一种超长焦镜头的辅助聚焦方法与流程

本发明涉及摄像机聚焦
技术领域：
，尤其涉及一种超长焦镜头的辅助聚焦方法。
背景技术：
自动聚焦镜头在图像采集过程中，能否自动聚焦得到清晰图像，是对图像进行分析处理的首要步骤，其次是电动镜头执行机构能否快速运行到对应的变焦位置。传统的手动调焦方式，主要依靠人的目测和手调，不仅繁琐、耗时长，调整经度受人的主观影响较大。因此，自动聚焦镜头越来越受到人们的青睐。目前超长焦镜头(焦距>500mm)的聚焦方式，主要是采用的方法是通过在镜头可以调焦范围内，首先通过电机拉升镜头，通过相关算法来回寻找图像最清晰点。现有技术的缺点：由于超长焦镜头的焦距比普通镜头长很多，所以传统聚焦方法，在电机来回拉动聚焦镜片时候，聚焦所耗费的时间会比普通镜头长很多，同时由于超长焦镜头的倍率范围大，从最广角变倍到最长焦的时候，聚焦镜片拉升的范围就会变得非常大，再加上最广角的视场角狭小，快速变倍到长焦后的图像特征几乎没有，软件的聚焦算法根据图像计算不出一个高峰值的聚焦点，这时候电机就会来回推动寻找，大大缩短电机寿命，同时聚焦的准确性和成功率大大降低等问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种超长焦镜头的辅助聚焦方法，以解决现有聚焦方法所存在聚焦速度慢，聚焦准确性低等问题，本发明所提供的聚焦方法可有效提高镜头的使用寿命。本发明通过以下技术方案实现：一种超长焦镜头的辅助聚焦方法，通过一个自动测距装置，获取摄像机到目标点的距离，然后通过实验测试出不同物距distance和不同倍率zoom下的焦距值foucs，然后拟合出相关的计算公式算法；再根据相关的计算公式，在已知的物距distance和倍率zoom下，得出焦距值foucs，快速地将聚焦镜片拉到相应的位置。进一步包括，将每个物距distance下的聚焦曲线使用f＝a*exp(b*z)+c*exp(d*z)的方式进行拟合，得出系数参数：a、b、c、d的值，其中f为聚焦值，z为zoom值；获取的实际物距为d0，zoom值为z0的聚焦值f(z0)计算步骤如下：(1)先计算出实际物距d0左右两个邻近的临界物距d1和d2的聚焦值fx(z0)和fy(z0)，d1<d0<d2，fx(z0)＝a1*exp(b1*z0)+c1*exp(d1*z0)fy(z0)＝a2*exp(b2*z0)+c2*exp(d2*z0)其中，a1、b1、c1、d1以及a2、b2、c2、d2分别为临界物距d1和d2的系数参数；(2)利用fx(z0)和fy(z0)的差值计算出d0处的聚焦值：f(z0)＝fx(z0)+(fx(z0)-fy(z0))*λ，其中，λ为固定参数，λ＝(d0-d1)/(d2-d1)。优选的，若物距distance大于最大物距即1200米，则直接计算1200米处聚焦值即可。优选的，通过测距传感器实时获取物距distance。优选的，通过闭环控制电机系统获取倍率zoom和焦距值foucs。优选的，获取实验测试相关数据，在同一zoom值下，改变物距distance，分别每隔一段距离测试当前焦距值foucs，做好记录。优选的，不同的焦距的镜头测试的最大距离也有所不同，根据返回的焦距值foucs而定，当foucs不再变化时作为测试临界。优选的，通过matlab对实验测试数据进行仿真。优选的，采用curvefittingtool建立以distance作为x轴，以zoom步数作为y轴，以focus作为z轴的三维立体图像。优选的，相关的测距传感器与镜头并排安装在一起，使镜头与测距传感器的目标物尽量保持一致。与现有技术相比，本发明至少具有下述的有益效果或优点：本发明提供的超长焦镜头的辅助聚焦方法，有效解决超长焦镜头，由于焦距范围大导致的相关问题；聚焦速度快速，聚焦准确，聚焦成功率高；有效减少聚焦电机的损耗，提高了镜头的寿命。附图说明以下将结合附图对本发明做进一步详细说明；图1是本发明的自动测距装置结构图；图2是本发明的基于distance、zoom和focus的三维空间数据图。具体实施方式下面结合具体实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。本方案提供一种超长焦镜头的辅助聚焦方法。主要是通过一种自动测距的装置，获取摄像机到目标点的距离，然后通过实验测试出不同物距(distance)、不同倍率(zoom)下，的焦距值(foucs)，然后拟合出相关的计算公式算法。这样程序上根据相关计算公式，在已知的diatance和zoom值下，就可以得出foucs值，这样就能快速地将聚焦镜片拉到相应的位置，而且准确性也得到保障。具体方法如下：1、实验数据获取：首先可以通过相关的测距传感器并排与镜头安装在一起，将镜头与传感器的目标物尽量保持一致。这样通过传感器实时获取distance，通过闭环控制电机系统获取zoom和foucs，测距装置如图1所示。2、实验测试相关数据：在同一zoom(z)值下，改变物距distance(d)，分别每隔一段距离测试当前foucs(f)值，做好记录。根据不同的焦距的镜头测试的最大距离也有所不同，根据返回foucs值而定，当foucs不再变化作为临界。实验数据如表1、表2、表3、表4所示：表1z\f\d530090000210001250002000005000001200000174103314331133083317331333083300172683327332433213317331633153313167883397339433913379337933813383163293397341934473467346334573448158883532350934833516351635183521154633601359435863581358435903599150533658366436733664366136573651146553722368836473729372937293729142693792377037453794379437943794138923862385438453859385938593859135253919391939213898390239113924131663976397539743962396439693976128154046402339954027402940344041124714116407440234092409240924093121334173417241724157415641554154118014243423442254222422242234224表2z\f\d53009000021000125000200000500000120000011476431343064298428742854284428211156437043554338436543634360435610843444544334420443044264421441310535451045004488449544934491448810233457545684561456045574552454599374627462146144625461946104595964747094703469646904686468146729363477947594735475547514744473390854823482048184809481148164824881349014887487148614862486448688547498449604931492649304939495282885075503849934991499550045017803450885073505550435047505650697786516851455117511251155123513475435235521952005177517651755173730553025273523952555251524652387071536953445314529452975305531668415408538753635376537253655355661454885465543854415439543754336388554655195487548054745463544661625624559655625542554255435544593657025670563356045602560155985706576757355698568756805669565254725832578957375726572757295732523259105873582857915789578757844982596259305893585658595865587547206079603059715947594159305914444361576108604960126013601560184148624861816101609060846073605738326326626561926142614061386135349064566378628362336227621662003119656064646348628562816275626528906599649763746298629662946291254967036578642663116307630162912167676866146426632463206314630417986846664564006233622762166226165268466633637462076201619062001516684666166335615561356099610913926846659862966090606560216031127768466575624460256000595659661171684665516192594759225878588810746833652161405856583658005810表3z\f\d53009000021000125000200000500000120000098568206473604957785758572257329036807644860105713568456315641827679464115945560955895553556375767686356585455445515546254726936742631357895440541553715381635672962765724536253465319532958067036250569852975263520252125306677618955945193516451115121484665161515542514151035033504344166386133551650505016495549654016612608954514972493848774887364658660465386488148524799480933065606008533448424799472147312986521596352824777474346824692267652159405230468646524591460123864825895517846084583453945492116482587151264543451844744484185646958415074447844404370438016064435791499644134375430543151366417577149834361431442274237113640457344916428342454175418590637857024877421841754097410769636556694819415341104032404247633956434793407540373967397726632656104735402339763889389966300556746733958391138243834-156274553546333880385137983808-356261549845663815376336683678-546235549245853763370235903600-746222542944613711364135123522-936183537843953594354234473457-1126170537944143542348133693379-1316157531842943464340833043314-1506131527642323360330432003210-1686105524041843295323431223132-1866079519541153191313030183028-2046053516140723100303929272937-2216040512940163035297428622872-2385988506339332957290127972807-2555988504338902866279126542664-2715975501138342749268825762586-2875949497237782671260124722482-3025923493237222619254424072417-3165897489836792515243622902300表4z\f\d530090000210001250002000005000001200000-3305884485035882424234521992209-3435845481935652372227921082118-3555845478734942255217620302040-3675832475634412229212719391949-3785819473834182112202418611871-3885767468433622034194617831793-3985767466533191982188917181728-4065767464832821878178516141624-4145754462432451826172915491559-4215741460132081761167315101520-4285728458331851735163314451455-4335689454931561683157613801390-4385689453531261631152413281338-4435689452230971592148112761286-4475689451530821579146312501260-4505663448730511540142412111221-4545663446730071501138111591169-4575663446630051468135911591169-4605663447530231442133311331143-4635663446129941416128910551065-4665663446129941377125910421052-4705624444930131338122010031013-47556244404291513121185951961-48056244402291012601142925935-48756244386287412211085834844-4955585437328931104977743753-5055585432927951013882639649-516557242842711922768483493-5205559426326808577304965063、实验数据拟合曲线得出计算公式：将测试出来的实验数据导入到matlab中，以distance作为x轴，以zoom步数作为y轴，以focus作为z轴，使用工具curvefittingtool建立图像，如图2所示。最后经过拟合得出各个distance下的公式模型。数据处理如下：将每个物距下的聚焦曲线使用f＝a*exp(b*z)+c*exp(d*z)的方式进行拟合，得出系数参数：a、b、c、d的值，其中f为聚焦值(focus值)，z为zoom值；5300mm即5.3米处拟合曲线为：f1＝7671*exp(-4.981e-05*z)-1367*exp(-0.001027*z)9000mm即9米处拟合曲线为：f2＝7565*exp(-4.882e-05*z)-2013*exp(-0.001048*z)21000mm即21米处拟合曲线为：f3＝7436*exp(-4.757e-05*z)-2801*exp(-0.001061*z)125000mm即125米处拟合曲线为：f4＝7229*exp(-4.483e-05*z)-3350*exp(-0.001221*z)200000mm即200米处拟合曲线为：f5＝7210*exp(-4.459e-05*z)-3381*exp(-0.001234*z)500000mm即500米处拟合曲线为：f6＝7176*exp(-4.415e-05*z)-3438*exp(-0.001259*z)1200000mm即1200米处拟合曲线为：f7＝7170*exp(-4.408e-05*z)-3419*exp(-0.001265*z)由于聚焦在5米内存在部分聚焦不清现象(聚焦近限)，故可以认为物距在5米以外。此时，利用这些拟合曲线，由于distance(测距传感器获得)，zoom(电机控制获得)可以计算出此时应该将focus控制到相应的值，这时候图像是清晰的。若要计算distance为750米，zoom值为757的聚焦值f(757)，步骤如下：(1)查距可知500<750<1200，故计算500米和1200米处聚焦值分别为：f6(757)＝7176*exp(-4.415e-05*757)-3438*exp(-0.001259*757)≈5615f7(757)＝7170*exp(-4.408e-05*757)-3419*exp(-0.001265*757)≈5622(2)之后利用差值计算出750米处的聚焦值，如下：λ＝(750-500)/(1200-500)≈0.35f(757)＝f6(757)+(f6(757)-f7(757))*λ≈5615+(5622-5615)*0.35≈5617若物距大于1200米，则直接计算1200米处聚焦值即可。4、程序实现：得出相关公式模型后，就可以在程序中实现辅助聚焦的功能了。综上所述，本方案根据物距、焦距值测试聚焦值的方法以及根据公式模型达到快速、准确聚焦方法，有效减少聚焦电机的损耗，提高镜头寿命。有效解决超长焦镜头，由于焦距范围大导致的相关问题；从而实现聚焦速度快速、聚焦准确，聚焦成功率高的有益效果。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，同样属于本发明的保护范围之内。当前第1页12