CN102419505B - 自动聚焦方法及系统和一体化摄像机 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于聚焦技术领域，提供了一种自动聚焦方法及系统和一体化摄像机，所述自动聚焦方法包括以下步骤：确定聚焦透镜移动的方向；将自动聚焦搜索过程分为多个阶段，依次包括用以防止出现清晰→模糊→清晰状态的初始阶段，快速搜索以达准清晰状态的模糊阶段以及精确搜索最大自动聚焦值并及时停止的清晰阶段，获取每个阶段得到的自动聚焦值，直至搜索到最大自动聚焦值；将聚焦透镜移至最大自动聚焦值对应的位置。这样无需预置自动聚焦参考值，而初始阶段和清晰阶段逐步移动保证了聚焦精度，模糊阶段跨步移动兼顾了聚焦速度，较好地解决了聚焦速度与聚焦精度间的冲突，达到良好的实际聚焦效果，尤使本自动聚焦方法和系统适用于一体化摄像机。
Description
技术领域
本发明属于聚焦技术领域，尤其涉及一种自动聚焦方法及系统和一体化摄像机。
背景技术
由于光电图像传感器CCD和CMOS在图像视频领域的广泛应用，使得数字相机和摄像机在工程应用以及日常生活中已随处可见。无论是数字相机，还是摄像机，其主要功能就是获取清晰的图像，即通过调整镜头聚焦镜片组的位置来使图像的清晰度达到最佳。所以，聚焦技术已成为成像产品的关键，尤其是摄像机。
在监控领域，先进的自动聚焦技术大多由日本和韩国研制。中国的一体化摄像机市场主要被日系和韩系厂商占领，除了处于领导地位的Sony和日立外，还有三洋、三星、LG等。国内自动聚焦技术的研究水平还稍落后，具有自主知识产权的自动聚焦技术较少。
目前，基于数字图像处理的自动聚焦技术已逐渐取代了基于测距原理的传统自动聚焦方法。基于数字图像处理的自动聚焦技术利用某种数字图像处理算法，获取图像清晰度评价值（一般为高频分量大小），并根据这一评价值，采取一定的算法和策略控制镜头的聚焦电机移动以快速找到最大评价值，获得清晰的图像。在聚焦速度方面，主要取决于聚焦电机的行程限制和跨步策略。以往的自动聚焦算法对聚焦电机行程的全程进行搜索，没有进行任何限制，浪费了聚焦时间。跨步策略则采取比较连续两幅图像评价值的方法。如果相差不大，则说明上一次电机的移动没有显著改善图像清晰度，意味着电机所处的位置离聚焦点还很远，下一次电机移动的步长可以加大。反之，如果连续得到的两幅图像其评价值相差很大，则说明上一次电机的移动显著改善了图像清晰度，说明电机所处的位置离聚焦点已很近，下一次电机要以小步长移动。由于复杂场景与单一场景自动聚焦值的差别较大，所以不同场景的自动聚焦参考值不易统一，并且容易判断出错，如模糊时减小了步长，清晰时加大了步长，前者导致聚焦速度变慢，后者可能导致超过最大自动聚焦值位置较多。而图像的清晰度状态为模糊→清晰→模糊→清晰或者清晰→模糊→清晰，聚焦速度与精度间存在冲突，不够理想，导致这种方法适用性不强。
另外，摄像机自动聚焦相对相机来说还有其特殊性。相机拍摄静态图像，只需手动触发一次算法就可以完成自动聚焦。与其不同的是，摄像机拍摄视频，为动态图像序列，需实时发现图像离焦，并自动触发算法完成自动聚焦。除了聚焦速度上的要求外，视频自动聚焦过程输出的图像必须符合人眼的观察特性，就是说，在最大评价值搜索过程中，图像的清晰度状态只能由模糊→清晰，而不能出现由模糊→清晰→模糊→清晰这种来回振荡的过程，甚至是清晰→模糊→清晰。现有许多一体化摄像机实际聚焦效果存在这样的缺陷和不足。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种自动聚焦方法，旨在解决现有自动聚焦方法在不同场景下自动聚焦参考值不易统一，聚焦速度与聚焦精度间存在冲突的问题。
根据本发明的一个方面，自动聚焦方法包括以下步骤：方向确定步骤，确定聚焦透镜移动的方向；自动聚焦搜索步骤，将自动聚焦搜索过程分为多个阶段，依次包括用以防止出现清晰→模糊→清晰状态的初始阶段，快速搜索以达准清晰状态的模糊阶段以及精确搜索最大自动聚焦值并及时停止的清晰阶段，获取每个阶段得到的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值；透镜驱动步骤，将所述聚焦透镜移至所述最大自动聚焦值对应的位置。
根据本发明的另一个方面，初始阶段和清晰阶段分别为所述自动聚焦搜索过程的首、尾阶段，模糊阶段为所述自动聚焦搜索过程的中间阶段，并于首、尾的初始阶段和清晰阶段使所述聚焦透镜逐步移动，于中间的模糊阶段使所述聚焦透镜跨步移动，并获取所述聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值。
根据本发明的又一个方面，自动聚焦系统包括用以获取自动聚焦值的视频模块和根据所述自动聚焦值控制聚焦透镜进行自动聚焦的控制模块，所述控制模块包括：方向确定单元，用于确定所述聚焦透镜移动的方向；自动聚焦搜索单元，用于将自动聚焦搜索过程分为多个阶段，依次包括用以防止出现清晰→模糊→清晰状态的初始阶段，快速搜索以达准清晰状态的模糊阶段以及精确搜索最大自动聚焦值并及时停止的清晰阶段，获取每个阶段得到的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值；驱动单元，用于将所述聚焦透镜移至所述最大自动聚焦值对应的位置。
根据本发明的又一个方面，提供一种一体化摄像机，所述一体化摄像机采用上述自动聚焦系统。
本发明先确定聚焦透镜移动的方向，然后将自动聚焦搜索过程分为多个阶段，于首、尾的初始阶段和清晰阶段使该聚焦透镜逐步移动，于中间的模糊阶段使该聚焦透镜跨步移动，并获取该聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值，直至搜索到最大自动聚焦值，最后将该聚焦透镜移至所述最大自动聚焦值对应的位置，这样于自动聚焦搜索过程中无需预置自动聚焦参考值，而初始阶段和清晰阶段逐步移动保证了聚焦精度，模糊阶段跨步移动兼顾了聚焦速度，较好地解决了聚焦速度与聚焦精度间的冲突，达到良好的实际聚焦效果，尤使本自动聚焦方法和系统适用于一体化摄像机。
附图说明
图1是本发明提供的自动聚焦方法的实现流程图；
图2是本发明包括观察阶段的自动聚焦方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的图像和自动聚焦探测窗口示意图；
图4是本发明自动聚焦搜索流程图；
图5是本发明提供的自动聚焦系统的结构图；
图6是本发明镜头聚焦和变焦电机位置的二维曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例先确定聚焦透镜移动的方向，然后将自动聚焦搜索过程分为多个阶段，包括用以防止出现清晰→模糊→清晰状态的初始阶段，快速搜索以达准清晰状态的模糊阶段以及精确搜索最大自动聚焦值并及时停止的清晰阶段，获取每个阶段得到的自动聚焦值，直至搜索到最大自动聚焦值，最后将该聚焦透镜移至所述最大自动聚焦值对应的位置。其中初始阶段和清晰阶段分别为所述自动聚焦搜索过程的首、尾阶段，模糊阶段为所述自动聚焦搜索过程的中间阶段，并于首、尾的初始阶段和清晰阶段使所述聚焦透镜逐步移动，于中间的模糊阶段使所述聚焦透镜跨步移动，并获取所述聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值。这样于自动聚焦搜索过程中无需预置自动聚焦参考值，而初始阶段和清晰阶段逐步移动保证了聚焦精度，模糊阶段跨步移动兼顾了聚焦速度，较好地解决了聚焦速度与聚焦精度间的冲突，达到良好的实际聚焦效果。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述。
图1示出了本发明提供的自动聚焦方法的实现流程，详述如下。
在步骤S101中，确定聚焦透镜移动的方向；
本发明实施例中聚焦透镜由聚焦电机驱动，进行自动聚焦搜索之前先确定聚焦透镜移动的方向。本发明实施例采取场平均对方向进行判断，并分别在两个方向预判以减少失误，即前后移动聚焦透镜，获取并比较自动聚焦值，使聚焦透镜向自动聚焦值增大的方向移动。
在步骤S102中，将自动聚焦搜索过程分为多个阶段，包括用以防止出现清晰→模糊→清晰状态的初始阶段，快速搜索以达准清晰状态的模糊阶段以及精确搜索最大自动聚焦值并及时停止的清晰阶段，获取每个阶段得到的自动聚焦值，直至搜索到最大自动聚焦值；
本发明实施例中自动聚焦值为多个窗口加权后的自动聚焦值。具体通过设置全屏窗口和中间窗口，使赋予所述中间窗口的权重大于所述全屏窗口的权重，以计算所述聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值，其中所述中间窗口的长宽各为全屏窗口的一半。相比较于全屏窗口，能有效地使自动聚焦倾向于中间图像的清晰；相比于中间窗口，全屏窗口能解决物体在图像边缘无法聚焦的问题。
图3示出了图像和自动聚焦探测窗口，其中TGHD为行同步，TGVD为场同步。窗口A和中间窗口B为自动聚焦值探测窗口。自动聚焦算法在同一场内获取自动聚焦值是没有意义的，因此自动聚焦值在每一场的场消隐后（TGVD上升沿）更新。根据TGVD时序获得刷新后的自动聚焦值，可以提高自动聚焦算法的精确性。当然，自动聚焦值探测窗口A、B可以任意设置其大小和位置。本实施例利用窗口A、B时，将窗口A调至充满全屏，窗口B位于屏幕中间，并赋给窗口B较大的权重，获取加权后的自动聚焦值。这样聚焦过程将侧重中间窗口，使得在各种复杂的场景，都能够趋向中心主体的清晰。
本发明实施例自动聚焦搜索过程中的初始阶段和清晰阶段分别为所述自动聚焦搜索过程的首、尾阶段，模糊阶段为所述自动聚焦搜索过程的中间阶段，并于首、尾的初始阶段和清晰阶段使所述聚焦透镜逐步移动，于中间的模糊阶段使所述聚焦透镜跨步移动，并获取所述聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值。
在此将聚焦透镜逐步移动的步长设为1，即聚焦透镜移动的最小距离，用以精确搜索，防止越过所述最大自动聚焦值；将跨步移动的步长设为5~15，以快速搜索达到准清晰状态。此外，将聚焦透镜于初始阶段的累积移动步数设为M，其中M为正整数且5≤M≤15。
由于理想的自动聚焦搜索过程是模糊→清晰→停止或清晰→停止，即模糊时要快速搜索以达清晰状态，清晰时需及时停止以保持清晰。本发明实施例合理地区分了自动聚焦搜索过程的各阶段，预留初始阶段以防聚焦搜索时出现清晰→模糊→清晰的状况；在图像模糊阶段以较快速度达到准清晰状态；达到准清晰状态后精确搜索最清晰点并能十分及时地停止。
如图4所示，步骤401中当所述聚焦透镜累积移动步数小于M，聚焦透镜于初始阶段，使聚焦透镜逐步移动，在步骤403中若聚焦透镜于初始阶段中自动聚焦值FV连续减小C2次，即停止本次自动聚焦搜索，并确定本次自动聚焦搜索的最大自动聚焦值。此时初始阶段即为清晰阶段，其中C2为正整数且3≤C2≤10。
步骤401中当所述聚焦透镜累积移动步数大于M，且步骤402中判断本次自动聚焦搜索过程中所有自动聚焦值的最大值FVmax与最小值FVmin的比值小于C1时，所述聚焦透镜进入模糊阶段，于模糊阶段所获取的自动聚焦值FV变化不剧烈，认为图像未达准清晰状态，聚焦透镜按固定步长跨步移动，读取每次移动之后得到的自动聚焦值FV，并更新自动聚焦值的最大值FVmax与最小值FVmin；所述聚焦透镜进入模糊阶段后，当本次自动聚焦搜索过程中所有自动聚焦值的最大值FVmax与最小值FVmin的比值大于C1时，则认为图像已达准清晰状态，所述聚焦透镜进入清晰阶段，此时聚焦透镜逐步移动，以精确搜索最大自动聚焦值并防止聚焦透镜再次进入模糊阶段，读取每次移动之后得到的自动聚焦值FV，其中C1为正整数且2≤C1≤5；在步骤403中所述聚焦透镜于清晰阶段中自动聚焦值FV连续减小C2次，即停止本次自动聚焦搜索，并确定本次自动聚焦搜索的最大自动聚焦值，其中C2为正整数且3≤C2≤10。
或者步骤401中当所述聚焦透镜累积移动步数大于M，且步骤402中本次自动聚焦搜索过程中所有自动聚焦值的最大值FVmax与最小值FVmin的比值大于C1时，由初始阶段直接进入清晰阶段，使聚焦透镜逐步移动，读取每次移动之后得到的自动聚焦值FV，其中C1为正整数且2≤C1≤5；所述聚焦透镜在步骤403中于清晰阶段中自动聚焦值FV连续减小C2次，即停止本次自动聚焦搜索，并确定本次自动聚焦搜索的最大自动聚焦值，其中C2为正整数且3≤C2≤10。换言之，当前自动聚焦值FV与前一次自动聚焦值FV之差连续C2次小于零时，本次自动聚焦搜索结束，其中C2的选取需保证快速停止且不打断正常聚焦搜索。
在步骤S103中，将所述聚焦透镜移至所述最大自动聚焦值对应的位置。
上述自动聚焦搜索完成后，将所述聚焦透镜移至所述最大自动聚焦值对应的位置并获取此时的自动聚焦值，而后将该自动聚焦值与自动聚焦搜索过程中所记录的最大自动聚焦值相比较，若变化超过自动聚焦搜索过程中所记录的最大自动聚焦值的[c1] ，则重新进行搜索，如此即能有效排除自动聚焦过程中的干扰。
本次自动聚焦完成后，记录本次最大自动聚焦值用以启动下次自动聚焦。如图2所示，上述自动聚焦方法还包括用以判断是否启动自动聚焦的观察阶段，而观察阶段是影响一体化摄像机自动聚焦效果的重要因素。何时启动自动聚焦，需要比较当前场景自动聚焦值和上次自动聚焦完成时所记录的最大自动聚焦值，如当前场景自动聚焦值的变化超过上次自动聚焦完成时所记录的最大自动聚焦值的10%时，则启动下一次自动聚焦。过于灵敏的启动会造成一直进行自动聚焦搜索，影响实际效果。欠灵敏则容易造成视频模糊时自动聚焦不启动。
此外，可以根据聚焦和变焦电机的位置组合计算出物距。这样变焦时，聚焦变焦电机沿着该物距曲线移动，使得变焦过程视频能一直保持较清晰的状态。
图5示出了本发明实施例提供的自动聚焦系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。该自动聚焦系统包括用以获取自动聚焦值的视频模块1和根据该自动聚焦值控制聚焦透镜3进行自动聚焦的控制模块2，该控制模块2具体包括用于确定所述聚焦透镜移动的方向的方向确定单元、用于将自动聚焦搜索过程分为多个阶段，包括用以防止出现清晰→模糊→清晰状态的初始阶段，快速搜索以达准清晰状态的模糊阶段以及精确搜索最大自动聚焦值并及时停止的清晰阶段，获取每个阶段得到的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值的自动聚焦搜索单元以及用于将所述聚焦透镜移至所述最大自动聚焦值对应的位置的驱动单元。其中，自动聚焦搜索过程中的初始阶段和清晰阶段分别为所述自动聚焦搜索过程的首、尾阶段，模糊阶段为所述自动聚焦搜索过程的中间阶段，并于首、尾的初始阶段和清晰阶段使所述聚焦透镜逐步移动，于中间的模糊阶段使所述聚焦透镜跨步移动，并获取所述聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值。
其中控制模块2由MCU实现镜头控制和对外通信控制。系统选用20倍变焦镜头，通过驱动镜头内置的两个步进电机完成变焦和聚焦。硬件上使用MCU控制电机驱动芯片的驱动方式。软件上MCU 与视频模块通信得到图像高频分量和高亮信号的评价值并通过具体的算法和控制策略实现自动聚焦。此外，MCU根据相关通信协议响应外部控制。
图6是镜头聚焦和变焦电机位置的二维曲线图。X轴为变焦电机位置，Y轴为聚焦电机位置，XY坐标系为聚焦变焦电机所有可能的位置组合。图中所示两条曲线分别为不同变焦倍数时，聚焦在1米和无穷远时聚焦变焦电机的位置组合。无穷远曲线以下的位置组合无聚焦清晰状态，可理解为超物距。一体化摄像机在大变焦倍数下一般将其最近聚焦物距限制在1米以上。所以，聚焦清晰时的电机位置组合位于无穷远曲线和1米曲线之间。聚焦搜索时只限制在上述范围内，这样可以大大减少自动聚焦过程的行程。
聚焦电机和变焦电机由光电传感器监测中间位置，传感器输出0，1的跳变点为该位置。其他位置无法由传感器监测，需在MCU控制电机驱动器时同时记录。由于步进电机是开环控制，再加上不可避免的累积误差，镜头长时间运行后会出现记录位置和实际位置不对应的情况。通过在电机每次经过传感器跳变点时更新记录位置，使得一体化摄像机长时间工作依然能保持聚焦清晰，可省去镜头在连续工作 24 小时后需定期初始化的工作。
下面举一实例对本发明作进一步描述。
首先对参数进行说明：FV---自动聚焦值，聚焦透镜每次移动后获取一次当前图像的FV；FVmax---本次自动聚焦搜索过程中所有FV的最大值；FVmin---本次自动聚焦搜索过程中所有FV的最小值；FVdif---当前FV与上一次FV之差。
Zoom 20x时：无穷远 INF位置210，1m位置513；聚焦透镜将被限制在210~513内移动。聚焦透镜当前位置为219，恰好在此范围内，则跳过“将聚焦透镜移至210或513”的步骤。
确定聚焦透镜移动的方向：先将聚焦透镜移至220，获取此时的自动聚焦值FV220= 1650；再移至218，获取此时的自动聚焦值FV218= 1612。因FV220>FV218，本次自动聚焦搜索则向位置增大的方向移动。
初始化：将FVmax清零，FVmin置0xFFFF= 65535。
自动聚焦搜索过程：聚焦透镜累积移动步数小于等于10时，属于初始阶段，逐步移动的步长为1；聚焦透镜累计移动步数大于10，且FVmax/FVmin<2时，属于模糊阶段，跨步移动的步长为7；聚焦透镜累计移动步数大于10，且FVmax/FVmin>2时，属于清晰阶段，逐步移动的步长为1；FVdif连续5次小于0，自动聚焦搜索结束，总共移动了39次（此时M=10，C1=2，C2=5）。
自动聚焦搜索具体过程如下表：
| 移动次数 | 聚焦透镜累积移动步数 | 聚焦透镜位置 | 聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值FV | FVmax | FVmin | FVdif | 阶段 |
| -- | -- | -- | 0 | 65535 | -- | -- | |
| 0 | 0 | 218 | FV1= 1647 | 1647 | 1647 | 1647 | 初始阶段 |
| 1 | 1 | 219 | FV1= 1648 | 1648 | 1647 | 1 | 初始阶段 |
| 2 | 2 | 220 | FV2= 1668 | 1668 | 1647 | 20 | 初始阶段 |
| 3 | 3 | 221 | FV3= 1647 | 1668 | 1647 | -21 | 初始阶段 |
| 4 | 4 | 222 | FV4= 1690 | 1690 | 1647 | 43 | 初始阶段 |
| 5 | 5 | 223 | FV5= 1647 | 1690 | 1647 | -43 | 初始阶段 |
| 6 | 6 | 224 | FV6= 1662 | 1690 | 1647 | 15 | 初始阶段 |
| 7 | 7 | 225 | FV7= 1635 | 1690 | 1635 | -27 | 初始阶段 |
| 8 | 8 | 226 | FV8= 1683 | 1690 | 1635 | 48 | 初始阶段 |
| 9 | 9 | 227 | FV9= 1700 | 1700 | 1635 | 17 | 初始阶段 |
| 10 | 10 | 228 | FV10= 1693 | 1700 | 1635 | -7 | 初始阶段 |
| 11 | 17 | 235 | FV11= 1644 | 1700 | 1635 | -49 | 模糊阶段 |
| 12 | 24 | 242 | FV12= 1663 | 1700 | 1635 | 19 | 模糊阶段 |
| 13 | 31 | 249 | FV13= 1651 | 1700 | 1635 | -12 | 模糊阶段 |
| 14 | 38 | 256 | FV14= 1639 | 1700 | 1635 | -12 | 模糊阶段 |
| 15 | 45 | 263 | FV15= 1655 | 1700 | 1635 | 16 | 模糊阶段 |
| 16 | 52 | 270 | FV16= 1650 | 1700 | 1635 | -5 | 模糊阶段 |
| 17 | 59 | 277 | FV17= 1654 | 1700 | 1635 | 4 | 模糊阶段 |
| 18 | 66 | 284 | FV18= 1660 | 1700 | 1635 | 6 | 模糊阶段 |
| 19 | 73 | 291 | FV19= 1656 | 1700 | 1635 | -4 | 模糊阶段 |
| 20 | 80 | 298 | FV20= 1697 | 1700 | 1635 | 41 | 模糊阶段 |
| 21 | 87 | 305 | FV21= 1691 | 1700 | 1635 | -6 | 模糊阶段 |
| 22 | 94 | 312 | FV22= 1652 | 1700 | 1635 | -39 | 模糊阶段 |
| 23 | 101 | 319 | FV23= 1716 | 1716 | 1635 | 64 | 模糊阶段 |
| 24 | 108 | 326 | FV24= 1699 | 1716 | 1635 | -17 | 模糊阶段 |
| 25 | 115 | 333 | FV25= 1672 | 1716 | 1635 | -27 | 模糊阶段 |
| 26 | 122 | 340 | FV26= 1720 | 1720 | 1635 | 48 | 模糊阶段 |
| 27 | 129 | 347 | FV27= 1745 | 1745 | 1635 | 25 | 模糊阶段 |
| 28 | 136 | 354 | FV28= 1720 | 1745 | 1635 | -25 | 模糊阶段 |
| 29 | 143 | 361 | FV29= 1763 | 1763 | 1635 | 43 | 模糊阶段 |
| 30 | 150 | 368 | FV30= 1830 | 1830 | 1635 | 67 | 模糊阶段 |
| 31 | 157 | 375 | FV31= 1953 | 1953 | 1635 | 123 | 模糊阶段 |
| 32 | 164 | 382 | FV32= 2714 | 2714 | 1635 | 761 | 模糊阶段 |
| 33 | 165 | 383 | FV33= 4131 | 4131 | 1635 | 1417 | 清晰阶段 |
| 34 | 166 | 384 | FV34= 5026 | 5026 | 1635 | 895 | 清晰阶段 |
| 35 | 167 | 385 | FV35= 4071 | 5026 | 1635 | -995 | 清晰阶段 |
| 36 | 168 | 386 | FV36= 3775 | 5026 | 1635 | -296 | 清晰阶段 |
| 37 | 169 | 387 | FV37= 3595 | 5026 | 1635 | -180 | 清晰阶段 |
| 38 | 170 | 388 | FV38= 3373 | 5026 | 1635 | -222 | 清晰阶段 |
| 39 | [c2] 171 | 389 | FV39= 2982 | 5026 | 1635 | -391 | 清晰阶段 |
| 聚焦透镜累积移动步数 | 聚焦透镜位置 | 聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值FV | FVmax | FVmin | FVdif | 阶段 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种自动聚焦方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：方向确定步骤，确定聚焦透镜移动的方向；自动聚焦搜索步骤，将自动聚焦搜索过程分为多个阶段，包括用以防止出现清晰→模糊→清晰状态的初始阶段，快速搜索以达准清晰状态的模糊阶段以及精确搜索最大自动聚焦值并及时停止的清晰阶段，获取每个阶段得到的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值；透镜驱动步骤，将所述聚焦透镜移至所述最大自动聚焦值对应的位置；
其中初始阶段和清晰阶段分别为所述自动聚焦搜索过程的首、尾阶段，模糊阶段为所述自动聚焦搜索过程的中间阶段，并于首、尾的初始阶段和清晰阶段使所述聚焦透镜逐步移动，于中间的模糊阶段使所述聚焦透镜跨步移动，并获取所述聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值；
其特征在于，所述聚焦透镜逐步移动的步长为1，跨步移动的步长为5～15；所述聚焦透镜于初始阶段的累积移动步数为M，其中M为正整数且5≤M≤15；
所述聚焦透镜累积移动步数大于M，且本次自动聚焦搜索过程中所有自动聚焦值的最大值与最小值的比值小于C1时，即从初始阶段进入模糊阶段；所述聚焦透镜进入模糊阶段后，当本次自动聚焦搜索过程中所有自动聚焦值的最大值与最小值的比值大于C1时，即进入清晰阶段，其中C1为正整数且2≤C1≤5；所述聚焦透镜于清晰阶段中自动聚焦值连续减小C2次，即停止本次自动聚焦搜索，其中C2为正整数且3≤C2≤10；
所述聚焦透镜累积移动步数大于M，且本次自动聚焦搜索过程中所有自动聚焦值的最大值与最小值的比值大于C1时，由初始阶段直接进入清晰阶段，其中C1为正整数且2≤C1≤5；所述聚焦透镜于清晰阶段中自动聚焦值连续减小C2次，即停止本次自动聚焦搜索，其中C2为正整数且3≤C2≤10。
2.如权利要求1所述的自动聚焦方法，其特征在于，于初始阶段中自动聚焦值连续减小C2次，即停止本次自动聚焦搜索，此时初始阶段即为清晰阶段，其中C2为正整数且3≤C2≤10。
3.如权利要求1所述的自动聚焦方法，其特征在于，在自动聚焦搜索步骤中还包括以下计算步骤：
设置全屏窗口和中间窗口，使赋予所述中间窗口的权重大于所述全屏窗口的权重，以计算所述聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值，所述自动聚焦值为所述全屏窗口和所述中间窗口加权后的自动聚焦值，其中所述中间窗口的长宽各为所述全屏窗口的一半。
4.如权利要求1所述的自动聚焦方法，其特征在于，还包括用以判断是否启动自动聚焦的观察阶段，其通过比较当前场景的自动聚焦值与上次自动聚焦完成时所记录的最大自动聚焦值，以判断是否启动下一次自动聚焦。
5.一种自动聚焦系统，包括用以获取自动聚焦值的视频模块和根据所述自动聚焦值控制聚焦透镜进行自动聚焦的控制模块，其特征在于，所述控制模块包括：
方向确定单元，用于确定所述聚焦透镜移动的方向；
自动聚焦搜索单元，用于将自动聚焦搜索过程分为多个阶段，包括用以防止出现清晰→模糊→清晰状态的初始阶段，快速搜索以达准清晰状态的模糊阶段以及精确搜索最大自动聚焦值并及时停止的清晰阶段，获取每个阶段得到的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值；其中初始阶段和清晰阶段分别为所述自动聚焦搜索过程的首、尾阶段，模糊阶段为所述自动聚焦搜索过程的中间阶段，并于首、尾的初始阶段和清晰阶段使所述聚焦透镜逐步移动，于中间的模糊阶段使所述聚焦透镜跨步移动，并获取所述聚焦透镜每次移动后的自动聚焦值，直至搜索到本次自动聚焦搜索过程中的最大自动聚焦值；
驱动单元，用于将所述聚焦透镜移至所述最大自动聚焦值对应的位置；
其特征在于，自动聚焦搜索单元控制所述聚焦透镜逐步移动的步长为1，跨步移动的步长为5～15；所述聚焦透镜于初始阶段的累积移动步数为M，其中M为正整数且5≤M≤15；
所述聚焦透镜累积移动步数大于M，且本次自动聚焦搜索过程中所有自动聚焦值的最大值与最小值的比值小于C1时，即从初始阶段进入模糊阶段；所述聚焦透镜进入模糊阶段后，当本次自动聚焦搜索过程中所有自动聚焦值的最大值与最小值的比值大于C1时，即进入清晰阶段，其中C1为正整数且2≤C1≤5；所述聚焦透镜于清晰阶段中自动聚焦值连续减小C2次，即停止本次自动聚焦搜索，其中C2为正整数且3≤C2≤10；
所述聚焦透镜累积移动步数大于M，且本次自动聚焦搜索过程中所有自动聚焦值的最大值与最小值的比值大于C1时，由初始阶段直接进入清晰阶段，其中C1为正整数且2≤C1≤5；所述聚焦透镜于清晰阶段中自动聚焦值连续减小C2次，即停止本次自动聚焦搜索，其中C2为正整数且3≤C2≤10。
6.一种一体化摄像机，其特征在于，所述一体化摄像机采用如权利要求5所述的自动聚焦系统。
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