一种基于图像分析的聚焦评价滤波器的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及安防监控领域，尤其涉及一种基于图像分析的聚焦评价滤波器的设计 方法。
【背景技术】
[0002] 随着安防监控领域对于摄像机的应用场景的要求越来越复杂，相应的球机的图像 采集的灵活性也有更高的要求。所以除了对高分辨率、色彩高还原度的要求外，自动聚焦技 术也越来越重要。
[0003] 自动聚焦技术中，聚焦评价滤波器的准确性，以及单峰性一直是决定着自动聚焦 算法精度的关键点，该滤波器的输出直接指示了摄像机的聚焦的准确程度，现在的滤波器 设计方法在晚上大噪声的情况下，不能准确的选取通带频率，导致在夜晚聚焦算法失效，导 致图像失焦。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明的提供的方案是： 本发明的一种基于图像分析的聚焦评价滤波器的设计方法，包括如下步骤： A、 在同一个变倍位置下，手动调节聚焦位置，在清晰点附近等间隔抓取N张清晰度不 同的图片； B、 分别对抓取的N张图片进行相同点数FFT运算，对图片进行频谱分析； C、 用扫频的方法对这N张图片相同频率的分量进行方差运算； D、 根据步骤3中的结果，选取相应的频率点作为滤波器的极点角度； E、 滤波器系统由3个2阶级联型的网络结构组成，根据步骤4选取的频率点设置相应 的网络结构的零极点。
[0005] 根据本发明的技术方案滤波器能够为聚焦提供单峰性更强的清晰度曲线，在夜晚 大噪声的情况下，能够准确的选取通带频率，使夜晚聚焦算法保持有效，图像准确调焦。
【附图说明】
[0006] 图1是本发明的流程图； 图2是本发明的2阶滤波器模型图； 图3是本发明的滤波器系统的架构图 图4是本发明的2阶滤波器系统零极点图。
【具体实施方式】
[0007] 本发明以数字图像处理为依据，根据对不同清晰度的图像进行复杂的数字信号处 理，获取其中有效的信息，以这些信息为依据，并根据设计好的级联型数字IIR滤波器的零 极点与反馈系数的特征，设置如图2中的Bl、B2,调整滤波器系统的频谱相应，从而使该滤 波器系统在负载多变的应用场景中准确提取聚焦清晰度值，为聚焦算法提供聚焦依据。以 下通过具体的实施方式详细说明。
[0008] -种基于图像分析的聚焦评价滤波器的设计方法，包括如下步骤： A、 在同一个变倍位置下，手动调节聚焦位置，在清晰点附近等间隔抓取N张清晰度不 同的图片； B、 分别对抓取的N张图片进行相同点数FFT运算，对图片进行频谱分析； C、 用扫频的方法对这N张图片相同频率的分量进行方差运算； D、 根据步骤C中的结果，选取相应的频率点作为滤波器的极点角度； E、 滤波器系统由3个2阶级联型的网络结构组成，根据步骤D选取的频率点设置相应 的网络结构的零极点。
[0009] 所述滤波器极点采用极坐标表示，并且通过极点的角度来控制滤波器的选择频 率。
[0010] 所述滤波器系统由多个2阶基础滤波器级联而成。
[0011] 所述滤波器系统由3个2阶基础滤波器组成，其中的零点固定设为（1，0)，（1，0)、 (1，31)，（1，31)，分别对应功能为高通，带通，低通的滤波器。
[0012] 如图1所示，该2阶滤波器模型，是整个滤波器系统的组成单元，单个的系统响应 函数为
:，为了设计的便捷性，分别将构成滤波器系统的三个2阶滤 波器命名为filterl、filter2、filter3,整个滤波器系统的系统函数就是三个2阶滤波器 系统响应函数的卷积。将filterl的零点设置成（1，0)，将filter2的零点设置成（1，0)、 (1，π)，将filterf的零点设置成（1，π)，同时因为这个2阶滤波器模型中的B1和B2都是 实数，也就是说只有一对共辄的极点，，如图4所示，为了系统的稳定性这对极点必须在单 位圆内，且对应的角度Θ在〇~π范围内（相应的共辄极点的角度为23Τ-Θ)，这样filterl 就变成了高通滤波器模型，filter2为带通滤波器，filterf为低通滤波器，而极点的位置 就成了决定了滤波器系统反应的唯一因素，这样调节的复杂程度就会降低，而且直接调节 零极点，可以避免巴特沃斯等滤波器模型的限制，实现任意幅度特性的滤波器的设计，滤波 器系统架构如图3所示。
[0013] 滤波器的极点选择依据来自所抓取的N张图片，因为滤波器模型是流水线操作， 而且都是单行处理的，所以我们对图像的每一行进行FFT计算，将每一行的频谱累加起来， 这样就能反应图像数据经过滤波器系统后的输出了，分别对每一行进行上述处理，得到N 个频谱图，对N个频谱图的每个频率的数值提取出来，形成Μ个长度为N的数组，分别对着 Μ个数组进行方差处理，选取方差值最大的三个数组对应的频率，这三个频率点就是滤波器 极点坐标的角度Θ，然后根据这三个方差值的大小来设置极点的半径，通过极坐标来标定 单位圆内的极点以及零点，系统典型零极点图如图4。
[0014] 当系统的零极点的位置都确定以后，把零极点导入系统响应函数的公式，从而确 定系统响应函数，即图2中的Β1和Β2。
【主权项】
1. 一种基于图像分析的聚焦评价滤波器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤： A在同一个变倍位置下，手动调节聚焦位置，在清晰点附近等间隔抓取N张清晰度不同 的图片； B分别对抓取的N张图片进行相同点数FFT运算，对图片进行频谱分析； C用扫频的方法对这N张图片相同频率的分量进行方差运算； D根据步骤C中的结果，选取相应的频率点作为滤波器的极点角度； E滤波器系统由3个2阶级联型的网络结构组成，根据步骤D选取的频率点设置相应的 网络结构的零极点。2. 根据权利要求1所述的一种基于图像分析的聚焦评价滤波器的设计方法，其特征在 于，所述滤波器极点采用极坐标表示，并且通过极点的角度来控制滤波器的选择频率。3. 根据权利要求1所述的一种基于图像分析的聚焦评价滤波器的设计方法，其特征在 于，所述滤波器系统由多个2阶基础滤波器级联而成。4. 根据权利要求3所述的一种基于图像分析的聚焦评价滤波器的设计方法，其特征 在于，所述滤波器系统由3个2阶基础滤波器组成，其中的零点固定设为（1，0)，（1，0)、 (1，31)，（1，31)，分别对应功能为高通，带通，低通的滤波器。
【专利摘要】本发明公开了一种基于图像分析的聚焦评价滤波器的设计方法，包括如下步骤：A、在同一个变倍位置下，手动调节聚焦位置，在清晰点附近等间隔抓取N张清晰度不同的图片；B、分别对抓取的N张图片进行相同点数FFT运算，对图片进行频谱分析；C、用扫频的方法对这N张图片相同频率的分量进行方差运算；D、根据步骤3中的结果，选取相应的频率点作为滤波器的极点角度；E、滤波器系统由3个2阶级联型的网络结构组成，根据步骤4选取的频率点设置相应的网络结构的零极点。根据本发明的技术方案滤波器能够为聚焦提供单峰性更强的清晰度曲线，在夜晚大噪声的情况下，能够准确的选取通带频率，使夜晚聚焦算法保持有效，图像准确调焦。
【IPC分类】G06F17/50, H03H17/02
【公开号】CN105426633
【申请号】CN201510939197
【发明人】戴林, 冯江涛
【申请人】天津天地伟业数码科技有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月16日