摄像机变倍快速自动聚焦方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种摄像机变倍快速自动聚焦方法及系统，本发明的有益效果在于可在摄像机变倍过程中，依据聚焦电机在上次的聚焦位置来判断当前场景中心物体距离镜头的距离，从而选择最为接近的跟踪曲线进行跟踪，较往常方式下先变焦、后聚焦的方案从而会带来的图像在高倍率情况下大幅离焦的问题，可大大提高变倍过程后聚焦速度。进一步的还提供了快速自动聚焦流程，根据照度和倍率的不同选用不同的聚焦模式，聚焦过程分为快速搜索近焦区和自适应爬坡两个过程，大大提高了聚焦速度、精确度以及聚焦过程中图像的视觉效果。
【专利说明】摄像机变倍快速自动聚焦方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及摄像机控制领域，尤其是指一种摄像机变倍快速自动聚焦方法及系统。
【背景技术】
[0002]当今，社会、经济、科技迅速发展，无论是发达国家还是发展中国家，安全问题早已经成为整个社会关注的热点。同时随着五次产业革命的高潮，工业企业的自动化、信息化建设进入了高速发展阶段，高度现代化和智能化的生产日益完善，对生产过程中的安全监视、控制与管理问题也提出了新的要求。在我国，越来越多的企业开始在其现代化改造和建设项目中增加对于生产过程中进行安全监控的预算，而对已经实施了电视监控系统的企业来说已从中获益匪浅。安全防范领域已经从最初的银行、监狱、超市等针对抢盗犯罪的行业扩张到企业、交通、医院等领域，特别是近些年来提出的平安城市建设，更加说明安防已经驻足到到社会的每个角落。
[0003]一体化摄像机已经成为安防监控中的重要设备之一，这基于它结构简单，小巧方便，快速的变倍和自动聚焦的功能。随着监控领域技术水平的提高以及使用者对监控要求的提高，一体化摄像机的自动调焦技术已经成为开发一体化摄像机的极其重要部分。
[0004]现有摄像机的聚焦(调焦)方式可以分为主动式和被动式两种。主动调焦方式主要是基于镜头和被摄物体之间距离的测量方法。被动式调焦是基于屏幕上成像清晰度的检测方法。被动式调焦又分为手动和自动两种调节焦距的方法。手动调焦方式基本是靠人眼来判断图像是否清晰，使用于静止目标。自动调焦要求摄像机镜头在对准任意场景时摄像机都能驱动聚焦电机快速准确到达聚焦位置。随着计算机和数字图像处理技术的发展，基于图像处理的被动式自动调焦技术已经成为主流。
[0005]当前自动聚焦系统广泛采用爬山搜索算法来寻找最佳聚焦点。传统爬山算法如下:电机以给定步长运动，每运动一步采集一帧图像并用聚焦评价函数计算出该帧清晰度评价值，比较前后采集两帧图像聚焦评价值大下，反馈电机直到找到聚焦评价曲线最大值。但在实际工作中，光信号转换为电信号会产生燥热，CCD图像传感器的输出的离散模拟信号也夹杂着噪声，例如转移噪声、散粒噪声、暗电流噪声等，在这些噪声的影响下，聚焦评价函数出现多个峰值，尤其在低照环境下，噪声更多，聚焦曲线局部极值点更多。传统爬山搜索算法很容易误将局部极值点当作聚焦曲线最大值来处理，这样会造成聚焦错误。同时传统自己聚焦方法在各种倍率下才有相同或者相似的搜索策略，造成某些倍率下聚焦速度太慢，聚焦视觉效果差等缺陷。
[0006]为提高一体化摄像变倍后聚焦速度，已经从单一的变倍技术发展到变倍跟踪技术。但现在市场上流行的一体化摄像机的变倍跟踪技术仅局限于单一的跟踪模式，大多数场景下的变倍过程，小倍率基本保持清晰，高倍率情况下出现严重偏焦，加之高倍率景深较小，导致变倍到高倍率情况下图像模糊不清，同时严重降低了高倍率的聚焦速度。不能保证在变倍过程中图像全程保持清晰，很难快速定位场景中的运动物体。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种聚焦过程自适应便被跟踪的摄像机变倍快速自动聚焦方法及系统。
[0008]本发明的目的是这样实现的:一种摄像机变倍快速自动聚焦方法，它包括自适应变倍跟踪流程，所述自适应变倍跟踪流程包括步骤，
[0009]A)、输入至少两条聚焦距离不同的变倍跟踪曲线；
[0010]B)、当开始变倍时，获取当前变倍电机位置及聚焦电机位置，从而得到变倍倍率与聚焦位置；
[0011]C)、根据变倍倍率与聚焦位置与输入的变倍跟踪曲线进行匹配，选择最接近的一条变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线；
[0012]D)、实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；
[0013]上述方法中，所述步骤C具体包括步骤，
[0014]SI)、判别变倍方向，若为大倍率向小倍率则执行步骤S2，若为小倍率向大倍率则执行步骤S4 ；
[0015]S2)、选取输入的各条变倍跟踪曲线对应变倍倍率下的聚焦位置，选择聚焦位置与获取的聚焦位置最近的一条变倍跟踪曲线为参考变倍跟踪曲线而后执行步骤S3 ；
[0016]所述步骤D具体包括步骤，
[0017]S3)、实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；
[0018]S4)、判断获取的变倍倍率是否超过预设值，是则执行步骤S2，否则执行步骤S5 ；
[0019]S5)、实时获取当前变倍电机位置以得到变倍倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在调聚焦位置最远的那条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；直至该变倍倍率达到预设值时，执行步骤S6 ；
[0020]S6)、驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在每条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置并获取聚焦评价值，选取评价值最大的聚焦位置所在的变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线，执行步骤S2;
[0021 ] 上述方法中，所述步骤A中，输入至少四条分别聚焦距离为3米、6米、10米及无限远的变倍跟踪曲线；
[0022]上述方法中，所述自适应变倍跟踪流程后还包括快速自动聚焦流程；所述快速自动聚焦流程包括步骤，
[0023]H)、将每帧图像指定聚焦区域划分为多个统计窗口，提取每个统计窗口垂直高频分量，通过二次曲线拟合得到每帧图像的聚焦评价值；
[0024]I)、驱动聚焦电机微动，同时获取多帧图像中聚焦区域的垂直高频分量，判断其是否在预设的近焦区域范围内，否则驱动聚焦电机直到找到近焦区域；
[0025]J)、采用自适应爬山技术，找到聚焦评价曲线的最大值，并把该值采用当前图像处于聚焦清晰状态的参考值；
[0026]K)。检测当前图像的聚焦评价值与参考值比较是否超过偏差阈值，是则返回步骤H；
[0027]上述方法中，所述自适应变倍跟踪流程与快速自动聚焦流程之间还包括环境照度判别流程；所述环境照度判别流程包括步骤，
[0028]E)、设定至少两个不同的聚焦模式，每个聚焦模式中对应配置有变倍倍率值、光强值、增益、聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则；
[0029]F)、获取当前图像的光强信息、增益及当前变倍电机对应的变倍倍率；
[0030]G)、判断获取的当前光强信息、增益及变倍倍率与哪个聚焦模式中配置的变倍倍率值、增益及光强值相匹配，选择匹配聚焦模式中的聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则；
[0031]所述快速自动聚焦流程中的步骤J，以匹配聚焦模式中的聚焦步长为基准通过自适应爬山技术，根据聚焦结束的判断准则找到匹配聚焦模式中聚焦评价函数的最大值，并把该值采用当前图像处于聚焦清晰状态的参考值；
[0032]上述方法中，所述步骤I具体包括步骤，
[0033]II)、驱动电机以小步长和当前聚焦方向连续运动多次，判断电机处于近焦区域范围还是远焦区域范围，若为远焦区域范围则执行步骤F2，若为近焦区域范围则执行步骤J ;
[0034]12)、驱动电机以大步长和当前聚焦方向运动，若运动至端点未找到近焦区域范围则反向聚焦方向以大步长驱动电机运动直至找到近焦区域范围；
[0035]上述方法中，所述步骤I中，通过计算获取的垂直高频分量的斜率后于预设的近焦区域范围的标准曲线斜率比较，若不小于则判断为在预设的近焦区域范围内。
[0036]本发明还涉及一种摄像机变倍快速自动聚焦系统，它包括自适应变倍跟踪模块，所述自适应变倍跟踪模块包括，
[0037]输入单元，用于输入至少两条聚焦距离不同的变倍跟踪曲线而后转到获取单元；
[0038]获取单元，用于当开始变倍时，获取当前变倍电机位置及聚焦电机位置，从而得到变倍倍率与聚焦位置而后转到匹配单元；
[0039]匹配单元，用于根据变倍倍率与聚焦位置与输入的变倍跟踪曲线进行匹配，选择最接近的一条变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线而后转到调整单元；
[0040]调整单元，用于实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；
[0041]上述中，所述匹配单元具体包括，
[0042]变倍方向判别装置，用于判别变倍方向，若为大倍率向小倍率则转到聚焦位置选取装置，若为小倍率向大倍率则转到变倍倍率判别装置；
[0043]聚焦位置选取装置，用于选取输入的各条变倍跟踪曲线对应变倍倍率下的聚焦位置，选择聚焦位置与获取的聚焦位置最近的一条变倍跟踪曲线为参考变倍跟踪曲线而后转到实时变焦倍率获取装置；
[0044]所述调整单元具体包括，
[0045]实时变焦倍率获取装置，用于实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置，而后转到变倍倍率判别装置；
[0046]变倍倍率判别装置，用于判断获取的变倍倍率是否超过预设值，是则转回聚焦位置选取装置，否则转到驱动聚焦电机调整装置；[0047]驱动聚焦电机调整装置，用于实时获取当前变倍电机位置以得到变倍倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在调聚焦位置最远的那条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；直至该变倍倍率达到预设值时，转到变倍跟踪曲线选择装置；
[0048]变倍跟踪曲线选择装置，用于驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在每条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置并获取聚焦评价值，选取评价值最大的聚焦位置所在的变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线，转回聚焦位置选取装置；
[0049]上述中，所述自适应变倍跟踪模块后转到环境照度判别模块，环境照度判别模块转到快速自动聚焦模块；
[0050]所述快速自动聚焦模块包括，
[0051]聚焦评价值拟合单元，用于将每帧图像指定聚焦区域划分为多个统计窗口，提取每个统计窗口垂直高频分量，通过二次曲线拟合得到每帧图像的聚焦评价值，而后转到聚焦电机微动单元；
[0052]聚焦电机微动单元，用于驱动聚焦电机微动，同时获取多帧图像中聚焦区域的垂直高频分量，判断其是否在预设的近焦区域范围内，否则驱动聚焦电机直到找到近焦区域而后转到爬山单元；
[0053]爬山单元，用于采用自适应爬山技术，找到聚焦评价曲线的最大值，并把该值采用当前图像处于聚焦清晰状态的参考值而后转到阈值判断单元；
[0054]阈值判断单元，用于检测当前图像的聚焦评价值与参考值比较是否超过偏差阈值，是则转回聚焦评价值拟合单元；
[0055]所述环境照度判别模块包括，
[0056]聚焦模式设定单元，用于设定至少两个不同的聚焦模式，每个聚焦模式中对应配置有变倍倍率值、光强值、增益、聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则而后转到光强信息获取单元；
[0057]光强信息获取单元，用于获取当前图像的光强信息、增益及当前变倍电机对应的变倍倍率而后转到选择单元；
[0058]选择单元，用于判断获取的当前光强信息、增益及变倍倍率与哪个聚焦模式中配置的变倍倍率值、增益及光强值相匹配，选择匹配聚焦模式中的聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则。
[0059]本发明的有益效果在于可在摄像机变倍过程中，依据聚焦电机在上次的聚焦位置来判断当前场景中心物体距离镜头的距离，从而选择最为接近的跟踪曲线进行跟踪，较往常方式下先变焦、后聚焦的方案从而会带来的图像在高倍率情况下大幅离焦的问题，可大大提高变倍过程后聚焦速度。进一步的还提供了快速自动聚焦流程，根据照度和倍率的不同选用不同的聚焦模式，聚焦过程分为快速搜索近焦区和自适应爬坡两个过程，大大提高了聚焦速度、精确度以及聚焦过程中图像的视觉效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0060]下面结合附图详述本发明的具体结构
[0061]图1为本发明的自适应变倍跟踪流程示意图；
[0062]图2为本发明一实施例的变倍跟踪曲线示意图；[0063]图3为本发明一实施例的聚焦模式选择流程示意图；
[0064]图4为本发明一实施例的聚焦曲线近焦区和远焦区位置示意图。
【具体实施方式】
[0065]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0066]本发明涉及一种摄像机变倍快速自动聚焦方法，它包括自适应变倍跟踪流程；
[0067]如图1所示，所述自适应变倍跟踪流程包括步骤，
[0068]A)、输入至少两条聚焦距离不同的变倍跟踪曲线；
[0069]B)、当开始变倍时，获取当前变倍电机位置及聚焦电机位置，从而得到变倍倍率与聚焦位置；
[0070]C)、根据变倍倍率与聚焦位置与输入的变倍跟踪曲线进行匹配，选择最接近的一条变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线；
[0071]D)、实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置。
[0072]可见，本发明上述技术方案使得摄像机在变倍过程中，可依据聚焦电机在上次的聚焦位置来判断当前场景中心物体距离镜头的距离，从而选择最为接近的跟踪曲线进行跟踪，较往常方式下先变焦、后聚焦的方案从而会带来的图像在高倍率情况下大幅离焦的问题，可大大提高变倍过程后聚焦速度，且理论上通过预先输入的变倍跟踪曲线足够多，足够准确，可直接到位实现目标跟踪聚焦的目的。
[0073]如图2所示为上述步骤A中输入的多条聚焦距离不同的变倍跟踪曲线示意图，其中图2坐标系中，横轴代表镜头倍率，纵轴代表聚焦电机的位置。从图中可以看出:在电机在较小倍率时，四条跟踪曲线基本重合，当倍率变大时跟踪曲线逐渐分开，距离相差越来多大。这说明在低倍率情况下，随着物体离镜头距离的变化，电机聚焦位置变化不大，但在高倍率情况下，物距一旦发生大的变化，聚焦电机位置也随之发生较大偏差。上述方法存在选取单一的跟踪曲线后难以避免高倍率下的聚焦电机的大幅离焦的问题，此外，在变倍过程中，也会碰到根据上次聚焦位置选取则可能存在多条曲线满足条件，造成难以选择的问题，为了解决该问题，作为一实施例，本发明进一步对上述步骤C、D进行了优化设计，具体的步骤C分为S1、S2两个步骤:
[0074]SI)、判别变倍方向，若为大倍率向小倍率则执行步骤S2，若为小倍率向大倍率则执行步骤S4 ；
[0075]S2)、选取输入的各条变倍跟踪曲线对应变倍倍率下的聚焦位置，选择聚焦位置与获取的聚焦位置最近的一条变倍跟踪曲线为参考变倍跟踪曲线而后执行步骤S3 ；
[0076]而步骤D则分为S3-S6的步骤:
[0077]S3)、实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；
[0078]S4)、判断获取的变倍倍率是否超过预设值，是则执行步骤S2，否则执行步骤S5 ；
[0079]S5)、实时获取当前变倍电机位置以得到变倍倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在调聚焦位置最远的那条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；直至该变倍倍率达到预设值时，执行步骤S6 ；
[0080]S6)、驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在每条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置并获取聚焦评价值，选取评价值最大的聚焦位置所在的变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线，执行步骤S2。
[0081]可见，本实施例对应两种不同变倍方向分别配置了变倍跟踪曲线的选择方式，且对于小倍率向大倍率的情况进一步细分通过根据不同变倍跟踪曲线分叉特性配置的一个变倍倍率预设值，从而分段进行变倍跟踪曲线的选取，从而避免了上述问题的出现。
[0082]作为一实施例，通过大量实验检测，在上述步骤A中，输入至少四条分别聚焦距离为3米、6米、10米及无限远的变倍跟踪曲线。该四个聚焦距离的变倍跟踪曲线可以满足监控中的大部分应用环境，且数据相对较少。
[0083]作为一实施例，上述方法中，所述自适应变倍跟踪流程后还包括环境照度判别流程。
[0084]所述环境照度判别流程包括步骤，
[0085]E)、设定至少两个不同的聚焦模式，每个聚焦模式中对应配置有变倍倍率值、光强值、增益、聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则；
[0086]F)、获取当前图像的光强信息、增益及当前变倍电机对应的变倍倍率；
[0087]G)、判断获取的当前光强信息、增益及变倍倍率与哪个聚焦模式中配置的变倍倍率值、增益及光强值相匹配，选择匹配聚焦模式中的聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则。
[0088]本实施例的环境照度判别流程的加入是为了应对由于摄像机在不同的倍率下景深不同，特别当摄像机处于低照度环境下聚焦曲线会出现曲线局部震荡和单调性差的问题。因此通过环境照度判别，配置多种聚焦模式，从而保证不同光照情况下的对应聚焦模式选择后快速、准确和平稳的实现聚焦。
[0089]如图3所示即为为本环境照度判别流程的一具体实施例，该实施例将聚焦模式分为六种，图中给出了六种聚焦模式的划分准则。而待选择对应聚焦模式后，系统将对应配置聚焦评价函数、聚焦电机初始的聚焦步长以及聚焦结束的判断准则。以便后续进行精确聚焦。
[0090]作为一实施例，所述环境照度判别流程后还包括快速自动聚焦流程。
[0091]所述快速自动聚焦流程包括步骤，
[0092]H)、将每帧图像指定聚焦区域划分为多个统计窗口，提取每个统计窗口垂直高频分量，通过二次曲线拟合得到每帧图像的聚焦评价值；
[0093]I)、驱动聚焦电机微动，同时获取多帧图像中聚焦区域的垂直高频分量，判断其是否在预设的近焦区域范围内，否则驱动聚焦电机直到找到近焦区域；
[0094]J)、采用自适应爬山技术，找到聚焦评价曲线的最大值，并把该值采用当前图像处于聚焦清晰状态的参考值；
[0095]K)。检测当前图像的聚焦评价值与参考值比较是否超过偏差阈值，是则返回步骤H0
[0096]本实施例目的在于当自适应变倍跟踪流程跟踪聚焦后不够准确时，进一步执行快速的自动聚焦。其中步骤H通过划分多个统计窗口从而可以获得每帧图像的准确聚焦评价值。而对整个范围内垂直高频分量划分的近焦区域范围则是可大大加速聚焦的速度。参见图4，其坐标系中，横轴代表对焦距离，纵轴代表垂直高频分量，又该图可见，当聚焦过程画面组建清晰，其垂直高频分量线会呈现一个凸起的山包，此时一般而言需要微调来进行聚焦，因此定义为近焦区域，而两侧脱焦较远的区域则相对平滑，定义为远焦区域。通过对整个图中区分出近焦区域范围，掌握当前情况，从而仅对近焦区域范围采用爬山技术找寻清晰参考值，最后跟踪判断是否过程存在失焦，使得整个聚焦流程更为智能化。
[0097]在一实施例中，上述快速自动聚焦流程中的步骤J，以匹配聚焦模式中的聚焦步长为基准通过自适应爬山技术，根据聚焦结束的判断准则找到匹配聚焦模式中聚焦评价函数的最大值，并把该值采用当前图像处于聚焦清晰状态的参考值。本实施例根据不同聚焦模式配置聚焦步长后，可在对应根据照度和倍率的的情况下进行自适应爬山检测，大大提高了聚焦速度、精确度以及聚焦过程中图像的视觉效果。
[0098]作为一实施例，上述方法中，所述步骤I具体包括步骤，
[0099]II)、驱动电机以小步长和当前聚焦方向连续运动多次，判断电机处于近焦区域范围还是远焦区域范围，若为远焦区域范围则执行步骤F2，若为近焦区域范围则执行步骤J ;
[0100]12)、驱动电机以大步长和当前聚焦方向运动，若运动至端点未找到近焦区域范围则反向聚焦方向以大步长驱动电机运动直至找到近焦区域范围。
[0101]本实施例在初步聚焦后，进一步通过电机微动，从而检测图像的清晰度情况确定处于近焦区域范围还是远焦区域范围，从而对应远焦区域范围采用大步长快速寻找近焦区域范围，近焦区域范围则选择小步长精准调节准确聚焦，可以使得电机在不同区域采用不同步长调整，加快调整速度。
[0102]作为一实施例，上述方法中，所述步骤I中，通过计算获取的垂直高频分量的斜率后于预设的近焦区域范围的标准曲线斜率比较，若不小于则判断为在预设的近焦区域范围内。
[0103]本实施例以曲线斜率作为比较基准，其具有计算获取方便，准确性佳的优势。
[0104]具体实施例:
[0105]首先对自动聚焦算法中需要用到的一些标号予以说明。变量ZoomValue用来表示当前变倍倍率，算法整个过程用变量FV1，FV2，FV3依次存储电机运动的聚焦评价值，TO作为聚焦评价曲线近焦区和远焦区的划分界限，AgcGain代表当前增益，T作为判断低照度的阀值。
[0106]自动聚焦开始:根据ZoomValue和AgcGain的值的大小选取相应的聚焦模式，由于不同的倍率下景深不同，低照度环境下聚焦曲线曲线局部震荡和单调性差，因此，根据倍率和照度选择相应的聚焦模式可以快速、准确和平稳的聚焦。在本实施例18倍镜头的自动聚焦算法中，将聚焦模式分为六种，图4给出了六种聚焦模式的划分准则。
[0107]选取相应的聚焦模式后，可以获取相应的聚焦评价函数、聚焦电机初始化步长以及聚焦结束的判断准则。聚焦搜索过程如下
[0108]I)近焦区快速搜索过程
[0109]电机选取相应的聚焦模式后，按照给定的初始步长InitStep和初始给定方向连续运动，每运动一次获取一帧图像的聚焦评价值，当获取三次聚焦评价值FV1，FV2，FV3时，按照给定公式分别计算FVl和FV2，FV2和FV3之间的比率Tl，T2，但TD=TO和T2>=T0同时满足时，表示此时电机处于近焦区，开始执行自适应爬山算法，否则采用固定大长StepN=nInitstep (η是一个倍数,根据不同的聚焦模式会自由选择)运动，比较前后两巾贞图像的比率，并反馈电机运动指到找到近焦区域。
[0110]2)自适应爬山过程
[0111]自适应爬山算法是一种变步长搜索算法。
[0112]步长选择:当电机处于近焦区域时，开始执行爬坡。电机爬坡步长随着当前聚焦评价值的大小而改变.聚焦评价值增大，电机步长依次减小，直到达到给定最小步长。
[0113]方向选择:当找到近焦区域时，比较电机运动前后最后两帧图像聚焦评价大小给出爬坡方向，比如FV2〈FV3时，说明聚焦电机正在接近聚焦位置则按原始电机方向爬坡，否则电机转向开始爬坡。
[0114]过山顶准则:爬坡开始，比较电机运动后前后两帧图像聚焦评价值FV2，FV3，当FV2-FV3大于给定阀值，表示越过聚焦曲线最大值，电机转向运动，并减小步长，直到以最小步长越过山顶三次，以过山顶前后几帧图像聚焦评价值最大的电机位置作为聚焦位置，驱动电机移动到该位置，聚焦结束。
[0115]本发明还涉及一种摄像机变倍快速自动聚焦系统，其特征在于:它包括自适应变倍跟踪模块，所述自适应变倍跟踪模块包括，
[0116]输入单元，用于输入至少两条聚焦距离不同的变倍跟踪曲线而后转到获取单元；
[0117]获取单元，用于当开始变倍时，获取当前变倍电机位置及聚焦电机位置，从而得到变倍倍率与聚焦位置而后转到匹配单元；
[0118]匹配单元，用于根据变倍倍率与聚焦位置与输入的变倍跟踪曲线进行匹配，选择最接近的一条变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线而后转到调整单元；
[0119]调整单元，用于实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置。
[0120]上述中，所述匹配单元具体包括，
[0121]变倍方向判别装置，用于判别变倍方向，若为大倍率向小倍率则转到聚焦位置选取装置，若为小倍率向大倍率则转到变倍倍率判别装置；
[0122]聚焦位置选取装置，用于选取输入的各条变倍跟踪曲线对应变倍倍率下的聚焦位置，选择聚焦位置与获取的聚焦位置最近的一条变倍跟踪曲线为参考变倍跟踪曲线而后转到实时变焦倍率获取装置；
[0123]所述调整单元具体包括，
[0124]实时变焦倍率获取装置，用于实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置，而后转到变倍倍率判别装置；
[0125]变倍倍率判别装置，用于判断获取的变倍倍率是否超过预设值，是则转回聚焦位置选取装置，否则转到驱动聚焦电机调整装置；
[0126]驱动聚焦电机调整装置，用于实时获取当前变倍电机位置以得到变倍倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在调聚焦位置最远的那条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；直至该变倍倍率达到预设值时，转到变倍跟踪曲线选择装置；
[0127]变倍跟踪曲线选择装置，用于驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在每条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置并获取聚焦评价值，选取评价值最大的聚焦位置所在的变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线，转回聚焦位置选取装置。
[0128]上述中，所述自适应变倍跟踪模块后转到环境照度判别模块，环境照度判别模块转到快速自动聚焦模块；
[0129]所述快速自动聚焦模块包括，
[0130]聚焦评价值拟合单元，用于将每帧图像指定聚焦区域划分为多个统计窗口，提取每个统计窗口垂直高频分量，通过二次曲线拟合得到每帧图像的聚焦评价值，而后转到聚焦电机微动单元；
[0131]聚焦电机微动单元，用于驱动聚焦电机微动，同时获取多帧图像中聚焦区域的垂直高频分量，判断其是否在预设的近焦区域范围内，否则驱动聚焦电机直到找到近焦区域而后转到爬山单元；
[0132]爬山单元，用于采用自适应爬山技术，找到聚焦评价曲线的最大值，并把该值采用当前图像处于聚焦清晰状态的参考值而后转到阈值判断单元；
[0133]阈值判断单元，用于检测当前图像的聚焦评价值与参考值比较是否超过偏差阈值，是则转回聚焦评价值拟合单元；
[0134]所述环境照度判别模块包括，
[0135]聚焦模式设定单元，用于设定至少两个不同的聚焦模式，每个聚焦模式中对应配置有变倍倍率值、光强值、增益、聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则而后转到光强信息获取单元；
[0136]光强信息获取单元，用于获取当前图像的光强信息、增益及当前变倍电机对应的变倍倍率而后转到选择单元；
[0137]选择单元，用于判断获取的当前光强信息、增益及变倍倍率与哪个聚焦模式中配置的变倍倍率值、增益及光强值相匹配，选择匹配聚焦模式中的聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则。
[0138]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种摄像机变倍快速自动聚焦方法，其特征在于:它包括自适应变倍跟踪流程，所述自适应变倍跟踪流程包括步骤， A)、输入至少两条聚焦距离不同的变倍跟踪曲线； B)、当开始变倍时，获取当前变倍电机位置及聚焦电机位置，从而得到变倍倍率与聚焦位置； C)、根据变倍倍率与聚焦位置与输入的变倍跟踪曲线进行匹配，选择最接近的一条变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线； D)、实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置。
2.如权利要求1所述的摄像机变倍快速自动聚焦方法，其特征在于:所述步骤C具体包括步骤， S1)、判别变倍方向，若为大倍率向小倍率则执行步骤S2，若为小倍率向大倍率则执行步骤S4 ； S2)、选取输入的各条变倍跟踪曲线对应变倍倍率下的聚焦位置，选择聚焦位置与获取的聚焦位置最近的一条变倍跟踪曲线为参考变倍跟踪曲线而后执行步骤S3 ； 所述步骤D具体包括步骤， S3)、实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置； S4)、判断获取的变倍倍率是否超过预设值，是则执行步骤S2，否则执行步骤S5； S5)、实时获取当前变倍电机位置以得到变倍倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在调聚焦位置最远的那条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；直至该变倍倍率达到预设值时，执行步骤S6 ； 56)、驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在每条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置并获取聚焦评价值，选取评价值最大的聚焦位置所在的变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线，执行步骤S2。
3.如权利要求1所述的摄像机变倍快速自动聚焦方法，其特征在于:所述步骤A中，输入至少四条分别聚焦距离为3米、6米、10米及无限远的变倍跟踪曲线。
4.如权利要求1所述的摄像机变倍快速自动聚焦方法，其特征在于:所述自适应变倍跟踪流程后还包括快速自动聚焦流程；所述快速自动聚焦流程包括步骤， H)、将每帧图像指定聚焦区域划分为多个统计窗口，提取每个统计窗口垂直高频分量，通过二次曲线拟合得到每帧图像的聚焦评价值； I)、驱动聚焦电机微动，同时获取多帧图像中聚焦区域的垂直高频分量，判断其是否在预设的近焦区域范围内，否则驱动聚焦电机直到找到近焦区域； J)、采用自适应爬山技术，找到聚焦评价曲线的最大值，并把该值采用当前图像处于聚焦清晰状态的参考值； K)。检测当前图像的聚焦评价值与参考值比较是否超过偏差阈值，是则返回步骤H。
5.如权利要求4的摄像机变倍快速自动聚焦方法，其特征在于:所述自适应变倍跟踪流程与快速自动聚焦流程之间还包括环境照度判别流程；所述环境照度判别流程包括步骤，E)、设定至少两个不同的聚焦模式，每个聚焦模式中对应配置有变倍倍率值、光强值、增益、聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则； F)、获取当前图像的光强信息、增益及当前变倍电机对应的变倍倍率； G)、判断获取的当前光强信息、增益及变倍倍率与哪个聚焦模式中配置的变倍倍率值、增益及光强值相匹配，选择匹配聚焦模式中的聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则； 所述快速自动聚焦流程中的步骤J，以匹配聚焦模式中的聚焦步长为基准通过自适应爬山技术，根据聚焦结束的判断准则找到匹配聚焦模式中聚焦评价函数的最大值，并把该值采用当前图像处于聚焦清晰状态的参考值。
6.如权利要求4或5所述的摄像机变倍快速自动聚焦方法，其特征在于:所述步骤I具体包括步骤， 11)、驱动电机以小步长和当前聚焦方向连续运动多次，判断电机处于近焦区域范围还是远焦区域范围，若为远焦区域范围则执行步骤F2，若为近焦区域范围则执行步骤J ; 12)、驱动电机以大步长和当前聚焦方向运动，若运动至端点未找到近焦区域范围则反向聚焦方向以大步长驱动电机运动直至找到近焦区域范围。
7.如权利要求4或5所述的摄像机变倍快速自动聚焦方法，其特征在于:所述步骤I中，通过计算获取的垂直高频分量的斜率后于预设的近焦区域范围的标准曲线斜率比较，若不小于则判断为在预设的近焦区域范围内。
8.一种摄像机变倍快速自动聚焦系统，其特征在于:它包括自适应变倍跟踪模块，所述自适应变倍跟踪模块包括， 输入单元，用于输入至少两条聚焦距离不同的变倍跟踪曲线而后转到获取单元； 获取单元，用于当开始变倍时，获取当前变倍电机位置及聚焦电机位置，从而得到变倍倍率与聚焦位置而后转到匹配单元； 匹配单元，用于根据变倍倍率与聚焦位置与输入的变倍跟踪曲线进行匹配，选择最接近的一条变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线而后转到调整单元； 调整单元，用于实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置。
9.如权利要求8所述的摄像机变倍快速自动聚焦系统，其特征在于:所述匹配单元具体包括， 变倍方向判别装置，用于判别变倍方向，若为大倍率向小倍率则转到聚焦位置选取装置，若为小倍率向大倍率则转到变倍倍率判别装置； 聚焦位置选取装置，用于选取输入的各条变倍跟踪曲线对应变倍倍率下的聚焦位置，选择聚焦位置与获取的聚焦位置最近的一条变倍跟踪曲线为参考变倍跟踪曲线而后转到实时变焦倍率获取装置； 所述调整单元具体包括， 实时变焦倍率获取装置，用于实时获取变倍电机位置得到变焦倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在考变倍跟踪曲线中对应聚焦位置，而后转到变倍倍率判别装置； 变倍倍率判别装置，用于判断获取的变倍倍率是否超过预设值，是则转回聚焦位置选取装置，否则转到驱动聚焦电机调整装置；驱动聚焦电机调整装置，用于实时获取当前变倍电机位置以得到变倍倍率，驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在调聚焦位置最远的那条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置；直至该变倍倍率达到预设值时，转到变倍跟踪曲线选择装置； 变倍跟踪曲线选择装置，用于驱动聚焦电机调整至获取变倍倍率在每条变倍跟踪曲线中对应聚焦位置并获取聚焦评价值，选取评价值最大的聚焦位置所在的变倍跟踪曲线作为参考变倍跟踪曲线，转回聚焦位置选取装置。
10.如权利要求8所述的摄像机变倍快速自动聚焦系统，其特征在于:所述自适应变倍跟踪模块后转到环境照度判别模块，环境照度判别模块转到快速自动聚焦模块； 所述快速自动聚焦模块包括， 聚焦评价值拟合单元，用于将每帧图像指定聚焦区域划分为多个统计窗口，提取每个统计窗口垂直高频分量，通过二次曲线拟合得到每帧图像的聚焦评价值，而后转到聚焦电机微动单元； 聚焦电机微动单元，用于驱动聚焦电机微动，同时获取多帧图像中聚焦区域的垂直高频分量，判断其是否在预设的近焦区域范围内，否则驱动聚焦电机直到找到近焦区域而后转到爬山单元； 爬山单元，用于采用自适应爬山技术，找到聚焦评价曲线的最大值，并把该值采用当前图像处于聚焦清晰状态的参考值而后转到阈值判断单元； 阈值判断单元，用于检测当前图像的聚焦评价值与参考值比较是否超过偏差阈值，是则转回聚焦评价值拟合单元； 所述环境照度判别模块包括， 聚焦模式设定单元，用于设定至少两个不同的聚焦模式，每个聚焦模式中对应配置有变倍倍率值、光强值、增益、聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则而后转到光强信息获取单元； 光强信息获取单元，用于获取当前图像的光强信息、增益及当前变倍电机对应的变倍倍率而后转到选择单元； 选择单元，用于判断获取的当前光强信息、增益及变倍倍率与哪个聚焦模式中配置的变倍倍率值、增益及 光强值相匹配，选择匹配聚焦模式中的聚焦步长、聚焦评价函数及聚焦结束的判断准则。
【文档编号】H04N5/232GK103929588SQ201410108798
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】孙少辉 申请人:金三立视频科技（深圳）有限公司