一种自动聚焦方法、系统、存储介质及设备与流程

1.本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种自动聚焦方法、系统、存储介质及设备。


背景技术：

2.自动对焦是利用物体光反射的原理，将反射的光被相机上的传感器接收，通过计算机处理，带动电动对焦装置进行对焦的方式叫自动对焦。
3.聚焦过程就是移动镜头使得成像元件移动到最佳聚焦位置处。移动镜头可以直接使用步进机/电动机，但是机器不知道最佳聚焦平面在哪里。人可以通过观察成像图片的清晰程度知道成像元件是否处于最佳聚焦平面处，而机器却不懂得图片是否清晰，因此需要让机器知道当前聚焦位置的成像图片的清晰度。图片的清晰度对人来说是一种直观感受，需要把图片的清晰度转换成具体的数值，即需要图片的清晰度指标，清晰度指标值越大，图片的清晰度越高，最佳聚焦位置的成像图片清晰度指标值最大。机器通过比较不同聚焦位置的成像清晰度指标值的大小，就可以知道哪些图片清晰，哪些图片不清晰。
4.图片的清晰度指标值是使用某种特殊的数学函数计算出来的，这种数学函数称为聚焦函数（focus function），函数的输入是图片，输出是图像清晰度指标值。聚焦函数还可以计算图像聚焦程度指标值（聚焦值），因为图像的聚焦程度和清晰度呈正相关，图像的聚焦程度和清晰度一般都可以画上等号。在实际的聚焦过程中，不同的镜头聚焦位置会对应不同的聚焦函数值（也称作聚焦评价值），需要找到聚焦函数值最大的位置，然后控制镜头的电机回到聚焦函数最大位置处，这个寻找聚焦峰值的过程叫做自动聚焦峰值搜索算法。图1示出了自动聚焦评价值和镜头聚焦位置关系。如图1所示，这是一条不连续的曲线，曲线上点的密集程度和聚焦电机速度有关，速度越快，点就越稀疏，最高点就越不准确。图中还可能有一些局部高点，这些也会影响到自动聚焦的过程，如果搜索条件简单可能找到的峰值是这些局部高点，聚焦结果会出现错误。
5.目前的自动聚焦是通过在镜头上增加聚焦电位器来确定聚焦位置值，摄像机的视频传输给自动聚焦评价值模块计算出聚焦评价值，自动聚焦评价值计算模块把计算的结果传输给峰值搜索模块，峰值搜索模块把电机转动控制信号给聚焦电机控制模块，通过聚焦电机控制模块控制镜头的聚焦电机转动。镜头聚焦电机转动会改变镜头的聚焦电位器的值，峰值搜索模块会读取镜头的聚焦电位器值。
6.上述自动聚焦需要镜头有聚焦电位器，增加了额外的成本，且在镜头电位器损坏后，自动聚焦功能会失效。并且，在清晰位置启动自动聚焦也会使图像变的比较模糊后才能完成聚焦，并且聚焦时间也比较长。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种自动聚焦方法、系统、存储介质及设备，用以解决现有技术中自动聚焦可靠性差且聚焦效率低的问题。
8.基于上述目的，本发明提供了一种自动聚焦方法，包括以下步骤：响应于检测到对聚焦镜头启动自动聚焦，控制其对应的聚焦电机开启转动，并在聚焦电机的转动过程中依次采集每一帧图像的聚焦评价值和相应的聚焦位置值；基于当前图像为第n帧判断n-1是否为预设帧间隔m的整数倍；响应于当前图像为第n帧且n-1为预设帧间隔m的整数倍，在当前图像及其之前图像的聚焦评价值中查找最大聚焦评价值，且将查找到的最大聚焦评价值所对应的聚焦位置值作为最大聚焦位置值，并判断当前图像的聚焦评价值是否大于其相应的第n-m帧图像的聚焦评价值；响应于当前图像的聚焦评价值小于等于第n-m帧图像的聚焦评价值，判断当前图像的聚焦评价值与第n-m帧图像的聚焦评价值的差值是否超过预设阈值；响应于差值超过预设阈值，判断是否存在连续上升标志；响应于存在连续上升标志，控制聚焦电机停止转动并反向转动，且使聚焦镜头移动到最大聚焦位置值对应的聚焦位置。
9.在一些实施例中，方法还包括：响应于差值未超过预设阈值，将上升计数清零，且将下降计数加一，并判断加一后的下降计数是否大于等于二；响应于加一后的下降计数大于等于二，判断是否存在连续上升标志；响应于存在连续上升标志，控制聚焦电机停止转动并反向转动，且使聚焦镜头移动到最大聚焦位置值对应的聚焦位置。
10.在一些实施例中，响应于检测到对聚焦镜头启动自动聚焦，控制其对应的聚焦电机开启转动包括：响应于检测到对聚焦镜头启动自动聚焦，将最大聚焦评价值、上升计数及下降计数均清零，且清空连续上升标志，并控制聚焦镜头对应的聚焦电机开启转动。
11.在一些实施例中，方法还包括：响应于未存在连续上升标志，控制聚焦电机停止转动且反向转动，并添加连续上升标志。
12.在一些实施例中，方法还包括：响应于当前图像的聚焦评价值大于第n-m帧图像的聚焦评价值，判断差值是否超过预设阈值；响应于差值超过预设阈值，添加连续上升标志。
13.在一些实施例中，方法还包括：响应于差值未超过预设阈值，将上升计数加一，且将下降计数清零，并判断加一后的上升计数是否大于等于二；响应于加一后的上升计数大于等于二，添加连续上升标志。
14.在一些实施例中，方法还包括：响应于聚焦电机在转动过程中向同一方向转动单位时间，将聚焦镜头的聚焦位置值增加相应的单位数值；响应于聚焦电机在转动过程中进行反向转动，记录相应的方向反转过程所需的间隙补偿时间，且在间隙补偿时间未增加聚焦镜头的聚焦位置值。
15.本发明的另一方面，还提供了一种自动聚焦系统，包括：采集模块，配置用于响应于检测到对聚焦镜头启动自动聚焦，控制其对应的聚焦电机开启转动，并在聚焦电机的转动过程中依次采集每一帧图像的聚焦评价值和相应的聚焦位置值；第一判断模块，配置用于基于当前图像为第n帧判断n-1是否为预设帧间隔m的整数倍；第二判断模块，配置用于响应于当前图像为第n帧且n-1为预设帧间隔m的整数倍，在当前图像及其之前图像的聚焦评价值中查找最大聚焦评价值，且将查找到的最大聚焦评价值所对应的聚焦位置值作为最大聚焦位置值，并判断当前图像的聚焦评价值是否大于其相应的第n-m帧图像的聚焦评价值；第三判断模块，配置用于响应于当前图像的聚焦评价值小于等于第n-m帧图像的聚焦评价值，判断当前图像的聚焦评价值与第n-m帧图像的聚焦评价值的差值是否超过预设阈值；第四判断模块，配置用于响应于差值超过预设阈值，判断是否存在连续上升标志；以及聚焦模块，配置用于响应于存在连续上升标志，控制聚焦电机停止转动并反向转动，且使聚焦镜头移动到最大聚焦位置值对应的聚焦位置。
16.本发明的又一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。
17.本发明的再一方面，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时执行上述方法。
18.本发明至少具有以下有益技术效果：本发明无需镜头聚焦电位器即可实现自动聚焦方法，减少了镜头的成本，避免了聚焦电位器损坏带来的风险，增加了自动聚焦的可靠性；通过多次判断来寻找最大聚焦评价值及相应的聚焦位置值，减少了聚焦过程中的视频模糊程度，节省了自动聚焦时间，提高了自动聚焦效率。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
20.图1为根据现有技术的自动聚焦评价值和镜头聚焦位置关系的示意图；图2为根据本发明实施例提供的自动聚焦方法的示意图；图3为根据本发明实施例提供的镜头聚焦位置记录模块的流程示意图；图4为根据本发明实施例提供的自动聚焦的具体流程示意图图5为根据本发明实施例提供的自动聚焦系统的示意图；图6为根据本发明实施例提供的实现自动聚焦方法的计算机可读存储介质的示意图；
图7为根据本发明实施例提供的执行自动聚焦方法的计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
22.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称的非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备固有的其他步骤或单元。
23.基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种自动聚焦方法的实施例。图2示出的是本发明提供的自动聚焦方法的实施例的示意图。如图2所示，本发明实施例包括如下步骤：步骤s10、响应于检测到对聚焦镜头启动自动聚焦，控制其对应的聚焦电机开启转动，并在聚焦电机的转动过程中依次采集每一帧图像的聚焦评价值和相应的聚焦位置值；步骤s20、基于当前图像为第n帧判断n-1是否为预设帧间隔m的整数倍；步骤s30、响应于当前图像为第n帧且n-1为预设帧间隔m的整数倍，在当前图像及其之前图像的聚焦评价值中查找最大聚焦评价值，且将查找到的最大聚焦评价值所对应的聚焦位置值作为最大聚焦位置值，并判断当前图像的聚焦评价值是否大于其相应的第n-m帧图像的聚焦评价值；步骤s40、响应于当前图像的聚焦评价值小于等于第n-m帧图像的聚焦评价值，判断当前图像的聚焦评价值与第n-m帧图像的聚焦评价值的差值是否超过预设阈值；步骤s50、响应于差值超过预设阈值，判断是否存在连续上升标志；步骤s60、响应于存在连续上升标志，控制聚焦电机停止转动并反向转动，且使聚焦镜头移动到最大聚焦位置值对应的聚焦位置。
24.本实施例中，在采集过程中对图像进行帧计数，n-1表示第n-1帧图像，因此n-1＞0，即n为大于1的整数。m为大于等于1的整数。n-m为大于等于1的整数。
25.假设当前图像的聚焦评价值为a，第n-m帧图像的聚焦评价值为b，则当前图像的聚焦评价值与第n-m帧图像的聚焦评价值的差值是指|a-b| ，其包含有绝对值的含义。
26.本发明实施例无需镜头聚焦电位器即可实现自动聚焦方法，减少了镜头的成本，避免了聚焦电位器损坏带来的风险，增加了自动聚焦的可靠性；通过多次判断来寻找最大聚焦评价值及相应的聚焦位置值，减少了聚焦过程中的视频模糊程度，节省了自动聚焦时间，提高了自动聚焦效率。
27.在一些实施例中，方法还包括：响应于差值未超过预设阈值，将上升计数清零，且将下降计数加一，并判断加一后的下降计数是否大于等于二；响应于加一后的下降计数大于等于二，判断是否存在连续上升标志；响应于存在连续上升标志，控制聚焦电机停止转动并反向转动，且使聚焦镜头移动到最大聚焦位置值对应的聚焦位置。
28.在一些实施例中，响应于检测到对聚焦镜头启动自动聚焦，控制其对应的聚焦电
机开启转动包括：响应于检测到对聚焦镜头启动自动聚焦，将最大聚焦评价值、上升计数及下降计数均清零，且清空连续上升标志，并控制聚焦镜头对应的聚焦电机开启转动。
29.在一些实施例中，方法还包括：响应于未存在连续上升标志，控制聚焦电机停止转动且反向转动，并添加连续上升标志。
30.在一些实施例中，方法还包括：响应于当前图像的聚焦评价值大于第n-m帧图像的聚焦评价值，判断差值是否超过预设阈值；响应于差值超过预设阈值，添加连续上升标志。
31.在一些实施例中，方法还包括：响应于差值未超过预设阈值，将上升计数加一，且将下降计数清零，并判断加一后的上升计数是否大于等于二；响应于加一后的上升计数大于等于二，添加连续上升标志。
32.在一些实施例中，方法还包括：响应于聚焦电机在转动过程中向同一方向转动单位时间，将聚焦镜头的聚焦位置值增加相应的单位数值；响应于聚焦电机在转动过程中进行反向转动，记录相应的方向反转过程所需的间隙补偿时间，且在间隙补偿时间未增加聚焦镜头的聚焦位置值。
33.图3示出了镜头聚焦位置记录模块的流程示意图；图4示出了自动聚焦的具体流程示意图。如图3和图4所示，本发明的自动聚焦方法的一示例性实施例如下：本实施例利用时间计数的方式来计算聚焦位置值。以ms（毫秒）为单位对电机（即聚焦电机）转动来计数，以镜头（即聚焦镜头）一端为原点，电机按固定转速控制镜头走到另一端的ms数为镜头的位置长度。这个长度可以在自动聚焦调试的时候来设置。由于电机反转的时候镜头和电机都存在机械间隙，所以在电机反转时需要增加误差值来消除机械间隙的影响。这个值在自动聚焦调试的时候来确定，根据不同镜头可能值会有差别。在上电以后，需要做电机初始化动作，控制电机向镜头被设为原点的位置转动，持续一段时间确保到达原点后停止电机，之后电机反向转动，到达设置好的聚焦位置范围内（这个位置注意需要减掉机械间隙误差值）。
34.本实施例增加了一个模块单独记录电机的转动情况，只要有转动就需要对镜头位置进行记录。如图3所示，镜头聚焦位置记录模块具体实现步骤如下：1）设置镜头的一端为原点，电机转动远离原点方向为1，电机转动接近原点方向为0，原点到另一端位置总长为t4；2）电机上电后按照方向0开始转动，转动一段时间t0ms（t0在自动聚焦调试时设置，且t0》t4）后停止转动，需要镜头到达了原点，这时镜头聚焦位置值t=0；3）电机反向开始转动，在开始的t3ms（t3在自动聚焦调试时设置，t3ms为间隙补偿时间）内，镜头位置值t不做变化，之后每转动1ms，镜头聚焦位置值t加1，直到电机到达设置的聚焦范围t1-t2（t2》t1）内停止电机转动（聚焦范围是由于镜头在边界范围对于一些聚焦场景没有用，设置这个范围可以防止镜头超出范围增加聚焦时间）；4）在自动聚焦的过程中，电机转动镜头聚焦位置记录按照下面的方式进行，如果电机按照0的方向转动，镜头聚焦位置值t每ms减1，如果电机按照方向1转动，镜头聚焦位置值t每ms加1。在电机反向时，在t3ms内，镜头位置值不变。
35.如图1所示的聚焦评价值曲线，纵坐标为聚焦评价值（或聚焦函数值），横坐标为聚焦位置值，越接近顶点的位置，曲线的斜率越大，相邻两帧之间的聚焦评价值的差也越大，根据这种情况，可以根据两帧评价值的差值和一个设置的阈值大小来比较，如果大于这个
阈值就可以直接判定上坡和下坡，不需要经过多次比较再来确定。
36.如图4所示，自动聚焦的具体实现步骤如下：5）自动聚焦启动后，清零最大聚焦评价和聚焦位置值并按照之前的电机方向转动镜头。
37.6）采集每一帧图像的聚焦评价值v和聚焦位置值p，比较聚焦评价值以后记录下最大聚焦评价值vmax和相应的聚焦位置值pmax，这一步启动自动聚焦后一直进行，直到找到聚焦评价值最大值。
38.7）间隔m帧数（这个数目可以配置）对比两帧的聚焦评价值（聚焦函数值）v0和v1（v0在后，v1在前，即v0为当前图像的聚焦评价值），并计算出两个聚焦评价值的差的绝对值d。如果d》=d0(d0为一个阈值，是一个经验值，主要和评价函数有关，自动聚焦调试时配置，不同的评价函数配置值不一样)，并且前m帧的聚焦评价值大于当前帧的评价值，聚焦曲线在下坡，停止电机并反向转动，如果前m帧的聚焦评价值小于当前帧的评价值，聚焦曲线在上坡；如果d《d0，不能判断聚焦曲线是上坡还是下坡。
39.8）如果步骤7）不能判断聚焦曲线是上坡还是下坡，继续7）步骤，如果还是无法判断上下坡，结合步骤7）和步骤8），如果两次聚焦评价值的比较结果一致，可以判断上坡还是下坡，前面帧的评价值大于后面帧的评价值是下坡，反之是上坡，如果比较结果不一致，继续步骤7）和步骤8）。
40.9）在判断出上坡或者下坡反转后再根据步骤7）和步骤8）判断出下坡，这样就找到了聚焦评价值的最大值。图4中的爬坡标志即连续上升标志。
41.10）根据步骤6）记录的聚焦评价值最大值的聚焦位置，控制电机回到这个位置，结束自动聚焦。
42.本实施例使用电机转动时间计数方式记录镜头聚焦位置，减少了镜头聚焦电位器的使用，在镜头聚焦电位器损坏时自动聚焦依然有效，提高了自动聚焦产品的使用寿命，节省了成本，根据聚焦评价值曲线的特点增加了判断爬坡走势的条件，在一定程度上减少了自动聚焦过程中视频模糊程度和自动聚焦时间。
43.本发明实施例的第二个方面，还提供了一种自动聚焦系统。图5示出的是本发明提供的自动聚焦系统的实施例的示意图。如图5所示，一种自动聚焦系统包括：采集模块10，配置用于响应于检测到对聚焦镜头启动自动聚焦，控制其对应的聚焦电机开启转动，并在聚焦电机的转动过程中依次采集每一帧图像的聚焦评价值和相应的聚焦位置值；第一判断模块20，配置用于基于当前图像为第n帧判断n-1是否为预设帧间隔m的整数倍；第二判断模块30，配置用于响应于当前图像为第n帧且n-1为预设帧间隔m的整数倍，在当前图像及其之前图像的聚焦评价值中查找最大聚焦评价值，且将查找到的最大聚焦评价值所对应的聚焦位置值作为最大聚焦位置值，并判断当前图像的聚焦评价值是否大于其相应的第n-m帧图像的聚焦评价值；第三判断模块40，配置用于响应于当前图像的聚焦评价值小于等于第n-m帧图像的聚焦评价值，判断当前图像的聚焦评价值与第n-m帧图像的聚焦评价值的差值是否超过预设阈值；第四判断模块50，配置用于响应于差值超过预设阈值，判断是否存在连续上升标志；以及聚焦模块60，配置用于响应于存在连续上升标志，控制聚焦电机停止转动并反向转动，且使聚焦镜头移动到最大聚焦位置值对应的聚焦位置。
44.本发明实施例可以应用于fpga（field programmable gate array，现场可编程逻
辑门阵列）实现的自动聚焦控制系统或者芯片设计的自动聚焦控制系统或者包含自动聚焦控制系统的所有芯片设计。
45.本发明实施例的第三个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，图6示出了根据本发明实施例提供的实现自动聚焦方法的计算机可读存储介质的示意图。如图6所示，计算机可读存储介质3存储有计算机程序指令31。该计算机程序指令31被处理器执行时实现上述任意一项实施例的方法。
46.应当理解，在相互不冲突的情况下，以上针对根据本发明的自动聚焦方法阐述的所有实施方式、特征和优势同样地适用于根据本发明的自动聚焦系统和存储介质。
47.本发明实施例的第四个方面，还提供了一种计算机设备，包括如图7所示的存储器402和处理器401，该存储器402中存储有计算机程序，该计算机程序被该处理器401执行时实现上述任意一项实施例的方法。
48.如图7所示，为本发明提供的执行自动聚焦方法的计算机设备的一个实施例的硬件结构示意图。以如图7所示的计算机设备为例，在该计算机设备中包括一个处理器401以及一个存储器402，并还可以包括：输入装置403和输出装置404。处理器401、存储器402、输入装置403和输出装置404可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。输入装置403可接收输入的数字或字符信息，以及产生与自动聚焦系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置404可包括显示屏等显示设备。
49.存储器402作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本技术实施例中的自动聚焦方法对应的程序指令/模块。存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储自动聚焦方法的使用所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至本地模块。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
50.处理器401通过运行存储在存储器402中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的自动聚焦方法。
51.最后需要说明的是，本文的计算机可读存储介质（例如，存储器）可以是易失性存储器或非易失性存储器，或者可以包括易失性存储器和非易失性存储器两者。作为例子而非限制性的，非易失性存储器可以包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦写可编程rom（eeprom）或快闪存储器。易失性存储器可以包括随机存取存储器（ram），该ram可以充当外部高速缓存存储器。作为例子而非限制性的，ram 可以以多种形式获得，比如同步ram（dram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据速率sdram（ddr sdram）、增强sdram（esdram）、同步链路dram（sldram）、以及直接rambus ram（drram）。所公开的方面的存储设备意在包括但不限于这些和其它合适类型的存储器。
52.本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加
给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
53.以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
54.应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
55.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。