CN106534676A - 面向变焦摄像系统的自动聚焦调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向变焦摄像系统的自动聚焦调节方法，主要解决现有技术自动聚焦精度低、速度慢和鲁棒性较差问题。其技术方案是：1.摄像机在聚焦准备状态结束后进入聚焦调节状态，根据Hi3516C芯片提供的图像清晰度值判断当前图像的离焦状态，进一步根据不同离焦状态确定镜头下一步移动的方向；2.根据镜头变焦值和图像清晰度曲线确定自适应步长；3.按照所确定的镜头移动方向和步长进行自适应步长调节，找到图像清晰度曲线峰值的大概位置；4.在图像清晰度曲线峰值位置附近进行精细峰值调整，将镜头移动到最佳聚焦位置，转入场景监测状态。本发明提升了聚焦精度和鲁棒性，加快了聚焦速度，可用于高清视频会议摄像机的自动聚焦中。

Description

面向变焦摄像系统的自动聚焦调节方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，特别涉及一种自动聚焦调节方法，可用于高清视频会议摄像机的自动聚焦系统中。

背景技术

自动聚焦AF通过调整成像设备自身镜头位置使得感光器件上呈现清晰图像。该技术是计算机视觉和数字成像系统中的关键技术。近年来，自动聚焦在数码相机、显微镜、扫描仪、视频监控、视频会议以及卫星遥感等多种仪器中得到了广泛地应用。与传统光学及测距方式相比，基于图像处理的AF算法因其具有低成本和高精度等优点成为自动聚焦普遍采用的方法。

基于图像处理的自动聚焦系统主要有两个研究重点：图像清晰度函数和自动聚焦AF调节方法。

图像清晰度函数，是反映图像清晰程度的测度函数，图像越清晰，该数值越大。目前提出多种图像清晰度函数计算方法，如基于梯度的方法，基于频域的方法以及基于图像统计信息及自相关函数的方法等。理想的图像清晰度函数应具备无偏性、单峰性、高信噪比和低计算复杂度等特点。

自动聚焦AF调节方法，是通过分析连续几帧图像清晰度值及其变化趋势确定下一帧图像镜头的移动方向和步长，直到找到图像清晰度曲线的峰值。目前普遍使用的AF调节方法有爬山法、单调性法、二分法、Fibonacci搜索法、基于预测思想的搜索方法和自适应步长爬山算法等。AF调节方法决定自动聚焦的精度、速度和鲁棒性。

随着摄像机的发展及对拍摄质量要求的提高，支持变焦的摄像机大范围普及，尤其是面向高清视频会议的摄像机。焦距可变范围从1倍变至10倍、18倍，再到20倍乃至更大。在不同焦距下，自动聚焦图像清晰度曲线是有差异的，即在小倍焦距下，镜头处于广角拍摄状态，此时景深较大，图像清晰度曲线峰值区域呈宽且相对平坦趋势；在大倍焦距下，镜头处于长焦拍摄状态，此时景深较小，图像清晰度曲线大面积平坦，局部出现尖锐峰值。传统的自动聚焦AF调节方法由于没有考虑不同焦距下图像清晰度曲线的不同特点，要消耗大量的聚焦时间，且可能造成错误聚焦和视频质量的反复变化，无法满足高清视频会议摄像机自动聚焦的精度、速度和鲁棒性要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种面向变焦摄像系统的自动聚焦调节方法，以提高聚焦的精度和鲁棒性，减小聚焦时间，从而实现对高清视频会议摄像机性能的提升。

本发明的技术方案是：在Hi3516C芯片的硬件平台上，利用其提供的图像清晰度值，充分考虑变焦摄像系统焦距实时可变的特性，根据不同的焦距确定不同的镜头有效移动范围，可大大缩小镜头的移动范围，从而提高聚焦速度；通过图像清晰度值s判断当前图像的离焦状态，在不同离焦状态使用不同策略来确定下一步镜头移动的方向，保证自动聚焦AF调节方向的准确性；根据小倍镜头下图像清晰度曲线峰值区域呈宽且相对平坦趋势，大倍镜头下图像清晰度曲线大面积平坦且局部出现尖锐峰值的特点，确定不同的自适应步长，以避免找到“假高峰”和反复“跨峰”现象带来视频“虚晃”的感觉，在保证聚焦精度和鲁棒性的前提下再次提高聚焦速度；在找到图像清晰度曲线峰值的大概位置之后，一次正向过峰和一次反向过峰后即确定最佳聚焦位置，避免镜头反复调整。其实现步骤包括如下：

(1)通过摄像机中的Hi3516C芯片获取图像清晰度值s，根据图像清晰度值s判断图像离焦状态，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

若图像清晰度值满足s≤T₁，则表明图像处于重度离焦状态，根据镜头当前位置L_i，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

其中，T₁是图像清晰度第一阈值，取值为T₁＝50；near为镜头靠近成像平面的方向，far为镜头远离成像平面的方向；R为镜头有效移动范围：R＝v_max-v_min；v_min、v_max分别为镜头焦距f对应的镜头有效移动范围的左边界和右边界；

若图像清晰度值满足T₁<s<T₂，则表明图像处于中度离焦状态，根据连续N帧图像清晰度值及其上升和下降次数，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

其中，T₂是图像清晰度第二阈值，取值为T₂＝400；为镜头当前移动方向d_i的反方向；s_i、s_i-1、s_i-2、s_i-3分别为当前帧、前第一帧、前第二帧、前第三帧图像的清晰度值；m为连续N帧图像清晰度值上升次数，n为连续N帧图像清晰度值下降次数；

若图像清晰度值满足s≥T₂，则表明图像处于轻度离焦状态，根据连续3帧图像清晰度值，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

(2)确定自适应步长，进行自适应步长调节：

(2a)根据图像清晰度曲线斜率与其变化趋势，确定增量因子a：

初始设置a＝1，

若图像清晰度曲线斜率满足r_i≤T₃或者r_i-2<r_i-1<r_i，表明图像清晰度曲线斜率呈上升趋势，则a值自增1；

若图像清晰度曲线斜率满足r_i>T₃或者r_i-2>r_i-1>r_i，表明图像清晰度曲线斜率呈下降趋势，则a值自减1，

其中，r_i、r_i-1、r_i-2分别为当前帧、前第一帧、前第二帧与前第三帧图像确定的图像清晰度曲线斜率；T₃是图像清晰度曲线斜率阈值，取值为T₃＝0.3；

(2b)根据摄像机变焦值z、当前图像清晰度曲线斜率r_i和增量因子a，计算自适应步长因子k：

其中，在z≤T₄时限制k的调整区间为[1,6]，在z>T₄时限制k的调整区间为[1,13]，T₄是摄像机变焦阈值，取值为T₄＝3500；

(2c)根据自适应步长因子k确定自适应步长Δ_i+1：

Δ_i+1＝kΔ

其中，Δ为基步长，在z≤T₄时，Δ取值为1，在z>T₄时，Δ取值为2；

(3)对图像清晰度曲线进行精细峰值调整：

(3a)设置s_max＝s_i，其中，s_max表示图像最大清晰度值，s_i为图像清晰度曲线下降起始点的图像清晰度值，即当前图像清晰度值；

(3b)寻找图像清晰度曲线的反向下降沿：按照镜头当前移动方向微调镜头位置，若s_i>s_max，则更新s_max＝s_i，直到满足s_i<s_max为止；

(3c)将镜头移动方向设置为镜头上一步移动方向的反方向，微调镜头位置，直到再次满足s_i<s_max为止；

(3d)将镜头移动至两次峰值间隔的中心位置，自动聚焦调节结束；

(4)摄像机进入场景监测状态进行场景监测，若监测到场景发生变化，则重启新一轮聚焦，否则一直处于场景监测状态。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，本发明在不同离焦状态下使用不同策略确定镜头下一步移动的方向，可以更加准确地确定镜头移动的方向，且考虑到不同焦距对应的镜头有效移动范围不同，减少了镜头移动步数，提高了自动聚焦精度和速度。

第二，本发明在考虑实际场景中图像清晰度曲线会受到旁瓣、噪声甚至是假峰值的影响而出现不可避免的波动影响的前提下，进一步考虑不同焦距下图像清晰度曲线的不同特征，采用自适应步长因子确定最终调节步长，以及在精细峰值调节阶段两次过峰即确定最佳聚焦位置，避免了视频质量的反复变化，有效提高了自动聚焦的精度和鲁棒性，且提高了聚焦速度。

附图说明

图1为现有基于数字图像处理的被动式自动聚焦系统图；

图2为本发明中的自动聚焦AF调节状态转移图；

图3为本发明的实现流程图；

图4为本发明中的镜头移动示意图；

图5为本发明中的自动聚焦图像清晰度曲线示意图；

图6为用本发明对一种典型会议场景的聚焦过程图；

图7为用本发明对图6会议场景自动聚焦的图像清晰度曲线示意图；

图8为用本发明对普通场景和单一场景测试结果图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明作进一步详细描述。

参照图1，在基于数字图像处理的被动式自动聚焦系统中，物体经过变焦镜头在图像传感器上成像。通过Hi3516C芯片对采集到的图像信息进行分析评价，输出图像清晰度值，在此基础上根据自动聚焦AF调节算法合理控制镜头位置，得到质量最佳的图像。

参照图2，本发明的实现步骤如下：

步骤1，调节摄像机镜头，使其进入聚焦调节状态。

在摄像机自动聚焦中，设置三个状态：聚焦准备状态、聚焦调节状态和场景监测状态，通过这三个状态的有序切换保证整个聚焦系统的稳定性，当摄像机云台停止转动后，摄像机的自动聚焦AF首先进入聚焦准备状态，之后进入聚焦调节状态。

参照图3，本步骤的具体实现如下：

(1a)根据摄像机当前变焦值z确定镜头有效移动范围R；

摄像机变焦值z与变焦系统透镜组中凹透镜的位置有关，z的范围为[0,5140]，映射成镜头放大倍数为[1,20]，z值越大，表示镜头的焦距越大，放大倍数越大；

镜头有效移动范围R＝v_max-v_min；v_min、v_max分别为镜头焦距f对应的镜头有效移动范围的左边界和右边界，通过下式确定：

其中，f为摄像机镜头焦距；u_max为摄像机最远的可聚焦点，取值为u_max＝0.5H；H为超焦距，即指当镜头对焦在无穷远时，景深前界到镜头的距离；u_min为摄像机最近的可聚焦点，镜头焦距f越大，u_min越大；

(1b)根据镜头当前位置L_i和镜头有效移动范围位置之间的相对位置关系，确定镜头移动的方向和步长：

若镜头当前位置L_i位于镜头有效移动范围左边界v_min的左边，则镜头移动的方向为靠近左边界的方向；若|v_min-L_i|≥step，则镜头移动步长为step，否则镜头移动步长为|v_min-L_i|；step为最大步长，取值为step＝40；

若镜头当前位置L_i位于镜头有效移动范围右边界v_max的右边，则镜头移动的方向为靠近右边界的方向；若|v_max-L_i|≥step，则镜头移动步长为step，否则镜头移动步长为|v_max-L_i|；

若镜头当前位置L_i位于镜头有效移动范围位置内，则镜头移动步长为0；

(1c)根据镜头移动步长和方向将镜头调整至当前变焦值z对应的镜头有效移动范围内，进入聚焦调节状态。

步骤2，根据不同焦距下图像清晰度值s及其变化趋势设计自适应步长调节方式，将镜头调整至最佳聚焦位置。

参照图4，本步骤的具体实现如下：

(2a)根据高清视频会议摄像机的Hi3516C芯片输出图像清晰度值s，判断相邻两帧图像清晰度值是否发生剧烈变化，若满足|s_i-s_i-1|>T₀，即认为相邻两帧图像清晰度值发生了剧烈变化，调节过程中存在干扰，返回步骤(1a)；否则，执行步骤(2b)；

图像清晰度值s代表图像的清晰程度，该值越大表示图像越清晰。s_i为当前图像的清晰度值，s_i-1为前一帧图像的清晰度值，T₀是图像清晰度变化阈值，取值为T₀＝1000；

(2b)设置图像清晰度第一阈值T₁和第二阈值T₂，判断当前图像的离焦状态：

若s≤T₁，则当前图像处于重度离焦状态；若T₁<s<T₂，则当前图像处于中度离焦状态；若s≥T₂，则当前图像处于轻度离焦状态，其中，T₁＝50，T₂＝400；

(2c)根据不同的离焦状态设计不同的策略，确定镜头下一步移动的方向d_i+1；

本步骤是根据图像所处的离焦状态分别确定：

若图像处于重度离焦状态，则根据镜头当前位置L_i，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

其中，near为镜头靠近成像平面的方向，far为镜头远离成像平面的方向；重度离焦表明镜头距离图像清晰度曲线峰值很远，可直接根据镜头在镜头有效移动范围内的位置判断镜头下一步移动方向；

若图像处于中度离焦状态，则统计连续N帧图像清晰度值s及其上升和下降次数，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

其中，为镜头当前移动方向d_i的反方向；s_i、s_i-1、s_i-2、s_i-3分别为当前帧、前第一帧、前第二帧、前第三帧图像的清晰度值；m为连续N帧图像清晰度值上升次数，n为连续N帧图像清晰度值下降次数；若图像清晰度值满足s_i-3<s_i-2<s_i-1<s_i或者m>4n+2，则表明此时镜头位于图像清晰度曲线的上升沿，镜头下一步移动方向不变；若图像清晰度值满足s_i-3>s_i-2>s_i-1>s_i或者n>4m+2，则表明此时镜头位于图像清晰度曲线的下降沿，将镜头下一步移动方向设置为镜头当前移动方向的反方向；

若图像处于轻度离焦状态，则根据连续3帧图像清晰度值，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

轻度离焦表明镜头距离图像清晰度曲线峰值很近，一旦发现图像清晰度值上升，即满足s_i-2≤s_i-1≤s_i，则认为找到图像清晰度曲线的上升沿，镜头下一步移动的方向不变；一旦发现图像清晰度值下降，即满足s_i-2≥s_i-1≥s，则认为找到图像清晰度曲线的下降沿，将镜头下一步移动方向设置为镜头当前移动方向的反方向；

(2d)确定自适应步长，进行自适应步长调节镜头至图像清晰度曲线峰值附近；

参照图5，本步骤的具体实现如下：

(2d1)设置图像清晰度曲线斜率阈值T₃，根据图像清晰度曲线斜率与其变化趋势，确定增量因子a：

初始设置a＝1，

若图像清晰度曲线斜率满足r_i≤T₃或者r_i-2<r_i-1<r_i，表明图像清晰度曲线斜率呈上升趋势，则增量因子a的值自增1；

若图像清晰度曲线斜率满足r_i>T₃或者r_i-2>r_i-1>r_i，表明图像清晰度曲线斜率呈下降趋势，则增量因子a的值自减1，

其中，r_i为当前帧与前第一帧图像确定的图像清晰度曲线斜率，r_i-1为前第一帧与前第二帧图像确定的图像清晰度曲线斜率，r_i-2为前第二帧与前第三帧图像确定的图像清晰度曲线斜率；T₃＝0.3；

(2d2)设置摄像机变焦阈值T₄，根据摄像机变焦值z、当前图像清晰度曲线斜率r_i和增量因子a，计算自适应步长因子k：

其中，在z≤T₄时限制k的调整区间为[1,6]，在z>T₄时限制k的调整区间为[1,13]，T₄＝3500；

(2d3)设定基步长Δ：

在z≤T₄时，Δ取值为1，在z>T₄时，Δ取值为2；

(2d4)确定最终调整步长Δ_i+1：

Δ_i+1＝kΔ

(2d5)根据镜头移动方向d_i+1和步长Δ_i+1，调节镜头至图像清晰度曲线峰值附近；

(2e)对图像清晰度曲线进行精细峰值调整；

(2e1)设置s_max＝s_i，其中，s_max为最大图像清晰度值，s_i为下降起始点的图像清晰度值，即当前图像清晰度值；

(2e2)寻找图像清晰度曲线的反向下降沿，按照镜头当前移动方向微调镜头位置，若s_i>s_max，则更新s_max＝s_i，直到满足s_i<s_max为止；

(2e3)将镜头移动方向设置为镜头上一步移动方向的反方向，微调镜头位置，直到再次满足s_i<s_max为止；

(2e4)将镜头移动至两次峰值间隔的中心位置，自动聚焦调节结束。

步骤3，摄像机自动聚焦AF进入场景监测状态，如果场景未发生改变，则继续停留在该状态；如果场景发生改变，摄像机自动聚焦AF进一步监测场景变化是否停止，若停止则返回步骤1，重启新一轮聚焦；否则，继续停留在该状态进行监测。

本发明的效果通过以下测试进一步说明：

测试内容1：

选取一种典型会议测试场景用本发明方法进行测试，结果如图6。

从图6可见，初始输出的第一幅图像很模糊，在聚焦过程中，图像逐渐变清晰，直到镜头到达最佳聚焦位置，输出最后一幅图像最清晰，且在整个聚焦过程中视频质量未发生反复变化。

为了进一步验证摄像机聚焦精度，跟踪自动聚焦调节过程中镜头移动的方向与步长，绘制图6中测试场景的自动聚焦调节过程对应的图像清晰度曲线，结果如图7所示。图7中圆点实线代表固定镜头移动方向和步长的清晰度曲线，箭头实线代表AF调节过程中镜头的移动位置。

从图7可见，本发明方法合理控制镜头移动的方向和步长，可迅速将镜头调整至最佳聚焦位置，具有良好的聚焦精度。

测试内容2：

用本发明方法对普通场景及单一场景进行测试，结果如图8。其中8(a)和8(b)分别为普通场景的离焦和对焦状态图像，8(c)和8(d)分别为单一场景的离焦和对焦状态图像。

从图8可见，摄像机无论对普通场景还是对单一场景，皆可有效聚焦，鲁棒性强。

测试内容3：

记录摄像机从聚焦准备状态开始到进入场景监测状态时的帧数frameNum，根据帧率计算自动聚焦AF调节时间T，T＝frameNum/30fps，其中30fps为帧率；在摄像机变焦值z等于0、2500和5000的三个值下各随机选取6组不同场景，用本发明方法测试自动聚焦调节时间，如表1所示。

表1三个倍数下的聚焦时间(单位：秒)

从表1可看出，本发明自动聚焦AF调节方法的平均聚焦时间为0.89秒。其中小倍数下平均聚焦时间为0.6秒，聚焦速度最快；中倍数下平均聚焦时间为0.84秒；大倍数下平均聚焦时间为1.22秒，聚焦速度较慢。其原因为小倍数下镜头有效移动范围较小，可省去电机许多不必要的移动。大倍数下镜头有效移动范围非常宽，尽管使用大步长方法调节，仍需较多时间才能达到聚焦。通过对大量会议场景进行测试统计证明，本发明实时性良好。

以上内容是结合基于Hi3516C芯片的高清视频会议摄像机的聚焦调节方式对本发明所作了详细说明，但本发明不限于上述实施方式。在所属技术领域的普通技术人员所具备的知识范围内，都可能在不背离本发明原理结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，都应当视为属于本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种面向变焦摄像系统的自动聚焦调节方法，包括如下步骤：

(1)通过摄像机中的Hi3516C芯片获取图像清晰度值s，根据图像清晰度值s判断图像离焦状态，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

若图像清晰度值满足s≤T₁，则表明图像处于重度离焦状态，根据镜头当前位置L_i，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

$d_{i+1}=\left\{\begin{array}{cc}far& v_{min}\&le;L_i\&le;v_{\min }+R/3\\ near& v_{max}-R/3\&le;L_i\&le;v_{max}\end{array}\right.$

其中，T₁是图像清晰度第一阈值，取值为T₁＝50；near为镜头靠近成像平面的方向，far为镜头远离成像平面的方向；R为镜头有效移动范围：R＝v_max-v_min；v_min、v_max分别为镜头焦距f对应的镜头有效移动范围的左边界和右边界；

若图像清晰度值满足T₁<s<T₂，则表明图像处于中度离焦状态，根据连续N帧图像清晰度值及其上升和下降次数，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

$d_{i+1}=\left\{\begin{array}{cc}{d}_i& (s_{i-3}<s_{i-2}<s_{i-1}<s_i)\left|\right|(m>4m+2)\\ {\stackrel{\&OverBar;}{d}}_i& (s_{i-3}>s_{i-2}>s_{i-1}>s_i)\left|\right|(n>4m+2)\end{array}\right.$

其中，T₂是图像清晰度第二阈值，取值为T₂＝400；为镜头当前移动方向d_i的反方向；s_i、s_i-1、s_i-2、s_i-3分别为当前帧、前第一帧、前第二帧、前第三帧图像的清晰度值；m为连续N帧图像清晰度值上升次数，n为连续N帧图像清晰度值下降次数；

若图像清晰度值满足s≥T₂，则表明图像处于轻度离焦状态，根据连续3帧图像清晰度值，确定镜头下一步移动的方向d_i+1：

$d_{i+1}=\left\{\begin{array}{cc}{d}_i& s_{i-2}\&le;s_{i-1}\&le;s_i\\ {\stackrel{\&OverBar;}{d}}_i& s_{i-2}\&GreaterEqual;s_{i-1}\&GreaterEqual;s_i\end{array}\right.$

(2)确定自适应步长，进行自适应步长调节：

(2a)根据图像清晰度曲线斜率与其变化趋势，确定增量因子a：

初始设置a＝1，

若图像清晰度曲线斜率满足r_i≤T₃或者r_i-2<r_i-1<r_i，表明图像清晰度曲线斜率呈上升趋势，则a值自增1；

若图像清晰度曲线斜率满足r_i>T₃或者r_i-2>r_i-1>r_i，表明图像清晰度曲线斜率呈下降趋势，则a值自减1，

其中，r_i、r_i-1、r_i-2分别为当前帧、前第一帧、前第二帧与前第三帧图像确定的图像清晰度曲线斜率；T₃是图像清晰度曲线斜率阈值，取值为T₃＝0.3；

(2b)根据摄像机变焦值z、当前图像清晰度曲线斜率r_i和增量因子a，计算自适应步长因子k：

$k=\frac{z}{500}*r_i+a$

其中，在z≤T₄时限制k的调整区间为[1,6]，在z>T₄时限制k的调整区间为[1,13]，T₄是摄像机变焦阈值，取值为T₄＝3500；

(2c)根据自适应步长因子k确定自适应步长Δ_i+1：

Δ_i+1＝kΔ

其中，Δ为基步长，在z≤T₄时，Δ取值为1，在z>T₄时，Δ取值为2；

(3)对图像清晰度曲线进行精细峰值调整：

(3a)设置s_max＝s_i，其中，s_max表示图像最大清晰度值，s_i为图像清晰度曲线下降起始点的图像清晰度值，即当前图像清晰度值；

(3b)寻找图像清晰度曲线的反向下降沿：按照镜头当前移动方向微调镜头位置，若s_i>s_max，则更新s_max＝s_i，直到满足s_i<s_max为止；

(3c)将镜头移动方向设置为镜头上一步移动方向的反方向，微调镜头位置，直到再次满足s_i<s_max为止；

(3d)将镜头移动至两次峰值间隔的中心位置，自动聚焦调节结束；

(4)摄像机进入场景监测状态进行场景监测，若监测到场景发生变化，则重启新一轮聚焦，否则一直处于场景监测状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的镜头有效移动左边界v_min和右边界v_max的确定，是通过下式确定：

$v_{min}=\frac{u_{max}f}{u_{max}-f}$

$v_{max}=\frac{u_{min}f}{min-f}$

其中，f为摄像机镜头焦距；u_max为摄像机最远的可聚焦点，取值为u_max＝0.5H；H为超焦距，即指当镜头对焦在无穷远时，景深前界到镜头的距离；u_min为摄像机最近的可聚焦点，镜头焦距f越大，u_min越大。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2b)中摄像机变焦值z，其与变焦摄像系统透镜组中凹透镜的位置有关，z的范围为[0,5140]，映射成镜头放大倍数为[1,20]，z值越大，表示镜头的焦距越大，放大倍数越大。