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 e09302005@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 e09302005@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
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 1 1 (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
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
( 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 1 0 1 2 0 2 1 0 1 I i _ y 1 2 1 0 0 0 1 2 1 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 1 4 1 4 20 4 1 4 1 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
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
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
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 5907 5985 5610 6000 7188 5656 6750 4734 7187 7250 7406 7390 7516 6922 6969 5656 466 448 448 464 438 7406 7429 7047 6078 6000 7031 6062 5578 422 6188 6140 7344 7312 7343 5875 5938 5765 418 7093 7610 7953 7437 7235 7234 7281 6046 482 492 468 468 5532 5360 5360 5312 6250 6718 4 圖 16: 太 陽 測 試 圖 5907 448 6468 6062 6531 430 5078 5000 4641 4625 4547 4562 4172 5110 4797 5235 4546 表 1: 太 陽 測 試 圖 對 焦 實 驗 數 據 Times Pos 6547 494 6219 5953 413 6219 6094 4968 4875 7250 466 6813 6093 6391 6344 5844 5406 7156 6094 6219 6094 6015 5469 6391 6813 6406 6125 6000 6 7187 5922 5672 428 6266 6203 6000 6375 5593 5672 5266 6125 5765 5954 6187 5 5219 5656 5938 5859 5875 6063 5360 5172 6250 7079 7219 7110 6110 5110 5672 (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 5313 5782 4688 5250 5110 5844 3781 73
表 4: 立 體 物 ( 二 ) 對 焦 實 驗 數 據 Times Pos 5718 7313 5125 5219 5297 4510 4891 4531 482 6031 6015 6015 6016 6000 5797 6203 422 6922 7125 7172 7109 7156 6703 6625 5407 462 450 438 462 462 752 6516 7188 7172 7094 7063 6625 6594 6344 494 468 496 480 432 450 514 圖 18: 立 體 物 ( 一 ) 7187 7235 7078 6063 5812 7219 6485 612 752 454 510 422 710 530 562 表 3: 立 體 物 ( 一 ) 對 焦 實 驗 數 據 5453 492 6109 512 7012 5844 524 6016 5594 494 5266 514 4500 Times Pos 4797 480 6266 480 5828 468 6078 488 6250 462 5281 5672 500 3938 5313 5532 5547 5765 5141 418 5329 5156 5453 4782 482 5625 4047 3705 3782 3578 3718 3469 5906 6157 6047 6328 6062 6093 6313 6 6922 450 6687 7360 468 4406 4250 3734 6110 7125 7359 6234 5828 4500 6063 7109 6171 5328 4828 4250 6218 6047 6156 740 4 5109 4485 6156 6047 7531 592 5047 5078 4719 5797 6031 6329 698 4765 4937 6 5899 418 6845 706 4406 4719 4937 5812 5688 6141 744 4875 4921 4094 (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 4937 5765 5875 5688 5765 6843 5984 5187 438 434 446 440 7078 7407 7515 7781 7500 7172 7156 6860 448 482 466 512 456 530 510 6094 7125 5891 5563 5954 5687 5593 6328 726 752 754 740 752 754 752 754 6032 7343 6187 7281 7329 7125 6016 6719 422 460 7813 8250 7922 7500 7562 6828 7172 7532 440 452 470 464 5937 5109 6047 6734 7078 7109 6297 8469 440 444 6047 8156 6109 6625 6515 5468 5438 5422 圖 19: 立 體 物 ( 二 ) 452 4875 466 4969 432 5625 5468 428 4500 5938 5937 422 5203 416 74
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.1995. [2] Adams, A., The Camera, ew York Graphic Society, Boston, 1980. [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.824-831, August 1994. [4] Fienup, J. R. and Miller, J. J., Aberration correction by maximizing generalized sharpness metrics, J. Opt. Soc. Am. A20, pp.609 620, 2003. [5] Jarvis, R. A., Focus optimization criteria for computer image processing, Microscope, vol. 24, no. 2, pp,163-180, 1976. [6] Tenenbaum, J. M., Accommodation in computer vision, Ph.D. thesis, Stanford University, 1970. [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 1983. [8] Krotkov, E. P., Active Computer Vision by Cooperative Focus and Stereo, ew York: Springer-Verlag, 1989. [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.2791-2796, 2001. [10] Beveridge, G. S., and Schechter, R. S., Optimization: Theory and Practice, McGraw-Hill, ew York, 1970. [11] Baina, J., and Dublet, J., Automatic Focus and Iris Control for Video Cameras, Fifth International Conference on Image Processing and its Applications, pp.232-235, 1995. Biography Fang-Hsuan Cheng was born in Hsinchu, Taiwan, R.O.C., in 1960. 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
Engineering degrees from the Institute of Electrical Engineering, ational Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan, in 1988. 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 1991. 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