当利用传统聚焦评价函数对微纳结构进行自动对焦时，微纳结构边缘方向的多样性会导致对焦稳定性差和灵敏度低。针对上述问题，对比分析了传统的聚焦评价函数，并将Brenner函数和Roberts函数相结合，提出了一种新的聚焦评价函数——Brenner2d_Roberts函数。通过实验获取了三组不同边缘方向的微结构显微图像，并对生成的对焦评价曲线及相关的评价指标进行了对比分析。结果表明，与SMD、Brenner和Roberts等传统聚焦评价函数相比，所提聚焦评价函数在多个显微图像边缘方向上均表现出良好的对焦性能，且具有更好的稳定性和更高的灵敏度。

数字同轴全息对刀技术中微细铣刀全息再现像的自动聚焦是实现高精度自动对刀的关键技术, 其中聚焦评价函数是判别图像质量的依据。通过比较几种常用的聚焦评价函数的评价性能, 探讨了数字全息自动对焦过程中刀具的成像特点以及适用的聚焦评价方法, 发现小波变换聚焦评价函数能适应高精度聚焦的需要。针对自动调焦问题, 提出一种分段递进搜索方法, 将搜索过程分为两个过程: 大步距粗调和小步距精调, 分段搜索最优解。然后比较分析了所提搜索方法与经典的模拟退火算法和Levenberg-Marquardt算法的搜索性能。实验结果表明, 所提分段递进搜索方法适用性更强, 并通过计算机模拟实验进一步验证了其有效性。

目前数码显微镜中常用的自动对焦方法分为主动式自动对焦和被动式自动对焦。主动式自动对焦依赖特定的传感器或者测距设备,通过主动发出光波并且接收反射回来的光波判断物体与对焦装置的距离,从而达到对焦目的;被动式自动对焦通过分析每个位置图像信息来判断对焦方向以及对焦位置,以达到对焦目的。被动式自动对焦由于其对结构的要求简单、成本较低,是数码显微镜最常用的自动对焦方法。主要介绍了应用于数码显微镜的自动对焦算法,简述了主动式与被动式自动对焦的原理以及发展方向,重点介绍了被动式自动对焦方法中的对焦深度法,分析了对焦深度法的两大关键技术,即清晰度评价函数及其对焦搜索算法。

为了在红外成像系统中实现高效的自动对焦功能，深入分析和讨论了红外成像系统中自动对焦功能的优化方法及特点。结合具体的工程化应用，提出了一种对图像清晰度评价函数局部随机起伏噪声的估计方法，该方法可以提高自动对焦功能的可靠性，通过将图像清晰度评价函数的灵敏度作为反馈量引入爬坡过程，优化了爬坡算法的收敛速度。其优化方法在工程应用中的实施效果，验证了设计的正确性，优化方法的有效性。

根据微小零件显微检测图像纹理相似、边缘信息太少和灰度分布范围有限等特点, 从算法的基本原理出发, 对传统清晰度评价函数进行了分析。针对传统清晰度评价函数无法兼具高灵敏度和抗噪性的缺陷, 提出了一种基于局域方差信息熵的清晰度评价算法。该算法利用局域方差对各灰度级的自信息量进行加权, 一方面弥补了信息熵函数缺失的空间信息, 避免清晰度误判; 另一方面增加清晰区域像素参与计算信息量时的权重, 同时减少背景区域和噪声区域像素计算的权重, 从而提高函数灵敏度。实验结果表明, 与传统清晰度评价函数相比, 局域方差信息熵函数不仅灵敏度很高, 而且具有较好的抗噪性, 可用于实际的自动对焦系统中。

圆对称艾里光是一种特殊的无衍射光束,因其具有突然自聚焦的独特特性,所以备受研究者关注。首先,介绍了圆对称艾里光的基本概念和特性,然后,说明如何获得产生圆对称艾里光的计算全息图和计算全息的实现方式。在实验中获得了光强分布与理论相符,自聚焦效应显著的圆对称艾里光束。相对于常用的傅里叶空间生成的圆对称艾里光,计算全息生成的艾里光具有灵活调控振幅分布的优势。

结核杆菌医学涂片大多具有观察区内容稀疏不均匀、杂质较多的特点, 使用自动显微镜检方法进行图像采集时, 会出现清晰度区分困难、效率低下、甚至聚焦评价失效的问题, 为提高自动镜检的效率和准确度, 本文自主搭建了显微视觉计算机自动检测系统, 对结核杆菌涂片的自动聚焦技术进行系统的研究。首先, 对比研究11种常用聚焦函数对结核杆菌镜检玻片图像聚焦评价的优劣, 并分析了聚焦成功和失效的原因。在综合分析各聚焦函数对结核杆菌涂片的聚焦效果基础上, 提出了一种基于Tenengrad的改进型聚焦评价函数, 通过改进内容像素的聚焦权重提高聚焦准确度, 优化图像处理算法来提高图像采集效率。实验结果表明: 改进型Tenengrad聚焦函数FTen-Q在结核杆菌涂片的各类视野图像评价方面具有高灵敏度和准确度, 其聚焦成功率和运算效率分别提高了13.884%和17.616%, 可以满足结核杆菌涂片类非均匀涂片的显微视觉自动检测应用要求。