在数字影像技术快速发展的同时,光学成像设备已广泛应用于工业成像、医学图像分析、遥感仪器和军事摄影等领域。对于光学应用而言,成像系统的核心环节就是自动聚焦。自动聚焦的任务是自动获得最佳的图像,这对于改善图像清晰度起着至关重要的作用。自动聚焦是影响成像系统图像清晰度的关键环节,其基本思想是将手动聚焦的繁琐过程替换为镜头的自动运行,最终找到成像系统正确的焦点位置。自动聚焦系统使用设定程序来运行一个微型马达,通过计算图像清晰度寻找正确的焦点位置,将被摄对象的最清晰影像投射到图像传感器上。自动聚焦技术可以节省系统用时,在现今的大多数成像设备上都能找到,在多数情况下,它有助于提高拍摄图像的质量。自动聚焦系统一般分成主动式和被动式两大类,本文的研究重点放在被动式聚焦系统。被动式聚焦不需要附加设备,通过对图像自身的分析将镜透头调整到合适的位置。被动式聚焦技术的原理是:运行马达以获取不同焦点位置处的物体成像,然后计算图像的清晰度值,最后将镜头推至清晰度值最大时对应的焦点位置。得益于响应快速、操作便利和系统智能化等优点,基于图像处理的被动式自动聚焦成为该领域广泛使用的方法之一。一般来说,基于图像处理的自动聚焦算法通常由清晰度评价、聚焦窗口构建和极值搜索三个重要环节组成,本文的研究工作也是围绕这三方面展开。本论文研究的创新点主要包括:(1)灰度共生矩阵可以反映图像邻域像素间的灰度关系,其对比度可以衡量成像质量。根据以上理论,本文给出基于灰度共生矩阵的清晰度评价函数。选取不同类型的图像序列进行实验仿真,从实验结果可知本文提出的清晰度评价函数满足对评价函数的要求,在抗噪性方面有较好的表现。(2)在定性评价指标的基础上,增加了定量评价指标,二者结合可以更精确地得到聚焦函数性能的评估结果。(3)将聚焦窗口评价因子作为聚焦窗口构建算法的评价指标之一。同时,将本文提出的评价函数与差影一阶矩取窗法以及几种常用的窗口构建方法结合得到相应的评价函数曲线。(4)对于聚焦窗口的确定,提出基于图像差影的一阶矩窗口构建法。高斯模糊可以平滑图像强边缘,利用高斯模糊得到平滑图像,通过原图像和平滑图像作差得到差影图。差影图抠除了原图像的背景,去掉了背景区域的影响,同时突出了原图像目标区域的细节。在差影图中利用一阶矩定位聚焦窗口的中心,再根据预设的窗口大小就可以得到聚焦窗口。