專利名稱：熱像儀自動聚焦裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種熱像儀自動聚焦裝置，尤其適用于行程長，負載大的直流電
機帶動的紅外鏡頭的自動控制，屬于紅外圖像處理技術領域。
背景技術：
獲得清晰的圖像是各種數字成像設備的最基本要求，攝像鏡頭多組鏡片中專門設有一組聚焦鏡片，通過改變聚焦組鏡片的位置即可達到聚焦目的，自動聚焦可以代替人工完成此過程，從而節省大量時間，提高成像質量。自動聚焦可分為主動式和被動式兩類。主動式自動聚焦是利用發射紅外線或超聲波來度量被攝物的距離，并使用一定的數學模型計算出最佳聚焦位置，該方式需要額外的測距設備，適用范圍相對較小。被動方式指利用所獲取圖像的自有信息判斷圖像是否清晰，并給出反饋信號控制鏡頭運動，這種基于圖像處理的自動聚焦算法的實現不需要額外的信號源和相應接收傳感器，有利于縮小器件體積和降低成本，所以被廣泛的采用。 由于熱像儀所用紅外鏡頭制造材料與普通可見光鏡頭不同，所以通常采用手動轉動鏡頭或者手動控制直流電機帶動鏡頭來獲得聚焦清晰的圖像，這種方法調節過程長，聚焦精度受操作人員主觀影響較大；紅外熱成像反映了物體表面的溫度分布，目標的熱圖像和人眼所能看到的可見光圖像不同，可見光鏡頭通常采用步進電機帶動，搜索算法通常針對步進電機控制，所以現有的應用于CCD可見光圖像的被動式自動聚焦技術并不適用于熱像儀。
發明內容本實用新型是針對現有技術所存在的缺點，而提供了一種針對熱像儀自動聚焦裝置的技術方案，采用該方案可以提高成像質量，減少反復的手動操作，增強使用方便性。[0005] 本實用新型是通過如下技術措施實現的一種熱像儀自動聚焦裝置，它包括微處理器，視頻輸入電路，電機驅動電路，串口通訊電路，微處理器包括圖像采集模塊、圖像清晰度判斷模塊、UART通訊模塊、電機控制模塊；所述圖像采集模塊用于接收熱像儀輸出的經過處理的紅外圖像，并根據預先設定的聚焦窗口將需要的數字信號讀入內存，所述圖像清晰度判斷模塊用于根據讀入內存的數字信號，具體可以采用像素差分模板算子計算清晰度評價函數值；所述的電機控制模塊與電機驅動電路連接，所述UART通訊模塊用于與外部的
通訊，其中，視頻輸入電路可以接收熱像儀的模擬視頻信號，也可以接收熱像儀的數字視頻信號。 上述微處理器還與SRAM連接。[0007] 上述微處理器與FLASH連接。[0008] 上述微處理器與電平轉換芯片連接。 本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，微處理器能夠準確快速地找到最佳聚焦位置，減少反復的手動操作，減少人工干預，提高成像質量增強使用方便性。
圖1為本實用新型實施方式的硬件原理框圖。[0011] 圖2為本實用新型具體實施方式
的主程序流程圖。 圖中，1 、視頻輸入電路，2、微處理器，3、電機驅動電路，4、串口通訊電路，5、電源管理模塊，6、SRAM，7、FLASH，8、圖像采集模塊，9、UART通訊模塊，10、圖像清晰度判斷模塊，11、電機控制模塊。
具體實施方式為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過具體實施方式
，對本方案進行闡述。[0014] 如圖1所示，一種熱像儀自動聚焦裝置，它包括微處理器2，視頻輸入電路1，電機驅動電路3，串口通訊電路4，微處理器2包括圖像采集模塊8、圖像清晰度判斷模塊10、UART通訊模塊9、電機控制模塊11 ;所述圖像采集模塊8用于接收熱像儀輸出的經過處理的紅外圖像，并根據預先設定的聚焦窗口將需要的數字信號讀入內存，所述圖像清晰度判斷模塊10用于根據讀入內存的數字信號，計算清晰度評價函數值，本具體實施方式
中具體采用的是像素差分模板檢測邊緣灰度變化計算清晰度評價函數值；所述的電機控制模塊11與電機驅動電路3連接，所述UART通訊模塊9用于與外部的通訊。微處理器2還與SRAM6、 FLASH 7連接。 如圖1所示，熱像儀輸出的復合視頻信號經視頻輸入電路1轉換成八位數字圖像信號，微處理器2根據預先設定的聚焦窗口將需要的數字信號讀入內存，通過圖像清晰度判斷模塊10計算清晰度評價函數值并由電機控制模塊11驅動聚焦電機轉動，直至找到最佳聚焦位置，將電機停在該位置完成自動聚焦功能。由于微處理器輸出的控制信號電壓較低，驅動能力較弱，需要通過電機驅動電路3連接至直流電機。電源管理模塊5為系統各部分電路提供正常工作所需的各種電壓。UART通訊模塊9負責與外部的通訊，外部控制命令包括圖像預濾波設置(通常圖像質量較好的情況下不需要平滑處理)，搜索步長設置，聚焦窗口選擇，清晰度評價函數閾值設置等。電平轉換芯片4將微處理器的TTL電平轉換成RS232電平。 SRAM 6為靜態隨機存取存儲器，用于運行程序和圖像數據暫存，FLASH7為閃速存儲器，它在斷電的情況下能長期保持存儲的信息，既有ROM的特點，又有很高的存取速度，在本裝置中用于存儲微處理器程序代碼。 數字圖像處理理論認為，圖像聚焦程度(即圖像是否清晰)主要由光強分布中高頻分量的多少決定，圖像模糊的本質是高頻分量的損失，完全聚焦的圖像比離焦的圖像包含更多的細節和信息量，一幅圖像是否聚焦，反映在空域上是圖像的邊界及細節部分是否清晰，離焦量越小，圖像邊緣越鋒利，灰度變化越劇烈，其微分值就越大，本實用新型就是根據這一特點，采用像素差分模板對圖像進行邊緣紋理提取并累加，從而計算出清晰度評價函數。圖像清晰度判斷模塊10的清晰度評價函數計算方法如下 首先對聚焦區域采用差分模板算子進行邊緣紋理檢測，該算子包含兩組3x3矩陣，分別為橫向及縱向，將之與圖像做平面巻積，即可分別得出橫向及縱向的灰度差分近似值，以F(x， y)代表點(x， y)的原始圖像灰度<formula>formula see original document page 5</formula>
計算每個點(x，y)的巻積累加再取平均即可得到清晰度評價函數E。
Gx = 4*F (x， y) -F (x+l ， y) _3*F (x+2， y) +F (x， y+l) -F (x+2， y+l) +F (x， y+2) -F (x+2，
Gy = 4*F (x， y) -F (x， y+l) _3*F (x， y+2) +F (x+l ， y) -F (x+l ， y+2) +F (x+2， y) -F (x+2，
1\ >G(x，y) >T2， 其中G(x，y) = | Gx | +1 Gy | ，n為比例因子，與聚焦區域內的像素總個數成正比，Tl，T2是灰度差分的大小閾值，經過閾值化處理后，可以有效的降低噪聲。 理想的清晰度評價函數具有單峰性和單調性，單峰性是指在調節范圍內只有一個極值，達到這個極值時對應于最佳成像位置，單調性是指在極值兩側要么單調遞增要么單調遞減。而實際的聚焦評價函數由于受噪聲的干擾，會有一些局部峰值，這些局部峰值會影響爬山搜索算法的準確性，本方案采用優化的爬山算法，先采用大步長粗略的找到峰值范圍，再以小步長精確定位，同時對邊緣檢測后的值采用閾值化處理，可以進一步減小局部峰值的干擾。 本實用新型采用的優化的爬山搜索方法如下 在預定的透鏡驅動范圍內，設定聚焦方向，先以較大的步長驅動電機轉動，每走一步就采集一幀圖像，計算清晰度評價函數值，如果計算所得的函數值逐漸增大，說明電機驅動方向正確，繼續沿同一方向帶動鏡頭移動，如果函數值第一次減小時，說明有可能已經越過最佳聚焦點，為了排除局部峰值干擾，此時驅動電機再前行一步，如果函數值進一步降低，說明確實已經越過了峰值，驅動電機后退兩個步長，大致回到峰值點附近，再以小步長驅動電機，以同樣的方法找到最佳鏡頭位置，得到聚焦清晰的圖像。在電機運行過程中，如果檢測到已經達到鏡頭限定位置，則改變方向繼續搜索。采用大小步長二次搜索的方法，既可以保證聚焦速度，又可以保證精確定位到清晰度評價函數的峰值點。 參與計算的像素越多，聚焦評價函數的運算時間越長，另一方面如果聚焦窗口過大，引入背景圖像太多會引起誤判，窗口太小則會導致偏離目標，所以聚焦區域的選擇直接影響著聚焦速度和聚焦精度。本方案中采用三種窗口選擇方法，一是選擇中央區域，這是因為使用者通常會把目標放在畫面中心，但是這種方法由于目標的大小不同，窗口大小不好控制；二是為了彌補對中央聚焦的不足，采用多窗口法，除了中心區域外，再以較小的權值將畫面中心左上，右上，左下，右下部分區域計算在內；三是用戶自己設定感興趣區域。這些選擇方式可以通過串口由用戶發送命令設置。 為了適應不同場合，滿足多樣化的要求，達到最優化的聚焦效果，本實用新型還設置了部分附加功能，如圖像預濾波，聚焦窗口選擇，聚焦評價函數閾值以及搜索步長都可以由用戶通過異步串行通信接口設定。 圖2所示為自動聚焦裝置的主程序流程圖，系統初始化后，從UART通訊模塊9等待接收命令，如果有設置命令，則根據新的設定值重新設置參數，如果沒有串口命令，則采集一幀圖像，判斷是否需要自動聚焦，如果需要，則運行搜索算法，驅動電機到最佳聚焦位置。 本實用新型未經描述的技術特征可以通過現有技術實現，在此不再贅述。當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求一種熱像儀自動聚焦裝置，其特征是，它包括微處理器，視頻輸入電路，電機驅動電路，串口通訊電路，其中，微處理器包括圖像采集模塊、圖像清晰度判斷模塊、UART通訊模塊、電機控制模塊；所述圖像采集模塊用于接收熱像儀輸出的經過處理的紅外圖像，并根據預先設定的聚焦窗口將需要的數字信號讀入內存，所述圖像清晰度判斷模塊用于根據讀入內存的數字信號，計算清晰度評價函數值；所述的電機控制模塊與電機驅動電路連接，所述UART通訊模塊用于與外部的通訊。
2. 根據權利要求1所述的熱像儀自動聚焦裝置，其特征是，所述微處理器與SRAM連接。
3. 根據權利要求1所述的熱像儀自動聚焦裝置，其特征是，所述微處理器與FLASH連接。
4. 根據權利要求1所述的熱像儀自動聚焦裝置，其特征是，所述微處理器與電平轉換芯片連接。
專利摘要本實用新型為一種針對熱像儀自動聚焦裝置。其技術方案為一種熱像儀自動聚焦裝置，它包括微處理器，視頻輸入電路，電機驅動電路，串口通訊電路，其中，微處理器包括圖像采集模塊、圖像清晰度判斷模塊、UART通訊模塊、電機控制模塊；所述圖像采集模塊用于接收熱像儀輸出的經過處理的紅外圖像，并根據預先設定的聚焦窗口將需要的數字信號讀入內存，所述圖像清晰度判斷模塊用于根據讀入內存的數字信號，計算清晰度評價函數值；所述的電機控制模塊與電機驅動電路連接，所述UART通訊模塊用于與外部的通訊。采用該方案可以提高成像質量，減少反復的手動操作，減少人工干預，增強使用方便性。
文檔編號H04N5/33GK201532254SQ200920227398
公開日2010年7月21日 申請日期2009年9月28日 優先權日2009年9月28日
發明者陳大明, 陳玉花 申請人:山東神戎電子股份有限公司