一种点光源场景的识别和聚焦方法
【技术领域】
[0001]本发明属于视频监控技术领域，尤其涉及点光源场景的识别和聚焦方法。
【背景技术】
[0002]在视频监控领域中，随着高清球机技术性能不断突破，以及高清机芯和球机成本的下降，高清高速球越来越得到市场的青睐。在市场关注高清高速球的众多功能当中，日夜不同场景的聚焦效果是一项重要的功能指标。但是当前普遍存在夜间特定场景聚焦效果不理想，其中点光源场景就是其中一种。在点光源场景下，传统的依赖图像清晰度评价和爬山搜索的自动聚焦算法，容易聚焦至疑似顶峰的伪波峰处，导致图像模糊严重。
[0003]基于数字图像处理的自动聚焦技术，通过清晰度评价函数获取图像清晰度评价值，并基于该值结合一些最大清晰度评价值搜索算法，例如常用的爬山式搜索算法，最终找到最大的清晰度评价值，即获取清晰的图像。通常一般的聚焦场景，随着聚焦透镜接近或者远离实际合焦点，图像清晰度也相应的单调增加或者减少，该场景的清晰度评价曲线呈现出较好的单峰性以及峰值两侧评价函数值单调递减，如图1所示，其中横轴表示聚焦透镜的位置，纵轴表示聚焦清晰度评价值。针对该场景的爬山搜索算法结合合适的搜索步长以及结束条件，可以快速的搜索到最佳的聚焦清晰点位置。
[0004]但是典型的点光源场景，相对图1提到的一般场景的单峰性而言，则会有较多的伪波峰出现，导致聚焦搜索算法陷入局部极值，导致失焦出现。该场景一般聚焦评价值如图2所示。或者一些点光源场景清晰度评价函数满足上述图1单峰性，但实际清晰点位置和图像清晰度最大值存在偏差；以上情况下，依赖聚焦评价值进行聚焦清晰点的搜索，容易搜索至局部极值或者导致聚焦效果反复抖动，影响聚焦效果的精确度和实时性。
[0005]因此如何保证点光源场景的聚焦稳定性，提高点光源场景的聚焦精确度，是视频监控技术领域的一个亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种点光源场景的识别和聚焦方法，用来避免现有技术依赖聚焦评价值进行聚焦清晰点的搜索，容易搜索至局部极值或者导致聚焦效果反复抖动，影响聚焦效果的精确度和实时性的技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本发明技术方案如下:
[0008]一种点光源场景的识别和聚焦方法，包括如下步骤:
[0009]步骤1、更新记录聚焦过程中到更新时刻的图像亮度的最小值和当前图像亮度，比较当前图像亮度与聚焦过程中到更新时刻的图像亮度的最小值，如果它们的差值大于设定的第一阈值，则判断当前场景是疑似点光源场景；
[0010]步骤2、对于疑似点光源场景，将当前图像分为N*M个区域，基于各个区域的亮度信息进行点光源场景确认；
[0011]步骤3、对于确认的点光源场景，根据当前聚焦透镜的原来移动方向以及移动步长，按照该移动方向和移动步长设置聚焦透镜位置，计算当前图像的区域亮度方差信息；
[0012]步骤4、判断当前图像的区域亮度方差的变化趋势，如果当前变化趋势为增加且变化值超过设定的阈值，则向原来移动方向的反方向搜索，如果当前变化趋势为减小，则继续原来移动方向搜索；
[0013]步骤5、判断是否满足搜索结束条件，如果是则退出搜索，将聚焦透镜的位置设置至最小区域亮度方差对应的位置，否则根据步骤4决定的搜索方向设置聚焦透镜的位置，计算当前图像的区域亮度方差信息后返回步骤4。
[0014]进一步地，所述步骤3之前还包括步骤:
[0015]关闭曝光；
[0016]那么在步骤5中判断是否满足搜索结束条件，如果是则退出搜索，将聚焦透镜的位置设置至最小区域亮度方差对应的位置后，恢复曝光。
[0017]在点光源场景聚焦过程中关闭曝光，能够提高聚焦灵敏度。
[0018]本发明所述步骤4之后，还包括步骤:
[0019]基于当前图像进行点光源场景确认，如果是点光源场景，则进入步骤5，否则退出点光源场景的聚焦。通过再次进行点光源场景的确认，能有效地消除误判。
[0020]本发明所述进行点光源场景确认，有以下三种实施方式:
[0021]实施方式一、根据设定的疑似光源区域个数n，从N*M个区域中按照亮度从大到小顺序选择η个疑似点光源区域，计算任一疑似点光源区域除以周围区域的亮度比值，如果存在两个以上的区域比值大于设定的相邻区域亮度比阈值，则认为该疑似点光源区域为点光源区域，并判定当前场景为点光源场景。
[0022]实施方式二、判断当前图像的中是否同时存在高亮区域和低亮区域，如果存在则判定当前场景为点光源场景，所述高亮区域的亮度大于高亮区域阈值，所述低亮区域的亮度小于低亮区域阈值。
[0023]实施方式三、将当前图像的Ν*Μ个区域中最亮区域除以所有区域的亮度得到的亮度比值按照既定的标准分为高亮度比、中亮度比以及低亮度比；统计每个类别下的区域个数，如果高亮度比区域个数存在且低亮度比区域个数小于a，判定当前场景为点光源场景；或如果高亮度比区域个数不存在且低亮度区域个数大于b，判定当前场景为点光源场景；或如果中亮度比区域个数大于c且低亮度比区域个数小于a，判定当前场景为点光源场景，其中a、b、c为设定的阈值。
[0024]本发明将当前图像分为N*M个区域，其中所述N为5，所述M为8。划分的区域数量越大，则计算越复杂，计算量越大；而如果划分的区域数量越小，则区域亮度变化不明显，不容易识别出点光源。
[0025]本发明所述判断当前图像的区域亮度方差的变化趋势，包括步骤:
[0026]记录每一次聚焦透镜移动位置的图像区域亮度方差；
[0027]比较当前聚焦透镜位置与前两次位置对应的图像的区域亮度方差，如果连续减少则变化趋势为减少，如果连续增加则变化趋势为增加。
[0028]本发明所述搜索结束条件为出现过反向搜索过并当前方差变化趋势上升明显或者方差变化趋势已出现明显下降且当前明显上升。
[0029]本发明提出的一种点光源场景的识别和聚焦方法，基于点光源场景的相关特性，提出在聚焦算法中增加点光源场景识别和基于区域亮度方差最小的聚焦搜索，保证聚焦效果的稳定性和准确度。
【附图说明】
[0030]图1为现有技术一般场景的清晰度评价曲线；
[0031]图2为现有技术点光源场景的清晰度评价曲线；
[0032]图3为点光源场景基于区域亮度信息函数的变化趋势曲线；
[0033]图4为点光源场景区域分割示意图；
[0034]图5为本发明聚焦过程流程图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。
[0036]本实施例一种点光源场景的自动聚焦方法首先要进行点光源场景识别，而点光源场景的识别包括两个过程:疑似点光源场景侦测和点光源场景确认，以下分别对这两个过程进行说明。
[0037]过程一、疑似点光源场景侦测。
[0038]通过大量实验数据收集和分析，点光源聚焦过程中存在如下场景特性:随着聚焦透镜远离合焦点位置，图像逐渐模糊，点光源光斑弥散增加，导致图像整体亮度明显增加。如图3所示的光源场景基于区域亮度信息函数的变化趋势曲线可知，聚焦透镜偏离合焦点位置时的图像亮度明显大于处于合焦点位置(图像最清晰)的图像亮度。
[0039]本实施例主要基于以上特性来进行疑似点光源场景侦测，包括如下步骤:
[0040]步骤S1、更新记录聚焦过程中图像亮度的最小值MinLuma和