Вейвлеты и фокусировка

[eddy_em]

Когда-то давно возился я с "микроскопом" из веб-камеры с дешевой пластмассовой оптикой, дабы определить наиболее простой способ автофокусировки, которая значительно упростила бы нашу работу с некоторыми приборами. Частично я это исследование провел, но, как обычно забросил в долгий ящик, перейдя к другим насущным проблемам.

Сегодня я наткнулся на этот проектик, а "микроскоп" до сих пор валяется у меня на столе. В общем, решил я наделать немного скриншотов и вкратце рассказать, как можно использовать вейвлет-преобразования для выявления качества фокусировки.

Я прочитал довольно много статей, когда занимался вопросом автофокусировки, пытаясь найти способ узнавать по одному снимку, в какую же сторону надо "крутить фокус". Увы, такого способа я не нашел, поэтому перешел к наиболее оптимальному с моей точки зрения вейвлет-преобразованию изображений и получению численной характеристики четкости картинки. Вейвлет-преобразование делалось одноступенчатое, обычными вейвлетами Хаара.

После некоторых экспериментов за такие характеристики решено было принять динамический диапазон данных в каждом компоненте вейвлет-преобразования изображения и общую интенсивность по компоненту:

Я написал простенькую программку, получающую видеосигнал с микроскопа веб-камеры, выполняющую вейвлет-преобразование и выводящая изображение этого преобразования (HH, LH, HL и LL-компоненты) в одном окне. На каждом компоненте отображались соответствующие ему координаты (0 - L, 1 - H), динамический диапазон и сумма модулей амплитуд. Через слеш записывается та же величина по отношению к LL-компоненте.

Итак, отводим веб-камеру подальше от тестового текста и делаем первый кадр:

Относительные величины для всех компонент малы. Приближаем немного:

и видим, как на глазах эти величины начинают расти (в 1.5..2 раза для LH- и HL-компонент и менее значительно для компоненты HH). Приближаем еще:

Видим, что на HH-компоненте рост величин уже более заметен. Двигаемся дальше, коэффициенты все растут:

И еще дальше, достигая более-менее оптимальной фокусировки (делал все с руки, т.к. стойку лень было искать, поэтому точно поймать фокус не удалось):

Получили максимальные значения всех относительных параметров. Продолжаем двигаться дальше:

И видим, что все относительные значения начали уменьшаться.

Итак, какое же этому можно найти практическое применение? Да элементарно: если мы получаем значения вышеупомянутых относительных параметров в сумме для LH+HL и отдельно для HH, то, сместив немного лимб объектива или фокусировочную подвижку и снова рассчитав эти значения, мы сможем сказать, двигаться ли нам для улучшения фокусировки в ту же сторону, или же вернуться назад.

HH-компонента может использоваться лишь для уточнения фокусировки, т.к. при значительной расфокусировке изображения в силу понятных причин (все-таки, она HH, поэтому шумы лучше всего на ней отражаются) суммарный модуль интенсивности по HH может быть достаточно большим, как и динамический диапазон.

Так как степень резкости деталей изображения влияет и на динамический диапазон вейвлет-компонент, и на суммарный модуль интенсивности в них, то можно использовать лишь один из двух этих параметров для оценки фокусировки.

Скачать файлы проекта можно здесь.