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基于DSP的自動對焦系統(tǒng)
摘要：介紹了一種基于DSP芯片TMS320F206進行數(shù)值計算和實施控制的自動對焦系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)的硬件構成和軟件設計。該系統(tǒng)不僅充分發(fā)揮了DSP芯片的數(shù)值計算優(yōu)勢，而且拓展了其在人機對話和電機控制等輸入輸出方面的應用。現(xiàn)代社會是一個高度信息化的社會，多媒體技術的發(fā)展使圖像信息的獲取及其傳輸手段倍受矚目。自動對焦技術是計算機視覺和各類成像系統(tǒng)的關鍵技術之一，
在照相機、攝像機、顯微鏡、內窺鏡等成像系統(tǒng)中有著廣泛的用途。傳統(tǒng)的自動對焦技術較多采用測距法，即通過測出物距，由鏡頭方程求出系統(tǒng)的像距或焦距，來調整系統(tǒng)使之處于準確對焦的狀態(tài)。隨著現(xiàn)代計算技術的發(fā)展和數(shù)字圖像處理理論的日益成熟，自動對焦技術進入一個新的數(shù)字時代，越來越多的自動對焦方法基于圖像處理理論對圖像有關信息進行分析計算，然后根據控制策略驅動電機，調節(jié)系統(tǒng)使之準確對焦。
本文利用數(shù)字式CMOS圖像傳感器作為感像器件，運用DSP芯片采集圖像信息并計算系統(tǒng)的對焦評價函數(shù)，根據優(yōu)化的爬山搜索算法控制驅動步進電機，調節(jié)系統(tǒng)光學鏡頭組的位置，使系統(tǒng)成像清晰，從而實現(xiàn)自動對焦。這是一種數(shù)字式的自動對焦方法，其準確性和實時性使其在視頻展示臺和顯微鏡等設備中的應用具有廣泛的前景。
1 系統(tǒng)的硬件構成
一個典型的自動對焦系統(tǒng)應具備以下幾個單元：成像光學鏡頭組、成像器件、自動對焦單元、鏡頭驅動單元。在本系統(tǒng)中，成像光學鏡頭組包括光學濾波器、變焦透鏡組和對焦透鏡組；成像器件是CMOS數(shù)字式圖像傳感器，輸出圖像信息的數(shù)字量；自動對焦單元由DSP芯片作為核心器件，圖像信息的采集、計算、控制策略的選擇和控制信號的產生都在這個單元中進行；鏡頭驅動單元包括步進電機及其驅動電路，該單元接受自動對焦單元的控制，驅動成像光學鏡頭組中的變焦透鏡組和對焦透鏡組進行位置調節(jié)，最終使圖像傳感器輸出準確對焦的圖像。系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。
1．1 數(shù)字式CMOS圖像傳感器
圖像傳感器是把光信號轉換成電信號的裝置。本系統(tǒng)采用1／3英寸數(shù)字式CMOS圖像傳感器OV7620，總有效像素單元為664(水平方向)x492(垂直方向)像素；內置10位雙通道A／D轉換器，輸出8位圖像數(shù)據；具有自動增益和自動白平衡控制，能進行亮度、對比度、飽和度、γ校正等多種調節(jié)功能；其視頻時序產生電路可產生行同步、場同步、混合視頻同步等多種同步信號和像素時鐘等多種時序信號；5V電源供電，工作時功耗
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