CN109696788B - 一种基于显示面板的快速自动对焦方法 - Google Patents

一种基于显示面板的快速自动对焦方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于显示面板缺陷检测技术领域，公开了一种基于显示面板的快速自动对焦方法，采集显示面板对焦画面图像，在全焦段范围内采用二分法进行调焦，通过大步长调焦法确定图像清晰的对焦范围，再通过小步长调焦法在对焦范围内确定清晰对焦位置；在清晰对焦位置处采集清晰对焦位置对应的图像，进行对焦清晰度判断，若满足预设阈值要求则输出图像，否则进行自动对焦微调后再次采集图像进行对焦清晰度判，直至满足预设阈值要求，输出图像；本发明提供的自动对焦方法，粗对焦计算清晰对焦位置，根据该对焦位置处图像的清晰度进行微调，进一步提高了对焦精度，防止出现误对焦，并且可提高缺陷检测的精度，缩短检测时长。

Description

一种基于显示面板的快速自动对焦方法
技术领域
本发明属于显示面板缺陷检测技术领域，更具体地，涉及一种基于显示面板的快速自动对焦方法。
背景技术
图像采集是显示面板视觉检测中的一个关键部分，采集过程中为了获得清晰的图像，相机选型(分辨率大于视野范围内显示面板的分辨率)是基础，镜头焦距的调节也至关重要。手动调焦，需要专门的人员进行反复的手工操作来判断图像的清晰度，存在个人主观性，且易受环境、个人的影响，在一些工况下人工操作会存在很大的困难，效率极低。传统的自动对焦方法，依据测距或相位偏移等方法进行对焦，成本高、误差大、对环境要求高。而基于数字图像的自动对焦方法，可充分利用计算机处理数字信号的高速度和灵活性，实时处理分析图像的清晰度，来实现自动对焦。
现有基于图像处理的自动对焦方法，未作对焦清晰的判断，均通过对图像中心区域利用对焦评价函数计算评价值的方法，先获取图像序列确定对焦方向和范围，在此范围内以某一方向采集图像序列，计算对焦峰值位置，即为对焦清晰点。
譬如发明专利201410603586.0所公开的技术方案通过第一步长采集图像计算图像中心区域对比度，判断获取对焦方向和第一位置，再在第一位置基础上利用第二步长确定对焦范围，然后在此范围内进行等间隔步长对焦操作，搜索对焦峰值，此类方法易受环境和步长大小的影响，清晰度评价函数曲线易出现次峰，影响以第一步长对焦时确定的对焦方向和第一位置，容易产生误对焦，且耗时较长。
又譬如发明专利201710980037.9所公开的技术方案需要从摄像头在预设物距下获取的离焦图像中得到物体成像的预估准焦区域，再进行上述方法对焦，该方法易受环境影响，若物距、镜头、相机等因素发生改变，则预估准焦区域也会随之改变，通用性不强。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于显示面板的快速自动对焦方法，其目的在于提高自动对焦的对焦精度和稳定性。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于显示面板的快速自动对焦方法，包括如下步骤：
(1)图像采集：采集显示面板对焦画面图像；
(2)自动对焦粗调：在全焦段范围内采用二分法进行调焦，通过大步长调焦确定图像清晰的细对焦范围，通过小步长调焦法在细对焦范围内确定清晰对焦位置；
(3)采集清晰对焦位置对应的图像，进行对焦清晰度判断，若满足预设阈值要求则输出图像，否则进行自动对焦微调后再次采集图像进行对焦清晰度判，直至满足预设阈值要求，输出图像。
优选地，上述基于显示面板的快速自动对焦方法，大步长调焦方法包括：
(2.1)以全焦段均分为N段的焦距为初始步长StepLong，依次采集各焦距fi对应的图像，计算相应图像的对焦评价值；N为自然数，N优选为4；
(2.2)将任一非0焦距处图像的对焦评价值与前一个焦距处图像的对焦评价值进行比较，直到当前非0焦距处图像的对焦评价值比前一个焦距处图像的对焦评价值小，表明波峰值已过，将当前非0焦距处图像的对焦评价值Valfi作为对焦峰值，确定第一对焦范围为自当前非0焦距处±步长的范围fi±StepLong；其中，前一个焦距是指当前非0焦距减去一个初始步长StepLong；(2.3)以StepLong/2i为步长，在第i对焦范围内，采集(f i±StepLong/2i)焦距处的图像，将图像对应的对焦评价值Val(fi±StepLong/2)与Valfi比较，确定最大对焦评价值对应的焦距fi，以及第(i+1)对焦范围fi±StepLong/2i；i的初始值为1；
(2.4)令i＝i+1，更新步长，执行步骤(2.3)，直至i达到设定的阈值，得到细调对焦范围为fi±StepLong/2i。
优选地，上述基于显示面板的快速自动对焦方法，优选i的设定阈值为4。
优选地，上述基于显示面板的快速自动对焦方法，小步长调焦方法包括：
(2.6)在大步长调焦确定的细调对焦范围内，以小步长StepShort采集图像，并计算对应的对焦位置和对焦评价值；
(2.7)计算对焦峰值：利用爬山法从小步长调焦数据中搜索对焦评价值的峰值，确定与峰值对应的对焦位置f；
(2.8)图像采集：采集该对焦位置f处的图像A，计算该图像A对应的对焦评价值Valf；
(2.9)根据上述对焦评价值Valf进行焦清晰度判断，若对焦清晰度判断结果表明对焦失败，则进行自动对焦微调；若对焦清晰度判断结果表明对焦成功，则结束调节，输出图像。
优选地，上述基于显示面板的快速自动对焦方法，自动对焦微调的方法包括：
采集对焦位置f±StepShort处的图像进行对焦清晰度判断，若对焦失败，比较f、f±StepShort三组焦距对应的对焦评价值，
(a)若对焦评价值Valf±StepShort<Valf，则在f±StepShort范围内以一固定步长调焦，进行对焦清晰度判断，直到调焦成功，否则返回错误；
(b)若Valf-StepShort<Valf≤Valf+StepShort，则在(f，f+StepShort*3/2)范围内以某一固定步长调焦，进行对焦清晰度判断，直到调焦成功，否则返回错误；
(c)若Valf-StepShort≥Valf>Valf+StepShort，则在(f，f-StepShort*3/2)范围内以某一固定步长调焦，进行对焦清晰度判断，直到调焦成功，否则返回错误；
其中，Valf是从峰值对应的对焦位置f所采集图像的对焦评价值，Valf-StepShort是从对焦位置(f-StepShort)所采集图像的对焦评价值，Valf+StepShort是从对焦位置(f+StepShort)所采集图像的对焦评价值StepShort是指步骤(2.6)所采用的小步长，f是步骤(2.7)所确定的对焦位置。
优选地，上述基于显示面板的快速自动对焦方法，对焦清晰度判断的方法为：
对图像A进行二值化处理，分为若干区域块，将每个区域块的连通域通过标记分别提取出来，选择若干标记的连通域，连通域大于设置的K1*K2大小，则判定对焦失败；否则，计算标记区域最大亮度值的单像素点，以此单像素点为中心的大小为K1*K2像素的区域，计算该区域的亮度重心和总亮度值；根据已经计算出的重心位置，将此重心位置的4邻域点亮度和与K1*K2的总亮度和进行比较，确定此重心位置的4邻域点亮度占总亮度值的百分比，将该百分比与设定阈值进行比较，若该百分比大于设定阈值，则对焦清晰，反之，则对焦失败。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的基于显示面板的快速自动对焦方法，粗对焦后再判断峰值处对焦图像清晰度，进行微调，进一步提高了对焦精度，防止出现误对焦；而且，对于任意的对焦控制设备，粗对焦可有效防止评价函数曲线中次峰的影响，提高了测量速率和精确性，通用性强。
本发明提供的基于显示面板的快速自动对焦方法，通过图像处理的自动对焦方法不需要额外设备，直接把获取的图像信息作为调焦判据，降低了成本，有利于系统集成。
本发明提供的基于显示面板的快速自动对焦方法，在首次对焦成功后记录该焦距，若环境基本不变，更换不同的显示面板不需要重新全焦段进行对焦，可在此焦距处通过对焦微调进行精确对焦，保证了对焦的清晰度，提高了缺陷检测的精度，降低了检测时间。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于显示面板的快速自动对焦方法的流程示意图；
图2是几种对焦评价函数曲线示意图；
图3是实施例中大步长调焦示意图；
图4是实施例中采用的单像素点3*3区域示意图；
图5是实施例中所采集的原图；
图6是实施例中对图5中A处放大后的放大图；
图7是采用实施例提供的基于显示面板的快速自动对焦方法得到的对焦清晰图像；
图8是采用现有技术的自动对焦方法得到的对焦图像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，实施例提供的基于显示面板的快速自动对焦方法，包括如下步骤：
(1)图像采集：采集显示面板对焦画面图像；
(2)自动对焦粗调：在全焦段范围内采用二分法进行调焦，通过大步长StepLong调焦确定图像清晰的对焦范围，通过小步长StepShort调焦法确定清晰对焦位置。
其中，大步长StepLong调焦方法具体如下：
(2.1)参照图2，将全焦段均分为4段焦距，依次采集对应焦距的图像，并利用对焦评价函数计算相应图像的对焦评价值；全焦段是镜头对焦环调节的总焦距范围；以镜头的全焦段值分为4段，不同镜头(带有对焦环)全焦段值不一样，均分为4部分即可；实施例中，对焦评价函数任意对焦评价函数，尤其是可采用Tenengrad评价函数。
(2.2)将当前非0焦距处的对焦评价值Valf*与上一个焦距处对焦评价值Valf(*-StepLong)进行比较，直到下一个焦距处的对焦评价值比当前非0焦距处的对焦评价值小，表明波峰值已过，确定第一对焦范围f*±StepLong；
(2.3)以步长StepLong的一半StepLong/2在第一对焦范围内采集图像，将其对焦评价值Valf(*±StepLong/2)与Valf*比较，确定最大对焦评价值的焦距f* 1，确定第二对焦范围f* 1 ±StepLong/2；
(2.4)以StepLong/4在第二对焦范围内采集图像，将其对焦评价值Valf(*±StepLong/4)与Valf*比较，确定最大对焦评价值的焦距f*2，确定第三对焦范围f*2 ±StepLong/4；
(2.5)以StepLong/8在第三对焦范围内采集图像，将其对焦评价值Valf(*±StepLong/8)与Valf*比较，确定最大对焦评价值的焦距f* 3，确定第四对焦范围f* 3 ±StepLong/8。
参照图3，根据(2.2)的步骤第4个点出现评价值比第3个点小，记录第2、第3、第4个点的对焦位置，根据(2.3)的步骤第5、第6个点比第3个点小，记录第3、第5、第6个点的对焦位置，依此根据(2.4)的步骤确定图像清晰的对焦范围为第3、第9、第8个点的焦距范围。
小步长StepShort调焦方法具体如下：
(2.5)在大步长调焦确定的第四对焦范围内，以小步长StepShort运行，计算并记录对焦位置和相应的评价值；
(2.6)计算对焦峰值：利用爬山法从小步长调焦数据中搜索对焦评价值的峰值，确定此时对焦位置f；
(2.7)图像采集：根据上述获取的焦距f，采集此焦距时的图像A，计算该图像对应的对焦评价值Valf；
(2.8)对焦清晰度判断：对图像A进行二值化处理，分为若干区域块，将每个区域块的连通域通过标记分别提取出来，选择若干标记的连通域，连通域大于设置的K1*K2大小，则判定对焦失败；否则，计算标记区域最大亮度值的单像素点，以此单像素点为中心的大小为K1*K2像素的区域，计算该区域的亮度重心和总亮度值；根据已经计算出的重心位置，将此重心位置的4邻域点亮度和与K1*K2的总亮度和进行比较，确定此重心位置的4邻域点亮度占总亮度值的百分比，将该百分比与设定阈值进行比较，若该百分比大于设定阈值，则对焦清晰，反之，则对焦NG。实施例中，K1*K2优选为3*3，单像素点3*3区域参照图4所示；设定阈值优选为选R,G,B为(0.9,0.9,0.9)。
实施例中，选取的连通域总数为100～200个；标记的连通域优选9块，每个区域块的连通域20个左右点，根据实际需求进行分块，取一定数量的连通域。
(2.9)以相机分辨率是图像分辨率的3*3倍为例，对图像A进行二值化处理，将各个区域通过标记分别提取出来，若标记的连通域大于3*3，则判断对焦NG；否则，计算标记区域的亮度最大值单像素点，以此单像素点为中心3*3大小区域，计算亮度重心和总亮度值，计算以此重心的4邻域点亮度和占总亮度值的百分比，若此百分比大于设定阈值，则对焦成功，反之，则对焦失败。
(2.10)若对焦清晰度判断失败，则进行自动对焦微调，若对焦成功，则结束调节，输出图像。
自动对焦微调的方法包括：
依次采集f±StepShort处的图像，采用步骤(2.8)～(2.9)的方法进行对焦清晰度判断，若对焦失败，利用对焦评价函数计算相应对焦评价值，比较f、f±StepShort三组的对焦评价值，
1)若Valf±StepShort<Valf，则在f±StepShort范围内以某一固定步长调焦，每次调焦运行步骤(2.8)～(2.9)，直到调焦成功，否则返回错误。
2)若Valf-StepShort<Valf≤Valf+StepShort，则在(f，f+StepShort*3/2)范围内以某一固定步长调焦，每次调焦运行步骤(2.8)～(2.9)，直到调焦成功，否则返回错误。
3)若Valf-StepShort≥Valf>Valf+StepShort，则在(f，f-StepShort*3/2)范围内以某一固定步长调焦，每次调焦运行步骤(2.8)～(2.9)，直到调焦成功，否则返回错误。
采用现有技术采集多图直接找对焦评价函数的峰值的自动对焦方法的与本发明提供的快速自动对焦法耗时参数对照如表1：
表1自动对焦方法耗时对比表
Figure GDA0002956360200000081
从以上表1可知，本发明提供的快速自动对焦与普通自动对焦法相比初次对焦耗时较短，再次对焦耗时更少，且对焦清晰度更高。
图5是实施例中所采集的原图；图6是对图5中A处放大后的放大图；图7是采用实施例提供的基于显示面板的快速自动对焦方法得到的对焦清晰图像，图8是采用现有技术的自动对焦方法得到的对焦图像；可以看出，相对于现有自动对焦技术对图像序列的中心区域计算对焦评价值，进而寻找其中的对焦峰值作为对焦清晰位置的方法，本发明提供的对焦方法通过对图像序列分区域计算对焦评价值、寻找对焦峰值，进而对峰值位置图像进行对焦清晰度判断并微调的方法，可以有效准确的进行自动对焦，对焦效果更优。
本发明提供的快速自动对焦方法对任意对焦控制设备可根据不同的需求选择不同的评价算法进行大步长对焦粗调，适用广泛，通用性强，可提高AOI系统的面板缺陷检测的精度和鲁棒性，且可以有效的代替人力。该基于显示面板的快速自动对焦方法，大步长粗对焦后，判断峰值处对焦图像清晰度，进行微调，进一步提高了对焦精度，防止出现误对焦。第一次对焦成功后，若环境基本不变，更换不同显示面板时，不需要重新全焦段进行对焦，可通过微调进行精确对焦，保证了对焦的清晰度，提高了缺陷检测的精度，不仅整体降低了检测耗时，而且延长了对焦控制器的使用寿命。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于显示面板的快速自动对焦方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采集显示面板对焦画面图像；
（2）在全焦段范围内先通过大步长调焦确定图像清晰的细对焦范围，通过小步长调焦在细对焦范围内确定清晰对焦位置；
采集清晰对焦位置对应的图像，进行对焦清晰度判断，具体是将清晰对焦位置对应的图像划分为若干区域块，分别提取每个区域块的连通域并判断其是否大于预设像素区域，若是则对焦失败；
若否，则计算以连通域中亮度值最大的单像素点为中心、大小为所述预设像素区域的亮度重心和总亮度值；
将所述亮度重心的若干邻域点的亮度和与所述总亮度值进行比较，若所述亮度和占所述总亮度值的百分比大于设定阈值，则对焦成功、输出图像；若对焦失败则进行自动对焦微调后再次采集图像进行对焦清晰度判断，直至对焦成功。
2.如权利要求1所述的快速自动对焦方法，其特征在于，大步长调焦的方法包括：
（2.1）以全焦段均分为N段的焦距为初始步长，依次采集各焦距fi对应的图像，计算相应图像的对焦评价值；N为自然数；
（2.2）将任一非0焦距处图像的对焦评价值与前一个焦距处图像的对焦评价值进行比较，直到当前非0焦距处图像的对焦评价值比前一个焦距处图像的对焦评价值小，表明波峰值已过，将当前非0焦距处图像的对焦评价值Valfi作为对焦峰值，确定第一对焦范围为自当前非0焦距处±步长的范围（fi±StepLong）；其中，前一个焦距是指当前非0焦距减去一个初始步长；
（2.3）以StepLong/2i为步长，在第i对焦范围内，采集（f i±StepLong/2i）焦距处的图像，将图像对应的对焦评价值Val(fi±StepLong/2)与Valfi比较，确定最大对焦评价值对应的焦距fi，以及第（i+1）对焦范围fi±StepLong/2i；i的初始值为1；StepLong是指初始步长；
（2.4）令i=i+1，更新步长，执行步骤（2.3），直至i达到设定的阈值，得到细调对焦范围为fi±StepLong/2i。
3.如权利要求2所述的快速自动对焦方法，其特征在于，i的设定阈值为4。
4.如权利要求1或2所述的快速自动对焦方法，其特征在于，所述通过小步长调焦在细对焦范围内确定清晰对焦位置的方法包括：
（2.6）在大步长调焦确定的细调对焦范围内，以小步长采集图像，并计算对应的对焦位置和对焦评价值；
（2.7）利用爬山法从小步长调焦数据中搜索对焦评价值的峰值，确定与峰值对应的清晰对焦位置f。
5.如权利要求4所述的快速自动对焦方法，其特征在于，自动对焦微调的方法为：
采集清晰对焦位置f±StepShort处的图像进行对焦清晰度判断，若对焦失败，比较f、f±StepShort三组焦距对应的对焦评价值，
（a）若对焦评价值Valf±StepShort<Valf，则在f±StepShort范围内以一固定步长调焦，进行对焦清晰度判断，直到调焦成功，否则返回错误；
（b）若Valf-StepShort<Valf≤Valf+StepShort，则在(f，f+StepShort*3/2)范围内以某一固定步长调焦，进行对焦清晰度判断，直到调焦成功，否则返回错误；
（c）若Valf-StepShort≥Valf>Valf+StepShort，则在(f，f-StepShort*3/2)范围内以某一固定步长调焦，进行对焦清晰度判断，直到调焦成功，否则返回错误；
其中，Valf是从峰值对应的清晰对焦位置f所采集图像的对焦评价值，Valf-StepShort是从清晰对焦位置（f-StepShort）所采集图像的对焦评价值，Valf+StepShort是从清晰对焦位置（f+StepShort）所采集图像的对焦评价值 StepShort是指步骤（2.6）所采用的小步长，f是步骤（2.7）所确定的清晰对焦位置。
6.如权利要求4所述的快速自动对焦方法，其特征在于，对焦清晰度判断的方法具体为：
将清晰对焦位置f处的图像A进行二值化处理，分为若干区域块，将每个区域块的连通域通过标记分别提取出来，若提取的连通域大于设置的K1*K2大小，则判定对焦失败；否则，计算标记区域最大亮度值的单像素点，并计算以所述单像素点为中心、大小为K1*K2像素区域的亮度重心和总亮度值；
将此亮度重心的4邻域点亮度和与K1*K2像素区域的总亮度值进行比较，确定亮度重心的4邻域点亮度占所述总亮度值的百分比；将所述百分比与设定阈值进行比较，若百分比大于设定阈值，则对焦清晰，否则对焦失败。
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