【摘 要】
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图像传感器作为现代光机电系统的核心部件,与其他尖端光机电设备联用可以对图像数据实时采集、处理和传输来反馈控制光机电系统。然而,使用图像传感器进行图像采集时,目前主要还是以人工调焦为主,导致调焦精度和效率较低。此外,现有的图像传感器控制软件大多只支持单一设备的控制,无法直接与其他设备进行联用,造成数据通信效率低下。针对这些问题,本文探索了自动聚焦算法中的聚焦评价函数和聚焦搜索算法两大关键技术,在此基
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图像传感器作为现代光机电系统的核心部件,与其他尖端光机电设备联用可以对图像数据实时采集、处理和传输来反馈控制光机电系统。然而,使用图像传感器进行图像采集时,目前主要还是以人工调焦为主,导致调焦精度和效率较低。此外,现有的图像传感器控制软件大多只支持单一设备的控制,无法直接与其他设备进行联用,造成数据通信效率低下。针对这些问题,本文探索了自动聚焦算法中的聚焦评价函数和聚焦搜索算法两大关键技术,在此基础上开发一套集自动聚焦和设备控制于一体的图像传感器控制软件系统,并研究了自动聚焦算法对自动化、智能化及集成化图像传感器控制软件系统的优化。具体研究内容如下:（1）对聚焦评价函数进行优化研究。通过对传统的聚焦评价函数进行实验与分析,总结出目前的聚焦评价函数存在灵敏度低和鲁棒性差的问题。然后针对这些问题,提出改进的Tenengrad聚焦评价函数,并且通过仿真实验验证该函数的性能。（2）对聚焦搜索算法进行优化研究。首先对几种聚焦窗口选择方法进行分析,总结各种取窗法的优缺点和适用场景。然后对传统的聚焦搜索算法进行研究并分析它们各自存在的问题,针对算法易受局部极值点和噪声的干扰问题,提出一种粗精结合的聚焦搜索算法。最后通过实际聚焦实验测试自动聚焦算法的聚焦精度和成功率。（3）结合图像传感器的应用需求,设计并实现了一套集自动聚焦和设备控制于一体的图像传感器控制软件系统。对实验结果分析得出,改进的Tenengrad聚焦评价函数在灵敏度方面比Tenengrad函数至少提高了2.1倍,鲁棒性能比Tenengrad函数至少提升了16.76%。本文的自动聚焦算法聚焦的平均成功率达到90%,最小平均聚焦精度达到0.86μm。图像传感器控制软件系统能够实现图像传感器与运动平台设备的集成,为多种设备的集成奠定了良好的基础。
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