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基于边缘算子和灰度标准差的对焦清晰度评价函数 (2).docx
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学 院 物理与光电工程学院
专 业 光信息科学与技术 2 班
2013 年 5 月
基
于
边
缘
算
子
和
灰
度
标
准
差
的
对
焦
清
晰
度
评
价
函
数
摘要
镜头系统是机器视觉系统的重要组成部分,它的精确自动对焦问题显得越来越重要。
若能提高镜头对焦精确度,则可让采集图像数据的质量得到有效的保证,这对进一步提
高系统质量方面具有重要的现实意义。
论文首先对现今学界与业界自动对焦技术的研究进行了总结,介绍了国内外自动对
焦技术的发展现状。然后总结了镜头成像的原理,再针对自动对焦的对焦窗口选择、清
晰度评价函数进行了分析,重点讨论了清晰度评价函数的问题。
针对目前几种常用的清晰度评价方法(离散余弦函数、小波变换、边缘算子),分析
其各自存在的问题。其中特别将边缘算子中的 Sobel 算子、Roberts 算子、Prewitt 算子、
Canny 算子的应用进行比较,分别讨论其原理和适用范围。最后提出了一种基于边缘检
测算子和灰度标准差的清晰度评价函数。
在此理论基础上,运用 Visual C++ 6.0 和 HALCON 软件,设计了一个自动对焦清晰
度评价系统,可自动计算出质量最佳的图像,从而保证了采集图像的质量,使整个机器
视觉系统性能有了一定的提高。
:
机器视觉,镜头,自动对焦,清晰度评价函数,边缘算子,灰度标准差
关键词
Abstract
Lens system is a important part of machine vision systems,which auto· focusing problem
becomes more and more important. If we can improve accuracy of the lens focus, the quality
of the auquired image data will be effectively guaranteed, and it makes important practical
significance on the further improvement of the system’s quality.
Firstly,much surveys of today’s educational circles and trade union is summarized,and
the development of domestic and foreign auto focus technology.
For several commonly used definition evaluation method (discrete cosine function,
wavelet transform, edge operators),their respective problems are analyzed. Espectially,
applications on operator Sobel edge operator, Roberts operator, Prewitt operator and Canny
operator are compared, and the principle and it’s scope of well-application are discussed in the
paper.Finally,a new Clarity-evalueation Function based on the gray value standard deviation
has been put forward .
Based on the theory of the demonstrated operator,an auto-focus clarify evalueation
system ,which can automatically calculate out the image in best quality, have been designed
with the Visual C++6.0 and HALCON.Concequently,the aquired image data can be
guaranteed and the entire performance of machine vision system can have a extent
improvement.
Key Words :
Machine Vision,Lens,AutoFocus,Clarity-evalueation Function,Edge
operator,Gray Value Standart Deviation
目
录
1 绪论.........................................................................................................................................1
1.1 研究背景及目的………………………………………………………………………..1
1.2 国内外自动对焦技术的研究状………………………………………………………..2
1.2.1 国外自动对焦研究现状.......................................................................................2
1.2.2 国内自动对焦研究现状………………………………………………………...3
1.3 研究方法………………………………………………………………………………..3
1.3.1 Visual C++……………………………………………………………………….3
1.3.2 HALCON………………………………………………………………………...3
1.4 论文构成及研究内容…………………………………………………………………..4
2 自动对焦的基本理论和方法……………………………………………………………….5
2.1 自动对焦的基本原理…………………………………………………………………...5
2.1.1 几何光学成像理论……………………………………………………………...5
2.1.2 景深……………………………………………………………………………...6
2.1.3 远心光路………………………………………………………………………...7
2.2 自动对焦的基本方法…………………………………………………………………..9
2.2.1 测距自动对焦法………………………………………………………………...9
2.2.2 焦点检测自动对焦方法……………………………………………………….10
2.2.3 基于数字图像处理的自动对焦方法………………………………………….11
2.2.4 基于频域分析的清晰度评价函数…………………………………………….11
2.2.5 基于信息学函数的清晰度评价函数………………………………………….13
3 基于边缘算子和灰度标准差的清晰度评价函数的研究………………………………...15
3.1 边缘检测算子简介……………………………………………………………………15
3.1.1 Sobel(索贝尔)边缘检测算子……………………………………………….16
3.1.2 Robert(罗伯特)边缘检测算子………………………………………………16
3.1.3 Prewitt(普瑞维特)边缘检测算子…………………………………………...17
3.1.4 Canny(坎尼)边缘检测算子…………………………………………………17
3.2 Sobel 算子、Robert 算子、Prewitt 算子、Canny 算子的比较………………………18
3.3 灰度标准差……………………………………………………………………………20
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