一种多尺度变步长的自动对焦搜索算法据传输装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及图像处理和自动对焦技术领域，特别是设及一种多尺度变步长的自动 对焦捜索方法。
【背景技术】
[0002] 随着计算机技术和图像信息处理技术的不断发展，基于图像技术的非接触式测量 因其快捷、方便、智能等特点，被广泛应用到各个领域。非接触式影像测量的基础是获取清 晰的图像，而自动对焦则是图像系统获取清晰图像的重要过程，是机器视觉系统的关键技 术。
[0003] 自动对焦是通过选择适当的对焦评价函数对所采集的图像进行评价，根据评价结 果，应用捜索算法捜索图像的对焦点，然后驱动调焦机构使CCD快速准确到达焦点位置。
[0004] W前的大多数捜索算法，例如Fibonacci捜索算法，尺子捜索算法和爬山捜索算 法，它们所捜索的都是所采集图像的清晰度的最大值。由于任何一种捜索算法都是按照一 定步长进行捜索，所采集的图片是离散的，因此所捜索到的对焦点往往并不是最接近真实 的对焦点。另一方面，在影像测量过程中，经常由于光照振动等干扰因素的影响，会造成清 晰度评价函数曲线出现局部峰值。理想的捜索算法应该能避开局部峰值点的干扰，捜索到 正确的对焦位置。特别是在复杂多变的工业影像测量现场，由于局部峰值的干扰，对焦过程 可能会长时间陷入反复来回振荡而导致对焦失败。
【发明内容】
[0005] 发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种多尺度变步长的自动对焦捜索算 法据传输装置和方法，避免陷入局部峰值，并快速准确地捜索到尽可能接近真实对焦位置 的对焦点，实现最优对焦。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多尺度变步长的自动对焦 捜索算法据传输装置，包括：驱动镜头对整个捜索区域进行多次捜索，逐步缩小捜索范围和 捜索步长，并通过曲线拟合确定曲线的最高点，W实现所捜索的聚焦位置尽可能接近真实 的聚焦点；采用阔值设定对前后两次的捜索位置进行比较，确定捜索步骤是否完成；在多 尺度捜索过程中，每次捜索均W评价值最大值所在的捜索位置作为下次捜索区间的中屯、点 来取对称区间进行捜索，确保真实的聚焦点包含在此区间内。
[0007] 优选的，所述的一种多尺度变步长的自动对焦捜索算法，包括如下步骤：
[000引 AU驱动镜头W大步长nil对整个捜索区域进行捜索，队陕速到达对焦位置附近；在 镜头初始位置W及每一步的位置获取一幅图像，对所得到的每一副图形均保存其所对应的 镜头位置，并基于清晰度评价函数计算其评价值，对所获取图像的评价值进行比较得到其 最大值，记录该评价值最大值所对应的镜头位置kim;
[0009] A2、计算评价值最大值所对应的镜头位置kim与镜头起始位置ki。和镜 头结束位置ki。的距离，对着两个距离进行比较，取其较大值的二分之一记为：
[0010] A3、确定捜索区域为丄|kim+ll"J)，新的捜索步长为：
，其 中Ii为第一次的捜索区间长度，12为第二次捜索区间长度；再次按照步骤Al的方法进行捜 索，记录每一步镜头位置并计算其评价值，对评价值进行比较获取其最大值和其对应的镜 头位置kzm;
[0011] A4、采用阔值O对两次捜索的评价值最大的镜头位置kim和kzm进行比较，所述阔 值O的大小根据测量所要求的精度和实时性进行设定；如果|k2m-kiml《O则进行步骤A5， 如果|k2m-kiml〉〇则转至步骤A3继续进行捜索；
[0012] A5、设最后一步捜索所获取的最大评价值镜头位置为km，在最后一次捜索获取的 清晰度评价值集合中，W km为中屯、位置，两侧各取相同数量的点，W运些点的评价值进行曲 线拟合，得到对焦位置；
[0013] A6、驱动镜头移动至所获得的镜头对焦位置，完成对焦。
[0014] 优选的，所述步骤A5中的曲线拟合采用二次多项式的最小二乘法， 即y = a+bx+cx2,运里X为捜索镜头位置，y为图像评价值，曰，b，C由方程式
求得；所拟合曲线的顶点为
，kt即为对 焦位置。
[0015] 优选的，所采用的图像清晰度评价函数可W使已有的任一种清晰度评价函数。
[0016] 优选的，所述的一种多尺度变步长的自动对焦捜索算法，：包括如下步骤：
[0017] B1、自动对焦操作开始，捜索次数设定i = 1 ;
[001引 B2、驱动镜头W大步长nil对整个捜索区域进行捜索，设k 1。为捜索起始点，k 1。为捜 索结束点；
[0019] B3、在镜头行进的每一步采集一幅图像，采用清晰度评价函数计算图像的评价值， 表不为集合，{Q化1。)，Q化11), Q化1。)}，并记录镜头位置；
[0020] B4、计算第一次捜索区间长度为Ii= k h-ki。，计算捜索图像评价值最大值为Qim。、 =max {Q也。)，Q化。)，Q化1。)}，记录该评价值最大值所对应的镜头位置kim;
[0021] B5、计算评价值最大值所对应的镜头位置kim与镜头起始位置ki。和镜 头结束位置ki。的距离，对着两个距离进行比较，取其较大值的二分之一记为：
;设定下一捜索次数为i = 2 ;
[002引 B6、确定捜索区域为：（I kim-limJ，I kim+llmJ )，则捜索区域尺寸为Il= 21 imax，确定 捜索步长为
，其中Il为第一次的捜索区间长度，1 2为第二次捜索区间长度；
[0023] B7、驱动镜头W步长1?对捜索区域进行捜索，在镜头行进的每一步采集一副图 像；
[0024] B8、采用清晰度评价函数计算图像的评价值，计算捜索图像评价值最大值，记为 Qan…，其对应镜头位置记为kzm;
[0025] B9、采用阔值O对两次捜索的评价值最大的镜头位置kim和kzm进行比较；如果 k2m-kj《O则进行步骤B10,如果|k2m-kJ〉〇则转至步骤B5;
[0026] B10、设最后一步捜索所获取的最大评价值镜头位置为km，在最后一次捜索获取的 清晰度评价值集合中，W km为中屯、位置，两侧各取相同数量的点，W运些点的评价值进行曲 线拟合；
[0027] B11、采用二次多项式的最小二乘法，即y = a+bx+cx2,运里X为捜索镜头位置，y为 图像评价值，a, b，C由方程式
求得；所拟合曲线的 顶点为
.kt即为对焦位置；
[0028] B12、驱动镜头移动至对焦位置kt，对焦结束。
[0029] 本发明的有益效果是：
[0030] 1)在对对焦位置进行捜索时，采用多次捜索，逐步缩小捜索范围和捜索步长，能够 摆脱局部峰值的干扰，并捜索到更接近真实对焦位置的清晰度评价最大值点。
[0031] 2)在对焦位置的确定上，充分考虑到捜索是按照一定步长进行的，所采集的图片 是离散的，因此所捜索到的清晰度评价最大值点往往并不是最接近真实的聚焦点。不采用 清晰度评价最大值点，而是通过曲线拟合找到更接近真实聚焦位置的点作为实际聚焦点。 从而实现最优对焦。
[0032] W下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种多尺度变步 长的自动对焦捜索算法据传输装置和方法不局限于实施例。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明方法的流程图；
[0034] 图2(a)是对焦模糊的刹车片凸台图片；
[0035] 图2(b)是对焦清晰的刹车片凸台图片；
[0036] 图3是理想试验条件下，基于化eene算子的清晰度评价值曲线；
[0037] 图4(a)是针对图3清晰度评价曲线，本发明的捜索过程最后一步；
[003引图4化）是针对图3清晰度评价曲线，爬山算法的捜索过程；
[0039] 图5是光照条件变化下，基于化eene算子的清晰度评价值曲线；
[0040] 图6(a)是针对图5清晰度评价曲线，本发明的捜索过程；
[0041] 图6(b)是针对图5清晰度评价曲线，本发明的曲线拟合过程。
【具体实施方式】
[0042] 实施例1
[0043] 参见图I至图6(b)所示，本发明的一种多尺度变步长的自动对焦捜索算法据传输 装置，包括：驱动镜头对整个捜索区域进行多次捜索，逐步缩小捜索范围和捜索步长，并通 过曲线拟合确定曲线的最高点，W实现所捜索的聚焦位置尽可能接近真实的聚焦点；采用 阔值设定对前后两次的捜索位置进行比较，确定捜索步骤是否完成；在多尺度捜索过程中， 每次捜索均W评价值最大值所在的捜索位置作为下次捜索区间的中屯、点来取对称区间进 行捜索，确保真实的聚焦点包含在此区间内。
[0044] 更进一步，所述的一种多尺度变步长的自动对焦捜索算法，包括如下步骤：
[0045] AU驱动镜头W大步长nil对整个捜索区域进行捜索，队陕速到达对焦位置附近；在 镜头初始位置W及每一步的位置获取一幅图像，对所得到的每一副图形均保存其所对应的 镜头位置，并基于清晰度评价函数计算其评价值，对所获取图像的评价值进行比较得到其 最大值，记录该评价值最大值所对应的镜头位置kim;
[0046] A2、计算评价值最大值所对应的镜头位置kim与镜头起始位置ki。和镜 头结束位置ki。的距离，对着两个距离进行比较，取其较大值的二分之一记为：
[0047] A3、确定捜索区域为新的捜索步长为：
，其 中Ii为第一次的捜索区间长度，12为第二次捜索区间长度；再次按照步骤Al的方法进行捜 索，记录每一步镜头位置并计算其评价值，对评价值进行比较获取其最大值和其对应的镜 头位置kzm;
[004引 A4、采用阔值O对两次捜索的评价值最大的镜头位置kim和kzm进行比较，所述阔 值O的大小根据测量所要求的精度和实时性进行设定；如果|k2m-kiml《O则进行步骤A5， 如果|k2m-kiml〉0则转至步骤A3继续进行捜索；
[0049] A5、设最后一步捜索所获取的最大评价值镜头位置为km，在最后一次捜索获取的 清晰度评价值集合中，W km为中屯、位置，两侧各取相同数量的点，W运些点的评价值进行曲 线拟合，得到对焦位置；
[0050] A6、驱动镜头移动至所获得的镜头对焦位置，完成对焦。
[0051] 更进一步，所述步骤A5中的曲线拟合采用二次多项式的最小二乘法， 即y = a+bx+cx2,运里X为捜索镜头位置，y为图像评价值，曰，b，C由方程式
求得；所