Kontinuerlig autofokus för IR-kamera

• Main Author: Börjes, Markus
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2008
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-100349

Detta examensarbete har omfattat utveckling och implementering av en kontinuerlig autofokus för en IR-kamera. En studie av olika tekniker för traditionella kameror har genomförts, och därigenom har olika metoder vilka även passar för en IR-kamera framkommit. En traditionell videokamera har också införskaffats och analyserats för att försöka få ledtrådar till hur den kontinuerliga autofokusen fungerar i en sådan. Två tekniker för kontinuerlig autofokus har utvecklats, en baserad på en ultraljudssensor och en som kombinerar denna sensor med bildbehandlig. En kamera, FLIR P660, och ultraljudssensorn, LV-MaxSonar-EZ1, anslöts till en PC varigenom kommunikationen skedde. Ett användargränssnitt togs fram i Matlab, vilket gjorde det möjligt att styra fokusmotorn i kameran och registrera avståndet från sensorn. All utveckling och styrning av teknikerna skedde via Matlab. Den första kontinuerliga autofokusen ställde fokuslinsen efter det avstånd som sensorn rapporterade, då linspositionen som funktion av avståndet var känt. Detta visade sig dock inte fungera särskilt bra då sensorn hade stora brister och hade problem att detektera objekt om inte ljudsignalen föll in på objektet i en rät vinkel. Loben blev dessutom väldigt bred vilket resulterade i att autofokusen kunde upptäcka och fokusera på objekt som låg precis utanför bilden. Utöver detta var räckvidden begränsad vilket ledde till att autofokusen inte kunde detektera objekt på längre avstånd. Den andra kontinuerliga autofokusen fungerade däremot bättre. Detta byggde på att sensorn endast användes som ett komplement till bildbehandlig, och gav en indikation om åt vilket håll fokus skulle kunna ligga. För att avgöra om systemet var fokuserat eller ej användes ett fokusmått som idag används i kameran för enkel autofokusering. Autofokusen visade sig kunna hitta korrekt fokus och kände av när det var dags att omfokusera, men hade i många fall svårt att finna åt vilket håll fokus låg. I några fall upplevdes autofokusen också som för känsligt för förändringar i bilden. I övrigt var det svårt att kunna avgöra hur pass bra den kontinuerliga autofokusen skulle kunna prestera i kameran då det nu led av en stor fördröjning i och med kommunikationen mellan kameran och Matlab. Olika fokusmått analyserades för att se om det inbyggda verkligen var det optimala. Det visade sig att fokusmåttet enligt Tenengrad presterade bättre med distinktare toppar och tydligare trender över åt vilket håll fokus låg. För vidareutveckling av den kontinuerliga autofokusen rekommenderades därför att byta fokusmått i kameran. Det rekommenderades också att byta sensorn mot en mer robust avståndsmätare, alternativt att slopa det helt och bara bygga autofokusen på bildbehandling. === This master’s Thesis included the development and implementation of a technique for continuous autofocus in an IR-camera. A study of different techniques for traditional cameras was carried out, in which way different techniques that also fitted an IR-camera came to light. A traditional video camera was obtained and analyzed in order to get some clues to how the continuous autofocus works in such a camera. Two techniques for continuous autofocusing were developed, one based on an ultrasonic rangefinder and one that combined the rangefinder with picture analysis. The camera, FLIR P660, and the rangefinder, LV-MaxSonar-EZ1, was connected to a PC in through which the communication took place. A user interface was designed in Matlab, which made it possible to control the focus motor and register the distance reported from the rangefinder. All development and control in this project was made through Matlab. The first technique positioned the focus lens by the distance reported from the rangefinder. This proved not to work very well since the rangefinder had some issues and problems in detecting objects if the signal didn’t fall on the object in a right angle. The lobe was also too wide which resulted in that the autofocus could register and focus on an object that was located just outside of the picture. Beside this the range was limited which meant that the autofocus couldn’t register and focus on an object at a greater distance. The other technique however worked better. This technique was based on that the rangefinder was used complementary to picture analysis, and gave an indication in which way focus could be located. To determine if the system was in focus or not a focus value was used, a focus value today used in the camera for single shot autofocus. It showed that this autofocus could locate focus and knew when it was time to refocus, but in many cases it had difficulties in knowing in which direction focus was located. In some cases the autofocus was thought of as to sensitive to changes and to keen to initiate a refocus. It was also hard to decide how well the autofocus would manage if implemented directly into the camera as it now suffered from a delay due to the communication between the camera and Matlab. Different focus values were analyzed in order to decide if the one used today really was the best one. It showed that the focus value according to Tenengrad performed better with higher accuracy and wider range. For further development it was there for recommended to change focus value in the camera. It was also recommended to change the rangefinder to a more accurate one, or discard it entirely in order to build the continuous autofocus on picture analysis alone.