CN102629978A - 一种通过自动聚焦来检测靶面平整度的高清网络半球 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种检测感光靶面平整度的方法，用于网络半球摄像机，在灯箱内保持光线均匀的情况下让半球平行面对测试画面（格点画面），选取半球的4个角的四个窗口作为评价倾斜度的判据，他们之间的差值在一定范围内，则认为靶面不倾斜，否则靶面朝值较小的方向倾斜。本发明是基于自动聚焦算法来检测靶面平整度的一种先进方法，这种方法的应用能大大提高产品生产工艺和效率，提升品质。

Description

一种通过自动聚焦来检测靶面平整度的高清网络半球

技术领域

本申请涉及安防监控领域，特别是一种网络半球摄像机。

背景技术

半球式摄像机由于体积小巧，外型美观，比较适合办公场所以及装修档次高的场所使用，同时也广泛应用于机场，楼宇，卖场等场合，客户对于视频清晰度和组网方式提出新的需求，高清网络半球应运而生。

        网络半球摄像机就是拥有独立的IP地址和嵌入式的操作系统从而实现网络监控的产品。高清网络半球为了得到好的效果，必须配备高清的镜头，高清的镜头能带来更细腻的画质，但是也有着焦深和景深比较浅的缺点，这对于产品的初装和聚焦都会带来不利的影响，景深浅意味着聚焦控制必须要精密，焦深浅对于安装工艺要求要高一些，实际中发现有一部分高清网络半球存在感光靶面倾斜的情况（此时镜头的光学系统中轴和感光面不是严格的垂直关系），尤其是在焦距TELE端（此时景深比较小），会存在画面局部失焦的情况。因为标清的景深比较大，靶面稍微一点倾斜对于成像效果影响不大，而对于高清的产品，则必须要解决的一个问题。

发明内容

本发明为了解决高清网络半球中存在感光靶面倾斜的问题，提出一种检测感光靶面平整度的方法和网络半球摄像机。

为实现上述目的，本发明提出了一种检测感光靶面平整度的方法，用于网络半球摄像机，该方法包括以下步骤：

1） 网络半球摄像机通过网络接到平整度检测的指令后，设置聚焦窗口为中心区域，并设置ZOOM为最TELE端，控制芯片先从预存的对焦曲线中读出当前Zoom下的图像基本清晰的FOCUS位置，驱动FOCUS电机到这个位置，然后在此位置附近按照既定的爬山聚焦算法，找出聚焦评价值最大，即最清晰的位置，聚焦完成后通过SPI通知ISP主芯片；

2）在灯箱内保持光线均匀的情况下让半球平行面对准测试画面，顺时针选取半球的4个角

为四个窗口A,B,C,D， ISP主芯片按照A—B—C—D的顺序分别设置聚焦评价窗口，通过ISP芯片内部的图像处理模块，运用对比度对焦算法获取各自的聚焦评价值；

3）ISP主芯片根据A、B、C、D四个窗口的聚焦评价值的大小，参考可接受误差阈值K来确定倾斜的方向；

4）ISP主芯片通过网络把检测结果返回网页。

本发明还提出一种网络半球摄像机，包括编码主板、前端控制板、Sensor板和镜头，采用上述方法来检测感光靶面的平整度。

 

附图说明：

图1是本发明实施例中网络半球基本框图；

图2是本发明实施例中选取的聚焦评价窗示意图；

图3是本发明实施例中的平整度检测流程图；

图4是本发明实施例中的判断倾斜度流程图；

图5是本发明实施例中的对焦曲线图。

 

具体实施方式：

本发明中的网络半球的组成结构如图1所示。1>编码主板：包括电源板，编码和ISP处理板。2>前端控制板：包括FPGA，电机控制MCU，和电机驱动芯片。3>Sensor板：采用松下的200W的CMOS 传感器。4>镜头：采用富士能高清200W的高清半球镜头，Zoom、Focus、Iris、Ircut均为电信号驱动。

上电后ISP主芯片通过FPGA对Sensor进行配置，图像经过Sensor采集后的信号在FPGA内经过插值等处理后转变成RAW数据，在经过ISP芯片做数字图像处理后经过H.264编码。

感光靶面平整度检测的步骤如下：

1.      网络半球摄像机通过网络接到平整度检测的指令后，设置聚焦窗口（区域）为中心区域（参见图2），并设置ZOOM为最TELE端，控制芯片先从预存的对焦曲线(参见图5)中读出当前Zoom下的图像基本清晰的FOCUS位置，驱动FOCUS电机到这个位置，然后在此位置附近按照既定的爬山聚焦算法，找出聚焦评价值最大，即最清晰的位置，聚焦完成后通过SPI通知ISP主芯片。

2.      在灯箱内保持光线均匀的情况下让半球平行面对准测试画面（格点画面），顺时针选取半球的4个角为四个窗口A,B,C,D， ISP主芯片按照A—B—C—D的顺序分别设置聚焦评价窗口，通过ISP芯片内部的图像处理模块，运用对比度对焦算法获取各自的聚焦评价值（与自动聚焦所用计算方法一致）。该对焦算法着重统计图像的边缘部分，即高频分量；值越大，意味着图像越清晰。

3.      ISP主芯片根据A、B、C、D四个窗口的聚焦评价值的大小，参考可接受误差阈值K，根据一定的方法（参见图4）确定倾斜的方向。

4.      ISP主芯片通过网络把检测结果返回网页。

其中设置聚焦评价窗的方法可举例来说明：以矩形左上角为（0,0），往下为Y正方向，往右为X正方向，则中心区域的范围指（480，270）至（1440,810）的矩形，长为960，高为540。A评价窗口指（240,120）至（720,420）的矩形，长为480，高为300。B评价窗口指（1200,120）至（1680,420）的矩形，长为480，高为300。C评价窗口指（1200,660）至（1680,960）的矩形，长为480，高为300。D评价窗口指（240,660）至（720,960）的矩形，长为480，高为300。考虑到移动评价窗修改评价窗的配置的延时，A 、B、C、 D的评价窗口分别在连续的八帧中的0,2,4,6帧中。

其中可接受的误差阈值K是通过测试得出：先选取多台在全焦距段成像均匀清晰的摄像机，设置ZOOM为TELE端，调节FOCUS直至四周画面清晰度均匀，主观可接受的情况下，得出A，B，C，D评价值相互差值的最大值，多台摄像机中差值最大的一个即为可接受的误差阈值K。

在得到A、B、C、D四个窗口的聚焦评价值之后，按照如图4所示的步骤求出倾斜的方向：由（A+B）-（C+D）先计算上边和下边的清晰度，如果（A+B）-（C+D）大于K则说明下边比较模糊，然后再计算C与D的大小，C大则D端倾斜，C小则C端倾斜，C与D差值在K范围内则CD下边整体倾斜；如果（A+B）小于（C+D），且相差大于K，则上边比较模糊，再比较A与B的大小，A大则B端倾斜，A小则A端倾斜，A与B差值在K内则上边AB边倾斜；如果A+B与C+D的差值在K内，再比较A与B的大小，A大则右边BC方向倾斜，A小则左边AD方向倾斜，差值在K范围内，则代表画面是平整的。

所述爬山聚焦算法具体的算法如下：

爬山过程开始前需要通过测试获取对焦曲线（如图5所示），使用电机微步驱动模式时，Zoom有1408步，可按照64步一个间隔分成22个间隔点，通过手动聚焦调整到清晰点，测出每一个Zoom的间隔点（如 0*64 ；1*64……21*64）的位置对应的Focus的值，这个结果组成预置的数组S[];

爬山开始时，获取当前的Zoom的实际值，在数组S[]中找到小于实际ZOOM值的最近点。在最近点对应的Focus的附近以向上64*8为搜索区间，用64为步长遍历一遍这个区间，找到区间中聚焦评价值最大的K处，然后以32步长开始往正方向爬山，一直到当前值比前一个值小为止，前一个值即是峰值。

        因为使用的镜头没有原点检测功能，初始上电的时候必须设置原点，设置方式为手动把镜头ZOOM旋到最WIDE，将Focus旋到NEAR端，将此点设置为初始起点，并设置一个禁止区防止电机转到头。每次运动完毕时将当前的位置写入FLASH，以后每次上电时从FLASH读取当前的ZOOM和FOCUS坐标。

      该镜头电机齿轮与ZOOM环， FOCUS环的齿轮啮合有间隙，故每次反转时会有丢步的现象，丢步的范围大致在32步，为了避免与数组中数据的紊乱，要求每次在自动聚焦时记录反转数，反转数为偶数时可避免丢步，若为奇数，软件上控制增加反转一次，每次反转校正步长以64步为基准。

本发明是基于自动聚焦算法来检测靶面平整度的一种先进方法。这种方法的应用能大大提高产品生产工艺和效率，提升品质。

Claims (10)

1.一种检测感光靶面平整度的方法，用于网络半球摄像机，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1） 网络半球摄像机通过网络接到平整度检测的指令后，设置聚焦窗口为中心区域，并设置ZOOM为最TELE端，控制芯片先从预存的对焦曲线中读出当前Zoom下的图像基本清晰的FOCUS位置，驱动FOCUS电机到这个位置，然后在此位置附近按照既定的爬山聚焦算法，找出聚焦评价值最大，即最清晰的位置，聚焦完成后通过SPI通知ISP主芯片；

2）在灯箱内保持光线均匀的情况下让半球平行面对准测试画面，顺时针选取半球的4个角

为四个窗口A,B,C,D， ISP主芯片按照A—B—C—D的顺序分别设置聚焦评价窗口，通过ISP芯片内部的图像处理模块，运用对比度对焦算法获取各自的聚焦评价值；

3）ISP主芯片根据A、B、C、D四个窗口的聚焦评价值的大小，参考可接受误差阈值K来确定倾斜的方向；

4）ISP主芯片通过网络把检测结果返回网页。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述爬山聚焦算法步骤是

1）爬山过程开始前需要通过测试获取对焦曲线，使用电机微步驱动模式时，Zoom有1408

步，可按照64步一个间隔分成22个间隔点，通过手动聚焦调整到清晰点，测出每一个Zoom的间隔点的位置对应的Focus的值，这个结果组成预置的数组S[];

2）爬山开始时，获取当前的Zoom的实际值，在数组S[]中找到小于实际ZOOM值的最近点，在最近点对应的Focus的附近以向上64*8为搜索区间，用64为步长遍历一遍这个区间，找到区间中聚焦评价值最大的K处，然后以32步长开始往正方向爬山，一直到当前值比前一个值小为止，前一个值即是峰值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤3）中所述的可接受误差阈值K是通过测试得出：先选取多台在全焦距段成像均匀清晰的摄像机，设置ZOOM为TELE端，调节FOCUS直至四周画面清晰度均匀，主观可接受的情况下，得出A，B，C，D所述评价值相互差值的最大值，多台摄像机中差值最大的一个即为可接受的误差阈值K。

4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于：步骤3）中所述确定倾斜方向的步骤是：由（A+B）-（C+D）先计算上边和下边的清晰度，如果（A+B）-（C+D）大于K则说明下边比较模糊，然后再计算C与D的大小，C大则D端倾斜，C小则C端倾斜，C与D差值在K范围内则CD下边整体倾斜；如果（A+B）小于（C+D），且相差大于K，则上边比较模糊，再比较A与B的大小，A大则B端倾斜，A小则A端倾斜，A与B差值在K内则上边AB边倾斜；如果A+B与C+D的差值在K内，再比较A与B的大小，A大则右边BC方向倾斜，A小则左边AD方向倾斜，差值在K范围内，则代表画面是平整的。

5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于：所述Zoom、Focus均为电信号驱动。

6.一种网络半球摄像机，包括编码主板、前端控制板、Sensor板和镜头，其特征在于：采用如权利要求1至5之一的方法来检测感光靶面的平整度。

7.根据权利要求6所述的摄像机，其特征在于：所述编码主板包括电源板、编码和ISP处理板。

8.根据权利要求6-7之一所述的摄像机，其特征在于：所述前端控制板包括FPGA、电机控制MCU和电机驱动芯片。

9.根据权利要求6-8之一所述的摄像机，其特征在于：所述Sensor板采用松下的200W的CMOS 传感器。

10.根据权利要求6-9之一所述的摄像机，其特征在于：所述镜头采用富士能高清200W的高清半球镜头。

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