自動聚焦方法
2023-09-12 07:59:35
專利名稱：自動聚焦方法
技術領域：
本發明屬於視覺測量技術領域，具體涉及一種自動聚焦方法。
背景技術：
隨著數字成像技術向自動化和智能化發展，自動聚焦技術的應用範圍也在不斷擴 大，並在自動化、高精度、高穩定性等方面都取得了很大進展，已廣泛應用於照相機、攝像 機、顯微鏡、掃描儀等各種精密儀器中。自動聚焦分為主動和被動兩種方式，主動方式主要 指通過測距(比如利用紅外測距)並使用一定的數學模型來計算出實際應取得焦距；被動 方式指利用所獲取圖像的自有信息來分析聚焦方向，經過焦距的反覆調節獲取最清晰的圖 像，通常稱為「爬山法」。前者由於需要額外的設備，在有些場合下使用受到限制；對於後者， 目前的問題主要集中在兩個方面一是用於判斷圖像是否清晰的清晰度判據的獲取，二是 在獲取該判據後如何實現自動聚焦，要求判據對圖像的變化敏感，並且計算量不能太大，以 保證系統能很快確定下一步驟聚焦的方向。由於鏡頭系統在數學上可以等效於一個低通系 統，散焦模糊圖像可以認為是由於清晰圖像的高頻分量受到了損失，所以研究的方向幾乎 都基於這個假設來進行。對圖像高頻分量能量的分析和計算可以從空域和頻域兩部分來考 慮，簡單的可以用梯度能量作判據，也可以用邊緣檢測的方法獲得判據。在頻域可以基於傅 裡葉變換獲得判據，傅立葉變換由於需要複數參與運算，所以計算量較大。DCT變換是最接 近K-L變換的，可以聚集最多的能量，因此離散餘弦變換是一種較好的算法。傳統的基於DCT變換的圖像清晰度判據僅僅是把變換後的高頻分量的能量作為 聚焦值，當離準焦位置很遠時，使用高頻能量判據可以很好的體現細節的變化，但當圖像接 近於清晰時，細節的變化體現在更多的低頻分量變成高頻分量，而這裡所定義的判據僅僅 去除了直流分量，沒有體現出這種變化。成像平面在遠離聚焦位置變化焦距時，細節的變化 往往是粗尺度上的，使用全局的高頻分量能量作判據即可很好的體現細節的變化。而圖像 接近於清晰時，細節固然會更加豐富，但是其頻率變化對於全局只是由低階高頻分量變為 高階高頻分量，基於DCT的方法只能去除零頻分量，因此非零頻分量的能量和並沒有任何 改變。全局DCT變換的方法就難以體現局部細節的變換信息。在得到圖像清晰度判據後， 接下來就要實現自動聚焦，普通的爬山法搜索算法會受到圖像清晰度判據的局部極值幹擾 而不能準確對焦。通過檢索，尚未發現與本專利申請相同的公開技術文件。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，提供一種自動聚焦方法，本方法能 夠極大提高自動對焦的可靠性，同時回傳指令時間對應電機的步長和搜索的次數也是可以 調節的，因此，針對實際的系統，具有相當的靈活性。本發明的目的是通過以下技術方案實現的—種自動聚焦方法，包括以下步驟
(1)獲取圖像清晰度判據；(2)採用爬山法搜索策略實現自動對焦；(3)啟動自動聚焦。而且，所述步驟(1)中獲取圖像清晰度判據是採用改進的DCT變換的方法，即首先 給變換後的高頻分量的係數乘以一個較大的權重，然後引入相對清晰度進行判別。而且，對於NXN的像素數據經DCT變換後成為NXN個變換係數，(u，ν = 0，1，…， Ν-1)，隨著u，V的增加，相應係數分別代表逐步增加的水平空間頻率和垂直空間頻率分量 的大小，該權重設計為對應變換域係數到零頻的距離，該距離為
權利要求
1.一種自動聚焦方法，其特徵在於包括以下步驟(1)獲取圖像清晰度判據；(2)採用爬山法搜索策略實現自動對焦；(3)啟動自動聚焦。
2.根據權利要求1所述的一種自動聚焦方法，其特徵在於所述步驟(1)中獲取圖像 清晰度判據是採用改進的DCT變換的方法，即首先給變換後的高頻分量的係數乘以一個較 大的權重，然後引入相對清晰度進行判別。
3.根據權利要求2所述的一種自動聚焦方法，其特徵在於所述權重的設計方法是對 於NXN的像素數據經DCT變換後成為NXN個變換係數，(u，v = 0，l，…，N_l)，隨著u， ν的增加，相應係數分別代表逐步增加的水平空間頻率和垂直空間頻率分量的大小，該權重 設計為對應變換域係數到零頻的距離，該距離為λΑ/2 +ν2ο
4.根據權利要求2所述的一種自動聚焦方法，其特徵在於所述相對清晰度進行判別 採用係數修正的交流分量和直流分量的比。
5.根據權利要求1所述的一種自動聚焦方法，其特徵在於所述步驟( 是採用改進 的爬山法搜索策略實現自動對焦，具體實施步驟包括a查詢步進電機當前行程；b根據當前步進電機行程值，驅動步進電機到達距離當前行程最近的一端，最小行程處 或者最大行程處；c驅動電機從最小行程處或者最大行程處，到達最大行程處或者最小行程處走完全程， 調節回傳指令時間使其對應於一個較大的電機步長，此時採用全局的改進DCT算法獲得圖 像清晰度判據，記錄下圖像最清晰時的聚焦值的最大值和由回傳指令得到的鏡頭的位置；d驅動鏡頭回到聚焦值最大值的前一站，以此為起點，以聚焦值最大值的後一站為終 點，調節回傳指令時間使其對應於一個小步長，走完全程，此時採用局部的改進DCT算法獲 得圖像清晰度判據，記錄下聚焦值的最大值和鏡頭的位置；e重複執行步驟d，直到對應的步長小於設定值，搜索結束，最後驅動鏡頭停止在聚焦 值最大值處，實現準確對焦。
6.根據權利要求5所述的一種自動聚焦方法，其特徵在於所述全局的改進DCT算法 是選取整幅圖像作DCT變換，或者是選取圖像的中心區域，或者是選取中心區域再加上四 個對角上的矩形區域應用改進的DCT算法。
7.根據權利要求5所述的一種自動聚焦方法，其特徵在於所述局部的改進DCT算法 是對選取的全局區域進行分解，窗口尺度大小可以是8、16、32，對選取的窗口應用改進的 DCT算法，對結果再做全局累加。
8.根據權利要求1所述的一種自動聚焦方法，其特徵在於所述步驟C3)是當檢測到 拍攝場景發生變化或者是鏡頭變倍發生時啟動自動聚焦；拍攝場景發生變化的檢測是統計 場景直方圖，利用當前場景直方圖和上次場景直方圖進行匹配。
全文摘要
本發明屬於視覺測量技術領域，具體為一種自動聚焦方法。該方法提出基於改進DCT變換設計圖像清晰度評價函數，以反映圖像的細節信息突出高頻能量，並且考慮到圖像的清晰度還與圖像自身的亮度和灰度級有很大的關係，故引入相對清晰度的概念。同時該方法在分析了聚焦窗口的選取對於聚焦結果影響的基礎上，提出了一種尺度變化的窗口選擇策略。實驗結果證明改進後的圖像清晰度判據效果有了較大的改善。其次，該方法在實際應用中考慮到圖像清晰度判據的局部極大值難以避免，結合鏡頭的回傳信息，提出一種全範圍粗調大步長聚焦，局部細調小步長聚焦的改進爬山法搜索策略；再次，該方法提出當拍攝場景發生變化或者鏡頭變倍時啟動自動聚焦。
文檔編號G03B13/36GK102053339SQ201010555348
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月23日 優先權日2010年11月23日
發明者蘇偉博 申請人:天津市亞安科技電子有限公司