基于FPGA的自动对焦控制算法的研究与实现

摘要

自动对焦技术是数字成像系统的核心技术，被广泛应用于各种成像设备，它是直接决定成像系统显示质量的关键因素。传统的对焦技术，在成本、适用性和复杂度上已经不能满足数字成像系统的要求。基于图像评价函数方法的自动对焦控制技术在成本、实用性等方面有很大改善，目前已经得到广泛的应用。长久以来国内摄像机和照相机市场被国外品牌所垄断，因此对自动对焦控制技术的研究具有很高的实用价值。
　　自动对焦技术需要解决的关键问题包括图像评价函数算法和电机搜索控制算法。本文重点对电机搜索控制算法进行了研究与改进，有效的提高了对焦的速度和精确度。目前采用的DSP和ARM的系统实现方案成本过高，本文设计了基于FPGA的自动对焦系统，有效的降低了成本。
　　首先本文对两种在实际中效果较好的电机搜索算法进行研究，比较它们的对焦效果，在此基础上提出了一种结合了两种算法优点的改进算法。通过在Matlab上对多组实验数据进行仿真和分析，证明新算法不仅极大提高了搜索最佳对焦位置的成功率，而且在对焦速度上也有一定提高。
　　其次本文提出了基于FPGA的自动对焦系统的总体方案，由于采用了双SDRAM的乒乓存储机制、有效的电机控制算法和低成本的电动镜头，使得本文所设计的系统具有较好的实时性和精确度，实现的成本也较低。本文完成了FPGA的部分硬件模块设计：SDRAM的pingpong控制器、直流PWM控制器、VGA控制器。系统的硬件设计在QuartusII上用硬件描述语言Verilog完成，通过了编译和仿真。对焦测试系统的实际结果在武汉嘉业恒科技有限公司开发的surveillance监控软件下完成，结果证明系统具有较好的对焦速度和精确度。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2课题背景及研究的目的和意义

1.3 国内外对焦技术的研究现状

1.4 本文主要工作

第二章 系统方案设计

2.1 系统性能指标需求分析

2.2 系统硬件结构设计

2.3 系统软件结构设计

2.4 本章小结

第三章 基于FPGA的系统实现

3.1 QuartusII平台硬件开发过程

3.2 视频图像模块设计

3.3 直流电机PWM控制模块设计

3.4 本章小结

第四章 自动对焦控制算法分析改进

4.1两种改进的对焦控制山算法

4.2 两种改进对焦控制算法MATLAB仿真和分析

4.3 对算法所做的改进

4.4 本文采用的电机搜索控制算法

第五章 算法对焦实验结果及分析

5.1 对焦实验测试环境

5.2 实验结果及分析

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 今后工作展望

致谢

参考文献