光电成像技术快速发展,如今已广泛应用在数码照相、摄录像、显微成像、医学成像、空间探测、器件检测、视频监控、计算机视觉等各个领域。由于成像器材尺寸、分辨力等的限制,光电成像系统都有一定的景深和焦深,因此实际应用中一般都需调焦以获得清晰图像。为满足自动化应用的要求,自动对焦(AutoFocusing,AF)就成为必不可少的关键技术之一,直接影响着成像的质量和效率,因此很早就成为人们探索的目标和方向。被动式对焦深度法通过搜寻对焦评价曲线的峰值实现自动对焦,因其算法灵活且精度高而被多数自动对焦系统采用。近年来国内外对自动对焦研究主要有两个思路:一是深入研究图像处理理论,寻找图像清晰度的最佳判据;二是结合硬件和实际应用环境,研究快速的自动对焦算法,多见于国外一些成像产品的自动对焦功能。事实上,现有的自动对焦算法大多能满足日常成像的需要,但是在某些不能获得高信噪比图像的情况下,自动对焦的性能会严重下降,以致难以正确实现自动对焦。然而在国内外文献中,还未见系统的研究低信噪比环境下的自动对焦算法,其中一系列理论和技术问题有待研究。首先,可能造成低信噪比图像的因素有很多,应全面评测光电成像系统各项成像参数对自动对焦性能带来的影响,建立二者的关系模型;其次,以提高自动对焦性能为目的,选择合适的低信噪比图像的增强和复原算法;最后,论文还将针对自动对焦的两个核心问题进行研究:(1)对焦窗口选择算法(Focus AreaSelecting)。现有各种对焦窗口选择算法,包括中心取窗、多点取窗、图像一阶矩重心取窗、非均匀采样、瞳孔定位、人脸选择和皮肤探测等,都有各自适用的范围,尚不具备普遍性;同时在选取原则的理论分析上尚需建立和完善,对各种取窗法的性能还缺少公认的评价准则。论文将尝试提出自动对焦窗口选择算法的性能进行评价的一般准则,利用该准则对各种窗口选择算法进行科学的评价,并以最优化该准则为思路提出自动对焦窗口选择算法,突破矩形窗口的局限;(2)图像清晰度评价函数(Focus Measure Function,FMF)。论文将着重研究如何提高自动对焦评价函数的抗噪性和稳定性,着力解决现存的多种图像清晰度评价函数易受噪声等干扰的问题,提出新的既满足精确性、尖锐性和实时性又同时具有良好抗噪抗扰能力的评价函数。结合上述研究内容,最终提出能够满足低信噪比环境的自动对焦算法和技术。系统的研究这些问题,能够丰富数字成像理论框架,同时更通用的自动对焦技术能够突破成像系统的应用局限,提高成像系统的准确性和可信度。总之,在信息化、数字化的今天,成像技术已经处处可见。自动对焦作为其中的一项关键技术,一直在快速的发展中。成熟的成像系统和最新的自动对焦技术基本由日本、美国等一些国家掌握,我国无论从理论水平还是技术水平还不成熟,尚无法与这些国家相提并论。所以对自动对焦的深入研究,既有相当大的理论研究价值,更有广泛的应用价值。