一种自动聚焦机制的高清模拟摄像机控制系统及方法与流程

本发明涉及图像数据处理，具体涉及一种自动聚焦机制的高清模拟摄像机控制系统及方法。

背景技术：

1、自动对焦是摄像领域中的常见技术，用于确保摄像机在拍摄时图像的清晰，自动对焦机制通过测量摄像机与拍摄物体之间的距离，进而调整摄像机镜头焦距去确保成像的清晰。常见的自动对焦机制有对比度自动对焦，相位检测自动对焦，混合自动对焦，激光自动对焦等。

2、模拟摄像机是在视频的采集过程中输出为模拟视频信号的图像采集设备，模拟信号为连续的波形不同于离散的数字信号。多数模拟摄像机使用ccd传感器来描述捕捉图像，ccd传感器是一种光电传感器，将光信号转为模拟电荷，进而通过电荷的变化来记录图像信息。其中最常见的模拟信号格式为composite视频信号，composite视频信号中包括亮度信号和色度信号。模拟摄像机所产生的模拟信号，必须要经过解码才能存储在计算机上。

3、在使用传统的模拟退火算法调节摄像机焦距的步骤中，模拟退火算法的降温过程固定且忽略了数据本身的特点，该算法受到初始温度参数的影响较大，如果降温过程缓慢，得到的解的性能会比较好但与此相对的收敛速度慢，降温过程过快则很可能会陷入局部最优解。即模拟退火算法中降温过程难以确定。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种自动聚焦机制的高清模拟摄像机控制系统及方法，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种自动聚焦机制的高清模拟摄像机控制方法，该方法包括以下步骤：

3、获取各摄像机拍摄图像的焦距以及摄像机灰度图像；

4、将数字视频信号中每一帧摄像机拍摄图像变换到下一帧摄像机拍摄图像的过程作为一次焦距迭代的过程；根据摄像机灰度图像中的像素点的灰度值分布获取各摄像机灰度图像的成像清晰度；根据摄像机拍摄图像中前景像素点的个数获取各摄像机拍摄图像的前景物体移动系数，根据成像清晰度获取各摄像机拍摄图像的成像清晰差分值；根据前景物体移动系数和成像清晰差分值获取各摄像机拍摄图像的焦距取值因子；根据焦距取值因子获取各摄像机拍摄图像的焦距迭代区间；根据摄像机拍摄图像的焦距获取各摄像机拍摄图像的温度调节因子；根据温度调节因子获取各摄像机拍摄图像的改进降温函数；

5、根据焦距迭代区间和改进降温函数结合模拟退火算法确定焦距距离，完成自动聚焦。

6、进一步，所述获取各摄像机灰度图像的成像清晰度，包括：

7、使用傅里叶变换对各摄像机拍摄图像进行处理，获取各摄像机拍摄图像的频谱图；

8、对于各摄像机灰度图像，计算摄像机灰度图像中各像素点的灰度值与摄像机灰度图像中所有像素点的灰度值均值的差值，计算摄像机灰度图像中所有所述差值的平方的和值作为第一和值，计算摄像机灰度图像的频谱图中频率前c个高的频率的绝对值的平方的和值作为第二和值，将第一和值、第二和值与摄像机灰度图像中所有像素点的灰度值的香农熵三者的和值作为各摄像机灰度图像的成像清晰度。

9、进一步，所述根据摄像机拍摄图像中前景像素点的个数获取各摄像机拍摄图像的前景物体移动系数，包括：

10、对于各摄像机拍摄图像，使用mog算法获取摄像机拍摄图像中前景像素点的个数，计算摄像机拍摄图像与其前一帧摄像机拍摄图像的前景像素点的个数的差值绝对值作为第一差值绝对值，计算摄像机派车图像与其后一帧摄像机拍摄图像的前景像素点的个数的差值绝对值作为第二差值绝对值，将第一差值绝对值与第二差值绝对值的均值作为各摄像机拍摄图像的前景物体移动系数。

11、进一步，所述获取各摄像机拍摄图像的成像清晰差分值，包括：

12、对于各摄像机拍摄图像，计算摄像机拍摄图像的前一帧摄像机拍摄图像与其前第二帧摄像机拍摄图像的成像清晰度的差值绝对值作为各摄像机拍摄图像的成像清晰差分值。

13、进一步，所述获取各摄像机拍摄图像的焦距取值因子，包括：

14、计算预设焦距调节因子与摄像机拍摄图像的前景物体移动系数的乘积作为第一乘积，计算第一乘积与预设学习率的和值，将各摄像机拍摄图像的前一帧摄像机拍摄图像的焦距、所述和值以及各摄像机拍摄图像的成像清晰差分值三者的乘积作为各摄像机拍摄图像的焦距取值因子。

15、进一步，所述获取各摄像机拍摄图像的焦距迭代区间，包括：

16、对于第i帧摄像机拍摄图像，计算数字30与i的比值，计算所述比值与数字1的最大值，将所述最大值与第i帧摄像机拍摄图像的焦距取值因子的乘积的负值作为第i帧摄像机拍摄图像的焦距迭代区间的下限，将所述最大值与第i帧摄像机拍摄图像的焦距取值因子的乘积作为第i帧摄像机拍摄图像的焦距迭代区间的上限。

17、进一步，所述获取各摄像机拍摄图像的温度调节因子，包括：

18、对于各摄像机拍摄图像，若摄像机拍摄图像的成像清晰度小于前一帧摄像机拍摄图像的成像清晰度，将摄像机拍摄图像的焦距作为较差解；

19、温度调节因子的表达式为：

20、

21、式中，为第i帧摄像机拍摄图像的温度调节因子，为最小值函数，为圆周率，lc表示到第i帧摄像机拍摄图像时连续生成较差解的次数，为第i帧摄像机拍摄图像的焦距，为第i-1帧摄像机拍摄图像的焦距，n为预设常数，为预设升温系数。

22、进一步，所述获取各摄像机拍摄图像的改进降温函数，具体包括：

23、将模拟退火算法中原始降温函数与各摄像机拍摄图像的温度调节因子的和值作为各摄像机拍摄图像的改进降温函数。

24、进一步，所述根据焦距迭代区间和改进降温函数结合模拟退火算法确定焦距距离，完成自动聚焦，包括：

25、将使用焦距迭代区间对焦距进行更新且使用改进降温函数的模拟退火算法作为改进模拟退火算法，将随机一帧摄像机拍摄图像的成像清晰度和焦距作为改进模拟退火算法的输入，使用改进模拟退火算法对摄像机的焦距进行更新迭代，所述模拟退火算法的输出为最佳焦距距离，将高清模拟摄像机的焦距调整至最佳焦距距离，完成高清模拟摄像机的自动聚焦。

26、第二方面，本发明实施例还提供了一种自动聚焦机制的高清模拟摄像机控制系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。

27、本发明至少具有如下有益效果：

28、本发明实施例首先将模拟摄像机输出的模拟摄像机拍摄图像信号转换为数字图像信号，便于评价摄像机拍摄图像的清晰程度。在数字摄像机拍摄图像中根据摄像机拍摄图像的频域，空域和统计的特点综合评价摄像机拍摄图像的清晰度。由清晰度进一步确定高清模拟摄像机的焦距更新策略，使其在算法早期的调整范围较大，有利于寻找最佳的焦距距离，在算法后期逐渐减小焦距的调整范围，有利于快速收敛至最佳焦距距离。最后根据多普勒效应型温度递减函数和焦距的调整状态，在算法收敛时，适当增加模拟退火算法的温度，使其有更高的概率走出局部最优解，有利于寻找全局最优焦距，解决了由于模拟退火算法中降温过程难以确定导致的陷入局部最优解问题。