CN111741210A - 一种基于固定场景的快速自动聚焦的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于固定场景的快速自动聚焦的方法及装置，首先获得摄像机的聚焦曲面，其次根据所述云台位置信息确定物距信息，基于所述云台位置信息和所述物距信息生成云台‑物距表，最后通过所述云台‑物距表查询当前所述摄像机所对准的位置的物距信息，根据当前物距信息通过所述聚焦曲面得出聚焦信息，所述摄像机的聚焦电机根据该聚焦信息快速完成自动聚焦。不需要复杂的计算，进一步提高了聚焦速度，不需要额外增加测距传感器，节省了生产成本，使用对焦曲面，方便快速聚焦。尤其在快速移动的大倍率摄像机中效果更为明显，聚焦速度更快。

Description

一种基于固定场景的快速自动聚焦的方法及装置

技术领域

本发明属于监控摄像机领域，具体涉及一种基于固定场景的快速自动聚焦的方法及装置。

背景技术

目前对于绝大多说的监控摄像机来说，都是固定在一个位置，如大楼的顶楼、房间顶部的角落或者专用的监控柱台上，且这些地方都是比较宽敞，室内最远距离也在10米左右，室外距离可达1公里远。自动聚焦是指摄像机根据获得到的图像的统计信息如高频分量、图像锐度值等以及图像的相关信息如相位差等驱动变倍和聚焦电机达到图像最清晰的位置。对于可自动聚焦的监控摄像机来说，其可以控制云台转动完成任意位置的拍摄成像，但不同的聚焦方法会导致摄像机有不同的聚焦速度和聚焦精度。对于采用单纯图像处理的方法完成自动聚焦的摄像机来说，在距离3米到1公里远的聚焦范围，聚焦速度反应会更慢，对于使用主动式聚焦的摄像机来说，通过查询事先测得的聚焦曲线或者聚焦曲面等完成自动聚焦，由于不同厂家或者同一厂家生产的同一种设备，由于不可预测的组装误差导致每一台设备的聚焦位置或多或少都是不一样的，这也会增加聚焦速度。

现有技术监控摄像机的聚焦方法，目前通常有以下几方案解决：

第一：通过数字处理的方法实现自动聚焦，这属于被动式聚焦。其原理摄像机首先抓拍一张图片，使用算法计算图像的相关统计信息如高频分量值，图像锐度值、图像直方图等，这些值一般都具有单峰即在聚焦过程中只有一个最大值，例如图像最清晰时，细节最多，高频分量值就最大，图像边界就最明显，图像的锐度值就最大，图像对比度就最大，其直方图分布就最广等，所以可以根据这些值和某些搜索算法如爬山算法、变步长爬山算法等进行最大值搜索，从而达到最佳的聚焦位置。

第二：使用主动式聚焦，如激光测距或者超声波测距等方法进行自动聚焦。其原理是首先使用激光或者超声波进行测距，获得距离后，通过查表法获得此距离下的聚焦位置信息进而驱动变倍或者聚焦电机到相应位置完成快速聚焦，这种方法下的聚焦数据表是事先测量好的。

对于第一种方法来说，虽然聚焦精度很高，但是其需要对图像进行大量的处理，不仅加重了系统的计算而且降低了聚焦速度。

对于第二种方法，虽然聚焦速度很快，但是由于需要额外增加设备使得生产成本变高，且对于某些吸收红外线和超声波的材料界面来说，距离测量不准导致聚焦错误。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种基于固定场景的快速自动聚焦的方法和装置，主要就是为了在固定场景中提升摄像机的聚焦速度而设计，在不使用额外的设备的前提下，进一步提高聚焦速度，减少计算。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于固定场景的快速自动聚焦的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)获得摄像机的聚焦曲面；

(2)选取云台位置，记录此时的云台位置信息，根据所述云台位置信息确定物距信息，基于所述云台位置信息和所述物距信息生成云台-物距表；

(3)获得所述云台的位置信息，通过所述云台-物距表查询当前所述摄像机所对准的位置的物距信息，根据当前物距信息通过所述聚焦曲面得出聚焦信息，所述摄像机的聚焦电机根据该聚焦信息快速完成自动聚焦。

优选的，所述步骤(1)中，通过测量摄像机在各个物距下的变倍-聚焦曲线，随后利用插值法或公式拟合法生成三维的所述聚焦曲面。

优选的，所述步骤(2)中，所述步骤(2)中，所述选取云台位置为按预定规律选取云台移动位置。其按预定规律的选取云台移动位置具体为在三维空间球面上等间距地选取若干位置

优选的，所述步骤(2)中，所述云台位置信息包括电机驱动位置信息或正北方位信息。

优选的，所述步骤(2)中，测量目标和摄像机的距离，可以通过米尺、激光、雷达或者图像处理的方式测量。

优选的，所述步骤(2)中，基于不同的物距下同一倍率的同一大小的物体像素不同的图像处理方法确定物距信息。

优选的，所述步骤(2)中，利用插值拟合法将所述云台位置信息和所述物距信息做成一个插值表，所述插值表为所述云台-物距表。

优选的，所述步骤(3)中，所述聚焦信息为通过聚焦曲面计算或者查询得出不同倍率下的聚焦电机的位置信息。

一种监控摄像机装置，其特征在于：用于执行上述基于固定场景的快速自动聚焦的方法。

与现有技术相比，本发明至少具有下述的有益效果或优点：

本发明提供的这种基于固定场景的快速自动聚焦的方法和装置，不需要复杂的计算，进一步提高了聚焦速度，不需要额外增加测距传感器，节省了生产成本，使用插值法拟合对焦曲线形成对焦曲面，方便快速聚焦。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明；

图1是本发明工作流程图；

图2直角墙角简单场景每隔5度进行测距采点图；

图3直角墙角复杂场景每隔2度进行测距采点图；

图4平面墙简单场景每隔5度进行测距采点图；

图5平面墙复杂场景每隔2度进行测距采点图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

本发明目的主要就是为了在固定场景中提升摄像机的聚焦速度而设计，在不使用额外的设备的前提下，进一步提高聚焦速度，减少计算。其要解决的技术问题主要就是云台位置信息和对应位置处的距离信息的记录表。

本发明的发明构思是在当摄像机固定后，在第一次使用时，通过对现场采集摄像机所处的物距，该物距可以通过手动测量、激光测量或者对各个位置的景物进行拍摄后计算等方法来获得，将此物距和云台对应位置信息记录下来待用，之后的使用，根据云台位置，通过查表法确定此时摄像机所对景物的物距，再利用事先测得的聚焦曲面数据获得电机的位置信息，从而达到快速聚焦的目的。

如图1所示，基于固定场景的快速自动聚焦的方法主要包括三个步骤，具体包括如下步骤：(1)获得摄像机的聚焦曲面；(2)选取云台位置，记录此时的云台位置信息，根据所述云台位置信息确定物距信息，基于所述云台位置信息和所述物距信息生成云台-物距表；(3)获得所述云台的位置信息，通过所述云台-物距表查询当前所述摄像机所对准的位置的物距信息，根据当前物距信息通过所述聚焦曲面得出聚焦信息，所述摄像机的聚焦电机根据该聚焦信息快速完成自动聚焦。

对步骤(1)进一步详述，由于控制变倍摄像机的电机有两个一个用来控制变倍(Zoom)，一个用来控制聚焦(Focus)，而摄像机在不同物距下的同一Zoom下Focus都是不一样的，故可以通过测量摄像机在各个距离下的聚焦曲线(Zoom-Focus曲线)，然后利用插值法或者公式拟合法等生成三维的聚焦曲面。如表1-2所示为聚焦曲线数据表。

表1

表2

对步骤(2)进一步详述，确定物距信息中，可以通过米尺、激光、雷达、图片处理的方式测量，也可以通过主动测距中代替红外线等测距仪进行测距，人为按预定规律的选取云台移动位置，如在三维空间球面上等间距的选取若干位置，驱动云台转至这些位置处，记录下云台此时的位置信息如电机驱动位置信息，正北方位信息等，之后确定目标和摄像机的距离。并通过如下方法进行测距：第一人为手动去测量目标和摄像机的距离，这种方法主要针对场景不太大的地方如室内，第二种方法原理是在不同的物距下，同一倍率下的同一大小的物体实际所占图像像素是不同的，是通过放置合适的测距图案，通过像素个数等可以确定物距，这种通过图像处理的方法主要针对室外等不适合手动测量的地方。

由于一个三维的立体空间中的一个位置对应云台的一个位置信息，如电机驱动位置信息，正北方位信息等，在所有的测量位置均测量完成后，利用插值拟合将云台的位置信息和该位置的物距信息做成一个插值表，这个表确定了空间中所有位置处的物距信息称为云台-物距表，如表3所示。

表3

通过云台、目标的位置关系来确定物距，其确定过程，可以根据现场人员在PTZ摄像机上附带激光等逐一测量所有角度下的目标物距，如图2、图3、图4及图5所示。其中图2为直角墙角简单场景每隔5度进行测距采点图，图3为直角墙角复杂场景每隔2度进行测距采点图，图4为平面墙简单场景每隔5度进行测距采点图，图5为平面墙复杂场景每隔2度进行测距采点图。上述每张图的每个交点处都需要测量一个目标物距，进行记录，其测量方法可以采用激光测距，或者手动测距的方法确定。其测量时序如下：第一：根据场景复杂程度和物距区间分布来确定物距采点个数以及密度；第二：将激光等测距模块固定于PTZ摄像机上并使其与画面中心重合或者在小误差范围内。或者采用手动方式进行测量；第三：根据预定的采点间隔转动到PTZ摄像机的预定位置测量其目标物距，并一一保存下来，待用；第四：整理数据表，按一定格式输出，获得其云台-物距表。

对步骤(3)进一步详述，使用云台-物距表进行聚焦。在第二次以及之后的使用中，在拥有聚焦曲面的前提下，当对某一位置进行聚焦时，首先获得云台的位置信息，经查询云台-物距表后获得当前摄像机所对准的位置的物距信息，之后再通过聚焦曲面计算或者查询得出不同倍率下的聚焦电机的位置信息，驱动聚焦电机至此即可完成聚焦。而在使用的时候，也只需要查询云台-物距表即可，之后在利用已经拥有的聚焦曲面表驱动电机至聚焦位置。

综上所述，本发明提供的这种基于固定场景的快速自动聚焦的方法，不需要复杂的计算，进一步提高了聚焦速度，不需要额外增加测距传感器，节省了生产成本，使用插值法拟合对焦曲线形成对焦曲面，方便快速聚焦。并且使用记录云台位置和物距之间的关系并形成表格用于聚焦查询使用，通过插值拟合对焦曲线而得出对焦曲面用于聚焦查询使用，该方法可应用于监控摄像机装置中。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于固定场景的快速自动聚焦的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)获得摄像机的聚焦曲面；

(2)选取云台位置，记录此时的云台位置信息，根据所述云台位置信息确定物距信息，基于所述云台位置信息和所述物距信息生成云台-物距表；

(3)获得所述云台的位置信息，通过所述云台-物距表查询当前所述摄像机所对准的位置的物距信息，根据当前物距信息通过所述聚焦曲面得出聚焦信息，所述摄像机的聚焦电机根据该聚焦信息快速完成自动聚焦。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，通过测量摄像机在各个物距下的变倍-聚焦曲线，随后利用插值法或公式拟合法生成三维的所述聚焦曲面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述选取云台位置为按预定规律选取云台移动位置。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：其按预定规律的选取云台移动位置具体为在三维空间球面上等间距地选取若干位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述云台位置信息包括电机驱动位置信息或正北方位信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，测量目标和摄像机的距离，可以通过米尺、激光、雷达方式或者图像处理的方法测量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，基于不同的物距下同一倍率的同一大小的物体像素不同的图像处理方法确定物距信息。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，利用插值拟合法将所述云台位置信息和所述物距信息做成一个插值表，所述插值表为所述云台-物距表。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述聚焦信息为通过聚焦曲面计算或者查询得出不同倍率下的聚焦电机的位置信息。

10.一种监控摄像机装置，其特征在于：用于执行上述权利要求1-9任一项所述的基于固定场景的快速自动聚焦的方法。

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