效 率 的 評 估 準 則 1.1 研 究 動 機 和 背 景 常 見 於 數 位 相 機 的 自 動 對 焦 系 統, 分 為 主 動 式 和 被 動 式 自 動 對 焦 兩 種 技 術 主 動 式 對 焦 系 統, 必 需 藉 助 測 量 距 離 裝 置 主 動 元 件, 測 量 拍 攝 物 體
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- 玑 郦
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1 快 速 影 像 式 自 動 對 焦 技 術 研 究 Research On Fast Image Based Auto Focus Technique 鄭 芳 炫 * 中 華 大 學 資 訊 工 程 學 系 fhcheng@chu.edu.tw 毛 新 惟 中 華 大 學 資 訊 工 程 學 系 e @chu.edu.tw 摘 要 本 論 文 提 出 一 個 快 速 影 像 式 自 動 對 焦 演 算 法, 主 要 是 應 用 鏡 頭 架 構 特 性, 尋 找 出 鏡 頭 景 深 (Depth of field), 再 利 用 鏡 頭 解 像 力 (Resolution) 概 念, 以 調 制 轉 換 方 法 (Modulation Transfer Method,MTF) 做 為 影 像 清 晰 度 演 算 法 經 由 粗 略 搜 尋, 算 出 影 像 對 比 度 (Contrast) 和 銳 利 度 (Sharpness) 數 值, 利 用 焦 距 搜 尋 法, 尋 找 出 鏡 頭 的 景 深 範 圍, 再 由 細 部 搜 尋 景 深 範 圍 內 的 清 晰 度 數 值, 進 而 找 出 鏡 頭 成 像 最 清 楚 的 對 焦 點 位 置 以 調 制 轉 換 方 法 做 清 晰 度 演 算 法 可 以 避 免 以 影 像 差 異 值 和 影 像 梯 度 值 為 基 礎 的 清 晰 度 演 算 法 所 造 成 的 局 部 極 大 值 (Local Maximum) 現 象, 以 求 得 全 域 最 大 值 (Global Maximum), 使 對 焦 範 圍 移 動 鏡 頭 景 深 範 圍, 不 會 造 成 太 大 的 失 焦 誤 差, 接 著 繼 續 使 用 調 制 轉 換 方 法 做 精 密 的 細 部 搜 尋, 求 得 景 深 範 圍 細 部 的 影 像 對 比 度 數 值, 尋 找 出 最 大 值 的 數 值, 求 得 出 真 正 對 焦 點 經 實 驗 証 明 本 論 文 提 出 之 自 動 對 焦 技 術 比 一 般 常 用 的 自 動 對 焦 法 更 為 準 確 且 快 速 關 鍵 詞 : 鏡 頭 解 像 力, 自 動 對 焦, 調 制 轉 換 方 法, 景 深, 清 晰 度, 對 比 度 Fang-Hsuan Cheng* Dept. of CSIE, Chung Hua University fhcheng@chu.edu.tw Hsin-Wei Mao Dept. of CSIE, Chung Hua University e @chu.edu.tw Abstract The paper proposes a fast image based auto focus technique. By applying the lens architecture, depth of field can be estimated by computing the image clarity based on modulation transfer method. Based on coarse to fine strategy, we first compute the image contrast and sharpness and estimate the lens depth of field by focus searching method. Then, we can find the accurate focus position via finely calculating the image clarity in searching area of depth of filed. Instead of image differential or gradient method, modulation transfer method can avoid the local maximum problem in image clarity computation. By finding the maximum image contrast in the searching area of depth of field, we can find the true focus point based on modulation transfer method. From the experiments, it is proved that the paper proposed a more accurate and fast auto focus method compared with the other traditional ones. Keywords: Lens Resolution, Auto Focus, Modulation Transfer Method, Depth of Field, Clarity, Contrast 1. 前 言 目 前 數 位 照 相 機 數 位 攝 影 機 與 具 有 照 相 功 能 的 手 機 電 子 產 品 普 遍 流 行, 而 且 大 多 數 產 品 的 規 格 上 都 有 光 學 鏡 頭 變 焦 系 統, 可 以 做 大 倍 率 的 影 像 放 大, 因 此 數 位 照 相 機 或 是 照 相 手 機 的 自 動 對 焦 系 統 效 率, 所 呈 現 的 對 焦 速 度 及 拍 照 影 像 品 質 就 非 常 明 顯 影 響 取 像 的 品 質 一 般 傳 統 照 相 機 的 印 象 可 分 為 兩 類 : 一 是 單 眼 或 專 業 相 機 與 特 殊 應 用 的 照 相 機, 另 一 種 是 常 見 的 傻 瓜 照 相 機 數 位 照 相 機 大 都 也 是 被 如 此 分 類 但 是 所 獲 得 的 影 像 資 料 卻 是 因 類 比 與 數 位 的 差 異 而 有 不 同 儲 存 方 式, 因 此 在 光 學 變 焦 系 統 上 將 呈 現 出 不 同 的 設 計 應 用 透 過 圖 1 數 位 照 相 機 架 構 方 塊 圖, 可 以 了 解 變 焦 鏡 頭 的 移 動 將 會 直 接 影 響, 到 CCD 或 CMOS 感 光 元 件 的 取 像 品 質, 因 此 利 用 擷 取 不 同 鏡 頭 位 置 的 數 位 影 像 資 料, 藉 由 影 像 清 晰 度 演 算 法 分 析 影 像 清 晰 度 並 紀 錄 所 有 搜 尋 位 置, 再 將 鏡 頭 移 至 清 晰 度 最 大 值 的 位 置, 以 呈 現 最 清 晰 的 影 像 [1] 因 此, 自 動 對 焦 的 對 焦 速 度 及 準 確 度, 將 是 自 動 對 焦 * Corresponding author. 67
2 效 率 的 評 估 準 則 1.1 研 究 動 機 和 背 景 常 見 於 數 位 相 機 的 自 動 對 焦 系 統, 分 為 主 動 式 和 被 動 式 自 動 對 焦 兩 種 技 術 主 動 式 對 焦 系 統, 必 需 藉 助 測 量 距 離 裝 置 主 動 元 件, 測 量 拍 攝 物 體 相 對 於 相 機 鏡 頭 的 位 置, 據 以 尋 找 相 機 內 部 鏡 頭 相 關 設 定 值, 調 整 鏡 頭 焦 距 以 達 成 對 焦 目 的 被 動 式 自 動 對 焦 技 術, 則 以 影 像 處 理 的 技 巧, 不 需 要 主 動 元 件 裝 置 來 測 量 距 離, 是 利 用 鏡 頭 擷 取 的 數 位 化 影 像, 計 算 影 像 差 異 值 或 是 影 像 梯 度 值, 所 定 義 的 清 晰 度 值 (sharpness measure), 移 動 鏡 頭 的 鏡 片 改 變 焦 距, 尋 找 清 晰 度 為 最 大 值 的 成 像 位 置, 以 找 尋 最 佳 對 焦 點 的 位 置, 成 像 出 最 清 晰 的 影 像 [1] 由 於 主 動 式 對 焦 系 統 需 要 主 動 測 距 元 件 裝 置, 測 量 拍 攝 物 體 的 距 離, 因 此 在 相 機 成 本 上 相 對 於 被 動 式 對 焦 系 統 高 耗 電 體 積 大, 並 且 目 前 晶 片 處 理 影 像 運 算 的 能 力 完 整, 可 以 負 擔 自 動 對 焦 的 運 算 和 維 持 系 統 功 能, 所 以 被 動 式 自 動 對 焦 將 成 為 主 流 應 用, 更 加 廣 泛 普 及 到 一 般 數 位 影 像 相 關 電 子 消 費 品 市 場 方 景 深 較 長, 所 拍 攝 的 影 像 後 方 依 然 可 以 很 清 晰 的 呈 現 我 們 從 圖 4(a) 鏡 頭 在 大 光 圈 條 件 下 所 拍 照 的 圖 片, 可 以 發 現 影 像 中 間 至 後 方 所 呈 現 出 是 影 像 模 糊 或 失 焦 現 象, 表 示 從 中 間 開 始 是 慢 慢 離 開 景 深 而 越 來 越 模 糊, 呈 現 景 深 短 的 現 象 而 圖 4(b) 鏡 頭 在 小 光 圈 條 件 下 所 拍 攝 的 圖 片, 發 現 中 間 部 分 至 後 方 仍 然 可 以 跟 前 面 一 樣 表 現 清 晰, 呈 現 景 深 之 內 都 是 清 晰 的 影 像 現 象 圖 2: 鏡 頭 架 構 圖 圖 1: 數 位 照 相 機 架 構 方 塊 圖 1.2 鏡 頭 架 構 : 數 位 式 的 照 相 機 或 是 攝 影 機, 必 須 經 由 搜 尋 法 搜 尋 鏡 頭 位 置 與 清 晰 度 演 算 法 來 評 估 影 像 清 晰 度 進 而 找 出 最 佳 對 焦 值 以 獲 得 最 清 晰 的 影 像 根 據 圖 2 鏡 頭 架 構 圖 及 成 像 公 式 (1) f u v 其 中 f 為 鏡 頭 焦 距,u 為 物 距,v 為 成 像 距 離 改 變 焦 距 或 物 距 可 以 使 影 像 對 焦 或 失 焦, 同 時 也 改 變 景 深 以 呈 現 清 晰 的 影 像 所 謂 景 深 是 指 影 像 對 焦 後, 在 對 焦 點 前 後 的 一 定 範 圍 內 影 像 仍 可 保 持 清 晰 [2] 我 們 從 圖 3 顯 示 鏡 頭 架 構 了 解 景 深 現 象, 景 深 的 變 化 主 要 從 鏡 頭 光 圈 (IRIS) 的 大 小, 或 是 鏡 頭 進 入 光 線 的 量 多 寡 來 改 變 當 鏡 頭 是 大 光 圈 的 狀 態 下, 光 線 進 入 鏡 頭 的 量 多, 光 線 大 量 的 通 過 鏡 頭 內 鏡 片 群 折 射, 光 線 通 過 點 會 落 在 前 方, 景 深 較 淺, 所 以 拍 攝 影 像 會 呈 現 後 方 類 似 失 焦 的 情 況 相 較 於 小 光 圈 的 鏡 頭 條 件 下 進 入 的 光 線 量 少, 因 此 光 線 的 通 過 點 會 落 在 較 後 圖 3: 景 深 示 意 圖 (a) 大 光 圈 ( 背 景 模 糊 ) (b) 小 光 圈 ( 背 景 清 晰 ) 圖 4 光 圈 不 同 之 影 像 圖 比 較 1.3 對 焦 方 法 及 種 類 一 般 自 動 對 焦 都 是 以 移 動 鏡 頭 位 置 方 法 改 變 鏡 頭 的 焦 距, 使 影 像 可 以 聚 焦 在 感 光 元 件 或 底 片 上 面, 而 達 到 清 晰 的 影 像, 如 圖 5 所 示 一 般 對 焦 技 術 可 分 為 兩 類, 一 為 主 動 式, 主 要 是 使 用 主 動 式 元 件 裝 置, 去 測 量 拍 攝 物 體 與 相 68
3 機 的 距 離 而 移 動 鏡 頭 位 置 以 完 成 對 焦 另 一 為 被 動 式, 主 要 是 以 不 同 鏡 頭 位 置 所 取 得 的 影 像 清 晰 度 值, 進 而 尋 找 出 對 焦 點, 完 成 對 焦 Journal of Information Technology and Applications (1) 主 動 式 自 動 對 焦 : 首 先 主 動 式 自 動 對 焦 可 以 從 圖 6 來 做 了 解, 一 般 由 照 相 機 或 是 攝 影 機 發 射 超 音 波 或 是 雷 射 紅 外 線 光 源 到 拍 攝 物 體, 藉 由 接 收 器 測 量 反 射 達 到 時 間 或 是 三 角 測 量, 進 而 計 算 出 物 體 相 對 於 照 相 機 的 距 離 雖 然 藉 由 主 動 測 量 距 離 裝 置 可 以 快 速 達 到 對 焦 功 能, 但 是 照 相 機 必 須 增 加 體 積 與 成 本 裝 設 測 距 裝 置, 並 且 對 焦 物 體 是 圓 形 或 是 立 體 物 件 在 無 法 完 全 反 射 或 所 測 得 距 離 是 物 體 上 某 一 點 的 情 形 下, 就 有 可 能 發 生 對 焦 失 誤 或 是 計 算 錯 誤 的 問 題 發 生 Lens Module 圖 7: 被 動 式 對 焦 圖 Image Data 清 晰 度 演 算 法 搜 尋 結 束? YES 紀 錄 清 晰 度 數 值 O 搜 尋 最 大 清 晰 度 值 Control Signal 移 往 下 一 搜 尋 點 Step Position 移 動 鏡 頭 至 其 位 置 圖 8: 被 動 式 自 動 對 焦 方 塊 圖 圖 5: 鏡 頭 移 動 對 焦 圖 圖 6: 主 動 式 對 焦 圖 (2) 被 動 式 自 動 對 焦 : 被 動 式 自 動 對 焦 技 術 沒 有 主 動 測 量 距 離 裝 置 所 引 起 的 缺 點, 不 必 藉 由 主 動 元 件 來 協 助 測 距 裝 置 從 圖 7 及 圖 8 被 動 式 自 動 對 焦 方 塊 流 程 圖 可 以 得 知, 被 動 式 自 動 對 焦 先 設 定 欲 對 焦 的 影 像 區 域, 可 以 是 影 像 中 間 或 是 觀 景 窗 可 視 範 圍 內 的 任 何 一 點 或 區 域, 經 由 鏡 頭 取 像 系 統 得 到 數 位 影 像 資 料, 由 影 像 清 晰 度 演 算 法 求 得 鏡 頭 不 同 位 置 的 影 像 清 晰 度 值, 再 配 合 搜 尋 對 焦 點 的 方 法, 移 動 鏡 頭 調 整 焦 距, 完 成 對 焦 [2,3] 2. 自 動 對 焦 理 論 被 動 式 自 動 對 焦 系 統 程 序, 經 由 前 一 章 的 說 明 得 知 透 過 影 像 清 晰 度 演 算 法, 可 以 得 到 目 前 的 影 像 是 否 清 晰 與 模 糊 清 晰 影 像 呈 現 明 確 的 邊 緣 變 化, 相 鄰 像 素 間 其 灰 階 值 的 差 異 值 或 是 梯 度 值 越 大, 特 別 是 屬 於 邊 界 的 部 份, 而 模 糊 影 像 則 相 對 沒 有 清 晰 影 像 的 現 象 利 用 這 些 影 像 特 性, 將 影 像 以 差 分 或 梯 度 方 式 處 理, 可 得 差 異 值 或 是 梯 度 值 的 影 像 資 訊 集 合 這 些 影 像 資 訊, 便 可 以 做 為 影 像 清 晰 或 模 糊 的 指 標, 也 就 是 清 晰 度 數 值 影 像 模 糊 的 現 象, 起 因 於 影 像 高 頻 訊 號 不 足, 低 頻 能 量 多 經 由 採 用 高 通 濾 波 器 的 頻 域 濾 波 方 法, 求 得 影 像 高 頻 資 訊, 也 可 以 做 為 影 像 清 晰 或 模 糊 的 依 據 而 這 些 高 頻 的 能 量 也 就 是 被 定 義 成 影 像 清 晰 度 指 標 所 以 當 目 前 影 像 清 晰 時, 高 頻 能 量 大 所 得 的 影 像 清 晰 度 數 值 大, 影 像 模 糊 時, 高 頻 能 量 低 相 對 的 影 像 清 晰 度 數 值 小 因 此, 採 用 影 像 頻 域 濾 波 處 理 或 影 像 差 異 與 梯 度 的 方 式, 做 為 影 像 清 晰 度 演 算 法, 進 而 利 用 清 晰 度 值 作 為 判 別 對 焦 是 否 清 楚 的 指 標 以 下 章 節 將 針 對 各 種 對 焦 點 搜 尋 法 之 優 缺 點 加 以 說 明 2.1 頻 域 理 論 我 們 從 圖 9(a) 跟 (b) 影 像 經 過 離 散 傅 立 葉 轉 換 (Discrete Fourier Transform) 求 得 能 量 頻 譜 圖 69
4 ( 圖 9(c) (d)), 可 以 發 現 清 晰 的 影 像 圖 9(a) 高 頻 的 能 量 大 於 模 糊 影 像 的 高 頻 能 量 這 代 表 著 清 晰 影 像 所 表 現 出 來 明 顯 的 物 體 邊 界 和 相 鄰 像 素 間 其 灰 階 值 的 差 異 值 或 是 梯 度 值 愈 大, 而 失 焦 影 像 圖 9(b) 就 沒 有 這 些 明 顯 的 變 化 所 以 影 像 的 高 頻 能 量 就 愈 強 代 表 拍 攝 物 體 邊 界 愈 清 楚, 影 像 清 晰 度 愈 高 [4] 因 此, 只 要 對 影 像 做 空 間 域 或 頻 域 運 算, 轉 換 影 像 梯 度 值 或 影 像 差 異 值, 便 可 藉 此 作 為 辨 別 影 像 清 晰 與 否 的 指 標 (a) 對 焦 影 像 (b) 失 焦 影 像 1 F I( x, y) u 2 x 1 y 1 2 (3) (3)Sum-Modules-Difference(): 由 Jarvis[5] 提 出, 測 量 整 張 影 像 每 個 點 的 影 像 值 與 縱 軸 和 橫 軸 相 鄰 像 素 間 的 差 異 值, 最 後 求 得 清 晰 度 值, 值 愈 大 代 表 影 像 愈 清 晰 F I( x, y) I( x, y 1) _ y _ x x1 y1 F F F F I( x, y) I( x 1, y) x1 y1 _ x _ y (4) (4) Squared Gradient: g 為 x 的 影 像, 經 由 整 張 影 像 每 個 點 的 影 像 值, 取 得 橫 軸 相 鄰 像 素 間 的 差 異 值, 最 後 求 得 Squared Gradient 清 晰 度 值 F g( x, y 1) g( x, y) sqgrad x1 y1 2 (5) (c) 影 像 (a) 高 頻 譜 能 量 (d) 影 像 (b) 高 頻 譜 能 量 圖 9: 影 像 高 頻 譜 能 量 分 析 2.2 清 晰 度 演 算 法 : 由 2.1 節 我 們 知 道 影 像 高 頻 能 量 的 強 弱 可 以 辨 別 影 像 是 否 清 晰 的 依 據 目 前 普 遍 使 用 的 清 晰 度 演 算 法 有 影 像 差 異 值 法 和 影 像 梯 度 值 法, 其 中 影 像 差 異 值 法 的 運 算 方 式 包 括 litude Sum-Modules-Difference 和 Squared Gradient, 而 影 像 梯 度 值 法 的 運 算 方 式 包 括 有 Tenengrad 和 Laplacian 然 而 這 些 演 算 法 都 有 大 量 的 影 像 資 料 需 要 運 算, 所 花 費 的 時 間 較 長, 造 成 對 焦 系 統 速 度 慢 的 不 良 效 率 因 此 本 論 文 研 究 使 用 檢 測 鏡 頭 方 法 以 少 量 的 數 學 運 算, 加 快 對 焦 速 度 做 為 影 像 清 晰 度 的 演 算 法 以 下 介 紹 幾 種 常 用 的 清 晰 度 演 算 法 影 像 差 異 值 法 : (1)litude: I 為 x 的 影 像, I 為 整 張 影 像 平 均 值, 經 由 整 張 影 像 每 個 點 的 影 像 值 與 I 相 減 取 絕 對 值, 取 得 相 鄰 像 素 間 其 差 異 值, 最 後 平 均 求 得 itude 清 晰 度 值 1 F (, ) 2 I x y I x1 y1 (2) (2): I 為 x 的 影 像,u 為 整 張 影 像 平 均 值, 經 由 整 張 影 像 每 個 點 的 影 像 值 與 I 相 減 取 平 方, 取 得 相 鄰 像 素 間 其 差 異 值, 最 後 平 均 求 得 清 晰 度 值 影 像 梯 度 值 法 : (1)Tenengrad: 由 Tenenbaum [6] 建 立, 利 用 Sobel 運 算 元 [7] 對 影 像 每 個 影 像 值 做 垂 直 和 水 平 迴 旋 積 (Convolution) 運 算, 所 得 到 的 影 像 梯 度 值 做 為 清 晰 度 數 值, 值 愈 大 表 示 影 像 愈 清 晰 I i _ x I i _ y F i I ( x, y) i I ( x, y) Tenengrad x i _ x y i _ y x1 y1 (6) (2)Laplacian: 以 Laplacian [8] 空 間 濾 波 器 為 工 具, 推 導 出 清 晰 度 運 算 法, 影 像 Laplacian 值 愈 大 代 表 影 像 愈 清 晰 I Laplacian F I I( x, y) Laplacian x y Lap (7) 由 於 使 用 這 些 演 算 法 並 不 能 適 用 於 各 種 環 境 且 運 算 速 度 慢, 因 此 我 們 使 用 檢 測 鏡 頭 解 像 力 的 空 間 頻 域 觀 念, 來 代 表 影 像 的 對 比 度 和 銳 利 度, 快 速 求 得 影 像 的 清 晰 度 值 常 用 的 鏡 頭 解 像 力 方 法 是 使 用 調 制 轉 換 函 數 (Modulation Transfer Function, MTF ) MTF 計 算 如 公 式 (8) 所 示 假 設 Bt 是 影 像 測 量 區 域 內 影 像 值 介 於 數 值 0 至 127 之 間 的 影 像 值 總 和 取 95% 的 閥 值 (Threshold), 而 Wt 是 影 像 測 量 區 域 內 影 像 值 介 於 數 值 128 至 255 之 間 的 影 像 值 總 和 取 95% 的 閥 值 (Threshold),DB 代 表 影 像 測 量 區 域 內 大 70
5 於 Bt 的 影 像 值 總 和,DW 代 表 影 像 測 量 區 域 內 大 於 Wt 的 影 像 值 總 和 經 由 運 算 可 以 得 到 目 前 鏡 頭 的 對 比 度 和 銳 利 度, 也 就 是 說 現 在 鏡 頭 位 置 影 像 的 清 晰 指 數 當 MTF 值 愈 高 代 表 呈 現 出 來 的 影 像 愈 清 晰 F MTF DB DW 100 DB DW (8) 為 費 氏 搜 尋 法 之 示 意 圖 此 搜 尋 法 對 抗 雜 訊 的 能 力 較 弱, 容 易 受 雜 訊 干 擾 誤 判 對 焦 位 置 [10] (3) 二 元 搜 尋 法 (Binary Search): 二 元 搜 尋 法 [11] 使 用 相 鄰 兩 點 的 清 晰 度 差 值 ΔE, 當 ΔE 產 生 正 負 號 變 化 時, 便 縮 減 1/2 倍 的 鏡 頭 取 像 距 離, 並 以 相 反 方 向 搜 尋 最 佳 對 焦 點, 如 此 規 則 搜 尋, 逼 近 對 焦 點, 完 成 對 焦 此 搜 尋 法 對 抗 雜 訊 的 能 力 差, 容 易 受 雜 訊 干 擾, 誤 判 對 焦 位 置 由 於 MTF 運 算 只 使 用 加 法 與 減 法, 有 效 的 減 少 影 像 計 算 量 因 而 提 升 清 晰 度 演 算 法 的 計 算 速 度, 也 加 快 了 對 焦 速 度 2.3 對 焦 點 搜 尋 法 被 動 式 自 動 對 焦 除 了 要 有 良 好 的 影 像 清 晰 度 運 算 法 外, 仍 要 有 效 率 的 對 焦 點 搜 尋 法 才 能 完 成 快 速 且 準 確 的 自 動 對 焦 此 外 鏡 頭 景 深 (depth of field) 的 數 值 亦 是 本 論 文 考 慮 的 重 要 因 素 取 像 分 析 的 搜 尋 間 距 若 設 定 太 大, 造 成 錯 過 峰 值 附 近 之 值, 錯 過 對 焦 點 相 鄰 的 資 訊, 就 難 以 尋 找 到 正 確 對 焦 點 若 設 定 太 小, 又 可 能 浪 費 對 焦 時 間 因 此 對 焦 點 搜 尋 法 可 分 為 兩 大 步 驟, 先 以 大 範 圍 的 粗 搜 尋 快 速 的 找 到 對 焦 點 存 在 的 範 圍 後, 再 使 用 細 部 搜 尋, 精 細 的 尋 找 出 最 佳 對 焦 位 置 目 前 常 使 用 的 對 焦 點 搜 尋 法 可 分 為 下 列 3 種 : (1) 全 域 搜 尋 法 (Global Search): 如 圖 10 所 示, 使 用 全 域 搜 尋 法 必 須 取 得 鏡 頭 移 動 位 置 每 點 的 清 晰 度 值, 等 待 完 成 全 部 範 圍 搜 尋 之 後, 將 鏡 頭 移 動 到 清 晰 度 最 大 值 的 位 置, 以 完 成 對 焦 全 域 搜 尋 法 所 要 記 錄 的 資 料 量 大, 且 對 焦 搜 尋 位 置 多 造 成 對 焦 速 度 慢 [9] 圖 10: 全 域 搜 尋 法 示 意 圖 (2) 費 氏 搜 尋 法 (Fibonacci Search): 依 據 Fibonacci Sequence(F 0 =0,F 1 =1,F i =F i-1 +F i-2, for i 2) 訂 出 對 焦 點 搜 尋 的 位 置 首 先 制 定 鏡 頭 位 置 與 Fibonacci Sequence 的 關 係, 假 設 F 1 =1 為 鏡 頭 由 原 點 移 動 至 L 步 的 位 置, 則 F 5 =5 代 表 鏡 頭 移 動 5*L 步 的 位 置, 依 此 訂 定 鏡 頭 移 動 位 置 與 Fibonacci Sequence 的 對 應 關 係 如 果 搜 尋 範 圍 最 遠 的 位 置 為 17*L 步, 則 F 8 =21, 因 此 最 多 只 需 搜 尋 8 個 鏡 頭 位 置 的 清 晰 度 值 即 完 成 對 焦 程 序 首 先 以 Fn-i 為 對 焦 點 搜 尋 位 置, 若 相 鄰 兩 點 清 晰 度 值 相 差 ΔE, 當 ΔE 產 生 正 負 號 變 化 時, 做 反 向 對 焦 點 搜 尋, 每 次 搜 尋 一 個 位 置 後, 便 縮 減 鏡 頭 下 個 移 動 間 距 ( 搜 尋 距 離 由 F n-(i+1),f n-(i+2),f n-(i+3) 逐 次 遞 減, 直 到 最 小 距 離 為 1), 以 逼 近 最 佳 對 焦 位 置, 達 成 對 焦 圖 11 (a) (b) 圖 11: 費 氏 搜 尋 法 示 意 圖 以 上 對 各 種 對 焦 搜 尋 法 觀 察, 欲 使 用 費 氏 搜 尋 法 或 是 二 元 搜 尋 法 都 有 可 能 受 雜 訊 干 擾 [10,11], 而 且 搜 尋 間 距 的 變 化 可 能 造 成 找 尋 的 對 焦 點 錯 誤 若 是 使 用 全 域 搜 尋 法 又 會 造 成 對 焦 速 度 太 慢 因 此, 本 論 文 將 研 究 以 物 體 遠 近 位 置 與 焦 距 的 關 聯 研 究 新 對 焦 點 搜 尋 法 稱 之 為 焦 距 搜 尋 法 (Focus Search) 假 設 拍 攝 物 體 與 照 相 機 的 距 離 分 為 遠 中 近 三 個 距 離, 如 果 拍 攝 主 體 相 對 於 照 相 機 是 在 遠 處 的 情 形 下, 依 照 鏡 頭 架 構 所 表 現, 鏡 頭 的 移 動 間 距 就 不 可 以 太 大, 需 要 以 小 間 距 的 移 動 方 式 來 搜 尋 對 焦 點, 以 避 免 錯 過 最 佳 對 焦 點 相 對 的 當 拍 攝 主 體 離 照 相 機 是 在 近 處 的 時 候, 鏡 頭 就 必 須 以 大 間 距 的 方 式 移 動, 避 免 浪 費 對 焦 時 間 當 拍 攝 主 體 如 果 在 中 間 處 時, 鏡 頭 就 必 須 以 固 定 大 小 的 等 間 距 來 移 動 由 於 將 焦 距 對 焦 點 搜 尋 區 域 分 為 三 區, 可 以 用 較 少 的 搜 尋 點 搜 尋 全 部 的 對 焦 範 圍, 雖 然 比 費 氏 搜 尋 法 和 二 元 搜 尋 法 所 搜 尋 的 點 數 多 但 不 會 造 成 對 焦 方 向 可 能 誤 判 的 錯 誤 問 題 發 生 3. 建 立 快 速 自 動 對 焦 技 術 本 論 文 提 出 之 快 速 自 動 對 焦 技 術 是 應 用 鏡 頭 解 像 力 原 理, 以 調 制 轉 換 方 法 (MTF) 做 為 影 像 清 晰 度 演 算 法 經 由 粗 略 搜 尋, 算 出 影 像 對 比 度 和 銳 利 度 數 值, 利 用 焦 距 搜 尋 法, 尋 找 出 鏡 71
6 頭 的 景 深 範 圍, 再 由 細 部 搜 尋 景 深 範 圍 內 的 清 晰 度 數 值, 進 而 找 出 鏡 頭 成 像 最 清 楚 的 對 焦 點 位 置 3.1 鏡 頭 解 像 力 鏡 頭 解 像 力 就 是 計 算 鏡 頭 的 反 差 和 對 比 度 能 力 從 圖 12 可 以 透 過 鏡 頭 分 別 取 得 三 個 區 塊 影 像, 當 空 間 頻 域 愈 來 愈 大 時, 也 就 是 說 線 條 愈 來 愈 緊 密 時, 反 差 和 對 比 會 愈 來 愈 小, 最 後 反 差 衰 減 到 全 部 變 成 灰 色, 再 也 分 辨 不 出 黑 白 條 紋 來, 就 表 示 鏡 頭 的 解 像 力 已 到 極 限 而 計 算 影 像 從 清 晰 到 模 糊 之 間 的 轉 折 點, 就 是 鏡 頭 解 像 力 的 極 限 圖 13 是 業 界 使 用 的 ISO12233 鏡 頭 解 像 力 測 試 圖 細 部 搜 尋 法 則 使 用 全 域 搜 尋 法, 搜 尋 景 深 範 圍 內 每 一 個 對 焦 點 的 MTF 清 晰 度 值, 找 出 景 深 範 圍 內 的 最 大 清 晰 度 值, 完 成 自 動 對 焦 目 的 雖 然 細 部 搜 尋 法 使 用 全 域 搜 尋 法, 但 因 搜 尋 範 圍 只 在 粗 略 搜 尋 法 找 到 之 小 範 圍 內, 所 以 不 會 花 費 太 多 的 計 算 時 間, 反 而 因 使 用 全 域 搜 尋 法 可 得 到 更 準 確 的 結 果 圖 15 是 細 部 搜 尋 系 統 架 構 圖 Lens Module Image Data 紀 錄 MTF 數 值 MTF 清 晰 度 函 數 粗 略 搜 尋 結 束? O YES 景 深 搜 尋 Control Signal 移 往 下 一 搜 尋 點 Step Position 移 動 鏡 頭 至 景 深 起 始 位 置 圖 14 : 粗 略 搜 尋 方 塊 圖 圖 12: 鏡 頭 解 像 力 測 試 圖 完 成 粗 略 搜 尋 Lens Module Image Data Contrast/Sharpness Function 細 部 搜 尋 結 束? 紀 錄 Sharpness 數 值 O YES 圖 13:ISO12233 測 試 圖 Control Signal 移 往 下 一 搜 尋 點 Step Position 搜 尋 最 大 數 值 移 動 鏡 頭 至 其 相 對 位 置 3.2 景 深 搜 尋 搜 尋 MTF 清 晰 度 演 算 法 所 得 的 最 大 清 晰 度 數 值 為 基 準, 以 最 大 清 晰 度 數 值 的 70% 做 為 景 深 搜 尋 點 的 閥 值 (Threshold) 從 已 知 的 最 大 清 晰 度 值 所 在 的 位 置, 可 以 知 道 拍 攝 物 體 離 照 相 機 的 距 離, 透 過 焦 距 對 焦 點 搜 尋 法 的 設 計, 當 主 體 是 在 遠 處 時 前 後 找 尋 相 鄰 的 四 點 位 置, 做 為 景 深 範 圍 如 果 主 體 是 在 近 端 時, 就 必 須 以 前 後 相 鄰 八 點 做 為 景 深 範 圍 如 果 主 體 是 在 中 間 的 情 況 下, 以 前 後 六 點 位 置 做 為 景 深 搜 尋 的 範 圍 這 樣 設 計 的 方 法 可 以 避 免 雜 訊 干 擾, 以 正 確 找 到 最 佳 對 焦 點 3.3 快 速 對 焦 技 術 建 立 首 先 使 用 粗 略 搜 尋, 快 速 找 出 對 焦 物 體 在 鏡 頭 的 景 深 範 圍, 接 著 使 用 細 部 搜 尋, 搜 尋 粗 略 搜 法 找 到 的 景 深 範 圍, 找 出 影 像 最 清 晰 的 對 焦 點 圖 14 為 粗 略 搜 尋 系 統 架 構 圖 粗 略 搜 尋 使 用 焦 距 對 焦 點 搜 尋 法, 搜 尋 所 有 的 對 焦 點, 紀 錄 MTF 影 像 清 晰 度 數 值, 以 找 尋 物 體 的 所 在 景 深 完 成 粗 略 搜 尋 後, 再 以 細 部 搜 尋 步 驟, 完 成 對 焦 圖 15: 細 部 搜 尋 系 統 架 構 圖 4. 實 驗 與 分 析 本 實 驗 以 目 前 多 種 常 用 的 影 像 清 晰 度 演 算 法, 做 為 粗 略 搜 尋 所 使 用 的 清 晰 度 指 標, 再 以 不 同 的 各 種 清 晰 度 演 算 法 做 為 細 部 搜 尋 影 像 檢 測 為 了 驗 證 本 論 文 之 自 動 對 焦 技 術, 我 們 使 用 不 同 類 型 的 測 試 圖 進 行 實 驗 經 由 實 驗 數 據 分 析 交 叉 統 計 圖 表, 我 們 可 以 得 知 各 種 清 晰 度 演 算 法 在 對 焦 速 度 和 對 焦 準 確 度 的 差 異 並 驗 證 本 論 文 提 出 之 演 算 法 的 優 越 性 4.1 實 驗 環 境 與 條 件 實 驗 以 影 像 解 析 度 640x480 像 素, 拍 攝 主 體 五 種, 分 別 為 太 陽 測 試 圖 方 塊 測 試 圖 立 體 物 一 立 體 物 二 與 人 物 相 片 這 五 種 主 體 分 別 有 緊 密 多 線 條 寬 鬆 多 邊 界 不 規 則 曲 線 等 特 性 經 由 不 同 特 性 的 對 焦 主 體, 驗 證 所 研 究 的 快 速 自 動 對 焦 技 術 本 實 驗 鏡 頭 為 光 學 3 倍 倍 率 變 焦 鏡 頭, 而 且 使 用 二 之 二 相 微 步 進 馬 達, 所 以 必 須 將 鏡 頭 規 範 的 搜 尋 範 圍 乘 以 雙 倍, 以 得 到 確 切 的 鏡 頭 移 動 步 數 當 鏡 頭 為 1 72
7 倍 倍 率 時, 呈 現 鏡 頭 大 光 圈 條 件, 使 得 鏡 頭 焦 距 短 景 深 淺, 當 鏡 頭 為 3 倍 率 時, 呈 現 鏡 頭 小 光 圈, 因 此 鏡 頭 焦 距 長 景 深 長, 所 以 我 們 使 用 2 倍 倍 率 中 光 圈 的 景 深 適 中 條 件 做 為 對 焦 實 驗 鏡 頭 2 倍 倍 率 的 搜 尋 範 圍 為 二 之 二 相 微 步 進 馬 達 380 步 至 774 步 將 拍 攝 物 體 放 置 與 照 相 機 60 公 分 固 定 距 離, 以 全 域 搜 尋 法 搜 尋 鏡 頭 380 步 數 至 774 步 數 範 圍, 找 出 最 佳 對 焦 位 置 為 步, 以 此 鏡 頭 位 置 做 為 正 確 的 對 焦 值, 以 比 對 各 項 對 焦 演 算 法 之 準 確 度 4.2 實 驗 結 果 以 下 為 不 同 拍 攝 主 體 的 實 驗 : (1) 太 陽 測 試 圖 : 以 圖 16 太 陽 測 試 圖 做 為 對 焦 主 體, 驗 證 所 建 立 的 快 速 對 焦 技 術, 在 緊 密 多 線 條 的 物 體 上 是 否 有 優 於 其 他 對 焦 技 術 的 效 率 以 縱 軸 代 表 各 粗 略 搜 尋 所 使 用 的 清 晰 度 演 算 法, 做 為 影 像 清 晰 度 指 標, 配 合 橫 軸 代 表 各 項 細 部 搜 尋 所 使 用 的 清 晰 度 演 算 法, 實 驗 所 得 到 的 對 焦 所 需 的 時 間 ( 單 位 :ms) 與 對 焦 位 置 詳 列 於 表 1 中 從 表 1 中 可 以 發 現,MTF 清 晰 度 演 算 法 優 於 其 他 影 像 差 異 值 和 影 像 梯 度 值 演 算 法 MTF 運 算 時 間 最 少 (3781ms), 所 得 到 的 對 焦 位 置 精 準 的 維 持 在 正 確 的 對 焦 值 () 由 此 驗 證 在 拍 攝 多 線 條 的 物 體 上, 可 以 在 最 少 的 時 間 內 準 確 的 求 出 對 焦 位 置 (2) 方 塊 測 試 圖 : 以 圖 17 方 塊 測 試 圖 做 為 對 焦 主 體, 驗 證 所 建 立 的 對 焦 技 術, 在 鬆 寬 多 邊 界 物 體 上, 是 否 有 優 於 其 他 對 焦 技 術 的 效 率 仿 照 前 面 實 驗 方 式 所 得 到 的 對 焦 時 間 與 對 焦 位 置 詳 列 於 表 2 中 從 表 2 中 可 以 發 現,MTF 清 晰 度 演 算 法 優 於 其 他 影 像 差 異 值 和 影 像 梯 度 值 演 算 法 MTF 運 算 時 間 最 少 (4546ms), 所 得 到 的 對 焦 位 置 精 準 的 維 持 在 正 確 的 對 焦 值 () 由 此 驗 證 在 拍 攝 多 邊 界 的 物 體 上, 可 以 在 最 少 的 時 間 內 準 確 的 求 出 對 焦 位 置 圖 17: 方 塊 測 試 圖 表 2: 方 塊 測 試 圖 對 焦 實 驗 數 據 Times(ms) Pos 圖 16: 太 陽 測 試 圖 表 1: 太 陽 測 試 圖 對 焦 實 驗 數 據 Times Pos (3) 立 體 物 ( 一 ): 以 圖 18 立 體 物 做 為 對 焦 主 體, 驗 證 所 建 立 的 快 速 對 焦 技 術, 在 不 規 則 物 體 曲 線 上, 是 否 能 有 優 於 其 他 對 焦 技 術 的 效 率 仿 照 前 面 實 驗 方 式 所 得 到 的 對 焦 時 間 與 對 焦 位 置 詳 列 於 表 3 中 從 表 3 中 可 以 發 現,MTF 清 晰 度 演 算 法 優 於 其 他 影 像 差 異 值 和 影 像 梯 度 值 演 算 法 MTF 運 算 時 間 最 少 (4094ms), 所 得 到 的 對 焦 位 置 精 準 的 維 持 在 正 確 的 對 焦 值 ( step) 由 此 驗 證 在 拍 攝 立 體 物 上 面 的 不 規 則 曲 線 或 是 邊 界 物 體 上, 可 以 在 最 少 的 時 間 內 準 確 的 求 出 對 焦 位 置
8 表 4: 立 體 物 ( 二 ) 對 焦 實 驗 數 據 Times Pos 圖 18: 立 體 物 ( 一 ) 表 3: 立 體 物 ( 一 ) 對 焦 實 驗 數 據 Times Pos (5) 人 物 相 片 : 以 圖 20 人 物 相 片 做 為 對 焦 主 體, 驗 證 所 建 立 的 快 速 對 焦 技 術, 在 平 面 上 的 不 規 則 邊 界 或 是 圖 案, 是 否 優 於 其 他 對 焦 技 術 仿 照 前 面 實 驗 方 式 所 得 到 的 對 焦 時 間 與 對 焦 位 置 詳 列 於 表 5 中 從 表 5 中 可 以 發 現,MTF 清 晰 度 演 算 法 優 於 其 他 影 像 差 異 值 和 影 像 梯 度 值 演 算 法 MTF 運 算 時 間 最 少 (5203ms), 所 得 到 的 對 焦 位 置 精 準 的 維 持 在 正 確 的 對 焦 值 ( step) 由 此 驗 證 在 平 面 上 的 不 規 則 邊 界 或 圖 案 的 物 體 上, 可 以 在 最 少 的 時 間 內 準 確 的 求 出 對 焦 位 置 416 (4) 立 體 物 ( 二 ): 以 圖 19 立 體 物 ( 二 ) 做 為 對 焦 主 體, 再 次 驗 證 所 建 立 的 快 速 對 焦 技 術, 在 不 規 則 物 體 曲 線 上, 是 否 有 更 佳 的 對 焦 效 率 仿 照 前 面 實 驗 方 式 所 得 到 的 對 焦 時 間 與 對 焦 位 置 詳 列 於 表 4 中 從 表 4 中 可 以 發 現,MTF 清 晰 度 演 算 法 優 於 其 他 影 像 差 異 值 和 影 像 梯 度 值 演 算 法 MTF 運 算 時 間 最 少 (3469ms), 所 得 到 的 對 焦 位 置 精 準 的 維 持 在 正 確 的 對 焦 值 ( step) 由 此 驗 證 在 拍 攝 立 體 物 上 面 的 不 規 則 曲 線 或 是 邊 界 物 體 上, 可 以 在 最 少 的 時 間 內 準 確 的 求 出 對 焦 位 置 圖 20: 人 物 相 片 表 5: 人 物 相 片 對 焦 實 驗 數 據 Times Pos 圖 19: 立 體 物 ( 二 )
9 我 們 從 分 析 圖 上 面 發 現, 演 算 法 竟 然 有 很 明 顯 的 對 焦 失 誤 現 象 反 而 本 論 文 所 建 立 的 快 速 對 焦 技 術, 依 然 能 穩 定 的 快 速 達 成 對 焦 任 務 4.3 實 驗 討 論 觀 察 以 上 不 同 拍 攝 物 體 的 實 驗 結 果, 證 實 在 眾 多 對 焦 演 算 法 中, 以 焦 距 搜 尋 法 並 使 用 鏡 頭 解 像 力 的 MTF 清 晰 度 演 算 法, 所 達 到 的 對 焦 速 度 最 快 時 間 最 短, 並 且 在 細 部 搜 尋 中 也 可 以 的 準 確 的 找 到 最 清 晰 的 對 焦 點 位 置 因 此, 使 用 鏡 頭 解 像 力 找 尋 影 像 的 對 比 度 和 銳 利 度, 做 為 影 像 清 晰 與 否 的 指 標, 可 以 廣 泛 適 用 在 不 同 的 拍 攝 主 體, 並 能 穩 定 和 快 速 的 運 算 出 影 像 清 晰 度 而 藉 用 焦 距 搜 尋 法, 能 針 對 不 同 位 置 的 主 體 做 搜 尋, 確 保 對 焦 方 向 不 會 錯 誤 而 造 成 對 焦 失 誤 在 以 簡 單 數 學 運 算 快 速 求 得 鏡 頭 的 對 比 度 和 銳 利 度 值, 藉 以 判 別 影 像 的 清 晰 度 指 標, 以 完 成 粗 略 的 焦 距 範 圍 搜 尋 接 著 使 用 鏡 頭 景 深 範 圍 內 每 一 點 的 影 像 清 晰 值, 完 成 最 佳 點 的 搜 尋 以 上 述 方 法 建 立 快 速 的 自 動 對 焦 技 術, 經 由 實 驗 證 實 比 現 有 其 他 的 被 動 式 自 動 對 焦 技 術 有 更 好 的 表 現 5. 結 論 與 未 來 方 向 本 論 文 以 兩 階 段 的 搜 尋 方 法 建 立 快 速 自 動 對 焦 技 術 在 粗 略 搜 尋 部 份, 以 鏡 頭 檢 測 原 理 研 究 使 用 鏡 頭 解 像 力 所 表 現 的 空 間 頻 率 對 比 度 和 反 差 觀 念, 應 用 於 影 像 清 晰 的 判 別 目 前 普 遍 應 用 鏡 頭 解 像 力 的 方 法 為 調 制 轉 換 函 數 (MTF), 由 於 MTF 運 算 比 起 其 他 影 像 差 異 值 和 影 像 梯 度 值 的 運 算 量 小, 所 以 可 以 增 快 對 焦 搜 尋 過 程 的 速 度, 加 速 完 成 對 焦 另 外 在 搜 尋 方 法, 使 用 焦 距 搜 尋 法 可 以 依 照 焦 距 與 物 體 的 關 係, 快 速 搜 尋 到 拍 攝 物 體 在 鏡 頭 內 的 焦 距 範 圍, 確 定 不 會 有 費 氏 搜 尋 法 或 二 元 搜 尋 法 會 造 成 的 對 焦 方 向 錯 誤 的 現 象 發 生 細 部 搜 尋 部 份, 以 全 域 搜 尋 法, 搜 尋 粗 略 搜 尋 的 景 深 範 圍 內 每 一 個 對 焦 點 的 對 比 和 銳 利 度, 而 達 到 快 速 的 對 焦 技 術 被 動 式 自 動 對 焦 是 未 來 的 主 流, 是 影 像 處 理 產 品 的 關 鍵 技 術, 因 此 本 論 文 所 研 究 的 快 速 影 像 式 對 焦 技 術 可 應 用 的 範 圍 十 分 廣 泛, 舉 凡 一 般 數 位 照 相 機 數 位 攝 影 機 照 相 手 機 投 影 機 零 件 檢 測 機 械 人 視 覺 網 路 攝 影 機 等 均 可 應 用 雖 然 本 論 文 所 建 立 的 快 速 對 焦 技 術, 可 以 克 服 不 同 的 拍 攝 場 景, 但 是 如 果 所 拍 攝 的 環 境 是 在 低 照 度 的 光 源 下, 有 可 能 因 為 鏡 頭 本 身 和 照 相 機 系 統 品 質 的 問 題, 造 成 鏡 頭 解 像 力 下 降, 無 法 精 細 的 找 出 影 像 清 晰 指 數, 而 無 法 找 出 最 佳 的 對 焦 點 因 此 在 未 來 的 努 力, 可 以 朝 向 如 何 解 決 在 低 照 度 環 境 下 提 升 鏡 頭 解 像 力, 而 成 為 全 方 位 的 對 焦 技 術 相 信 未 來 被 動 式 自 動 對 焦 技 術 的 產 品 會 更 加 多 元 和 多 樣 化, 而 本 論 文 所 研 究 的 快 速 對 焦 技 巧, 可 以 在 變 焦 系 統 的 相 關 產 品 上 面 被 實 際 的 應 用 参 考 文 獻 [1] Subbarao, M., and Tyan, J. -K., The Optimal Focus Measure for Passive Autofocusing and Depth-from-Focus, Proceedings of the SPIE Conference on Videometrics IV, Vol.2598, pp.89-99, Philadelphia, Oct [2] Adams, A., The Camera, ew York Graphic Society, Boston, [3] ayar, S.K., and akagawa, Y., Shape from Focus, Proceedings of the IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 4, o. 8, pp , August [4] Fienup, J. R. and Miller, J. J., Aberration correction by maximizing generalized sharpness metrics, J. Opt. Soc. Am. A20, pp , [5] Jarvis, R. A., Focus optimization criteria for computer image processing, Microscope, vol. 24, no. 2, pp, , [6] Tenenbaum, J. M., Accommodation in computer vision, Ph.D. thesis, Stanford University, [7] Schlag, J. F., Sanderson, A. C., eumann, C. P., and Wimberly, F. C., Implementation of Automatic Focusing Algorithms for a Computer Vision System with Camera Control, Technical Report CMU-RI-TR-83-14, Carnegie Mellon University, August [8] Krotkov, E. P., Active Computer Vision by Cooperative Focus and Stereo, ew York: Springer-Verlag, [9] g Kuang,., Poo Aun eow, and Ang, M.H., Jr., Practical Issues in Pixel-Based Autofocusing for Machine Vision, Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, Vol.3, pp , [10] Beveridge, G. S., and Schechter, R. S., Optimization: Theory and Practice, McGraw-Hill, ew York, [11] Baina, J., and Dublet, J., Automatic Focus and Iris Control for Video Cameras, Fifth International Conference on Image Processing and its Applications, pp , Biography Fang-Hsuan Cheng was born in Hsinchu, Taiwan, R.O.C., in He received the B.E. degree from the Department of Electrical Engineering, ational Chen-Kung University, Tainan, Taiwan, in 1982, and the M.E. and Doctor of 75
10 Engineering degrees from the Institute of Electrical Engineering, ational Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan, in He was with the Chung Shan Institute of Science and Technology as a Senior Specialist from 1988 to 1992, where he was involved in signal processing, flight data analysis, parameter estimation, and distributed database design. He has been an Associate Professor of the Department of Information and Computer Engineering at Chung Yuan Christian University in Since the fall of 1992, he joined the Department of Computer Science and Information Engineering, Chung Hua University, Hsinchu, where he is currently a professor. His current research interests include color image processing, pattern recognition, 3D stereo display technology, video surveillance and multimedia system. Dr. Cheng is a member of the editorial board of Communications of COLIPS, an international journal of Singapore. In 1988, he received the honor of Dragon Totem Award from Acer Corporation. Journal of Information Technology and Applications 76
2 3. 1,,,.,., CAD,,,. : 1) :, 1,,. ; 2) :,, ; 3) :,; 4) : Fig. 1 Flowchart of generation and application of 3D2digital2building 2 :.. 3 : 1) :,
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