一种适用于红外系统的快速自动对焦方法及装置与流程

本发明属于快速自动对焦控制技术，涉及调焦电机控制技术、红外系统自动对焦技术、图像梯度计算技术以及总线通讯技术；具体涉及一种适用于红外系统的快速自动对焦方法及装置。

背景技术：

目前红外系统主要有两种对焦方法，分别是单步全程策略和连续运动全程策略。其中单步全程策略是调焦电机每次步进式单步运行并采样当前帧图像的梯度，走完全程后得到整个调焦行程的梯度顺序表，然后控制调焦电机运行至图像梯度最大的位置即当前场景的清晰位置。连续运动全程策略是调焦电机在整个调焦行程的运动过程中每隔一段时间均匀采样当前帧图像的梯度，走完全程后得到整个调焦行程的梯度顺序表，然后控制调焦电机运行至图像梯度最大的位置即当前场景的清晰位置。由于红外系统具有焦距长的特点，无轮是上述哪种方法，自动对焦的时间都较长，为了解决这一问题，提出了本发明的自动对焦方法。

由于红外系统调焦部分有自己本身的特殊性：一是调焦行程长，若进行走全程策略，则自动对焦时间较长。对于6mm的调焦行程来说，自动对焦时间为3s，本发明在相同条件下自动对焦时间<1.2s，大大缩短了自动对焦时间，且自动对焦的精度及失调率等同于单步全程策略。二是红外系统的整个调焦行程中，图像的梯度呈正弦波的正半部分的波峰形式的趋势，

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种适用于红外系统的快速自动对焦方法及装置，不用走全程就可以找到当前场景的调焦最清晰位置。

技术方案

一种适用于红外系统的快速自动对焦方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：控制调焦电机运动至常温下的理论零位，即对常温下对无穷远清晰位置，采样当前位置的图像并计算梯度值，以梯度值作为理论零位；

步骤2：将调焦电机向调焦加的方向连续步进三次，采样每次位置的图像并计算梯度值，每次位置对应一个调焦电机编码器数值；

情况1：当三次的图像梯度值依次顺序减小时，则将调焦电机迅速回到理论零位，然后控制调焦电机先向调焦减的方向连续步进三次，采样每次位置的图像并计算梯度值，每次位置对应一个调焦电机编码器数值；

若此三次的图像梯度值依然依次顺序减小，则判定理论零位为当前场景的调焦最清晰位置，该位置对应一个调焦电机编码器数值；

若此三次的图像梯度值依次顺序增大，则将调焦电机继续向调焦减的方向步进，采样每次位置的图像并计算梯度值，直至出现当前位置的梯度值小于上一次位置的梯度值时，以上一次的位置为当前场景的调焦最清晰位置，该位置对应一个调焦电机编码器数值；

情况2：若此三次的图像梯度值依次顺序增大，则将调焦电机继续向调焦加的方向步进，采样每次位置的图像并计算梯度值，直至出现当前位置的梯度值小于上一次位置的梯度值，则判定上一次的位置为当前场景的调焦最清晰位置，该位置对应一个调焦电机编码器数值。

所述每次调焦电机的步进量相等。

一种实现所述适用于红外系统的快速自动对焦方法的装置，其特征在于：包括控制模块，总线通讯模块、成像模块、调焦电机、调焦机构、调焦电机编码器以及调焦镜；控制模块完成控制调焦电机运动、接收并解析调焦电机编码器以及和成像模块进行总线通讯；总线通讯模块完成控制模块和成像模块之间的数据发送与接收任务；成像模块完成图像梯度的计算、通过总线模块与控制模块进行通讯；调焦电机带动调焦镜运动实现自动对焦；调焦机构对调焦电机、调焦电机编码和调焦镜的支撑，并在调焦行程两端设计机械限位；调焦电机编码器完成实时反馈调焦电机的位置；调焦镜完成光学上的成像及调焦功能。

有益效果

本发明提出的一种适用于红外系统的快速自动对焦方法及装置，自动对焦一开始，首先控制调焦电机运动至常温下的理论零位，即对常温下对无穷远清晰位置，采样当前位置的图像并计算其梯度值。然后控制调焦电机往调焦加的方向步进三次，并采样这三次位置的图像并计算其梯度值，若这三个位置的梯度值依次减小，则反方向运动至理论零位，然后控制调焦电机往调焦减的方向步进三次，并采样这三次位置的图像并计算其梯度值，若这三个位置的梯度值依然依次减小，则反方向运动至理论零位，则理论零位为当前场景的最清晰位置。若调焦加步进三次的三个位置的梯度值依次增大，则继续向调焦加的方向步进，直至出现当前位置的梯度值小于上一次位置的梯度值，则反方向运动至上一次的位置，即为当前场景的最清晰位置，此过程和调焦减步进三次的三个位置的梯度值依次增大的过程完全一致。

通过此方法，可以实现红外系统的快速自动对焦。

本发明的优点是：与以前的自动对焦技术相比，本发明的突出优点为速度快，概述所说的单步全程策略和连续运动全程策略对于6mm的调焦行程来说，自动对焦时间为3s，本发明在相同条件下自动对焦时间<1.2s，大大缩短了自动对焦时间，且自动对焦的精度及失调率等同于单步全程策略。

附图说明

图1：控制流程示意图

图2：系统原理图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

1、系统原理设计

本发明基于红外热像仪，是热像仪控制系统的子系统，能够完成自动对焦功能。

因此，应该具有：

a、控制调焦电机的功能；

b、采集当前帧图像并计算其梯度的功能；

c、接收并解析调焦电机编码的功能；

d、具有总线通讯功能，双核之间交互自动对焦信息。

参照图1，系统设计了快速自动对焦方法的硬件系统由控制模块，总线通讯模块、成像模块、调焦电机、调焦机构、调焦电机编码器以及调焦镜等组成，如图1所示，控制模块完成控制调焦电机运动、接收并解析调焦电机编码器以及和成像模块进行总线通讯等功能；总线通讯模块完成控制模块和成像模块之间的数据发送与接收任务；成像模块完成图像梯度的计算、通过总线模块与控制模块进行通讯等功能；调焦电机主要完成带动调焦镜运动实现自动对焦；调焦机构完成对调焦电机、调焦电机编码和调焦镜的支撑，并在调焦行程两端设计机械限位；调焦电机编码器完成实时反馈调焦电机的位置；调焦镜完成光学上的成像及调焦功能。

2、自动对焦流程设计

(1)自动对焦一开始，控制模块控制调焦电机运动至常温下理论零位即常温下对无穷远处清晰位置，并向图像模块发送当前位置的调焦电机编码器数值；此时图像模块采样当前位置的图像梯度值并记录。

(2)控制模块控制调焦电机先向调焦加的方向连续步进三次，并向图像模块发送这三次位置的调焦电机编码器数值；此时图像模块采样这三次位置的图像梯度值并记录。此时有两种情况：

i.若此三次的图像梯度值依次顺序减小，则控制模块控制调焦电机迅速回到理论零位，然后控制调焦电机先向调焦减的方向连续步进三次，并向图像模块发送这三次位置的调焦电机编码器数值；此时图像模块采样这三次位置的图像梯度值并记录。此时有两种情况：

若此三次的图像梯度值依然依次顺序减小，则判定理论零位为当前场景的调焦最清晰位置；

若此三次的图像梯度值依次顺序增大，则控制模块控制调焦电机继续向调焦减的方向步进。并向图像模块发送当前位置的调焦电机编码器数值，此时图像模块采样当前位置的图像梯度值并记录。直至出现当前位置的梯度值小于上一次位置的梯度值，则判定上一次的位置为当前场景的调焦最清晰位置。

ii.若此三次的图像梯度值依次顺序增大，则控制模块控制调焦电机继续向调焦加的方向步进。并向图像模块发送当前位置的调焦电机编码器数值，此时图像模块采样当前位置的图像梯度值并记录。直至出现当前位置的梯度值小于上一次位置的梯度值，则判定上一次的位置为当前场景的调焦最清晰位置。

(3)控制模块控制调焦电机迅速运动至计算得到的当前场景的调焦最清晰位置。

当自动对焦一开始，控制模块控制调焦电机运动至常温下理论零位即常温下对无穷远处清晰位置，打破了原来自动调焦一开始，控制模块先控制电机运动到其中一个调焦极限位置的传统。不再执行走全程的策略，大大缩短了自动对焦的时间。

控制模块控制调焦电机往调焦加和调焦减两个方向步进三次，通过此种方式判断图像梯度值的变化趋势，引导自动对焦的下一步流程。通过此过程计算出调焦行程中图像梯度最大的位置。

控制模块控制调焦电机迅速运动至计算得到的当前场景的调焦最清晰位置，通过判定的当前场景的调焦最清晰位置，图像模块通过总线通讯模块向控制模块发送图像梯度值最大的位置对应的调焦编码器值，控制模块控制调焦电机精确运动至上述的调焦编码器值所对应的位置。