基于DSP的自动对焦系统

　　1．3系统的硬件电路
　　
　　系统的硬件电路如图4所示。图像数据Y0~Y7通过74LS245输入到DSP的数据端口D0~D7；行同步信号HREF、帧同步信号VSYNC、时钟信号CLOCK、像素时钟PCLK分别接至相应引脚配合数据采集；键盘输入用来手动控制变焦倍率；DSP通过数据端口送出步进电机运转所需的三相六拍脉冲时序，经过74S245缓冲和MC1413功率放大后，驱动步进电机工作。
　　
　　图3和图4
　　
　　2系统的软件设计
　　
　　系统软件包括数据采集及处理、优化搜索算法、步进电机驱动和变焦跟踪等功能模块。系统软件流程图见图5。
　　
　　2．1数据采集和计算
　　
　　系统上电复位后，先对系统初始化，包括对DSP芯片TMS320F206内的RAM区进行功能划分、定义程序中的变量、驱动聚焦镜头的电机复位、设置DSP芯片TMS320F206的输入输出端口、设置TMS320F206的等待状态等。
　　
　　初始化工作完成后，系统进入数据采集和计算阶段，根据数字图像传感器提供的场同步、行同步和像素时钟等时序信号，可
　　
　　
　　
　　以方便地选取不同的对焦窗口采集数据。采集完成后，马上计算相邻像素的亮度差值的平方和，并保存到TMS320F206的RAM中。由于TMS320F206提供的重复执行指令极大地节约了运算时间，因此一行数据的差值运算根据采集窗口的不同可在一至两行的时间内完成。一帧图像的数据采集都完成后，将每一行像素的亮度差值平方和累加，就得到这一桢图像的调焦评价函数。将调焦评价函数的最大值及此时的步进电机行程记录下来。一帧图像的数据采集和计算处理结束后，步进电机以一个较大的步长定向前进，重复数据采集和计算的过程，直到步进电机走完规定的行程。
　　
　　2．2优化的搜索算法
　　
　　本系统采用了一种优化的爬山搜索算法。控制策略为：先根据整个行程的调焦评价函数值，获得调焦评价函数与步进电机行程的关系曲线，从曲线上可以判断选择最大的步进电机步长。在判断选择时，既要保证不会错过调焦评价函数的最大值区域，同时又要满足以最少的步数走完全程。在获得全程最大调焦评价函数区域后，将步进电机步长减小，在最大值区域内进一步搜索更精确的对焦位置。采用这一策略，既不会发生误判或找不到对焦点的情况，又能以较快的速度进行对焦。软件设计为：电机驱动镜头从起始位置出发，先以等步长走一遍全程，记录下调焦评价函数最大值时的镜头位置，然后镜头回到调焦评价函数最大值位置的前一站，换用小步长，从调焦评价函数最大值位置的前一站走到最大值位置的后一站，记录下这一全程的调焦评价函数最大值时的镜头位置，如此反复搜索，最后镜头停止在调焦评价函数最大值处，使系统实现正确对焦。采用这一方法，既可以避免电机盲目反转，又能确保系统找到正确的对焦点，而且搜索历程短，有利于快速对焦。
　　
　　3自动对焦实验结果
　　
　　在优化的爬山搜索算法中，选取最大步长要以调焦评价函数的变化趋势为依据。在本系统中选择最大步长为30H，这样总能测到一个最大值或两个次大值中的一个数据，在第二次搜索时就一定能找到调焦评价函数的最大值。
　　
　　
　　
　

《基于DSP的自动对焦系统(第2页)》