基于FPGA的圖像調(diào)焦系統(tǒng)研究

由式(4)可知，對于一幅640×480的灰度圖像，需要經(jīng)過1 228 800次乘法運算，307 200次開方運算，614 400次加法運算。由于計算量特別大，而且每一幅圖像的變化不大，所以本系統(tǒng)采取了將圖像劃分為128×64大小的5個模塊，首先對28×64大小的灰度圖像進行傅里葉變換，然后獲得圖像的功率譜，再對其信號值進行加權(quán)，得到一塊圖像的清晰度評價值代替整個圖像的清晰度評價值。同時采用“乒乓”操作，雙蝶型處理器復用，基2FFT算法的FPGA實現(xiàn)方案。

3 調(diào)焦效果分析
對于清晰度評價算法和基于2-FFT的乘法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的分析，得到這個圖像的清晰度評價算法的乘法計算次數(shù)為(53 248×3+64×32×3)=165 888次，所需的加法計算次數(shù)為(53 248×3+64×32×2-1)=163 839次。由這些數(shù)據(jù)可知調(diào)焦過程中系統(tǒng)延時主要是這兩個方面計算的延時相加，同時有電路系統(tǒng)的延時，但是這個延時在設計電路時已經(jīng)考慮，限制在最小范圍內(nèi)，采用“乒乓”操作延時再加大約O．000ls的延時。當系統(tǒng)主頻率為60 MHz時，經(jīng)過實際的測試系統(tǒng)總延時大約為O．05s，實時處理的系統(tǒng)8幀圖像的采集時間間隔要求為×0．04=0．32s。
滿足實時性要求，上述系統(tǒng)的調(diào)試在Cyclone3EP3C5F256C8N芯片中實現(xiàn)，效果比較滿意。
將鏡頭的焦距調(diào)節(jié)范圍設置為60段，聚焦段的取值范圍為[1，60]。測試時將一組由焦距從最遠端開始發(fā)送過來的圖像經(jīng)過處理，搜索步數(shù)K，得到每次應該調(diào)焦的定位以及圖像清晰度評價值，如表1所示。定位處為圖像調(diào)焦效果最清晰處。

4 結(jié)束語
基于本模塊的輸入端口直接輸入DVI信號，并非直接的采集圖像端口，在實際應用中需要完成整個調(diào)焦過程，增加控制電機的控制電路模塊，并對整個調(diào)焦過程的實時性進行綜合評價。另外，基于圖像技術(shù)的自動調(diào)焦方法有一個非常重要的應用前景是與CMOS圖像傳感器集成。由于CMOS圖像傳感器與FPGA采用了相同的制造工藝，所以是可以集成的。CMOS圖像傳感器集成了自動調(diào)焦功能后，不僅可以簡化成像系統(tǒng)中自動調(diào)焦部分的設計，還提高了其與CCD圖像傳感器的競爭力。