1. 研究目的与意义
随着现代成像技术的发展，成像设备已经朝向智能化、自动化方面发展。由于自动化与智能化的需求日益增多，自动聚焦功能的技术应用越来越广泛。自动聚焦主要用于图像采集系统中，依靠算法控制电机推动镜头组移动改变镜头组与成像感光元件（CCD或者CMOS）之间的位置，从而影响焦距使感光元件上获得清晰的图像。
自动对焦技术在很早以前就已经提出，早在19世纪末就已进行这方面的研究。1963年canon公司在原西德的科隆博览会上展出了一架自动聚焦照相机的样机[1]，虽然当时那个时期的自动聚焦技术相对于现在相对原始，但它仍然有着跨时代的意义。随后的几十年里自动对焦的研究如同百花齐放百家争鸣一般，无数的国内外学者投身向自动对焦方面的研究。如今距第一台聚焦照相机发布已经过了几十年，作为视频监控核心设备的一体化摄像机已经随处可见，其特点是小巧灵活、安装方便[2]。尤其在国内摄像监控设备渐渐从城市公共安防走入寻常百姓家。在如此广阔的市场下，摄像机的成像质量就显现的尤为重要。而自动对焦作为成像系统的一项关键技术，在成像系统中便有着举足轻重的作用。自动对焦在应用中一方面可以减少劳动强度，减少或避免使用者因反复调焦造成的主观误差；另一方面，它省去了复杂的调焦动作，大大方便了使用者。随着生活、生产需求的不断提高，自动对焦技术的应用层面越来越广，对自动对焦系统在精度、速度和稳定性方面的要求也越来越高[3]。
自动对焦的发展至今提出过很多种的方法。从不同的角度可以做出不同的分类。从原理来分，可分为测距法、对比度法、相位法、图像恢复法等；从应用范围、应用时间来分，可分为传统的自动对焦方法和数字自动对焦方法；从是否从被测物体获取评价信息来分，可分为主动式对焦和被动式对焦[5]。早在90年代以前，主要的为测距法和检焦法，如最常见的三角测距法，使用被动式的双影重合或者主动式的红外网、超声波投射辅助测距，以及检焦法中的对比度或相位差检测法[6]，文献[7]这些方法由于在实现过程中都需要比较庞大且笨重的系统以及不同物体的反射和吸收能力存在差异，从而有随机误差，对于远距离或者小物体的拍摄精确度较差等原因相对于如今的发展来说已经不太适用。文献[8]现如今计算机技术的飞速发展以及DSP等信号处理器器件的性能大幅度提升，自动聚焦术以及朝向数字化方面飞速发展。数字化自动对焦方式完全图像信息分析计算，对离焦的图像进行复原变换，并直接输出清晰的数字图像，而不用使用外部运动结构便可以实现自动对焦，这种方法对缩小系统体积非常的有效[9]。
2. 研究内容与预期目标
主要研究内容：
本课题主要研究hisi平台下的摄像头的步进电机控制的自动对焦功能原理和实现方法，并利用c语言编写该功能算法在IPC中调试自动聚焦功能是否正常。本课题会介绍两种自动对焦功能的算法，并通过查阅的论文文献及资料进行分析两种算法的优缺点，然后在两种算法中选取一种算法进行自动聚焦功能的实现。
自动对焦功能是为了解决不同放大倍率下摄像头依旧可以准焦成像的功能算法，在摄像头成像中起到了至关重要的一环。在能自动准确的聚焦的情况下，如何完善算法使聚焦时间缩短达到快速自动对焦的功能，以此提升效率是值得研究的。
3. 研究方法与步骤
研究方法：
研究自动对焦功能的实现原理，对算法进行详细分析，画出算法实现的流程图。根据要求安装配置VScode、Xshell及FileZilla，了解电机控制接口的调用以及图像统计信息接口函数的调用。用C语言实现算法。通过IPC多次改变放大倍率，观察图像能否自动聚焦清晰。调试程序代码直至无误，并能达到课题的要求。
步骤：
4. 参考文献
| [1]李奇,徐之海,冯华君, 等.数字成象系统自动对焦区域设计[J].光子学报,2002,31(1):63-66. [2]谷晨阳. 变焦镜头自动调焦技术研究[D]. 长春理工大学,2013. [3]吴建平.基于DSP的显微镜自动对焦系统设计[D].浙江大学;浙江大学信息学院,2008. [4]郑玉珍,吴勇,倪旭翔.实时自动对焦的研究[J].光电工程,2004,31(4):64-66.DOI:10.3969/j.issn.1003-501X.2004.04.018. [5]Yeru Wang,Huajun Feng, Zhihai Xu, Qi Li, Yueting Chen amp; Min Cen (2018) Fastauto-focus scheme based on optical defocus fitting model, Journal of ModernOptics, 65:7, 858-868 [6]谷晨阳. 变焦镜头自动调焦技术研究[D]. 长春理工大学, 2012. [7]张明. 步进电机的基本原理[J]. 科技信息, 2007, 000(009):83-83. [8]赵轶彦. 步进电机的智能控制在自动聚焦中的应用研究[D]. 太原理工大学, 2008. [9]陈爱国, 黄文玲, 杨红红. 步进电机升降速曲线的研究[J]. 机电产品开发与创新, 2003, 000(002):47-49. [10]郑玉珍, 吴勇. 基于DSP的自动对焦系统[J]. 电子技术应用, 2004(08):75-77. [11]蒋凤林. 基于数字图像处理的自动调焦算法研究[D]. 哈尔滨理工大学. [12]尤玉虎, 刘通, 刘佳文. 基于图像处理的自动对焦技术综述[J]. 激光与红外, 2013, 43(002):132-136. [13]柏天舒. 基于视觉图像的光学显微自动对焦技术研究[D]. 合肥工业大学. [14]郑玉珍. 自动对焦中的优化爬山搜索算法[J]. 浙江科技学院学报, 2005(03):171-174. [15]马鹏川, 杨波, 唐舰. 一种自动对焦算法的优化[J]. 光学仪器, 2013, 35(2):26-31. |
5. 工作计划
序号起讫日期 工作内容
1、2022.3.1-2022.3.15：查阅资料, 撰写开题报告
2、2022.3.15-2022.3.18：确定设计方向，制定方案
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