CN110650290A - 一种摄像头主动对焦调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及摄像头AA技术领域，具体公开了一种摄像头主动对焦调整方法，包括步骤：计算成像系统的光学中心偏差，并根据所述光学中心偏差对所述镜头进行x、y轴移动补偿；在z轴方向上移动所述镜头，求取图卡上中心及四周感兴趣区域的Through Focus曲线；根据所述四周的Through Focus曲线求取所述镜头与其所连接的芯片之间的倾角；旋转所述镜头对所述倾角进行补偿。实施本发明具有以下有益效果：采用5根平行光管照射图卡供摄像头拍取，设备体积较小；调节平行光管，可模拟不同的测试距离；判断准确，算法的鲁棒性高，在强烈噪声干扰下也能准确定位和计算；结果稳定，最终SFR值差异在0.03以内；调整效率较高，纯AA时间平均小于12S。

Description

一种摄像头主动对焦调整方法
技术领域
本发明涉及摄像头AA技术领域，尤其涉及一种摄像头主动对焦调整方法。
背景技术
现有车载摄像头主动对焦设备一般由plasma等离子清洗、点胶、AA(ActiveAlignment，即主动对准)和UV固化组成，其中AA部分是重点。AA算法一般是，根据镜头各视场SFR峰值位置差与成像距离差之间的几何关系来求出镜头与芯片之间的倾斜角度。
由于车载摄像头部分是广角镜头，视场角甚至能达到200度以上，针对广角镜头有些主动对焦设备AA部分结构采用5块平面光源(包括位于摄像头顶部一块和围绕摄像头位于四周的四块)搭建，但采用这种结构其测试距离固定，无法调整，且设备体积非常大。
另外，现有的AA算法准确性、稳定性及效率均不够高。
发明内容
本发明提供一种摄像头主动对焦调整方法，解决的技术问题是，现有的AA结构采用五块平面光源搭建的测试环境，测试距离固定，无法调整，且设备体积非常大，另外现有的AA算法其准确性、稳定性及效率均不够高。
为解决以上技术问题，本发明提供一种摄像头主动对焦调整方法，包括步骤：
S1.计算成像系统的光学中心偏差，并根据所述光学中心偏差对所述镜头进行x、y轴移动补偿；
S2.在z轴方向上移动所述镜头，求取图卡上中心及四周感兴趣区域的ThroughFocus曲线；
S3.根据所述四周的Through Focus曲线求取所述镜头与其所连接的芯片之间的倾角；
S4.旋转所述镜头对所述倾角进行补偿。
进一步地，在所述步骤S4后还包括步骤：
S5.重复所述步骤S1～S4，直至所述倾角在预设范围内；
S6.按照中心感兴趣区域的峰值位置和四周感兴趣区域的平均峰值位置的权重比例对所述镜头在Z轴方向上进行最终定位。
进一步地，所述步骤S2具体包括步骤：
S21.将所述镜头拍摄的RGB图像转化为灰度图像；
S22.分别截取所述灰度图像的中心和四周共5个感兴趣区域；
S23.对每个所述感兴趣区域先后进行高斯平滑滤波、二值化、膨胀处理、查找边缘，得到对应的轮廓图像；
S24.提取所述轮廓图像中的关键点像素坐标；
S25.通过关键点坐标排序及数学逻辑运算求出所述关键点像素坐标中角点的坐标；
S26.以所述角点中的中心角点和其余角点连接线的中点为中心，按照预设长、宽构建一矩形框，划定初步刀口图像；
S27.上下左右平移所述矩形框使其中心位于所述初步刀口图像的斜边直线上，此时划定包括部分所述斜边在内的最终刀口图像；
S28.求取所述5个感兴趣区域所对应的最终刀口图像的Through Focus曲线。
进一步地，在所述步骤S1前还包括步骤：
S01.将镜头与其所连接的芯片进行可调式连接；
S02.开启平行光管照射图卡，在所述图卡上呈现预设的参考图像；所述参考图像包括位于所述图卡中心和均匀分布于所述图卡四周的标准图像；所述标准图像为十字交叉且倾斜放置的两相对扇形；
S03.开启所述镜头，拍摄所述图卡。
进一步地，所述步骤S24具体为：根据IPAN算法，以所述扇形的半径为底，在所述扇形轮廓的弧边上查找可能顶点构造三角形，将满足预设关键点提取条件的所述可能顶点及所述扇形的底边的两端点提取而出作为关键点像素坐标；
在所述步骤S25中，所述角点包括所述相交的中心角点和所述扇形的四个顶点。
进一步地，所述步骤S27具体为：判断所述矩形框的中心是否位于所述初步刀口图像的斜边直线上，若是则进入下一步，若否则根据所述初步刀口图像的中心与所述半径的相对位置，将竖直方向上的所述矩形框进行左右移动，将水平方向上的所述矩形框进行上下移动，直至所述矩形框的中心位于所述初始刀口图像的斜边直线上。
进一步地，所述步骤S27具体为：先移动Z轴到图像预清晰位置，然后Z轴开始小幅等距步进移动，分别求出整个过程中5个所述最终刀口图像的ThroughFocus曲线；所述ThroughFocus曲线是所述最终刀口图像的SFR值随着Z轴距离变化而变化的曲线。
进一步地，所述步骤S3具体包括步骤：
S31.对四周的所述最终刀口图像的ThroughFocus曲线分别进行5次多项式拟合；
S32.求出拟合后左上角与右下角的所述最终刀口图像的SFR峰值的高度差△H；
S33.求出拟合后左上角与右下角的所述最终刀口图像的距离差△L；
S34.根据三角函数关系求出左上角与右下角的所述最终刀口图像之间的倾角；
S35.与所述步骤S32～S34同理，求出左下角与右上角的所述最终刀口图像之间的倾角。
进一步地，所述步骤S4具体包括：
S41.判断所述倾角是否超过预设角度，若是则进入下一步，若否则进入所述步骤S5；
S42.根据拍摄的所述图卡上所述标准图像构成的对角线三维坐标确定一个平面，并求出所述平面的法向量；
S43.计算所述法向量在x和y方向的分量之间的夹角；
S44.按照所述夹角调整所述镜头。
进一步地，在所述步骤S6后，还包括步骤：
S7.开启UV灯对所述镜头及所述芯片照射预设时间段。
本发明提供的一种摄像头主动对焦调整方法，具有以下有益效果：
1、采用5根平行光管照射图卡供摄像头拍取，结构集中，设备体积较小；
2、调节平行光管，可模拟不同的测试距离；
3、判断准确，算法的鲁棒性高，在强烈噪声干扰下也能准确定位和计算；
4、结果稳定，同一颗摄像头，重复AA，最终SFR值差异在0.03以内；
5、调整效率较高，除去UV照射时间外，纯AA时间平均＜12S。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种摄像头主动对焦调整方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例提供的步骤S1中光学中心C的展示图；
图3是本发明实施例提供的感兴趣区域ROI1～ROI5的展示图；
图4是本发明实施例提供的感兴趣区域ROI2的轮廓图像展示图；
图5是本发明实施例提供的预设关键点提取条件的参数展示图；
图6是本发明实施例提供的图4中角点的展示图；
图7是本发明实施例提供的初步刀口图像M1的划定示意图；
图8是本发明实施例提供的最终刀口图像M2的划定示意图；
图9是本发明实施例提供的高度差△H的指示图；
图10是本发明实施例提供的距离差△L的指示图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本发明实施例提供的一种摄像头主动对焦调整方法，如图1所示，在本实施例中，包括步骤：
S01.将镜头与其所连接的芯片进行可调式连接；
S02.开启平行光管照射图卡，在所述图卡上呈现预设的参考图像；所述参考图像包括位于所述图卡中心和均匀分布于所述图卡四周的标准图像；所述标准图像为十字交叉且倾斜放置的两相对扇形；
S03.开启所述镜头，拍摄所述图卡(全黑环境下进行)；
S1.计算成像系统的光学中心偏差，并根据所述光学中心偏差对所述镜头进行x、y轴移动补偿；
S2.在z轴方向上移动所述镜头，求取图卡上中心及四周感兴趣区域的ThroughFocus曲线；
S3.根据所述四周的Through Focus曲线求取所述镜头与其所连接的芯片之间的倾角；
S4.旋转所述镜头对所述倾角进行补偿；
S5.重复所述步骤S1～S4，直至所述倾角在预设范围内，比如0.1°；
S6.按照中心感兴趣区域的峰值位置和四周感兴趣区域的平均峰值位置的权重比例对所述镜头在Z轴方向上进行最终定位(权重比例说明：由于Z轴每次移动同样的步进，假设中心第5步达到峰值，四周达到峰值分别是第6.1、6.2、6.3、6.4步，若权重比例设为中心0.7，四周0.3，则Z轴最终定位在第5*0.7+(6.1+6.2+6.3+6.4)/4*0.3＝5.375步)；
S7.开启UV灯对所述镜头及所述芯片照射预设时间段，优选为3S。
需要更具体地说明的是：
所述步骤S1具体为：求出图像中心光管图卡交叉点的像素坐标作为光学中心C(AA前需要用激光仪确认中间那根平行光管的中心与摄像头底座芯片的中心近似在一条垂直线上)，如图2所示。而图像物理中心为图像分辨率的一半，例如图像分辨率是1280*720，则图像物理中心像素坐标为(640,360)，根据光学中心与物理中心的像素坐标差，求出镜头x、y轴的补偿为：像素坐标差*像素尺寸。
进一步地，所述步骤S2具体包括步骤：
S21.将所述镜头拍摄的RGB图像转化为灰度图像；
S22.分别截取所述灰度图像的中心和四周共5个感兴趣区域(ROI：RegionOfInterest)，如图3所示的ROI1～ROI5；
S23.对每个所述感兴趣区域先后进行高斯平滑滤波、二值化、膨胀处理、查找边缘，得到对应的轮廓图像，如图4所示(以ROI2为例)；
S24.提取所述轮廓图像中的关键点像素坐标；该步骤可以为，根据IPAN算法，以所述扇形的半径为底，在所述扇形轮廓的弧边上查找可能顶点构造三角形，将满足预设关键点提取条件的所述可能顶点及所述扇形的底边的两端点提取而出作为关键点像素坐标；
S25.通过关键点坐标排序及数学逻辑运算求出所述关键点像素坐标中角点的坐标；所述角点包括所述相交的中心角点和所述扇形的四个顶点，如图6所示的D1～D5；
S26.以所述角点中的中心角点和其余角点连接线的中点为中心，按照预设长、宽构建一矩形框，划定初步刀口图像M1，如图7所示；
S27.上下左右平移所述矩形框使其中心位于所述初步刀口图像M1的斜边直线上，此时划定包括部分所述斜边在内的最终刀口图像M2，如图8所示；
S28.求取所述5个感兴趣区域所对应的最终刀口图像的Through Focus曲线。
更进一步地，在所述步骤S24中，如图5所示，所述预设关键点提取条件是：所述可能顶点两边距离rpa和rpb在dmin和dmax之间，顶角θab<θmax。然后保留对于距离dn(即点a和点b之间的距离rab，dn的大小不得超过dmax)有最小夹角θab的所有点p。在软件中，dmin、dmax、dn、和θmax的设定值是0、15、15、160°：
进一步地，所述步骤S27具体为：判断所述矩形框的中心是否位于所述初步刀口图像M1的斜边直线上，若是则进入下一步，若否则根据所述初步刀口图像M1的中心与所述半径的相对位置，将竖直方向上的所述矩形框进行左右移动，将水平方向上的所述矩形框进行上下移动，直至所述矩形框的中心位于所述初始刀口图像M1的斜边直线上。
进一步地，所述步骤S27具体为，先移动Z轴到图像预清晰位置，然后Z轴开始小幅等距步进移动，分别求出整个过程中5个所述最终刀口图像M2的ThroughFocus曲线；所述ThroughFocus曲线是所述最终刀口图像的SFR值随着Z轴距离变化而变化的曲线。
进一步地，所述步骤S3具体包括步骤：
S31.对四周的所述最终刀口图像的ThroughFocus曲线分别进行曲线拟合；
S32.求出拟合后左上角与右下角的所述最终刀口图像的SFR峰值的高度差△H，如图9所示；
S33.求出拟合后左上角与右下角的所述最终刀口图像的距离差△L，如图10所示，△L＝像素距离*像素尺寸；
S34.根据三角函数关系求出左上角与右下角的所述最终刀口图像之间的倾角(arcsin△H/△L)；
S35.与所述步骤S32～S34同理，求出左下角与右上角的所述最终刀口图像之间的倾角。
进一步地，所述步骤S4具体包括：
S41.判断所述倾角是否超过预设角度，若是则进入下一步，若否则进入所述步骤S5；
S42.根据拍摄的所述图卡上所述标准图像构成的对角线三维坐标确定一个平面，并求出所述平面的法向量；
S43.计算所述法向量在x和y方向的分量之间的夹角；
S44.按照所述夹角调整所述镜头。
本发明实施例提供的一种摄像头主动对焦调整方法，具有以下有益效果：
1、采用5根平行光管照射图卡供摄像头拍取(摄像头芯片底座保持不变，六轴平台上安装夹爪，控制夹爪夹住镜头，通过算法计算出镜头需要的平移和倾斜量，然后控制六轴平台的平移和倾斜来带动镜头的平移和倾斜)，结构集中，设备体积较小；
2、调节平行光管，可模拟30cm-无穷远的测试距离，同时支持视场角45-220°，测试视场0-0.9可调节；精密六轴平台移动精度可达0.1um；
3、判断准确，算法的鲁棒性高，在强烈噪声干扰下也能准确定位和计算；
4、结果稳定，同一颗摄像头，重复AA，最终SFR值差异在0.03以内；
5、调整效率较高，除去UV照射时间外，纯AA时间平均＜12S。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，包括步骤：
S1.计算成像系统的光学中心偏差，并根据所述光学中心偏差对所述镜头进行x、y轴移动补偿；
S2.在z轴方向上移动所述镜头，求取图卡上中心及四周感兴趣区域的Through Focus曲线；
S3.根据所述四周的Through Focus曲线求取所述镜头与其所连接的芯片之间的倾角；
S4.旋转所述镜头对所述倾角进行补偿。
2.如权利要求1所述的一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，在所述步骤S4后还包括步骤：
S5.重复所述步骤S1～S4，直至所述倾角在预设范围内；
S6.按照中心感兴趣区域的峰值位置和四周感兴趣区域的平均峰值位置的权重比例对所述镜头在Z轴方向上进行最终定位。
3.如权利要求2所述的一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：
S21.将所述镜头拍摄的RGB图像转化为灰度图像；
S22.分别截取所述灰度图像的中心和四周共5个感兴趣区域；
S23.对每个所述感兴趣区域先后进行高斯平滑滤波、二值化、膨胀处理、查找边缘，得到对应的轮廓图像；
S24.提取所述轮廓图像中的关键点像素坐标；
S25.通过关键点坐标排序及数学逻辑运算求出所述关键点像素坐标中角点的坐标；
S26.以所述角点中的中心角点和其余角点连接线的中点为中心，按照预设长、宽构建一矩形框，划定初步刀口图像；
S27.上下左右平移所述矩形框使其中心位于所述初步刀口图像的斜边直线上，此时划定包括部分所述斜边在内的最终刀口图像；
S28.求取所述5个感兴趣区域所对应的最终刀口图像的Through Focus曲线。
4.如权利要求3所述的一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，在所述步骤S1前还包括步骤：
S01.将镜头与其所连接的芯片进行可调式连接；
S02.开启平行光管照射图卡，在所述图卡上呈现预设的参考图像；所述参考图像包括位于所述图卡中心和均匀分布于所述图卡四周的标准图像；所述标准图像为十字交叉且倾斜放置的两相对扇形；
S03.开启所述镜头，拍摄所述图卡。
5.如权利要求4所述的一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，
所述步骤S24具体为：根据IPAN算法，以所述扇形的半径为底，在所述扇形轮廓的弧边上查找可能顶点构造三角形，将满足预设关键点提取条件的所述可能顶点及所述扇形的底边的两端点提取而出作为关键点像素坐标；
在所述步骤S25中，所述角点包括所述相交的中心角点和所述扇形的四个顶点。
6.如权利要求5所述的一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，所述步骤S27具体为：判断所述矩形框的中心是否位于所述初步刀口图像的斜边直线上，若是则进入下一步，若否则根据所述初步刀口图像的中心与所述半径的相对位置，将竖直方向上的所述矩形框进行左右移动，将水平方向上的所述矩形框进行上下移动，直至所述矩形框的中心位于所述初始刀口图像的斜边直线上。
7.如权利要求6所述的一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，所述步骤S28具体为：先移动Z轴到图像预清晰位置，然后Z轴开始小幅等距步进移动，分别求出整个过程中5个所述最终刀口图像的ThroughFocus曲线；所述ThroughFocus曲线是所述最终刀口图像的SFR值随着Z轴距离变化而变化的曲线。
8.如权利要求3所述的一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括步骤：
S31.对四周的所述最终刀口图像的ThroughFocus曲线分别进行5次多项式拟合；
S32.求出拟合后左上角与右下角的所述最终刀口图像的SFR峰值的高度差△H；
S33.求出拟合后左上角与右下角的所述最终刀口图像的距离差△L；
S34.根据三角函数关系求出左上角与右下角的所述最终刀口图像之间的倾角；
S35.与所述步骤S32～S34同理，求出左下角与右上角的所述最终刀口图像之间的倾角。
9.如权利要求8所述的一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S41.判断所述倾角是否超过预设角度，若是则进入下一步，若否则进入所述步骤S5；
S42.根据拍摄的所述图卡上所述标准图像构成的对角线三维坐标确定一个平面，并求出所述平面的法向量；
S43.计算所述法向量在x和y方向的分量之间的夹角；
S44.按照所述夹角调整所述镜头。
10.如权利要求2所述的一种摄像头主动对焦调整方法，其特征在于，在所述步骤S6后，还包括步骤：
S7.开启UV灯对所述镜头及所述芯片照射预设时间段。
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