一种摄像机对焦控制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种摄像机对焦控制方法及装置，用于对视频监控摄像机进行对焦控制，首先摄像机计算当前场景的物距范围，根据已知物距范围进行对焦，随着当前场景的变化，比较当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围与当前场景的物距范围，如果当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围大于或等于当前场景的物距范围，则不进行对焦微调操作，否则根据当前画面的清晰度决定是否进行对焦微调操作。本发明同时还公开了基于该方法的摄像机对焦控制装置。本发明的方法及装置，能够实现快速高效的对焦过程，保证运动场景下的监控画面足够清晰。
【专利说明】一种摄像机对焦控制方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于摄影摄像【技术领域】，尤其涉及一种摄像机对焦控制方法及装置。
【背景技术】
[0002]自动对焦是保证可转动的摄像机(包括球机)正常工作的基本功能,好的对焦功能能够保证摄像机在任何运动场景下都能快速、高效的保持画面清晰，满足视频监控的需要。
[0003]普通的自动对焦算法，不停的计算画面的清晰度，当画面清晰度低于设定阈值时，启动全局搜索的对焦算法，遍历所有物距的场景，得到清晰度最大对焦值。由于需要遍历所有物距，所以对焦速度慢，且对焦过程中不可避免的出现画面反复在模糊-清晰之间波动的情况，影响监控效果。
[0004]另外一种对焦的方法，只有在云台转动、镜头变倍结束时，执行一次对焦操作，该方法避免了因画面中物体频繁运动导致反复对焦画面模糊的情况。但是当监控场景景深较小时，在摄像机没有转动时，如果画面中的物体纵深方向运动过大时，会导致画面变模糊。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种摄像机对焦控制方法及装置，能够保证在监控场景发生变化及画面中的物体发生变化的情况下，监控画面始终保持足够的清晰度，以避免现有技术中由于变化导致的画面模糊情况。
[0006]为了实现上述目的，本发明技术方案如下:
[0007]—种摄像机对焦控制方法，用于对视频监控摄像机进行对焦控制，该方法包括步骤:
[0008]步骤1、在当前场景下，计算当前场景的物距范围，并根据计算出的物距范围进行对焦；
[0009]步骤2、计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围；
[0010]步骤3、判断当前场景是否发生变化，如果发生变化则重新计算当前场景的物距范围，进入下一步，否则直接进入下一步；
[0011]步骤4、比较当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围与当前场景的物距范围，如果当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围大于或等于当前场景的物距范围，则转入步骤8，否则进入下一步；
[0012]步骤5、判断当前画面的清晰度是否大于设定的阈值，如果是则转入步骤8，否则进入下一步；
[0013]步骤6、在当前场景物距范围内进行对焦微调操作；
[0014]步骤7、计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围；
[0015]步骤8、间隔固定的时间间隔，返回步骤3。
[0016]其中，所述步骤I中，根据计算出的物距范围进行对焦，包括步骤:
[0017]根据当前场景的物距范围，分别找出当前场景的物距范围内各物距对应的对焦清晰位置；
[0018]分别计算当前场景的物距范围内各物距对焦清晰时的画面清晰度；
[0019]找出最清晰的对焦清晰位置完成当前场景的对焦。
[0020]其中，所述步骤6在当前场景物距范围内进行对焦微调操作，包括步骤:
[0021]从当前的对焦清晰位置对应的物距开始，向周边遍历当前场景物距范围，分别找出各物距对应的对焦清晰位置；
[0022]分别计算所述各物距对焦清晰时的画面清晰度；
[0023]找出最清晰的对焦清晰位置完成对焦微调操作。
[0024]其中，所述固定的时间间隔为摄像机编码帧间隔时间的I倍或2倍。
[0025]进一步地，所述步骤8还包括步骤:判断所述视频监控摄像机是否是固定摄像机，如果是则退出对焦操作，否则返回步骤3。
[0026]本发明还同时提出了一种摄像机对焦控制装置，应用于视频监控摄像机，该装置包括对焦模块、对焦清晰范围计算模块、第一判断模块、第二判断模块、第三判断模块、对焦微调模块和定时模块，其中:
[0027]对焦模块，用于计算前场景的物距范围，并根据计算出的物距范围进行对焦；
[0028]对焦清晰范围计算模块，用于在对焦模块进行对焦，及对焦微调模块进行对焦微调后，计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围；
[0029]第一判断模块，用于判断当前场景是否发生变化，如果发生变化则重新计算当前场景的物距范围，然后进入第二判断模块进行判断，否则直接进入第二判断模块进行判断；
[0030]第二判断模块，用于比较当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围与当前场景的物距范围，如果当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围大于或等于当前场景的物距范围，则等待定时模块开始计时，否则进入第三判断模块进行判断；
[0031]第三判断模块，用于判断当前画面的清晰度是否大于设定的阈值，如果是则等待定时模块开始计时，否则转入对焦微调模块进行对焦微调操作；
[0032]对焦微调模块，用于在当前场景物距范围内进行对焦微调操作；
[0033]定时模块，用于进行固定时间间隔的定时，在定时到期后转入第一判断模块进行判断。
[0034]其中，所述对焦模块在进行对焦操作时，执行如下操作:
[0035]计算当前场景的物距范围，并根据当前场景的物距范围，分别找出当前场景的物距范围内各物距对应的对焦清晰位置；
[0036]分别计算当前场景的物距范围内各物距对焦清晰时的画面清晰度；
[0037]找出最清晰的对焦清晰位置完成当前场景的对焦。
[0038]其中，所述对焦微调模块在进行对焦微调操作时，执行如下操作:
[0039]从当前的对焦清晰位置对应的物距开始，向周边遍历当前场景物距范围，分别找出各物距对应的对焦清晰位置；
[0040]分别计算所述各物距对焦清晰时的画面清晰度；
[0041]找出最清晰的对焦清晰位置完成对焦微调操作。
[0042]其中，所述固定的时间间隔为摄像机编码帧间隔时间的I倍或2倍。[0043]进一步地，所述定时模块还用于判断所述视频监控摄像机是否是固定摄像机，如果是则退出对焦操作，否则在定时到期后转入第一判断模块进行判断。
[0044]本发明提出的一种摄像机对焦控制方法及装置，结合摄像机的安装使用特点，结合物距景深计算公式，建立对焦模型，用于指导对焦的启动时机、搜索方向，以达到快速高效的对焦过程，从而保证监控画面始终清晰。本发明的方法及装置，能够实现快速高效的对焦过程，保证运动场景下的监控画面足够清晰。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1a为摄像机的对焦模型侧视图；
[0046]图1b为摄像机的对焦模型俯视图；
[0047]图2为本发明摄像机对焦控制方法流程图；
[0048]图3为本发明摄像机对焦控制装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0049]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。
[0050]图1a和图1b示出了摄像机的对焦模型示意图，图中摄像机安装在高度H的位置，安装倾斜角度为A，当前镜头焦距为F，对应的垂直视角为B，水平视角为C。可以通过几何学中的三角函数公式计算出当前场景下的物距信息:中心物距、左边沿物距Dleft、右边沿物距Dright、上边沿物距Dhigh、下边沿物距Dlow。
[0051]根据上述物距值，得到当前监控场景的物距范围:
[0052]当前监控场景的最小物距Dmin=Hiin{左边沿物距，右边沿物距，上边沿物距，下边沿物距}
[0053]当前监控场景的最大物距DmaX=maX {左边沿物距，右边沿物距，上边沿物距，下边沿物距}
[0054]考虑到被监控物体有一定的高度，假设被监控物体的最大高度是Hmax，则按照下面公式修正当前监控场景的下边沿物距:
[0055]当前监控场景的下边沿Dlow=Dlow-Hmax/sin(90-(A-B/2))。相应地，当前监控场景的最小物距Dmin需要根据Dlow的变动作出调整。
[0056]最小物距与最大物距之间的距离即当前场景物距范围。
[0057]已知当前场景物距后，根据物距、焦距、摄像机镜头弥散圈、光圈值可以计算出当前场景当前对焦状态下的对焦清晰范围信息。对焦清晰范围的计算如下:
[0058]前景深=(光圈值*镜头弥散圈*物距*物距)/ (焦距*焦距+光圈值*镜头弥散圈*物距)
[0059]后景深=(光圈值*镜头弥散圈*物距*物距)/ (焦距*焦距-光圈值*镜头弥散圈*物距)
[0060]如果后景深小于0，则:
[0061 ] 对焦清晰最近物距=物距-前景深；
[0062] 对焦清晰最远物距=无穷远。[0063]如果后景深大于等于0，则:
[0064]对焦清晰最近物距=物距-前景深；
[0065]对焦清晰最远物距=物距+后景深。
[0066]对焦清晰范围为对焦清晰最近物距与对焦清晰最远物距之间的距离，在对焦清晰范围内物体都是清晰的。
[0067]在摄像机的实际拍摄过程中，对焦操作是最为常见的一种动作，为了获得清晰的拍摄画面，必须经常根据当前场景的变化进行对焦操作以获得清晰的拍摄画面。镜头的对焦曲线一般有镜头厂商提供，或者可以通过实验测试得到，对焦曲线是镜头焦距、物距以及对焦清晰位置的一个映射函数，表示如下:
[0068]对焦清晰位置=f (镜头焦距，物距)，f为对焦曲线函数。
[0069]利用镜头的对焦曲线来实现对焦功能，可以根据焦距查询得到某个物距下对焦清晰所需要的对焦清晰位置，将镜头对焦电机设置到该对焦清晰位置，即可完成指定物距下的对焦操作，该对焦电机对应的对焦清晰位置，就是对焦清晰位置。
[0070]基于上述计算出的物距和对焦清晰范围，以及对焦操作的基本方法，下面对本发明一种摄像机对焦控制方法做进一步阐述，该方法流程图如图2所示，包括步骤:
[0071]步骤201、在当前场景下，计算当前场景的物距范围，并根据计算出的物距范围进行对焦。
[0072]对于固定相机来说，安装好以后，其拍摄的场景就确定了，后续不会再发生场景变化的情况；而对于可转动的摄像机(比如说带云台的摄像机，内置驱动旋转装置的球型摄像机)来说，在摄像机水平方向转动和垂直方向转动到位后，拍摄场景就确定了。所以当前场景的物距范围，即指摄像机安装完成后或者转动到位后按照前文方法得到的最小物距Dmin和最大物距Dmax之间的范围。
[0073]当不知道当前场景的物距范围时，需要遍历对焦曲线上指定镜头焦距下对焦电机的所有位置，分别计算画面清晰度，从中找到最清晰的对焦电机位置即可完成对焦。而对于已经计算出物距范围的当前场景，根据物距范围，最小物距对应一个对焦清晰位置，最大物距也对应一个对焦清晰位置，只需要在这两个对焦清晰位置之间的范围进行遍历就可以完成对焦，找到一个对于当前场景的对焦清晰位置，而该对焦清晰位置对应着当前场景中主要物体的物距，该主要物体物距也称为当前对焦物距。
[0074]对于已知物距范围的当前场景的对焦，包括如下步骤:
[0075]根据当前场景的物距范围，分别找出当前场景的物距范围内各物距对应的对焦清晰位置；
[0076]分别计算当前场景的物距范围内各物距对焦清晰时的画面清晰度；
[0077]找出最清晰的对焦清晰位置完成当前场景的对焦。
[0078]在对焦完成后，也就确定了当前对焦清晰位置。
[0079]步骤202、计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围。
[0080]根据前文计算方法计算得到当前场景下的对焦清晰最近物距和最远物距，即得到了对焦清晰范围。
[0081]步骤203、判断当前场景是否发生变化，如果发生变化则重新计算当前场景的物距范围，进入下一步，否则直接进入下一步。[0082]对于固定摄像机，其对应的场景一旦设定后，不会再发生变化。而对于能转动的摄像机，只要摄像机发生转动，即认为当前场景发生了变化。
[0083]步骤204、比较当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围与当前场景的物距范围，如果当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围大于或等于当前场景的物距范围，则转入步骤208，否则进入下一步。
[0084]当当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围大于或等于当前场景的物距范围时，当前画面是清晰的，不需要做对焦操作，特别是对于固定位置摄像机，可以直接退出对焦操作。而对于能转动的摄像机，由于摄像机的转动会导致当前场景发生变化，仍然需要间隔一定的时间重新回到步骤203去判断当前场景是否发生了变化。
[0085]无论是当前场景变化导致的物距范围的变化后，或是步骤206对焦微调操作后导致的对焦清晰范围发生的变化后，均需要重新比较变化后的物距范围和对焦清晰范围，以判断当前的对焦是否需要进行调整。
[0086]对于当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围小于当前场景的物距范围时，当前画面有可能不再清晰，则需要进一步的操作，进入下一步。
[0087]步骤205、判断当前画面的清晰度是否大于设定的阈值，如果是则转入步骤208，否则进入下一步。
[0088]在一次对焦以后，考虑到场景内容的变化，对焦完成后，根据画面的清晰度，判断是否需要进行重新对焦。例如在当前画面清晰度低于设定阈值时，启动对焦微调操作，否则不用进行对焦微调，转入步骤208。
[0089]同时本步骤还能在当前场景内由于物体纵深方向运动导致画面清晰度下降时，进行下述步骤的对焦微调操作。
[0090]步骤206、在当前场景物距范围内进行对焦微调操作。
[0091]如果当前画面清晰度低于设定的阈值时，需要进行对焦微调操作，对焦微调操作相对于步骤201中对于已知物距范围的对焦稍有不同。
[0092]当知道当前场景的物距范围，同时知道上一次对焦清晰时对应的物距即当前对焦物距，则可以从当前对焦物距开始，向周边遍历对焦曲线上指定镜头焦距下对焦电机的所有有效物距范围位置，分别计算画面清晰度，从中找到最清晰的对焦电机位置即可完成对焦。也就是说在上一次对焦物距周边一定范围内进行小范围的调整，重新对焦。因为画面中的物体运动一般具有连续性，因此从上一次对焦清晰时的对焦物距开始遍历搜索有效物距范围，可以加快搜索速度。如果知道物体运动方向，则可以直接向物体运动的物距变化方向进行搜索。
[0093]例如当前场景物距范围是10米-20米，上一次对焦物距是15米，那么周边范围就是从15米的对焦曲线开始，向前遍历到10米的对焦曲线，向后遍历到20米的对焦曲线。
[0094]步骤207、计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围。
[0095]步骤208、间隔固定的时间间隔，返回步骤203。
[0096]由于能转动摄像机会进行转动以监控不同场景，从而会导致当前场景的不断变化，因此需要间隔一定的时间去判断当前场景是否发生了变化，对于变化了当前场景，需要重新进行对焦处理。通常设定间隔固定的时间间隔为摄像机编码帧间隔时间的I到2倍，通过在间隔固定的时间间隔后判断当前场景是否发生变化，根据当前场景是否发生变化情况作出不同处理。
[0097]而对于固定摄像机，则进行一次判定，判断视频监控摄像机是否是固定摄像机，如果是则退出对焦操作，否则返回步骤203。
[0098]图3示出了基于上述对焦控制方法对应的一种摄像机对焦控制装置的结构示意图，该装置包括:
[0099]对焦模块，用于计算前场景的物距范围，并根据计算出的物距范围进行对焦；
[0100]对焦清晰范围计算模块，用于在对焦模块进行对焦，及对焦微调模块进行对焦微调后，计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围；
[0101]第一判断模块，用于判断当前场景是否发生变化，如果发生变化则重新计算当前场景的物距范围，然后进入第二判断模块进行判断，否则直接进入第二判断模块进行判断；
[0102]第二判断模块，用于比较当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围与当前场景的物距范围，如果当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围大于或等于当前场景的物距范围，则等待定时模块开始计时，否则进入第三判断模块进行判断；
[0103]第三判断模块，用于判断当前画面的清晰度是否大于设定的阈值，如果是则等待定时模块开始计时，否则转入对焦微调模块进行对焦微调操作；
[0104]对焦微调模块，用于在当前场景物距范围内进行对焦微调操作；
[0105]定时模块，用于进行固定时间间隔的定时，在定时到期后转入第一判断模块进行判断。
[0106]如图3所示，在对焦微调模块进行对焦微调操作后，需转入对焦清晰范围计算模块，计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围，随后等待定时模块开始计时。
[0107]具体地，对焦模块在进行对焦操作时，执行如下操作:
[0108]计算当前场景的物距范围，并根据当前场景的物距范围，分别找出当前场景的物距范围内各物距对应的对焦清晰位置；
[0109]分别计算当前场景的物距范围内各物距对焦清晰时的画面清晰度；
[0110]找出最清晰的对焦清晰位置完成当前场景的对焦。
[0111]具体地，对焦微调模块在进行对焦微调操作时，执行如下操作:
[0112]从当前的对焦清晰位置对应的物距开始，向周边遍历当前场景物距范围，分别找出各物距对应的对焦清晰位置；
[0113]分别计算所述各物距对焦清晰时的画面清晰度；
[0114]找出最清晰的对焦清晰位置完成对焦微调操作。
[0115]具体地，所述定时模块还用于断所述视频监控摄像机是否是固定摄像机，如果是则退出对焦操作，否则在定时到期后转入第一判断模块进行判断。
[0116]对于具有智能跟踪功能的云台摄像机(比如智能跟踪球)，由于被跟踪物体始终在画面中心区域，所以只需要保证画面中心区域对焦清晰即可，使用上述对焦算法能够很好的保证画面始终对焦清晰。对于普通云台摄像机，采用上述对焦算法可以通过云台运动关联物距变化的预测有效提高对焦速度，减少对焦过程中画面模糊的时间和程度。
[0117]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种摄像机对焦控制方法，用于对视频监控摄像机进行对焦控制，其特征在于，该方法包括步骤: 步骤1、在当前场景下，计算当前场景的物距范围，并根据计算出的物距范围进行对焦； 步骤2、计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围； 步骤3、判断当前场景是否发生变化，如果发生变化则重新计算当前场景的物距范围，进入下一步，否则直接进入下一步； 步骤4、比较当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围与当前场景的物距范围，如果当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围大于或等于当前场景的物距范围，则转入步骤8，否则进入下一步; 步骤5、判断当前画面的清晰度是否大于设定的阈值，如果是则转入步骤8，否则进入下一步； 步骤6、在当前场景物距范围内进行对焦微调操作； 步骤7、计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围； 步骤8、间隔固定的时间间隔，返回步骤3。
2.根据权利要求1所述的摄像机对焦控制方法，其特征在于，所述步骤I中，根据计算出的物距范围进行对焦，包括·步骤: 根据当前场景的物距范围，分别找出当前场景的物距范围内各物距对应的对焦清晰位置； 分别计算当前场景的物距范围内各物距对焦清晰时的画面清晰度； 找出最清晰的对焦清晰位置完成当前场景的对焦。
3.根据权利要求1所述的摄像机对焦控制方法，其特征在于，所述步骤6在当前场景物距范围内进行对焦微调操作，包括步骤: 从当前的对焦清晰位置对应的物距开始，向周边遍历当前场景物距范围，分别找出各物距对应的对焦清晰位置； 分别计算所述各物距对焦清晰时的画面清晰度； 找出最清晰的对焦清晰位置完成对焦微调操作。
4.根据权利要求1所述的摄像机对焦控制方法，其特征在于，所述固定的时间间隔为摄像机编码帧间隔时间的I倍或2倍。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的摄像机对焦控制方法，其特征在于，所述步骤8还包括步骤:判断所述视频监控摄像机是否是固定摄像机，如果是则退出对焦操作，否则返回步骤3。
6.一种摄像机对焦控制装置，应用于视频监控摄像机，其特征在，该装置包括对焦模块、对焦清晰范围计算模块、第一判断模块、第二判断模块、第三判断模块、对焦微调模块和定时模块，其中: 对焦模块，用于计算前场景的物距范围，并根据计算出的物距范围进行对焦； 对焦清晰范围计算模块，用于在对焦模块进行对焦，及对焦微调模块进行对焦微调后，计算当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围； 第一判断模块，用于判断当前场景是否发生变化，如果发生变化则重新计算当前场景的物距范围，然后进入第二判断模块进行判断，否则直接进入第二判断模块进行判断；第二判断模块，用于比较当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围与当前场景的物距范围，如果当前对焦清晰位置下的对焦清晰范围大于或等于当前场景的物距范围，则等待定时模块开始计时，否则进入第三判断模块进行判断； 第三判断模块，用于判断当前画面的清晰度是否大于设定的阈值，如果是则等待定时模块开始计时，否则转入对焦微调模块进行对焦微调操作； 对焦微调模块，用于在当前场景物距范围内进行对焦微调操作； 定时模块，用于进行固定时间间隔的定时，在定时到期后转入第一判断模块进行判断。
7.根据权利要求6所述的摄像机对焦控制装置，其特征在于，所述对焦模块在进行对焦操作时，执行如下操作: 计算当前场景的物距范围，并根据当前场景的物距范围，分别找出当前场景的物距范围内各物距对应的对焦清晰位置； 分别计算当前场景的物距范围内各物距对焦清晰时的画面清晰度； 找出最清晰的对焦清晰位置完成当前场景的对焦。
8.根据权利要求6所述的摄像机对焦控制装置，其特征在于，所述对焦微调模块在进行对焦微调操作时，执行如下操作: 从当前的对焦清晰位置对应的物距开始，向周边遍历当前场景物距范围，分别找出各物距对应的对焦清晰位置； 分别计算所 述各物距对焦清晰时的画面清晰度； 找出最清晰的对焦清晰位置完成对焦微调操作。
9.根据权利要求6所述的摄像机对焦控制装置，其特征在于，其特征在于，所述固定的时间间隔为摄像机编码帧间隔时间的I倍或2倍。
10.根据权利要求6-9任一权利要求所述的摄像机对焦控制装置，其特征在于，所述定时模块还用于判断所述视频监控摄像机是否是固定摄像机，如果是则退出对焦操作，否则在定时到期后转入第一判断模块进行判断。
【文档编号】H04N5/232GK103856717SQ201410081107
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】汪辉 申请人:浙江宇视科技有限公司