【正文】 數(shù)字圖像處理的自動對焦有兩種方法，一種是通過計(jì)算機(jī)對采集到的一系列數(shù)字圖像，對每一幀圖像進(jìn)行處理，判斷成像是否清晰，若不夠清晰，則通過電機(jī)控制鏡頭的移動，當(dāng)采集到的圖像達(dá)到清晰度要求，則完成自動對焦。另一種是離焦深度法，該方法事先對成像系統(tǒng)建立合適的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合成像系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，通過獲取若干幅離焦位置的圖像，推算出目標(biāo)體的離焦深度，從而判斷出焦點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)對焦。 國內(nèi)自動對焦的研究現(xiàn)狀隨著我國綜合國力的增強(qiáng)和國家對軟件事業(yè)的重視，我國在自動對焦方面的研究取得了較大的成績。北京大學(xué)提出具有實(shí)用價值的基于DWT不同離焦位置圖像的頻譜的徑向分布，先推算出目標(biāo)物體的離焦深度，再調(diào)整鏡頭位置完成自動對焦，然而，并不需要計(jì)算離焦圖像頻譜，計(jì)算精度可達(dá)4%，具有魯棒性交好的特點(diǎn)的系統(tǒng)、研究了基于CMOS圖像傳感器和單片機(jī)信號處理的自動對焦系統(tǒng)、優(yōu)優(yōu)化了一種基于CCD視頻信號模擬濾波的自動對焦系統(tǒng)、采用軟件的方式控制整個對焦過程，具有可操作性好、可移植性強(qiáng)和方便實(shí)用的的對焦系統(tǒng)、采用DSP——FPGA的高速硬件系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)自動調(diào)焦系統(tǒng)、基于彩色圖像ＲＧＢ分析的自動對焦技術(shù)；清華大學(xué)采用絕對方差函數(shù)，調(diào)焦范圍較大，達(dá)到210um，粗調(diào)分辨率高，達(dá)到7um的系統(tǒng)；山東大學(xué)利用Sobel算子邊緣檢測算法，提出圖像邊緣能量清晰度評價函數(shù)，得出該算法與具有較好的尖銳性，能夠適應(yīng)高精度聚焦的要求的算法和實(shí)現(xiàn)了對普通生物顯微鏡自動控制臺設(shè)計(jì)與開發(fā)并實(shí)現(xiàn)顯微鏡自動控制；北京航空航天大學(xué)根據(jù)DSP的運(yùn)動特點(diǎn)，提出x/y向Tenengrad函數(shù)算法，每幅圖像的聚焦判據(jù)的計(jì)算時間減少為25ms；中國科學(xué)院提出漸變步長的思想，到處計(jì)算聚焦量的三個快速算法公式，優(yōu)化了系統(tǒng)的實(shí)時性能；南京航空航天大學(xué)提出灰度差分算子和算法在聚焦速度、對焦可靠性及對焦結(jié)果等方面具有一定的優(yōu)越性；重慶大學(xué)提出基于圖像高頻成分統(tǒng)計(jì)的聚焦判別法，實(shí)現(xiàn)了反射式與透射式與透射式光學(xué)顯微鏡的自動對焦、提出了基于灰度差分法的的自動對焦和將改進(jìn)的Laplacian算法、步長和閾值兩個參數(shù)引入自動對焦系統(tǒng)；華中科技大學(xué)提出一種基于邊緣灰度的顯微圖像處理函數(shù)的快速自動對焦方法實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確的聚焦要求，而且具有較好的魯棒性。自動對焦技術(shù)已經(jīng)比較成熟，特別是在數(shù)碼相機(jī)和安防監(jiān)控系統(tǒng)方面，但還存在一定的局限性，甚至有誤對焦等情況的出現(xiàn)，而在顯微鏡上自動對焦技術(shù)的應(yīng)用相對較少，Nikon公司已經(jīng)出現(xiàn)了這方面的產(chǎn)品，但價格比較貴。目前，隨著自動對焦技術(shù)理論研究的不斷完善和CCD／CMOS技術(shù)的迅速發(fā)展，國外利用CCD／CMOS用于工業(yè)圖像監(jiān)控和對焦領(lǐng)域也越來越廣泛。載物臺用于承放被觀察的物體。它的上層可以在水平面內(nèi)沿作精密移動和轉(zhuǎn)動，一般都把被觀察的部位調(diào)放到視場中心。廣義的說也包括照明光源、濾光器、蓋玻片和載破片等。當(dāng)然擋光從空氣中經(jīng)過凸鏡在進(jìn)入空氣中的時候其傳播方向也會發(fā)生改變，這便是凸鏡成像的基本原理。對應(yīng)應(yīng)用如照相機(jī)。當(dāng)fu2f時，成倒立、放大的實(shí)像，對應(yīng)應(yīng)用如幻燈機(jī)。經(jīng)凸透鏡折射后的光線是平行的，沒有會聚點(diǎn)。如放大鏡。當(dāng)物體成實(shí)像時，隨著物距u減小，像距增大，同時像也在增大。途凸鏡是顯微鏡的中核心組成部分，其在顯微鏡中的作用是極其重要的。不同的對焦方式有不同的特點(diǎn)；同時，不同的場合需要的對焦方式也是各有不同。 對焦方式的分類根據(jù)對焦過程能否自動進(jìn)行、能否實(shí)時進(jìn)行，對焦方式分為兩類：傳統(tǒng)的對焦方式和自動對焦。反之，靠人工的方式進(jìn)行的不具有實(shí)時性功能的對焦方式則為傳統(tǒng)的對焦對焦方式。其優(yōu)點(diǎn)是對焦裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。自動對焦從拍攝體是否發(fā)出紅外線或超聲波方面來講分為兩類：主動式和被動式。相機(jī)上的紅外線發(fā)生器、超聲波發(fā)生器發(fā)出紅外光或超聲波到被攝體而被物體反射回來，相機(jī)上的接受器接受反射回來的紅外光或超聲波進(jìn)行對焦，其光學(xué)原理類似三角測距對焦法。而被動式則是利用物體自身的反光性來對焦的。 對焦方式的選擇從其定義出發(fā)很容易得到各自的優(yōu)缺點(diǎn)。主動式對焦對斜面、光滑面對焦困難，對亮度大、遠(yuǎn)距離的被攝體對焦困難。主動式由于是相機(jī)主動發(fā)出光或波，所以可以在低反差、弱光線下對焦。缺點(diǎn)是當(dāng)被攝體能吸收光或波時對焦困難，還會被玻璃反射故透過玻璃對焦困難。對具有一定亮度的被攝體能理想的自動對焦，在逆光下也能良好的對焦。能透過玻璃對焦。在低反差，弱光下的對焦困難。對含偏光的被攝體自動對焦能力差。自動對焦從能否實(shí)時進(jìn)行分為靜態(tài)對焦和動態(tài)對焦。本方案研究的是彩色顆粒顯微成像系統(tǒng)的自動對焦，需要不僅能對靜態(tài)目標(biāo)進(jìn)行對焦，而且能對動態(tài)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時對焦。4 對焦窗口的選擇為何要進(jìn)行對焦區(qū)域的選擇呢？其原因有二:(1)因?yàn)閷乖u價函數(shù)對圖像進(jìn)行運(yùn)算所用的時間與圖像的像素成正比,故要提高運(yùn)算速度,增強(qiáng)對焦的實(shí)時性，就必須是盡可能受的像素參加運(yùn)算。還可能使圖像中的主體處于離焦?fàn)顟B(tài)。然而，過于小的窗口會使所采集的需要對焦的目標(biāo)的信息減少，有可能造成對焦不成功，即使對焦成功率下降。 對焦窗口的選擇原則選擇一個好的對焦窗口是非常重要的，是對焦效果好壞的決定因素。因此，對焦窗口的選擇應(yīng)兼顧對焦精度、對焦速度、對焦成功率與對焦效果。兼顧速度、精度、成功率的對焦測度函數(shù)計(jì)算也可以不針對全部空域展開。要是采用同軸光源照明方式，整幅圖像的中部將出現(xiàn)明顯的高亮的圓形區(qū)域，圖像的有效信息區(qū)即為該區(qū)域。要想很好的實(shí)現(xiàn)自動對焦功能、進(jìn)一步提高計(jì)算速度、減少冗余信息的干擾，就得合理的選擇“對焦窗口”。取窗口為300300與窗口為780580相比，后者的計(jì)算量只有前者的1/9。所以，窗口的選擇要慎重。中央對焦法是指選擇目標(biāo)區(qū)域中央的特定大小的區(qū)域進(jìn)行對焦。多區(qū)域?qū)狗ㄕ菫榱藦浹a(bǔ)中央對焦法的不足而長生的，多區(qū)域?qū)箍梢栽谀繕?biāo)窗口中選擇多個不同位置、不同大小的區(qū)域進(jìn)行對焦，而且可以根據(jù)各區(qū)域重要性的不同而取不同的權(quán)重。同時此法具有編程稍復(fù)雜的缺點(diǎn)。同時，由于模式識別（例如語音識別、漢字識別等輸入設(shè)備）的飛速發(fā)展，使得操作員與計(jì)算機(jī)可以用類似于自然語言或受限制的自然語言進(jìn)行交互。要提高對焦速度，就應(yīng)以包含對焦目標(biāo)的最小窗口為對焦區(qū)域，而當(dāng)視場內(nèi)存在多目標(biāo)時則應(yīng)以靠近視場中心或人機(jī)交互的目標(biāo)為對焦目標(biāo)。合理的選擇對焦窗口，可以進(jìn)一步減少冗余信息的干擾，提高計(jì)算速度。各種對焦窗口的選擇方法有各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境與所要達(dá)到的效果選擇與之相適應(yīng)的方法。綜上所述，要包含全部的對焦信息就應(yīng)對整個窗口進(jìn)行對焦。選的合適則會將整個系統(tǒng)的性能提高，選的不合適則會影響整個系統(tǒng)的性能。要使得所獲得的圖像具有較好的清晰度，則應(yīng)選擇相適應(yīng)的評價函數(shù)。除此之外，還應(yīng)具有無偏性好，靈敏度高，穩(wěn)定性好，以及計(jì)算量小等特點(diǎn)。散焦嚴(yán)重程度決定圖像的模糊程度，而高頻分量的損失越嚴(yán)重散焦越嚴(yán)重。清晰度評價函數(shù)在相當(dāng)大的程度上影響著聚焦效果，其評價依據(jù):(1)在最佳對焦參數(shù)對應(yīng)的點(diǎn)上具有峰值，在最佳點(diǎn)兩側(cè)時，清晰度評價函數(shù)是單調(diào)遞減的。清晰度評價函數(shù)以以下三類的應(yīng)用最為廣泛。處于聚焦?fàn)顟B(tài)圖像的熵大于處于離焦?fàn)顟B(tài)的圖像，所以可把熵函數(shù)作為對焦清晰度評價標(biāo)準(zhǔn)的一種。2）頻譜函數(shù)。圖像中的細(xì)節(jié)(細(xì)節(jié)意味著圖像有清晰可辨的邊緣，在局部有很強(qiáng)的灰級變化，灰級的躍變更加劇烈)可以被人們更好的分辨。在圖像處理過程中，提取圖像邊緣信息通常采用梯度函數(shù)。常用的梯度函數(shù)有方差算子、能量梯度算子、拉普拉斯算子、差分算子法等。故方差算子可以作為對焦清晰度的評價標(biāo)準(zhǔn),方差算子的定義如下: (1)式(3)中,，為平均灰級。 (2）式(4)中I(x,y)為圖像在點(diǎn)(x,y)的灰級值。x向一階差分算子函數(shù)表達(dá)式為 (5)y向一階差分算子函數(shù)表達(dá)式為 (6)下面分別給出了x向一階