一种实现一体化摄像机自动聚焦的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明所述的一种实现一体化摄像机自动聚焦的方法及系统，提供了一种基于关系型的变焦跟踪方法，即对于固定物距的被摄物，根据初始变焦倍数与初始聚焦位置的数值,以及预先储存的多条变焦跟踪曲线中，建立物距区间与聚焦位置的映射关系，实时计算出待估聚焦位置。继而利用结合大量实验数据的统计规律得出的梯度控制函数实现对变倍电机与聚焦电机的移动控制，一定程度上修正和完善了待估聚焦位置值，使得其更加接近真实的变焦跟踪曲线，自动聚焦效果更为精准。同时无需事先预存大量的变焦跟踪曲线，并且无需逐点求出不同物距下的所对应的所有的变焦跟踪曲线，算法简单，让聚焦速度满足实时性成为可能，也使得聚焦的效果可以满足全程清晰的要求。
【专利说明】一种实现一体化摄像机自动聚焦的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明属于自动聚焦【技术领域】，尤其涉及一种实现一体化摄像机自动聚焦的方法及系统，具体地说是一种基于变焦跟踪曲线实现自动聚焦的方法及系统。
【背景技术】
[0002]如图1所示，一体化摄像机包括图像采集模块、图像处理模块与成像控制模块。图像采集模块包括变焦镜片组102、聚焦镜片组103与图像传感器104，场景中物体发出或反射的光线101通过变焦镜片组102、聚焦镜片组103汇聚在图像传感器104的靶面上，形成清晰的像，即聚焦。图像传感器将所成的像转换为电信号。成像控制模块107，用于控制变倍电机105和聚焦电机106以移动变焦镜片组102和聚焦镜片组103处于匹配的位置，保证聚焦后所成的像清晰。图像处理模块对所成的像进行一系列的图像处理操作使得其能符合人眼观看的要求。
[0003]目前，基于数字图像处理的自动聚焦技术已经逐渐取代基于测距原理的传统的自动聚焦方法，传统的基于数字图像处理的自动聚焦技术利用特定的数字图像处理算法，获取图像清晰度的评价值(一般为高频分量的大小)，并根据这一评价值，运用一定的算法和策略控制镜头的聚焦电机106移动以快速找到最大评价值，获得清晰的图像，这种方法需要耗费大量的时间用于搜索最大评价值，大大影响了聚焦的速度，使得这种方法不能用于实现变焦过程的全程清晰。
[0004]近年来，变焦跟踪已成为数字图像处理领域中自动聚焦模块的一个主要的组成部分，所谓的变焦跟踪指的是当物距固定时，成像控制模块驱动电机以移动变焦镜片组102和聚焦镜片组103处于匹配的位置，使得图像清晰。实现变焦跟踪的方法主要有查表法、线性插值法、自适应变焦跟踪法等，其核心都是依据变焦跟踪曲线并控制相应的聚焦镜片组103和变焦镜片组102运动。而查表法需要事先在一体化摄像机内储存大量的经过测试的变焦跟踪曲线，占用较多的一体化摄像机内存，并且当变倍电机从广角端向远角端移动时，传统的查表法很难选择到适当的变焦跟踪曲线，致使聚焦不够精准。而线性插值法由于变焦跟踪曲线的非线性带来的误差，即当变焦跟踪曲线的曲率越大，简单线性插值法的误差也就越大，以及其进行插值过程中引入的噪声的影响也无法保证整体聚焦的准确性。自适应变焦跟踪法则主要是利用自动对焦算法逐点求出不同物距下的跟踪曲线，即随着变焦倍数以及物距的变化计算出每一点所对应的变焦跟踪曲线，虽然提升了自动聚焦的准确性，但是计算量过大，整体的运算速度较差，致使其存在实时性较差，聚焦不够连续等不足。综上，亟需一种能够实时、高效、精准的自动聚焦方法及系统。
【发明内容】
[0005]为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中无法实时、高效、精准的完成自动聚焦的问题，从而提出一种实现一体化摄像机自动聚焦的方法及系统。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案:[0007]一种实现一体化摄像机自动聚焦的方法，包括如下步骤:
[0008]S1:根据初始变焦倍数与初始聚焦位置并结合预先储存的至少两条变焦跟踪曲线获取待估物距区间；
[0009]S2:将所述待估物距区间均分，并依此建立物距区间与聚焦位置的映射关系；
[0010]S3:根据初始变焦倍数、初始聚焦位置以及所述预先存储的变焦跟踪曲线获取实际物距区间；
[0011]S4:按照所述映射关系，获得所述实际物距区间的两个端点值所对应的聚焦位置值，取其平均值作为聚焦位置值；
[0012]S5:通过变焦倍数与聚焦位置值之间的变化关系，建立聚焦控制函数使得变倍电机与聚焦电机分别控制变焦镜片组与聚焦镜片组移动到相应位置。
[0013]进一步地所述步骤S2中还包括如下步骤:
[0014]将所述待估物距区间进行再次均分，使得待估聚焦位置可以满足上述映射关系。
[0015]进一步地所述步骤S4中所述的聚焦控制函数为聚焦电机移动步长与变倍电机移动步长之间的关系的梯度控制函数。
[0016]进一步地所述梯度控制函数为
【权利要求】
1.一种实现一体化摄像机自动聚焦的方法，其特征在于，包括如下步骤: S1:根据初始变焦倍数与初始聚焦位置并结合预先储存的至少两条变焦跟踪曲线获取待估物距区间； 52:将所述待估物距区间均分，并依此建立物距区间与聚焦位置的映射关系； 53:根据初始变焦倍数、初始聚焦位置以及所述预先存储的变焦跟踪曲线获取实际物距区间； S4:按照所述映射关系，获得所述实际物距区间的两个端点值所对应的聚焦位置值，取其平均值作为聚焦位置值； S5:通过变焦倍数与聚焦位置值之间的变化关系，建立聚焦控制函数使得变倍电机与聚焦电机分别控制变焦镜片组与聚焦镜片组移动到相应位置。
2.根据权利要求1所述的实现一体化摄像机自动聚焦的方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括如下步骤: 将所述待估物距区间进行再次均分，使得待估聚焦位置可以满足上述映射关系。
3.根据权利要求1或2所述的实现一体化摄像机自动聚焦的方法，其特征在于，所述步骤S4中所述的聚焦控制函数为聚焦电机移动步长与变倍电机移动步长之间的关系的梯度控制函数。
4.根据权利要求3所述的实现一体化摄像机自动聚焦的方法，其特征在于，所述梯度控制函数为
5.根据权利要求1-4任一所述的实现一体化摄像机自动聚焦的方法，其特征在于，还包括如下步骤: so:将所述预先储存的多条变焦跟踪曲线进行分类，根据不同物距分为近距离变焦跟踪曲线、中距离变焦跟踪曲线和远距离变焦跟踪曲线三种类型的变焦跟踪曲线； 所述步骤Si还包括: 当所述待估聚焦位置所对应的物距区间大于近距离变焦跟踪曲线的物距值时，进入所述步骤S2。
6.根据权利要求1-5任一所述的实现一体化摄像机自动聚焦的方法，其特征在于，所述步骤SI中所述的初始变焦倍数与初始聚焦的数值为一体化摄像机记忆的上次使用数值。
7.根据权利要求5所述的实现一体化摄像机自动聚焦的方法，其特征在于，所述近距离变焦跟踪曲线的物距小于2.5米。
8.根据权利要求5所述的实现一体化摄像机自动聚焦的方法，其特征在于，所述近距离变焦跟踪曲线的物距小于2.0米。
9.一种实现一体化摄像机自动聚焦的系统，其特征在于，包括: 待估物距区间获取模块:用于根据初始变焦倍数与初始聚焦位置并结合预先储存的至少两条变焦跟踪曲线获取待估物距区间； 映射关系构建模块:用于将所述待估物距区间均分，并依此建立物距区间与聚焦位置值的映射关系； 实际物距区间计算模块:用于根据初始变焦倍数、初始聚焦位置值以及所述预先存储的变焦跟踪曲线来获取实际物距区间； 聚焦位置获取模块:用于按照所述映射关系，获得所述实际物距区间的两个端点值所对应的聚焦位置值，取其平均值作为聚焦位置值； 聚焦控制模块:用于进行聚焦控制通过变焦倍数与聚焦位置值之间的变化关系，建立聚焦控制函数使得变倍电机与聚焦电机分别控制变焦镜片组与聚焦镜片组移动到相应位置。
10.根据权利要求9所述的实现一体化摄像机自动聚焦的系统，其特征在于，所述映射关系构建模块中还包括: 均分模块:用于将所述待估物距区间进行再次均分，使得待估聚焦位置值可以满足上述映射关系。
11.根据权利要求9或10所述的实现一体化摄像机自动聚焦的系统，其特征在于，所述聚焦控制模块中所述的聚焦控制函数为聚焦电机移动步长与变倍电机移动步长之间的关系的梯度控制函数。
12.根据权利要求11所述的实现一体化摄像机自动聚焦的系统，其特征在于，所述梯度控制函数为
13.根据权利要求9-12任一所述的实现一体化摄像机自动聚焦的系统，其特征在于，还包括: 曲线分类模块:用于将所述预先储存的多条变焦跟踪曲线进行分类，根据不同物距分为近距离变焦跟踪曲线、中距离变焦跟踪曲线和远距离变焦跟踪曲线三种类型的变焦跟踪曲线； 所述待估物距区间获取模块还包括: 物距判断模块:用于当所述待估聚焦位置所对应的物距区间大于近距离变焦跟踪曲线的物距值时，进入所述映射关系构建模块。
14.根据权利要求9-14任一所述的实现一体化摄像机自动聚焦的系统，其特征在于，所述待估物距区间获取模块中所述的初始变焦倍数与初始聚焦的数值为一体化摄像机记忆的上次使用数值。
15.根据权利要求14所述的实现一体化摄像机自动聚焦的系统，其特征在于，所述近距离变焦跟踪曲线的物距小于2.5米。
16.根据权利要求14所述的实现一体化摄像机自动聚焦的系统，其特征在于，所述近距离变焦跟踪曲线的物距小于2.0米。
【文档编号】G03B13/36GK103546692SQ201310537992
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】张鑫, 曹李军, 陈卫东 申请人:苏州科达科技股份有限公司