CN107770520A - 一种线阵相机辅助对焦方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种线阵相机辅助对焦方法及装置，其中，辅助对焦方法包括：获取各时刻靶标图像的单位图像；获取各时刻所述单位图像对应的全部像素值；根据所述单位图像的全部像素值，绘制清晰度曲线；确定所述清晰度曲线最大值处为最终对焦状态。本申请提供的辅助对焦方法能够有效解决现有线阵相机对焦方法精确度低、检测设备校准繁琐的问题。

Description

一种线阵相机辅助对焦方法及装置

技术领域

本申请涉及相机拍摄技术领域，尤其涉及一种线阵相机辅助对焦方法及装置。

背景技术

线阵相机通常用来检测金属、塑料、纸张和纤维等，如图1所示，线阵相机放置于被检物品上方，被检物品在线阵相机下方匀速运动，通过线阵相机进行拍照检测。线阵相机采用线阵图像传感器，每次采集一行图像，因此每次拍摄的图像呈“线”状，通常具有几千字节(kB，Kilobyte)的长度。若要使用线阵相机完成被检物品整体图像的拍摄任务，必须要求被检物品沿图像长度方向运动，或者要求线阵相机沿着被检物品长度方向运动进行拍摄。由于线阵相机具有很高的分辨率，因此，常用于检测视野细长、需要极大视野或者极高拍摄精度要求的检测领域。

通常线阵相机安装在较大型的检测设备上，而观察分析图像的工控机与调焦相机相隔较远，因此，令线阵相机在拍摄前的调试工作难以进行，甚至丧失线阵相机精度高的优势。例如，相机对焦，调焦时需要两个操作人员分别在工控机和相机位配合行事，一个人负责在相机处调节镜头焦圈，另一个人则负责在工控机处观察图像，当图像显示清晰之后即停止镜头调焦动作，随即利用当前镜头焦圈进行整体拍摄，最终得到被检物品的整体图像。

申请人在使用现有线阵相机的对焦方法时存在一些问题，现有对焦方式需要至少两个操作人员配合工作，耗费人力；而且，在相机处观察图像的操作人员仅凭自己的主观感受来判断图像是否清晰，会存在较大的误差，从而令线阵相机丧失高精度的优势。

发明内容

本申请提供了一种线阵相机辅助对焦方法及装置，以解决现有线阵相机对焦方法精确度低、检测设备校准繁琐的问题。

根据本申请的实施例，第一方面，提供了一种线阵相机辅助对焦方法，包括：获取各时刻靶标图像的单位图像；

获取各时刻所述单位图像对应的全部像素值；

根据所述单位图像的全部像素值，绘制清晰度曲线；

确定所述清晰度曲线最大值处为最终对焦状态。

可选地，所述靶标图像为具有不同灰度值的图像，且所述不同灰度值之间具有明显反差。

可选地，所述辅助对焦方法按照下列步骤获取各时刻标靶图像的单位图像：

划分所述单位图像的获取间隔，所述获取间隔包括：时间间隔，所述时间间隔至少为获取一帧图像的时间；

在所述时间间隔的节点获取所述标靶图像的单位图像。

可选地，所述辅助对焦方法按照下列步骤绘制清晰度曲线：

根据所述单位图像的全部像素值，计算各时刻所述单位图像的清晰度评估值；

根据时刻的先后顺序，排列各所述单位图像的清晰度评估值，获取排列顺序；

根据所述排列顺序和各时刻所述单位图像的清晰度评估值，绘制清晰度曲线。

第二方面，提供了一种线阵相机辅助对焦装置，包括：

单位图像获取单元，用于获取各时刻靶标图像的单位图像；

像素值获取单元，用于获取各时刻所述单位图像对应的全部像素值；

清晰度曲线绘制单元，用于根据所述单位图像的全部像素值，绘制清晰度曲线；

对焦状态确定单元，用于确定所述清晰度曲线最大值处为最终对焦状态。

可选地，所述靶标图像为具有不同灰度值的图像，且所述不同灰度值之间具有明显反差。

可选地，所述单位图像获取单元包括：

节点划分单元，用于划分所述单位图像的获取间隔，所述获取间隔包括：时间间隔，所述时间间隔至少为获取一帧图像的时间；

节点单位图像获取单元，用于在所述时间间隔的节点获取所述标靶图像的单位图像。

可选地，所述清晰度曲线绘制单元包括：

清晰度评估值计算单元，用于根据所述单位图像的全部像素值，计算各时刻所述单位图像的清晰度评估值；

排序单元，用于根据时刻的先后顺序，排列各所述单位图像的清晰度评估值，获取排列顺序；

线条绘制单元，用于根据所述排列顺序和各时刻所述单位图像的清晰度评估值，绘制清晰度曲线。

第三方面，本申请还提供了一种存储介质，所述存储介质可存储有程序，所述程序执行时可实现包括本申请提供的线阵相机辅助对焦方法的各实施例中部分或全部步骤。

由以上技术可知，本申请提供了一种线阵相机辅助对焦方法及装置，包括：获取各时刻靶标图像的单位图像；获取各时刻所述单位图像对应的全部像素值；根据所述单位图像的全部像素值，绘制清晰度曲线；确定所述清晰度曲线最大值处为最终对焦状态。使用时，预先设定靶标图像作为检测图像，通过观察靶标图像的对焦清晰度曲线，从而确定线阵相机的镜头应用参数。将靶标图像固定放置于与待检测物品相同参数的位置，利用线阵相机进行对焦调整，首先调节相机镜头的调焦圈对靶标图像进行拍摄，并且获取当前时刻单位图像的全部像素值；再继续调节相机镜头的调焦圈，选择下一时刻对靶标图像进行拍摄，此时，下一时刻的靶标图像相当于新的当前时刻的靶标图像，同样按照上述方法获取当前时刻单位图像的全部像素值。通过对各时刻单位图像的全部像素值进行运算，能够获得对应的像素值运算结果。根据像素值运算结果，采用描点的方式绘制成清晰度曲线，通过清晰度曲线能够清楚了解清晰度曲线的最大值处，该处代表调焦过程中靶标图像最清晰的位置，因此，确定该处对应的对焦参数为最终的对焦参数，并使用该对焦参数进行今后的实际拍摄。本申请提供的一种线阵相机辅助对焦方法及装置能够有效解决现有线阵相机对焦精度低、检测设备校准繁琐的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种线阵相机的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种线阵相机辅助对焦方法的流程图；

图3(1)～3(10)为本申请实施例提供的靶标图像的单位图像的对焦示意图；

图4为本申请实施例提供的清晰度曲线的示意图；

图5为本申请实施例提供的条纹靶标图像的示意图；

图6为本申请实施例提供的圆环靶标图像的示意图；

图7为本申请实施例提供的方形靶标图像的示意图；

图8为本申请实施例提供的获取各时刻靶标图像的单位图像的流程图；

图9为本申请实施例提供的绘制清晰度曲线的流程图；

图10为本申请实施例提供的线阵相机辅助对焦装置的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的获取单位图像所对应的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的绘制清晰度曲线所对应的结构示意图。

具体实施方式

参见图2，一种线阵相机辅助对焦方法的流程图。

本实施例提供了一种线阵相机辅助对焦方法，包括：

获取各时刻靶标图像的单位图像；

获取各时刻所述单位图像对应的全部像素值；

根据所述单位图像的全部像素值，绘制清晰度曲线；

确定所述清晰度曲线最大值处为最终对焦状态。

本实施例提供的线阵相机辅助对焦方法采用通过靶标图像作为对焦图像，预先进行调焦过程，待完全确定对焦参数后，再真正实施拍摄。将靶标图像放置于与待检测物品相同参数的位置，线阵相机与靶标图像垂直放置，利用线阵相机相对于靶标图像进行对焦调整。分多次调整线阵相机的镜头调焦圈对靶标图像进行拍摄观察，首先调节相机镜头的调焦对靶标图像进行拍摄，并且获取当前时刻单位图像的全部像素值，所述单位图像即为相对于整张靶标纸呈现于相机窗口的“线型”图像；再继续依照上述方法，继续调节相机镜头的调焦圈，选择下一时刻对靶标图像进行拍摄，此时，下一时刻的靶标图像相当于新的当前时刻的靶标图像，同样按照上述方法获取当前时刻单位图像的全部像素值。通过对各时刻单位图像的全部像素值进行运送，能够获得对应的像素值运算结果。根据像素值运算结果，采用描点的方式绘制成清晰度曲线，通过清晰度曲线能够清楚了解清晰度曲线的最大值处，该处代表调焦过程中靶标图像最清晰的位置，因此，确定该处对应的对焦参数为最终的对焦参数，并使用该对焦参数进行今后的实际拍摄中，从而有效解决现有线阵相机对焦精度低、检测设备校准繁琐的问题。

例如，调焦过程中会选择一个对焦窗口，该窗口对应靶标图像上的某一区域，拍摄时，线阵相机会选择多个拍摄参数，如镜头距靶标图像的距离、光圈大小等，如图3(1)～图3(10)所示，得到的靶标图像的单位图像按照时间顺序排列显示，能够明显分辨出从图3(1)～图3(10)的清晰度从模糊到清晰再到模糊，是一个从离焦到对焦再到离焦的过程。

线阵相机拍摄的图像呈“线”型，因此在对焦窗口中对图像清晰度的评价只考虑图像数据水平方向间的影响，单位图像的灰度值是反应图像清晰度的重要参数，具体地，灰度值反差越大，单位图像越清晰；灰度值反差越小，单位图像越模糊。根据公式(1)计算获得单位图像的像素值运算结果，

其中，Focus_Value为像素值运算结果，I为单位图像水平方向的像素值，a为对焦窗口的长度。

根据公式(1)计算出像素值运算结果，判断单位图像的对焦清晰度。在待检测物品不发生相对位置改变，拍摄条件不发生变化的前提下，像素值运算结果越大，单位图像越清晰。

每调整一次线阵相机镜头的调焦圈，就会获得一幅靶标图像的单位图像，通过多次调整线阵相机镜头的调焦圈，可以获得多个时刻的靶标图像的单位图像。分别计算多个时刻靶标图像的单位图像的像素值，得到所对应的像素值运算结果。如图4所示，将全部像素值运算结果分别对应成点，绘制为清晰度曲线，可以明显看出，像素值运算结果逐渐由小变大，再逐渐由大变小，图3(6)所对应的对焦值最大，说明图3(6)的清晰度最佳，因此，确定得到图3(6)的线阵相机的对焦参数为最终进行拍摄的对焦参数。

可选地，所述靶标图像为具有不同灰度值的图像，且所述不同灰度值之间具有明显反差。

在对待检测物品进行真正拍摄之前，首先利用靶标图像进行对焦调整，一方面能够节省人力，仅需一人操作即可实现对焦；另一方面，能够快速、准确的实现对焦。由于真实的待测物品图像肯能存在各个色块的色彩(灰度值)非常接近，不易识别的情况，因此，对调焦过程中的辨识造成很大的干扰，从而降低效率，也降低了精确率，增加靶标图像中各色块的颜色(灰度值)对比度能够相对降低识别对焦效果的难度。如图5所示，选择具有明显色彩(灰度值)对比度，即采用黑、白对比的图像作为靶标图像，这种靶标图像本身灰度值反差很大，拍摄此种靶标图像可以尽可能的将不同对焦程度下的清晰度评估值的差异拉大，并且能够一定程度的提高对焦精确度。

在识别靶标图像的灰度值分布时，需要对靶标图像的各个色块进行分析对比，如果靶标图像的色块无规律、繁复的分布则会增加识别分析的难度，且会影响识别的准确度，进而影响对对焦情况的评估。因此，采用具有规则图形，且呈规律分布的色块的图像作为靶标图像，以图5、图6和图7所示为例，分别采用条纹靶标、圆环靶标和方块靶标，能够有效提高识别各个色块灰度值的效率，加快对对焦情况的评估，提高对焦的精确度。在实际应用中，不局限于本实施例提供的三种靶标图像，还可选取其他合适的靶标图像。

在使用本申请提供的辅助对焦方法对靶标图像进行对焦时，由于是将对靶标图像的对焦结果延用至待检测物品上，因此对靶标图像的对焦过程至关重要。但是单纯的依赖操作人员的调焦经验来调节相机镜头调焦圈的位置，调节程度不易把握，而且浪费时间。

如图8所示，所述辅助对焦方法按照下列步骤获取各时刻标靶图像的单位图像：

划分所述单位图像的获取间隔，所述获取间隔包括：时间间隔，所述时间间隔至少为获取一帧图像的时间；

在所述时间间隔的节点获取所述标靶图像的单位图像。

采用多次对同一位置的靶标图像进行拍摄，可以预先设定一个靶标图像阈值，该靶标图像阈值可以是根据历史调焦数据设定的。如果根据拍摄得到的靶标图像的单位图像计算所得的像素值运算结果与靶标图像阈值贴近，此时仅需要对线阵相机的镜头进行微调即可，延长时间间隔能够放慢调整过程，从而保证达到细微调整的精度。如果根据拍摄得到的靶标图像的单位图像计算所得的像素值运算结果与靶标图像阈值相差较大，此时需要对线阵相机的镜头进行较大范围的粗调，缩短拍摄时间间隔能够加快粗调的过程，令调焦过程快速进入微调状态，加快粗调过程，令粗调状态快速转变为微调状态，从而相对快速的完成对焦任务。

如图9所示，所述辅助对焦方法按照下列步骤绘制清晰度曲线：

根据所述单位图像的全部像素值，计算各时刻所述单位图像的清晰度评估值；

根据时刻的先后顺序，排列各所述单位图像的清晰度评估值，获取排列顺序；

根据所述排列顺序和各时刻所述单位图像的清晰度评估值，绘制清晰度曲线。

通过根据对靶标图像的单位图像在镜头不同焦圈位置下，即不同时刻下的清晰度评估值绘制清晰度曲线，从而能够从清晰度曲线上分析出清晰度最高的地方。本实施例中所述清晰度曲线实际为根据多个时刻的单位图像的像素值计算得出的清晰度评估值的相应曲线，靶标图像的单位图像由不同色块组成，色块之间的色彩(灰度值)存在差异，由于清晰度就是描述图像灰度值反差的一个参数，因此，单位图像中各色块之间灰度值的差值越大，说明靶标图像的单位图像越清晰；差值越小，说明靶标图像的单位图像越模糊。

具体地，本实施例提供一种方法为根据公式(1)来计算灰度值对应的像素值运算结果，本实施例中即为清晰度评估值，各清晰度评估值为清晰度曲线的绘制点，

其中，Focus_Value为清晰度评估值，I为单位图像水平方向的像素值，a为对焦窗口的长度。

图像的清晰度可以用清晰度评估值来表示，清晰度评估值越大，说明靶标图像的单位图像清晰度越高；清晰度评估值越小，说明靶标图像的单位图像清晰度越低。在对焦窗口内，从左至右对获取的单位图像的像素值进行依次累加计算，遍历对焦窗口内所有像素值的计算结果，根据公式(1)计算得出靶标纸与相机镜头在不同焦圈位置下的单位图像所对应的清晰度评估值，根据各时刻单位图像的清晰度评估值可绘制清晰度曲线，操作人员利用该清晰度曲线能够清楚观察到清晰度评估值最大处，从而确定该处为清晰度最高处，可以将该处的对焦参数作为最终拍摄的对焦参数。

如图10所示，本实施例提供了一种线阵相机辅助对焦装置，其特征在于，包括：

单位图像获取单元1，用于获取各时刻靶标图像的单位图像；

像素值获取单元2，用于获取各时刻所述单位图像对应的全部像素值；

清晰度曲线绘制单元3，用于根据所述单位图像的全部像素值，绘制清晰度曲线；

对焦状态确定单元4，用于确定所述清晰度曲线最大值处为最终对焦状态。

可选地，所述靶标图像为具有不同灰度值的图像，且所述不同灰度值之间具有明显反差。

如图11所示，所述单位图像获取单元1包括：

节点划分单元11，用于划分所述单位图像的获取间隔，所述获取间隔包括：时间间隔，所述时间间隔至少为获取一帧图像的时间；

节点单位图像获取单元12，用于在所述时间间隔的节点获取所述标靶图像的单位图像。

如图12所示，所述清晰度曲线绘制单元3包括：

清晰度评估值计算单元31，用于根据所述单位图像的全部像素值，计算各时刻所述单位图像的清晰度评估值；

排序单元32，用于根据时刻的先后顺序，排列各所述单位图像的清晰度评估值，获取排列顺序；

线条绘制单元33，用于根据所述排列顺序和各时刻所述单位图像的清晰度评估值，绘制清晰度曲线。

具体实现中，本申请还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本申请提供的呼叫方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种线阵相机辅助对焦方法，其特征在于，包括：

获取各时刻靶标图像的单位图像；

获取各时刻所述单位图像对应的全部像素值；

根据所述单位图像的全部像素值，绘制清晰度曲线；

确定所述清晰度曲线最大值处为最终对焦状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述靶标图像为具有不同灰度值的图像，且所述不同灰度值之间具有明显反差。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助对焦方法按照下列步骤获取各时刻靶标图像的单位图像：

划分所述单位图像的获取间隔，所述获取间隔包括：时间间隔，所述时间间隔至少为获取一帧图像的时间；

在所述时间间隔的节点获取所述靶标图像的单位图像。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助对焦方法按照下列步骤绘制清晰度曲线：

根据所述单位图像的全部像素值，计算各时刻所述单位图像的清晰度评估值；

根据时刻的先后顺序，排列各所述单位图像的清晰度评估值，获取排列顺序；

根据所述排列顺序和各时刻所述单位图像的清晰度评估值，绘制清晰度曲线。

5.一种线阵相机辅助对焦装置，其特征在于，包括：

单位图像获取单元，用于获取各时刻靶标图像的单位图像；

像素值获取单元，用于获取各时刻所述单位图像对应的全部像素值；

清晰度曲线绘制单元，用于根据所述单位图像的全部像素值，绘制清晰度曲线；

对焦状态确定单元，用于确定所述清晰度曲线最大值处为最终对焦状态。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述靶标图像为具有不同灰度值的图像，且所述不同灰度值之间具有明显反差。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述单位图像获取单元包括：

节点划分单元，用于划分所述单位图像的获取间隔，所述获取间隔包括：时间间隔，所述时间间隔至少为获取一帧图像的时间；

节点单位图像获取单元，用于在所述时间间隔的节点获取所述靶标图像的单位图像。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述清晰度曲线绘制单元包括：

清晰度评估值计算单元，用于根据所述单位图像的全部像素值，计算各时刻所述单位图像的清晰度评估值；

排序单元，用于根据时刻的先后顺序，排列各所述单位图像的清晰度评估值，获取排列顺序；

线条绘制单元，用于根据所述排列顺序和各时刻所述单位图像的清晰度评估值，绘制清晰度曲线。