CN107864321B - 一种基于定焦镜头的电动调焦装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于定焦镜头的电动调焦装置及方法，该装置包括至少一个调节单元，每个调节单元包括沿轴向设于定焦镜头上方的电机、与电机连接的控制器、与控制器和微处理器连接的聚焦判断单元以及设于电机的输出轴和光圈调节转轮之间或电机的输出轴和焦距调节转轮之间的传动单元。本发明通过定焦镜头进行图像获取，分辨力高，成像质量好；通过聚焦判断单元实时判断当前图像的聚焦状态，当图片未聚焦时，通过控制器控制电机转动，从而使带动光圈调节转轮或焦距调节转轮转动，在转动的过程中，微处理器实时输出镜头获取的图像，并发送至聚焦判断单元实时判断当前图像的聚焦状态，通过上述循环控制从而实现定焦镜头的调焦，操作方便，工作效率高。

Description

一种基于定焦镜头的电动调焦装置及方法

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种基于定焦镜头的电动调焦装置及方法。

背景技术

变焦镜头是指在一定范围内可以变换焦距，从而得到不同宽窄的视场角、不同大小的影像和不同景物范围的照相机镜头。由于变焦镜头可在不改变拍摄距离的情况下，通过变动焦距未改变拍摄范围，因此非常有利于画面构图，这也就使得变焦镜头在工业领域的应用越来越受欢迎。

现有的变焦镜头一般通过推拉或者旋转镜头的变焦环来实现镜头焦距变换，为了方便操作，通常由电机直接带动变焦环转动或齿轮联动来实现，称为电动变焦。然而现有的电动变焦镜头不仅体积大，且成像距离通常大于1m，在水质较差的水下环境中适用性差。此外，由于电动变焦镜头的分辨力较低，成像质量差，且光路的传递函数与空气中的不同，因此现有针对空气中的电动调焦镜头并不适合水下环境中。

然而现有的定焦镜头的焦距调节通常由手工进行调节，需要人眼一直观察，操作不方便，工作效率低，在实际应用中具有很大的局限性。

发明内容

本发明提供了一种基于定焦镜头的电动调焦装置及方法，以解决现有技术中存在的分辨能力较低，成像质量差，不适用水下环境以及操作不方便，工作效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于定焦镜头的电动调焦装置，所述定焦镜头包括相机和镜头，所述镜头上设有光圈调节转轮和焦距调节转轮，所述相机内设有用于输出镜头获取的图像的微处理器，包括至少一个调节单元，每个所述调节单元包括沿轴向设于定焦镜头上方的电机、与所述电机连接的控制器、与所述控制器和微处理器连接的聚焦判断单元以及设于所述电机的输出轴和光圈调节转轮之间或设于所述电机的输出轴和焦距调节转轮之间的传动单元。

进一步的，所述传动单元包括与所述电机的输出轴连接的旋转杆、与所述光圈调节转轮或焦距调节转轮连接的固定件、以及上端与所述旋转杆的连接、下端与所述固定件连接的传动杆。

进一步的，所述传动杆设有至少两根，沿定焦镜头的轴向平行设置。

进一步的，所述固定件为环形旋转盘，所述环形旋转盘套设于所述光圈调节转轮或焦距调节转轮外周，其内侧半径与所述光圈调节转轮或焦距调节转轮的外周半径相适配。

进一步的，所述固定件包括与所述旋转杆的两端一一对应的两个水平连接片，所述水平连接片的内侧为光圈调节转轮或焦距调节转轮的外周相适配的弧形结构，所述传动杆设有两根，每根所述传动杆的上端与所述旋转杆的其中一端连接，另一端与对应的水平连接片连接。

进一步的，所述调节单元设有两个，分为为第一调节单元和第二调节单元，所述第一调节单元包括沿轴向设于定焦镜头上方的第一电机、与所述第一电机连接的控制器、与所述控制器和微处理器连接的聚焦判断单元以及设于所述第一电机的输出轴和光圈调节转轮之间的第一传动单元；所述第二调节单元包括沿轴向设于定焦镜头上方的第二电机、与所述第二电机连接的控制器、与所述控制器和微处理器连接的聚焦判断单元以及设于所述第二电机的输出轴和焦距调节转轮之间的第二传动单元。

进一步的，所述聚焦判断单元包括相互连接的边界检测单元、最大亮度获取单元、形态学滤波器和判断单元，所述边界检测单元与所述微处理器连接，所述判断单元与所述控制器连接。

本发明还提供一种电动调焦装置的调焦方法，包括以下步骤：

S1:所述聚焦判断单元接收所述微处理器输出的镜头当前获取的图像，并对所述图像进行处理，判断当前的图像是否处于聚焦状态，并当前图像的聚焦状态信息发送至所述控制器，若当前图像处于聚焦状态，则不进行后续操作；

S2:若当前图片未处于聚焦状态，则所述控制器根据接收的当前图像的聚焦状态信息控制电机通过传动单元带动所述光圈调节转轮或焦距调节转轮转动，每转动一次，所述微处理器输出镜头获取的图像，并发送至所述聚焦判断单元；

S3：重复所述步骤S1-S2，直至图像聚焦为止。

进一步的，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11：边界检测单元对接收的图像进行边界检测，通过最大亮度获取单元获取检测到的边界内的最大亮度L₁，并将该最大亮度L₁发送至判断单元；

S12：形态学滤波器对图像进行形态学滤波，将图像的面积缩小一半，边界检测单元对缩小后图像进行边界检测，并通过最大亮度获取单元获取检测到的新的边界内的最大亮度L₂，将该最大亮度L₂发送至判断单元，通过判断单元比较L₂与1/2L₁的大小；

S13：若L₂≥1/2L₁，则判断该图像处于聚焦状态，反之则未处于聚焦状态；

进一步的，所述步骤S2中，所述控制器根据电机的参数，控制其通断电，且使其每次转动的角度为0.1～0.5度。

本发明提供的基于定焦镜头的电动调焦装置及方法，该装置包括至少一个调节单元，每个调节单元包括沿轴向设于定焦镜头上方的电机、与所述电机连接的控制器、与所述控制器和微处理器连接的聚焦判断单元以及设于所述电机的输出轴和光圈调节转轮之间或所述电机的输出轴和焦距调节转轮之间的传动单元。本发明通过定焦镜头进行图像获取，分辨力高，成像质量好；通过设置聚焦判断单元实时判断当前图像的聚焦状态，当图片未聚焦时，通过控制器控制电机转动，从而使传动单元带动所述光圈调节转轮或焦距调节转轮转动，在转动的过程中，所述微处理器实时输出镜头获取的图像，并发送至所述聚焦判断单元实时判断当前图像的聚焦状态，通过上述循环控制从而实现定焦镜头的调焦，无需手工进行调节，也需要人眼一直观察，操作方便，工作效率高。

附图说明

图1是本发明实施例1中基于定焦镜头的电动调焦装置一具体结构示意图；

图2是本发明实施例1中基于定焦镜头的电动调焦装置一具体框架示意图；

图3是本发明实施例2中基于定焦镜头的电动调焦装置一具体结构示意图；

图4是本发明实施例3中基于定焦镜头的电动调焦装置一具体结构示意图。

图中所示：10、焦镜头；110、相机；120、镜头；130、光圈调节转轮；140、焦距调节转轮；150、微处理器；

20、调节单元；20a、第一调节单元；20b、第二调节单元；30、电机；30a、第一电机；30b、第二电机；40、控制器；60、聚焦判断单元；610、边界检测单元；620、最大亮度获取单元；630、形态学滤波器；640、判断单元；70、传动单元；710、旋转杆；710a、第一旋转杆；710b、第二旋转杆；721、环形旋转盘；721a、第一环形旋转盘；721b、第二环形旋转盘；722、水平连接片；730、传动杆；730a、第一传动杆；730b、第二传动杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，现有的定焦镜头10包括相机110和镜头120，所述镜头120上设有光圈调节转轮130和焦距调节转轮140，分别用于调节光圈和焦距的大小，通常情况下，在调节时，采用人工手动旋转光圈调节转轮130或焦距调节转轮140，同时人眼实时观察显示的图像来判断是否聚焦。然而该方法操作不方便，工作效率低。所述相机110内设有用于输出镜头120获取的图像的微处理器150。

如图2所示，本发明提供了一种基于定焦镜头的电动调焦装置，包括至少一个调节单元20，每个所述调节单元20包括沿轴向设于定焦镜头上方的电机30、与所述电机30连接的控制器40、与所述控制器40和微处理器150连接的聚焦判断单元60以及设于所述电机30的输出轴和光圈调节转轮130之间或所述电机的输出轴和焦距调节转轮140之间的传动单元70。具体的，聚焦判断单元60与微处理器150连接，接收镜头120当前获取的图像，并判断当前图像是否聚焦，若聚焦则不进行后续操作，若不聚焦则通过控制器40控制电机30工作，从而使传动单元带动所述光圈调节转轮130或焦距调节转轮140转动，每转动一次，所述微处理器150输出镜头120获取的图像，并发送至所述聚焦判断单元60实时判断当前图像的聚焦状态，通过上述循环控制实现定焦镜头10的聚焦，无需手工进行调节，也需要人眼一直观察，操作方便，工作效率高。

请继续参照图1，所述传动单元70包括与所述电机30的输出轴连接的旋转杆710、与所述光圈调节转轮130或焦距调节转轮140连接的固定件、以及上端与所述旋转杆710的连接、下端与所述固定件连接的传动杆730。优选的，所述传动杆730设有至少两根，沿定焦镜头10的轴向平行设置。本实施例中，传动杆730设有两根，分别与旋转杆710的两端对应，即相对定焦镜头10对角设置，带动光圈调节转轮130或焦距调节转轮140平稳转动。

如图1所示，所述固定件为环形旋转盘721，所述环形旋转盘721套设于所述光圈调节转轮130或焦距调节转轮140的外周，其内侧半径与所述光圈调节转轮130或焦距调节转轮140的外周半径相适配，将环形旋转盘721固定于光圈调节转轮130或焦距调节转轮140的外周，通过传动杆730带动光圈调节转轮130或焦距调节转轮140转动，由于接触面积大，可保证连接稳定性，避免在转动时不发生相对移动。

优选的，所述聚焦判断单元60包括相互连接的边界检测单元610、最大亮度获取单元620、形态学滤波器630、和判断单元640，所述边界检测单元610与所述微处理器150连接，所述判断单元640与所述控制器40连接。其中边界检测单元610首先对接收的图像进行边界检测，最大亮度获取单元620获取检测到的边界内的最大亮度值，并将该最大亮度值发送至判断单元640，接着形态学滤波器630对接收的图像进行形态学滤波，将图像由外而内进行缩小一半面积，通过边界检测单元610对缩小后图像进行边界检测，同时最大亮度获取单元620获取检测到的新的边界内的最大亮度值，通过判断单元640对L₂比较与1/2L₁的大小，从而判断图像是否聚焦。

本实施例中还提供了一种如上所述电动调焦装置的调焦方法，包括以下步骤：

S1:所述聚焦判断单元60接收所述微处理器150输出的镜头当前获取的图像，并对所述图像进行处理，判断当前的图像是否处于聚焦状态，并当前图像的聚焦状态信息发送至所述控制器40，若当前图像处于聚焦状态，则不进行后续操作；反之，执行S2；具体包括以下步骤：

S11：边界检测单元610对接收的图像进行边界检测，并通过最大亮度获取单元620获取检测到的边界内的最大亮度L₁；具体的，最大亮度获取单元620可以获取边界内所有像素的亮度，进行排序以得到最大亮度L₁，并将该最大亮度L₁发送到判断单元640；

S12：通过形态学滤波器630对图像进行形态学滤波，将图像的面积缩小一半，边界检测单元610对缩小后图像进行边界检测，最大亮度获取单元620获取检测到的新的边界内的最大亮度L₂，将该最大亮度L₂发送至判断单元640，判断单元640比较L₂与1/2L₁的大小；

S13：若L₂≥1/2L₁，则判断该图像处于聚焦状态，反之则未处于聚焦状态。

S2:若当前图片未处于聚焦状态，则所述控制器40根据接收的当前图像的聚焦状态信息控制电机30通过传动单元70带动所述光圈调节转轮130或焦距调节转轮转动140，所述控制器40根据电机30的参数，控制其通断电，且使其每次转动的角度为0.1～0.5度，每转动一次，所述微处理器150输出镜头获取的图像，并发送至所述聚焦判断单元60；

S3：重复所述步骤S1-S2，直至图像聚焦为止。

实施例2

如图3所示，与实施例1不同的是，本实施例中，所述固定件也可采用与所述旋转杆710的两端一一对应的两个水平连接片722，所述水平连接片722的内侧为光圈调节转轮130或焦距调节转轮140的外周相适配的弧形结构，所述传动杆730设有两根，每根所述传动杆730的上端与所述旋转杆710的其中一端连接，另一端与对应的水平连接片722连接。具体的，水平连接片722的位置与旋转杆710的两端一一对应，分别相对光圈调节转轮130或焦距调节转轮140沿周向凸出，其内侧为与光圈调节转轮130或焦距调节转轮140的外周相适配的弧形结构，与其外周贴合，可以通过强力胶粘接或通过其他方式固定，只要确保两者在转动时不会发生相互移动即可，传动杆730的上端与旋转杆710的其中一端连接，另一端与对应的水平连接片722连接，通过水平连接片722带动光圈调节转轮130或焦距调节转轮140平稳转动。当然固定件还可以采用别的结构，不限于本实施例中的形式。

实施例3

如图4所示，与实施例1不同的是，本实施例中，所述调节单元20设有两个，分为为第一调节单元20a和第二调节单元20b，所述第一调节单元20a包括沿轴向设于定焦镜头10上方的第一电机30a、与所述第一电机30a连接的控制器40、与所述控制器40和微处理器150连接的聚焦判断单元60以及设于所述第一电机30a的输出轴和光圈调节转轮130之间的第一传动单元70a；所述第二调节单元20b包括沿轴向设于定焦镜头10上方的第二电机30b、与所述第二电机30b连接的控制器40、与所述控制器40和微处理器150连接的聚焦判断单元60以及设于所述第二电机30b的输出轴和焦距调节转轮140之间的第二传动单元70b。具体的，本实施例中第一传动单元70a包括第一旋转杆710a、第一旋转盘721a和第一传动杆730a，第二传动单元70b包括第二旋转杆710b、第二旋转盘721b和第二传动杆730b。通过设置第一调节单元20a带动光圈调节转轮130旋转，对光圈的大小进行调节。同时通过设置第二调节单元20b带动焦距调节转轮140旋转，对焦距进行调节，两个调节单元20共用一个控制器40和聚焦判断单元60，通过同一个控制器40进行控制，可进行单独调节或联合调节，调节的方法同实施例1，本实施例进一步提高了工作效率和可靠性。当然也可以设置三个或更多调节单元20对更多的机构进行调节。

综上所述，本发明提供的基于定焦镜头的电动调焦装置及方法，该装置包括至少一个调节单元20，每个调节单元20包括沿轴向设于定焦镜头10上方的电机30、与所述电机30连接的控制器40、与所述控制器40和微处理器150连接的聚焦判断单元60以及设于所述电机30的输出轴和光圈调节转轮130之间或设于所述电机30的输出轴和焦距调节转轮140之间的传动单元70。本发明通过定焦镜头10进行图像获取，分辨力高，成像质量好；通过设置聚焦判断单元60实时判断当前图像的聚焦状态，当图片未聚焦时，通过控制器40控制电机30转动，从而使传动单元70带动所述光圈调节转轮130或焦距调节转轮140转动，在转动的过程中，所述微处理器150实时输出镜头120获取的图像，并发送至所述聚焦判断单元60实时判断当前图像的聚焦状态，通过上述循环控制从而实现定焦镜头10的调焦，无需手工进行调节，也需要人眼一直观察，操作方便，工作效率高。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于定焦镜头的电动调焦装置，所述定焦镜头包括相机和镜头，所述镜头上设有光圈调节转轮和焦距调节转轮，所述相机内设有用于输出镜头获取的图像的微处理器，其特征在于，包括两个调节单元，分为为第一调节单元和第二调节单元，所述第一调节单元包括沿轴向设于定焦镜头上方的第一电机、与所述第一电机连接的控制器、与所述控制器和微处理器连接的聚焦判断单元以及设于所述第一电机的输出轴和光圈调节转轮之间的第一传动单元；所述第二调节单元包括沿轴向设于定焦镜头上方的第二电机、与所述第二电机连接的控制器、与所述控制器和微处理器连接的聚焦判断单元以及设于所述第二电机的输出轴和焦距调节转轮之间的第二传动单元。

2.根据权利要求1所述的电动调焦装置，其特征在于，所述传动单元包括与所述电机的输出轴连接的旋转杆、与所述光圈调节转轮或焦距调节转轮连接的固定件、以及上端与所述旋转杆的连接、下端与所述固定件连接的传动杆。

3.根据权利要求2所述的电动调焦装置，其特征在于，所述传动杆设有至少两根，沿定焦镜头的轴向平行设置。

4.根据权利要求3所述的电动调焦装置，其特征在于，所述固定件为环形旋转盘，所述环形旋转盘套设于所述光圈调节转轮或焦距调节转轮外周，其内侧半径与所述光圈调节转轮或焦距调节转轮的外周半径相适配。

5.根据权利要求3所述的电动调焦装置，其特征在于，所述固定件包括与所述旋转杆的两端一一对应的两个水平连接片，所述水平连接片的内侧为光圈调节转轮或焦距调节转轮的外周相适配的弧形结构，所述传动杆设有两根，每根所述传动杆的上端与所述旋转杆的其中一端连接，另一端与对应的水平连接片连接。

6.根据权利要求1所述的电动调焦装置，其特征在于，所述聚焦判断单元包括相互连接的边界检测单元、最大亮度获取单元、形态学滤波器和判断单元，所述边界检测单元与所述微处理器连接，所述判断单元与所述控制器连接。

7.根据权利要求1所述的电动调焦装置的调焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:所述聚焦判断单元接收所述微处理器输出的镜头当前获取的图像，并对所述图像进行处理，判断当前的图像是否处于聚焦状态，并当前图像的聚焦状态信息发送至所述控制器，若当前图像处于聚焦状态，则不进行后续操作；反之，执行S2；

S2:所述控制器根据接收的当前图像的聚焦状态信息控制电机通过传动单元带动所述光圈调节转轮或焦距调节转轮转动，通过第一调节单元带动光圈调节转轮旋转，对光圈的大小进行调节，同时通过第二调节单元带动焦距调节转轮旋转，对焦距进行调节，每转动一次，所述微处理器输出镜头获取的图像，并发送至所述聚焦判断单元；

S3：重复所述步骤S1-S2，直至图像聚焦为止。

8.根据权利要求7所述的调焦方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11：边界检测单元对接收的图像进行边界检测，并通过最大亮度获取单元获取检测到的边界内的最大亮度L₁，并将该最大亮度L₁发送至判断单元；

S12：形态学滤波器对图像进行形态学滤波，将图像的面积缩小一半，边界检测单元对缩小后图像进行边界检测，并通过最大亮度获取单元获取检测到的新的边界内的最大亮度L₂，将该最大亮度L₂发送至判断单元，通过判断单元比较L₂与1/2L₁的大小；

S13：若L₂≥1/2L₁，则判断该图像处于聚焦状态，反之则未处于聚焦状态。

9.根据权利要求7所述的调焦方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述控制器根据电机的参数，控制其通断电，且使其每次转动的角度为0.1～0.5度。