显微镜自动对焦

显微镜自动对焦

随着科技的发展与进步，显微镜的某些功能已经跟不上时代的发展，自动对焦技术越来越多的应用于各种成像系统。这使得自动对焦技术的理论和方法迅速发展，然而，在一些成像系统中的实际应用并不成熟，仍需要进行大量的研究。

自动对焦技术的发展状况

作为现代成像系统中必不可少的一项关键技术,自动对焦技术于2O世纪70年代最初应用于照相系统"传统的对焦技术大部分是基于测距原理的,如超声波测距法!反射能量法.,和一些基于三角测距原理的方法"随着电子技术和信号处理技术的发展,人们对准确对焦图像信号和离焦图像信号的鉴别能力得到提高,从而产生了基于视频信号分析的自动对焦技术,并应用于摄像系统"加世纪90年代后,以ccD(或cMo)s获取的图像作为基本信息,以图像分析与处理技术作为基础的自动对焦技术得到了很大发展,能自动对焦的数码相机就是这一技术应用的典型代表"在国际上,自动对焦技术已经比较成熟,特别是在数码相机和安防监控系统方面,但也还存在着一定的局限性,甚至有误对焦等情况的出现,而在显微镜上的自动对焦技术的应用相对较少,Nikon公司已经推出了这方面的产品,但价格比较昂贵"其中有一套显微镜自动对焦系统,它是对样品表面附近的标记(标记的像)进行自动对焦,这样就避开了样品本身复杂多变的信号,而只需对关于标记的简单明确的信号进行处理,频率成分也很单一,故能快速准确地实现自动对焦"

性能良好而且判断准确的调焦准则及策略,对于精确的图像信息获取起着极为重要的作用"在自动对焦技术领域的研究中,人们提出了多种多样的自动对焦评价方法"其中,光学显微镜自动聚焦的技术研究一文中,在对普通光学显微镜进行一定改装的基础之上,设计了一套显微镜自动聚焦系统,并且给出了图像的灰度差分绝对值之和算子,解决了自动聚焦过程中是否正确聚焦的判断问题,最后还给出了一套基于启发式搜索算法的聚焦搜索策略,以加快焦平面的搜索"在基于传统的基于嫡函数的自动聚焦方法/文中,提出了一种分步聚焦的快速自动聚焦算法"该方法较好地解决了传统的自动聚焦方法无法同时协调聚焦速度与聚焦精度的不足,而且具有很高的鲁棒性"在一种基于能量和嫡的自动聚焦算法文中,提出了一种基于能量和嫡的对焦评价方法,在讨论镜头系统造成图像模糊原理的基础上,提出以空域高频能量和墒作为图像清晰度判据并详细分析了判据性能,针对传统的MCS聚焦流程所固有的局限性,引入了方向测试帧概念,

通过联合使用多种清晰度判据以及步长的自适应调整策略提高了自动聚焦的可靠性!聚焦速度以及聚焦灵敏度"文献提出了一种基于小波变换的多分辨率分析方法来实现数字图像自动聚焦的算法,它通过对小波变换后清晰图像和模糊图像的高频系数的能量值进行计算比较,从而可以判断图像是否聚焦。

本课题主要研究一下内容：

1.对焦评价函数的设计及其性能仿真

对常用的对焦评价函数，特别是对基于模拟滤波对焦评价函数算法的分析比较后，提出一种基于数字滤波的对焦评价函数算法，而且对该算法进行设计和性能仿真的研究，在仿真的过程中，将新的对焦评价函数算法与以往几种常用的对焦评价函数算法的性能相比较厚，加数字滤波评价函数算法进行改进。

2.显微镜自动对焦系统的实现

在本系统中，硬件设计研究中主要是对单片机控制驱动电路的设计，用单片机

控制步进电机正传，反转，加速，加速等功能；软件设计研究则主要是人机交互界面软件设计。该用户界面用来实现视频采集，对焦评价函数算法，优化爬山搜索算法，电机控制，数据库等功能。

3.基于数字滤波对焦评价函数在显微镜自动对焦系统中的应用

通过实验来比较数字滤波对焦评价函数算法和几种常用的对焦评价函数算法在显微镜自动对焦系统中的实际性能，并重点对对评价函数算法在整个系统中实现自动对焦的实现行进行比较分析和改进，使整个对焦系统具有良好的实现性。显微镜的成像原理

1.一般地,样品经短焦距的物镜在一定的距离应形成放大像,这个中间像是倒立的实像,而在像距比物距大的情况下,样品应放在物镜的焦距之内".

2.中间像可以当作一个物体,它可以通过目镜被眼睛所观察,当中间像靠近目镜的焦平面时,最终像就会在眼睛的一定距离内形成,这个最终像是倒立的虚像。此虚像不能显示在屏幕上也不能使照相底片感光"

3.复式显微镜的总放大倍数M是物镜放大倍数M"和目镜放大倍数M"的乘积" 显微成像的影响因素

显微镜能否得到清晰的图像与很多因素有关,如显微镜的景深!操作场景的光照! CCD的灵敏度等等"而这些因素中最重要的是显微镜的景深,因为确保微操作场景处于显微镜景深范围之内,是成像的第一步,同时应该尽量消除或者减少光照变化及不均匀等因素的影响"研究成像系统的景深对自动对焦系统的设计非常重要"当显微镜调焦于物面即对准平面时,如果位于其前和后的物面仍能被看清的话,则该二平面之间的距离称为显微镜的景深"关于显微镜的景深,虽然大家的意见不一,但大都认为景深应该和光波长兄!显微镜物镜数值孔径NA!介质折射率n和显微镜放大率M这几个参数有关"

显微镜的齐焦差

众所周知,显微镜在使用过程中要经常调换物镜和目镜,因此它必须满足齐焦条件,即当调换物镜后,不需要重新调焦就能看到物体的像"从而,不同倍率的物镜应设计有不同的光学筒长,并在光学和机构上满足如下三个要求:

1.不同倍率的物镜有相同的物像共扼距"对于生物显微镜,我国规定为195mm"

2.物镜的像面到镜筒的上端面,即目镜的支承面的距离固定"我.国规定为IOmm"

3.为在调换目镜后也不需要重新调焦,则目镜的物方焦平面要与物镜的像面重合" 自动对焦技术的基本方法

传统的对焦技术

显微镜调焦的方法基本上可以分为内调焦!透镜组调焦!动态聚焦透镜调焦!以及广泛采用的调节工作台与显微镜头相对位置的方法"实现其自动调焦,可以通过附加某种探测设备以判断成像清晰程度,再控制调焦装置实现有针对性的运动,使得显微镜成像于最清晰的某一点"

显微镜自动对焦系统的总体结构

本章主要介绍了显微镜自动对焦系统的总体架构,并详细叙述了其中的执行机构部分,而步进电机则是执行机构的关键"步进电机的选取是我们在系统建立的初期要着重解决的,而当选好电机后,相应的装夹机械结构设计也要跟上"为了使步进电机能够更好地运转,我们在驱动电机时,就要考虑步进电机的加速问题"对于本系统,我们所要处理的是视频信号,这就要求我们设计相应的模拟电路对CCD 采集来的视频信号进行处理"在本章的后半部分,我主要介绍了一下我们将要处理的电视信号的一些特点"

系统结构及原理

光学成像系统可以看作一个低通滤波器,存在一个截止频率,在截止频率以上的信息经光学系统成像后将会丢失,截止频率以下的成分被光学系统调制和传递"对于对焦准确的图像,画面清晰,轮廓清楚,图像高频成分的电平幅度大;离焦时,画面不清晰,轮廓不清楚,高频成分的电平幅度小"因此,本文设计了一种基于视频图像高频成分判别的自动对焦系统"它包括显微镜系统!CCD视频信号获取!模拟视频信号处理!单片机控制与对焦执行机构五个部分"其中,显微镜和CCD负责视频信号的获取,而模拟信号处理部分使用多路反馈带通有源滤波器对获得的视频信号进行滤波,保留高频成分,并对一帧图像中高频信号进行积分,然后单片机通过A"芯片采集模拟积分信号/,以此判断是否处于正确对焦位置,并根据搜索算法控制执行机构进行对焦"

显微镜自动对焦系统硬件的设计及优化

本章主要介绍了显微镜自动对焦系统电路部分的设计,用来处理本系统视频信号的电路部分显然是进行软件控制及其它后续工作的基础"但是,电路的设计不是一跳而就的,它需要我们不断地实验与调整"在系统的调整过程中,我们不断发现问题解决问题,调整电路并优化方案,使系统更加完善"在本章中,主要讲述了四个

方面:滤波器的设计及优化!信号的放大!视频行与单片机周期间的漂移问题和电机驱动方式的优化"其中滤波器的设计对系统要处理的视频信号起非常重要的作用,我们不但要设计合适滤波器参数,而且要对滤波的方案进行一些探讨"电机的驱动方式与系统的对焦时间密切相关,我们通过改变其驱动方式的方法,提高了系统的对焦速度"

滤波器的设计及优化

电视信号占有0一6MHz的频带宽度,而传输的信号中比6MHz更高的频率成分为无效的噪声信号"图像的细节和清晰度有关,离焦的图像会丧失掉部分细节,在频域上表现为高频信号的减弱"离焦量越大,图像越不清晰,信号的高频部分越弱"因此,我们可以根据视频信号的高频成分强弱来判断图像是否正确对焦,以及离焦程度的大,小"只要找到了包含高频成分最多的那帧图像,对应的成像位置就可被认为是最佳对焦位置"从而,我们需要设计一个能让图像中的高频部分通过,而又滤掉噪声的滤波器0-

滤波器通带的设计及优化

"在系统调整的初期,经过实验的验证,我们把滤波器通带的中心频率选择为ZMHz,带宽也为ZMHz,取得了较好的实验效果,能够在较短的时间内实现自动对焦,并且分别达到不同倍数物镜下各自的精度要求"在系统的继续调整过程中,我们希望在保证一定的对焦精度的情况下,加快对焦的速度"经过多次探讨以及实验,我们发现在搜索过程中,第一次大步长粗略地搜索,选用更低频的通带较为适合,对焦的范围会更大,速度也会有所提高"因为这时低频的变化明显,且已经足够让系统粗略判出大致的聚焦位置"而第二次以小步长搜索,选用较高频的通带,更能反映图像的细节信息,能够保证一定的精度要求"

信号的放大

为了方便后续的信号积分!A了D变换和数据的采样,滤波后的信号需要进行一定程度的放大"而且放大倍数并不是毫无规律的,不同亮度!不同物镜倍数的情况下,视频信号需要不同倍数地放大"如果放大倍数过小,则起不到放大的效果,会使得系统由于信号过小而无法实现自动对焦;如果放大倍数过大,则会使得视频信号出现过饱和的状态,从而会使得电机每次都冲过头,而不能准确到达正确的对焦位置,这是由于对焦曲线的峰被削平了,不再能正确反映对焦过程中所采集的图像信息的变化,实验中就出现过这种情况"我们在系统中采用了放大电路,如图所示,(a)为同相比例放大器,b()为反相比例放大器6-"

系统对焦时间的测试

系统的对焦时间是衡量显微镜自动对焦系统性能的一个重要指标,自然我们希望系统的对焦时间越短越好,当然,也要保证一定的系统精度"系统对焦时间与离焦程度的大小密切相关,离焦较远和电机开始转动方向错误的话,都会使对焦时间增加"在我们系统调整的整个过程中,我们都要对当前系统的对焦时间及期望的对焦时间做到心中有数"在我们电机驱动方式改变的前后,系统的对焦时间有了较明显的变化,"

参考文献

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单反相机自动对焦系统简史

进入数码时代之后，所有的数码单反相机都有自动对焦功能。用久了习以为常就会觉得这是一项必备功能，于是对自动对焦怎么来的课题就不再深究。事实上，今天的数码单反相机自动对焦系统年纪并不大，从第一台成功打开自动对焦单反市场的美能达Maxxum 7000起（1985年）也不过25年。这25年中自动对焦技术年年进步。目前的数码单反即使是入门级机身，也有多个对焦点及支持拍摄移动物体的各种功能。这在十多年前是高级机身的专利，二十多年前多半是幻想，和最早的Maxxum 7000相比更快速且准确。所以，这是一篇多少有些怀古的文章，大略介绍从最早自动对焦单反相机到独树一帜的康泰时AX（1996年）之间的演变，剩下来的就是大家耳熟能详的发展了。 早期自动对焦原型机和量产机 自动对焦的研究起源甚早，譬如尼康在1971年的Photo Expo（美国芝加哥市）展出了装在F2机身上的自动对焦镜头AF Nikkor 85mm f/4.2（见下图），徕卡也在1976年Photokina 上展出了带自动对焦系统的Correfot原型机、又在1978年Photokina上展出了功能齐全的相机，不过这些机型都没有正式量产上市。 第一台正式量产上市的自动对焦相机是柯尼卡C35 AF（1977年，下左图），这是使用霍尼韦尔的Visitronic自动对焦系统的简单（俗称傻瓜）相机。第一台有自动对焦功能的单反相机是宝丽莱在1978年推出的SX-70 Sonar OneStep（下右图）。它使用装在机顶的声纳（sonar）透过超音波测量对焦距离进行自动对焦。 第一批自动对焦单反镜头

第一波有自动对焦能力的单反镜头在1981年前后出现，它们是佳能FD 35-70mm f/4 AF和启能AF 50mm f/1.7（后来又加上了AF 35-70mm f/3.3-4.5）；下左照片是佳能AL-1机身配FD 35-70mm f/4 AF，下右是启能CE-4s机身加上AF 50mm f/1.7。 佳能和启能这两个自动对焦镜头前方都有两个小窗。启能镜头使用红外线，一个小窗后面有旋转的红外线发射器，另一个小窗内有接收器（见下图）。自动对焦时，会旋转的红外线发射器不断发出红外线、对焦马达驱动镜头移动，当接收器收到从被摄体反射回来最强的讯号时就停止对焦马达，从发射的角度和两个小窗之间的距离可以算出对焦距离。 佳能的系统比较复杂，不用红外线也没有移动的部份。镜头上两个小窗后面各有一片反光镜，两片反光镜之间是一个反光棱镜，它后面是一个CCD数组（见下图）。被摄体经过两个棱镜反射到反光棱镜、再投射到CCD上产生两个像，如果这两个像相同就表示对焦正确。在对焦时，镜头内的对焦马达驱动镜头，比较投射在CCD上的两个像，直到对焦完成为止，从两个像之间的距离就可以算出对焦距离。 佳能和启能这两个镜头与机身完全没有通信，用户把相机取景器中央的对焦点对准被摄体，再按住镜头上的对焦键进行对焦，成功后会发出提示音或亮灯（取景器中可见），然后按下快门拍摄。因为镜头和机身没有通信，佳能的镜头可以在使用FD接环的机身上自动对焦；同理，启能的镜头可以在使用宾得K接环的机身上对焦。另外，对焦马达都在镜头内，需要安装电池，所以镜头都很大且重，对焦速度相当慢、失误率颇高。更重要的是，两者都不是用镜头拍到的影像对焦，所以常会对错对象，而且近距离时有平行视差。启能镜头由于使用红外线，很容易受被摄体和相机之间的物体（譬如玻璃）干扰导致对焦失误，然而它却可以在全黑的环境中对焦。

智能显微工作站自动聚焦算法应用研究

摘要 摘要 自动聚焦是显微成像系统中必不可少的关键技术之一。智能显微工作站的研发解决了传统的显微镜人工操作的限制，缩短了操作时间且提高了聚焦精度，在电子工业、医学生物等领域占据着重要地位。智能显微工作站一方面完成机械系统设计，并在完成显微镜运动功能的同时，达到精确控制的目的；另一方面通过本地计算机与下位机的通信实现对显微镜的智能化控制和视频图像信息采集，显微镜所有操控动作实现本地计算机和远程计算机人机交互，包括自动聚焦，载物台移动，物镜切换等。自动聚焦算法是智能显微工作站能否聚焦成功的关键，依赖于基于图像处理的自动聚焦技术，因此实现从显微图像中快速、准确地聚焦到焦平面，具有重要的实际应用价值与意义。 在聚焦评价函数的选择中，聚焦评价函数的选择需满足无偏性、单峰性、高灵敏度和抗噪性。聚焦函数易受到光照变化、噪声等因素的影响，导致聚焦曲线失去理想的曲线特性而无法获取最佳聚焦平面。针对光照变化带来的影响，通过频域和空域的结合，提出一种基于离散余弦变换零系数和局部标准差的自动聚焦算法。实验结果表明，该算法能解决光照变化带来的不利影响，且具有较强的抗噪性、灵敏度和稳定性。 针对噪声带来的不利条件，提出一种基于梯度和方差的改进算法。实验结果表明，该算法在噪声的影响下还能保持良好的曲线特性且具有较强的抗噪性。 在聚焦窗口的选取中，聚焦窗口必须保证选取到包含丰富目标内容的子块。聚焦开始前，显微镜无法预知目标的位置，一旦目标偏离中心或目标内容过少，传统的聚焦窗口选取算法无法获取有效的子块作为聚焦窗口。为了解决传统聚焦窗口选取算法无法灵活选取聚焦窗口的问题，提出一种根据图像子块梯度幅值总和变化量的聚焦窗口选取方法。实验结果表明，新算法能选取到含内容区域较多的图像块作为聚焦窗口。 聚焦窗口的选取易受到玻片杂质的影响，使得聚焦曲线出现“双峰”或“多峰”的现象，导致搜索提前结束而无法获取最佳聚焦平面。为了解决玻片杂质带来的影响，提出一种基于支持向量机和图像处理的聚焦区域选取算法。实验结果表明，该算法能有效解决玻片杂质引起焦平面误判的问题，且能确保选取到内容丰富的子块作为聚焦窗口，提高聚焦的准确性。 关键词：智能显微工作站；自动聚焦；聚焦评价函数；聚焦窗口 I 万方数据

角膜厚度的共焦显微镜测量分析

作者单位:312000浙江省绍兴市人民医院眼科(徐永根);浙江大学医学院附属邵逸夫医院眼科(潘飞、姚玉峰) 角膜厚度的共焦显微镜测量分析 徐永根　潘飞　姚玉峰 【摘要】　目的　研究共焦显微镜测量角膜厚度的准确性和稳定性。方法　非随机性对照临床试验,用裂隙扫描共焦显微镜和A 超测厚仪分别测量20人的27个正常角膜中央厚度。结果　中央角膜厚度测量平均值(±SD )裂隙扫描共焦显微镜为(529.6±33.9)Λm ,A 超测厚仪为(536.7±38.2)Λm ,两者差别有显著意义(P <0.001,配对 资料t 检验),两方法差值所在范围(±SD )是(7.0±7.1)Λm ;各眼测量值间标准差的平均值共焦显微镜为17.8Λm ,A 超测厚仪为1.7Λm ,共焦显微镜的变异度较A 超测厚仪大。结论　裂隙扫描共焦显微镜可以测量角膜厚度,但其测量值与A 超测厚仪所测值有差别,且测量变异度较A 超测厚仪大,稳定性相对差。 【关键词】　角膜;厚度;共焦显微镜;A 超测厚仪 Cornea l th ickness m ea sure m en t with confoca l m icroscopy X u Y ong g en .D ep a rt m en t of Op h tha l m ology , S haox ing P eop le ’s H osp ita l ,S haox ing 312000;P an F ei ,Y ao Y uf eng .D ep a rt m en t of Op h tha l m ology ,S hao Y if u H osp ita l ,Z hej iang U n iversity S chool of M ed icine ,H ang z hou 310016,Ch ina 【Abstract 】　Objective To determ ine the accu racy and rep roducib ility of cen tral co rneal th ickness (CCT ) m easu rem en t w ith slit scann ing confocal m icro scope .M ethods In a p ro spective comparative clin ical trial ,27no r 2m al cen tral co rneas of 20sub jects w ere adm itted fo r m easu rem en t of th ickness w ith Confo scan 2.0slit scann ing confocal m icro scope (SSC M )and Sonom ed u ltrasound pachym eter (PA CH ).Result Cen tral co rneal th ickness (±SD )of 27co rneas in 20sub jects m easu red by SSC M (529.6±33.9)Λm and by PA CH (536.7±38.2)Λm differed (P <0.001,paired Studen t’s t 2test ),and the difference betw een bo th m ethods w as over the range of CCT (m ean difference ,7.0±7.1)Λm .T he m ean in trapatien t SD of SSC M w as 17.8Λm show ed m uch greater than 1.7um of PA CH ,w h ich indicated that SSC M had poo rer rep roducib ility compared w ith PA CH .Conclusion T he SSC M is a poo rer p recise techn ique fo r m easu ring cen tral co rneal th ickness than u ltrasound pachym eter . 【Key words 】　Co rnea ;T h ickness ;Confocal m icro scope ;U ltrasound pachym eter 共焦显微镜是一种新型的光学显微镜,凭其独特的共焦特性,与普通光学显微镜相比,在清晰度和分辨率方面都有明显的提高,尤其在现代计算机技术的辅助下,它可以在细胞水平对活体组织进行动态地无损伤地断层扫描和三维重组成像[125]。几十年来,由于共焦显微镜技术的改进,目前已能被应用于活体正常角膜、角膜变性、角膜感染、角膜屈光手术及角膜移植术后等角膜的检查[126]。 共焦显微镜在逐层扫描提供角膜各亚层冠状位图像同时,也能在纵向上记录角膜厚度。共焦显微镜角膜厚度的测量是通过贯穿性聚焦扫描(th rough 2focu s scan )完成的,即在计算机的控制下,共焦显微镜物镜聚焦平面在纵向上快速移动,贯穿整个角膜,形成一系列二维图像,根据每幅图像中央部反射光强度和图像深度,经专门软件形成Z 曲线,而因角膜各层密度不同,反光强度不同,使角膜各层位置一一对应在曲线各点上(图1),对曲线上特定两点距 离的测量就可获得角膜整个或各层的厚度[225]。 角膜厚度是角膜功能的重要指标,它能反映角膜内皮功能,洞悉屈光手术愈合过程,也能揭示局部或全身疾病累及角膜的变化[3,729]。共焦显微镜在逐层扫描提供角膜冠状位的图像,同时可以测量角膜厚度,但其测量的准确性和稳定性尚未清楚。常规超声测厚仪(u ltrasound p achym eter ,PA CH )是通过A 超快速测量全层角膜厚度,操作简易,仅需病人稍 许合作,可重复较好,是目前临床和科研中测量角膜厚度的最主要测厚方法[8,9]。本研究用裂隙扫描共焦显微镜和A 超测厚仪分别测量正常中央角膜厚度(cen tral co rneal th ickness ,CCT ),对测量值进行比较,以研究共焦显微镜的准确性和稳定性。 材料与方法 11被检查者的纳入条件:健康志愿者,即无眼 病、屈光手术、佩戴接触镜、局部用眼药史,眼压正常(≤21mm H g )。每个被检查者测量前须经裂隙灯检查,并获得知情同意。 ?825? 临床眼科杂志2004年第12卷第6期　Jou rnal of clin ical oph thal mo logy ,2004,V o l .12,N o .6

各种马达自动对焦原理精

各种马达自动对焦原理 精 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

各种马达自动对焦原理(转载)在数码相机中，对焦是保证所记录的影像取得清晰效果的关键步骤。对焦机构就是用来调节镜头和CCD之间的距离，使得像平面落在CCD的成像表面。目前，常用的数码相机中多采用自动对焦，即根据被拍摄目标的距离，由电路驱动马达移动镜片到相应的位置上，从而使被拍摄目标自动清晰成像。 从基本原理来说，自动对焦可以分成两大类：一类是基于镜头与被拍摄目标之间距离测量的测距自动对焦，另一类是基于对焦屏上成像清晰的聚焦检测自动对焦。 1.测距自动对焦 测距自动对焦主要有红外线测距法和超声波测距法。 红外线测距法该方法的原理是由照相机主动发射红外线作为测距光源，并由红外发光二极管间构成的几何关系,然后计算出对焦距离。 超声波测距法该方法是根据超声波在数码相机和被摄物之间传播的时间进行测距的。数码相机上分别装有超声波的发射和接收装置，工作时由

超声振动发生器发出持续超声波，超声波到达被摄体后，立即返回被接收器感知,然后由集成电路根据超声波的往返时间来计算确定对焦距离。 红外线式和超声波式自动对焦是利用主动发射光波或声波进行测距的，称之为主动式自动对焦。 2.聚焦检测自动对焦 聚焦检测方法主要有对比度法和相位法 a 对比度法该方法是通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦的。图像的轮廓边缘越清晰，则它的亮度梯度就越大，或者说边缘处景物和背景之间的对比度就越大。反之，失焦的图像,轮廓边缘模糊不清，亮度梯度或对比度下降；失焦越远，对比度越低。利用这个原理，将两个光电检测器放在CCD前后相等距离处，被摄影物的图像经过分光同时成在这两个检测器上，分别输出其成像的对比度。当两个检测器所输出的对比度相差的绝对值最小时，说明对焦的像面刚好在两个检测器中间，即和CCD 的成像表面接近，于是对焦完成。 b 相位法该方法是通过检测像的偏移量实现自动对焦的。 在感光CCD的位置放置一个由平行线条组成的网格板，

激光共聚焦显微镜技术1讲解

激光共聚焦显微镜技术 The techniques and applications of Confocal Laser Scanning Microscopy 激光共聚焦显微镜(LSCM)的发展简史 1957年，Marvin Minsky提出了共聚焦显微镜技术的某些基本原理，获得了美国的专利。1978年，阿姆斯特丹大学的G.J.Brakenhoff首次展示了改善了分辨率的共焦显微镜。 1985年，Wijnaendtsvan Resandt推出了第一台对荧光标记的材料进行光切的共焦显微镜 激光共聚焦显微镜(LSCM)的发展简史 ?80年代末，各家公司都推出了商品化的共焦显微镜,英国的Bio-Rad公司的MRC系列，德国Leica公司的TCS系列，Zeiss公司的LSM系列等。 ?近二十年来，从滤片型到光谱型，人们对共焦高分辨率，采集图像快速，技术的改进及应用开发不断进行，出现了很多新的技术。如双光子，FCS,FLIM ,STED等。 共焦显微镜的优点 人眼分辨率：0.2mm 光学显微镜分辨率：0.25μm 电子显微镜分辨率：0.2nm 共焦显微镜分辨率：μm 共焦显微镜的优点 ?电子显微镜的缺陷： 1.只能观察固定样品 2.样品制备过程（固定、包埋、切片）造成的假象 ?荧光显微镜的缺陷: 1.可以观察活细胞或组织，但细胞或组织内结构高度重叠。 2.荧光具有强散射性，造成图像实际清晰度的大大下降。 3.荧光漂白很快，使荧光图像的拍照有困难。 4.如果荧光滤片选配不当，多荧光标记样品图像的采集很困难，且很难抑制光谱交叉。 共焦显微镜的优点 ?共焦显微镜与传统显微镜的区别 1.抑制图像的模糊，获得清晰的图像 激光扫描共焦显微镜技术 ?共焦显微镜与传统显微镜的区别

共聚焦显微镜

共聚焦显微镜 从一个点光源发射的探测光通过透镜聚焦到被观测物体上，如果物体恰在焦点上，那么反射光通过原透镜应当汇聚回到光源，这就是所谓的共聚焦，简称共焦。共焦显微镜[confocallaserscanningmicroscope(clsm或lscm)]在反射光的光路上加上了一块半反半透镜(dichroicmirror)，将已经通过透镜的反射光折向其它方向，在其焦点上有一个带有针孔(pinhole)的挡板，小孔就位于焦点处，挡板后面是一个光电倍增管 (photomultipliertube，pmt)。可以想像，探测光焦点前后的反射光通过这一套共焦系统，必不能聚焦到小孔上，会被挡板挡住。于是光度计测量的就是焦点处的反射光强度。其意义是：通过移动透镜系统可以对一个半透明的物体进行三维扫描。 激光扫描共聚焦显微镜是二十世纪80年代发展起来的一项具有

划时代的高科技产品，它是在荧光显微镜成像基础上加装了激光扫描装置，利用计算机进行图像处理，把光学成像的分辨率提高了 30%--40%，使用紫外或可见光激发荧光探针，从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图像，在亚细胞水平上观察诸如ca2+、ph值，膜电位等生理信号及细胞形态的变化，成为形态学，分子生物学，神经科学，药理学，遗传学等领域中新一代强有力的研究工具。激光共聚焦成像系统能够用于观察各种染色、非染色和荧光标记的组织和细胞等，观察研究组织切片，细胞活体的生长发育特征，研究测定细胞内物质运输和能量转换。能够进行活体细胞中离子和ph值变化研究（ratio），神经递质研究，微分干涉及荧光的断层扫描，多重荧光的断层扫描及重叠，荧光光谱分析荧光各项指标定量分析荧光样品的时间延迟扫描及动态构件组织与细胞的三维动态结构构件，荧光共振能量的转移的分析，荧光原位杂交研究（fish），细胞骨架研究，基因定位研究，原位实时pcr产物分析，荧光漂白恢复研究（frap），胞间通讯研究，蛋白质间研究，膜电位与膜流动性等研究，完成图像分

自动对焦镜头工作原理

自动对焦镜头（auto focal camera lens）从工作原理上分两大类：一类为间接实测物距方式，另一类为高频分量析出方式。 1.间接实测物距方式： 它是利用一些可以被利用的间接距离测量方式来获取物距，通过运算，伺服电路驱动焦距调节的微型马达，带动调焦镜片组的轴向移动，来达到自动焦距调节的目的。 经常被利用来的间接距离测量方式有：无源光学基线测距、有源超声波测距、有源主动红外测距以及现代的激光技术在测量领域的应用等。 无源光学基线测距：熟悉摄影的朋友都知道，在取景器里使用光学基线原理得到磨砂、裂像、菱锥等手段的焦距调节方式。磨砂颗粒最细腻时、景物目标在两半圆裂像环中完全吻合上、菱锥的晶体不再明显时就是被摄目标的物距调节到清晰了……这些应用技术都是可以通过光路传递给光电电路捕获到阴影面积发生的变化，经过一系列的函数分析计算后，进行调焦驱动。 有源超声波测距：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测，通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，也就是物距，伺服电路驱动焦距调节的微型马达，达到自动调焦的目的。有源主动红外测距以及现代激光技术测距原理上基本相似。 这类方式在应用上目标精度高，成本高是可想而知的，且体积一般都比较大，维护也相当困难，不过在高档照相摄影器材中有一些这类技术简化了的身影出现。 2.高频分量析出方式： 这种方式是直接利用我们摄象机的视频信号进行焦距调节，能够满足绝大多数场合的调焦需要。 工作原理：如果我们把视频图象看成由若干个点组成的一帧图象，这时候会发现，在焦距清晰时，这些点的边缘也清晰，焦距模糊时，这些点的边缘也变得模糊起来。再进一步讨论时我们又发现，其他条件不变，同样是摄取同一景物，仅焦距发生了改变，图象清晰的视频信号的高频分量成分丰富，而图象模糊的视频信号的高频分量要相对少一些。这也正是电视技术中提到的，图象的细节由电视信号的高频分量表示。实现手段：调焦中心区剪取、高频分量析出、伺服比较驱动。 1.剪取调焦中心虽然实际场景是三维空间，但反映到画面上时，就只有一个平面的二维了，也就简化了我们的设计了。由于我们经常需要的被摄目标处于靶面的中心位置，通过大量的实际调查统计，这个区域的大小为靶面1/3~1/5，反映到监视器上就是屏幕中心的1/3~1/5区域为我们的主要观察目标区。在电路上我们通过行、场扫描的时序控制将这一区域的视频信号给剪取下来。 2.高频分量析出，将剪取下来的视频信号通过一特定的高通带宽滤波器，析出对焦距变化敏感的高频分量成份。 3.通过析出的对焦距变化敏感的高频分量成份，通过比较器(comparator) 电路伺服驱动调焦微型可逆马达转动，直到得到最大值，完成一次自动调焦过程。 现在比较普遍采用的就是这个模式，这个工作原理提出后，新闻、民用一体化摄象机就被采用了，历经时代的变迁，现在这一技术被应用到现代安防工程的一体化摄象机上。由于各摄象机制造厂家间技术应用上的差异，在细小的单元处理电路上会有不同。 在换算驱动输出处理方式上、输出累积误差环节上，有以施加时间段电压方

光学显微镜自动聚焦算法研究

doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2018.06.003 光学显微镜自动聚焦算法研究 吕美妮1， 玉振明2 (1. 桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林 541004; 2. 梧州学院 广西高校图像处理与智能信息系统重点实验室，广西 梧州 543002) 摘 要: 聚焦是显微成像系统中的重要环节之一，为解决由目标内容分布及噪声引起聚焦曲线失去理想曲线特性的问题，提出一种新的自动聚焦算法。该算法通过设定阈值剔除大量无用的图像子块，根据图像子块的梯度幅值总和确定最终的聚焦窗口；然后通过计算窗口子块的梯度及方差，并利用像素权重进行加权，将其作为聚焦评价函数。实验结果表明：新算法中聚焦窗口选取方法能选取到内容较丰富的子块作为聚焦窗口，且新算法中聚焦评价函数在抗噪性、灵敏度和稳定性方面具有一定的优势。 关键词: 图像处理; 自动聚焦; 聚焦窗口; 聚焦评价函数 文献标志码: A 文章编号: 1674–5124(2018)06–0011–06 Study on automatic focusing algorithm of optical microscope Lü Meini 1, YU Zhenming 2 (1. College of Information and Communication, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China; 2. Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Image Processing and Intelligent Information System, College of Wuzhou, Wuzhou 543002, China) Abstract : Focusing is one of the most important links in the microscopic imaging system, in order to solve the problem that the distribution of target content and noise cause the loss of ideal curve characteristic of the focusing curve, a new automatic focusing algorithm is proposed. In this algorithm, a large number of useless image sub-blocks are eliminated by setting a threshold, and then the final focus window is determined according to the sum of the gradient amplitude of the image subblock. The gradient and variance of the window sub-block are calculated after the focus window is determined, using pixel weight to weight it as a focusing evaluation function. The experimental results show that the focusing window selection method in the new algorithm can be selected as the focusing window with rich content, and the focusing evaluation function in the new algorithm has some advantages in noise resistance, sensitivity and stability. Keywords : image processing; automatic focusing; focusing window; focusing evaluation function 收稿日期: 2017-09-10；收到修改稿日期: 2017-11-25 基金项目: 国家自然科学基金（61562074）；广西科学研究与技术开发计划课题（桂科攻1598007-13）；梧州市公安视频图像大 数据分析处理平台建设与关键技术研发（桂科AB16380273） 作者简介: 吕美妮（1991-），女，广西贵港市人，硕士研究生，专业方向为数字图像处理。 通信作者: 玉振明（1963-），男，广西梧州市人，教授，博士，研究方向为数字图像处理、电机控制。 第 44 卷 第 6 期 中国测试Vol.44 No.62018 年 6 月CHINA MEASUREMENT & TEST June, 2018 万方数据

相机自动对焦原理

照相机自动对焦原理 赵辛 3070011205 光电技术的进步正不断的改变着人类的生活：达到飞向太空的宇宙飞船，小到计算器上的太阳能电池。2009年诺贝尔物理学奖也都颁发给了光电领域的科学家，两位美国科学家因为“发明了一种成像半导体电路，即CCD（电荷耦合器件）传感器”获此殊荣。 说到CCD，大家首先联想到的就是数码相机。正是因为CCD可以实现光信号向电信号的转换，我们才可以抛弃传统相机将光信号转换为化学信号的模式，走入一个快捷搞笑的读图时代。但是，如果我们对比现在和几十年前的照相机会发现，除了成像方式的变化，对焦方式也发生了很大的变化。现在的相机可以自动对焦，甚至可以自动进行人脸识别。其实，这也与CCD的发明密不可分。 以下就来介绍一下照相机自动对焦的原理。 照相机自动对焦系统的可以追溯到60年代。1963年，佳能公司曾在西德的科隆博览会上展出一架具有自动对能力的照相机原型，这个时期的自动对焦技术仍相当原始，1974年，尼康公司也推出了一款具备自动对焦能力的原型机；但其设计仍十分仰赖机械结构，体积大、反应慢是最大的缺点。一直到1975年，美国Honeywell公司才发表了具有实用价值的自动对焦组件VISITRONIC AUTOMATIC FOCUSING SYSTEM，又称为VAF 系统。很可惜，美国的创举到最后却反而为日本的相机工业带来革命，1977年日本小西六写真工业公司，也就是后来柯尼卡公司的前身，向美国购买了这套系统改良专利权，而于同年11月制作出了世界上第一架自动对焦照相机柯尼卡 C35 AF，成为世界上第一款有自动对焦能力的相机。

图1 相位检测自动对焦原理示意图 图2 自动对焦组件结构示意图 第一代自动对焦相机的对焦模式直接来源与手动对焦原理，属于被动的自动对焦。当调焦准确时，经过分离镜片生成的两束光线投影在CCD阵列上的距离是一定的，从而CCD(记住这是一个阵列)上被光束照射所产生的电荷的那一对CCD元件的位置也是固定不变的。这对CCD元件之间的距离在照相机设计时已经整定好了，作为焦点检测的基准。这个技术的基本原理是以分析来自景物主体的反光为参考指标。KONICA C35 AF 的 VAF 自动对焦系统是在两个测距窗后置有一个的三菱镜，三菱镜负责折射光线到

数码相机自动对焦模式详解

数码相机自动对焦模式详解 要把远近不同的物体拍清楚就要调整照相机镜头的焦点，这个过程就叫对焦，也叫调焦。老式相机是用手转动镜头筒,直到取景器里看到最清楚的影像,这叫手动对焦(MF)。现在的相机有强大的自动对焦功能，相机能自动测量到被摄主体的距离，利用马达驱动镜头里的一些镜片移动位置以往主体最清晰。 自动对焦的不同方式叫对焦模式。常用的基本对焦模式有两种单次对焦模式(AF—S)和连续对焦模式(AF—c），有的相机还有一种自动对焦模式(AF—A}。在相机的菜单里面可以选择相机的对焦模式。 1．单次对焦模式 单次对焦模式(佳能标记为0NE SHOT 尼康标记为AF—s)在半按快门按钮时相机完成对焦，半按快门的手指不松开(也不继续按下去)就会锁定焦点，这时不管怎样转动方向，或者镜头前的景物移动位置对焦点都不会改变。单次对焦模式下取景器里选定的对焦点会闪亮，一般情况是，焦点无法对准时对焦框变成黄色。焦点已经对准时对焦框变成绿色。 在拍摄实践中拍摄对象的主体部分并不总在画面中央，而是经常偏左或偏右一些，比如在拍摄留念照时。如果直接对着前方半按快门那么相机就会以正前方的物体为对焦点把距离较远的建筑树术等拍得很清晰而较近的．人物反而模糊了。 解决这个问题的方法就是采用单次对焦模式。首先把相机对准站在画面边上的人物轻轻半按下快门这时取景器里会在人物身上显示出一个绿框表示焦点对在这里，然后手指不要动，轻轻转动相机取景把人和背景都放在台适的位置，再轻轻地彻底按下快门，这样拍摄的照片，焦点就在较近的人物身上，人物是最清楚的。所以，单次对焦模式适台拍摄对象静止可以从容构图的情况。 2．连续对焦模式 连续对焦模式下{佳能标记为AI SERVO，又称人工智能伺服AF尼康标记为AF-C),在半按下快门按钮的时候相机对拍摄对象持续进行对焦,拍摄对象在画面里即使不断改变位置和距离。相机也时刻保持它最清晰。随时完全按下快门，都可以拍到主体清晰的照片。我们可以在安静的地方试验一下，这种模式下半按快门，可以听到相机里面的吱吱声，这就是自动对焦系统在连续工作。AI伺服模式下取景器里选定的对焦框不闪亮，即使对焦目标不移动，自动对焦系统仍然“吱吱”地连续工作。 比如有一个人从对面跑过来，在他离我们15米远的时候我们对准他半按快门，这时相机就锁定他为对焦点，他继续往前跑，离我们越来越近，这时相机就会始终把他作为对焦点持续进行调整，不管他离你8米还是5米，你随时彻底按下快门拍下照，片中跑步的人都是清晰的。因为这个模式下相机一直在对焦，所以如果我们拍摄的对象是固定的这种模式反：想用好连续对焦模式就要深入了解其特性。相机取景器里面分布着很多对焦点每种相机大约是从3个到51个不等，用户可以激活任何一个对焦点，也可以激活全部对焦点。 A.激活一个对焦点：半按快门时始终由这个对焦点进行对焦，移动镜头，面对的景物发生了变化，相机就对新的目标进行对焦。比如一个人从我们面前跑过，一开始他在对焦点上，

激光共聚焦显微镜系统的原理和应用讲解

激光共聚焦显微镜系统的原理和应用 激光扫描共聚焦显微镜是二十世纪80年代发展起来的一项具有划时代的高科技产品，它是在荧光显微镜成像基础上加装了激光扫描装置，利用计算机进行图像处理，把光学成像的分辨率提高了30%--40%，使用紫外或可见光激发荧光探针，从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图像，在亚细胞水平上观察诸如Ca2+ 、PH值，膜电位等生理信号及细胞形态的变化，成为形态学，分子生物学，神经科学，药理学，遗传学等领域中新一代强有力的研究工具。激光共聚焦成像系统能够用于观察各种染色、非染色和荧光标记的组织和细胞等，观察研究组织切片，细胞活体的生长发育特征，研究测定细胞内物质运输和能量转换。能够进行活体细胞中离子和PH值变化研究（RATIO），神经递质研究，微分干涉及荧光的断层扫描，多重荧光的断层扫描及重叠，荧光光谱分析荧光各项指标定量分析荧光样品的时间延迟扫描及动态构件组织与细胞的三维动态结构构件，荧光共振能量的转移的分析，荧光原位杂交研究（FISH），细胞骨架研究，基因定位研究，原位实时PCR产物分析，荧光漂白恢复研究（FRAP），胞间通讯研究，蛋白质间研究，膜电位与膜流动性等研究，完成图像分析和三维重建等分析。 一.激光共聚焦显微镜系统应用领域： 涉及医学、动植物科研、生物化学、细菌学、细胞生物学、组织胚胎、食品科学、遗传、药理、生理、光学、病理、植物学、神经科学、海洋生物学、材料学、电子科学、力学、石油地质学、矿产学。 二.基本原理 传统的光学显微镜使用的是场光源，标本上每一点的图像都会受到邻近点的衍射或散射光的干扰；激光扫描共聚焦显微镜利用激光束经照明针孔形成点光源对标本内焦平面的每一点扫描，标本上的被照射点，在探测针孔处成像，由探测针孔后的光点倍增管（PMT）或冷电耦器件（cCCD）逐点或逐线接收，迅速在计算机监视器屏幕上形成荧光图像。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的，焦平面上的点同时聚焦于照明针孔和发射针孔，焦平

浅谈相机的对焦原理

浅谈相机的对焦原理 相机镜头无论结构多么复杂，实际上都可以被视为一片凸透镜，从基本的光学原理我们可以看到，凸透镜轴心以外无论什么方向来的光线，在通过凸透镜后，都会被折射，而交汇于一点，这些光线的交会点被称为焦点，通常将能够清晰成像位置上所有点组成的平面叫做焦平面，对于那些处在焦平面的物体，相机都能清晰的拍摄下来，而离焦平面前后越远的景物，图象就越模糊。 一、手动及自动对焦原理 对于离镜头远近不同的物体，通过镜头后要在固定的位置清晰成像就需要进行对焦（调焦）。直观来说当镜头调好焦距后，被摄体就会特别清晰。传统相机绝大部分镜头的对焦方式都是改变菲林面与镜片之间的距离，在取景时若人为用手来调整此距离就被称为手动对焦方式。数码相机镜头在光学原理上与传统相机没有任何不同，只不过在焦平面处将菲林换成了CCD而已。 在相机发明后的大部分时间中，都采用手动对焦的方式，直到本世纪六十年代后期，微电子技术大发展并在相机上加以应用后，才出现自动对焦的概念。相机自动对焦是一个复杂的光电一体化的过程，简单说其基本原理是将物体反射的光让相机上的光电传感器接受，通过内部智能芯片处理，带动电动对焦装置进行对焦。

目前大多数数码相机的自动对焦，都采用被动式：即直接接收分析来自景物自身的反光,利用相位差原理进行自动对焦的方式。这种自动对焦方式的优点是自身不要发射系统，因而耗能少，有利于小型化。对具有一定亮度和反差的被摄体能理想的自动对焦，在逆光下也能良好的对焦，且能透过玻璃等透明障碍物对焦。 个别高档数码相机也同时结合了主动式自动对焦方式，即相机上有红外线或超声波甚至激光发生器，发出红外光或超声波到被摄体，相机上的接受器接受反射回来的红外光或超声波进行对焦，其光学原理类似三角测距对焦法。主动式对焦由于是相机主动发出光或波，所以可以在低反差、弱光线下对焦，而且对细线条的被摄体和动体都能自动对焦。恰好弥补了被动式自动对焦的不足。 内对焦镜头 另外还要提到的一点是，现在大多数自动对焦镜头都为内对焦镜头（internal focusing）。普通镜头对焦时是将镜头旋离胶片，使镜头筒延长。内聚焦镜头对焦时，是装于镜头筒内的部件移动聚焦，镜头筒没有延伸变化。 二、数码相机自动对焦技术 我们购买使用数码相机时，不仅应关注其CCD像素多少、曝光方式、附加功能等，也应该关注其采用了哪些自动对焦技术。 数码相机中最常见和简单的自动对焦方式是中央单点对焦。即将画面中心部分作为对焦区域，一般在数码相机的取景器（或液晶显示屏）中央有红色的标志“[ ]”。这个区域称为AF区域。中央单点对焦能适应大多数拍摄情况，但要求要把对焦目标放进AF区域内，也存在很大的局限，因为我们在构图时需要聚焦的主体不一定总在画面的中心区域。因此现在很多较高级的数码相机都支持多点自动对焦。比如佳能S80就支持多达9点的人工智能自动对焦（AiAF）。 对于多点自动对焦也不能一概而论，我们还要分清其对焦点是否能手动选择。在多点自动对焦的基础上，现在还有产品采用了更为高级的FlexiZone AF/AE技术 ，即可以在全画面任意位置手动选择对焦点，这无疑大大扩展了画面的对焦区域和构图的灵活性，使用FlexiZone AF/AE技术，即使取景器画面中的焦点的位置及曝光重点偏离中心甚至在边缘，相机也可以完全控制。这一自动对焦技术，完全超越了传统相机的固定式多点自动对焦。

显微镜自动对焦

显微镜自动对焦 随着科技的发展与进步，显微镜的某些功能已经跟不上时代的发展，自动对焦技术越来越多的应用于各种成像系统。这使得自动对焦技术的理论和方法迅速发展，然而，在一些成像系统中的实际应用并不成熟，仍需要进行大量的研究。 自动对焦技术的发展状况 作为现代成像系统中必不可少的一项关键技术,自动对焦技术于2O世纪70年代最初应用于照相系统"传统的对焦技术大部分是基于测距原理的,如超声波测距法!反射能量法.,和一些基于三角测距原理的方法"随着电子技术和信号处理技术的发展,人们对准确对焦图像信号和离焦图像信号的鉴别能力得到提高,从而产生了基于视频信号分析的自动对焦技术,并应用于摄像系统"加世纪90年代后,以ccD(或cMo)s获取的图像作为基本信息,以图像分析与处理技术作为基础的自动对焦技术得到了很大发展,能自动对焦的数码相机就是这一技术应用的典型代表"在国际上,自动对焦技术已经比较成熟,特别是在数码相机和安防监控系统方面,但也还存在着一定的局限性,甚至有误对焦等情况的出现,而在显微镜上的自动对焦技术的应用相对较少,Nikon公司已经推出了这方面的产品,但价格比较昂贵"其中有一套显微镜自动对焦系统,它是对样品表面附近的标记(标记的像)进行自动对焦,这样就避开了样品本身复杂多变的信号,而只需对关于标记的简单明确的信号进行处理,频率成分也很单一,故能快速准确地实现自动对焦" 性能良好而且判断准确的调焦准则及策略,对于精确的图像信息获取起着极为重要的作用"在自动对焦技术领域的研究中,人们提出了多种多样的自动对焦评价方法"其中,光学显微镜自动聚焦的技术研究一文中,在对普通光学显微镜进行一定改装的基础之上,设计了一套显微镜自动聚焦系统,并且给出了图像的灰度差分绝对值之和算子,解决了自动聚焦过程中是否正确聚焦的判断问题,最后还给出了一套基于启发式搜索算法的聚焦搜索策略,以加快焦平面的搜索"在基于传统的基于嫡函数的自动聚焦方法/文中,提出了一种分步聚焦的快速自动聚焦算法"该方法较好地解决了传统的自动聚焦方法无法同时协调聚焦速度与聚焦精度的不足,而且具有很高的鲁棒性"在一种基于能量和嫡的自动聚焦算法文中,提出了一种基于能量和嫡的对焦评价方法,在讨论镜头系统造成图像模糊原理的基础上,提出以空域高频能量和墒作为图像清晰度判据并详细分析了判据性能,针对传统的MCS聚焦流程所固有的局限性,引入了方向测试帧概念, 通过联合使用多种清晰度判据以及步长的自适应调整策略提高了自动聚焦的可靠性!聚焦速度以及聚焦灵敏度"文献提出了一种基于小波变换的多分辨率分析方法来实现数字图像自动聚焦的算法,它通过对小波变换后清晰图像和模糊图像的高频系数的能量值进行计算比较,从而可以判断图像是否聚焦。 本课题主要研究一下内容： 1.对焦评价函数的设计及其性能仿真 对常用的对焦评价函数，特别是对基于模拟滤波对焦评价函数算法的分析比较后，提出一种基于数字滤波的对焦评价函数算法，而且对该算法进行设计和性能仿真的研究，在仿真的过程中，将新的对焦评价函数算法与以往几种常用的对焦评价函数算法的性能相比较厚，加数字滤波评价函数算法进行改进。 2.显微镜自动对焦系统的实现 在本系统中，硬件设计研究中主要是对单片机控制驱动电路的设计，用单片机

自动对焦镜头工作原理

自动对焦镜头（auto fｏｃal camｅraｌｅｎs)从工作原理上分两大类：一类为间接实测物距方式，另一类为高频分量析出方式。 1.间接实测物距方式: 它是利用一些可以被利用的间接距离测量方式来获取物距，通过运算,伺服电路驱动焦距调节的微型马达，带动调焦镜片组的轴向移动,来达到自动焦距调节的目的。 经常被利用来的间接距离测量方式有:无源光学基线测距、有源超声波测距、有源主动红外测距以及现代的激光技术在测量领域的应用等。 无源光学基线测距：熟悉摄影的朋友都知道，在取景器里使用光学基线原理得到磨砂、裂像、菱锥等手段的焦距调节方式。磨砂颗粒最细腻时、景物目标在两半圆裂像环中完全吻合上、菱锥的晶体不再明显时就是被摄目标的物距调节到清晰了……这些应用技术都是可以通过光路传递给光电电路捕获到阴影面积发生的变化，经过一系列的函数分析计算后,进行调焦驱动。 有源超声波测距：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测,通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间,换算出距离，也就是物距，伺服电路驱动焦距调节的微型马达,达到自动调焦的目的。有源主动红外测距以及现代激光技术测距原理上基本相似。 这类方式在应用上目标精度高，成本高是可想而知的,且体积一般都比较大,维护也相当困难,不过在高档照相摄影器材中有一些这类技术简化了的身影出现。 2.高频分量析出方式： 这种方式是直接利用我们摄象机的视频信号进行焦距调节,能够满足绝大多数场合的调焦需要。 工作原理:如果我们把视频图象看成由若干个点组成的一帧图象，这时候会发现，在焦距清晰时，这些点的边缘也清晰，焦距模糊时,这些点的边缘也变得模糊起来。再进一步讨论时我们又发现,其他条件不变，同样是摄取同一景物,仅焦距发生了改变，图象清晰的视频信号的高频分量成分丰富,而图象模糊的视频信号的高频分量要相对少一些。这也正是电视技术中提到的，图象的细节由电视信号的高频分量表示。实现手段:调焦中心区剪取、高频分量析出、伺服比较驱动。 1.剪取调焦中心虽然实际场景是三维空间,但反映到画面上时，就只有一个平面的二维了,也就简化了我们的设计了。由于我们经常需要的被摄目标处于靶面的中心位置,通过大量的实际调查统计，这个区域的大小为靶面1／3~1／5,反映到监视器上就是屏幕中心的1/３~1/5区域为我们的主要观察目标区。在电路上我们通过行、场扫描的时序控制将这一区域的视频信号给剪取下来。 2.高频分量析出，将剪取下来的视频信号通过一特定的高通带宽滤波器，析出对焦距变化敏感的高频分量成份。 3.通过析出的对焦距变化敏感的高频分量成份，通过比较器(ｃｏmｐａrator) 电路伺服驱动调焦微型可逆马达转动,直到得到最大值，完成一次自动调焦过程。 现在比较普遍采用的就是这个模式，这个工作原理提出后,新闻、民用一体化摄象机就被采用了，历经时代的变迁，现在这一技术被应用到现代安防工程的一体化摄象机上。由于各摄象机制造厂家间技术应用上的差异,在细小的单元处理电路上会有不同。