镜头自动聚焦方法与装置与流程

本发明属于镜头技术领域，具体地来说，是一种镜头自动聚焦方法与装置。

背景技术：

随着我国安防事业的快速发展，镜头被大量应用于安防监控领域。特别是大倍率镜头广泛使用，大量应用于城市制高点、边海防、森林防火等安防监控领域，为保障人民的财产安全做出很大贡献。

在实际使用中，大倍率镜头的聚焦电机行程长，精度要求高，若无自动聚焦，操作人员很难精准调整聚焦到清晰点，尤其是镜头变焦处于较远位置时，聚焦清晰点的调整更加困难。

自动聚焦能够很好的弥补这一缺陷，提升监控设备的使用效率。但现有的一些自动聚焦技术，在处理大倍率镜头时往往会受到电机齿轮间隙、电机运行惯性等因素带来的回差或其他误差干扰的影响，无法精确定位聚焦清晰点，使得聚焦后图像质量不达标。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种镜头自动聚焦方法与装置，使镜头可自动精确聚焦。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种镜头自动聚焦方法，包括：

s10：控制位于远焦端的聚焦电机运行至近焦端，利用聚焦评价函数获取沿程各点的图像清晰度，并取其中最高值所对应的所述聚焦电机的位置，记为去程清晰点；

s20：控制所述聚焦电机自所述近焦端返回至所述远焦端，利用所述聚焦评价函数获取沿程各点的图像清晰度，并取其中最高值所对应的所述聚焦电机的位置，记为返程清晰点；

s30：计算所述去程清晰点与所述返程清晰点之间的中点位置，记为聚焦清晰点；

s40：控制所述聚焦电机运行至所述聚焦清晰点，利用所述聚焦评价函数获取所述聚焦清晰点的图像清晰度，并将之与预设图像清晰度比较，若所述聚焦清晰点的图像清晰度不低于所述预设图像清晰度，则结束聚焦。

作为上述技术方案的改进，若所述聚焦清晰点的图像清晰度低于所述预设图像清晰度，则执行s50：

控制所述聚焦电机于二次区间的端点之间往复运行，并利用所述聚焦评价函数获取沿程各点的图像清晰度，取其中最高值所对应的所述聚焦电机的位置记为二次聚焦清晰点，所述二次区间为以所述聚焦清晰点为中点、长度为单位时间内所述聚焦电机运行距离的2倍值的区间段。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述s10与所述s20中，所述聚焦电机以第一速度运行。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述s50中：

所述聚焦电机以第二速度运行于所述二次区间内运行，所述第二速度不大于所述第一速度的1/2。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述s50中：

所述二次区间的长度等于所述单位时间与所述第一速度之乘积的2倍值。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述s50中：

所述聚焦评价函数分别获取在所述聚焦电机的去程与返程过程中，所述沿程各点的去程与返程的图像清晰度，并各自最高值所对应的所述聚焦电机的位置记为去程二次聚焦清晰点与返程二次聚焦清晰点，求取所述去程二次聚焦清晰点与所述返程二次聚焦清晰点的中点即为所述二次聚焦清晰点。

作为上述技术方案的进一步改进，所述s10还包括：所述聚焦电机于所述近焦端刹车，并停机等待预设时长。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述s10中，当所述聚焦评价函数确定所述去程清晰点时，所述聚焦电机先定位至所述去程清晰点，而后继续运行至所述近焦端。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述s20中，当所述聚焦评价函数确定所述返程清晰点时，所述聚焦电机先定位至所述返程清晰点，而后继续运行至所述远焦端。

一种镜头自动聚焦装置，包括：

聚焦电机，其运行于远焦端与近焦端之间，用于调节镜头的焦距；

控制单元，其用于控制所述聚焦电机的运行状态；

采样单元，其设有聚焦评价函数，用于获取所述远焦端与所述近焦端之间各点的图像清晰度；

运算单元，其用于根据所述采样单元的检测值，计算其中最高值所对应的所述聚焦电机的位置；

存储单元，其用于存储所述运算单元的运算结果与预设图像清晰度。

本发明的有益效果是：通过设置双程扫描步骤，使聚焦电机于远焦端与近焦端之间往复运行，伴随聚焦评价函数同时进行图像清晰度评价定位，获取去程清晰点与返程清晰点，随后求取该二者之中点即为聚焦清晰点，有效地消除了聚焦电机的回程误差造成的不利影响；进而设置聚焦电机、控制单元、采样单元、运算单元与存储单元，用以作为所述方法的基础，提供了一种可自动精确定位的镜头自动聚焦方法与装置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的镜头自动聚焦方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例1提供的镜头自动聚焦方法的第一示意图；

图3是本发明实施例1提供的镜头自动聚焦方法的第二示意图；

图4是本发明实施例1提供的镜头自动聚焦方法的第三示意图；

图5是本发明实施例1提供的镜头自动聚焦装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

1000-镜头自动聚焦装置，0100-聚焦电机，0200-控制单元，0300-采样单元，0400-运算单元，0500-存储单元，q0-远焦端，qmax-近焦端，q1-去程清晰点，q2-返程清晰点，q3-返程二次聚焦清晰点，q4-去程二次聚焦清晰点，s-聚焦清晰点，s'-二次聚焦清晰点。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对镜头自动聚焦方法与装置进行更全面的描述。附图中给出了镜头自动聚焦方法与装置的优选实施例。但是，镜头自动聚焦方法与装置可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对镜头自动聚焦方法与装置的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在镜头自动聚焦方法与装置的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1～4，一种镜头自动聚焦方法，包括：

s10：控制位于远焦端q0的聚焦电机0100运行至近焦端qmax，利用聚焦评价函数获取沿程各点的图像清晰度，并取其中最高值所对应的聚焦电机0100的位置，记为去程清晰点q1；

s20：控制聚焦电机0100自近焦端qmax返回至远焦端q0，利用聚焦评价函数获取沿程各点的图像清晰度，并取其中最高值所对应的聚焦电机0100的位置，记为返程清晰点q2；

s30：计算去程清晰点q1与返程清晰点q2之间的中点位置，记为聚焦清晰点s；

s40：控制聚焦电机0100运行至聚焦清晰点s，利用聚焦评价函数获取聚焦清晰点s的图像清晰度，并将之与预设图像清晰度比较，若聚焦清晰点s的图像清晰度不低于预设图像清晰度，则结束聚焦。

具体地，聚焦评价函数需要先获取沿程各点的图像清晰度，而后进行对比得到最高值，从而确定聚焦清晰点s。显然，在此系统下，聚焦评价函数只有在图像清晰度的峰值点的下一采样点，方能得到图像清晰度的峰值所在，并对聚焦电机0100发出停止信号。

由此，图像清晰度的峰值必然存在滞后。由于反应滞后，此时聚焦电机0100已越过实际聚焦清晰点s，需要反向运行以定位到实际聚焦清晰点s。由于聚焦电机0100与镜头机械组件本身的结构所限，聚焦电机0100或镜头机械组件在反向运行时存在回程误差(简称“回差”)，从而使聚焦电机0100无法定位到实际聚焦清晰点s上。

在本实施例中，聚焦电机0100自远焦端q0向近焦端qmax运行过程中，必然存在正向滞后或正向回差，并存在于去程清晰点q1之位置信息中；聚焦电机0100自近焦端qmax向远焦端q0运行过程中，必然存在反向滞后或反向回差，并存在于返程清晰点q2之位置信息中。

在此，正向滞后或正向回差与反响滞后或反向回差的数值相等而方向相反。理论上，实际聚焦清晰点s位于去程清晰点q1与返程清晰点q2之中点处。这种方法可有效消除回程误差的影响，使聚焦电机0100的定位较为精确，聚焦精度很高。

优选地，若所述聚焦清晰点的图像清晰度低于所述预设图像清晰度，则执行s50：

控制聚焦电机0100于二次区间的端点之间往复运行，在此过程中利用聚焦评价函数获取沿程各点的图像清晰度，并取其中最高值所对应的聚焦电机0100的位置记为二次聚焦清晰点s'，二次区间为以聚焦清晰点s为中点、长度为单位时间内聚焦电机0100运行距离的2倍值的区间段；

进一步优选，于s50后执行s60：控制聚焦电机0100运行至二次聚焦清晰点s'，结束聚焦。

具体地，经s10、s20、s30若仍未能得到预设图像清晰度，则需进行二次扫描定位。此时，实际聚焦清晰点s的范围已缩小至去程清晰点q1与返程清晰点q2之中点附近。

在此，执行s50，以二次区间为二次扫描定位的范围。聚焦电机0100以与s10、s20类似的定位方式，于二次区间内进行扫描定位。聚焦评价函数进一步获取二次区间内各点的图像清晰度，取其最高值可近似于实际聚焦清晰点s，进一步接近实际聚焦清晰点s附近，获得更为精确的图像清晰度。

其中，单位时间是指利用聚焦评价函数获取图像清晰度时，用于采集相关参数的采样单元0300，在两次采样之间的最小时间间隔，故也可称为最小采样时间。在此，聚焦电机0100于单位时间内运行距离，即为聚焦电机0100于同一速度下的最小步距。

本发明利用镜头的现有结构，无需添加新的外部设备，即可实现自动精确聚焦，具有极高的性价比与广泛的适应性。

优选地，在s10与s20中，聚焦电机0100以第一速度运行。

具体地，在本实施例中，聚焦电机0100以第一速度匀速运行，保证聚焦电机0100的聚焦过程平稳。

进一步优选，在s50中，聚焦电机0100以第二速度运行于二次区间内运行，第二速度不大于第一速度的1/2。

具体地，由于第二速度不大于第一速度的1/2，聚焦电机0100以第二速度运行时，在单位时间内，聚焦电机0100的步长将减小至s10及s20中步长的1/2以下，进一步将二次区间细分为小区间，使聚焦电机0100的搜索扫描更为精确，极大地提高了聚焦电机0100于二次区间内的定位精度。

进一步优选，在s50中，二次区间的长度等于单位时间与第一速度之乘积的2倍值。

具体地，单位时间与第一速度之乘积，即为s10及s20中聚焦电机0100之最小步长。由前述可知，去程清晰点q1与实际聚焦清晰点s之间的距离不大于聚焦电机0100之最小步长。类似地，返程清晰点q2与实际聚焦清晰点s之间的距离亦不大于聚焦电机0100之最小步长。同时，实际聚焦清晰点s应处于去程清晰点q1与返程清晰点q2之间。

由此，经对二次区间的长度进行限制，进一步缩小实际聚焦清晰点s所处的区间，有利于保证聚焦精度，使二次聚焦清晰点s'更为贴近实际聚焦清晰点s。

优选地，在s50中，聚焦评价函数分别获取在聚焦电机0100的去程与返程过程中，沿程各点的去程与返程的图像清晰度，并各自最高值所对应的聚焦电机0100的位置记为去程二次聚焦清晰点q4与返程二次聚焦清晰点q3，求取去程二次聚焦清晰点q4与返程二次聚焦清晰点q3的中点即为二次聚焦清晰点s'。

具体地，聚焦电机0100自二次区间接近远焦端q0的一侧端点运行至另侧端点，在此过程中聚焦评价函数获取二次区间内沿程各点的图像清晰度，并取其中最高值所对应的聚焦电机0100的位置记为去程二次聚焦清晰点q4。

而后，聚焦电机0100自另侧端点返回接近远焦端q0一侧的端点，在此过程中聚焦评价函数获取二次区间内沿程各点的图像清晰度，并取其中最高值所对应的聚焦电机0100的位置记为返程二次聚焦清晰点q3。

随后，求取去程二次聚焦清晰点q4与返程二次聚焦清晰点q3之中点位置，此即为二次聚焦清晰点s'。

由此，通过消除回差或迟滞，并经二次扫描搜索，进一步提高聚焦电机0100的定位精度，取得更高的图像清晰度。

优选地，s20还包括以下步骤：聚焦电机0100于近焦端qmax刹车，并停机等待预设时长。

具体地，聚焦电机0100到达近焦端qmax后，刹车而停止于近焦端qmax，并等待预设时长，以便进行延时处理，并减小瞬间反转运行带来的回程误差，便于保证精度。

优选地，在s10中，当聚焦评价函数确定去程清晰点q1时，聚焦电机0100先定位至去程清晰点q1，而后继续运行至近焦端qmax。

具体地，聚焦电机0100在自远焦点运行至近焦端qmax的过程中，将两次经过去程清晰点q1，以确定去程清晰点q1的确切位置。两次的运行方向相反，从而产生一回程误差。

优选地，s20还包括以下步骤：所述聚焦电机0100于所述远焦端q0刹车，并停机等待预设时长。

具体地，聚焦电机0100到达远焦端q0后，刹车而停止于远焦端q0，并等待预设时长，以便进行延时处理，并减小瞬间反转运行带来的回程误差，便于保证精度。

优选地，在s20中，当聚焦评价函数确定返程清晰点q2时，聚焦电机0100先定位至返程清晰点q2，而后继续运行至远焦端q0。

具体地，增加该步骤后，聚焦电机0100在自近焦点运行至远焦端q0的过程中，将两次经过返程清晰点q2，以确定返程清晰点q2的确切位置。两次的运行方向相反，从而产生一回程误差，而用以与去程清晰点q1的回程误差抵消。

优选地，聚焦评价函数具有可调节的内部参数。

具体地，因应于不同的使用环境，聚焦评价函数具有相应的参数要求。聚焦评价函数具有可调节的内部参数，可手动设置或根据场景切换而整体调节，以适应不同的使用环境，进一步增加镜头自动聚焦方法的适应能力与使用范围。

优选地，在s10前置一初始化步骤，用于对聚焦电机0100进行初始化，如预热、调整初始参数等，使其进入较佳的工作状态。

请结合参阅图5，在此一并介绍一种镜头自动聚焦装置1000，其包括：

聚焦电机0100，其运行于远焦端与近焦端之间，用于调节镜头的焦距；

控制单元0200，其用于控制聚焦电机0100的运行状态；

采样单元0300，其设有聚焦评价函数，用于获取远焦端与近焦端之间各点的图像清晰度；

运算单元0400，其用于根据采样单元0300的检测值，计算其中最高值所对应的聚焦电机0100的位置；

存储单元0500，其用于存储运算单元0400的运算结果与预设图像清晰度。

镜头自动聚焦装置1000通过镜头自动聚焦方法，实现镜头的自动聚焦，其详细的实现方法，如前所述，此处不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。