CN103747179B - 一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法，包括如下步骤：S101、在启动变倍前自动聚焦成功并读取聚焦成功的变焦电机位置和聚焦电机位置，根据所述变焦电机位置和聚焦电机位置计算出初始物距，将初始物距作为当前跟踪物距，然后执行步骤S102；S102、选择对焦曲线群中与当前跟踪物距相应的对焦曲线作为跟踪曲线，驱动变焦电机与聚焦电机按照跟踪曲线进行物距跟踪；S103、微调跟踪的物距，启动从广角端到长焦端的变倍放大过程，并生成与微调后的跟踪物距相应的聚焦评价值，根据聚焦评价值修正当前跟踪物距，将修正后的跟踪物距作为新的当前跟踪物距，然后返回步骤S102。本发明还公开一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统。

Description

一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法及系统

技术领域

本发明涉及视频图像的获取控制技术领域，尤其涉及一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法及系统。

背景技术

随着安防监控、电视摄录等技术领域对获取视频的质量要求越来越高，相应地对成像设备的图像采集的灵活性也有更高的要求。因此，除了对分辨率、色彩等相关视频参数的硬性要求以外，摄像机灵活变倍、自动聚焦等技术也成为越来越普及的应用，尤其在安防监控和电视摄像领域。

伴随着电动变倍和自动聚焦技术的成熟，如何保持变倍过程中图像依然清晰成为一项关键技术，该技术直接关系到摄像机获取视频的质量。目前大多数的算法在变倍放大时面临着在广角端一个位置对应多条曲线的难题，无法选择正确的跟踪曲线。具体地，请参阅图1，是对焦曲线图，对焦曲线群即是描述各种物距下聚焦清晰时，变焦电机跟聚焦电机的位置与对应物距的映射曲线图，由于如图1所示的曲线群在广角端由于大景深导致密集而重合，故在此时变倍‐聚焦位置跟物距不呈一一对应的映射关系，而是一个变倍‐聚焦位置对应多条曲线，曲线呈现喇叭形状，在广角端曲线的误差，跟踪到长焦区域时，误差将被放大，直接表现就是图像的严重失焦。

当前技术层面，电动变焦镜头组合微控制器以及视频处理模块能为电动变倍和自动聚焦提供硬件基础。但几乎所有的聚焦技术均是在变倍完成以后视野稳定的条件下完成的。而在变倍过程中，自动聚焦功能不启动，因为正常的聚焦是在固定的视野(无变倍)调节聚焦电机的位置，然后比较聚焦值，值最大的点就是聚焦清晰的点，但变倍跟踪时，由于视野也在变化，变量不唯一，前后的聚焦值不具有直接的可比性，故而聚焦有难度，即使启动也不能保证聚焦清晰，因此要另外实现一项变倍跟踪功能，让聚焦电机随着变倍电机微调。

变倍跟踪技术在实际的监控摄像中主要应用在以下几种场景：

1、安防领域中的快球、云台、一体机等可变倍的摄像机在光学变倍放大去获取和识别目标物体的过程中时，没有变倍跟踪，变倍过程中一团模糊，如果等变倍完成后再聚焦，目标可能已经改变，易造成监控的漏洞。

2、可变倍的摄像机处于自动巡视过程中时，此时摄像机可能处于频繁的变倍与转动之中，没有变倍跟踪则大部分时间视频处于模糊状态，失去了巡视的意义。

3、电视电影摄录过程中，场景的远近切换处于常态，因此摄像机经常处于变倍过程中，没有变倍跟踪则过程模糊，无法获取良好的视觉体验效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法，包括如下步骤：S101、在启动变倍前自动聚焦成功并读取聚焦成功的变焦电机位置和聚焦电机位置，根据所述变焦电机位置和聚焦电机位置计算出初始物距，将初始物距作为当前跟踪物距，然后执行步骤S102，其中，对焦曲线群记载有在各种物距下聚焦清晰时，变焦电机与聚焦电机的位置对应关系；S102、选择对焦曲线群中与当前跟踪物距相应的对焦曲线作为跟踪曲线，驱动变焦电机与聚焦电机按照跟踪曲线进行物距跟踪；S103、微调跟踪的物距，启动从广角端到长焦端的变倍放大过程，并生成与微调后的跟踪物距相应的聚焦评价值，根据聚焦评价值修正当前跟踪物距，将修正后的跟踪物距作为新的当前跟踪物距，然后返回步骤S102。

本发明采用的另一个技术方案是：

提供一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统，包括电动变焦镜头、图像传感器、主控制模块、以及与主控制模块分别电连接的ISP模块和电机驱动模块，所述电动变焦镜头包括聚焦镜头、变焦镜头、驱动聚焦镜头位置的聚焦电机以及驱动控制变焦镜头位置的变焦电机，所述主控制模块包括：初始物距设定单元，用于在启动变倍前控制电机驱动模块驱动电动变焦镜头自动聚焦成功并读取聚焦成功的变焦电机位置和聚焦电机位置，根据所述变焦电机位置和聚焦电机位置计算出初始物距，将初始物距作为当前跟踪物距，然后通知下述跟踪单元执行操作，其中，对焦曲线群记载有在各种物距下聚焦清晰时，变焦电机与聚焦电机的位置对应关系；跟踪单元，用于选择对焦曲线群中与当前跟踪物距相应的对焦曲线作为跟踪曲线，驱动变焦电机与聚焦电机按照跟踪曲线进行物距跟踪；以及物距修正单元，用于微调跟踪的物距，通过控制电机驱动模块启动从广角端到长焦端的变倍放大过程，并调用ISP模块生成与微调后的跟踪物距相应的图像传感器获取图像的聚焦评价值，根据聚焦评价值修正当前跟踪物距，将修正后的跟踪物距作为新的当前跟踪物距，然后通知跟踪单元执行操作。

本发明的基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法及系统，采用电机微调法，在变倍过程中随着变焦电机位置不断微调聚焦电机的位置，具体地址，通过一种聚焦评价值反馈算法，判断物距的调节方向，不断微调对焦曲线，最终选择正确的对焦曲线保证变倍跟踪成功，从而逐步找到正确的物距，保证跟踪成功，实现变倍全程清晰。

附图说明

图1是对焦曲线图；

图2是本发明一实施方式中一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统的系统框图；

图3是图2中主控制模块的功能模块图；

图4是图3中物距修正单元的功能模块图；

图5是基于对焦曲线的物距修正原理图；

图6是正确物距对应理论曲线与实际电机运转曲线的示意图；

图7是本发明一实施方式中一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法的执行流程图；

图8是图7中步骤S103的实现方法的执行流程图。

主要元件符号说明

基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统 100

电动变焦镜头 10

图像传感器 20

主控制模块 30

ISP模块 40

电机驱动模块 50

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图2，是本发明一实施方式中一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统的系统框图。该基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统100包括电动变焦镜头10、图像传感器20、主控制模块30、以及主控制模块30分别电连接的ISP模块40和电机驱动模块50。其中，该基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统100可以集成于一摄像机中，也可以通过分立装置连接构成。

所述电动变焦镜头10包括聚焦镜头、变焦镜头、驱动聚焦镜头位置的聚焦电机以及驱动控制变焦镜头位置的变焦电机。具体地，电机转动时，分别可控制变焦镜头和聚焦镜头的前进和后退，从而控制变焦和聚焦；并且，厂家提供准确的对焦曲线，请参阅图1，是对焦曲线图，对焦曲线群即是描述各种物距下聚焦清晰时，变焦电机跟聚焦电机的位置对应与物距的映射曲线图。

所述图像传感器20用于获取视频图像，可以是CCD或者是COMS。所述 ISP模块40用于对图像传感器20获取的图像进行各种处理，包括但不仅限于获取聚焦评价值。所述主控制模块30是系统的核心控制模块，可以是单片机或是其它控制功能器件，作用包括但不仅限于对电机驱动模块50的控制。电机驱动模块 50为电机驱动芯片，用于根据主控制模块的控制对变焦电机和聚焦电机的运转方向、步数、速度进行精确驱动。

下面，在上述基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统100适用的前提下，对本发明的技术方案进行详细阐述。

请参阅图3，是图2中主控制模块的功能模块图。所述主控制模块30包括初始物距设定单元、跟踪单元、以及物距修正单元。

初始物距设定单元用于在启动变倍前控制电机驱动模块50驱动电动变焦镜头自动聚焦成功并读取聚焦成功的变焦电机位置和聚焦电机位置，根据所述变焦电机位置和聚焦电机位置计算出初始物距，将初始物距作为当前跟踪物距，然后通知下述跟踪单元执行操作，其中，对焦曲线群记载有在各种物距下聚焦清晰时，变焦电机与聚焦电机的位置对应关系。

跟踪单元用于选择对焦曲线群中与当前跟踪物距相应的对焦曲线作为跟踪曲线，驱动变焦电机与聚焦电机按照跟踪曲线进行物距跟踪。

物距修正单元用于微调跟踪的物距，通过控制电机驱动模块50启动聚焦电机从广角端到长焦端的变倍放大过程，并调用ISP模块40生成与微调后的跟踪物距相应的图像传感器20获取图像的聚焦评价值，根据聚焦评价值修正当前跟踪物距，将修正后的跟踪物距作为新的当前跟踪物距，然后通知跟踪单元执行操作。

请一并参阅图4、图5，图4是图3中物距修正单元的功能模块图，图5是基于对焦曲线的物距修正原理图。其中，所述物距修正单元具体包括：生成子单元、第一微调子单元、第一变焦及生成子单元、第二微调子单元、第二变焦及生成子单元、计算子单元、判断子单元、修正子单元。

生成子单元用于设定当前跟踪物距为第一跟踪物距为S1，在第一聚焦位置点为P1时，调用ISP模块40生成此时的图像传感器20获取图像的第一聚焦评价值F1；第一微调子单元用于在第一聚焦位置点P1将第一跟踪物距S1减去一预设正差值ΔS得到第二跟踪物距S2，设定第二跟踪物距S2为微调后的跟踪物距；第一变焦及生成子单元用于根据第二跟踪物距S2的对焦曲线控制电机驱动模块驱动变焦电机往长焦方向走第一步长N1步到第二聚焦位置点P2，调用ISP处理模40生成此时的图像传感器20获取图像的第二聚焦评价值F2；第二微调子单元用于在第二聚焦位置点P2改变跟踪物距到所述第一跟踪物距为S1；第二变焦及生成子单元，用于根据第一跟踪物距S1的对焦曲线驱动变焦电机往长焦方向走第二步长N2步到第三聚焦位置点P3，调用ISP模块40生成此时的图像传感器20获取图像的第三聚焦评价值F3。

计算子单元用于计算当按第一跟踪物距S1的对焦曲线跟踪时，在第一聚焦位置点P1与第三聚焦位置点P3之间的原第二聚焦位置点P2'的原聚焦评价值 F2'。

其中，由于电机的运转带动镜头移动，光学系统的变化实际是一个连续过程，由此连续性我们可以根据S1的对焦曲线上的点P1、点P3估算出点P2'的聚焦评价值F2'。在N1和N2均较小的情况下，由近似比例关系我们可以推导出：

(F3-F2')/(F2'-F1)＝N2/N1；

于是，得到F2'的计算公式如下：

F2'＝(N1×F3+N2×F1)/(N1+N2)；

判断子单元用于判断第二聚焦评价值F2是否大于原聚焦评价值F2'；重设定子单元用于当所述判断子单元的判定结果为否时，将S1加上预设正差值ΔS 设为新的当前物距，然后通知所述跟踪单元执行操作，即，如果F2<F2'，则说明第一跟踪物距S1的曲线比较接近实际的曲线，接下来选择物距S1+ΔS对应的曲线，重复执行跟踪单元的上述动作。

修正子单元用于当所述判断子单元的判定结果为是时，将第二跟踪物距S2 设定为新的当前跟踪物距，然后通知所述跟踪单元执行操作。即，如果F2>F2'，则说明第二跟踪物距S2曲线比第一跟踪物距S1曲线更接近实际物距，调节应该是按从S1向S2的方向，接下来跟踪第二跟踪物距S2曲线。

通过变倍过程中上述方案的执行，使电机的实际运转曲线始终在正确物距所对应的曲线左右波动，如图6所示，图6是正确物距对应理论曲线与实际电机运转曲线的示意图，图中细线为正确物距对应的理论曲线，粗线为实际的电机运转曲线。

请参阅图7，是本发明一实施方式中一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法的执行流程图。该基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法应用于上述基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统中。该基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法包括如下步骤：

S101、在启动变倍前自动聚焦成功并读取聚焦成功的变焦电机位置和聚焦电机位置，根据所述变焦电机位置和聚焦电机位置计算出初始物距，将初始物距作为当前跟踪物距，然后执行步骤S102，其中，对焦曲线群记载有在各种物距下聚焦清晰时，变焦电机与聚焦电机的位置对应关系；

S102、选择对焦曲线群中与当前跟踪物距相应的对焦曲线作为跟踪曲线，驱动变焦电机与聚焦电机按照跟踪曲线进行物距跟踪；

S103、微调跟踪的物距，启动从广角端到长焦端的变倍放大过程，并生成与微调后的跟踪物距相应的聚焦评价值，根据聚焦评价值修正当前跟踪物距，将修正后的跟踪物距作为新的当前跟踪物距，然后返回步骤S102。

请参阅图8，是图7中步骤S103的实现方法的执行流程图。其中，所述步骤S103具体包括如下步骤：

S301、设定当前跟踪物距为第一跟踪物距，在第一聚焦位置点为P1时，生成此时的第一聚焦评价值F1；

S302、在第一聚焦位置点P1将第一跟踪物距减去一预设正差值得到第二跟踪物距，设定第二跟踪物距为微调后的跟踪物距；

S303、根据第二跟踪物距的对焦曲线驱动变焦电机往长焦方向走第一步长N1步到第二聚焦位置点P2，生成此时的第二聚焦评价值F2；

S304、在第二聚焦位置点P2改变跟踪物距到所述第一跟踪物距，根据第一跟踪物距的对焦曲线驱动变焦电机往长焦方向走第二步长N2步到第三聚焦位置点P3，生成此时的第三聚焦评价值F3；

S305、计算当按第一跟踪物距的对焦曲线跟踪时，在第一聚焦位置点P1与第三聚焦位置点P3之间的原第二聚焦位置点P2'的原聚焦评价值F2'，计算公式如下：

F2'＝(N1×F3+N2×F1)/(N1+N2)；

S306、判断第二聚焦评价值F2是否大于原聚焦评价值F2'，若是，执行步骤S307，若否，执行步骤S308；

S307、将第二跟踪物距设定为新的当前跟踪物距，然后返回步骤S102；

S308、将第一跟踪物距加上预设正差值设为新的当前跟踪物距，然后返回步骤S102。

本发明的基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法及系统，采用电机微调法，在变倍过程中随着变焦电机位置不断微调聚焦电机的位置，具体地址，通过一种聚焦评价值反馈算法，判断物距的调节方向，不断微调对焦曲线，最终选择正确的对焦曲线保证变倍跟踪成功，从而逐步找到正确的物距，保证跟踪成功，实现变倍全程清晰。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101、在启动变倍前自动聚焦成功并读取聚焦成功的变焦电机位置和聚焦电机位置，根据所述变焦电机位置和聚焦电机位置计算出初始物距，将初始物距作为当前跟踪物距，然后执行步骤S102，其中，对焦曲线群记载有在各种物距下聚焦清晰时，变焦电机与聚焦电机的位置对应关系；

S102、选择对焦曲线群中与当前跟踪物距相应的对焦曲线作为跟踪曲线，驱动变焦电机与聚焦电机按照跟踪曲线进行物距跟踪；

S103、微调跟踪的物距，启动从广角端到长焦端的变倍放大过程，并生成与微调后的跟踪物距相应的聚焦评价值，根据聚焦评价值修正当前跟踪物距，将修正后的跟踪物距作为新的当前跟踪物距，然后返回步骤S102；

所述步骤S103具体包括如下步骤：

S301、设定当前跟踪物距为第一跟踪物距，在第一聚焦位置点为P1时，生成此时的第一聚焦评价值F1；

S302、在第一聚焦位置点P1将第一跟踪物距减去一预设正差值得到第二跟踪物距，设定第二跟踪物距为微调后的跟踪物距；

S303、根据第二跟踪物距的对焦曲线驱动变焦电机往长焦方向走第一步长N1步到第二聚焦位置点P2，生成此时的第二聚焦评价值F2；

S304、在第二聚焦位置点P2改变跟踪物距到所述第一跟踪物距，根据第一跟踪物距的对焦曲线驱动变焦电机往长焦方向走第二步长N2步到第三聚焦位置点P3，生成此时的第三聚焦评价值F3；

S305、计算当按第一跟踪物距的对焦曲线跟踪时，在第一聚焦位置点P1与第三聚焦位置点P3之间的原第二聚焦位置点P2'的原聚焦评价值F2'，计算公式如下：

F2'＝(N1×F3+N2×F1)/(N1+N2)；

S306、判断第二聚焦评价值F2是否大于原聚焦评价值F2'，若是，执行步骤S307，若否，执行步骤S308；

S307、将第二跟踪物距设定为新的当前跟踪物距，然后返回步骤S102；

S308、将第一跟踪物距加上预设正差值设为新的当前跟踪物距，然后返回步骤S102。

2.一种基于聚焦评价值反馈调节的变倍跟踪系统，其特征在于，包括电动变焦镜头、图像传感器、主控制模块、以及主控制模块分别电连接的ISP模块和电机驱动模块，所述电动变焦镜头包括聚焦镜头、变焦镜头、驱动聚焦镜头位置的聚焦电机以及驱动控制变焦镜头位置的变焦电机，所述主控制模块包括：

初始物距设定单元，用于在启动变倍前控制电机驱动模块驱动电动变焦镜头自动聚焦成功并读取聚焦成功的变焦电机位置和聚焦电机位置，根据所述变焦电机位置和聚焦电机位置计算出初始物距，将初始物距作为当前跟踪物距，然后通知下述跟踪单元执行操作，其中，对焦曲线群记载有在各种物距下聚焦清晰时，变焦电机与聚焦电机的位置对应关系；

跟踪单元，用于选择对焦曲线群中与当前跟踪物距相应的对焦曲线作为跟踪曲线，驱动变焦电机与聚焦电机按照跟踪曲线进行物距跟踪；

物距修正单元，用于微调跟踪的物距，通过控制电机驱动模块启动从广角端到长焦端的变倍放大过程，并调用ISP模块生成与微调后的跟踪物距相应的图像传感器获取图像的聚焦评价值，根据聚焦评价值修正当前跟踪物距，将修正后的跟踪物距作为新的当前跟踪物距，然后通知跟踪单元执行操作；

所述物距修正单元具体包括：

生成子单元，用于设定当前跟踪物距为第一跟踪物距，在第一聚焦位置点为P1时，调用ISP模块生成此时的图像传感器获取图像的第一聚焦评价值F1；

第一微调子单元，用于在第一聚焦位置点P1将第一跟踪物距S1减去一预设正差值得到第二跟踪物距，设定第二跟踪物距为微调后的跟踪物距；

第一变焦及生成子单元，用于根据第二跟踪物距的对焦曲线控制电机驱动模块驱动变焦电机往长焦方向走第一步长N1步到第二聚焦位置点P2，调用ISP处理模生成此时的图像传感器获取图像的第二聚焦评价值F2；

第二微调子单元，用于在第二聚焦位置点P2改变跟踪物距到所述第一跟踪物距；

第二变焦及生成子单元，用于根据第一跟踪物距的对焦曲线驱动变焦电机往长焦方向走第二步长N2步到第三聚焦位置点P3，调用ISP模块生成此时的图像传感器获取图像的第三聚焦评价值F3；

计算子单元，用于计算当按第一跟踪物距的对焦曲线跟踪时，在第一聚焦位置点P1与第三聚焦位置点P3之间的原第二聚焦位置点P2'的原聚焦评价值F2'，计算公式如下：

F2'＝(N1×F3+N2×F1)/(N1+N2)；

判断子单元，用于判断第二聚焦评价值F2是否大于原聚焦评价值F2'；

重设定子单元，用于当所述判断子单元的判定结果为否时，将第一跟踪物距加上预设正差值设为新的当前跟踪物距，然后通知所述跟踪单元执行操作；

修正子单元，用于当所述判断子单元的判定结果为是时，将第二跟踪物距设定为新的当前跟踪物距，然后通知所述跟踪单元执行操作。