CN110381261B - 聚焦方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种聚焦方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备，所述方法包括：判断相机拍摄的图像的亮度变化量是否小于设定阈值，当亮度变化量小于设定阈值时，根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围，控制镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置。解决了现有技术中存在的不能快速准确地聚焦的技术问题，达到了快速准确地聚焦的技术效果。

Description

聚焦方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备
技术领域
本申请涉及安防领域，具体而言，涉及一种聚焦方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备。
背景技术
人民社会安全与稳定目前是极受重视的话题，智能监控促进了安防领域的发展，保障了人民的生命财产安全。智能监控的有效性主要依赖于摄像头抓拍清晰的场景图像。
拍摄得到清晰的图像依赖于相机是否准确聚焦，在智能监控领域，由于场景复杂，需要快速获得清晰的场景图像才能保证智能监控的有效性，快速获得清晰的场景图像依赖于聚焦的速度、准确性和平稳性。然而，快速准确地聚焦是个技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚焦方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备，其旨在改善现有技术中存在的上述不足。
第一方面，本发明实施例提供了一种聚焦方法，所述方法包括：
判断相机拍摄的图像的亮度变化量是否小于设定阈值；当所述亮度变化量小于设定阈值时，根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围；控制所述镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置。
可选的，当所述亮度变化量小于设定阈值时，根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围，包括：获得在所述当前物距下所述变焦距离对应的参考焦点位置；以所述参考焦点位置为中心，按照第一步长确定所述第一聚焦范围。
可选的，所述控制所述镜片的焦点在所述第一聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置，包括：获得所述镜片的第一焦点位置，所述第一焦点位置为所述镜片的焦点的当前位置；判断所述第一焦点位置是否在所述第一聚焦范围内；若所述第一焦点位置在所述第一聚焦范围内，控制所述焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置；所述第一方向为所述第一焦点位置指向所述参考焦点位置的方向；分别获取在所述第一焦点位置拍摄的第一图像和在所述第二焦点位置拍摄的第二图像；确定所述第一图像的清晰度与所述第二图像的清晰度中的较大值作为第一待匹配清晰度；判断第一清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第一待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第一清晰度变化因子表征所述第二图像的清晰度相对于所述第一图像的清晰度的变化趋势；若是，则将所述第一待匹配清晰度对应的焦点位置作为所述最佳焦点位置。
可选的，在所述判断所述第一清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第一待匹配清晰度是否大于预设清晰度值之后，还包括：若所述第一清晰度变化因子不满足所述第一预设条件，和/或，所述第一待匹配清晰度不大于预设清晰度值，则基于所述第一清晰度变化因子确定所述焦点的移动方向，基于所述第一清晰度变化因子确定第三步长；控制所述焦点沿所述移动方向移动所述第三步长至第三焦点位置；获取在所述第三焦点位置拍摄的第三图像；确定所述第一待匹配清晰度与所述第三图像的清晰度中的较大值作为第二待匹配清晰度；判断第二清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第二待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第二清晰度变化因子表征所述第三图像的清晰度相对于所述第一图像的清晰度的变化趋势；若是，则将所述第二待匹配清晰度对应的焦点位置作为所述最佳焦点位置。
可选的，在所述判断所述第二清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第二待匹配清晰度是否大于预设清晰度值之后，还包括：若所述第二清晰度变化因子不满足所述第一预设条件，和/或，所述第二待匹配清晰度不大于预设清晰度值，则基于所述第二清晰度变化因子确定所述焦点的移动方向，基于第一步长调整因子确定所述焦点的移动步长；所述第一步长调整因子表征所述第三图像的清晰度相对于所述第二图像的清晰度的变化趋势；控制所述焦点沿所述移动方向移动所述移动步长至第四焦点位置；获取在所述第四焦点位置拍摄的第四图像；确定所述第二待匹配清晰度与所述第四图像的清晰度中的较大值作为第三待匹配清晰度；判断第三清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第三待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第三清晰度变化因子表征所述第四图像的清晰度相对于所述第一图像的清晰度的变化趋势；若是，则将所述第三待匹配清晰度对应的焦点位置作为所述最佳焦点位置。
可选的，所述基于所述第一清晰度变化因子确定所述焦点的移动方向，包括：当所述第一清晰度变化因子小于0时，确定所述移动方向为所述第一方向；当所述第一清晰度变化因子大于或者等于0时，确定所述移动方向为第二方向；所述第二方向为所述第一方向的相反方向；所述基于所述第一清晰度变化因子确定第三步长，包括：当所述第一清晰度变化因子小于第一阈值时，增大所述第二步长，以增大后的第二步长作为所述第三步长；当所述第一清晰度变化因子大于或者等于所述第一阈值，且小于第二阈值时，以所述第二步长作为所述第三步长；当所述第一清晰度变化因子大于或者等于所述第二阈值时，减小所述第二步长，以减小后的第二步长作为所述第三步长。
可选的，在控制所述焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置之前，所述方法还包括：若所述第一焦点位置不在所述第一聚焦范围内，控制所述镜片的焦点移动到所述第一聚焦范围的边界点。
第二方面，本发明实施例提供了一种聚焦装置，所述装置包括：
判断模块，用于判断相机拍摄的图像的亮度变化量是否小于设定阈值；确定搜索范围模块，用于当所述亮度变化量小于设定阈值时，根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围；聚焦模块，用于控制所述镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权上述任一项所述方法的步骤。
相对现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明实施例提供了一种聚焦方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备，所述方法包括：判断相机拍摄的图像的亮度变化量是否小于设定阈值，当亮度变化量小于设定阈值时，根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围，控制镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置。当拍摄的图像的亮度变化量小于设定阈值时表征拍摄的场景稳定，在稳定的场景下进行聚焦操作，提高了聚焦的准确性和平稳性；在控制镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，限定了搜索最佳焦点位置的范围，减小了搜索最佳焦点位置的时间，提高了聚焦的速度；根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围，增大了搜索最佳焦点位置早第一聚焦范围内的几率，减小了搜索到最佳焦点位置的时间，当镜片的焦点在最佳焦点位置时，相机拍摄得到最清晰的场景图像，即相机可以准确聚焦，因而提高了准确聚焦的速度。因此，解决了现有技术中存在的不能快速准确地聚焦的技术问题，达到了快速准确地聚焦的技术效果。
本发明实施例的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的一种聚焦方法的流程图。
图2示出了本发明实施例提供的另一种聚焦方法的流程图。
图3示出了本发明实施例提供的又一种聚焦方法的流程图。
图4示出了本发明实施例提供的再一种聚焦方法的流程图。
图5示出了本发明实施例提供的还一种聚焦方法的流程图。
图6示出了本发明实施例提供的一种聚焦装置200的方框结构示意图。
图7示出了本发明实施例提供的另一种聚焦装置200的方框结构示意图。
图8示出了本发明实施例提供的确定搜索范围模块310所执行的功能的流程图。
图9示出了本发明实施例提供的方向预判断模块320所执行的功能的流程图。
图10示出了本发明实施例提供的变步控制模块330所执行的功能的流程图。
图11示出了本发明实施例提供的峰值处理模块340所执行的功能的流程图。
图12示出了本发明实施例提供的场景检测模块350所执行的功能的流程图。
图13示出了本发明实施例提供的一种电子设备的方框结构示意图。
图标：200-聚焦装置；210-判断模块；220-确定搜索范围模块；230-聚焦模块；310-确定搜索范围模块；320-方向预判断模块；330-变步控制模块；340-峰值处理模块；350-场景检测模块；360-回程差处理模块；500-总线；501-接收器；502-处理器；503-发送器；504-存储器；505-总线接口。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在安防拍摄领域，快速稳定聚焦是保证抓拍得到清晰的图像的重要前提。然而快速稳定聚焦是个技术难题。
现有技术中涉及的聚焦策略，其聚焦速度快，但搜索范围不同，存在场景差异大的情况，离焦点比较远的位置聚焦时间也较长，全方位移动及镜头变倍、变焦控制(Pan/Tilt/Zoom，PTZ)相机发生位置转动后，若物距发生变化，必须专门进行场景标定，否则聚焦也不够快，若步长设置较大，聚焦又会不够平滑。
聚焦过程中如果聚焦的感兴趣区域画面有亮度变化，物体运动的情况，现有算法获取到的清晰度值很容易受到影响，导致自动聚焦无法聚到最清晰，从而聚焦失败。
电动镜头因为回程差较大的缘故，机芯的聚焦算法在电动镜头上使用时无法将效果达到最优，导致电动镜头的聚焦震荡幅度较大，聚焦速度较慢。
综上，目前的聚焦策略存在适应性差、聚焦速度不够快的技术问题，即现有的聚焦方法还需要进一步优化，聚焦速度需要进一步提高，对于动态场景的聚焦也需要针对性优化，对于多种类型的镜头使用同一算法无法不能达到最优效果，即适用性也需要优化提升。
本发明实施例提供了一种聚焦方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备，用以解决现有技术中存在的不能快速准确地聚焦、适用性差的技术问题，达到了快速准确地聚焦、适用性强的技术效果。
实施例
本发明实施例提供了一种聚焦方法，聚焦方法特别适用于安防领域的场景抓拍。聚焦方法包括如图1所示的S101～S103，以下结合图1对S101～S103进行阐述。
S101：判断相机拍摄的图像的亮度变化量是否小于设定阈值。
S102：当亮度变化量小于设定阈值时，根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围。
S103：控制镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置。
当焦点在最佳焦点位置时，确定相机准确聚焦，相机拍摄得到最清晰的场景图像。
通过采用以上方案，当拍摄的图像的亮度变化量小于设定阈值时表征拍摄的场景稳定，在稳定的场景下进行聚焦操作，提高了聚焦的准确性和平稳性；在控制镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，限定了搜索最佳焦点位置的范围，减小了搜索最佳焦点位置的时间，提高了聚焦的速度；根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围，增大了搜索最佳焦点位置早第一聚焦范围内的几率，减小了搜索到最佳焦点位置的时间，当镜片的焦点在最佳焦点位置时，相机可以准确聚焦，因而提高了准确聚焦的速度。
其中，在S101之前，所述方法还包括：控制相机拍摄场景的多帧图像，并获得图像的亮度值，其中，亮度值表征图像的亮度的大小。在获得亮度值后，计算相邻两帧图像之间的亮度值变化率。其中，作为一种可选的实施方式，亮度值变化率的计算方式为如公式(1)所示：
Figure BDA0002184187010000071
其中，AK表示亮度值变化率，B是比例系数，L0为当前帧图像的感兴趣区域的亮度统计平均值，L1为当前帧图像的前一帧图像的感兴趣区域的亮度统计平均值，前一帧图像的拍摄时间节点是当前帧图像的拍摄时间的前一的前一时间节点。min(L0,L1)表示取L0和L1的最小值，即当L0≥L1时，min(L0,L1)＝L1，当L0<L1时，min(L0,L1)＝L0。
S101中所述的判断相机拍摄的图像的亮度变化率是否小于设定阈值，是用于判断拍摄的场景是否稳定。当相机拍摄的图像的亮度变化率小于设定阈值时，确定拍摄的场景稳定，当相机拍摄的图像的亮度变化率大于或者等于挂起阈值时，确定拍摄的场景不稳定。
当场景稳定，进行聚焦操作，即执行S102和S103所述的操作，当场景不稳定，将正在进行聚焦操作的进程挂起(即当亮度变化量大于或者等于设定阈值时，将进行聚焦操作的进程挂起)，继续拍摄图像以及获得相邻两帧图像之间的亮度值变化率，即继续判断拍摄的场景是否稳定。如此，节省了聚焦计算量和内存，提高了聚焦的速度。
场景稳定，说明相机拍摄的场景的亮度变化率小，可以确定为场景未发生改变，场景不稳定，说明相机拍摄的场景的亮度变化率大，可以确定为场景发生了变化。为了准确确定场景是否发生变化，当亮度变化率大于第一设定值时，确定为场景发生了变化，当确定场景发生变化后，需要挂起聚焦进程(暂停聚焦操作)，继而继续拍摄场景图像，直到亮度变化率小于第二设定阈值时(场景稳定)，继续进行聚焦操作。
当场景发生变化时，根据变化的场景图像进行聚焦，其聚焦结果不适用于变化后的场景或者变化前的场景，因而，等到场景稳定后再进行聚焦操作，提高了聚焦的有效性和适用性。即，通过判断场景是否发生变化以及场景是否稳定，进而根据变化的场景图像对该场景进行聚焦操作，提高了聚焦的适用性。
场景不稳定，拍摄得到的图像变化大，依据该图像进行的聚焦操作不准确，通过采用以上方案，等到场景稳定时再进行聚焦，保证了聚焦的准确性，同时只对稳定的场景进行聚焦操作，减小了聚焦的计算量，提高了聚焦的速度。
在确定场景稳定时，相机进行聚焦操作，即执行S102和S103所述的操作。
现有技术方案中，在聚焦(搜索最佳焦点位置)时，是盲搜索，搜索范围不确定，导致搜索计算量大，聚焦时间长长，聚焦效果差。
为了减小准确聚焦的时间，需要减小搜索的过程的计算量，在本发明实施例中，通过需要缩小聚焦的搜索范围，即缩小焦点移动的范围，以减小盲搜索的几率，减小准确聚焦的时间。
本发明实施例中，通过根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围，第一聚焦范围是镜片搜索最佳聚焦点(最佳焦点位置)所在的范围。具体的，为了提高最佳聚焦点在第一聚焦范围内的几率，通过采用如图2所示的S102-1和S102-2所述的方案确定第一聚焦范围。
S102-1：获得在当前物距下变焦距离对应的参考焦点位置。
S102-2：以参考焦点位置为中心，按照第一步长确定第一聚焦范围。
一个物距和一个变焦距离确定一个焦点位置，当前物距和变焦距离对应的焦点位置是理论上相机在当前物距和当前变焦距离下，可以拍摄得到最清晰的场景图像，以当前物距和变焦距离对应的焦点位置作为参考焦点位置，参考焦点位置，以参考焦点位置为基准进行聚焦操作，提高了聚焦的速度。
事实上，由于相机可能存在机械误差，相机拍摄得到最清晰的场景图像的焦点位置可能不是参考焦点位置，但是可以确定最佳焦点位置就在参考焦点位置的附近。因此，以参考焦点位置为中心，按照第一步长确定第一聚焦范围，提高了最佳焦点位置在第一聚焦范围的概率，进而提高了获得准确的最佳焦点位置准确性。同时，按照第一步长确定第一聚焦范围，缩小了搜索最佳焦点位置的范围，减小了搜索最佳焦点位置的计算量，提高了确定最佳焦点位置的速度，进而提高了准确聚焦的速度，实现了快速准确地聚焦。
可选的，第一步长的取值可以是30步，其中，一步的长度可以是0.01毫米、0.0025毫米等。以参考焦点位置为中心，按照第一步长确定第一聚焦范围，获得的第一聚焦范围的长度是二倍第一步长的长度。
在确定了搜索范围是第一聚焦范围后，执行S103所述的控制镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置。在本发明实施例中，所述的搜索过程的具体实施方式是控制镜片的焦点搜索范围内移动，以获得最佳焦点位置的过程。所述的控制控制镜片的焦点移动，是通过控制镜片移动进而使得镜片的焦点移动。
针对S103，控制镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置的具体方式可以如图3中所示的S103-1～S103-7，以下结合图3对S103-1～S103-7进行阐述。
S103-1：获得镜片的第一焦点位置，第一焦点位置为所述镜片的焦点的当前位置。
S103-2：判断第一焦点位置是否在第一聚焦范围内。
S103-3：若第一焦点位置在第一聚焦范围内，控制焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置。
其中，第一方向为第一焦点位置指向参考焦点位置的方向。
S103-4：分别获取在第一焦点位置拍摄的第一图像和在第二焦点位置拍摄的第二图像。
S103-5：确定第一图像的清晰度与第二图像的清晰度中的较大值作为第一待匹配清晰度。
S103-6：判断第一清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且第一待匹配清晰度是否大于预设清晰度值。
其中，第一清晰度变化因子表征第二图像的清晰度相对于第一图像的清晰度的变化趋势；
S103-7：若是，则将第一待匹配清晰度对应的焦点位置作为所述最佳焦点位置。
通过采用以上方案，基于拍摄的图像的清晰度以及表征第二图像的清晰度相对于第一图像的清晰度的变化趋势的第一清晰度变化因子确定最佳焦点位置，使得获得的最佳焦点位置的准确性高，即在最佳焦点位置拍摄的图像清晰度最高，达到了准确聚焦的效果。
在本发明实施例中，第一焦点位置不一定在第一聚焦范围内，判断第一焦点位置是否在第一聚焦范围内之后，所述方法还包括：如果第一焦点位置不在第一聚焦范围内，控制镜片的焦点移动到第一聚焦范围的边界点。可选的，控制镜片的焦点以最大的步长从第一焦点位置移动到离第一焦点位置最近的第一聚焦范围的边界点。当焦点移动到第一聚焦范围的边界点后，确定焦点在第一聚焦范围内，这时以第一聚焦范围的边界点为第一焦点位置，即第一焦点位置在第一聚焦范围内。而后执行S103-3所述的控制焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置。
可选的，S103-3中，控制焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置具体的可以是：根据试探步长，控制控制焦点沿第一方向移动，至第二焦点位置。作为一种可选的实施方式，试探步长等于第二步长，作为另一种可选的实施方式，第二步长等于试探步长的N倍，N为正整数。
需要注意的是，不一定一次走试探步长的距离就能到第二焦点位置，可能需要多次移动才能到位，并且试探步长的取值会根据焦点的当前位置与第二焦点位置的距离进行调整，具体调整方式为：
其中，当焦点的当前位置与第二焦点位置的距离为S步的长度(第二步长)，当S>64步的长度,试探长取值是64步的长度，若S<64,则试探步长为S步的长度。其中，S为正整数。在本发明实施例中，第二步长等于试探步长的N倍，N为正整数，即所述的聚焦方法包括先进行盲试探，忙试探的次数可以是一次，也可以是两次，三次等。
当第一次进行忙试探后(方向不确定)，假设第一次忙试探的方向是第二方向(第二方向为第一方向的相反方向)，即控制镜片的焦点沿着第二方向移动第二步长到达试探位置。基于试探位置获得试探图像，当试探图像比在第一焦点位置获得的图像模糊时，确定第一次试探为无效试探，则控制镜片的焦点回到第一焦点位置，然后执行控制焦点朝着第一方向，移动第二步长的距离，到达第二焦点位置。即控制焦点朝着第一方向，移动第二步长的距离，到达第二焦点位置是第二次忙试探。即，在控制焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置之前，还包括：
控制焦点沿第二方向移动第二步长至试探焦点位置，第二方向为第一方向的相反方向；获取在第一焦点位置拍摄的第一图像和在试探焦点位置拍摄的试探图像；确定第一图像的清晰度与试探图像的清晰度中的较大值作为目标清晰度；判断试探清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且目标清晰度是否大于预设清晰度值；其中，试探清晰度变化因子表征试探图像的清晰度相对于第一图像的清晰度的变化趋势；若是，则将试探清晰度对应的焦点位置作为最佳焦点位置；若否，判断试探图像的清晰度是否小于所述第一图像的清晰度；若试探图像的清晰度小于第一图像的清晰度，则控制所述焦点返回至第一焦点位置。
当第一次试探的方向是第一方向时，如S103-3所述的，即控制焦点朝着第一方向，移动第二步长的距离，到达第二焦点位置是第一次试探，此时只需进行一次试探。当焦点到达第二焦点位置时，判断是否确定出最佳焦点位置。确定最佳焦点位置的方式，是根据所拍摄的图像的清晰度的变化率和所拍摄的最清晰的图像的清晰度决定。即由S103-6和S103-7所示的方式确定。为了实现S103-6，进而由S103-7确定最佳焦点位置，在S103-6之前，由S103-4分别获取在第一焦点位置拍摄的第一图像和在第二焦点位置拍摄的第二图像，由S103-5获得第一待匹配清晰度。
在S103-6之前，所述方法还包括获得第一清晰度变化因子。获得第一清晰度变化因子的步骤在S103-4之后。
为了获得第一清晰度变化因子和第一待匹配清晰度，在针对S103-4和\或S103-5，以及获得第一清晰度变化因子之前，所述方法还包括：当焦点到达第二焦点位置时，基于第二焦点位置拍摄得到第二图像，获得第二图像的清晰度，计为第二清晰度值，并获得基于第一焦点位置拍摄的第一图像的清晰度，计为第二清晰度值。其中第二清晰度值表征第二图像的清晰度的大小，第一清晰度值表征第一图像的清晰度的大小。第二清晰度值越大，表示第二图像越清晰，第二清晰度值越小，表示第二图像越模糊；第一清晰度值越大，表示第一图像越清晰，第一清晰度值越小，表示第一图像越模糊。
在获得第二清晰度值和第一清晰度值后，针对获得第一清晰度变化因子的步骤，获得第一清晰度变化因子的具体方式可以如公式(2)所示的计算方式：
Figure BDA0002184187010000121
其中，K1表示第一清晰度变化因子，A表示比例系数，Fv1表示第一清晰度值，Fv2表示第二清晰度值，F1表示第一焦点位置，F2表示第二焦点位置，min(Fv1,Fv2)表示取第一清晰度值Fv1和第二清晰度值Fv2中的最小值(第一图像的清晰度和第二图像的清晰度的较小值)。当Fv1≤Fv2时，min(Fv1,Fv2)＝Fv1，当Fv1>Fv2时，min(Fv1,Fv2)＝Fv2。第一清晰度变化因子是第二清晰度值和第一清晰度值的斜率(第一图像和第二图像的清晰度的变化率)。
获得第一待匹配清晰度具体的方式可以是：确定到焦点移动到第二焦点位置的时间为止，获得的清晰度的最大值作为第一待匹配清晰度。具体实施方式可以为如公式(3)所示的计算方式：
Fvt1＝max(Fv1,......,Fvn) (3)
其中，Fvt1表示第一待匹配清晰度，max(Fv1,......,Fvn)表示Fv1,......,Fvn中的最大值，n表示到焦点移动到第二焦点位置的时间为止，所拍摄得到的图像的数量，Fvi,i＝1,......,n表示第i个时间节点拍摄的图像的清晰度值。
在本发明实施例中，当到焦点移动到第二焦点位置，仅仅获得第一图像和第二图像，则为了减小获得第一待匹配清晰度的计算量，确定第一图像的清晰度与第二图像的清晰度中的较大值作为第一待匹配清晰度，即如图3中S103-5所述，具体的如下公式(4)所示的计算方式：
Fvt1＝max(Fv1,Fv2) (4)
即，当第一图像的清晰度大于第二图像的清晰度，第一待匹配清晰度是第一图像的清晰度，即Fv1>Fv2时，确定第一待匹配清晰度是Fv1，即Fvt1＝Fv1。当第一图像的清晰度不大于第二图像的清晰度，第一待匹配清晰度是第二图像的清晰度，即当Fv1≤Fv2时，确定第一待匹配清晰度是Fv2，即Fvt1＝Fv2。
在获得第一清晰度变化因子和第一待匹配清晰度后，执行S103-6所述的实施方式。针对S103-6，第一清晰度变化因子满足第一预设条件可以是：第一清晰度变化因子小于0且第一清晰度变化因子的绝对值小于变化阈值，即K1<0且|K1|<Tt，Tt的取值可以是5。第一待匹配清晰度满否大于预设清晰度值可以是：第一待匹配清晰度大于预设清晰度阈值FvT，即Fvt1>FvT，FvT的取值可以是2^14。
当第一清晰度变化因子满足第一预设条件且第一待匹配清晰度大于预设清晰度值时，确定第一待匹配清晰度对应的焦点位置为最佳焦点位置。例如，当Fvt1＝Fv2>FvT，且K1<0，且|K1|<Tt，则确定第二焦点位置为最佳焦点位置。若第一清晰度变化因子不满足第一预设条件，和/或，第一待匹配清晰度不大于预设清晰度值时，在判断第一清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且第一待匹配清晰度是否大于预设清晰度值，即在S103-6之后，还包括如图4所示的S103-8～S103-13。以下结合图4对S103-8～S103-13进行阐述。
S103-8：基于第一清晰度变化因子确定焦点的移动方向，基于第一清晰度变化因子确定第三步长。
S103-9：控制焦点沿移动方向移动第三步长至第三焦点位置。
S103-10：获取在第三焦点位置拍摄的第三图像。
S103-11：确定第一待匹配清晰度与第三图像的清晰度中的较大值作为第二待匹配清晰度。
S103-12：判断第二清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且第二待匹配清晰度是否大于预设清晰度值。
其中，第二清晰度变化因子表征第三图像的清晰度相对于第一图像的清晰度的变化趋势。
S103-13：若是，则将第二待匹配清晰度对应的焦点位置作为最佳焦点位置。
即，当控制焦点移动到第二焦点位置后，若第一清晰度变化因子不满足第一预设条件，和/或，第一待匹配清晰度不大于预设清晰度值时，即不能确定最佳焦点位置，即还未搜索到最佳焦点位置，则控制焦点继续移动。至于移动的步长和方向由第一清晰度变化因子确定，如S103-8所示。
针对S103-8中，基于所述第一清晰度变化因子确定焦点的移动方向，作为一种可选的实施方式，具体方式为：当第一清晰度变化因子小于0时，确定移动方向为第一方向。当第一清晰度变化因子大于或者等于0时，确定移动方向为第二方向。
针对S103-8中，基于第一清晰度变化因子确定第三步长，作为一种可选的实施方式，具体为：当第一清晰度变化因子小于第一阈值时，增大第二步长，以增大后的第二步长作为第三步长。当第一清晰度变化因子大于或者等于第一阈值，且小于第二阈值时，以第二步长作为第三步长，即保持移动步长不变。当第一清晰度变化因子大于或者等于第二阈值时，减小第二步长，以减小后的第二步长作为第三步长。
为了更清楚地阐述本申请的实施方式，以及更快地搜索到最佳焦点位置，基于第一清晰度变化因子确定第三步长的具体方式是：当第一清晰度变化因子小于第一值时，确定第三步长为第一长度，所述第一长度为第二步长与第一系数的乘积。当第一清晰度变化因子大于或者等于第一值且小于第二值时，确定第三步长为第二长度，第二移动步长长度为第二步长与第二系数的乘积。当第一清晰度变化因子大于或者等于所述第二值且小于第三值时，确第三步长为第三长度，第三长度为第二步长与第三系数的乘积。当第一清晰度变化因子大于或者等于第三值且小于第四值时，确定第三步长为第四长度，第四长度长为所述第二步长与第四系数的乘积。当第一清晰度变化因子大于第四值时，确定第三步长为第五长度，第五长度是小于或者等于第二步长的二倍的长度。其中，第一值、第二值、第三值和第四值依次增大，第一系数、第二系数、第三系数和第四系数依次减小。第一值、第二值、第三值和第四值的取值分别可以是5、10、15、20，第一系数、第二系数、第三系数和第四系数的取值分别可以是6、3、1、0.5。上述的变化阈值可以是第四值，第一阈值的取值可以等于第二值，第二阈值的取值可以等于第四值。
当焦点移动到第二焦点位置，但还未能确定最佳焦点位置，在确定了移动方向和第三步长后，执行S103-9，控制焦点沿移动方向移动第三步长至第三焦点位置。然后基于第三焦点位置判断是否确定出最佳焦点位置。具体为如S103-10～S103-13所述的方式。其中，在执行S103-12之前，需要获得第二清晰度变化因子和第二待匹配清晰度。为了获得第二清晰度变化因子和第二待匹配清晰度，在针对S103-10和\或S103-11，以及获得第二清晰度变化因子之前，所述方法还包括：当焦点到达第三焦点位置时，基于第三焦点位置拍摄得到第三图像，获得第三图像的清晰度，计为第三清晰度值。其中第三清晰度值表征第三图像的清晰度的大小。
在获得第三清晰度值后，针对获得第二清晰度变化因子的步骤，获得第二清晰度变化因子的具体方式可以如公式(5)所示的计算方式：
Figure BDA0002184187010000151
其中，K2表示第一清晰度变化因子，A表示比例系数，Fv3表示第三清晰度值，F3表示第三焦点位置，min(Fv1,Fv3)表示取第一清晰度值Fv1和第三清晰度值Fv3中的最小值(第一图像的清晰度和第三图像的清晰度的较小值)。当Fv1≤Fv3时，min(Fv1,Fv3)＝Fv1，当Fv1>Fv3时，min(Fv1,Fv3)＝Fv3。第二清晰度变化因子是第三清晰度值和第一清晰度值的斜率(第一图像和第三图像的清晰度的变化率)。获得第二待匹配清晰度具体的方式可以是：确定到焦点移动到第三焦点位置的时间为止，获得的清晰度的最大值作为第二待匹配清晰度。具体实施方式可以为如公式(6)所示的计算方式：
Fvt2＝max(Fv1,......,Fvm) (6)
其中，Fvt2表示第二待匹配清晰度，max(Fv1,......,Fvm)表示Fv1,......,Fvm中的最大值，m表示到焦点移动到第二焦点位置的时间为止，所拍摄得到的图像的数量，Fvi,i＝1,......,m表示第i个时间节点拍摄的图像的清晰度。
在本发明实施例中，当到焦点移动到第三焦点位置，仅仅获得第一图像、第二图像和第三图像，则为了减小获得第二待匹配清晰度的计算量，确定第一待匹配清晰度与第三图像的清晰度中的较大值作为第二待匹配清晰度，即如图4中S103-11所述，具体的如下公式(7)所示的计算方式：
Fvt2＝max(Fvt1,Fv3) (7)
即，当第一待匹配清晰度大于第三图像的清晰度，第二待匹配清晰度等于第一待匹配清晰度，即Fvt1>Fv3时，确定第二待匹配清晰度是Fvt1，即Fvt2＝Fvt1。当第一待匹配清晰度不大于第三图像的清晰度，第二待匹配清晰度是第三图像的清晰度，即当Fvt1≤Fv3时，确定第二待匹配清晰度是Fv3，即Fvt2＝Fv3。在获得第二清晰度变化因子和第二待匹配清晰度后，执行S103-12所述的实施方式。
针对S103-12，第二清晰度变化因子满足第一预设条件可以是：第二清晰度变化因子小于0且第二清晰度变化因子的绝对值小于变化阈值，即K2<0且|K2|<Tt。第二待匹配清晰度满否大于预设清晰度值可以是：第二待匹配清晰度大于预设清晰度阈值FvT，即Fvt2>FvT。当第二清晰度变化因子满足第一预设条件且第二待匹配清晰度大于预设清晰度值时，确定第二待匹配清晰度对应的焦点位置为最佳焦点位置。例如，当Fvt2＝Fv3>FvT，且K2<0，且|K2|<Tt，则确定第三焦点位置为最佳焦点位置。
若第二清晰度变化因子不满足第一预设条件，和/或，第二待匹配清晰度不大于预设清晰度值时，在判断第二清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且第二待匹配清晰度是否大于预设清晰度值，即在S103-12之后，还包括如图5所示的S103-14～S103-19。图5是继图4的S103-12之后，的聚焦方法的流程图，为了保证图示的简洁性，图5所述的聚焦方法仅仅保留S103-12之后的步骤，而不是说该聚焦方法只包括图5所示的步骤，该聚焦方法包括S101、S102、S103-1～S103-19。以下结合图5对S103-14～S103-19进行阐述。
S103-14：基于第二清晰度变化因子确定焦点的移动方向，基于第一步长调整因子确定焦点的移动步长。
其中，第一步长调整因子表征第三图像的清晰度相对于第二图像的清晰度的变化趋势。
S103-15：控制焦点沿移动方向移动移动步长至第四焦点位置。
S103-16：获取在第四焦点位置拍摄的第四图像。
S103-17：确定第二待匹配清晰度与第四图像的清晰度中的较大值作为第三待匹配清晰度。
S103-18：判断第三清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且第三待匹配清晰度是否大于预设清晰度值。
其中，第三清晰度变化因子表征第四图像的清晰度相对于第一图像的清晰度的变化趋势。
S103-19：若是，则将第三待匹配清晰度对应的焦点位置作为最佳焦点位置。
即，当控制焦点移动到第三焦点位置后，若第二清晰度变化因子不满足第一预设条件，和/或，第二待匹配清晰度不大于预设清晰度值时，即还不能确定最佳焦点位置，即还未搜索到最佳焦点位置，则控制焦点继续移动。至于移动的方向由第二清晰度变化因子确定，移动的步长由第一步长调整因子确定，如S103-14所述。
针对S103-14中，基于第二清晰度变化因子确定焦点的移动方向的具体实施方式，与S103-8中所述的基于第以清晰度变化因子确定焦点的移动方向的方式类似，在此不再进行赘述。针对S103-14中，基于第一步长调整因子确定焦点的移动步长的具体实施方式，与S103-8中所述的第二清晰度变化因子确定第三步长的方式类似，在此不再进行赘述。
需要说明的是，在基于第一步长调整因子确定焦点的移动步长之前，所述方法还包括：获得第一步长调整因子。获得第一步长调整因子的具体实施方式如公式(8)所示的计算方式：
Figure BDA0002184187010000171
其中，Kt1表示第一步长调整变化因子。
当焦点移动到第三焦点位置，但还未能确定最佳焦点位置，在确定了移动方向和移动步长后，控制焦点沿移动方向移动根据第一步长调整因子确定的移动步长的距离至第四焦点位置。然后基于第四焦点位置判断是否确定出最佳焦点位置。具体为如S103-15～S103-19所述的方式。其中，S103-15～S103-19的具体实施方式与上述的S103-9～S103-13类似，在此不再赘述。
当第三清晰度变化因子满足第一预设条件且第三待匹配清晰度大于预设清晰度值时，确定第三待匹配清晰度对应的焦点位置为最佳焦点位置。当第三清晰度变化因子不满足第一预设条件，和/或第三待匹配清晰度不大于预设清晰度值时，执行如S103-14～S103-19所述的实施方式，直到搜索到满足第K清晰度变化因子满足第一预设条件且第K待匹配清晰度大于预设清晰度值，以确定第K待匹配清晰度对应的焦点位置为最佳焦点位置。其中，K为大于三的正整数。
需要说明的是，第K清晰度变化因子表征第M图像的清晰度相对于第一图像的清晰度的变化趋势，第J步长调整因子表征第M图像的清晰度相对于第M图像的前一帧图像的清晰度的变化趋势。其中，M＝K+1，J＝K-1，第M图像是焦点移动第M-1次移动至第M焦点位置拍摄得到的图像，第M图像的前一帧图像是焦点移动第M-2次移动至第M-1焦点位置拍摄得到的图像。例如，第四清晰度变化因子表征第五图像的清晰度相对于第一图像的清晰度的变化趋势，第三步长调整因子表征第五图像的清晰度相对于第四图像的清晰度的变化趋势，第五图像是焦点移动第四次移动至第五焦点位置拍摄得到的图像，第四图像焦点移动第三次移动至第四焦点位置拍摄得到的图像。
为了更近一步地缩小搜索范围，缩短聚焦时间，更进一步地提高确定最佳焦点位置(聚焦)的准确性，作为一种可选的实施方式，在S103-10之后，所述聚焦方法还包括更新搜素范围，以更新后的搜索范围作为第二搜索范围的步骤。作为一种可选的实施方式，更新搜素范围，即更新第一聚焦范围，以更新后的第一聚焦范围作为第二聚焦范围具体为：
获得第一图像的清晰度、第二图像的清晰度和第三图像的清晰度的平均值。若平均值满足小于清晰阈值，控制镜片的焦点在第二聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置。其中，第二聚焦范围由下限焦点位置和上限焦点位置确定，下限焦点位置为在最大物距下镜片当前的变焦距离对应的焦点位置，上限焦点位置为在最小物距下镜片当前的变焦距离对应的焦点位置。
若平均值满足不小于清晰阈值，继续执行S S103-10之后的步骤，即继续在第一聚焦范围进行聚焦操作。作为一种可选的实施方式，在S103-12之后，所述聚焦方法还包括更新搜素范围，以更新后的搜索范围作为第二聚焦范围的步骤。若平均值满足不小于清晰阈值，继续执行S S103-12之后的步骤，即继续在第一聚焦范围进行聚焦操作。其中，控制镜片的焦点在第二聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置的实施方式与S103所述的实施方式类似，在此不再赘述。
作为进一步地加快聚焦速度，在获得第M图像后，执行更新搜素范围的操作，并控制焦点在更新后的搜索范围内移动，以确定最佳聚焦位置。具体的，更新第I聚焦范围，以更新后的第I聚焦范围作为第I+1聚焦范围，其中，I＝M-2。为了更进一步提高聚焦的精度，作为一种可选的实施方式，当M大于4时，获得第M-3图像的清晰度、第M-2图像的清晰度、第M-1图像的清晰度和第M图像的清晰度的平均值。若平均值满足小于清晰阈值，控制镜片的焦点在第I+1聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置，I＝M-3。
需要说明的是，针对试探移动的过程，若试探清晰度变化因子不满足第一预设条件，和/或，目标清晰度不大于预设清晰度值，执行如下S103-14～S103-19所述的实施方式。即当未确定最佳焦点位置时，获得到当前时刻为止，拍摄得到的预设数量帧的图像的清晰度值的平均值，若平均值满足小于清晰阈值，控制镜片的焦点在第二聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置。
通过更新聚焦范围、更新移动步长和更新移动方向的配合，提高控制焦点移动到最佳聚焦位置的速度和准确性，即提高了聚焦的速度和准确性，保证了聚焦的平滑性。
作为一种可选的实施方式，所述的聚焦方法具体的可以如下A1～A19所述的实施方式：
A1、自动聚焦从拍摄得到的图像上看即为触发自动聚焦后，图像的感兴趣区域图像的清晰情况为逐渐清晰的过程。从原理上来讲即为根据获取到的图像清晰度评价值(图像清晰度值)来确定驱动对焦电机的方向和步数，以驱动镜片的焦点移动的方向和步数以及步长。让对焦电机停留与在图像清晰度评价值最大的焦点位置对应的位置，即完成聚焦。
如果单纯搜索全局，那么搜索范围大，聚焦速度将很慢，无法满足使用，已有的算法策略聚焦速度相比全局搜索有很大提升，但任然可以通过如下各模块达到对聚焦速度，平滑度的进一步提升。
A2、一旦自动聚焦开始，等待M帧(M>＝3，M是个正整数)，待到自动曝光(autoexposure，AE)稳定时，进入搜索范围限制模块执行操作：根据当前物距和变焦zoom(zoom)位置(变焦距离)，查找跟焦曲线表，获得当前物距和zoom对应的对焦(focus)值(参考焦点位置)，在此focus位置往远(far)端(第二方向)和近(near)端(第一方向)均进行一定步长(第一步长)的偏移(offset)，得到一个精确聚焦范围。并根据当前zoom和当前产品(相机)的最大物距和最小物距，以同样的方式查找跟焦曲线表，得到最大物距对应的焦点位置和最小物距对应的焦点位置，以这两个焦点位置之间的区间作为聚焦限制范围。如果聚焦开始前，focus位置(镜片的焦点的当前位置)没有在精确聚焦范围内，则以最大步长移动到精确聚焦范围的边界，然后进入变步控制模块。
进入变步控制模块后，执行操作：初始聚焦方向(最开始的移动方向)即为移动方向继续移动，在此移动过程中，如果判断到清晰度评价值一直处于下降状态(图像由清晰变模糊)，则停止前进，提前进入下述A6的变步控制模块。如果当前focus位置在聚焦范围内，则转至下述A9判断焦点位置的变化是否处于峰值状态或者往初始聚焦的方向移动。在整个聚焦过程中，focus位置如果达到聚焦限制范围的边界，则电机移动反向，即将最大搜索范围控制在这个聚焦限制范围中。
A3、当进入方向预判断模块时，执行操作：获取当前focus位置和对应的图像的清晰度评价值(清晰度值，表征图像的清晰度的大小)，记为F(focus位置)和Fv(清晰度评价值)，驱动对焦电机往far端以探测步长s(第二步长，s是非负数)进行连续两次探测(两次移动)。获取每次移动后的focus位置和清晰度评价值F1、FV1和F2、Fv2；再以F位置为原点驱动电机往near方向以探测步长s连续进行两次探测，分别获取移动后的focus位置和清晰度评价值F3、Fv3和F4、Fv4。并根据公式计算出参数值(清晰度变化因子)K1、K2、K3、K4，用以判断电机初始运动方向。另外的为了提升判断速度，依次根据K1、K2、K3、K4进行方向判断判断，只要能通过Kn判断出方向，将直接退出预判断模块，不再进行K(n+1)的相关计算操作，比如电机往far以步长s探测一次后，通过计算所得K1就可以判断出初始电机运动的方向，那么将不再驱动电机进行下一步的探测，直接退出方向预判断模块进入变步控制模块。n为正整数。
A4、针对A3中第n清晰度变化因子Kn的计算方式为：
Kn＝A*(Fv-Fvn)/(abs(F-Fn)*MIN(Fv,Fvn))，
其中，n为下标，n的取值可以是1、2、3、4。A为比例系数，abs为取绝对值，MIN为取较小值。
A5、A3中根据Kn和Fvn来判断电机初始运动方向的具体方式为：
如果K1<0或K2<0,那么驱动电机的初始方向为far方向移动(驱动电机移动等同于控制焦点移动)。
如果K3<0或K4<0,那么驱动电机的初始运动方向为near方向移动。
以上从K1、K2、K3、K4中的任意一个，只要有一个满足一个条件即完成了方向的预判断，退出此模块。即只要K1<0或K2<0或K3<0或K4<0，即完成了方向的预判断。
如果K2>＝0，K4＝0，那么比较Fv2和Fv4的大小来判断电机初始方向，FV2大则初始电机方向为far方向，反之即为near方向。
如果K2>＝0,K4>0那么F位置即为清晰度评价值的峰值，驱动电机回到F位置。
A6、变步控制模块执行的操作包括四个部分，第一部分：根据清晰度变化值斜率确定步长。第二部分：确定当前电机位置是否需要反向移动。第三部分：确定是否需要进入全局搜索模块。第四部分：判断是否在峰值附近。
A7，针对A6中的针对第一部分，根据清晰度变化值斜率(步长调整因子)确定步长，斜率的计算公式为：K＝A*(FvB-FvA)/(abs(FB-FA)*MIN(FvB,FvA)),K代表当前帧图像清晰度变化值斜率，A为比例系数，FvB为当前帧图像的清晰度评价值，FvA为前一帧图像的清晰度评价值，FB为当前帧图像的对焦电机位置，FA为前一帧图像的清晰度评价值，abs为取绝对值，MIN为取最小值。因为计算清晰度评价值和驱动电机耗时的缘故，本发明中所指的当前帧图像是指获取到最新清晰度评价值的那一帧图像。
A8、A7中求出当前帧的斜率K后，判断K与多个阈值的关系来确定确定移动步长。有阈值T1、T2、T3、T4逐渐增大，步长比例系数为p1、p2、p3、p4逐渐减小,斜率、阈值、步长比例系数、探测步长s、上上帧图像对应的斜率LLK、上帧图像对应的斜率LK、以及当前帧图像对应的斜率K来决定驱动电机最终步长Step。上上帧图像的拍摄时间节点在上帧图像的拍摄时间节点的前一时间节点，上帧图像的拍摄时间节点在当前帧图像的拍摄时间节点的前一时间节点。
斜率、阈值、步长比例系数、探测步长s、上上帧图像对应的斜率LLK、上帧图像对应的斜率LK、以及当前帧图像对应的斜率K来决定驱动电机最终步长Step的具体方式如下：
判断K是否小于T1，如果是：Step＝p1*s；否则，判断K是否小于T2。如果K小于T2，Step＝p2*s；如果K是大于或者等于T2，判断K是否小于T3。如果K小于T3，Step＝p3*s；如果K大于或者等于T3，判断K是否小于T4。如果K小于T4，Step＝p4*s；如果K是大于或者等于T4，进入峰值处理模块。
如A2中，如果聚焦开始的位置在精确聚焦范围内，则Step＝Step*p5(0<p5<1)。如果LK>＝LLK,并且LK>K,且K>0,且LK>TK，那么就确定步长搜索进入到了峰值附近，并将进入峰值标识符isReady置为1。如果当前反向次数大于等于1次，或者isReady＝1时，斜率出现负数，那么Step＝Step/2。当isReady＝1后，斜率出现负数，进入峰值处理模块。
综上，判断是否在峰值附近的条件有：1)电机反向次数达到两次；2)斜率K超过阈值T4且LK>0；3)isReady＝1且K<0。通过这三个条件的判断，可快速检测峰值已经临近，进入峰值处理模块。
A9、如A6中所述的，确定当前电机的移动方向是否需要反向有两个情况：1)特殊情况反向，在做其他状态处理时判断需要反向时即进行反向，2)连续出现两次K<0即反向。反向一次，反向次数累加1，反向达到两次(反向次数等于2)即进入峰值处理模块。
A10、如A6中所述的，判断是否进入全局搜索模块，具体的操作为：计算当前帧图像及前面连续多帧图像的清晰度评价值的均方差V，将V与阈值T5进行比较，如果V<T5,且当前帧符合正常帧(不属于聚焦开始，也不属于反向后的附近几帧)，那么就判断当前状态进入全局搜索状态。全局搜索的上下限(搜索范围)不同于搜索范围限制模块中的搜索范围，即不同于A2中的搜索范围，根据当前zoom和最大物距查找跟焦曲线表计算出全局搜索的下限，根据当前zoom和最小物距计算出全局搜索的上限，由下限和上限确定全局搜索范围。全局搜索一般只会在清晰度评价值与focus构成的曲线比较平坦的区域才会被启用，用来应对细节较少的一些场景。
A11、针对峰值处理模块，如果在A6的变步控制模块中判断进入到了峰值附近，那么将进入此模块进行算法的最后峰值处理。此模块包含两部分，第一部分为微调搜索峰值，第二部分将电机移动至峰值。
A12，针对A11中的第一部分微调搜索峰值，将搜索的步长进一步减小，搜索步长不会超过探测步长的2倍，并根据当前帧图像对应的斜率K进行一些微调，电机方向保持不变。此外，当在前述模块搜索时，如果未进行过反向并且当前帧斜率(当前帧图像对应的斜率)K<0时，电机进行一次反向；或者focus位置处于全局搜索的上限线边界时进行一次反向。其中，微调步长的方式与上述S103-8类似，在此不再赘述。
A13、针对A11中的第二部分将电机移至峰值，聚焦过程中的最大清晰度评价值大于当前帧图像的清晰度评价值，并且最大清晰度评价值大于阈值FvT；当前帧图像对应的斜率K<0,并且abs(k)<T4，满足这两个条件后将对焦电机移动至最大清晰度评价值对应的focus位置，即完成聚焦。
A14、在前述聚焦模块中，场景检测模块会在每一帧图像都进行检测，判断场景是否有发生变化，如果场景发生变化，就将当前的聚焦状态挂起，等到场景稳定。
A15，如A14中所述的场景检测的方法为获取当前帧图像以及前面几帧的感兴趣区域的亮度信息，计算出场景的亮度变化斜率AK，并有阈值ATL和阈值ATH来判断当前场景是否需要将自动聚焦过程挂起。如果AK>ATH,则认为场景发生了变化，将自动聚焦当前正在执行的状态挂起；等到AK<ATL，则认为场景变化已经稳定，继续执行挂起的自动聚焦状态，阈值ATL和ATH为非负数。
A16，A15中所述的亮度变化斜率的计算公式为：
AK＝B*abs(L0-L1)/(MIN(L0,L1)+1)，
其中，B为比例系数，L0和L1为当前帧与前一帧的感兴趣区域亮度统计平均值，MIN为取较小值。
A17、如A16中如果判断进入全局搜索模块，获取到搜索限制范围后，驱动电机移动到离当前电机位置最近的边界后开始反向搜索，搜索步长设置为最大步长的1/4，当触边次数达到两次，再判断搜索过程中的最大清晰度评价值是否大于阈值Tfv，是则进入峰值处理模块，否则直接将电机移动到最大清晰度评价值对应的电机位置。
A18、如A17所述的从全局搜索模块进入峰值搜索模块，以最大清晰度评价值对应的电机位置为中心，往near和far端偏移offset的距离(offset是非负数)，得到二倍offset的长度的搜索范围。判断当前电机位置与上下边界的关系，驱动电机移动至最近的一个边界点。然后将当前处理状态切换到峰值处理状态。
A19、一般的机芯镜头回程差可以忽略，所以很少有自动聚焦算法会涉及到回程差的处理。为了能扩展算法的兼容性，保持电动镜头也具有较好效果，引入回程差处理模块。回程差的处理的原则电机反向时遵循“电机走我不走”，意思是控制电机走回程差，但不记录走的回程差步数。遵循这条铁律，电动镜头聚焦即可到达较好的效果，能够保证多次聚焦，清晰点在同一focus位置。
通过采用以上方案，能够提高机芯镜头和电动镜头，提高镜头聚焦的速度、准确性和平滑性，同时聚焦方法兼容性好，适用性强，提高了聚焦的稳定性。
基于上述提供的一种聚焦方法，本发明实施例还对应提供一种用于执行上述的步骤的执行主体，该执行主体可以为图6中所示的聚焦装置200。请参考图6，该装置包括：
判断模块210，用于判断相机拍摄的图像的亮度变化量是否小于设定阈值。
确定搜索范围模块220，用于当所述亮度变化量小于设定阈值时，根据当前物距和变焦距离确定镜片的第一聚焦范围。
聚焦模块230，用于控制所述镜片的焦点在第一聚焦范围内移动，以确定最佳焦点位置。
作为一种可选的实施方式，确定搜索范围模块220还用于：获得在所述当前物距下所述变焦距离对应的参考焦点位置；以所述参考焦点位置为中心，按照第一步长确定所述第一聚焦范围。
作为一种可选的实施方式，聚焦模块230还用于：
获得所述镜片的第一焦点位置，所述第一焦点位置为所述镜片的焦点的当前位置；
判断所述第一焦点位置是否在所述第一聚焦范围内；
若所述第一焦点位置在所述第一聚焦范围内，控制所述焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置；所述第一方向为所述第一焦点位置指向所述参考焦点位置的方向；
分别获取在所述第一焦点位置拍摄的第一图像和在所述第二焦点位置拍摄的第二图像；
确定所述第一图像的清晰度与所述第二图像的清晰度中的较大值作为第一待匹配清晰度；
判断第一清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第一待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第一清晰度变化因子表征所述第二图像的清晰度相对于所述第一图像的清晰度的变化趋势；
若是，则将所述第一待匹配清晰度对应的焦点位置作为所述最佳焦点位置。
作为一种可选的实施方式，聚焦模块230还用于：
若所述第一清晰度变化因子不满足所述第一预设条件，和/或，所述第一待匹配清晰度不大于预设清晰度值，则基于所述第一清晰度变化因子确定所述焦点的移动方向，基于所述第一清晰度变化因子确定第三步长；
控制所述焦点沿所述移动方向移动所述第三步长至第三焦点位置；
获取在所述第三焦点位置拍摄的第三图像；
确定所述第一待匹配清晰度与所述第三图像的清晰度中的较大值作为第二待匹配清晰度；
判断第二清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第二待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第二清晰度变化因子表征第三图像的清晰度相对于第一图像的清晰度的变化趋势；
若是，则将所述第二待匹配清晰度对应的焦点位置作为所述最佳焦点位置。
作为一种可选的实施方式，聚焦模块230还用于：
若所述第二清晰度变化因子不满足所述第一预设条件，和/或，所述第二待匹配清晰度不大于预设清晰度值，则基于所述第二清晰度变化因子确定所述焦点的移动方向，基于第一步长调整因子确定所述焦点的移动步长；所述第一步长调整因子表征所述第三图像的清晰度相对于所述第二图像的清晰度的变化趋势；
控制所述焦点沿所述移动方向移动所述移动步长至第四焦点位置；
获取在所述第四焦点位置拍摄的第四图像；
确定所述第二待匹配清晰度与所述第四图像的清晰度中的较大值作为第三待匹配清晰度；
判断第三清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第三待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第三清晰度变化因子表征第四图像的清晰度相对于第一图像的清晰度的变化趋势；
若是，则将所述第三待匹配清晰度对应的焦点位置作为所述最佳焦点位置。
作为一种可选的实施方式，聚焦模块230还用于：
当所述第一清晰度变化因子小于0时，确定所述移动方向为所述第一方向；当所述第一清晰度变化因子大于或者等于0时，确定所述移动方向为第二方向；
当所述第一清晰度变化因子小于第一阈值时，增大所述第二步长，以增大后的第二步长作为所述第三步长；
当所述第一清晰度变化因子大于或者等于所述第一阈值，且小于第二阈值时，以所述第二步长作为所述第三步长；
当所述第一清晰度变化因子大于或者等于所述第二阈值时，减小所述第二步长，以减小后的第二步长作为所述第三步长。
作为一种可选的实施方式，聚焦模块230还用于：
若所述第一焦点位置不在所述第一聚焦范围内，控制所述镜片的焦点移动到所述第一聚焦范围的边界点。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例提供的聚焦装置200还包括如图7所示的确定搜索范围模块310、方向预判断模块320、变步控制模块330、峰值处理模块340、场景检测模块350和回程差处理模块360。
其中，确定搜索范围模块310、方向预判断模块320、变步控制模块330、峰值处理模块340和场景检测模块350所执行的功能分别如图8、图9、图10、图11和图12所示的功能流程。具体的阐述请结合参阅图8～图12以及上述的A1～A19所述的实施方式，此处将不做详细阐述。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图13所示，包括存储器504、处理器502及存储在存储器504上并可在处理器502上运行的计算机程序，所述处理器502执行所述程序时实现前文所述聚焦方法的步骤。
其中，在图13中，总线架构(用总线500来代表)，总线500可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线500将包括由处理器502代表的一个或多个处理器和存储器504代表的存储器的各种电路链接在一起。总线500还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口505在总线500和接收器501和发送器503之间提供接口。接收器501和发送器503可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器502负责管理总线500和通常的处理，而存储器504可以被用于存储处理器502在执行操作时所使用的数据。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文所述聚焦方法的步骤。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

Claims (8)

1.一种聚焦方法，其特征在于，所述方法包括：
判断相机拍摄的图像的亮度变化量是否小于设定阈值；
当亮度变化量大于或者等于设定阈值时，将进行聚焦操作的进程挂起，直至所述亮度变化量小于设定阈值；
获得在当前物距下变焦距离对应的参考焦点位置；
以所述参考焦点位置为中心，按照第一步长确定第一聚焦范围；
获得镜片的第一焦点位置，所述第一焦点位置为所述镜片的焦点的当前位置；
判断所述第一焦点位置是否在所述第一聚焦范围内；
若所述第一焦点位置在所述第一聚焦范围内，控制所述焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置；所述第一方向为所述第一焦点位置指向所述参考焦点位置的方向；
分别获取在所述第一焦点位置拍摄的第一图像和在所述第二焦点位置拍摄的第二图像；
所述方法还包括获得第一清晰度变化因子的步骤，该步骤包括通过公式：
Figure FDA0002608413580000011
获取第一清晰度变化因子，其中，K1表示第一清晰度变化因子，A表示比例系数，Fv1表示第一清晰度值，Fv2表示第二清晰度值，F1表示第一焦点位置，F2表示第二焦点位置，min(Fv1,Fv2)表示取第一清晰度值Fv1和第二清晰度值Fv2中的最小值；当Fv1≤Fv2时，min(Fv1,Fv2)＝Fv1，当Fv1>Fv2时，min(Fv1,Fv2)＝Fv2，第一清晰度变化因子是第二清晰度值和第一清晰度值的斜率；
确定所述第一图像的清晰度与所述第二图像的清晰度中的较大值作为第一待匹配清晰度；
判断第一清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第一待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第一清晰度变化因子表征所述第二图像的清晰度相对于所述第一图像的清晰度的变化趋势，所述第一预设条件为K1<0，且|K1|<Tt，其中Tt为变化阈值；
若是，则将所述第一待匹配清晰度对应的焦点位置作为最佳焦点位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述判断所述第一清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第一待匹配清晰度是否大于预设清晰度值之后，还包括：
若所述第一清晰度变化因子不满足所述第一预设条件，和/或，所述第一待匹配清晰度不大于预设清晰度值，则基于所述第一清晰度变化因子确定所述焦点的移动方向，基于所述第一清晰度变化因子确定第三步长；
控制所述焦点沿所述移动方向移动所述第三步长至第三焦点位置；
获取在所述第三焦点位置拍摄的第三图像；
确定所述第一待匹配清晰度与所述第三图像的清晰度中的较大值作为第二待匹配清晰度；
判断第二清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第二待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第二清晰度变化因子表征所述第三图像的清晰度相对于所述第一图像的清晰度的变化趋势；
若是，则将所述第二待匹配清晰度对应的焦点位置作为所述最佳焦点位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述判断所述第二清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第二待匹配清晰度是否大于预设清晰度值之后，还包括：
若所述第二清晰度变化因子不满足所述第一预设条件，和/或，所述第二待匹配清晰度不大于预设清晰度值，则基于所述第二清晰度变化因子确定所述焦点的移动方向，基于第一步长调整因子确定所述焦点的移动步长；所述第一步长调整因子表征所述第三图像的清晰度相对于所述第二图像的清晰度的变化趋势；
控制所述焦点沿所述移动方向移动所述移动步长至第四焦点位置；
获取在所述第四焦点位置拍摄的第四图像；
确定所述第二待匹配清晰度与所述第四图像的清晰度中的较大值作为第三待匹配清晰度；
判断第三清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第三待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第三清晰度变化因子表征所述第四图像的清晰度相对于所述第一图像的清晰度的变化趋势；
若是，则将所述第三待匹配清晰度对应的焦点位置作为所述最佳焦点位置。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一清晰度变化因子确定所述焦点的移动方向，包括：
当所述第一清晰度变化因子小于0时，确定所述移动方向为所述第一方向；当所述第一清晰度变化因子大于或者等于0时，确定所述移动方向为第二方向；所述第二方向为所述第一方向的相反方向；
所述基于所述第一清晰度变化因子确定第三步长，包括：
当所述第一清晰度变化因子小于第一阈值时，增大所述第二步长，以增大后的第二步长作为所述第三步长；
当所述第一清晰度变化因子大于或者等于所述第一阈值，且小于第二阈值时，以所述第二步长作为所述第三步长；
当所述第一清晰度变化因子大于或者等于所述第二阈值时，减小所述第二步长，以减小后的第二步长作为所述第三步长。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制所述焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置之前，所述方法还包括：
若所述第一焦点位置不在所述第一聚焦范围内，控制所述镜片的焦点移动到所述第一聚焦范围的边界点。
6.一种聚焦装置，其特征在于，所述装置包括：
判断模块，用于判断相机拍摄的图像的亮度变化量是否小于设定阈值；
确定搜索范围模块，用于获得在当前物距下变焦距离对应的参考焦点位置；以所述参考焦点位置为中心，按照第一步长确定第一聚焦范围；
聚焦模块，用于获得镜片的第一焦点位置，所述第一焦点位置为所述镜片的焦点的当前位置；判断所述第一焦点位置是否在所述第一聚焦范围内；若所述第一焦点位置在所述第一聚焦范围内，控制所述焦点沿第一方向移动第二步长至第二焦点位置；所述第一方向为所述第一焦点位置指向所述参考焦点位置的方向；分别获取在所述第一焦点位置拍摄的第一图像和在所述第二焦点位置拍摄的第二图像；还用于获得第一清晰度变化因子的步骤，该步骤包括通过公式：
Figure FDA0002608413580000041
获取第一清晰度变化因子，其中，K1表示第一清晰度变化因子，A表示比例系数，Fv1表示第一清晰度值，Fv2表示第二清晰度值，F1表示第一焦点位置，F2表示第二焦点位置，min(Fv1,Fv2)表示取第一清晰度值Fv1和第二清晰度值Fv2中的最小值；当Fv1≤Fv2时，min(Fv1,Fv2)＝Fv1，当Fv1>Fv2时，min(Fv1,Fv2)＝Fv2，第一清晰度变化因子是第二清晰度值和第一清晰度值的斜率；确定所述第一图像的清晰度与所述第二图像的清晰度中的较大值作为第一待匹配清晰度；判断第一清晰度变化因子是否满足第一预设条件，且所述第一待匹配清晰度是否大于预设清晰度值；其中，所述第一清晰度变化因子表征所述第二图像的清晰度相对于所述第一图像的清晰度的变化趋势；所述第一预设条件为K1<0，且|K1|<Tt，其中Tt为变化阈值；若是，则将所述第一待匹配清晰度对应的焦点位置作为最佳焦点位置。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
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