这是我N年前写的一篇小论文。供大家参考。请大家下载附件。 自动对焦系统在手机中得到越来越广泛的应用。根据手机镜头焦距短，可调范围窄等特点，全面分析了噪声，视场，清晰度评价函数，窗口选取等各种因数的影响。构建了适于生产线检测的自动对焦系统，并成功地实现快速调焦。

手机模组生产线被动自动对焦技术研究

徐加军

摘要：自动对焦系统在手机中得到越来越广泛的应用。根据手机镜头焦距短，可调范围窄等特点，全面分析了噪声，视场，清晰度评价函数，窗口选取等各种因数的影响。构建了适于生产线检测的自动对焦系统，并成功地实现快速调焦。

关键词：自动对焦,稳健平滑滤波，自动对焦，窗口选择。

Auto-focusing Technique used for Camera Module Production Line

Xu Jiajun

(Zhejiang Sunny Optics Co.,Ltd, 315400)

Abstract:Auto-focusing system finds wide application in mobile camera module production line. According to the short focus length, small adjustable range, we analyse the effect of the noise, field, sharpness evaluation function and window method.

1. 自动调焦原理和方法

摄像头手机已经从30万像素发展到300万像素，随着音圈马达等马达小型化技术的成熟，AF技术也开始被广泛应用到手机模组中来，目前国内各大手机厂家都在纷纷推出自己的AF手机。本文根据手机镜头的特点，研究探讨AF技术应用到手机模组中的算法与技术。

要在CMOS、CCD上或者胶片上成清晰的像，对焦距为f’那么物距l与像距l'必须满足高斯公式。自动调焦的原理就是根据物距l的大小来计算或者寻找l’的位置。因此AF技术有主动和被动两种方式。主动对焦方式主要是利用三角测距、辐射能量或者利用飞行时间法来测定物距，然后调整机构完成对焦。被动方式指利用所获取图像的自有信息分析聚焦方向，通过反复调整最终调节焦距到最佳位置。根据文献^[1]的分析表明：从人眼感觉来看清晰图像相对于模糊图像的差别在于清晰图像的边沿清楚，细节丰富，即人眼以图像的锋利性测度作为判断图像清晰度的标准，从镜头系统的分析来看，由于散焦和PSF本身的宽度造成了相邻像素之间的相互影响，使得图像高频分量丢失。手机模组自动对焦原理如图1所示：

本文针对手机模组自动调焦的特性，从对焦窗口选取、图像预处理、图像清晰度评阶函数、视场的影响等几个方面进行了详细地研究，完整地制定了手机模组的调焦方案，为手机模组生产线自动调焦提供了一种切实可行的方法，并在生产线上得到实际应用。

2. 对焦窗口的选取

进行对焦区域选择有两个原因即：1)运用对焦评价函数对图像进行运算所用的时间基本上与图像的像素成正比，在生产线上为了达到实时性的要求，必须尽可能减少参加运算的像素数量；2)如果对整幅图像运用对焦评价函数，图像中不重要的部分(背景)会对评价结果产生负面的影响，导致图像中的重要部分(成像主体)无法准确对焦。

对焦窗口选取是否合适是对焦成败的重要因素。为了加快运算速度，要求参与运算的像素少，即窗口要选择尽量的小。但是窗口太小会导致图像中的重要部分(成像主体)信息不够，导致对焦失败。因此，对焦窗口的选择是一个两难的选择。

对焦窗口选择方法的主要有包括分辨率空间变化的非均匀采样法、瞳孔跟踪法、基于皮肤探测 的主体对焦法和基于光流场的主体对焦法等方法。这些方法在对焦准确率、对焦速度等方面各有优势，但相对比较复杂。

一种比较简单的方法是直接选取图像中的某个或某些区域作为对焦窗口。这种选窗方法在现有产品中广泛使用，常见的选择方案有中央选择法和多区域选择法。即选取图像中央或者选取图像中具有代表意义的几个区域作为对焦窗口。比如，可以选择横向轴线和纵向轴线上的四个四分点为中心的四个像素区域，或者选择两对角线上的四个四分点为中心的四个像素区域等。俗称五区域对焦法，其窗口的大小一般选择32*32或者64*64。实验表明，64*64的窗口已经几乎完全包含图像成像主体信息，窗口再大不仅不能改善对焦曲线，反而会增加运算时间和导致对焦结果的偏离（因为背景的干扰）。对焦窗口太小，则包含的成像信息不够，导致对焦结果不稳定。文献[7] 针对单区域图像清晰度评价函数的不足，给出了一个五区域图像清晰度评价模型，并引入神经网络模型来实现该模型中权重的优化。本文直接引用他的结果，即中间窗口的权重为0.44,其他四个窗口的权重都为0.14。

由于各种原因，图像中经常存在各种噪声，主要的噪声有椒盐噪声、脉冲噪声、高斯噪声。为保证后继图像清晰度评价函数取得正确地结果，必须先对图像进行滤波，结合手机模组自动调焦的特点，提出一种快速有效的去噪声的办法即稳健平滑滤波器。算法描述如下：

(1)计算掩模窗口内除中心点外的其他像素点的最大值和最小值；

(2)将掩模窗口中心点的灰度值与掩模窗口内的最大最小值进行比较；

(3)如果掩模窗口内中心点灰度值大于最大值，则输出该最大值；如果掩模窗口内中心点灰度值小于最小值，则输出该最小值；如果掩模窗口内中心点灰度值介于最大值最小值之间，则输出该掩模窗口中心点灰度值。

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