CN106896622B - 基于多距离自动对焦的校正方法 - Google Patents

基于多距离自动对焦的校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一基于多距离自动对焦的校正方法，通过粗调和细调相结合的方式，进行大、小步采样，曲线拟合，搜索最清晰位置，并利用镜头的景深表结合当前测试距离的最清晰位置定位其他测试距离的粗调位置，而且采用高帧率小像素参数，对全尺寸图像进行中心区域截取，提高了校正精度，缩短了单个距离的校正时间，同时实现了多距离测试，有效的提升了产品的生产效率。

Description

基于多距离自动对焦的校正方法
技术领域
本发明涉及摄像模组自动对焦校正领域，尤其涉及一基于多距离自动对焦的校正方法，能够实现多距离测试，有效提高产品的生产效率。
背景技术
随着手机摄像模组像素的不断提高，摄像模组的调焦敏感度相应提升，导致人工调焦效率和效果不断下降，为了提高对焦效率，目前手机中已经实现了自动对焦，相应的提高了对焦的效率，但随着科技的不断发展及进步，目前摄像模组对对焦的速度和准确性要求越来越高，由于自动对焦的原理是通过自动移动摄像头使得图像能够清晰成像，因此，在进行自动对焦时，通常拍摄一个清晰的景物大概要花费1s左右的时间，在对焦过程中，搜索清晰点较慢，主要将时间浪费在搜索清晰点上，因此其对焦速度慢。
此外，目前自动对焦(Auto Focus，AF)校正的关键岗位生产效率普遍偏低，且现有校正算法对于AF code校正精度要求较高的产品很难满足其规格，同时，由于在规定时间内满足客户要求的模组数量，且由于现有算法的局限性以及测试距离受限等原因，导致无法达到客户多样化的供货要求。
因此，需要研究一种快速的自动对焦校正算法，即能够实现快速准确地定位，又能减少自动对焦校正时间，实现多距离测试，以提高效率。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一基于多距离自动对焦的校正方法，确保产品能够准确快速地实现多距离测试，有效的提升了产品的生产效率，解决了产线的生产瓶颈。
本发明的一个目的在于提供一基于多距离自动对焦的校正方法，通过粗调和细调相结合的方式来搜索最清晰位置，要求其符合曲线特征，搜索结果准确，用时较少，工作效率较高。
本发明的另一目的在于提供一基于多距离自动对焦的校正方法，采用大步采样和小步采样，使用曲线拟合精确定位微调位置，能够准确地定位最清晰位置。
本发明的另一目的在于提供一基于多距离自动对焦的校正方法，根据镜头景深表及当前测试距离的最清晰位置，将模组移动至下一个测试距离，定位其他距离的粗调位置，以完成多个距离的自动对焦校正。
本发明的另一目的在于提供一基于多距离自动对焦的校正方法，基于硬件配置下进行高帧率图像采集，对全尺寸图像进行中心区域截取，使用高帧率小像素参数，使得采样速率较高，节约时间。
本发明的另一目的在于提供一基于多距离自动对焦的校正方法，校正范围小，校正时间短。
本发明的另一目的在于提供一基于多距离自动对焦的校正方法，马达在其行程范围内进行采样，采样精准，曲线拟合后，采样点符合曲线要求，因此，采样速度较快，精度较高。
本发明的另一目的在于提供一基于多距离自动对焦的校正方法，校正精度得到提高，单个距离的校正时间明显缩短，校正效率较高。
本发明的另一目的在于提供一基于多距离自动对焦的校正方法，能够对最清晰位置进行code自检，可以有效防止环境波动影响AFcode的准确性。
为满足本发明的以上目的以及本发明的其他目的和优势，本发明提供一基于多距离自动对焦的校正方法，包括以下步骤：
(A)高帧率图像制作；
(B)分析镜头光学特性和图像特性，设置当前测试距离的粗调参数和细调参数；
(C)定位最清晰位置；
(D)对最清晰位置进行AFcode自检；以及
(E)对下一个距离进行测试，直至所有距离测试完成。
其中在所述步骤(B)中，根据镜头的光学特性分析当前测试距离的离焦曲线。
在所述步骤(B)中，所述粗调参数包括粗调步长、粗调搜索范围及其相应的粗调区间，所述细调参数包括细调步长、细调搜索范围及其相应的微调区间。
在所述步骤(C)中，采用自动对焦算法定位最清晰位置，包括粗调阶段和细调阶段，其中在粗调阶段，将大步采样点进行曲线拟合，获取粗调最高点作为粗调最清晰位置；在细调阶段，将小步采样点进行曲线拟合，获取细调最高点作为细调最清晰位置。
其中所述步骤(C)包括以下步骤：(C1)固定模组，放置标版；(C2)初始化参数，点亮模组；(C3)马达以粗调步长在粗调范围进行大步抽样点采样；(C4)计算每一步的当前图像的清晰度值并保存；(C5)采样点按序列排列进行曲线拟合得到曲线最高点即粗调最清晰位置；(C6)马达以细调步长在细调范围进行小步抽点采样；(C7)计算每一步的当前图像的清晰度值并保存；(C8)采样点按序列排列进行曲线拟合，得到曲线最高点即最清晰位置。
利用多项式拟合对采样点进行曲线拟合，找到曲线最高点，再以最高点位置+/-粗调采样步长作为微调区间，以微调步长进行采样，其中微调步长设置方式与粗调步长设置一致。
所述步骤(D)包括以下步骤：(D1)将马达驱动至最清晰位置；(D2)计算图像的清晰度值记为mtfmax；(D3)将马达驱动至(最清晰+CodeStandard)位置；(D4)计算图像的清晰度值记为mtf1；(D5)将马达驱动至(最清晰-CodeStandard)位置；(D6)计算图像的清晰度值记为mtf0；(D7)当(mtfmax-mtf0)≥mtfstandard0和(mtfmax-mtf1)≥mtfstandard1时，AFcode自检成功；(D8)当(mtfmax-mtf0)＜mtfstandard0或(mtfmax-mtf1)＜mtfstandard1时，AFcode自检失败；(D9)AFcode自检完成；其中CodeStandard代表AFcode管控标准值；mtfStandard0和mtfStandard1代表mtfmax-mtf0与mtfmax-mtf1的清晰度差值管控标准。
在所述步骤(E)中，根据镜头景深表并结合当前距离的最清晰位置，将模组移动至下一测试距离，进行自动对焦校正，以完成多个距离的自动对焦校正。
利用镜头景深表中物距-位移量的对应关系和所述步骤(C)中得到的当前距离最清晰位置pos1，得到位移量x1μm，根据下一个测试距离的物距和景深表，得到相应测试距离的位移量x2μm，则需要将马达移动(x2-x1)μm的位移偏移量，并根据马达特性得到相应的code值，进而定位不同测试距离的粗调位置。
其中在所述步骤(A)中，基于硬件配置实现高帧率图像采集，对全尺寸图像进行中心区域截取。
其中在帧率参数制作时，以镜头的感光芯片的中心为基准进行小尺寸截取，确保采集帧率控制在15fps以上。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的基于多距离自动对焦的校正方法的粗调步长采样示意图。
图2是根据本发明的上述优选实施例的基于多距离自动对焦的校正方法流程图。
图3是根据本发明的上述优选实施例的基于多距离自动对焦的校正方法中搜索最清晰位置的算法流程图。
图4是根据本发明的上述优选实施例的基于多距离自动对焦的校正方法中AFcode自检流程图。
图5是根据本发明的上述优选实施例的基于多距离自动对焦的校正方法的曲线拟合算法示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
如图1至图5所示，本发明通过高帧率图像制作，使用高帧率小像素尺寸参数对马达行程进行采样设置，并根据镜头光学特性分析和自动对焦算法校正实现多距离快速、准确的测试。
具体包括以下步骤：
(S101)高帧率图像制作；
(S102)根据镜头光学特性分析当前测试距离的离焦曲线；
(S103)设置当前测试距离的粗调参数和细调参数；
(S104)AF校正算法定位当前距离最清晰位置；
(S105)对最清晰位置进行AFcode自检；
(S106)结合当前距离，按照步骤(S103)、(S104)和(S105)进行下一个距离的测试，直至所有距离测试完成。
其中，在所述步骤(S101)中，在高帧率图像制作的过程中，是基于硬件配置实现高帧率图像采集的，即使用高帧率小像素参数，使得总采样时间从传统的4s提高到现在的1.5s左右，大大的节约了时间，提高了采样效率。
具体地，高帧率图像制作时，以感光芯片(sensor)中心为基准进行小尺寸截取，确保采集帧率控制在15fps以上，出图的要求包括亮度正常、无水波纹等。由于目前USB3.0最大传输速度理论上为5G，而实际应用则约为2.5G，对高像素如21M等模组无法实现高帧率图像的输出，全像素输出帧率仅为10帧左右，20个采样点需要4s左右，为实现快速采样图像，对全尺寸图像进行中心区域截取，像素不变，帧率可达30帧，实现高帧率像素传输，20个采样点只需要1.5s左右。
在所述步骤(S102)和(S103)中，根据镜头曲线分布特性，设置当前测试距离的粗调参数和细调参数，其中粗调参数的设置包括确定粗调步长、搜索范围及其相应的粗调区间，细调参数的设置包括确定细调步长、搜索范围及其相应的微调区间，以便于进行粗调和细调。
在所述步骤(S104)中，粗调阶段，将大步采样点进行曲线拟合，获取粗调最高点作为粗调最清晰位置；细调阶段，将小步采样点进行曲线拟合，获取细调最高点作为细调最清晰位置，即为自动对焦(AF)最清晰点。
值得一提的是，大步采样点之间间隔较大，小步采样点之间间隔较小，将大步采样点和小步采样点分别进行曲线拟合后，使得大步采样点和小步采样点均符合其相应的曲线特性，由此可较准确的定位出最清晰位置。
马达在其行程范围内进行采样，如图5中所示的圆点，即为马达在行程范围内的采样点，然后根据所述采样点进行曲线拟合，进而可以找到曲线的峰值，即找到曲线的最高点，作为最清晰位置。由图5中的原始数据曲线和拟合后的曲线可知，如果采用原始数据进行最清晰位置的搜索，则不准确，而本发明采用曲线拟合后，使得寻找最清晰位置的时间大大缩短，效率大幅度提高，并且，寻找到的最清晰位置较为精准，使得自动对焦精度和效率有所提高。
根据采样定理对搜索区间进行大步采样，采样示意图如图1所示，纵坐标是图像清晰度值(其中清晰度值在本发明中实施为MTF值)，横坐标是AFcode值，采样点设置需要满足曲线分布特性，既要包含上升区间，又要包含下降区间，以保证曲线拟合的准确性，进而确保找到的最高点的精度，也保证了最清晰位置的准确性，使得本发明中的自动对焦校正更加精准。其中利用多项式拟合对采样点进行曲线拟合，找到曲线最高点，再以最高点位置+/-粗调采样步长作为微调区间，以微调步长进行采样，其中微调步长设置方式与粗调步长设置一致，最终实现快速准确地定位最清晰点，其中粗调步长的设置方法在下文进行相应的描述。
具体地，采用AF校正算法搜索最清晰位置的方法包括以下步骤：
(S1041)固定模组，放置标版(chart)；
(S1042)初始化参数，点亮模组；
(S1043)马达以粗调步长在粗调范围进行大步抽点采样；
(S1044)计算每一步的当前图像的MTF值并保存；
(S1045)采样点按序列排列进行曲线拟合；
(S1046)得到曲线最高点即粗调最清晰位置；
(S1047)马达以细调步长在细调范围进行小步抽点采样；
(S1048)计算每一步的当前图像的MTF值并保存；
(S1049)采样点按序列排列进行曲线拟合；
(S10410)得到曲线最高点即最终最清晰位置。
在所述步骤(S105)中，对所述最清晰点进行code自检，以防止环境波动影响AFcode的正确性。
AFcode自检的方法包括以下步骤：
(S1051)将马达驱动至最清晰位置；
(S1052)计算图像的MTF值记为mtfmax；
(S1053)将马达驱动至(最清晰+CodeStandard)位置；
(S1054)计算图像的MTF值记为mtf1；
(S1055)将马达驱动至(最清晰-CodeStandard)位置；
(S1056)计算图像的MTF值记为mtf0；
(S1057)当mtfmax-mtf0≥mtfstandard0且mtfmax-mtf1≥mtfstandard1的时候，AFcode自检成功，完成AFcode自检。
(S1058)当mtfmax-mtf0＜mtfstandard0或mtfmax-mtf1＜mtfstandard1的时候，AFcode自检失败，也完成AFcode自检。
其中，Codestandard代表AFcode管控标准值，mtfstandard0和mtfstandard1代表mtfmax-mtf0与mtfmax-mtf1的清晰度差值管控标准。
在所述步骤(S106)中，根据镜头景深表并结合当前距离的最清晰位置，将模组移至下一个测试距离，进行自动对焦校正，其中根据镜头景深表定位其他距离的粗调位置，以完成多个距离的测试。
具体地，粗调步长的设置方法如下：利用镜头景深表中物距-位移量的对应关系和所述步骤(S104)中得到的当前距离最清晰位置pos1，得到位移量x1μm，根据下一个测试距离的物距和景深表，得到相应测试距离的位移量x2μm，则需要将马达移动(x2-x1)μm的位移偏移量，并根据马达特性得到相应的code值，如此可定位不同测试距离的粗调位置。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (20)

1.一基于多距离自动对焦的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
(A)高帧率图像制作，以感光芯片的中心为基准截取全尺寸图像的中心区域；
(B)分析镜头光学特性和图像特性，设置当前测试距离的粗调参数和细调参数；
(C)定位最清晰位置；
(D)对最清晰位置进行AFcode自检；以及
(E)对下一个距离进行测试，直至所有距离测试完成。
2.根据权利要求1所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(B)中，根据镜头的光学特性分析当前测试距离的离焦曲线。
3.根据权利要求2所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(B)中，所述粗调参数包括粗调步长、粗调搜索范围及其相应的粗调区间，所述细调参数包括细调步长、细调搜索范围及其相应的微调区间。
4.根据权利要求1所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(C)中，采用自动对焦算法定位最清晰位置，包括粗调阶段和细调阶段，其中在粗调阶段，将大步采样点进行曲线拟合，获取粗调最高点作为粗调最清晰位置；在细调阶段，将小步采样点进行曲线拟合，获取细调最高点作为细调最清晰位置。
5.根据权利要求2所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(C)中，采用自动对焦算法定位最清晰位置，包括粗调阶段和细调阶段，其中在粗调阶段，将大步采样点进行曲线拟合，获取粗调最高点作为粗调最清晰位置；在细调阶段，将小步采样点进行曲线拟合，获取细调最高点作为细调最清晰位置。
6.根据权利要求3所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(C)中，采用自动对焦算法定位最清晰位置，包括粗调阶段和细调阶段，其中在粗调阶段，将大步采样点进行曲线拟合，获取粗调最高点作为粗调最清晰位置；在细调阶段，将小步采样点进行曲线拟合，获取细调最高点作为细调最清晰位置。
7.根据权利要求4所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中所述步骤(C)包括以下步骤：(C1)固定模组，放置标版；(C2)初始化参数，点亮模组；(C3)马达以粗调步长在粗调范围进行大步抽样点采样；(C4)计算每一步的当前图像的清晰度值并保存；(C5)采样点按序列排列进行曲线拟合得到曲线最高点即粗调最清晰位置；(C6)马达以细调步长在细调范围进行小步抽点采样；(C7)计算每一步的当前图像的清晰度值并保存；(C8)采样点按序列排列进行曲线拟合，得到曲线最高点即最清晰位置。
8.根据权利要求5所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中所述步骤(C)包括以下步骤：(C1)固定模组，放置标版；(C2)初始化参数，点亮模组；(C3)马达以粗调步长在粗调范围进行大步抽样点采样；(C4)计算每一步的当前图像的清晰度值并保存；(C5)采样点按序列排列进行曲线拟合得到曲线最高点即粗调最清晰位置；(C6)马达以细调步长在细调范围进行小步抽点采样；(C7)计算每一步的当前图像的清晰度值并保存；(C8)采样点按序列排列进行曲线拟合，得到曲线最高点即最清晰位置。
9.根据权利要求6所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中所述步骤(C)包括以下步骤：(C1)固定模组，放置标版；(C2)初始化参数，点亮模组；(C3)马达以粗调步长在粗调范围进行大步抽样点采样；(C4)计算每一步的当前图像的清晰度值并保存；(C5)采样点按序列排列进行曲线拟合得到曲线最高点即粗调最清晰位置；(C6)马达以细调步长在细调范围进行小步抽点采样；(C7)计算每一步的当前图像的清晰度值并保存；(C8)采样点按序列排列进行曲线拟合，得到曲线最高点即最清晰位置。
10.根据权利要求4至9任一所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中利用多项式拟合对采样点进行曲线拟合，找到曲线最高点，再以最高点位置+/-粗调采样步长作为微调区间，以微调步长进行采样，其中微调步长设置方式与粗调步长设置一致。
11.根据权利要求1至9任一所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中所述步骤(D)包括以下步骤：(D1)将马达驱动至最清晰位置；(D2)计算图像的清晰度值记为mtfmax；(D3)将马达驱动至(最清晰+CodeStandard)位置；(D4)计算图像的清晰度值记为mtf1；(D5)将马达驱动至(最清晰-CodeStandard)位置；(D6)计算图像的清晰度值记为mtf0；(D7)当(mtfmax-mtf0)≥mtfstandard0和(mtfmax-mtf1)≥mtfstandard1时，AFcode自检成功；(D8)当(mtfmax-mtf0)＜mtfstandard0或(mtfmax-mtf1)＜mtfstandard1时，AFcode自检失败；(D9)AFcode自检完成；其中CodeStandard代表AFcode管控标准值；mtfStandard0和mtfStandard1代表mtfmax-mtf0与mtfmax-mtf1的清晰度差值管控标准。
12.根据权利要求1至9任一所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(E)中，根据镜头景深表并结合当前距离的最清晰位置，将模组移动至下一测试距离，进行自动对焦校正，以完成多个距离的自动对焦校正。
13.根据权利要求10所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(E)中，根据镜头景深表并结合当前距离的最清晰位置，将模组移动至下一个测试距离，进行自动对焦校正，以完成多个距离的自动对焦校正。
14.根据权利要求11所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(E)中，根据镜头景深表并结合当前距离的最清晰位置，将模组移动至下一个测试距离，进行自动对焦校正，以完成多个距离的自动对焦校正。
15.根据权利要求12所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中利用镜头景深表中物距-位移量的对应关系和所述步骤(C)中得到的当前距离最清晰位置pos1，得到位移量x1μm，根据下一个测试距离的物距和景深表，得到相应测试距离的位移量x2μm，则需要将马达移动(x2-x1)μm的位移偏移量，并根据马达特性得到相应的code值，进而定位不同测试距离的粗调位置。
16.根据权利要求13所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中利用镜头景深表中物距-位移量的对应关系和所述步骤(C)中得到的当前距离最清晰位置pos1，得到位移量x1μm，根据下一个测试距离的物距和景深表，得到相应测试距离的位移量x2μm，则需要将马达移动(x2-x1)μm的位移偏移量，并根据马达特性得到相应的code值，进而定位不同测试距离的粗调位置。
17.根据权利要求14所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中利用镜头景深表中物距-位移量的对应关系和所述步骤(C)中得到的当前距离最清晰位置pos1，得到位移量x1μm，根据下一个测试距离的物距和景深表，得到相应测试距离的位移量x2μm，则需要将马达移动(x2-x1)μm的位移偏移量，并根据马达特性得到相应的code值，进而定位不同测试距离的粗调位置。
18.根据权利要求1至9任一所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(A)中，基于硬件配置实现高帧率图像采集，对全尺寸图像进行中心区域截取。
19.根据权利要求17所述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中在所述步骤(A)中，基于硬件配置实现高帧率图像采集，对全尺寸图像进行中心区域截取。
20.根据权利要求19述的基于多距离自动对焦的校正方法，其中高帧率图像制作时，以镜头的感光芯片的中心为基准进行小尺寸截取，确保采集帧率控制在15fps以上。
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