CN110460771A

CN110460771A - 对焦方法、装置及对焦设备

Info

Publication number: CN110460771A
Application number: CN201910679064.1A
Authority: CN
Inventors: 蔡惠明; 黄海清
Original assignee: Nanjing Connaught Medical Instrument Co Ltd
Current assignee: Nanjing Connaught Medical Instrument Co Ltd
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2019-11-15

Abstract

本发明提供了一种对焦方法、装置及对焦设备，涉及自动对焦的技术领域，该方法包括获取目标对象的历史图像的对焦位置，其中历史图像为待采集图像完成对焦之前采集到的目标对象的图像；基于历史图像的对焦位置和预设修正参数确定待采集图像的目标对焦位置；获取目标对焦位置处的初始图像，对初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口，以基于该对焦窗口实现对焦操作。本发明可以提高对焦精度。

Description

对焦方法、装置及对焦设备

技术领域

本发明涉及自动对焦技术领域，尤其是涉及一种对焦方法、装置及对焦设备。

背景技术

现有技术中，光学成像系统通常采用离焦深度法来完成对目标图像的自动对焦采集。这种方法通过从2-3幅离焦图像中获取深度信息，根据对深度信息的分析便可完成自动对焦，但是对焦精度比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供对焦方法、装置及对焦设备，可以提高对焦精度。

第一方面，本发明提供了一种对焦方法，其中，所述方法包括：

获取目标对象的历史图像的对焦位置；所述历史图像为待采集图像完成对焦之前采集到的所述目标对象的图像；

基于所述历史图像的对焦位置和预设修正参数确定所述待采集图像的目标对焦位置；

获取所述目标对焦位置处的初始图像，对所述初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口，以基于所述对焦窗口实现对焦操作。

进一步的，所述基于所述历史图像的对焦位置和预设的修正参数确定所述待采集图像的目标对焦位置的步骤，包括：

对所述历史图像的对焦位置进行线性预测，得到所述待采集图像的预测对焦位置；

基于所述待采集图像的预测对焦位置和预设的修正参数控制载物平台移动；其中，所述载物平台为用于带动所述对焦设备移动的平台；

采集所述载物平台移动后位置处的图像，并计算所述移动后位置的图像中成像主体的清晰度和背景的清晰度；

当所述成像主体的清晰度大于所述背景的清晰度时，将当前移动后的位置确定为所述待采集图像的目标对焦位置。

进一步的，所述基于所述待采集图像的预测对焦位置和预设的修正参数控制载物平台移动的步骤，包括：

根据所述待采集图像的预测对焦位置和预设的修正参数确定载物平台移动起点位置；

控制载物平台从所述移动起点位置按照预设移动因素进行移动，其中，所述预设移动因素包括：预设移动方向、预设移动步长和预设移动次数阈值。

进一步的，所述计算所述移动后位置的图像中成像主体的清晰度的步骤，包括：

根据对焦评价函数计算所述移动后位置的图像中成像主体的清晰度；

其中，所述对焦评价函数为：

F＝∑_M∑_N{[I(i+1,j)-I(i,j)]+[I(i,j+1)-I(i,j)]}

其中，F为成像主体的清晰度，i和j分别为成像主体的中像素点的横坐标和纵坐标，M和N分别为i和j的最大值，I为像素点的灰度值。

进一步的，所述对所述初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口的步骤，包括：

根据大津算法Otsu对所述初始图像进行全局阈值分割，确定对焦窗口。

第二方面，本发明提供了一种对焦装置，其中，所述装置包括：

历史位置模块，用于获取目标对象的历史图像的对焦位置；所述历史图像为待采集图像完成对焦之前采集到的所述目标对象的图像；

计算对焦位置模块，用于基于所述历史图像的对焦位置和预设修正参数确定所述待采集图像的目标对焦位置；

窗口确定模块，用于获取所述目标对焦位置处的初始图像，对所述初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口，以基于所述对焦窗口实现对焦操作。

进一步的，所述计算对焦位置模块还用于：

在所述成像主体的清晰度大于所述背景的清晰度的情况下，将当前移动后的位置确定为所述待采集图像的目标对焦位置。

进一步的，所述窗口确定模块还用于：

第三方面，本发明提供了一种对焦设备，其中，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现第一方面所述的对焦方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器运行时执行第一方面所述的对焦方法的步骤。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明提供了一种对焦方法、装置及对焦设备，首先获取目标对象的历史图像的对焦位置，其中历史图像为待采集图像完成对焦之前采集到的目标对象的图像；然后基于历史图像的对焦位置和预设修正参数确定待采集图像的目标对焦位置；最终获取目标对焦位置处的初始图像，对初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口，以基于该对焦窗口实现对焦操作。在本实施例提供的上述方式中，可以根据历史图像的对焦位置和预设修正参数确定此时待采集图像的目标对焦位置，基于历史对焦位置与修正参数的考虑，有助于使待采集图像的目标对焦位置更为准确，进而之后对目标对焦位置处的初始图像进行阈值分割，可形成对焦精度较高的对焦窗口，与现有技术中从2-3幅离焦图像中获取深度信息进行分析完成自动对焦相比，本发明实施例基于对焦精度较高的对焦窗口实现对焦，可以有效提高对焦精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例一提供的对焦方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的确定目标对焦位置流程图；

图3为本发明实施例二提供的对焦装置示意图；

图4为本发明实施例二提供的服务器的结构示意图。

图标：301-历史位置模块；302-计算对焦位置模块；303-窗口确定模块。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了改善现有技术中，通过从2-3幅离焦图像中获取深度信息，根据对深度信息的分析便完成自动对焦，造成对焦精度差的问题。本发明提供了一种对焦方法、装置及对焦设备，该技术首先获取目标对象的历史图像的对焦位置；然后基于历史图像的对焦位置和预设修正参数确定待采集图像的目标对焦位置；最终获取目标对焦位置处的初始图像，对初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口，以基于该对焦窗口实现对焦操作，可以有效提高对焦精度。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种对焦方法进行详细介绍。

实施例一：

参照图1所示的一种对焦方法流程图，可以由诸如照相机等对焦设备执行，该方法包括：

步骤S101，获取目标对象的历史图像的对焦位置，历史图像为待采集图像完成对焦之前采集到的目标对象的图像。

在具体实施时，比如要得到目标对象的第P张图像的对焦位置，首先要获取该历史图像目标对象的第P-1、P-2、P-3的等历史图像的对焦位置，采用其中的至少一张目标对象的历史图像，并获取历史图像中的对焦位置。

步骤S102，基于历史图像的对焦位置和预设修正参数确定待采集图像的目标对焦位置。

步骤S103，获取目标对焦位置处的初始图像，对初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口，以基于对焦窗口实现对焦操作。

在本实施例提供的上述方式中，可以根据历史图像的对焦位置和预设修正参数确定此时待采集图像的目标对焦位置，基于历史对焦位置与修正参数的考虑，有助于使待采集图像的目标对焦位置更为准确，进而之后对目标对焦位置处的初始图像进行阈值分割，可形成对焦精度较高的对焦窗口，与现有技术中从2-3幅离焦图像中获取深度信息进行分析完成自动对焦相比，本发明实施例基于对焦精度较高的对焦窗口实现对焦，可以有效提高对焦精度。

在具体实施时，参照图2所示的确定目标对焦位置流程图，基于历史图像的对焦位置和预设的修正参数确定待采集图像的目标对焦位置的可以参照如下四个步骤实现：

步骤S201，对历史图像的对焦位置进行线性预测，得到待采集图像的预测对焦位置。

在一种具体的实施方式中，历史图像的对焦位置进行线性预测，得到待采集图像的预测对焦位置的步骤，包括：

根据线性预测公式对历史图像的对焦位置进行线性预测，得到待采集图像的预测对焦位置；

其中，线性预测公式为公式(1)：

其中，x′(n)为所述待采集图像n的预测对焦位置，x(n-k)为所述待采集图像n之前各所述历史图像的对焦位置，且所述历史图像的数量为p张，a_i为线性系数。

步骤S202，基于待采集图像的预测对焦位置和预设的修正参数控制载物平台移动；其中，载物平台为用于带动对焦设备移动的平台。

在一种具体的实施方式中，基于待采集图像的预测对焦位置和预设的修正参数控制载物平台移动的步骤，包括：根据待采集图像的预测对焦位置和预设的修正参数确定载物平台移动起点位置；控制载物平台从移动起点位置按照预设移动因素进行移动，其中，预设移动因素包括：预设移动方向、预设移动步长和预设移动次数阈值。

步骤S203，采集载物平台移动后位置处的图像，并计算移动后位置的图像中成像主体的清晰度和背景的清晰度。

在一种具体的实施方式中，计算移动后位置的图像中成像主体的清晰度的步骤，包括：

根据对焦评价函数计算移动后位置的图像中成像主体的清晰度；

其中，对焦评价函数为公式(2)：

F＝∑_M∑_N{[I(i+1,j)-I(i,j)]+[I(i,j+1)-I(i,j)]} (2)

步骤S204，当成像主体的清晰度大于背景的清晰度时，将当前移动后的位置确定为待采集图像的目标对焦位置。

通过上述实施方式，通过载物平台运用公式的计算，实时比较计算结果，确定清晰的图像，进而提高对焦精度。

基于本实施例提供的对焦方法的主要构思，本实施例提供了一种具体的对焦实施方法，具体可参见如下步骤1～6：

步骤1.首先设置对焦设备的参数，该参数包括：预设移动方向、预设移动步长和预设移动次数阈值。

步骤2.对第一幅图像的对焦位置进行粗略调整(对应本实施例前述的获取目标对象的历史图像的对焦位置)。

步骤3.粗略调整后选取当前位置图像的对焦窗口，并根据公式(2)计算此位置的函数值记为f(n)。

步骤4.随后按照预设移动步长对载物平台进行移动，其中预设移动步不小于1um，如果当前位置的函数值(即成像主体的清晰度为根据当前移动后对焦位置运用公式(2)计算的结果)f(a)>f(n)，则载物平台向上移动，如果当前位置的函数值f(a)<f(n)，则载物平台向下移动。

步骤5.当前位置的函数值f(a)<f(a-1)时，当前对焦结束(相当于实施例中的当成像主体的清晰度大于背景的清晰度时，将当前移动后的位置确定为待采集图像的目标对焦位置)，并把第a-1幅图像作为对焦图像，否则继续移动比较，a为预设移动次数阈值，其中a小于等于20次。

步骤6.如果超过20次移动后未出f(a)<f(a-1)的情况，则自动对焦失败，需要手动来完成对焦。

在具体实施时，对初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口的步骤包括：根据大津算法Otsu对初始图像进行全局阈值分割，确定对焦窗口。其中，大津算法Otsu是一种自适应的阈值确定方法。算法假设图像像素能够根据阈值，被分成背景和目标两部分(相当于本实施例中的目标对象的历史图像和待采集图像)。然后，计算该最佳阈值来区分这两类像素，使得两类像素区分度最大。

通过上述实施方式，运用大津算法Otsu确定对焦窗口，以通过对焦窗口中的参数实现自动对焦。

实施例二：

参照图3所示的一种对焦装置示意图，该装置包括：

历史位置模块301，用于获取目标对象的历史图像的对焦位置；历史图像为待采集图像完成对焦之前采集到的目标对象的图像。

计算对焦位置模块302，用于基于历史图像的对焦位置和预设修正参数确定待采集图像的目标对焦位置。

窗口确定模块303，用于获取目标对焦位置处的初始图像，对初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口，以基于对焦窗口实现对焦操作。

在一种具体的实施方式中，计算对焦位置模块302还用于：

对历史图像的对焦位置进行线性预测，得到待采集图像的预测对焦位置。

基于待采集图像的预测对焦位置和预设的修正参数控制载物平台移动；其中，载物平台为用于带动对焦设备移动的平台。

采集载物平台移动后位置处的图像，并计算移动后位置的图像中成像主体的清晰度和背景的清晰度。

其中，对焦评价函数为公式(3)：

F＝∑_M∑_N{[I(i+1,j)-I(i,j)]+[I(i,j+1)-I(i,j)]} (3)

在成像主体的清晰度大于背景的清晰度的情况下，将当前移动后的位置确定为待采集图像的目标对焦位置。

在一种具体的实施方式中，窗口确定模块303还用于：

根据大津算法Otsu对初始图像进行全局阈值分割，确定对焦窗口。

本发明实施例还提供一种对焦设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现实施例一对焦方法的步骤。

图4为本发明实施例提供的一种服务器的结构示意图，该服务器包括：处理器400，存储器401，总线402和通信接口403，所述处理器400、通信接口403和存储器401通过总线402连接；处理器400用于执行存储器401中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器401可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口403(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线402可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器401用于存储程序，所述处理器400在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器400中，或者由处理器400实现。

处理器400可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器400中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器400可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器401，处理器400读取存储器401中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中，计算机程序被处理器运行时执行实施例一对焦方法的步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种对焦方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述历史图像的对焦位置和预设的修正参数确定所述待采集图像的目标对焦位置的步骤，包括：

基于所述待采集图像的预测对焦位置和预设的修正参数控制载物平台移动；其中，所述载物平台为用于带动对焦设备移动的平台；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述待采集图像的预测对焦位置和预设的修正参数控制载物平台移动的步骤，包括：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述移动后位置的图像中成像主体的清晰度的步骤，包括：

其中，所述对焦评价函数为：

F＝∑_M ∑_N{[I(i+1，j)-I(i，j)]+[I(i，j+1)-I(i，j)]}

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述初始图像进行阈值分割，确定对焦窗口的步骤，包括：

6.一种对焦装置，其特征在于，所述装置包括：

历史位置模块，用于获取目标对象的历史图像的对焦位置；所述历史图像为待采集图像完成对焦之前采集到的所述目标对象的图像

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算对焦位置模块还用于：

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述窗口确定模块还用于：

9.一种对焦设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至5任一项所述的对焦方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至5任一项所述的对焦方法的步骤。