提出一种液晶透镜爬山自动对焦算法。液晶透镜是一种可电控调焦透镜,具有良好的透镜性能。传统玻璃透镜成像系统中的爬山法自动对焦功能一般需要音圈马达带动透镜使之不断移动来寻找最佳清晰像面位置。而所提算法的自动对焦则是通过改变电压来完成的,整个对焦过程不需要任何的机械移动即可实现大范围对焦,使对焦系统的小型化成为可能。实验结果表明,液晶透镜的对焦性能良好,成像解析度高。

角膜曲率测量一般是采用视标成像的方法得到角膜的反射像后, 通过对反射像的再成像间接得到角膜的曲率半径。为了实现对角膜曲率测量图像的对焦判断, 在简化角膜曲率测量系统的基础上, 对获取的图像对焦算法进行研究。对角膜曲率测量图像的六个测试光标分别进行像素统计, 初步判别过度离焦的状态。对角膜曲率测量图像进行四方向Sobel算子的卷积运算, 对得到的边缘增强图像进行对数灰度级像素统计, 得到对焦评价值。将该算法与Tenengrad函数、方差函数和单一对数灰度级像素统计评价函数算法做对比实验, 评价该算法的可行性。实验结果表明, 该对焦评价函数具有良好的精确度、单峰性、灵敏度和无偏性, 对细节信息较少、结构简单的图像的对焦评价方面有应用前景。

随着数码相机的飞速发展, 在实际应用中对数码相机的易用性和智能化要求越来越高。为了提高图像采集的准确性和简便性, 开展了自动对焦技术和算法的研究。通过对对焦平台的搭建, 在评价函数一定的情况下, 对爬山法驱动寻址算法步长减半进行了优化, 在保证准确性的情况下, 更快地实现了自动对焦, 减少对硬件的要求, 节省资源。结果表明, 该优化算法有一定的优越性。

针对当前航空成像设备中自动调焦装置结构复杂、不利于集成的问题, 对基于图像处理的自动调焦方法在航空成像设备中的应用进行了研究。根据自然图像斜边缘多于水平和垂直边缘的特点, 提出了基于图像斜边缘检测的对焦评价算子(Lean算子)。通过对多种对焦评价算子进行试验比较, 分别选取斜边缘检测算子和卷积算子作为调焦粗搜索和精搜索阶段的对焦评价算子。针对航空成像设备光学系统的特点, 提出了局部全局搜索算法(LFS)和变步长的爬山搜索算法(CHS), 使用调焦行程为130步, 焦深为2步的变焦镜头, 分别将调焦时间由全局搜索算法的43 s缩短至7 s和5～8 s。实验结果表明：将所提出的对焦评价算子和搜索算法结合使用, 能够准确实现自动聚焦, 准确度达到95%以上。

针对航空光电平台中可见光摄像机在高空中由于温度、气压等环境参数的变化所引起的光学系统离焦现象,对基于图像功率谱的清晰度评价算法和检焦搜索算法进行了研究。分析了不同场景的航拍图像的功率谱具有一定的不变性。根据离焦会引起功率谱高频分量的损失，提出了两种对功率谱和对焦评价算子(PSS)的改进。针对航拍易受到环境干扰的问题，提出了变步长的全局搜索算法（FS）。使用1 mm的搜索步长，调焦误差为0.3 mm，满足系统对误差的要求。所提出的两种基于图像功率谱的清晰度评价算法能够有效反映出实际航拍图像的离焦状态，并分别使对焦评价函数的饱和区特性和灵敏度得到改善。调焦实验的结果表明，小于镜头焦深的检焦步长才能保证检焦结果的正确。

提出了基于最小各向同性小波滤波的图像清晰度识别方法,对二维最小各向同性小波滤波提取图像特征进行了研究.直接将原始图像通过带通小波滤波器 G0获得图像边缘信息,结合图像能量分析,建立了基于小波滤波的图像清晰度评价函数.利用构建的显微镜自动对焦实验平台,比较分析了基于小波滤波和拉普拉斯的评价方法.实验结果表明,采用基于各向同性小波滤波的自动对焦算法有更好的综合自动对焦性能.

从噪声、亮度一致性及视场变化等角度分析了在对焦系统中进行图像预处理的必要性.提出维纳滤波与亮度归一化相结合的图像预处理技术,去除固定模式噪声和亮度变化的影响.实验表明,经过预处理后明显改善了对焦评价函数曲线的形状:曲线更加平滑,局部峰值得以去除,同时曲线灵敏度提高78%.所提出的预处理技术使对焦搜索避免陷入局部极值,在提高对焦速度与对焦精度两方面均有应用价值.