以认为当E(I)一定时，H(I)越大，则图像越清晰。3 对焦窗口问题进行对焦区域选择有两个原因：（1）由于对图像运用对焦评价函数进行的运算基本上与图像的像素成正比，为了达到实时性的要求，必须减少参加运算的像素的数量；（2）；如果对整幅图像运用对焦评价函数，图像中

16、不重要的部分（背景）会对评价结果产生负面的影响，导致图像中的重要部分（成像主目标）无法准确对焦。图2 不同窗口选择策略的评价结果391对图像进行分析处理所消耗的时间基本上与参与计算的图像像素成正比，为了达到实时性的要求，必须减少参加运算的像素的数量。为了达到这一目的，人们通常直接选取图像中的某个或某些区域作为对焦窗口。这种选窗方法十分简单，在现有产品中广泛使用，常见的选择方案有中央选择法和多区域选择法。即选取图像中央或者选取图像中具有代表意义的几个区域作为对焦窗口。比如可以选择横向轴线和纵向轴线上的四个四分点为中心的四个像素区域，或者选择两对角线上的四个四分点为中心的四个像素区域等。尽管以上方

17、法可以节省大量的计算时间，但没有考虑到进行对焦区域选择的另一个重要原因：使成像主目标的成像质量最佳。只有对焦区域中成像主体所占份额足够大，对焦才有足够的精度。图2为对一幅成像主体位于图像中央的场景进行对焦深度法评价结果。可见，选择大小为32×32和64×64的对焦窗口所得结果基本一致，原因是这种选择方式所得对焦窗口都几乎完全包含主成像目标。而选择大小为256×256和512×512对焦窗口导致平均对焦评价函数的最大值偏移，且对焦曲线斜率变小，说明此时主成像目标已经不能准确对焦。出现这一结果的原因是，此时对焦窗口已经超出了主成像目标的范围，其中包含很多成像

18、背景成份，对焦精度受到严重的干扰。本项目组关于对焦窗口选择的其它一些研究成果已经发表在相关的论文中，文献4提出了一种利用数字图像处理来进行瞳孔控制自动对焦的方法。可以利用数码相机中现有的CCDCMOS图像传感器获取拍摄者眼睛的图像，再通过对拍摄者眼睛的图像进行处理来判断其瞳孔在眼睛中的位置。根据这一位置信息，可以推断拍摄者的注意力所集中的区域，从而对焦窗口的自动选择。文献5利用人类皮肤颜色分布的特点来探测图像中的皮肤区域，从而利用这一区域作为对焦窗口。文献6从摄影艺术的角度，提出一种对焦区域选择策略。 4 自动对焦系统框图自动对焦像系统原理逻辑框图如图3所示，物体经镜头成像在图像传感器上，本系

19、统中选用CMOS作为图像传感器，将图像采集和A/D转换一起完成。随后图像数据送到DSP进行数据处理，得出评价结果，并由处理的结果来控制驱动电路调整镜头的位置，达到准确对焦的目的。同时图像数据通过USB控制器传送到计算机中，可以直接观察到系统对焦的详细过程和对焦效果。图3 自动对焦系统原理框图5 结论本文提出的自动对焦系统已经完成全部软、硬件设计和制作，并已通过鉴定。本系统以DSP为核心的专用电路控制实现了AF功能，采用窗口选择技术，控制对焦感兴趣范围，减少了处理数据量。本系统彻底解决了百叶窗问题，对透过玻璃窗户的目标仍然能正确对焦。参考文献：1、Sang Ku Kim, Sang Rea Pa

20、rk, Joon Ki Paik. Simultaneous out-of-focus blur estimation andrestoration for digital auto-focusing system, IEEE Transactions on Consumer Electronics, 1998, 44 (3): 1071-10752、黄剑琪, 浙江大学硕士学位论文, 2001, 导师冯华君徐之海3、田宜斌, 浙江大学硕士学位论文, 2002, 导师冯华君徐之海3924、田宜斌, 徐之海, 冯华君等, 用于数码相机的瞳孔控制自动对焦技术, 光学技术2003, 29(1): 53

21、-555、Yibin Tian, Huajun Feng, Zhihai Xu, et al. Auto-focus based on skin detection, Acta Photonica Sinica, 2003, 32(1): 56-606、李奇, 徐之海, 冯华君等, 数字成象系统自动对焦区域设计, 光子学报, 2002, 31(1): 63-66 附录：阴极灵敏度、阳极灵敏度、阳极暗电流、红白比的要求： 型 号CR131-01 CR131-02阴极光照灵敏度SK(A/lm) 最小 140 100典型 250 140阳极光照灵敏度SP(A/lm) 最小 400 400典型 150

22、0 1000阳极暗电流( nA ) 最大 50 501）红白比3R/W（×10） 最小 200 150典型 300 200最大 500 500阳极和第一倍工作电压增极之间100V 阴极和阳极之间1000V阴极和阳极之间电压 1000V1250V注：1）阳极暗电流为避光30分钟后测定值电压分配比：KDy1Dy2 Dy3 Dy4Dy5Dy61Dy71Dy81Dy9 11P1 1 1 1 1K : 阴极 Dy : 倍增极 P : 阳极参考文献：1) 滨松光子学株式会社，光电倍增管基础及应用， 34（1995）. 2) 滨松光子学株式会社，光电子放出材料， 6870.3) 滨松光子学株式会社

23、，光電倍增管關連製品， 2627（2000）.393数字成像中的自动对焦技术作者：作者单位：冯华君， 李奇， 徐之海浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江,杭州,310027相似文献(10条)1.学位论文 李奇 数字自动对焦技术的理论及实现方法研究 2004作为数字成像系统的关键技术之一,自动对焦技术对于提升中国数字成像产品的竞争力具有十分重要的作用.该文结合教育部高校骨干教师计划"CCD成像频谱分析与对焦算法研究",针对现有对焦方法存在的问题,主要就自动对焦理论与方法、对焦评价函数及算法、对焦窗口的智能规划等理论问题进行深入研究,并设计制作了基于计算机和DSP的自动对焦

24、系统样机.该论文的主要成果有如下几点.首先,该文研究了基于数字图像处理自动对焦的基本理论与方法-对焦深度法和离焦深度法.首次提出用维纳滤波和图像亮度归一化对图像做预处理,使对焦深度法的评价曲线形状得到明显的改善.离焦深度法估计离焦距离或者进行图像恢复的依据是成像系统的点扩散函数及它所产生的模糊圆.通过仿真实验,探讨并证实了用模糊图像恢复清晰图像和计算准焦位置的可行性.利用单幅图像,用图像恢复的手段得到了准焦位置图像的最佳恢复;利用在两个位置所得图像,用模糊圆半径估计出准确对焦位置,对焦误差小于5.同时,该文提出一种逐渐逼近的离焦深度法,先通过少量对焦位置不同的图像计算出近似准焦位置,再用小步长

25、在其附近搜索最佳位置.该方法具有离焦深度法的速度优势,同时保持对焦深度法的高精度优点,对于具有直边特征的成像目标具有很好的性能.其次,该文从频谱函数、梯度函数、熵函数等方面详细分析了对焦深度法中常用的对焦评价函数.提出用交流分量到直流分量的距离作为加权因子对频谱评价函数进行改进,有效地提高了对焦评价曲线的灵敏度.同时该文深入分析了图像探测器的插值机制,提出两种对焦分析法.再次,该文研究了智能化的对焦窗口规划技术.对焦窗口选取得是否合适是对焦成败的重要因素,其关键是在对焦窗口中包含尽可能多的成像主体,使背景的影响尽可能小.我们从多方面进行探讨,提出用统计手段分析成像主体最可能被放置的区域,有效地

26、减少了成像主体不在中心时引起的误对焦;提出用分辨率空间变化的手段对图像进行非均匀采样,达到分辨率与视场的协调;提出通过颜色、形状和细节三方面进行人脸探测,有效地克服了单纯靠皮肤进行探测的局限;提出基于光流场的方法分割图像中的人脸,适用于监控场合.大量的实验证实了该文提出的几种方案的可行性.然后,该文用两种自动对焦系统-基于PC机的自动对焦系统和基于DSP的自动对焦系统-使数字成像自动对焦技术得以实现.通过分析不同成像位置所得图像的清晰度,控制镜头电机移动,搜索最佳成像位置,实现自动对焦.一系列的对焦实验表明,两种系统对于透过玻璃窗的物体以及对于主要是横向或纵向栅格状的物体(百叶窗)均可以准确对

27、焦,证实了我们设计制作的对焦系统的准确性和可靠性.2.学位论文 张秋梅 数码相机自动对焦算法的研究与实现 2006本文对数码相机自动对焦系统设计中的几个关键技术自动对焦搜索方法、评价函数、对焦窗口和镜头控制进行了深入的研究。对传统爬山算法的运行方式和存在问题进行了全面的分析，在此基础上提出了对爬山算法的改进方法。为了提高自动对焦的速度和精度，采用图像的绿色分量和梯度函数修正形式计算评价函数，采用四点选择法选择对焦窗口，通过大量实验获取更精确的控制参数对镜头进行精密控制。整套算法在基于多媒体微处理器ZR36451BGCF搭建的数码相机平台上实现。通过对算法的改进，在没有增加硬件成本的基础上，用更

28、加合理的软件实现了自动对焦系统的大部分功能，提高了系统的稳定性和可行性。实验结果表明，本文提出的优化爬山法自动对焦系统达到了很好的对焦效果。在镜头伸缩不超过5次的情况下，对焦时间平均控制在0.8秒内，对焦图像清晰，解析度达到1200线。系统稳定，可应用于实际工程。3.期刊论文 田宜彬.徐之海.冯华君.王凌.李奇.戴顺林 用于数码相机的瞳孔控制自动对焦技术 -光学技术2003,29(1)对焦窗口的选择是数码相机进行自动对焦的关键问题之一.现有的对焦窗口的选择方法过于简单,由于成像目标的复杂性,有必要使对焦窗口的选择本身实现自动化和智能化1.提出了一种利用数字图像处理来进行瞳孔控制自动对焦的方法.

29、对现有照相机结构稍加改进后,可以利用数码相机中现有的CCD/CMOS图像传感器获取拍摄者眼睛的图像,再通过对拍摄者眼睛的图像进行处理来判断其瞳孔在眼睛中的位置.根据这一位置信息,可以推断拍摄者的注意力所集中的区域,从而对焦窗口的自动选择.4.学位论文 裴锡宇 自动对焦技术及其工程应用的研究 2004自动对焦技术是数字成像系统的关键技术之一,因此它无论是在日常生活、科学研究、军事应用等等只要涉及到成像系统的地方都有重要应用.该实验室在过去的几年中在这方面做了很多工作,并取得了不少成果,但主要集中在自动对焦的理论,算法方面的研究.该文在总结导师及前面几位研究生在这一领域的部分成果的基础上开展了部分

30、工作,着重于讨论自动对焦技术的实现,说明了自动对焦技术的利用PC机的实现及利用DSP的嵌入式实现,并着重讨论它在工程中的应用,作为应用实例,该文引入了一个应用例子:开发并在数家数码相机公司生产中得以应用的自动对焦软件的实现过程.该文包含了以下一些内容:(1):首先对成像原理进行了简要的介绍和说明,接着分析了自动对焦技术的原理和作用背景,引入一种基于频域分析的离焦深度自动对焦方法.(2):分析了利用PC机实现一个自动对焦系统的系统结构,具体实现细节,并实现了这一系统.(3):分析了一个基于TI的DSP的嵌入式的自动对焦实现.简要分析了这一实现的系统选择,实现过程.(4):分析己开发并在数家数码相

31、机公司生产中得以应用的自动对焦软件的实现过程.(5):最后本文对自动对焦技术进行了展望,分析今后可能的研究热点及走向.5.期刊论文 张震.刘天立.张斌.张淑静 一种变物距的自动对焦方法 -机电一体化2010,16(4)针对像距无法改变的特定环境,提出了一种变物距的自动对焦方法.首先通过设置标志矩形,采用SUSAN算法中的角点获取算法,取得对焦窗口;其次建立对焦窗口转换函数,使不同物距下的对焦窗口包括相同的成像信息;最后使用能量梯度对焦评价函数,取得最佳对焦位置.实验表明,该系统适用于像距无法改变的环境,并且具有良好的自动对焦精度、速度以及鲁棒性.6.学位论文 黄娟 被动式自动对焦算法的研究 2

32、008由于成像目标和成像条件的复杂性，现有数字成像系统中的自动对焦技术仍存在各种各样的缺点，在如何提高对焦图像质量、如何选择对焦评价函数和对焦区域、如何进行反馈控制、如何提高对焦速度以及降低生产成本等方面，还有诸多问题有待解决。本文针对以上问题对被动式自动对焦算法中涉及的各种关键问题进行了仔细研究，并在以下方面取得了研究成果:a.提出了对焦图像预处理方案，其中主要包括消除光线的影响和消除常见噪声的影响，从而提高了对焦图像的质量；b.对各种常见对焦评价函数进行了仿真对比研究，研究结果发现Brenner梯度评价函数对焦速度快、对焦效果好，被用到了基于PC机的自动对焦系统实验平台中；c.对基于黄金分

33、割点的对焦窗口规划方案提出了改良，改良后的黄金分割法对景物的拍摄对焦效果很好，因此作为三种对焦窗口规划模式之一被用到了基于PC机的自动对焦系统实验平台中；d.将人脸识别的方法应用到对焦窗口的规划中，提出了采用皮肤探测法选择对焦窗口的方法，该方案对人物图像的拍摄取得了很好的对焦效果，也作为三种对焦窗口规划模式之一被用到了基于PC机的自动对焦系统实验平台中；e.针对传统爬山算法存在的问题提出了改进模型，该模型采用两次穷举搜索即可确定最佳成像位置，第一次采用变步长粗略搜索，第二次用最小步长细扫。将改进的爬山算法用到基于PC机的自动对焦系统实验平台中，使系统在保证对焦精度的情况下极大地提高了对焦速度；

34、f.频域带通法是对CCD输出的视频信号进行模拟带通滤波，提取高频分量，然后对高频分量进行简单运算来构建评价函数的一种方法，采用频域带通法搭建自动对焦系统具有运算简单和成本低廉的优点。本文采用数字仿真的方法对频域带通法进行了研究，在计算机中对采集的数字图像进行逐行数字滤波提取高频信息，对高频信息构建厂合理的评价函数，并确定了合适的滤波频点，从而为实现等价的模拟硬件电路和设计基于频域带通法的自动对焦系统提供理论基础与参数支持；g.通过对一帧图像进行二维数字滤波来提取高频分量，从而用数字仿真的方法对将传统频域带通法扩展到二维空间进行了探索性的研究，并探讨了在二维空间实现的频域带通法的对焦效果。在以上

35、对自动对焦算法各种关键问题进行了大量研究的基础上本文搭建了基于PC机的自动对焦系统实验平台，该系统通过图像采集卡将摄像机系统输出的复合视频信号送入到PC机，计算机分析图像清晰度，确定控制方案，向单片机发出控制命令，由单片机控制镜头电机转动，直到搜索到最佳成像位置。根据前面的研究结果，该系统的评价函数选用了Brenner梯度评价函数，对焦窗口根据不同的拍摄物体有三种模式可供人为选择，分别是中央选择法、改良的黄金分割法、皮肤探测法，搜索算法采用了改进的爬山算法模型。对焦实验结果表明该自动对焦系统对焦效果好，完成一次自动对焦的时间在1.3秒左右。7.期刊论文 田宜彬.徐之海.冯华君.戴瑞春.戴顺林.

36、李奇.边美娟 基于皮肤探测的自动对焦 -光子学报2003,32(1)用模式识别方法选择对焦窗口,对成像主体是人的情况进行了详细讨论.先对自动对焦中使用模式识别的必要性进行了深入的理论分析,然后讨论了具体的实现方法.利用人类皮肤颜色分布的特点来探测图像中的皮肤区域;用形态学操作来去除皮肤区域中的眼睛、鼻孔、嘴巴和其他非皮肤碎片;最后以所得的皮肤区域作为对焦窗口应用对焦评价函数.实验结果表明这种方法的实用性和有效性.8.学位论文 蒋婷 基于图像处理的自动对焦理论和技术研究 2008自动对焦技术是机器人视觉、数字成像系统和各种精密光学仪器中的关键技术。随着科学技术的飞速发展，数字成像系统中的精确自动

37、对焦问题越来越受到人们的普遍关注，其应用也显得越来越重要。这对进一步提高测量精度、测量速度及测量自动化程度、减轻操作人员的劳动强度等方面具有重要的现实意义。自八十年代末以来，围绕自动对焦的问题，国内外学者做了一些研究，取得了一定的成绩。但是，由于成像目标和成像条件的复杂性，现有数字成像系统中的自动对焦技术仍存在各种各样的缺点。在如何选择对焦评价函数和对焦区域、如何进行反馈控制和如何提高对焦速度等方面，还有诸多问题有待解决。论文首先总结了前人所作的大量工作，介绍了国内外自动对焦技术的发展情况以及自动对焦的基本方法。在傅里叶光学理论的基础上，分别给出了点扩散函数和光学传递函数，并分析了光学成像系统中数字图像清晰的机理。然后针对自动对焦的三个关键模块(对焦窗口选择、清晰度评价函数和极点搜索算法)进行了分析。自动对焦系统中对焦窗口的选择直接影响着对焦的速度和准确性。基于对焦窗口选择的重要性，论文通过对一个简单而实用的分析模型深入分析验证了对对焦窗口选择的必要性，并对几种常用的选择方法进行了介绍，最后提出了在不同成像条件下窗口选择的一般策略。针对对焦函数的精确度不够高，抗噪能力不强等问题，在比较、研究图像清晰度评价函数和边缘检测的基础上，提出了一种新的函数，该函数采用改进的Sobel边缘检测算子作为