CN109525779B - 一种变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法，以测出适用于当前变焦镜头的相对变焦跟踪曲线，用以在变焦镜头拉动过程中保持图像始终清晰。本发明包括如下步骤：在Z_All中标记ZN，Z_N＝{Z₁,Z₂,...,Z_k,...,Z_n}；标记出Focus电机清晰对焦位置集合F_N＝{F₁,F₂,...,F_k,...,F_n}；通过爬山算法，找到全部Z_k对应的F_{k_Distinct}，随之组合成最清晰聚焦点集合：F_{N_Distinct}＝{F_{1_Distinct},F_{2_Distinct},...,F_{k_Distinct},...,F_{n_Distinct}}；根据基准变焦跟踪曲线计算F_{N_Distinct}对应的偏移值；计算Zoom电机所有点位Z_All中跟焦位置Z_i相对应的偏移值F_{i_Offset}；计算当前变焦镜头相对变焦跟踪曲线F_All＝F_Base+F_Offset；基于欧氏距离验证相对变焦跟踪曲线的正确性。

Description

一种变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法

技术领域

本发明涉及一种变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法，应用在教育录播、视频会议用摄像机领域。

背景技术

在教育录播、视频会议中，通常会用到变焦镜头。每个变焦镜头存在个体差异，如果单纯的对相同规格型号的镜头使用一套绝对的变焦跟踪曲线，当变焦镜头按照此套变焦跟踪曲线做变焦动作时，图像会出现不同程度的模糊，故需要对每个变焦镜头的光学基准位置的特性做出精准的测量，以测得最适合当前镜头的相对变焦跟踪曲线。

如图1所示，实线是绝对变焦跟踪曲线，横坐标为变焦位置对应Zoom电机点位，纵坐标为对焦位置对应Focus电机点位，Zoom变焦位置的个数n。对于所有Zoom变焦位置相对应的Focus对焦位置来说，测量需要花费时间取决于n的大小以及在每个Zoom变焦位置k,其中1≤k≤n，测量Focus对焦位置的时间复杂度O，所以减小Zoom变焦位置的个数n和减少测量Focus对焦位置的时间复杂度O是本发明需要解决的第一个问题。

如图1所示，实线是绝对变焦跟踪曲线，虚线是相对变焦跟踪曲线，既需要测量的曲线，·点处是相对Zoom变焦、Focus对焦位置坐标点。变焦镜头在变焦过程中只有沿着虚线运行才可以保证图像的清晰度。所以如何把测得的所有·点处绘制出相对变焦跟踪曲线是本发明需要解决的第二个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服上述第一个和第二个问题中面临的难题，而提供一种变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法，以测出适用于当前变焦镜头的相对变焦跟踪曲线，用以在变焦镜头拉动过程中保持图像始终清晰。

本发明解决上述两个问题所采用的技术方案是：一种变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法，包括如下步骤：

步骤一、在Z_All中标记Z_N，Z_N＝{Z₁,Z₂,...,Z_k,...,Z_n}，其中Z_N∈Z_All；Z_All代表Zoom电机变焦镜头拉动过程中可能运动到的位置，Z_N代表Zoom电机变焦镜头拉动过程中实际运动到的位置集合，Z_k是Z_N中的任意一个点；

步骤二、标记出Focus电机清晰对焦位置集合F_N＝{F₁,F₂,...,F_k,...,F_n}，其中F_n是Z_n所对应的清晰对焦位置，F_k是F_N中的任意一个点；

在(Z_k,F_Max)处，F_Max为处于Z_k位置的Zoom电机的镜头最大值边界清晰对焦位置，从F_Max出发寻找当前变焦镜头Focus最清晰对焦位置F_Distinct的时间复杂度为O(a)，从F_k出发寻找当前变焦镜头Focus最清晰对焦位置F_Distinct的时间复杂度为O(b)，因为F_k比F_Max更接近于F_Distinct，可知：

O(b)<O(a)；

标记F_k的方法是基于相对变焦跟踪曲线旋转、位移之后都能够与作为基准的绝对变焦跟踪曲线重合，满足：

abs(F_k-F_Base)<abs(F_Distinct-F_Base)，

其中abs(x)函数代表取x的绝对值操作；

步骤三、通过爬山算法，找到全部Z_k对应的F_{k_Distinct}，随之组合成最清晰聚焦点集合：

F_{N_Distinct}＝{F_{1_Distinct},F_{2_Distinct},...,F_{k_Distinct},...,F_{n_Distinct}}；

步骤四、设定一条随机的绝对变焦跟踪曲线为基准曲线，并且根据基准曲线计算F_{N_Distinct}对应的偏移值，基准曲线如下式：

F_{N_Base}＝{F_{1_Base},F_{2_Base},...,F_{k_Base},...,F_{n_Base}}，

其中F_{N_Base}是基准曲线集合，F_{k_Base}是待校正F_{N_Distinct}点所对应的预先设定好的基准点，通过计算可以得出偏移值集合为:

F_{N_Offset}＝F_{N_Distinct}-F_{N_Base}；

步骤五、计算Zoom电机所有点位Z_All中跟焦位置Z_i相对应的偏移值F_{i_Offset}：

其中1≤i≤All，k与k-1是Zoom与Focus所有位置中的两个点，并且不等于i,i是k与k-1之间的一个点，计算出的偏移值随之组成Zoom电机全程偏移值集合；

步骤六、计算当前变焦镜头相对变焦跟踪曲线F_All＝F_Base+F_Offset，即为实际应用中的无穷远距离下清晰曲线；其中F_All是Z_All对应的清晰聚焦点，F_Base为预先设定的基准曲线，F_Offset为步骤五计算出的偏移值。

步骤七、基于欧氏距离验证相对变焦跟踪曲线的正确性；

计算已校正的相对变焦跟踪曲线与基准绝对变焦跟踪曲线之间的欧氏距离D:

给定判断阈值Thresh，进行相对变焦跟踪曲线的正确性验证，如果D≥Thresh，则校正出的相对变焦跟踪曲线存在异常，如果D<Thresh，则校正出的相对变焦跟踪曲线无异常。

本发明所述的爬山算法是要让Focus电机从当前的位置出发，向着Focus清晰对焦位置前进，当图像的清晰度值开始慢慢下降并且到达一定程度时，Focus电机向相反的方向运动，当图像的清晰度值再次下降并且达到一定程度时，再次掉转方向，如此往复2次后即可以找到Focus电机最清晰聚焦点。

本发明作为基准的绝对变焦跟踪曲线是一条在相同规格型号镜头中随机抽取一台镜头的相对变焦跟踪曲线。

本发明步骤二中，先随机选取m个相同规格型号变焦镜头的相对变焦跟踪曲线作为观测用曲线，分析m条曲线的F_Distinct，使F_k要包含所有待校正镜头的F_{k_Distinct}，还要使F_k与F_{k_Base}尽量的接近才能保证快速寻找到F_{k_Distinct}，之后再精准的标记出Focus对焦位置集合F_N＝{F₁,F₂,...,F_k,...,F_n}。

本发明验证相对变焦跟踪曲线的正确性用阈值Thresh是根据实际测量以及实验取得。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、本发明可以快速的校正出拥有良好图像清晰度表现的变焦跟踪曲线。2、无需在所有的Zoom变焦位置寻找清晰的Focus对焦位置，也无需在选定好的Zoom变焦位置使用全程搜索的方式寻找清晰的Focus对焦位置，有效缩短校正时间，提高校正准确性；3、算法空间时间复杂度小，减少内存消耗，减少校正时间；4、鲁棒性好，可靠性高，可维护性高，可以有效地减少内存消耗，减少校正时间，不仅可以在快速校正装置中使用，还可以在现实场景中使用，对不同环境敏感度低，做到简单、方便、通用。5、变焦过程中使用本发明校正的变焦跟踪曲线有良好的图像清晰度表现。

附图说明

图1为本发明的基准绝对变焦跟踪曲线与相对变焦跟踪曲线对比示意图。

图2为本发明的快速校正装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1和图2，本发明提供一种快速校正装置，快速校正装置包括灯箱1、照明灯2、镜片3和透光板4。照明灯2安装在灯箱1内，并位于灯箱1的后端。透光板4安装在灯箱1内，并位于照明灯2的前方；透光板4上设置有辅助校正的圆圈图。镜片3安装在灯箱1的前端，并位于透光板4的前方。

快速校正装置的使用过程如下：当照明灯2开启后灯箱1内部发亮并且模拟无穷远距离，镜片3辅助模拟无穷远距离，较正时摄像机5要放在灯箱1正前方，镜头对准镜片3。摄像机5根据透光板4上设置有的圆圈图，利用本发明校正出适用于当前变焦镜头的清晰变焦跟踪曲线。

本实施例包括如下步骤：

步骤一、在Z_All中标记Z_N，Z_N＝{Z₁,Z₂,...,Z_k,...,Z_n}，其中Z_N∈Z_All；Z_All代表Zoom电机变焦镜头拉动过程中可能运动到的位置，Z_N代表Zoom电机变焦镜头拉动过程中实际运动到的位置集合，Z_k是Z_N中的任意一个点。

根据相同规格型号镜头的特性，假设在每条相对变焦跟踪曲线旋转、位移之后都能够与一条作为基准的绝对变焦跟踪曲线重合，分析绝对变焦跟踪曲线所有Zoom变焦点位的曲率，当一段区间内Zoom点位的曲率方差较大时，适当选取1-2个Z，反之当一段区间内Zoom点位的曲率方差较小时，适当选取0-1个Z，随后把所选Z加入到Z_N中；

作为基准的绝对变焦跟踪曲线是一条在相同规格型号镜头中随机抽取一台镜头的相对变焦跟踪曲线。

步骤二、随机选取m条相同规格型号变焦镜头的相对变焦跟踪曲线作为观测用曲线，分析m条曲线的F_Distinct，使F_k要包含所有待校正镜头的F_{k_Distinct}，还要使F_k与F_{k_Base}尽量的接近才能保证快速寻找到F_{k_Distinct}。之后精准的标记出Focus电机清晰对焦位置集合F_N＝{F₁,F₂,...,F_k,...,F_n}，其中F_n是Z_n所对应的清晰对焦位置，F_k是F_N中的任意一个点；

在(Z_k,F_Max)处，F_Max为处于Z_k位置的Zoom电机的镜头最大值边界清晰对焦位置，从F_Max出发寻找当前变焦镜头Focus最清晰对焦位置F_Distinct的时间复杂度为O(a)，从F_k出发寻找当前变焦镜头Focus最清晰对焦位置F_Distinct的时间复杂度为O(b)，因为F_k比F_Max更接近于F_Distinct，可知：O(b)<O(a)；

标记F_k的方法是基于相对变焦跟踪曲线旋转、位移之后都能够与作为基准的绝对变焦跟踪曲线重合，满足：

abs(F_k-F_Base)<abs(F_Distinct-F_Base)，

其中abs(x)函数代表取x的绝对值操作。

步骤三、根据摄像机内置的爬山算法，在集合Z_N中分别对Z_k进行操作，找到全部Z_k对应的F_{k_Distinct}，随之组合成最清晰聚焦点集合：

F_{N_Distinct}＝{F_{1_Distinct},F_{2_Distinct},...,F_{k_Distinct},...,F_{n_Distinct}}；

传统的爬山算法是要让Focus电机从当前的位置出发，向着清晰Focus对焦位置前进，当图像的清晰度值开始慢慢下降并且到达一定程度时，Focus电机向相反的方向运动，当图像的清晰度值再次下降并且达到一定程度时，再次掉转方向，如此往复3次后既可以找到最清晰的Focus电机聚焦点。本发明提出的爬山算法是把往复3次优化成往复2次，第一次掉头之后既把Focus电机的位移速度降低，从而达到快速、精准地找到聚焦点。

步骤四、设定一条随机的绝对变焦跟踪曲线为基准曲线，并且根据基准曲线计算当前变焦镜头n个最清晰Focus点位的偏移值：

基准曲线如下式：

F_{N_Base}＝{F_{1_Base},F_{2_Base},...,F_{k_Base},...,F_{n_Base}}，

其中F_{N_Base}是基准曲线集合，F_{k_Base}是待校正F_{N_Distinct}点所对应的预先设定好的基准点，通过计算可以得出偏移值集合为:

F_{N_Offset}＝F_{N_Distinct}-F_{N_Base}，

即F_{N_Offset}＝{F_{1_Offset},F_{2_Offset},...,F_{k_Offset},...,F_{n_Offset}}。

步骤五、计算Zoom电机所有点位Z_All中跟焦位置Zi相对应的偏移值F_{i_Offset}：

其中1≤i≤All，k与k-1是Zoom与Focus所有位置中的两个点，并且不等于i,i是k与k-1之间的一个点，计算出的偏移值随之组成Zoom电机全程偏移值集合。

步骤六、计算当前变焦镜头相对变焦跟踪曲线F_All：F_All＝F_Base+F_Offset，即为实际应用中的无穷远距离下清晰曲线；其中F_All是Z_All对应的清晰聚焦点，F_Base为预先设定的基准曲线，F_Offset为步骤五计算出的偏移值。

步骤七、基于欧氏距离验证相对变焦跟踪曲线的正确性；

计算已校正的相对变焦跟踪曲线与基准绝对变焦跟踪曲线之间的欧氏距离D:

给定判断阈值Thresh，进行相对变焦跟踪曲线的正确性验证，如果D≥Thresh，则校正出的相对变焦跟踪曲线存在异常，如果D<Thresh，则校正出的相对变焦跟踪曲线无异常；验证相对变焦跟踪曲线正确性用的阈值Thresh是根据实际测量以及实验取得。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其算法的结构、所取名称、装置的结构可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。

Claims (5)

1.一种变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法，包括如下步骤：

步骤一、在Z_All中标记Z_N，Z_N＝{Z₁,Z₂,...,Z_k,...,Z_n}，其中Z_N∈Z_All；Z_All代表Zoom电机变焦镜头拉动过程中可能运动到的位置，Z_N代表Zoom电机变焦镜头拉动过程中实际运动到的位置集合，Z_k是Z_N中的任意一个点；

步骤二、标记出Focus电机清晰对焦位置集合F_N＝{F₁,F₂,...,F_k,...,F_n}，其中F_n是Z_n所对应的清晰对焦位置，F_k是F_N中的任意一个点；

在(Z_k,F_Max)处，F_Max为处于Z_k位置的Zoom电机的镜头最大值边界清晰对焦位置，从F_Max出发寻找当前变焦镜头Focus最清晰对焦位置F_Distinct的时间复杂度为O(a)，从F_k出发寻找当前变焦镜头Focus最清晰对焦位置F_Distinct的时间复杂度为O(b)，因为F_k比F_Max更接近于F_Distinct，可知：

O(b)<O(a)；

标记F_k的方法是基于相对变焦跟踪曲线旋转、位移之后都能够与作为基准的绝对变焦跟踪曲线重合，满足：

abs(F_k-F_Base)<abs(F_Distinct-F_Base)，

其中abs(x)函数代表取x的绝对值操作；

步骤三、通过爬山算法，找到全部Z_k对应的F_{k_Distinct}，随之组合成最清晰聚焦点集合：

F_{N_Distinct}＝{F_{1_Distinct},F_{2_Distinct},...,F_{k_Distinct},...,F_{n_Distinct}}；

步骤四、设定一条随机的绝对变焦跟踪曲线为基准曲线，并且根据基准曲线计算F_{N_Distinct}对应的偏移值，基准曲线如下式：

F_{N_Base}＝{F_{1_Base},F_{2_Base},...,F_{k_Base},...,F_{n_Base}}，

其中F_{N_Base}是基准曲线集合，F_{k_Base}是待校正F_{N_Distinct}点所对应的预先设定好的基准点，通过计算可以得出偏移值集合为:

F_{N_Offset}＝F_{N_Distinct}-F_{N_Base}；

步骤五、计算Zoom电机所有点位Z_All中跟焦位置Z_i相对应的偏移值F_{i_Offset}：

其中1≤i≤All，k与k-1是Zoom与Focus所有位置中的两个点，并且不等于i,i是k与k-1之间的一个点，计算出的偏移值随之组成Zoom电机全程偏移值集合；

步骤六、计算当前变焦镜头相对变焦跟踪曲线F_All＝F_Base+F_Offset，即为实际应用中的无穷远距离下清晰曲线；其中F_All是Z_All对应的清晰聚焦点，F_Base为预先设定的基准曲线，F_Offset为步骤五计算出的偏移值；

步骤七、基于欧氏距离验证相对变焦跟踪曲线的正确性；

计算已校正的相对变焦跟踪曲线与基准绝对变焦跟踪曲线之间的欧氏距离D:

给定判断阈值Thresh，进行相对变焦跟踪曲线的正确性验证，如果D≥Thresh，则校正出的相对变焦跟踪曲线存在异常，如果D<Thresh，则校正出的相对变焦跟踪曲线无异常。

2.根据权利要求1所述的变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法，其特征在于：所述的爬山算法是要让Focus电机从当前的位置出发，向着Focus清晰对焦位置前进，当图像的清晰度值开始慢慢下降并且到达一定程度时，Focus电机向相反的方向运动，当图像的清晰度值再次下降并且达到一定程度时，再次掉转方向，如此往复2次后即可以找到Focus电机最清晰聚焦点。

3.根据权利要求1所述的变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法，其特征在于：作为基准的绝对变焦跟踪曲线是一条在相同规格型号镜头中随机抽取一台镜头的相对变焦跟踪曲线。

4.根据权利要求1所述的变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法，其特征在于：步骤二中，先随机选取m个相同规格型号变焦镜头的相对变焦跟踪曲线作为观测用曲线，分析m条曲线的F_Distinct，使F_k要包含所有待校正镜头的F_{k_Distinct}，之后再精准的标记出Focus对焦位置集合F_N＝{F₁,F₂,...,F_k,...,F_n}。

5.根据权利要求1所述的变焦跟踪曲线的快速校正及验证方法，其特征在于：验证相对变焦跟踪曲线正确性用的阈值Thresh是根据实际测量以及实验取得。

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