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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 基于快速自動(dòng)聚焦方法的高分辨率數(shù)碼成像系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是一個(gè)高分辨率的自動(dòng)聚焦數(shù)碼成像系統(tǒng)，具有聚焦精度高，速度快的優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)指標(biāo)達(dá)到了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。
- 詳細(xì)介紹：
- 該系統(tǒng)通過(guò)CMOS圖像傳感器輸出視頻信號(hào)，傳感器輸出的視頻信號(hào)被CPLD(EPM570T100C5)芯片采集，采集后的數(shù)據(jù)分兩路進(jìn)行處理：一路根據(jù)聚焦評(píng)價(jià)算法進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行聚焦評(píng)價(jià)，然后下發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)果給單片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)接收到的評(píng)價(jià)結(jié)果控制聚焦過(guò)程，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)鏡頭至對(duì)焦清楚；另一路是CPLD把接收到的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給專(zhuān)用的視頻處理器芯片(WSC2000)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行插幀處理，輸出幀率為60HZ并符合VESA標(biāo)準(zhǔn)的模擬RGB接口圖像信號(hào),在VGA顯示器上完成高分辨圖像的實(shí)時(shí)顯示。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1、作品設(shè)計(jì)的目的： 作為影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵——自動(dòng)聚焦技術(shù)正越來(lái)越受到重視。自動(dòng)聚焦技術(shù)的各種理論發(fā)展很快，方法也很多，但是在一些實(shí)際的成像系統(tǒng)中的效果不甚理想，并且傳統(tǒng)方法對(duì)硬件處理速度的要求較高，不易集成化，不能適應(yīng)數(shù)字成像設(shè)備實(shí)時(shí)聚焦的需求，限制其進(jìn)一步發(fā)展，故我們對(duì)傳統(tǒng)算法改進(jìn)之后提出了一種聚焦評(píng)價(jià)算法（已獲發(fā)明專(zhuān)利），并將該算法植入硬件來(lái)達(dá)到快速自動(dòng)聚焦的目的，通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)了高幀率高分辨率的輸出。 2.作品的創(chuàng)新點(diǎn)： (1)根據(jù)產(chǎn)品的要求提出了易于硬件實(shí)現(xiàn)的快速聚焦算法，該算法計(jì)算量?。ㄋ惴ㄖ兄挥屑訙p運(yùn)算，沒(méi)有乘除運(yùn)算，大大降低了算法的復(fù)雜性），單一性和抗干擾性較強(qiáng)。并且能快速實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聚焦（聚焦時(shí)間0.9秒）、聚焦精度高（精度達(dá)到0.008um）。（附有算法的相關(guān)專(zhuān)利以及聚焦精度、聚焦時(shí)間的檢測(cè)報(bào)告） (2)分辨率最高能達(dá)到1600x1200像素。 (3)采用全新的聚焦搜索算法，保證聚焦的準(zhǔn)確性。 3、作品設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵： (1)聚焦評(píng)價(jià)算法的改進(jìn)，提高了聚焦精度和抗干擾能力 (2)采用聚焦算法硬件化設(shè)計(jì)，提高了聚焦處理速度 （3）采用幀率插值技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高分辨率高幀率視頻輸出 4、作品的主要技術(shù)指標(biāo)： (1).自動(dòng)聚焦時(shí)間為0.9s； (2).能達(dá)到最高分辨率為1600x1200的UVGA輸出； (3).聚焦精度達(dá)到0.008um。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品在聚焦精度和聚焦速度上都具有先進(jìn)性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 作品在2009年通過(guò)國(guó)家光學(xué)儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè) 檢測(cè)結(jié)果為：聚焦時(shí)間 0.9s 聚焦精度 0.008um
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品具有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)自動(dòng)聚焦功能，且聚焦速度快，聚焦精度高，能輸出高分辨率的視頻信號(hào)。在現(xiàn)實(shí)生活中能得到廣泛的應(yīng)用，如：自動(dòng)聚焦數(shù)字顯微鏡、視頻展臺(tái)、監(jiān)控設(shè)備等等。 本成像系統(tǒng)已成功應(yīng)用到全自動(dòng)顯微鏡上，并且已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。成像系統(tǒng)能支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)自動(dòng)聚焦，擁有廣闊的推廣前景。 預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益： 預(yù)計(jì)一套售價(jià)1000元，前期年銷(xiāo)售量1000臺(tái)，一套硬件成本約300元，預(yù)計(jì)年盈利約50萬(wàn)。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)的自動(dòng)聚焦方法眾多，主要可分成有源和無(wú)源兩大類(lèi)，無(wú)源類(lèi)中又可以細(xì)分為有機(jī)（有電機(jī)控制鏡頭移動(dòng)）和無(wú)機(jī)（不用電機(jī)的純數(shù)字法）兩大類(lèi)，其中無(wú)源類(lèi)中的有電機(jī)控制鏡頭移動(dòng)是目前廣泛采用的自動(dòng)聚焦方法。 國(guó)外對(duì)于自動(dòng)聚焦領(lǐng)域的研究起步較早，這其中更多的是關(guān)注于面向高精度應(yīng)用的直接自動(dòng)聚焦方法上。最早出現(xiàn)的實(shí)用型自動(dòng)聚焦系統(tǒng)是美國(guó)霍尼威爾(Honeywell)公司于1975年研制，1977年在 KonieaC35AF上出現(xiàn)的VAF系統(tǒng)，采用美國(guó)霍尼維爾公司生產(chǎn)的光電測(cè)距組件，使用雙像對(duì)稱(chēng)光電自動(dòng)聚焦的方法，由光敏元件檢測(cè)兩組反光鏡反射的影像進(jìn)行比較判斷，再輸出一個(gè)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁鐵控制的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，操縱由彈簧牽引的鏡頭的伸縮量，從而達(dá)到自動(dòng)聚焦的目的。 Yalin xiong和Steven A.Shafer在1992年發(fā)表的“對(duì)焦和離焦深度”文章中對(duì)機(jī)器視覺(jué)中的對(duì)焦和離焦深度的問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)深度對(duì)焦，由于常用的Fibonacci方法可能陷入局部最大，提出了具有更高精度的Fibonacci搜索與曲線(xiàn)擬合相結(jié)合的方法。并建立了新的模糊標(biāo)準(zhǔn)模型，該模型充分考慮了幾何模糊和成像模糊的因素。針對(duì)基于頻譜的深度離焦，提出了最大似然估計(jì)的方法來(lái)減少去除因使用窗函數(shù)帶來(lái)的影響。 M.Subbarao，T.Choi和A.NikZad在1992年他們經(jīng)典的論文“對(duì)焦技術(shù)”中的提出了六種自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)。這些函數(shù)都是以能量函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)圖像對(duì)焦質(zhì)量的。它們包括未經(jīng)濾波處理的圖像序列的能量最大值，和分別經(jīng)低通濾波、高通濾波、帶通濾波處理的圖像序列的能量最大值。M.Subbarao等在理論和實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，在較高的空間頻率、噪聲和混疊情況下，“經(jīng)低通濾波的圖像梯度能量”的對(duì)焦技術(shù)對(duì)焦效果在全面的性能評(píng)價(jià)中是最好的。但M.Subbarao等同時(shí)也指出各種方法都有他們的優(yōu)缺點(diǎn)，要想取得更好的效果，就需要以一些額外的計(jì)算量為代價(jià)，通過(guò)計(jì)算兩個(gè)或更多的對(duì)焦方法，對(duì)所有的對(duì)焦方法進(jìn)行比較，才能得出更好的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。
