[发明专利]基于FPGA的自动聚焦装置

权利要求书

1.基于FPGA的自动聚焦装置，图像传感器套件采用85万分辨率电荷耦合器件CCD、A/D转换器采用IR3Y48A1，FPGA采用XC3S250E，其特征在于该视频信号通过FPGA的数据通道选择模块连接数字视频信号的VGA输出端，将8位亮度信号送给亮度滤波模块，经过滤波后，再通过比较结果，同时配合搜索策略算法，决定步进电机的转动方向，当聚焦最佳的镜头位置确定后，关断自动聚焦模块，将图像传感器套件输入的数字视频信号经过色空间转换模块生成RGB信号，由VGA接口输出到VGA显示器上显示聚焦清晰的图像。

2.根据权利要求1所述基于FPGA的自动聚焦装置，其特征在于采用6个双口RAM作为一帧图像数据的行缓冲，每个双口RAM容量为1024*8bit，使用XILINX提供的双口RAM IP核生成；在读写逻辑的控制下，6个双口RAM按顺序依次读入6行数据，当前5个双口RAM读入5行数据后，开始将缓冲的这5行数据的前5位同时写入一个固定的5行、5列寄存器组中，每个寄存器和分布式RAM中的加权系数相匹配以完成乘法运算；经过5个时钟周期，使能后续的线性累加器，将累加的结果右移6位以实现滤波器中除以64的运算法则；每完成一次累加运算，将5个双口RAM的读地址加一，各行数据向行末尾移动一位后再次读入寄存器组，进行累加运算，按此操作直到一行数据的末尾；在上述算法实现的过程中，第六行数据同步被缓冲到余下的一个双口在线RAM中，作为下一行待滤波图像数据的周边行的值，这样数据的读入和处理就形成了一个并行的流水操作该亮度滤波模块的输出将作为后续聚焦评价函数模块的输入。

3.根据权利要求1所述基于FPGA的自动聚焦装置，其特征在于为了减少图像噪声，采用一种改进的灰度差分法作为聚焦评价函数，即求出一帧图像的所有像素与周围像素的亮度差绝对值的累加和，与相邻帧图像的相同形式的累加和相比较，结果作为聚焦评价函数的输出；聚焦评价函数的实现会用到中心像素所在行及上一行像素，使用两个双口AM做相邻两行数据的缓冲，每个双口RAM容量为1024*8bit；亮度滤波后的一帧图像作为该模块的输入，读写选择模块将其连续两行数据分别写入RAM1和RAM2中；写入寄存器选择模块选择中心像素所在行写入寄存器reg21、reg22、reg23，周边像素行写入寄存器reg11、reg12、reg13；在每个时钟周期的同步作用下，像素右移一次进入下一个寄存器，同时寄存器reg11，reg12，reg13，reg23中的数据同reg22中的数据做减法取得差值sum1，sum2，sum3，sum4，并将差值相加得到累加和sum，当一帧图像输入完毕以后，sum里面的数据就是该帧的亮度差值累加和；当前帧计算的结果与前一帧的计算结果比较，当前帧的结果大于前一帧，可表明当前图像比前一帧图像聚焦清楚则输出标志FLAG为1，反之则输出标志FLAG为0，标志FLAG将配合搜索策略算法模块，作为步进电机转动方向的判据。