一種可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置，包括FPGA控制器、視頻輸入電路、電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及串口通信電路；FPGA控制器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)使聚焦電機(jī)運(yùn)動(dòng)至最佳聚焦位置。本發(fā)明的聚焦方法，包括：a).確定最遠(yuǎn)距離清晰位置，設(shè)電機(jī)位置為；b).確定最近距離清晰位置，設(shè)電機(jī)位置為；c).確定、兩點(diǎn)之間為聚焦的局部全程；d).判斷是否有觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生；f).求一次聚焦清晰點(diǎn)；g).求二次聚焦清晰點(diǎn)；h).求三次聚焦清晰點(diǎn)。本發(fā)明的聚焦裝置和方法，避免了以往聚焦電機(jī)最大行程的聚焦方式，具有聚焦速度快的特點(diǎn)；通過逐漸減小聚焦電機(jī)的速度和步長，逐次逼近聚焦位置，使得最終的聚焦位置更加準(zhǔn)確、圖像更加清晰。
【專利說明】—種可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置及方法，更具體的說，尤其涉及一種聚焦行程短、逐次逼近成像清晰位置的可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自動(dòng)聚焦(AutoFocus,AF)技術(shù)是指鏡頭自動(dòng)對(duì)所拍攝的物體進(jìn)行調(diào)焦,從而獲得最清晰的圖像。如圖1所示，給出了現(xiàn)有自動(dòng)聚焦方法的原理圖，其具備以下幾個(gè)單元:成像光學(xué)鏡頭、成像器件、自動(dòng)聚焦單元、處理器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。在自動(dòng)聚焦系統(tǒng)中，首先要根據(jù)獲得的圖像信息來判斷系統(tǒng)目前是否處于正確聚焦?fàn)顟B(tài)，若系統(tǒng)偏離正焦?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)給出控制策略去驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)鏡頭移動(dòng)，在盡量短的時(shí)間內(nèi)，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到正確聚焦?fàn)顟B(tài)。因此自動(dòng)聚焦系統(tǒng)中一般有兩個(gè)模塊組成——分析模塊和控制模塊。分析模塊判斷一幅圖像是否清晰聚焦，控制模塊運(yùn)用分析模塊提供的信息，調(diào)整系統(tǒng)的狀態(tài)，使輸入圖像很好的聚焦。
[0003]采用基于圖像處理的自動(dòng)聚焦方法，首先對(duì)采集到的圖像進(jìn)行清晰度評(píng)價(jià)，然后根據(jù)清晰度評(píng)價(jià)值控制驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)整成像系統(tǒng)鏡頭的焦距，之后重復(fù)以上步驟有限次數(shù)，直至清晰度評(píng)價(jià)值達(dá)到一個(gè)合適的范圍，停止焦距調(diào)整，從而最后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦的目的。從頻域的角度分析，一般的，準(zhǔn)確對(duì)焦的圖像與離焦的圖像相比具有更多的高頻成分。在對(duì)焦范圍內(nèi)尋找最佳對(duì)焦位置的方法之一是計(jì)算對(duì)焦過程中獲得的圖像序列的高頻成分值，這個(gè)值被稱為對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)值。自動(dòng)聚焦的過程就是求聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)最大值的過程。
[0004]現(xiàn)有的自動(dòng)聚焦方法存在諸多的不足之處，遠(yuǎn)距離夜視系統(tǒng)使用的長焦鏡頭多為手動(dòng)聚焦，即使有個(gè)別鏡頭支持自動(dòng)聚焦功能，其聚焦速度以及效果也存在一定差異。通常在聚焦電機(jī)聚焦的過程中，需要對(duì)全程進(jìn)行搜索，使得聚焦速度較低。在聚焦電機(jī)運(yùn)動(dòng)的過程中，由于齒輪之間的縫隙，電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的誤差將會(huì)使鏡頭達(dá)不到最佳位置。在控制鏡頭反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此誤差更加明顯。所以即使針對(duì)相同型號(hào)的不同機(jī)器，仍然需要出廠前微調(diào)補(bǔ)償值，這就會(huì)使調(diào)試比較繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，提供了一種聚焦行程短、逐次逼近成像清晰位置的可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置及方法。
[0006]本發(fā)明的可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置，包括具有采集、運(yùn)算和控制作用的FPGA控制器，F(xiàn)PGA控制器連接有視頻輸入電路、電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及串口通信電路；其特別之處在于:電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接有變倍電機(jī)和聚焦電機(jī)，變倍電機(jī)、聚焦電機(jī)分別驅(qū)使可見光鏡頭的變倍鏡組、聚焦鏡組運(yùn)動(dòng)；視頻輸入電路用于將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并輸入至FPGA控制器，F(xiàn)PGA控制器根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)對(duì)圖像清晰度進(jìn)行判斷；FPGA控制器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)使聚焦電機(jī)運(yùn)動(dòng)至最佳聚焦位置。[0007]視頻輸入電路將模擬的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻信號(hào)，并輸入至FPGA控制器中，F(xiàn)PGA控制器對(duì)輸入的數(shù)字視頻信號(hào)中圖像的清晰度進(jìn)行判斷。FPGA控制器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)使變倍電機(jī)和聚焦電機(jī)運(yùn)動(dòng)，以分別實(shí)現(xiàn)變倍和聚焦動(dòng)作。FPGA控制器根據(jù)判斷出的圖像的清晰度，驅(qū)使聚焦電機(jī)運(yùn)動(dòng)至最佳的聚焦位置處，以實(shí)現(xiàn)云臺(tái)運(yùn)動(dòng)或變倍后的清晰成像。
[0008]本發(fā)明的可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置的聚焦方法，其特征在于，包括以下步驟:
a).確定最遠(yuǎn)距離清晰位置，通過變倍電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使可見光鏡頭對(duì)準(zhǔn)長焦?fàn)顟B(tài)下監(jiān)測場景的最遠(yuǎn)距離；然后在聚焦電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下自檢全程，確定出使監(jiān)控目標(biāo)清晰成像時(shí)聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為2 ；b).確定最近距離清晰位置，通過變倍電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使可見光鏡頭對(duì)準(zhǔn)長焦?fàn)顟B(tài)下監(jiān)測場景的最近距離；然后在聚焦電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下自檢全程，確定出使監(jiān)控目標(biāo)清晰成像時(shí)聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為i? ；c).確定聚焦的局部全程，步驟a)和步驟b)所確定的兩點(diǎn)之間的范圍即為聚焦電機(jī)自動(dòng)聚焦的局部全程；
d).判斷是否有觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生，如果存在觸發(fā)信號(hào)，則直行步驟e);如果不存在觸發(fā)信號(hào)，則繼續(xù)判斷；e).運(yùn)動(dòng)至最近的局部端點(diǎn)，根據(jù)聚焦電機(jī)當(dāng)前所處的位置，驅(qū)使聚焦電機(jī)運(yùn)動(dòng)至
距離電機(jī)最近的局部端點(diǎn)上；f).求一次聚焦清晰點(diǎn)，聚焦電機(jī)以初始速度K、初始步長4由步驟e)中確定的局部端點(diǎn)向另一個(gè)局部端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，通過實(shí)時(shí)分析圖像的清晰度，確定出使圖像最清晰的聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為C ;g).求二次聚焦清晰點(diǎn)，
設(shè)步驟f)中使圖像最清晰的位置C的前后位置分別為CT、聚焦電機(jī)以速度G、步長A由C"位置運(yùn)動(dòng)至CM立置的過程中，通過實(shí)時(shí)分析圖像的清晰度，確定出使圖像最清晰的聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為￡3 ;其中，；h).求三次聚焦清晰點(diǎn)，設(shè)步驟f)中使圖像最清晰的位置￡)的前后位置分別為U、Dff ,聚焦電機(jī)以速度『z、步長A由DM立置運(yùn)動(dòng)至立置的過程中，通過實(shí)時(shí)分析圖像的清晰度，確定出使圖像最清晰的聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為￡，聚焦電機(jī)所處的位置5既為使可見光鏡頭聚焦
清晰的位置；其中，
【權(quán)利要求】
1.一種可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置，包括具有采集、運(yùn)算和控制作用的FPGA控制器(1)，F(xiàn)PGA控制器連接有視頻輸入電路(4)、電源管理模塊(2)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(5)以及串口通信電路(3);其特征在于:電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接有變倍電機(jī)(6)和聚焦電機(jī)(7)，變倍電機(jī)、聚焦電機(jī)分別驅(qū)使可見光鏡頭的變倍鏡組、聚焦鏡組運(yùn)動(dòng)；視頻輸入電路用于將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并輸入至FPGA控制器，F(xiàn)PGA控制器根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)對(duì)圖像清晰度進(jìn)行判斷；FPGA控制器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)使聚焦電機(jī)運(yùn)動(dòng)至最佳聚焦位置。
2.一種基于權(quán)利要求1所述的可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置的聚焦方法，其特征在于，包括以下步驟: a).確定最遠(yuǎn)距離清晰位置，通過變倍電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使可見光鏡頭對(duì)準(zhǔn)長焦?fàn)顟B(tài)下監(jiān)測場景的最遠(yuǎn)距離；然后在聚焦電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下自檢全程，確定出使監(jiān)控目標(biāo)清晰成像時(shí)聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為J ； b).確定最近距離清晰位置，通過變倍電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使可見光鏡頭對(duì)準(zhǔn)長焦?fàn)顟B(tài)下監(jiān)測場景的最近距離；然后在聚焦電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下自檢全程，確定出使監(jiān)控目標(biāo)清晰成像時(shí)聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為5 ； c).確定聚焦的局部全程，步驟a)和步驟b)所確定的兩點(diǎn)之間的范圍即為聚焦電機(jī)自動(dòng)聚焦的局部全程； d).判斷是否有觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生，如果存在觸發(fā)信號(hào)，則直行步驟e);如果不存在觸發(fā)信號(hào)，則繼續(xù)判斷； e).運(yùn)動(dòng)至最近的局部端點(diǎn)，根據(jù)聚焦電機(jī)當(dāng)前所處的位置，驅(qū)使聚焦電機(jī)運(yùn)動(dòng)至距離電機(jī)最近的局部端點(diǎn)上； f).求一次聚焦清晰點(diǎn)，聚焦電機(jī)以初始速度K、初始步長4由步驟e)中確定的局部端點(diǎn)向另一個(gè)局部端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，通過實(shí)時(shí)分析圖像的清晰度，確定出使圖像最清晰的聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為σ ； g).求二次聚焦清晰點(diǎn)，設(shè)步驟f)中使圖像最清晰的位置的前后位置分別為C1、Cw，聚焦電機(jī)以速度G、步長A由Ci位置運(yùn)動(dòng)至0位置的過程中，通過實(shí)時(shí)分析圖像的清晰度，確定出使圖像最清晰的聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為D);其中，V2<V1L2 < Li ； h).求三次聚焦清晰點(diǎn)，設(shè)步驟f)中使圖像最清晰的位置D的前后位置分別為Dt、D)〃，聚焦電機(jī)以速度*步長4由U位置運(yùn)動(dòng)至Tl"位置的過程中，通過實(shí)時(shí)分析圖像的清晰度，確定出使圖像最清晰的聚焦電機(jī)的位置，設(shè)此時(shí)聚焦電機(jī)的位置為5，聚焦電機(jī)所處的位置5既為使可見光鏡頭聚焦清晰的位置；其中，V3<V2 ,L3< L2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置的聚焦方法，其特征在于:步驟f) 、g)和h)圖像清晰度的判斷過程中，是通過求取圖像的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)來確定的，聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)取值的大小與圖像聚焦清晰度成正比；步驟f)、g)和h)在對(duì)圖像的聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)求取的過程中，所選取的圖像的評(píng)價(jià)窗口為圖像的中心區(qū)域、由中心和四個(gè)頂角形成的五點(diǎn)區(qū)域或者為用戶選取的自適應(yīng)連通區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的可見光鏡頭的自動(dòng)聚焦裝置的聚焦方法，其特征在于:所述K
【文檔編號(hào)】H04N5/232GK103945133SQ201410192013
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】?；圩? 王倩倩, 李海波, 趙瑩, 陳乃澍 申請(qǐng)人:山東神戎電子股份有限公司