本系统的设计从硬件和软件两方面进行研究设计。硬件方面要完成原理图的设计，器件的选型，控制电路、驱动电路、隔离电路等模块的设计；软件方面要研究图象聚焦的数学模型，聚焦控制策略的选择，驱动电机等模块的软件设计。硬件电路采用Protel软件设计原理图；软件编写系统流程图和各模块流程图。

本系统由光学系统、图像传感器、DSP控制系统、聚焦电机、变焦电机、电机驱动等部分组成，如图2-1。取景通过光学系统在图像传感器上成像，图像信息输入DSP电路进行计算，然后根据计算的结果控制聚焦步进电机的远转，将光学系统调节至清晰聚焦。在自动对焦子系统中，首先要根据获得的图像信息来判断系统目前是否处于正确对焦状态，若系统偏离正焦状态，子系统还要给出控制策略去驱动电机，带动镜头移动，在尽量短的时间内，使整个系统达到正确对焦的状态。因此，自动对焦子系统一般有两个功能模块构成——分析模块和控制模块。分析模块判断一幅输入图像是否清晰对焦，如果对焦不清晰，该模块还要估计图像的离焦量。控制模块运用分析模块提供的信息，调整系统的状态，使输入图像很好地对焦。

本论文的研究内容

本论文基于DSP系统进行自动对焦技术的研究。对于同一幅图像，在对焦程度不同时，在空间频率上的能量分布也不同。我们的目的就是要利用这一特征，寻找一个能正确反映图像清晰程度的评价函数，作为调整光学系统的依据。本论文采用微分梯度法中的差模平方和算子作为调焦评价函数。

本论文在实现自动对焦技术过程中，具有以下创新点：

采用数字式CMOS图像传感器OV7620，芯片内部带有2通道10位的A/D转换器，直接输出所需的8位灰度等级信号Y0～Y7，具有低噪声，体积小等优点，不需要在外部添加高速A/D部件，极大地简化系统，为提高系统的集成度创造了条件。

聚焦算法采用差模平方和算子作为调焦评价函数，对每一行像素只需进行减法和平方和运算，对于M行N列的窗口，计算时间仅为2*N个时钟周期，实现方法非常简单，为用硬件直接实现自动对焦开辟道路。

CPU单元是DSP芯片TMS320LF2407A，本论文探索了用DSP进行自动对焦的可行性及其高速的优势，同时拓展了DSP芯片的外围控制功能，实现DSP芯片对状态检测，键盘查询，步进电机驱动等多方面的控制。

本论文将自动对焦技术应用于可变焦的光学系统，实现对可变焦系统快速实时的自动对焦，为自动对焦技术的实用化打下基础。

在步进电机正转前，要检测其行程是否完成，如果已经到达行程的端点，就不能再发脉冲，以免机械结构卡住，造成破坏；在步进电机反转前，要检测其是否已经到起始位，若已经到起始位，则不发脉冲，以免撞坏限位装置和发生机械结构卡住的现象。因为在本系统中，聚焦镜头的位置完全由步进电机的行程读数来确定，所以步进电机的起始限位机构是必需的，步进电机的频率也必须严格控制在不失步的范围内。用DSP芯片控制步进电机的软件流程见图4-5。