基于反饋跟焦法的自動對焦技術

胡春美

摘要：圖像清晰度是評價圖像質量的重要標準，本文介紹了在自動對焦領域，對焦算法的選擇是直接影響圖像清晰度的重要指標，指出了傳統對焦算法GZT（幾何跟焦法）的局限性，提出了改進的對焦算法FZT（反饋跟焦法），使圖像通過對焦算法獲得最大的清晰度。

關鍵詞：圖像清晰度；幾何跟焦法；反饋跟焦法

一、研究背景和意義

隨著計算技術和圖像處理理論的發展，半數字式及數字式自動對焦計數迅速崛起。實現自動對焦的方法有很多，基于圖像處理的智能化方法是重中之重，在圖像處理的數字成像自動對焦方法中，傳統方法GZT（geometric ZOOln trackin曲幾何跟焦法[1]應用最為廣泛。

GZT主要依據變焦時的光學方程曲線，但前提是最清晰的位置總會在已知的光學方程曲線之間。

公式變量：已知當前zoom（記為Zinit），當前in-focus位置（記為Fd（Zinit））；可以得到相鄰的遠焦光學方程曲線Ffar和近焦光學方程曲線Fnear，在下一個Zoom位置，使用方程計算focus位置：（見公式1）

此方法依賴當前in-focus位置的精確度，為保證下一次運動的準確性，需要在當前位置進行對焦操作，即每次運動到一個位置，需要進行一次校準操作。

二、研究方法

本文在傳統跟焦方法的基礎上，提出了FZT[2]（kedback zoom tracking）反饋跟焦法，解決了幾何跟焦的局限性，具有跟焦靈活，不容易失焦的特點。

具體分為三部分：

第1階段，開始的估計跟蹤曲線由GZT方法得到。

當zoom位置距離上次不遠時，維持GZT方法，當ZOOln位置超過給定值時，比方說fp（feedback period反饋周期[2]，這個應該根據zoom值變化，在曲線平緩時值大，在陡峭時小為48，進入誤差檢測，檢測方法：依據GZT估計下次zoom對應的下次focus位置p0計算p1和p2；其中p1=p0+ps，p2=p0-ps；ps是試探步長[3]，根據zoom步長和zoom位置確定，在2～8之間變化。

第2階段，在新zoom位置，focus從p1運動到p2，得到對應的e1和e2；可以判斷出修正的方向。

第3階段，跟蹤曲線修正。計算修正距離deltaS，并修改當前的估計值pr為pe=pr+dehaS，利用pe重新按照GZT計算跟蹤曲線。

deltaS的計算公式：△S（k）=△S（k-1）+KP[△e（k）-△e（k-1）]+K1△e（k）

其中deltaS（k-1）為上次的deltaS，初值deltaS（0）=0；deltaE（k）為e（k）-e（k-1），Kp和K1需要手動測量曲線后，依據公式計算得到，其它的測量方法包括Ziegler-Nichols法和Cohen-Coon法。

三、總結

盡管傳統的幾何跟焦算法表現出了較好的性能，但是也沒有考慮到單純依賴光學方程曲線的局限性，因此我們對GZT算法進行了改進，提出了FZT算法，FZT算法具有GZT算法的優點，同時根據不同的位置校準下一次的運動方向，保證了運動的準確性，減少了對焦誤差。

參考文獻：

[1]張問驊.自動對焦（1）[J].自動化博覽，1995，13（5）：10-15.

[2]Muralias，Gopals，Depth formdefocus：a spatial dormain approach[J].International Journal of Computer Vision.1994，13（3）：271-294.

[3]李奇，徐之海，馮華君，等.數字成像系統自動對焦區域設計[J].光子學報，2002，31（1）：63—66.