基于PXA255的自動聚焦及圖像采集模塊設計

　　摘   要：本文介紹了一種基于Intel公司 PXA255嵌入式處理器的自動聚焦圖像采集系統。其中詳細介紹了自動聚焦在FPGA中的實現以及圖像采集在嵌入式linux系統中的實現，并給出了該系統的硬件結構圖。

　　關鍵詞：自動聚焦；圖像采集；V4L視頻接口；嵌入式QT；離散余弦變換

引言

    目前市場上流行的攝像手機一般都不具備自動聚焦功能，這對于傳感器分辨率在30萬像素以下的攝像手機來說影響不大，但隨著百萬像素手機的面世，以及手機錄像功能的采用，人們對攝像頭的自動聚焦功能越來越關注。本文在Xhyper255開發板的基礎上，結合項目開發的需要，在開發板上移植QT/embedded作為嵌入式GUI，并設計了自動聚焦和圖像采集子模塊，其中自動聚焦部分通過verilog HDL在開發板上的FPGA上實現，圖像采集部分利用linux內核提供的video 4 linux接口實現。最后的采集程序界面采用嵌入式QT設計工具designer進行設計。

圖1  硬件平臺結構圖

圖2  DCT變換模塊

圖3 DCT變換流程圖

圖4  自動聚焦流程圖

基于圖像處理的自動聚焦系統算法

    與傳統的自動聚焦算法相比，基于圖像處理的自動聚焦算法的實現不需要額外的信號源和相應的接收傳感器，這有利于縮小器件的體積以降低成本，并降低器件的功耗。

    在這類算法中，分析處理模塊直接對獲得的視頻圖像進行處理，以得到相應的判決函數，驅動控制模塊則根據得到的聚焦判決函數信息來驅動步進電機，帶動鏡頭前后移動，直到獲得聚焦清楚的圖像。因此，構造合理的判決函數就成了基于圖像處理的自動聚焦算法的關鍵所在。理想的聚焦判決函數應該具有單峰性、無偏性并能反映離焦的極性，同時應具有較強的抗干擾能力。

    在對目前的自動聚焦判決函數做相應的對比后，結合本系統的特點選擇2D-DCT變換去除其中的低頻成分，其余部分相加作為判決函數。2D-DCT變換的公式如式1所示。

(1)這里C(0)=1/，C(u)=C(v)   (u,v≠0)

自動聚焦系統的實現

    開發平臺的搭建如圖1所示。

    采用Xhyper255嵌入式開發板，圖像采集子系統采用如下硬件搭建：30萬像素CMOS圖像傳感器OV7620、 MCS51單片機、USB控制器OV511+、 步進電機和變焦鏡頭。

    OV7620的主要特性為：單片數字式彩色圖像傳感器;1/3光學格式；數字視頻輸出格式： 1~500倍的自動曝光范圍；自動增益和自動白平衡；能進行亮度、對比度、飽和度、伽馬校正等多種調節功能。664