基于FPGA的圖像調焦系統研究

由式(4)可知，對于一幅640×480的灰度圖像，需要經過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，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實現方案。

3 調焦效果分析
對于清晰度評價算法和基于2-FFT的乘法實現結構的分析，得到這個圖像的清晰度評價算法的乘法計算次數為(53 248×3+64×32×3)=165 888次，所需的加法計算次數為(53 248×3+64×32×2-1)=163 839次。由這些數據可知調焦過程中系統延時主要是這兩個方面計算的延時相加，同時有電路系統的延時，但是這個延時在設計電路時已經考慮，限制在最小范圍內，采用“乒乓”操作延時再加大約O．000ls的延時。當系統主頻率為60 MHz時，經過實際的測試系統總延時大約為O．05s，實時處理的系統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，上述系統的調試在Cyclone3EP3C5F256C8N芯片中實現，效果比較滿意。
將鏡頭的焦距調節范圍設置為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送過來的圖像經過處理，搜索步數K，得到每次應該調焦的定位以及圖像清晰度評價值，如表1所示。定位處為圖像調焦效果最清晰處。

4 結束語
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焦過程，增加控制電機的控制電路模塊，并對整個調焦過程的實時性進行綜合評價。另外，基于圖像技術的自動調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焦功能后，不僅可以簡化成像系統中自動調焦部分的設計，還提高了其與CCD圖像傳感器的競爭力。