CN111025525A - 自动对焦方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自动对焦方法及装置，属于自动控制技术领域，该方法包括：获取区间缩小条件；使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值；在对焦区间的长度缩小至满足区间缩小条件时，使用爬坡法确定当前对焦区间内的清晰度最大值以确定镜头的对焦位置；可以解决使用爬坡法确定对焦位置时容易将局部清晰度最大值对应的位置确定为对焦位置，导致确定对焦位置的准确性不高的问题；由于对于清晰度评价函数得到的数据分布曲线，在曲线的顶部存在局部清晰度最大值的情况较少，因此，通过仅在曲线顶部使用爬坡法确定清晰度最大值，可以避免将局部清晰度最大值的位置确定为对焦位置的问题，提高确定对焦位置的准确性。

Description

自动对焦方法及装置

技术领域

本申请涉及一种自动对焦方法及装置，属于自动控制技术领域。

背景技术

传统的自动对焦方法，如爬坡法，已广泛运用在安装有对焦镜头的电子装置中。爬坡法是指驱动对焦镜头中的对焦镜片以较大的搜寻间距沿特定方向步进移动并逐步计算对焦镜头的解析度。未达峰值前，解析度呈上升的趋势；当发生下降趋势时，则改变对焦镜片的搜寻方向，并同时缩小搜寻间距以重新计算反映解析度的模量传递函数值(moduletransfer function，MTF值)；反复上述步骤，直到MTF值越过的峰值的状况不再发生改变时，则完成自动对焦功能。然而，如果在对焦的过程中，对焦曲线出现轻微的振荡，则容易获得区域峰值的搜寻结果，但是区域峰值并不是全域峰值，导致对焦不准确。

发明内容

本申请提供了一种自动对焦方法及装置，可以解决使用爬坡法确定对焦位置时容易将局部清晰度最大值对应的位置确定为对焦位置，导致确定对焦位置的准确性不高的问题。本申请提供如下技术方案：

第一方面，提供了一种自动对焦方法，所述方法包括：

获取区间缩小条件；

使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值；

在所述对焦区间的长度缩小至满足所述区间缩小条件时，使用爬坡法确定所述当前对焦区间内的清晰度最大值，以确定镜头的对焦位置。

可选地，所述区间缩小条件为预设区间长度，所述使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值，包括：

确定最大对焦区间[a，b]；

获取分割系数T；

初始化当前对焦区间的第一对焦位置L＝a+(1-T)(b-a)和第二对焦位置R＝a+T(b-a)；

获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值；

若第一清晰度值大于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的上限值缩小为所述第二对焦位置R；另第二对焦位置更新为第一对焦位置所在位置L＝a+T(b-a)；使用更新后的上限值再次计算第一对焦位置L＝a+(1-T)(R-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤；

若第一清晰度值小于或等于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的下限值缩小为所述第一对焦位置L；另第一对焦位置更新为第二对焦位置所在位置R＝a+T(b-a)；使用更新后的下限值再次计算第二对焦位置R＝a+T(L-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤。

可选地，所述T的取值为0.618或者为0.382。

可选地，所述使用爬坡法确定所述当前对焦区间内的清晰度最大值，包括：

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值大于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第一对焦位置作为起始点按照预设步长逐步增大以确定所述当前对焦区间的最大值；

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值小于或等于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第二对焦位置作为起始点按照预设步长逐步减小以确定所述当前对焦区间的清晰度最大值。

可选地，所述确定所述当前对焦区间的最大值，包括：

将当前对焦位置对应的清晰度值与上一次对焦位置的清晰度值进行比较；

若当前对焦位置对应的清晰度值大于上一次对焦位置的清晰度值，则再次执行按照预设步长增大或者减小的步骤；

若当前对焦位置对应的清晰度值小于上一次对焦位置的清晰度值，则确定上一次对焦位置的清晰度值为所述当前对焦区间的清晰度最大值，所述上一次对焦位置为所述镜头的对焦位置。

第二方面，提供了一种自动对焦装置，所述装置包括：

条件获取模块，用于获取区间缩小条件；

第一搜索模块，用于使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值；

第二搜索模块，用于在所述对焦区间的长度缩小至满足所述区间缩小条件时，使用爬坡法确定所述当前对焦区间内的清晰度最大值，以确定镜头的对焦位置。

可选地，所述区间缩小条件为预设区间长度，所述第一搜索模块，用于：

确定最大对焦区间[a，b]；

获取分割系数T；

初始化当前对焦区间的第一对焦位置L＝a+(1-T)(b-a)和第二对焦位置R＝a+T(b-a)；

获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值；

若第一清晰度值大于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的上限值缩小为所述第二对焦位置R；另第二对焦位置更新为第一对焦位置所在位置L＝a+T(b-a)；使用更新后的上限值再次计算第一对焦位置L＝a+(1-T)(R-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤；

若第一清晰度值小于或等于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的下限值缩小为所述第一对焦位置L；另第一对焦位置更新为第二对焦位置所在位置R＝a+T(b-a)；使用更新后的下限值再次计算第二对焦位置R＝a+T(L-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤。

可选地，所述T的取值为0.618或者为0.382。

可选地，所述第二搜索模块，用于：

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值大于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第一对焦位置作为起始点按照预设步长逐步增大以确定所述当前对焦区间的最大值；

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值小于或等于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第二对焦位置作为起始点按照预设步长逐步减小以确定所述当前对焦区间的清晰度最大值。

可选地，所述第二搜索模块，用于：

将当前对焦位置对应的清晰度值与上一次对焦位置的清晰度值进行比较；

若当前对焦位置对应的清晰度值大于上一次对焦位置的清晰度值，则再次执行按照预设步长增大或者减小的步骤；

若当前对焦位置对应的清晰度值小于上一次对焦位置的清晰度值，则确定上一次对焦位置的清晰度值为所述当前对焦区间的清晰度最大值，所述上一次对焦位置为所述镜头的对焦位置。

本申请的有益效果在于：通过获取区间缩小条件；使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值；在对焦区间的长度缩小至满足区间缩小条件时，使用爬坡法确定当前对焦区间内的清晰度最大值以确定镜头的对焦位置；可以解决使用爬坡法确定对焦位置时容易将局部清晰度最大值对应的位置确定为对焦位置，导致确定对焦位置的准确性不高的问题；由于对于清晰度评价函数得到的数据分布曲线，在曲线的顶部存在局部清晰度最大值的情况较少，因此，通过在曲线底部区域使用黄金分割搜索算法缩小对焦区域，在曲线顶部使用爬坡法确定清晰度最大值，既可以避免将局部清晰度最大值对应的位置确定为对焦位置的问题，相对于仅使用黄金分割搜索算法来说还可以减少搜索对焦位置的次数，从而提高确定对焦位置的准确性和效率。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的自动对焦方法的流程图；

图2是本申请另一个实施例提供的自动对焦方法的流程图；

图3是本申请另一个实施例提供的自动对焦方法的流程图；

图4是本申请一个实施例提供的自动对焦装置的框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

可选地，本申请以各个实施例的执行主体为具有镜头的电子设备为例进行说明，该电子设备可以自动控制镜头对焦，比如：该电子设备为显微镜，且该显微镜可以通过压电陶瓷控制物镜移动实现对焦。

图1是本申请一个实施例提供的自动对焦方法的流程图。该方法至少包括以下几个步骤：

步骤101，获取区间缩小条件。

在一个示例中，区间缩小条件为预设区间长度。

步骤102，使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值。

参考图2，使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值至少包括步骤21-26：

步骤21、确定最大对焦区间[a，b]，该最大对焦区间的区间长度大于预设区间长度。

步骤22、获取分割系数T。

T的取值为0.618或者为0.382。当然，T也可以设置为其它大于0且小于1的小数，本实施例不对T的取值作限定。

步骤23、初始化当前对焦区间的第一对焦位置L＝a+(1-T)(b-a)和第二对焦位置R＝a+T(b-a)。

步骤24、获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值；执行步骤25或者26。

步骤25、若第一清晰度值大于第二清晰度值，则将当前对焦区间的上限值缩小为第二对焦位置R；另第二对焦位置更新为第一对焦位置所在位置L＝a+T(b-a)；使用更新后的上限值再次计算第一对焦位置L＝a+(1-T)(R-a)；在R-L的值大于预设区间长度时再次执行步骤24。

可选地，在R-L的值大于或等于预设区间长度时执行步骤103。

电子设备中存储有清晰度评价函数，使用该清晰度评价函数可以得到每个对焦位置对应的清晰度值。通常，清晰度评价函数在最大对焦区间内得到的清晰度值呈正态分布(或称钟形分布或者高斯分布)。

步骤26、若第一清晰度值小于或等于第二清晰度值，则将当前对焦区间的下限值缩小为第一对焦位置L；另第一对焦位置更新为第二对焦位置所在位置R＝a+T(b-a)；使用更新后的下限值再次计算第二对焦位置R＝a+T(L-a)；在R-L的值大于预设区间长度时再次步骤24。

可选地，在R-L的值大于或等于预设区间长度时执行步骤103。

步骤103，在对焦区间的长度缩小至满足区间缩小条件时，使用爬坡法确定当前对焦区间内的清晰度最大值，以确定镜头的对焦位置。

示意性地，参考图3，在步骤102之后，在对焦区间的长度缩小至满足区间缩小条件时，使用爬坡法确定当前对焦区间内的清晰度最大值，以确定镜头的对焦位置至少包括步骤31和32：

步骤31，若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值大于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以第一对焦位置作为起始点按照预设步长逐步增大以确定当前对焦区间的最大值。

步骤32，若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值小于或等于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以第二对焦位置作为起始点按照预设步长逐步减小以确定当前对焦区间的清晰度最大值。

其中，确定当前对焦区间的最大值，包括：将当前对焦位置对应的清晰度值与上一次对焦位置的清晰度值进行比较；若当前对焦位置对应的清晰度值大于上一次对焦位置的清晰度值，则再次执行按照预设步长增大或者减小的步骤；若当前对焦位置对应的清晰度值小于上一次对焦位置的清晰度值，则确定上一次对焦位置的清晰度值为当前对焦区间的清晰度最大值，上一次对焦位置为镜头的对焦位置。

综上所述，本实施例提供的自动对焦方法，通过获取区间缩小条件；使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值；在对焦区间的长度缩小至满足区间缩小条件时，使用爬坡法确定当前对焦区间内的清晰度最大值以确定镜头的对焦位置；可以解决使用爬坡法确定对焦位置时容易将局部清晰度最大值对应的位置确定为对焦位置，导致确定对焦位置的准确性不高的问题；由于对于清晰度评价函数得到的数据分布曲线，在曲线的顶部存在局部清晰度最大值的情况较少，因此，通过在曲线底部区域使用黄金分割搜索算法缩小对焦区域，在曲线顶部使用爬坡法确定清晰度最大值，既可以避免将局部清晰度最大值对应的位置确定为对焦位置的问题，相对于仅使用黄金分割搜索算法来说还可以减少搜索对焦位置的次数，从而提高确定对焦位置的准确性和效率。

图4是本申请一个实施例提供的自动对焦装置的框图。该装置至少包括以下几个模块：条件获取模块410、第一搜索模块420、第二搜索模块430。

条件获取模块410，用于获取区间缩小条件；

第一搜索模块420，用于使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值；

第二搜索模块430，用于在所述对焦区间的长度缩小至满足所述区间缩小条件时，使用爬坡法确定所述当前对焦区间内的清晰度最大值，以确定镜头的对焦位置。

可选地，所述区间缩小条件为预设区间长度，所述第一搜索模块420，用于：

确定最大对焦区间[a，b]；

获取分割系数T；

初始化当前对焦区间的第一对焦位置L＝a+(1-T)(b-a)和第二对焦位置R＝a+T(b-a)；

获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值；

若第一清晰度值大于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的上限值缩小为所述第二对焦位置R；另第二对焦位置更新为第一对焦位置所在位置L＝a+T(b-a)；使用更新后的上限值再次计算第一对焦位置L＝a+(1-T)(R-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤；

若第一清晰度值小于或等于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的下限值缩小为所述第一对焦位置L；另第一对焦位置更新为第二对焦位置所在位置R＝a+T(b-a)；使用更新后的下限值再次计算第二对焦位置R＝a+T(L-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤。

可选地，所述T的取值为0.618或者为0.382。

可选地，所述第二搜索模块420，用于：

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值大于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第一对焦位置作为起始点按照预设步长逐步增大以确定所述当前对焦区间的最大值；

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值小于或等于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第二对焦位置作为起始点按照预设步长逐步减小以确定所述当前对焦区间的清晰度最大值。

可选地，所述第二搜索模块420，用于：

将当前对焦位置对应的清晰度值与上一次对焦位置的清晰度值进行比较；

若当前对焦位置对应的清晰度值大于上一次对焦位置的清晰度值，则再次执行按照预设步长增大或者减小的步骤；

若当前对焦位置对应的清晰度值小于上一次对焦位置的清晰度值，则确定上一次对焦位置的清晰度值为所述当前对焦区间的清晰度最大值，所述上一次对焦位置为所述镜头的对焦位置。

相关细节参考上述方法实施例。

需要说明的是：上述实施例中提供的自动对焦装置在进行自动对焦时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将自动对焦装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的自动对焦装置与自动对焦方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的自动对焦方法。

可选地，本申请还提供有一种计算机产品，该计算机产品包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的自动对焦方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种自动对焦方法，其特征在于，所述方法包括：

获取区间缩小条件；

使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值；

在所述对焦区间的长度缩小至满足所述区间缩小条件时，使用爬坡法确定所述当前对焦区间内的清晰度最大值，以确定镜头的对焦位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述区间缩小条件为预设区间长度，所述使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值，包括：

确定最大对焦区间[a，b]；

获取分割系数T；

初始化当前对焦区间的第一对焦位置L＝a+(1-T)(b-a)和第二对焦位置R＝a+T(b-a)；

获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值；

若第一清晰度值大于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的上限值缩小为所述第二对焦位置R；另第二对焦位置更新为第一对焦位置所在位置L＝a+T(b-a)；使用更新后的上限值再次计算第一对焦位置L＝a+(1-T)(R-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤；

若第一清晰度值小于或等于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的下限值缩小为所述第一对焦位置L；另第一对焦位置更新为第二对焦位置所在位置R＝a+T(b-a)；使用更新后的下限值再次计算第二对焦位置R＝a+T(L-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述T的取值为0.618或者为0.382。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用爬坡法确定所述当前对焦区间内的清晰度最大值，包括：

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值大于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第一对焦位置作为起始点按照预设步长逐步增大以确定所述当前对焦区间的最大值；

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值小于或等于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第二对焦位置作为起始点按照预设步长逐步减小以确定所述当前对焦区间的清晰度最大值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述当前对焦区间的最大值，包括：

将当前对焦位置对应的清晰度值与上一次对焦位置的清晰度值进行比较；

若当前对焦位置对应的清晰度值大于上一次对焦位置的清晰度值，则再次执行按照预设步长增大或者减小的步骤；

若当前对焦位置对应的清晰度值小于上一次对焦位置的清晰度值，则确定上一次对焦位置的清晰度值为所述当前对焦区间的清晰度最大值，所述上一次对焦位置为所述镜头的对焦位置。

6.一种自动对焦装置，其特征在于，所述装置包括：

条件获取模块，用于获取区间缩小条件；

第一搜索模块，用于使用黄金分割搜索算法在最大对焦区间内逐步缩小对焦区间以搜索清晰度最大值；

第二搜索模块，用于在所述对焦区间的长度缩小至满足所述区间缩小条件时，使用爬坡法确定所述当前对焦区间内的清晰度最大值，以确定镜头的对焦位置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述区间缩小条件为预设区间长度，所述第一搜索模块，用于：

确定最大对焦区间[a，b]；

获取分割系数T；

初始化当前对焦区间的第一对焦位置L＝a+(1-T)(b-a)和第二对焦位置R＝a+T(b-a)；

获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值；

若第一清晰度值大于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的上限值缩小为所述第二对焦位置R；另第二对焦位置更新为第一对焦位置所在位置L＝a+T(b-a)；使用更新后的上限值再次计算第一对焦位置L＝a+(1-T)(R-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤；

若第一清晰度值小于或等于第二清晰度值，则将所述当前对焦区间的下限值缩小为所述第一对焦位置L；另第一对焦位置更新为第二对焦位置所在位置R＝a+T(b-a)；使用更新后的下限值再次计算第二对焦位置R＝a+T(L-a)；在R-L的值大于所述预设区间长度时再次执行所述获取第一对焦位置对应的第一清晰度值和第二对焦位置对应的第二清晰度值的步骤。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述T的取值为0.618或者为0.382。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二搜索模块，用于：

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值大于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第一对焦位置作为起始点按照预设步长逐步增大以确定所述当前对焦区间的最大值；

若当前对焦区间中第一对焦位置对应的第一清晰度值小于或等于第二对焦位置对应的第二清晰度值，则以所述第二对焦位置作为起始点按照预设步长逐步减小以确定所述当前对焦区间的清晰度最大值。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二搜索模块，用于：

将当前对焦位置对应的清晰度值与上一次对焦位置的清晰度值进行比较；

若当前对焦位置对应的清晰度值大于上一次对焦位置的清晰度值，则再次执行按照预设步长增大或者减小的步骤；

若当前对焦位置对应的清晰度值小于上一次对焦位置的清晰度值，则确定上一次对焦位置的清晰度值为所述当前对焦区间的清晰度最大值，所述上一次对焦位置为所述镜头的对焦位置。

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