基于MTF的十字線目標自動調焦算法

王立剛， 定 翔， 洪寶玉， 李 飛

(中國計量科學研究院，北京100029)

1 引 言

自動調焦系統廣泛用于光學元件的曲率半徑、焦距測量以及影像類長度計量儀器中，調焦誤差會造成定位偏差，進而影響計量儀器的計量結果[1]。十字分劃板是調焦系統中的常用目標，為了滿足測量精度要求，在測量過程中需要保證經過被測系統后的圖像成像于測量透鏡的焦平面上。

用人工的方法進行調焦往往會由于主觀因素的影響，不能保證良好的調焦重復性[2]。隨著數字成像技術向自動化和智能化方向發展[3]，基于調焦算法的自動調焦技術在精度、穩定性等方面取得了很大的進展。

采用數字圖像處理法實現自動調焦的關鍵在于圖像清晰度評價函數的選取[4,5]，理想的清晰度評價函數具有無偏性、單峰性、信噪比高、實時性好、靈敏度高的特點。清晰度評價函數通過計算不同圖像的某個特性得到的數值描述光學系統的離焦程度，這些特性的獲取基于離焦圖像和正焦圖像在CCD上成像結果的差別;當經過光學系統成像后的目標圖像恰好處于測量頭的焦平面時，所成圖像最清晰[6,7]。

清晰度評價函數主要有3類：

(1) 梯度函數。梯度函數常被用來獲取圖像邊緣信息，對焦良好圖像的邊緣更尖銳，梯度函數值更大。常見的算子有方差算子、Laplace算子、能量梯度算子等。

(2) 熵函數。信息熵是圖像灰度值多樣性的反映，對焦良好圖像的熵大于失焦圖像的熵。

(3) 頻譜函數。清晰的圖像有豐富的圖像細節和邊緣信息[8]，通過將圖像空域中的細節及邊緣信息用頻域的高頻分量表示出來，選取高頻分量信息作為清晰度判斷的依據。……