专利名称：一种变焦镜头的自动对焦方法
技术领域：
本发明涉及一种图像处理方法，尤其涉及一种变焦镜头的自动对焦方法。
背景技术：
对于数码相机、数字采集设备等变焦镜头的自动对焦方法中，计算对焦评价函数是自动对焦的重要步骤，而图像评价函数的计算的对象很重要，关系到对焦的准确性和对焦时间的快慢。
传统的对焦评价函数所处理的对象是经过数码相机或其它图像采集设备进行插值或模式转换后的图像数据，图像插值和模式转换尽管能去掉一些噪声，但是也会破坏图像的原始信息，因而会带来一些误差，并且会占用一定时间，这样会影响对焦质量而且会增加对焦时间。
目前常用的对焦评价函数分为两种空域和频域的。常见的几种空域的对焦评价函数包括laplacian算子、sobel算子、prewitt算子以及能量方差算子等。基于空域的对焦评价函数方法所需的运算量相对较小，但其缺点是受噪声的影响比较大，即抗噪性比较差。频域对焦评价方法则利用了图像的整体性，抗噪性相对较好，但这种方法通常需要先对图像进行傅立叶变换或其它变换，再根据变换系数来评价图像的清晰度，整个过程计算量比较大。
发明内容
本发明提供了一种计算量小，而且抗噪性好的变焦镜头的自动对焦方法，其技术方案为 1)数码相机采集图像； 2)对获得的RAW格式的图像按像素的坐标将其划分为若干个相同大小的单元，每个单元为四个相邻的像素点组成的窗口，四个像素点分别为一个红色分量、一个蓝色分量和二个绿色分量，所述的单元称为MAT单元； 3)确定对焦窗口，选取图像正中的M1×M2个MAT单元，其中M1和M2为对焦窗口的长和宽； 4)根据计算对焦评价函数值F，其中 gx(matx，maty)＝g(matx+1，maty)-g(matx，maty) gy(matx，maty)＝g(matx，maty+1)-g(matx，maty) g(matx，maty)＝0.299×R(matx，maty)+0.587×G′(matx，maty)+0.114×B(matx，maty) 式中(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元； g(matx，maty)是坐标为(x，y)的MAT单元的灰度值； g(matx+1，maty)是坐标为(x+1，y)的MAT单元的灰度值； g(matx，maty+1)是坐标为(x，y+1)的MAT单元的灰度值；R(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的红色分量的值； B(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的蓝色分量的值； G1(matx，maty)，G2(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的二个绿色分量的值； G′(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的绿色分量的平均值； 5)连续调焦，直至对应于对焦评价函数F值的最大值的图像输入信号出现，停止调焦； 6)取对应于输入信号的对焦评价函数F最大值的图像即获得正确对焦的清晰度最佳的图像。
本发明的有益技术效果是计算量小、易于硬件实现，缩短对焦时间，抗噪性好，提高对焦准确性。
图1为对焦像素单元构造； 图2是对焦窗口的选择； 图3为对焦的流程图。
具体实施例方式 一般数码相机、数字影像采集设备采集的高像素的彩色图像数据都是RAW格式的图像数据，即传感器直接读取的未经过处理的原始记录数据，本发明就是针对的上述的未经过任何插值或模式转换的RAW格式的图像数据进行自动对焦。
参见图1所示的对焦像素单元构造图。图中所示的为数码相机所获取的图像的像素点分布，我们将数码相机所采集的RAW格式的图像数据按照像素的坐标划分为若干个基本的对焦像素单元，我们将这些对焦像素单元称为MAT单元，粗线条所围的方框部分为一个MAT单元，每一个MAT单元包含了一个红色像素分量(R分量)、一个蓝色像素分量(B分量)、二个绿色像素分量(G分量)，这种MAT单元不仅包含了该像素单元的R，G，B分量的信息，而且构成元素最少，计算量小。
参见图2所示的对焦窗口选择图。选取图像正中的M1×M2个MAT单元，其中M1和M2为对焦窗口的长和宽。根据图像的实际大小来增大或缩小对焦窗口的大小。
由于镜头的球面误差或像差等误差的存在，一帧图像的边缘会有一定的误差，所以对焦窗口选在图像的中心，这样不仅能减少误差，而且大多数画面的中心都是拍摄者感兴趣区域，适合作为对焦的参考。
图3为本发明的对焦流程图，在数码像机(或CMOS图像传感器)采集RAW格式的数据图像，并按照前述方法划分MAT单元、设定对焦窗口大小后，再计算对焦评价函数值F。对焦评价函数值F的计算方法为 其中gx(matx，maty)＝g(matx+1，maty)-g(matx，maty) gy(matx，maty)＝g(matx，maty+1)-g(matx，maty) g(matx，maty)＝0.299×R(matx，maty)+0.587×G′(matx，maty)+0.114×B(matx，maty) 式中(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元； g(matx，maty)是坐标为(x，y)的MAT单元的灰度值； g(matx+1，maty)是坐标为(x+1，y)的MAT单元的灰度值； g(matx，maty+1)是坐标为(x，y+1)的MAT单元的灰度值； R(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的R分量的值； B(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的B分量的值； G1(matx，maty)，G2(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的二个G分量的值； G′(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的G分量的平均值。
连续调焦，对焦评价函数值F的变化趋势发生变化时，回调焦距(如果F值增大，驱动镜头向前移动一步，如果F值减小，驱动镜头向后移动一步)，直到对应于对焦评价函数F值的最大值的图像输入信号出现，结束调焦过程。取对应于输入信号的对焦评价函数值F最大值的图像即获得正确对焦的清晰度最佳的图像。
固体图像传感器获得的RAW格式数据如果经过插补算法还原成BMP位图格式的数据，然后再做色彩空间的转换，用亮度分量或者绿色分量来评估图像的清晰度值的方法不仅计算量大，而且耗时长。本发明由于是直接对固体图像传感器获得的RAW格式数据进行清晰度评价，减少了RAW格式图像插值为R、G、B图像的过程，大大提高了对焦速度。通过选取合理的对焦窗口，结合变焦跟踪等方法克服了直接RAW格式图像的不利因素。在插值等其它处理之前进行自动对焦的评价函数计算，减少了这些处理带来的误差，所以提高了评价函数计算的准确度，便于找到准确的对焦平面。
权利要求
1.一种变焦镜头的自动对焦方法，其特征在于该方法步骤为
1)数码相机采集图像；
2)对获得的RAW格式的图像按像素的坐标将其划分为若干个相同大小的单元，每个单元为四个相邻的像素点组成的窗口，四个像素点分别为一个红色分量、一个蓝色分量和二个绿色分量，所述的单元称为MAT单元；
3)确定对焦窗口，选取图像正中的M1×M2个MAT单元，其中M1和M2为对焦窗口的长和宽；
4)根据计算对焦评价函数值F，其中
gx(matx，maty)＝g(matx+1，maty)-g(matx，maty)
gy(matx，maty)＝g(matx，maty+1)-g(matx，maty)
g(matx，maty)＝0.299×R(matx，maty)+0.587×G′(matx，maty)+0.114×B(matx，maty)
式中(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元；
g(matx，maty)是坐标为(x，y)的MAT单元的灰度值；
g(matx+1，maty)是坐标为(x+1，y)的MAT单元的灰度值；
g(matx，maty+1)是坐标为(x，y+1)的MAT单元的灰度值；R(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的红色分量的值；
B(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的蓝色分量的值；
G1(matx，maty)，G2(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的二个绿色分量的值；
G′(matx，maty)是一个坐标为(x，y)的MAT单元中的绿色分量的平均值；
5)连续调焦，直至对应于对焦评价函数F值的最大值的图像输入信号出现，停止调焦；
6)取对应于输入信号的对焦评价函数F最大值的图像即获得正确对焦的清晰度最佳的图像。
全文摘要
本发明公开了一种计算量小，而且抗噪性好的变焦镜头的自动对焦方法，其技术方案为对获得的RAW格式的图像按像素的坐标将其划分为若干个MAT单元，选取图像正中的M1×M2个MAT单元作为对焦窗口，根据计算对焦评价函数值F，连续调焦，直到对应于对焦评价函数F值取得最大值的图像输入信号出现，即可获得对焦最佳的图像。本发明的有益技术效果是计算量小、易于硬件实现，缩短对焦时间，抗噪性好，提高对焦准确性。
文档编号G02B7/36GK101726829SQ20091025097
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者罗钧, 孙力, 吴克松 申请人:重庆大学