由于成像目标和成像条件的复杂性,现有数字成像系统中的自动对焦技术仍存在各种各样的缺点,在如何提高对焦图像质量、如何选择对焦评价函数和对焦区域、如何进行反馈控制、如何提高对焦速度以及降低生产成本等方面,还有诸多问题有待解决。本文针对以上问题对被动式自动对焦算法中涉及的各种关键问题进行了仔细研究,并在以下方面取得了研究成果:a.提出了对焦图像预处理方案,其中主要包括消除光线的影响和消除常见噪声的影响,从而提高了对焦图像的质量;b.对各种常见对焦评价函数进行了仿真对比研究,研究结果发现Brenner梯度评价函数对焦速度快、对焦效果好,被用到了基于PC机的自动对焦系统实验平台中;c.对基于黄金分割点的对焦窗口规划方案提出了改良,改良后的黄金分割法对景物的拍摄对焦效果很好,因此作为三种对焦窗口规划模式之一被用到了基于PC机的自动对焦系统实验平台中;d.将人脸识别的方法应用到对焦窗口的规划中,提出了采用皮肤探测法选择对焦窗口的方法,该方案对人物图像的拍摄取得了很好的对焦效果,也作为三种对焦窗口规划模式之一被用到了基于PC机的自动对焦系统实验平台中;e.针对传统爬山算法存在的问题提出了改进模型,该模型采用两次穷举搜索即可确定最佳成像位置,第一次采用变步长粗略搜索,第二次用最小步长细扫。将改进的爬山算法用到基于PC机的自动对焦系统实验平台中,使系统在保证对焦精度的情况下极大地提高了对焦速度;f.频域带通法是对CCD输出的视频信号进行模拟带通滤波,提取高频分量,然后对高频分量进行简单运算来构建评价函数的一种方法,采用频域带通法搭建自动对焦系统具有运算简单和成本低廉的优点。本文采用数字仿真的方法对频域带通法进行了研究,在计算机中对采集的数字图像进行逐行数字滤波提取高频信息,对高频信息构建了合理的评价函数,并确定了合适的滤波频点,从而为实现等价的模拟硬件电路和设计基于频域带通法的自动对焦系统提供了理论基础与参数支持;g.通过对一帧图像进行二维数字滤波来提取高频分量,从而用数字仿真的方法对将传统频域带通法扩展到二维空间进行了探索性的研究,并探讨了在二维空间实现的频域带通法的对焦效果。在以上对自动对焦算法各种关键问题进行了大量研究的基础上本文搭建了基于PC机的自动对焦系统实验平台,该系统通过图像采集卡将摄像机系统输出的复合视频信号送入到PC机,计算机分析图像清晰度,确定控制方案,向单片机发出控制命令,由单片机控制镜头电机转动,直到搜索到最佳成像位置。根据前面的研究结果,该系统的评价函数选用了Brenner梯度评价函数,对焦窗口根据不同的拍摄物体有三种模式可供人为选择,分别是中央选择法、改良的黄金分割法、皮肤探测法,搜索算法采用了改进的爬山算法模型。对焦实验结果表明该自动对焦系统对焦效果好,完成一次自动对焦的时间在1.3秒左右。