CN101246250B - 一种防抖动的调焦方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种防抖动调焦方法和系统。方法包括：对图像进行运动估计，当运动估计值在补偿范围内时对所述图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像；对所述补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域，对各调焦区域的图像进行清晰度值计算；根据计算得到的各调焦区域的图像清晰度值，利用整体清晰度评价函数计算所述补偿后图像的整体清晰度值，并输出清晰度值计算结果。能够实现通过调焦系统调焦，且在调焦过程中减少模组抖动对固定焦距的影响，从而提高摄像模组的清晰度水平。

Description

一种防抖动的调焦方法和系统

技术领域

本发明涉及一种防抖动的调焦方法和系统，尤其涉及一种可应用于移动数码摄像设备的摄像模组的防抖动调焦方法和系统。

背景技术

随着科技的进步和感光元器件成本的不断降低，移动数码摄像设备日益普及。由于CMOS工艺水平不断提高，移动数码摄像设备拍摄的图像质量有了质的飞跃，像素从起初的11万发展到如今的500万，噪声控制与色彩还原水平得到很大提高，人们在使用过程中也越来越关注移动数码摄像设备的成像质量。无论工艺水平如何改善使色彩、噪声等影响图像质量的各因素都控制在一个比较理想的水平，影响图像质量的第一因素依然是清晰度。而在移动数码摄像设备的摄像模组生产中，调焦这一环节直接决定了摄像模组的清晰度。

目前，各移动数码摄像设备摄像模组生产厂家普遍采用手工调焦。调焦的具体过程如下：在一个标准光源的灯箱内，距离顶部光源一定位置处放置待调焦的摄像模组。在顶部光源处放置一张用于调焦的标准的EIAJ卡(如图1所示)。手动调整摄像模组的焦距，直到人眼看到的摄像模组出来的图像达到最清晰即EIAJ卡上分辨率达到最高，此时认为此摄像模组的清晰度已经调整至最高，即可固定焦距完成此步骤。

但是，在对移动数码摄像设备的摄像模组调焦过程中模组难免会发生抖动，特别是模组带有金属软带时抖动会更加严重，这会影响摄像模组的焦距固定，而这将直接影响移动数码摄像设备的清晰度。

发明内容

鉴于上述内容，本发明实施例提供一种防抖动的调焦方法和系统，能够实现通过调焦系统调焦，且在调焦过程中减少模组抖动对固定焦距的影响，从而提高摄像模组的清晰度水平。

本发明实施例提供的一种防抖动的调焦方法，可应用于对移动数码摄像设备的摄像模组的调焦，包括：

对图像进行运动估计，当运动估计值在补偿范围内时对所述图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像；

对所述补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域，对各调焦区域的图像进行清晰度值计算；

根据计算得到的各调焦区域的图像清晰度值，利用整体清晰度评价函数计算所述补偿后图像的整体清晰度值，并输出清晰度值计算结果。

本发明实施例还提供一种防抖动的调焦系统，包括：

输入模块，用于接收输入的图像；

防抖动模块，用于对所述输入模块接收到的图像进行运动估计；当运动估计值在补偿范围内时对所述图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像并将其发送给清晰度计算模块；

清晰度计算模块，用于对所述补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域，对各调焦区域的图像进行清晰度值计算，并利用整体清晰度评价函数对补偿后图像的整体清晰度值进行计算，然后将清晰度值计算结果发送给输出模块；

输出模块，用于输出清晰度计算模块得出的清晰度值计算结果。

通过上述技术方案的描述可知，本发明实施例提供的一种防抖动的调焦方法和系统，能够通过调焦系统实现防抖动调焦。当调整焦距时，通过调焦系统得到当前的清晰度值，当焦距调整至最佳时，调焦系统返回的清晰度值会达到最大；同时，由于本发明实施例在调焦的基础上加入了防抖动处理，能够在调焦过程中减少摄像模组抖动对固定焦距的影响，从而使返回的清晰度更加准确。本发明实施例经过实际的验证，能够较好的完成移动数码摄像设备摄像模组调焦的步骤。

附图说明

图1是现有技术中用于调焦的标准EIAJ卡示意图；

图2是本发明实施例提供的CMOS图像传感器总像素、有效像素以及防抖补偿后有效像素的关系示意图；

图3是本发明实施例提供的防抖动调焦方法处理示意图；

图4是本发明实施例提供的菱形搜索的首个搜索区域示意图；

图5是本发明实施例提供的菱形环状搜索示意图；

图6是本发明实施例提供的一次菱形搜索后找到最佳匹配点的示意图；

图7是本发明实施例提供的划分调焦区域的EIAJ卡示意图；

图8是本发明实施例提供的防抖动调焦系统结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种防抖动的调焦方法和系统，可以实现对数码摄像设备的摄像模组调焦。本发明实施例的防抖动调焦方法原理如下：对当前输入的图像进行裁剪处理，即对当前输入帧进行裁剪，去掉全部像素中的缓冲区域，形成有效像素区域；对有效像素区域进行宏块的划分，并对中心宏块(即位于有效像素中心的宏块)的运动(即运动矢量)进行估计；当中心宏块的运动矢量估计值在补偿范围内时，以中心宏块的运动矢量作为全局的运动矢量在缓冲区域对裁剪处理后的图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像，当中心宏块的运动矢量估计值超出补偿范围时不进行抖动补偿；然后根据调焦参照物对补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域，对各调焦区域的图像的清晰度值进行计算。根据计算得到的各调焦区域的图像清晰度值，利用整体清晰度评价函数计算补偿后图像的整体清晰度值，并输出清晰度值计算结果。根据整体清晰度评价函数计算得到补偿后图像的整体清晰度值，即可以判断补偿后的图像焦距是否调整至最佳。本发明实施例中，当调整焦距时，通过调焦系统能够得到当前图像的清晰度值，当焦距调整至最佳时，调焦系统输出的清晰度值会达到最大。

本发明实施例在实现防抖动处理过程中，需要利用缓冲区域对图像进行抖动补偿，因此不能利用CMOS图像传感器的全部像素(即总像素数)，全部像素区域去掉缓冲区域后得到的即为有效像素区域，因此有效像素区域小于图像传感器的全部像素区域。当本发明实施例所支持的最大抖动以相对移动范围作为指标时，当前图像传感器的有效像素区域为图像传感器全部的像素区域的中心，则最大抖动的补偿范围不能超出图像传感器的总像素区域。设在水平方向上最大的补偿范围为±Xmax，在竖直方向上最大的补偿范围为±Ymax，如果抖动幅度在这个范围以内则可以进行抖动补偿，否则不进行抖动补偿。CMOS图像传感器总像素区域、有效像素区域以及防抖动补偿后的有效像素区域的关系示意图如图2所示。

图3是本发明实施例提供的防抖动调焦方法示意图，下面结合附图3进行详细描述，步骤如下：

步骤1：对当前输入帧进行裁剪，去掉全部像素中的缓冲区域，形成有效像素区域；然后对有效像素区域进行宏块的划分，并对中心宏块的运动矢量进行估计。本发明实施例采用的运动估计方法为菱形搜索法，并以宏块的SAD作为衡量准则。通过搜索在当前帧中寻找与上一帧中心宏块匹配误差最小的宏块，来确定中心宏块的运动矢量。

SAD的定义如下：其中F_n(i，j)、F_n-1(i，j)分别为当前帧和上一帧中位于搜索区域的对应像素各颜色分量值之和，(x，y)为运动矢量，N为宏块大小，本发明实施例中N＝16，即宏块的大小为16×16。若在某一个(x，y)处，SAD(x，y)的值达到最小，即说明匹配误差最小，则(x，y)就是要找的最佳匹配点。在搜索过程中，每个点代表一个宏块，即每个宏块是以点为中心、面积大小为16×16的方形区域。本发明实施例的菱形搜索过程如下：第一步，只在搜索区域中心附近的5个点进行搜索，图4是本发明发明实施例提供的菱形搜索的首个搜索区域示意图，如图4所示最中心的形成菱形的5个点，同时设立一个门限值，当这5个点中的最优点的匹配误差(即SAD值)小于门限值时，就可以认为已经找到了最佳匹配点。同时停止搜索过程。如果在第一步搜索过程中没有找到符合条件的点，则进行一种菱形环状搜索过程，图5是本发明实施例提供的菱形环状搜索示意图，如图5所示：在每个搜索步骤中搜索一个环状结构中的点，如图5中标记为2，3，4的菱形环。在每一个搜索步骤结束之后，将最小匹配误差与门限值比较，如果最小匹配误差小于门限值，则终止搜索过程，否则继续下一个环的搜索过程。本发明实施例中如果搜索已经进行到第4个环，找到的点的匹配误差仍然大于设定的门限值，则继续进行下一环搜索，直到找到匹配误差小于门限值的点。例如，图6是本发明实施例提供的进行一次菱形搜索后找到最佳匹配点的示意图。图6中，通过菱形环状搜索，在第4个菱形环上找到最接近的匹配点，但是匹配误差仍然大于设定的门限值，于是继续下一环搜索，最后在第6环上找到最佳匹配点，至此搜索过程结束。

步骤2：对中心宏块的运动矢量进行估计后，若中心宏块的运动矢量估计值在补偿范围内时，就以中心宏块的运动矢量作为全局的运动矢量在缓冲区域对裁剪处理后的图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像；当中心宏块的运动矢量估计值超出补偿范围时则不进行抖动补偿。当在运动估计中搜索到最优点设其为A，坐标为(x，y)，A与中心坐标之差即为移动向量(u，v)(即A相对于上一帧的对应像素的移动矢量)。将CMOS图像传感器的有效像素区域在缓冲区域中移动(-u，-v)来进行运动补偿，得到补偿后的图像。在对当前帧进行抖动补偿后，可以继续进行对下一帧的防抖动处理。

步骤3：针对补偿后的图像进行清晰度计算。本发明实施例根据摄像模组生产过程中实际应用的调焦卡(EIAJ卡)来进行清晰度计算，如图1所示。通常在模组调焦过程中，关注的是EIAJ卡上四周圆环区域的清晰度以及中心线区域的清晰度。例如，对于VGA(即30万像素)的模组，在模组生产过程中通常认为对于EIAJ卡，在中心300刻度时恰能区分开，同时四周200刻度也恰能区分开，则认为模组调焦清楚。

本发明实施例将EIAJ卡分为A，B，C，D，E，F，G，H，I这九个调焦区域。图7是本发明实施例提供的EIAJ卡的划分调焦区域示意图。如图7所示，A，B，C，D对应四周区域，E对应于中心区域，F，G，H，I对应中心四个环状区域。每个区域采取同样的亮度差分法来进行调焦计算。以A区为例，具体如下：

根据亮度差分法利用图像的相邻像素的亮度差的绝对值之和作为清晰度评价函数。设当前点为f_i(x，y)，则左边相邻的点为f_i(x-1，y)，上边相邻的点为f_i(x，y-1)。设A区的清晰度评价函数为F_A(i)，则

$F_A\left(i\right)=\underset{(x,y)}{\mathrm{\Σ}}\left\{\right|f_i(x,y)-f_i(x,y-1)|+|f_i(x,y)-f_i(x-1,y)\left|\right\},(i=\mathrm{0,1,2}...m)$

通过上述函数，即可计算得出A区的清晰度值。同理，利用上述函数，可以分别计算得到B，C，D，E，F，G，H，I区域的清晰度值。对于本发明实施例划分的A，B，C，D，E，F，G，H，I这九个调焦区域，设总的权重为15，正中心区域E的权重占3，中心线状区域F，G，H，I的权重各占2，四周圆形区域A，B，C，D的权重各占1。因此整体图像清晰度评价函数为F(i)＝[3F_E(i)+2F_F(i)+2F_G(i)+2F_H(i)+2F_I(i)+F_A(i)+F_B(i)+F_C(i)+F_D(i)]/15。

当图像焦距调整至最佳时，即清晰度最好时，F(i)的取值为最大。亮度差分法是一种微分方法，即对图像进行梯度变换，也就是利用了图像的边缘增强处理，使图像清晰度评价函数的特征曲线更加陡峭，即聚焦图像与离焦图像的评价函数值更分明，提高了准确聚焦的灵敏度。根据上述分析，本发明实施例采用的亮度差分法能实现快速、实时和有效的测量要求。

本发明实施例还提供一种防抖动的调焦系统，如图8所示，图8是本发明实施例提供的防抖动调焦系统结构示意图，调焦系统具体可以包括：输入模块、防抖动模块、清晰度计算模块、输出模块；

输入模块，用于接收输入的图像；

防抖动模块，用于对输入模块接收到的图像进行运动估计；当运动估计值在补偿范围内时对图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像并将其发送给清晰度计算模块；当运动估计值超出补偿范围时不进行抖动补偿；

清晰度计算模块，用于根据调焦参照物对补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域，根据清晰度评价函数对各调焦区域的图像进行清晰度值计算，并根据整体清晰度评价函数

F(i)＝[3F_E(i)+2F_F(i)+2F_G(i)+2F_H(i)+2F_I(i)+F_A(i)+F_B(i)+F_C(i)+F_D(i)]/15

对补偿后的图像的整体清晰度值进行计算，然后将整体清晰度值计算结果发送给输出模块；

输出模块，用于接收到清晰度计算模块计算得出的清晰度值计算结果后，将其输出。清晰度值计算结果还可以包括计算得到的各调焦区域的图像清晰度值；所述输出的清晰度值计算结果用于提示图像焦距是否调整至最佳。

上述防抖动模块具体可以包括：运动估计模块、运动补偿模块。

运动估计模块，用于接收输入的图像，对输入的图像进行裁剪处理，去掉全部像素中的缓冲区域，形成有效像素区域，对该有效像素区域进行宏块的划分，并对位于中心的宏块(即中心宏块)的运动矢量进行估计，得出运动估计值并将其发送给运动补偿模块；

运动补偿模块，用于收到运动估计值后，判断该运动估计值是否在补偿范围内，当运动估计值在补偿范围内时，以上述中心宏块的运动矢量作为全局的运动矢量在上述缓冲区域对上述裁剪处理后的图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像并将其发送给清晰度计算模块。

综上所述，本发明实施例提供的一种防抖动的调焦方法和系统，能够实现通过调焦系统调焦。在调整焦距时，通过调焦系统得到补偿后图像的清晰度值，当焦距调整至最佳时，调焦系统输出的整体清晰度值会达到最大；同时，由于本发明实施例在调焦的基础上加入了防抖动处理，在调焦过程中减少了摄像模组抖动对固定焦距的影响，从而使调焦系统输出的清晰度更加准确。本发明实施例经过实际的验证，能够较好的完成移动数码摄像设备的摄像模组调焦的步骤。

上述各实施例只是本发明众多实施例中的一部分，虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，本发明的申请文件的权利要求包括这些变形和变化。

Claims (5)

1.一种防抖动的调焦方法，其特征在于，包括：

对图像进行运动估计，当运动估计值在补偿范围内时对所述图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像；

对所述补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域，对各调焦区域的图像进行清晰度值计算；

根据计算得到的各调焦区域的图像清晰度值，利用整体清晰度评价函数计算所述补偿后图像的整体清晰度值，并输出清晰度值计算结果；

所述方法还包括：在对所述图像进行运动估计前，对所述图像进行裁剪处理；所述裁剪处理包括：去掉全部像素中的缓冲区域，形成有效像素区域；

所述进行运动估计包括：对所述有效像素区域进行宏块的划分，对中心宏块的运动矢量进行估计；

所述的抖动补偿包括：以中心宏块的运动矢量作为全局的运动矢量在所述缓冲区域对所述裁剪处理后的图像进行抖动补偿。

2.如权利要求1所述的一种防抖动的调焦方法，其特征在于，对所述补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域，是根据调焦参照物对补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域。

3.如权利要求1所述的一种防抖动的调焦方法，其特征在于，所述输出的清晰度值计算结果还可以包括所述计算得到的各调焦区域的图像清晰度值；

所述输出的清晰度值计算结果用于提示图像焦距是否调整至最佳。

4.一种防抖动的调焦系统，其特征在于，包括：

输入模块，用于接收输入的图像；

防抖动模块，用于对所述输入模块接收到的图像进行运动估计；当运动估计值在补偿范围内时对所述图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像并将其发送给清晰度计算模块；

清晰度计算模块，用于对所述补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域，对各调焦区域的图像进行清晰度值计算，并利用整体清晰度评价函数对补偿后图像的整体清晰度值进行计算，然后将清晰度值计算结果发送给输出模块；

输出模块，用于输出所述清晰度值计算结果；

所述防抖动模块，包括：

运动估计模块，对所述图像进行宏块的划分，并对中心宏块的运动矢量进行估计，得出运动估计值并将其发送给运动补偿模块；

运动补偿模块，用于判断运动估计模块得出的运动估计值是否在补偿范围内，当所述运动估计值在补偿范围内时，以所述中心宏块的运动矢量作为全局的运动矢量对所述图像进行抖动补偿，得到补偿后的图像并将其发送给所述清晰度计算模块；

所述运动估计模块在进行所述宏块划分前，对所述输入模块接收到的图像进行裁剪处理，包括去掉全部像素中的缓冲区域，形成有效像素区域；所述对所述图像进行宏块的划分是对所述有效像素区域进行宏块的划分；所述运动补偿模块对所述图像进行抖动补偿，是在所述缓冲区域对所述裁剪处理后的图像进行抖动补偿。

5.如权利要求4所述的一种防抖动的调焦系统，其特征在于，所述清晰度计算模块对所述补偿后的图像划分中心以及四周的调焦区域，是根据调焦参照物对补偿后的图像进行划分。

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