CN104301601B - 一种粗精调结合的红外图像自动调焦方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粗精调结合的红外图像自动调焦方法，根据自动调焦命令控制电机正反向运行，从极限位置开始以较大步长反方向运行，在运行过程中实时计算清晰度评价函数值，在达到最大值时再次以较小步长反向运行，并实时计算清晰度评价函数值，其最大值位置处即为成像最清晰位置。该发明通过不同的电机移动步长实现粗精调相结合，使用两种图像清晰度评价函数进行自动调焦计算，保证红外成像系统快速地将焦距调整到最清晰的位置，达到最佳调焦效果，而且该方法计算量小、实时性强，利于工程化应用，而且能够满足红外成像系统的清晰度要求。
Description
技术领域
本发明属于图像处理领域，具体涉及一种粗精调结合的红外图像自动调焦方法。
背景技术
一幅数字图像的好坏与其清晰度和对比度直接相关，清晰度号的图像包含了比较丰富的细节信息，便于对图像进行相关处理，如图像分割、图像理解和图像跟踪等。图像清晰度的检测方法既是衡量一幅数字图像质量好坏的重要环节，也是实现数字成像系统自动对焦的基础。
目前，常见的图像清晰度评价函数主要包括图像直方图法、能量方差法、平方梯度能量法、熵函数法、频谱函数法、拉普拉斯能量法、高斯方差法、平方高斯梯度法及拉普拉斯-高斯法等多种函数。现在红外成像系统中常用的自动调焦算法多采用单一清晰度评价函数，由于需要平衡红外成像系统的调焦速度和清晰度的要求，难以达到最佳调焦效果。
中国专利申请号201210538743.5公开了一种基于红外图像的自动调焦方法及系统，根据自动调焦命令驱动调焦镜片以一定的步长沿一个方向移动；每移动一个步长，逐帧采集移动窗口的图像数据，并计算该窗口内的红外图像的清晰度，根据计算得到的清晰度判断调焦是否到位，如果调焦已到位，发送调焦结束命令，使调焦镜片不再移动，如果不到位，则驱动调焦镜片沿着该方向继续移动，直至达到调焦极限位置时，如果调焦还是没有到位，驱动该调焦镜片以相同的步长沿着反方向移动；当驱动调焦镜片沿着反方向移动直至调焦到位，如果达到调焦镜片到达该方向的极限位置调焦还不到位时，则发出调焦失败命令，使调焦镜片停止移动。在该方法中计算红外图像的清晰度是通过计算图像梯度的方法来获得的，采用单一清晰度评价函数，由于需要平衡红外成像系统的调焦速度和清晰度的要求，会出现上述所说的难以达到最佳调焦效果的问题。另外，该方法在自动调焦时在原始位置开始沿一个方向移动，如果调焦镜头已经在调焦范围内移动一个循环仍未收到红外图像处理装置发送的自动调焦停止命令，则表示此次自动调焦失败，该调焦方法中驱动电机只按照一个设置的步长移动，没有粗精调结合，无法快速实现调整。
发明内容
本发明的目的是提供一种粗精调结合的红外图像自动调焦方法，以解决现有自动调焦方法采用单一清晰度评价函数难以达到最佳调教效果的问题。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种粗精调结合的红外图像自动调焦方法，该方法包括如下步骤：
（1）根据自动调焦命令控制电机运行至行程其中一个方向的极限位置；
（2）控制电机从该极限位置以第一设定步长向反方向移动，每移动一个步长，采集一帧图像数据，并按照第一设定评价方法计算采集到的红外图像的清晰度评价函数值f(n)；
（3）比较每步采集图像对应的f(n)，保留f(n)的最大值，当f(n)连续2次小于最大值的时候，控制电机停止运动，并开始向该方向的反方向运行；若电机运行至该方向的极限位置时，f(n)仍未满足连续2次小于最大值的条件，则控制电机停止运动，本次调焦结束；
（4）当向该方向的反方向运行时，控制电机以第二设定步长逐步运动，且第二设定步长小于第一设定步长；每移动一个步长，采集一帧图像数据，并按照第二设定评价方法计算采集到的红外图像的清晰度评价函数值f(n)’；
（5）比较每步采集图像对应的f(n)’，记录f(n)’最大值时的电机位置，控制电机运行至该位置后停止运动，本次调焦结束，该位置即为成像最清晰位置。
所述第一设定评价方法采用variance清晰度评价函数，其计算公式为式中，I(x,y)为每一个像素的灰度值，μ为整幅图像灰度值的均值。
第二设定评价方法采用Sobel算子的清晰度评价函数，其计算公式为式中I(x,y)为每一个像素的灰度值，*为卷积运算，Si(i=1,2,3,4)代表4个方向模板，4个方向模板如下：
本发明红外图像自动调焦方法通过不同的电机移动步长实现粗精调相结合，使用两种图像清晰度评价函数进行自动调焦计算，保证红外成像系统快速地将焦距调整到最清晰的位置，达到最佳调焦效果，而且该方法计算量小、实时性强，利于工程化应用，而且能够满足红外成像系统的清晰度要求。
附图说明
图1为本发明粗精调结合的红外图像自动调焦方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图1所述为本发明粗精调结合的红外图像自动调焦方法的流程图，由图可知，该方法包括如下步骤：
（1）根据自动调焦命令控制电机运行至行程其中一个方向的极限位置；
（2）控制电机从该极限位置以第一设定步长向反方向移动，每移动一个步长，采集一帧图像数据，并按照第一设定评价方法计算采集到的红外图像的清晰度评价函数值f(n)；
（3）比较每步采集图像对应的f(n)，保留f(n)的最大值，当f(n)连续2次小于最大值的时候，控制电机停止运动，并开始向该方向的反方向运行；若电机运行至该方向的极限位置时，f(n)仍未满足连续2次小于最大值的条件，则控制电机停止运动，本次调焦结束；
（4）当向该方向的反方向运行时，控制电机以第二设定步长逐步运动，且第二设定步长小于第一设定步长；每移动一个步长，采集一帧图像数据，并按照第二设定评价方法计算采集到的红外图像的清晰度评价函数值f(n)’；
（5）比较每步采集图像对应的f(n)’，记录f(n)’最大值时的电机位置，控制电机运行至该位置后停止运动，本次调焦结束，该位置即为成像最清晰位置。
在确定步骤（5）中f(n)’最大值时，采用如步骤（3）所述的过程，即在当f(n)’连续2次小于最大值的时候，控制电机停止运动，并开始以相同的步长向该方向的反方向运行，达到f(n)’最大值时的电机位置后停止。
本实施例中第一设定评价方法采用variance清晰度评价函数，其计算公式为式中，I(x,y)为每一个像素的灰度值，μ为整幅图像灰度值的均值。
第二设定评价方法采用Sobel算子的清晰度评价函数，其计算公式为式中I(x,y)为每一个像素的灰度值，*为卷积运算，Si(i=1,2,3,4)代表4个方向模板，4个方向模板如下：
由于variance清晰度评价函数的变化幅度较为平缓，与粗调时电机较大的移动步长相匹配，不需要较高的精度，调节速度比较快；而Sobel算子的清晰度评价函数的变化幅度具有一定的尖锐度，与精调时电机较小的移动步长相适应，精度较高。
Claims (3)
1.一种粗精调结合的红外图像自动调焦方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）根据自动调焦命令控制电机运行至行程其中一个方向的极限位置；
（2）控制电机从该极限位置以第一设定步长向反方向移动，每移动一个步长，采集一帧图像数据，并按照第一设定评价方法计算采集到的红外图像的清晰度评价函数值f(n)；
（3）比较每步采集图像对应的f(n)，保留f(n)的最大值，当f(n)连续2次小于最大值的时候，控制电机停止运动，并开始向该方向的反方向运行；若电机运行至该方向的极限位置时，f(n)仍未满足连续2次小于最大值的条件，则控制电机停止运动，本次调焦结束；
（4）当向该方向的反方向运行时，控制电机以第二设定步长逐步运动，且第二设定步长小于第一设定步长；每移动一个步长，采集一帧图像数据，并按照第二设定评价方法计算采集到的红外图像的清晰度评价函数值f(n)’；
（5）比较每步采集图像对应的f(n)’，记录f(n)’最大值时的电机位置，控制电机运行至该位置后停止运动，本次调焦结束，该位置即为成像最清晰位置。
2.根据权利要求1所述的粗精调结合的红外图像自动调焦方法，其特征在于：所述第一设定评价方法采用variance清晰度评价函数，其计算公式为式中，I(x,y)为每一个像素的灰度值，μ为整幅图像灰度值的均值。
3.根据权利要求1或2所述的粗精调结合的红外图像自动调焦方法，其特征
在于：第二设定评价方法采用Sobel算子的清晰度评价函数，其计算公式为
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<mn>2</mn>
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</mrow>
式中I(x,y)为每一个像素的灰度
值，*为卷积运算，Si(i=1,2,3,4)代表4个方向模板，4个方向模板如下：
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