CN103096124B - 一种辅助对焦方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种辅助对焦方法及装置，该装置应用于摄像机上，包括：模式检测单元，用于在检测到辅助对焦启动事件时通知清晰度评价单元；清晰度评价单元，用于在收到该通知后，按照预定时间间隔隔获取摄像机输出的图像的清晰度值；列表整理单元，用于将该当前图像的清晰度值与清晰度列表中保存的清晰度值进行对比，根据对比结果获取该清晰度值在列表中对应的清晰等级；并判断该清晰度值是否符合预定的插入条件，如果是则将该清晰度值插入到该清晰度列表中；提示输出单元，用于根据该清晰等级输出对应的提示信号。本发明采用智能化的处理机制来辅助用户的手动对焦操作过程，使得用户手动对焦操作变得更加简单，并且对焦结果的可靠性更高。

Description

一种辅助对焦方法及装置

技术领域

本发明涉及监控技术领域，尤其涉及一种摄像机的辅助对焦方法方法及装置。

背景技术

网络摄像机(IPC)或其他监控摄像机在配备手动镜头的情况下，必须由用户通过现场手动调整对焦杆的方式来执行对焦操作。这种对焦操作一般需要两个人配合才能完成。在对焦过程中，一个人调整对焦杆，而另一个人观看本地输出图像或者实况图像，比如通过网口连接电脑或笔记本。

这种传统方法在实际使用过程中有很多局限性。首先，这种方法会因为两个操作人员之间的配合时间差问题而导致需要多次尝试才能对焦清楚，这无疑需要两个人之间有一定的默契才能较快的完成对焦操作。其次，对焦是否到达最清晰或者说满足业务需要完全依靠人眼判断，依靠人眼来判断是否调整到最佳对焦位置，其误差不可控，亦即对焦结果的可靠性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种辅助对焦装置，应用于摄像机上，用于辅助用户的手动对焦操作，该装置包括：模式检测单元、清晰度评价单元、列表整理单元以及提示输出单元，其中：

模式检测单元，用于在检测到辅助对焦启动事件时通知清晰度评价单元；

清晰度评价单元，用于在收到该通知后，按照预定时间间隔获取摄像机输出的图像，并计算获取到的当前图像的清晰度值；

列表整理单元，用于将该当前图像的清晰度值与清晰度列表中保存的清晰度值进行对比，根据对比结果获取该清晰度值在列表中对应的清晰等级；并判断该清晰度值是否符合预定的插入条件，如果是则将该清晰度值插入到该清晰度列表中；

提示输出单元，用于根据该清晰等级输出对应的提示信号。

本发明采用智能化的处理机制来辅助用户的手动对焦操作过程，使得用户手动对焦操作变得更加简单，甚至单个用户也可以完成操作，并且对焦结果的可靠性更高，尤其适用于监控系统中应用。

附图说明

图1是本发明一种实施方式中辅助对焦过程处理流程图。

图2是本发明一种实施方式中辅助对焦装置的逻辑结构图。

图3是本发明一种实施方式中场景检测的处理流程图。

具体实施方式

本发明提供一种智能辅助对焦方法及对应的装置，该装置应用在摄像机上，尤其适用于监控摄像机的手工对焦过程。在优选的实现方案中，该方法及装置基于计算机软件实现，可以利用摄像机中自带的主CPU来实现。当然考虑到摄像机的设计多样性，本发明并不排除硬件实现以及FPGA等可编程逻辑器件的实现方式，其在原理上是一致的。所述智能辅助对焦装置包括模式检测单元、清晰度评价单元、列表整理单元、提示输出单元以及场景检测单元。该装置运行时执行如下的处理流程。

步骤101，模式检测单元检测到辅助对焦模式启动事件时通知清晰度评价单元，并启动定时器转步骤102进行处理；

步骤102，清晰度评价单元根据该通知按照预定时间间隔获取摄像机输出的图像，并计算该图像的清晰度值；转步骤103；

步骤103，列表整理单元，将该当前图像的清晰度值与清晰度列表中保存的清晰度值进行对比，根据对比结果获取该清晰度值在列表中对应的清晰等级；并判断该清晰度值是否符合预定的插入条件，如果是则将该清晰度值插入到该清晰度列表中；

步骤104，提示输出单元在所述定时器超时后输出与该清晰等级对应的提示信号。

在优选的方式中，如果操作者希望对摄像机进行手动对焦，其可以进行预定的操作来启动辅助对焦模式，系统检测到这一操作就会立刻进入辅助对焦模式的对应的处理流程。这个预定的操作可以有开发者自己定义，比如定义一个组合键操作，或者定义一个特定的按钮操作等等，只要与摄像机已有的操作不冲突即可。

辅助对焦模式启动之后，清晰度评价单元会按照一个非常短的时间间隔来获取图像，一种比较典型的实现是按照帧间隔来获取图像。假设帧速率为30帧/秒，那么对应的时间间隔约为33.3毫秒。清晰度评价单元每获取到一帧图像都会计算其清晰度。计算图像清晰度的方法有很多种，本发明在此提供一种较佳的算法实现。

首先将画面分成N清晰度评价区域，每个清晰度评价区域定义权重值为W_n。然后通过四个方向的Sobel梯度算子计算每个清晰度评价区域的清晰度评价值，再对每个清晰度评价画面的清晰度值按照对应的权重做加权求和得到整个画面的清晰度评价值。其中四个方向的Sobel梯度算子如下：

0度的梯度算子：

45度的梯度算子：

90度的梯度算子：

135度的梯度算子：

基于该算子的清晰度评价值计算方法如下：基于上述五个公式计算出清晰度评价区域内每个像素点f(x,y)的梯度值G_x,y。如果梯度值G_x,y大于指定阀值G^T，则认为像素点f(x,y)为边缘点，计算所有边缘点的梯度值之和，定义为该区域的清晰度评价值C_n。总的清晰度评价值定义为：

$C=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_n\×C_n$

在获得图像清晰度之后，将图像清晰度值输出给列表整理单元。列表整理单元会将该清晰度与清晰度列表中记录的最低清晰度值进行比较，如果两者之间的差值大于一个预定的插入阈值时，将该清晰度值按照高低顺序插入到列表中。清晰度列表是一个固定长度的列表，插入新的清晰度值之后，显然原来的最低清晰度值会被挤出该列表。初始的时候，由于清晰度列表中没有任何数据，假设清晰度列表可以保存50个清晰度值。那么前50帧图像的清晰度值会被插入列表中，因为最低值为0。

仍然以清晰度列表长度是50为例，以清晰度列表是一个数组为例，其第1-50个清晰度值在其中按照从高到低进行排列。清晰度列表在本发明中相当于清晰等级的评价依据，而且清晰度列表本身需要不断地进行更新，使得其作为评价依据更加合理。在一种优选的方式中，如果当前一帧图像的清晰度值没有被插入到清晰度列表中，则其对应的清晰等级默认为不清晰级；如果当前一帧图像的清晰度值被插入到数组中第11-50位时，则其对应的清晰等级为次清晰级；如果当前清晰度值被插入到数组中前10位时，则其对应的清晰等级为清晰级。以上是将清晰列表从高到低分为两组，当然可以分为更多组，每一组均唯一对应一个清晰等级，这样用户在对焦操作的过程中其可以更加直观地感受到清晰度的不断变化。

确定清晰等级之后就可以输出对应的提示信号给用户，比如通过不同的声音提示来对应到不同的清晰等级，这样用户就可以直观地知道其当前对焦结果是什么样的清晰等级。由于清晰度评价单元的采集间隔很小，因此，用户在调整过程中几乎是实时地得到相应的清晰等级的提示。以上通过实例来描述的本发明优选方式中的基本实现过程，其原理是在用户手工调整对焦时不断地采集图像评价清晰度，并进行列表整理，最终给用户直观的等级提示。以下进一步说明其原理以及投入实际使用中的各种优化手段。

如前所述，在辅助对焦模式启动时，清晰度列表中没有任何清晰度值，前50帧图像的清晰度值都会被保存在清晰度列表中。此时将对应的清晰等级输出给用户，这样的输出可能是不准确的。也就是说如果不做任何优化处理，就需要通过产品手册等方式来告知用户，在辅助对焦模式启动后的最初一两秒内的清晰等级输出是不可靠的。为了提升用户体验，本发明一种优选实施方式中，在启动辅助对焦模式的时候，同时启动一个定时器，比如3秒，在3秒之内虽然获得了很多图像的清晰等级，但暂时并不输出，相当于给输出加了一个抑制开关，只有定时器超时的时候这个输出抑制开关才闭合，以允许清晰等级输出。定时器超时后再输出清晰度的等级，其可靠性大大提高。用户可以不断参考清晰等级输出来调整对焦按钮直到其获得满意的结果。通常情况下，满意的结果意味着获得最清晰等级的输出。当然用户可能对清晰级的输出就已经感到满意了，本发明同样可以支持用户的选择，后续将进一步讲解。

如前所述，在优选的方式中，为了提升用户使用体验，本发明引入了插入阈值，其可以协助用户更方便地操作对焦过程。如果当前清晰度值与列表中第50位的清晰度值相比只有非常少的提高，插入清晰度列表会使得清晰度列表中每个清晰度值之间的差距很小，连续性太高，容易导致输出结果不可靠。比如说，如果用户在手动对焦调整拨杆的过程中在一个比较清晰的位置停顿了一小段时间，比如说2秒。如果没有插入阈值的话，在这段时间内将有大量非常接近的清晰度值被插入到清晰度列表里面。用户停顿完毕再调整的时候很可能会发现当前清晰等级立刻下降。因为根据前述的对比方式，再次调整之后的清晰度值虽然本身还比较高，但可能已经小于清晰度列表中最小清晰度值了，因此清晰度等级会突然下降为不清晰状态，哪怕用户只是调整幅度非常小。相应地，用户再次找寻找到清晰的位置就会有些困难。

在清晰等级的输出上，除了可以采用前述的不同声音提示对应不同清晰等级之外，本发明还可以使用摄像机其他器件进行本地输出，比如说采用摄像机自带的光学器件，比如LED灯或其他发光器件输出光提示信号。在实现上可以使用不同颜色的输出光线来表示不同清晰等级，甚至可以使用颜色相同但闪烁频率不同的输出光线来表示不同清晰等级。使用摄像机自身器件来输出清晰等级的优势非常明显。用户可以更加直观地获得从其正在操作的摄像机上输出提示，不需要其他用户协助配合。当然本发明也允许用户从显示器(比如便携式计算机)等其他器件上获得提示，只不过这种方式的适用范围没有本地输出更广泛，但其效果与现有技术相比仍然有很大的进步。

在用户获得最清晰等级的输出提示之后，用户可以停止对焦操作。相应地，用户可以手工的方式，比如再次点击模式按钮来退出辅助对焦模式。当然本发明可以支持自动退出模式。在清晰度列表中，如果前10个清晰度值(对应清晰等级)中最高与最低的差距非常小的时候，并且小于该停止阈值时，这可以说明经过用户反复调整之后，这个区间的清晰度是非常理想且稳定的。此时一旦一个清晰等级落入到该区间时，列表整理单元可以立刻通知提示输出单元输出一个特别的提示信号，来告知用户当前已经调整到最佳状态即将退出辅助对焦模式，然后停止辅助对焦过程，程序退出，等待用户再次手动启动辅助对焦模式。

进一步来说，本发明还可以根据场景进行进一步优化处理，在一种优选的实施方式中，所述装置进一步包括场景检测单元，用于检测摄像机场景。当场景检测单元确定当前场景从运动场景转变为静止场景时，清空所述清晰度列表。在运动场景下的清晰度评价其并无太大的意义，因为图像画面发生变化时，对应的清晰度也会相应发生变化，也就是说即便用户停对焦操作过程，清晰度值还在不停地变化，甚至是很大幅度的变化。清空清晰度列表之后在静止场景下进行评价和输出才更为合理。对应静止场景来说，又可以区分为白天场景和夜晚场景。所谓白天场景和夜晚场景并不是严格按照时间进行区分的，其主要是按照光照度进行区分的，有可能在白天时间里由于天气状况恶劣而呈现出夜晚场景，在夜晚时间里也可能因为特殊的补充照明而呈现出白天场景。对于场景的检测可以参考各种已有进行实现。举例来说，对于运动场景的检测，可以采用计算前后帧图像对应像素点的亮度变化来实现，并统计亮度变化超过一定阀值的像素点数目，只有当满足条件的像素点总数超过指定阀值，才定义场景产生运动，反之则认为没有产生运动。假设当前有两帧图像P1和P2，运动检测算法可以针对每个像素点分别计算P2帧和P1帧间的亮度差：Ldiff_x,y＝L2_x,y-L1_x,y，其中L2_x,y是帧P2对应像素点的亮度，L1_x,y是帧P1对应像素点的亮度。统计Ldiff_x,y大于阀值Ld1的像素点的数目S1，如果S1大于阀值S max，则认为当前场景有运动。

进行白天和夜晚场景的区分，可以让本发明有更强的适应性。在白天场景下，由于图像画面纹理较为清晰，清晰度变化会比较大；而夜晚由于画面纹理较为模糊，清晰度变化会比较小。这会对辅助对焦过程产生影响。针对这样的情况，本发明场景检测单元根据检测到的夜晚或白天场景对应设置插入阈值。在白天场景下，该插入阈值使用较高的插入阈值，而在夜晚场景下，则使用较低的插入阈值。

本发明采用智能化的处理机制来辅助用户的手动对焦操作过程，使得用户手动对焦操作变得更加简单，甚至单个用户也可以完成操作，并且对焦结果的可靠性更高，尤其适用于监控系统中应用。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种辅助对焦装置，应用于摄像机上，用于辅助用户的手动对焦操作，该装置包括：模式检测单元、清晰度评价单元、列表整理单元以及提示输出单元，其特征在于：

模式检测单元，用于在检测到辅助对焦启动事件时通知清晰度评价单元；

清晰度评价单元，用于在收到该通知后，按照预定时间间隔获取摄像机输出的图像，并计算获取到的当前图像的清晰度值；

列表整理单元，用于将该当前图像的清晰度值与清晰度列表中保存的清晰度值进行对比，根据对比结果获取该清晰度值在列表中对应的清晰等级；并判断该清晰度值是否符合预定的插入条件，如果是则将该清晰度值插入到该清晰度列表中；

提示输出单元，用于根据该清晰等级输出对应的提示信号；

所述清晰度列表为固定长度，包括若干清晰度值，所述列表整理单元进一步用于按照清晰度值高低将清晰度列表中的清晰度值进行排列；所述若干清晰度值按照大小被分成至少两等级组，每个等级组均有唯一对应的清晰等级，所述列表整理单元在进行对比时确定当前图像清晰度值对应的等级组，并根据等级组确定该当前图像的清晰等级。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述提示信号为摄像机自身器件输出的声音或者光提示信号。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述列表整理单元进一步用于在当前图像的清晰度值小于该清晰度列表中最小清晰度值时，将预设的默认清晰等级作为当前图像的清晰等级。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模式检测模块进一步用于在检测到辅助对焦启动事件时启动一个定时器，所述提示输出模块进一步用于在所述定时器超时的时候输出对应的提示信号。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定的插入条件包括：当前图像的清晰度值与清晰度列表中最小清晰度值之间差值不小于预设的插入阈值。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述列表整理单元进一步用于在确定当前图像的清晰等级为最高清晰等级时进一步判断该等级组中最大清晰度值与最小清晰度值之间的差值是否不大于预设的停止阈值，如果是则通知提示输出单元，然后退出辅助对焦模式；

提示输出单元，进一步用于根据列表整理单元的通知输出对应的提示信号，该提示信号用以告知用户摄像机即将退出辅助对焦模式。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

场景检测模块，用于在摄像机采集的画面从运动场景转变为静止场景时清空所述清晰度列表。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，场景检测模块进一步用于在摄像机采集的画面为白天场景或夜晚场景时，将插入阈值设定为与白天场景或夜晚场景对应的插入阈值，其中白天场景对应的插入阈值大于夜晚场景对应的插入阈值。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述提示信号为摄像机外接显示器的OSD信号。