CN112313940A - 一种变焦跟踪方法和系统、镜头、成像装置和无人机 - Google Patents

Abstract

一种变焦跟踪方法和系统、镜头、成像装置和无人机，变焦跟踪方法包括：执行一变焦过程，在变焦过程中实时测量成像对象的物距(S101)；变焦镜头在变焦过程中经过多个变焦位置，在每一个变焦位置执行如下操作：根据变焦位置对应的焦距、实时测量的物距、以及成像公式得到变焦位置处的像距；对焦镜头移动至像距对应的对焦位置(S102)。

Description

一种变焦跟踪方法和系统、镜头、成像装置和无人机

技术领域

本公开涉及摄像技术领域，尤其涉及一种变焦跟踪方法和系统、镜头、成像装置和无人机。

背景技术

当使用可变焦的成像装置拍摄时，可根据拍摄对象的不同调节成像装置的焦距。在变焦过程中，如果不改变对焦位置，则无法保持对拍摄对象的清晰成像。为了在变焦过程中保持合焦状态，出现了变焦跟踪技术。利用变焦跟踪技术，可在变焦过程中根据焦距的变化改变对焦位置，达到保持对拍摄对象清晰成像的目的。等比例映射法就是一种现有的变焦跟踪技术。

公开内容

本公开提供了一种变焦跟踪方法，包括：

执行一变焦过程，在所述变焦过程中实时测量成像对象的物距；

变焦镜头在所述变焦过程中经过多个变焦位置，在每一个所述变焦位置执行如下操作：

根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距；

对焦镜头移动至所述像距对应的对焦位置。

本公开还提供了一种变焦跟踪系统，包括：

变焦镜头，在变焦过程中经过多个变焦位置；

测距单元，用于在所述变焦过程中实时测量成像对象的物距；

处理单元，用于在每一个所述变焦位置执行如下操作：根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距；

对焦镜头，用于移动至所述像距对应的对焦位置。

本公开还提供了一种镜头，包括：上述变焦跟踪系统。

本公开还提供了一种成像装置，包括成像装置机身、以及上述镜头，所述镜头固定或可拆卸地安装于所述成像装置机身。

本公开还提供了一种无人机，包括：无人机机身、动力装置、以及上述成像装置。

本公开根据焦距、物距和成像公式即可得到变焦位置处的像距以及对焦位置，消除了等比例映射法存在的误差放大问题；并且对高倍率的可变焦镜头同样有效；当物距发生变化时仍然可以得到精确的对焦位置，适用于物距变化的场景。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1显示了变焦跟踪曲线。

图2为等比例映射法的误差放大示意图。

图3显示了高倍率的可变焦镜头在不同焦距下的物距范围。

图4为本公开实施例的变焦跟踪方法流程图。

图5显示了变焦过程中变焦镜头的位置变化。

图6显示了变焦过程中对焦镜头的位置变化。

图7为本公开实施例的变焦跟踪方法中，对焦镜头移动至像距对应的对焦位置的流程图。

图8为本公开实施例的变焦跟踪系统的结构示意图。

图9为本公开实施例的成像装置的结构示意图。

图10为本公开实施例的无人机的结构示意图。

具体实施方式

等比例映射法是一种依据变焦跟踪曲线，根据等比例映射原则，将当前焦距的对焦位置映射到目标焦距的对焦位置的方法。其中，变焦跟踪曲线是表示不同物距下，变焦镜头的变焦位置与对焦镜头的对角位置之间的关系的曲线。

图1为变焦跟踪曲线的一个示例。变焦跟踪曲线包括无穷远端对应的曲线400、最近端对应的曲线402、以及无穷远端和最近端之间的各个物距所对应的曲线。

在变焦跟踪过程中，假设拍摄对象的物距位于无穷远端与最近端之间，在当前变焦位置下，对应的当前聚焦位置为P1。此时，当前聚焦位置P1与最近端曲线402的距离为b，当前变焦位置下，无穷远端曲线400与最近端曲线402的距离为a+b，由此得到当前聚焦位置P1的比例b/(a+b)。

在变焦后的目标变焦位置，无穷远端曲线400与最近端曲线402的距离为a’+b’。在等比例映射法中，将与最近端曲线402的距离为b’、且b’与距离a’+b’的比例等于b/(a+b)的位置P2作为目标对焦位置。

对于变焦镜头，像距的数值范围随焦距的扩大而扩大。例如，对于2x的可变焦镜头，如果在广角端(wide端)，对焦电机的行程为n，那么在远摄端(tele端)，对焦电机的行程即为2×n。如图2所示，对焦电机在wide端的行程共有5步，tele端共有10步，如果wide端的合焦位置(即理想对焦位置)在第4.5步，则对焦电机的实际对焦位置是在第4步或第5步，即实际对焦位置与理想对焦位置的误差为0.5步。当变焦到tele端后，根据等比例映射法，对焦电机的实际对焦位置为第8步或第10步，与tele端的理想对焦位置第9步之间的误差为1步，所以对焦位置的误差放大了一倍(由0.5步到1步)。如果是6x的可变焦镜头，如图2所示，基于类似的原因，误差将会放大六倍。对于十倍、几十倍的高倍率可变焦镜头，误差同样会放大相应的倍数。因此，等比例映射法具有使误差放大的缺陷。

对于高倍率的可变焦镜头，不同焦距下的物距范围相差很大。图3示出了一个wide端最近对焦距离为0.5m、超焦距为4m，tele端最近对焦距离为10m、超焦距为1000m的镜头。如果图3的镜头在wide端对8m物距的拍摄对象成像，8m物距对应图1中的无穷远端曲线400。根据等比例投影法，当变焦到tele端后，目标对焦位置仍然是无穷远端曲线400上的一个点。但对于tele端来说，8m的物距小于tele端的最近对焦距离，对应最近端曲线402，tele端的目标对焦位置实际应位于最近端曲线402上。因此，对于高倍率的可变焦镜头，等比例映射法不能得到正确的目标对焦位置，是完全失效的。

另外，如果变焦过程中拍摄对象与镜头发生相对移动，物距发生变化，等比例映射法难以保证在变焦过程中保持合焦状态，即等比例投影法不适用物距变化的场景。同时，等比例投影法还要求变焦开始前，镜头处于合焦状态，即依赖于变焦前的对焦状态。

综上所述，等比例投影法存在放大误差、对高倍率的可变焦镜头失效、不适用物距变化的场景、以及依赖变焦前的对焦状态的缺陷。

本公开提供了一种变焦跟踪方法和变焦跟踪系统，以及包括该变焦跟踪系统的镜头、成像装置和无人机。本公开的变焦跟踪方法和变焦跟踪系统精度高、适应性强，不存在放大误差的问题，适用于高倍率的可变焦镜头和物距变化的场景，且不依赖变焦前的对焦状态。

下面将结合实施例和实施例中的附图，对本公开技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

本公开一实施例的变焦跟踪方法，参见图4，包括：

步骤S101：执行一变焦过程，在所述变焦过程中实时测量成像对象的物距。

步骤S102：变焦镜头在所述变焦过程中经过多个变焦位置，在每一个所述变焦位置执行如下操作：

根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距。

对焦镜头移动至所述像距对应的对焦位置。

本实施例的变焦跟踪方法针对的是可变焦镜头。可变焦镜头包括：变焦镜头和对焦镜头、以及分别用于驱动变焦镜头和对焦镜头的变焦镜头驱动单元和对焦镜头驱动单元。在变焦镜头驱动单元和对焦镜头驱动单元的驱动下，变焦镜头和对焦镜头可沿镜头的轴向移动。

下面介绍本实施例的变焦过程。当执行一变焦过程时，首先获取变焦镜头的目标变焦位置。目标焦距通常由用户输入，接收到目标焦距后即可得到对应的目标变焦位置。然后将变焦镜头的当前变焦位置作为起始变焦位置，变焦镜头驱动单元驱动变焦镜头沿镜头的轴向、从起始变焦位置向目标变焦位置移动。

在移动的过程中，变焦镜头通常经过至少一个中间变焦位置，这些中间变焦位置位于起始变焦位置与目标变焦位置之间。例如图5，变焦镜头首先由起始变焦位置移动至第一变焦位置，再由第一变焦位置移动至第二变焦位置，依次类推，最终移动至目标变焦位置。本实施例对中间变焦位置的数量不做限定，该数量一般根据变焦范围，即起始变焦位置与目标变焦位置之间的距离来确定。

对于相邻的两个变焦位置，获取后一个变焦位置与前一个变焦位置之间的变焦变化量，变焦镜头移动所述变焦变化量，到达后一个变焦位置。例如图5，变焦镜头由第一变焦位置移动至第二变焦位置时，首先获取第二变焦位置与第一变焦位置之间的变焦变化量，变焦镜头移动变焦变化量即可到达第二变焦位置。对于其他变焦位置也是如此，通过上述方式到达各个变焦位置。

需要说明的是，在变焦过程中，拍摄对象的物距可能是固定的，也可能发生变化，例如，拍摄对象和拍摄装置的至少一个发生了移动。在这种情况下，各个变焦位置的物距不相等。

当变焦镜头移动至起始变焦位置之后的每个变焦位置后，确定出与该变焦位置对应的对焦位置，对焦镜头驱动单元驱动对焦镜头移动至该对焦位置，使对焦镜头在该变焦位置处于合焦状态，然后变焦镜头再向下一个变焦位置移动。重复上述过程，直到变焦镜头移动至目标变焦位置，此时对焦镜头在目标变焦位置也处于合焦状态，完成整个变焦过程。例如图6，对焦镜头首先移动至第一对焦位置，再由第一对焦位置移动至第二对焦位置，依次类推，最终移动至目标对焦位置。

变焦镜头的移动过程中，首先获取当前的对焦位置，再获取下一个对焦位置与当前对焦位置之间的对焦变化量，对焦镜头移动对焦变化量即可到达下一个对焦位置。

也就是说，本实施例的变焦过程是一个动态过程，变焦镜头移动一步，对焦镜头跟着移动一步；然后变焦镜头再移动一步，对焦镜头跟着也移动一步，如此循环，直至到达目标对焦位置，实现合焦。

本实施例的变焦跟踪方法，在镜头或安装该镜头的成像装置上，设置有测距单元，这个测距单元在上述变焦过程中实时测量拍摄对象的物距，变焦镜头在任一个变焦位置都能得到对应的物距。本实施例可通过以下任一种或几种方式测量物距：单目测距、双目测距、激光测距、TOF测距、结构光测距。以上只是举例说明，本实施例不对物距测量方式进行限定，其还可以是其他任何类型的方式。

下面介绍如何在起始变焦位置之后的每个变焦位置得到对应的对焦位置，以使对焦镜头在该变焦位置处于合焦状态。

如步骤S102所述，在每个变焦位置，根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距；将对焦镜头移动至所述像距对应的对焦位置。

本实施例中，所述成像公式为高斯成像公式。高斯成像公式为：

1/u+1/v＝1/f

其中，u是物距，v是像距，f是焦距。

具体来说，在每个变焦位置，将所述变焦位置对应的焦距f、实时测量的物距u代入上述高斯成像公式，即可得到在所述变焦位置处的像距。

例如，当变焦镜头移动第一变焦位置后，假设第一变焦位置对应的焦距为f1，此时测量出的拍摄对象物距为u1，将f1和u1代入高斯成像公式，即可得到在第一变焦位置处的像距v1。对其他中间变焦位置也是如此。当变焦镜头移动目标变焦位置后，得到在目标变焦位置处的像距。

其中，变焦位置与焦距f具有固定的对应关系，这一对应关系事先确定并存储在镜头中。变焦位置可从镜头内设置的传感器、或变焦镜头驱动单元获取。当获取到变焦位置后，即可通过所述对应关系得到焦距f。

得到变焦位置处的像距后，将像距转换为对焦位置，并将对焦镜头移动至所述对焦位置。

例如，当得到第一变焦位置处的像距u1后，将像距u1转换为第一对焦位置，并将对焦镜头移动第一对焦位置，使对焦镜头处于合焦状态。对其他中间变焦位置也是如此，使对焦镜头在每个中间变焦位置均处于合焦状态。当得到目标变焦位置处的像距后，将对焦镜头移动目标对焦位置，使对焦镜头在目标变焦位置处于合焦状态。

与变焦位置与焦距f类似，对焦位置与像距v也具有固定的对应关系，这一对应关系事先确定并存储在镜头中。首先根据所述对应关系得到像距v对应的对焦位置，然后对焦镜头驱动单元驱动对焦镜头移动至所述对焦位置。

本实施例中，可通过多种方式得到变焦位置处的像距。

作为一个方式，可将变焦位置对应的焦距、实时测量的物距直接代入高斯成像公式，解算出变焦位置处的像距。

作为另一个方式，可事先根据高斯成像公式制作对应关系表，该对应关系表反映物距、焦距和像距的数值对应关系，并将对应关系表存储在镜头中。当需要计算像距时，从镜头中读取所述对应关系表，通过查表的方式，在对应关系表中查找出与变焦位置对应的焦距、实时测量的物距对应的变焦位置处的像距。

由此可见，本实施例的变焦跟踪方法，在每个变焦位置，只根据焦距、物距即可得到变焦位置处的像距以及对焦位置，而不是像等比例映射法那样将当前焦距的对焦位置映射到目标焦距的对焦位置，因此，从根本上消除了等比例映射法存在的由wide端向tele端变焦时的误差放大问题，变焦跟踪精度大幅提升。对于高倍率的可变焦镜头，不论是在wide端还是tele端，均可得到精确的像距以及对焦位置，因此对高倍率的可变焦镜头同样有效。在整个变焦过程中，拍摄对象的物距有可能发生变化，由于本实施例的变焦跟踪方法实时测量物距，并且变焦位置处的像距是根据物距的实时测量值得到的，所以即使物距发生变化，仍然可以得到精确的对焦位置，因此适用物距变化的场景。并且在获取变焦位置处的像距和对焦位置时，不依赖该变焦位置之前的变焦位置的对焦状态，也就是说，不需要在之前的变焦位置合焦，就可以得到下一个变焦位置的对焦位置而合焦。如图6所述，在获取第一对焦位置时，在起始变焦位置，无需对焦镜头合焦。因此，本实施例的变焦跟踪方法具有误差小、变焦跟踪精度高、适用高倍率的可变焦镜头和物距变化的场景、以及不依赖变焦前的对焦状态的优点。

对于可变焦镜头来说，理想情况下，其对焦位置与像距v的对应关系应该是保持不变的。但是由于镜头一致性、温度等因素的影响，实际上，对焦位置与像距v的对应关系很难保持不变。例如，镜头制造环节引入的误差使得不同批次镜头的对焦位置与像距v的对应关系有所差异。当拍摄环境的温度发生剧烈变化时，同一镜头的对焦位置与像距v的对应关系也会发生变化。

针对上述情况，本实施例的变焦跟踪方法，得到变焦位置处的像距后，对焦镜头移动至像距对应的对焦位置包括以下步骤：

步骤S201：根据标定系数对所述像距对应的对焦位置进行修正；

步骤S202：所述对焦镜头移动至修正后的对焦位置。

所述标定系数可通过事先对镜头进行标定来确定，并存储在镜头中。对镜头的标定可以以如下方式进行。首先实际测量多组对焦位置及其对应的像距，可对实际测量的多组对焦位置及其对应的像距进行拟合，得到对焦位置与像距v的实际对应关系。然后根据实际对应关系与理论对应关系的差异，得到所述标定系数。

利用标定系数对像距对应的对焦位置修正后，所述对焦位置会更加精确，从而进一步提高了变焦跟踪的精度，成像效果更加清晰。

本公开另一实施例提供了一种变焦跟踪系统，如图8所示，包括：变焦镜头、对焦镜头、变焦镜头驱动单元、对焦镜头驱动单元、变焦位置传感器、对焦位置传感器、测距单元、处理单元和存储器。

变焦镜头在变焦过程中经过多个变焦位置。

测距单元用于在所述变焦过程中实时测量成像对象的物距。

处理单元用于在每一个所述变焦位置执行如下操作：根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距。

对焦镜头移动至像距对应的对焦位置。

当变焦跟踪系统执行一变焦过程时，首先获取变焦镜头的目标变焦位置。目标焦距通常由用户输入，接收到目标焦距后即可得到对应的目标变焦位置。然后将变焦镜头的当前变焦位置作为起始变焦位置，变焦镜头驱动单元驱动变焦镜头沿镜头的轴向、从起始变焦位置向目标变焦位置移动。

在移动的过程中，变焦镜头通常经过至少一个中间变焦位置，这些中间变焦位置位于起始变焦位置与目标变焦位置之间。本实施例对中间变焦位置的数量不做限定，该数量一般根据变焦范围，即起始变焦位置与目标变焦位置之间的距离来确定。

对于相邻的两个变焦位置，变焦位置传感器检测出后一个变焦位置与前一个变焦位置，处理单元计算后一个变焦位置与前一个变焦位置之间的变焦变化量，变焦镜头驱动单元驱动变焦镜头移动所述变焦变化量，到达后一个变焦位置。通过上述方式到达各个变焦位置。

需要说明的是，在变焦过程中，拍摄对象的物距可能是固定的，也可能发生变化，例如，拍摄对象和拍摄装置的至少一个发生了移动。在这种情况下，各个变焦位置的物距不相等。

当变焦镜头移动至起始变焦位置之后的每个变焦位置后，确定出与该变焦位置对应的对焦位置，对焦镜头驱动单元驱动对焦镜头移动至该对焦位置，使对焦镜头在该变焦位置处于合焦状态，然后变焦镜头再向下一个变焦位置移动。重复上述过程，直到变焦镜头移动至目标变焦位置，此时对焦镜头在目标变焦位置也处于合焦状态，完成整个变焦过程。

变焦镜头的移动过程中，对焦位置传感器获取当前对焦位置与下一个对焦位置，处理单元计算下一个对焦位置与当前对焦位置之间的对焦变化量，对焦镜头驱动单元驱动对焦镜头移动对焦变化量即可到达下一个对焦位置。

也就是说，本实施例的变焦过程是一个动态过程，变焦镜头移动一步，对焦镜头跟着移动一步；然后变焦镜头再移动一步，对焦镜头跟着也移动一步，如此循环，直至到达目标对焦位置，实现合焦。

本实施例的变焦跟踪系统，测距单元在上述变焦过程中实时测量拍摄对象的物距，变焦镜头在任一个变焦位置都能得到对应的物距。本实施例的测距单元可以是以下的一种或几种：单目测距相机、双目视觉相机、激光雷达、TOF测距仪、结构光测距仪。以上只是举例说明，本实施例不对测距单元的具体类型进行限定，其还可以是其他任何类型的测距单元。

下面介绍如何在起始变焦位置之后的每个变焦位置得到对应的对焦位置，以使对焦镜头在该变焦位置处于合焦状态。

处理单元在每一个所述变焦位置执行如下操作：根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距。对焦镜头移动至像距对应的对焦位置。

本实施例中，所述成像公式为高斯成像公式。高斯成像公式为：

1/u+1/v＝1/f

其中，u是物距，v是像距，f是焦距。

具体来说，在每个变焦位置，处理单元将所述变焦位置对应的焦距f、实时测量的物距u代入上述高斯成像公式，即可得到在所述变焦位置处的像距。

例如，当变焦镜头移动第一变焦位置后，假设第一变焦位置对应的焦距为f1，此时测距单元测量出的拍摄对象物距为u1，处理单元将f1和u1代入高斯成像公式，即可得到在第一变焦位置处的像距v1。对其他中间变焦位置也是如此。当变焦镜头移动目标变焦位置后，得到在目标变焦位置处的像距。

其中，变焦位置与焦距f具有固定的对应关系，这一对应关系事先确定并存储在存储器中。变焦位置传感器检测到变焦位置后，处理单元从存储器中读取该对应关系，即可通过所述对应关系得到焦距f。

处理单元得到变焦位置处的像距后，将像距转换为对焦位置，对焦镜头驱动单元将对焦镜头移动至所述对焦位置。当处理单元得到目标对焦位置处的像距后，对焦镜头驱动单元将对焦镜头移动目标对焦位置，使对焦镜头在目标变焦位置处于合焦状态。

与变焦位置与焦距f类似，对焦位置与像距v也具有固定的对应关系，这一对应关系事先确定并存储在存储器中。处理单元从存储器中读取所述对应关系，根据所述对应关系得到像距v对应的对焦位置，然后对焦镜头驱动单元驱动对焦镜头移动所述对焦位置。

本实施例中，可通过多种方式得到变焦位置处的像距。

作为一个方式，处理单元可将变焦位置对应的焦距、实时测量的物距直接代入高斯成像公式，解算出变焦位置处的像距。

作为另一个方式，可事先根据高斯成像公式制作对应关系表，该对应关系表反映物距、焦距和像距的数值对应关系，并将对应关系表存储在存储器中。当需要计算像距时，处理单元从存储器中读取所述对应关系表，通过查表的方式，在对应关系表中查找出与变焦位置对应的焦距、实时测量的物距对应的变焦位置处的像距。

由此可见，本实施例的变焦跟踪系统，在每个变焦位置，只根据焦距、物距即可得到变焦位置处的像距以及对焦位置，而不是像等比例映射法那样将当前焦距的对焦位置映射到目标焦距的对焦位置，因此，从根本上消除了等比例映射法存在的由wide端向tele端变焦时的误差放大问题，变焦跟踪精度大幅提升。对于高倍率的可变焦镜头，不论是在wide端还是tele端，均可得到精确的像距以及对焦位置，因此对高倍率的可变焦镜头同样有效。在整个变焦过程中，拍摄对象的物距有可能发生变化，由于本实施例的变焦跟踪系统实时测量物距，并且变焦位置处的像距是根据物距的实时测量值得到的，所以即使物距发生变化，仍然可以得到精确的对焦位置，因此适用物距变化的场景。并且在获取变焦位置处的像距和对焦位置时，不依赖该变焦位置之前的变焦位置的对焦状态，也就是说，不需要在之前的变焦位置合焦，就可以得到下一个变焦位置的对焦位置而合焦。因此，本实施例的变焦跟踪方法具有误差小、变焦跟踪精度高、适用高倍率的可变焦镜头和物距变化的场景、以及不依赖变焦前的对焦状态的优点。

本实施例的变焦跟踪系统，处理单元根据标定系数对所述像距对应的对焦位置进行修正，对焦镜头驱动单元驱动所述对焦镜头移动至修正后的对焦位置。

所述标定系数可通过事先对镜头进行标定来确定，并存储在存储器中。对镜头的标定可以以如下方式进行。首先实际测量多组对焦位置及其对应的像距，可对实际测量的多组对焦位置及其对应的像距进行拟合，得到对焦位置与像距v的实际对应关系。然后根据实际对应关系与理论对应关系的差异，得到所述标定系数。

利用标定系数对像距对应的对焦位置修正后，所述对焦位置会更加精确，从而进一步提高了变焦跟踪的精度，成像效果更加清晰。

需要说明的是，所述存储器为非易失性存储器。所述存储器可包括：EPROM、EEPROM、FLASH等存储器中的至少一个。

变焦镜头并非单指一个镜头，而是指一组镜头，这一组镜头包括至少一个镜头。至少一个镜头中的至少部分镜头为可移动镜头。在变焦镜头驱动单元的驱动下，至少部分镜头可沿镜头的轴向移动，从而改变镜头的焦距。

对焦镜头也并非单指一个镜头，而是指一组镜头，这一组镜头包括至少一个镜头。至少一个镜头中的至少部分镜头为可移动镜头。在对焦镜头驱动单元的驱动下，至少部分镜头可沿镜头的轴向移动，从而改变镜头的对焦位置。

变焦镜头驱动单元可包括传动部件和致动器。致动器可包括步进马达。传动部件可包括凸轮环等部件。步进马达通过凸轮环等部件驱动变焦镜头沿镜头的轴向移动。

对焦镜头驱动单元可包括传动部件和致动器。致动器可包括步进马达。传动部件可包括凸轮环等部件。步进马达通过凸轮环等部件驱动对焦镜头沿镜头的轴向移动。

所述处理单元可包括具有数据处理能力的任何类型的数据处理装置，例如但不限于CPU、DSP、FPGA、CPLD等。

本公开又一实施例提供了一种镜头，包括镜筒、以及上一实施例的变焦跟踪系统。

本公开再一实施例提供了一种成像装置，如图9所示，包括：成像装置机身、以及上一实施例的镜头，所述镜头固定或可拆卸地安装于所述成像装置机身。

本公开再一实施例提供了一种无人机，包括：无人机机身、动力装置、云台、以及上述实施例的成像装置。所述云台安装于所述无人机机身，所述成像装置安装于所述云台。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，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。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，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；在不冲突的情况下，本公开实施例中的特征可以任意组合；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。

Claims (24)

1.一种变焦跟踪方法，其特征在于，包括：

执行一变焦过程，在所述变焦过程中实时测量成像对象的物距；

变焦镜头在所述变焦过程中经过多个变焦位置，在每一个所述变焦位置执行如下操作：

根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距；

对焦镜头移动至所述像距对应的对焦位置。

2.如权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述成像公式为高斯成像公式。

3.如权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，通过以下至少其中之一的方法实时测量成像对象的所述物距：单目测距、双目测距、激光测距、TOF测距、结构光测距。

4.如权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，在所述变焦过程中所述物距发生变化，使所述多个变焦位置中的至少部分变焦位置处的物距不相等。

5.如权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述变焦镜头在所述变焦过程中经过多个变焦位置，包括：

对于相邻的两个变焦位置，获取后一个变焦位置与前一个变焦位置之间的变焦变化量；

所述变焦镜头移动所述变焦变化量，到达后一个变焦位置。

6.如权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述对焦镜头移动至所述像距对应的对焦位置，包括：

获取当前对焦位置；

获取所述像距对应的对焦位置与所述当前对焦位置之间的对焦变化量；

所述对焦镜头移动所述对焦变化量，到达所述像距对应的对焦位置。

7.如权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述多个变焦位置依次包括：起始变焦位置、至少一个中间变焦位置、以及目标变焦位置。

8.如权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述对焦镜头移动至所述像距对应的对焦位置，包括：

根据标定系数对所述像距对应的对焦位置进行修正；

所述对焦镜头移动至修正后的对焦位置。

9.如权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距，包括：

将所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距代入所述成像公式，计算出所述变焦位置处的像距。

10.如权利要求1所述的变焦跟踪方法，其特征在于，所述根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距，包括：

读取物距、焦距与像距的对应关系表，所述对应关系表根据所述成像公式确定；

查找所述对应关系表，确定与所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距对应的所述变焦位置处的像距。

11.一种变焦跟踪系统，其特征在于，包括：

变焦镜头，在变焦过程中经过多个变焦位置；

测距单元，用于在所述变焦过程中实时测量成像对象的物距；

处理单元，用于在每一个所述变焦位置执行如下操作：根据所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距、以及成像公式得到所述变焦位置处的像距；

对焦镜头，用于移动至所述像距对应的对焦位置。

12.如权利要求11所述的变焦跟踪系统，其特征在于，所述成像公式为高斯成像公式。

13.如权利要求11所述的变焦跟踪系统，其特征在于，所述测距单元包括以下至少一种：单目测距相机、双目视觉相机、激光雷达、TOF测距仪、结构光测距仪。

14.如权利要求11所述的变焦跟踪系统，其特征在于，在所述变焦过程中所述物距发生变化，使所述多个变焦位置中的至少部分变焦位置处的物距不相等。

15.如权利要求11所述的变焦跟踪系统，其特征在于，还包括：

变焦位置传感器，用于获取相邻两个变焦位置的后一个变焦位置与前一个变焦位置；

所述处理单元获取后一个变焦位置与前一个变焦位置之间的变焦变化量；

所述变焦镜头驱动单元，用于驱动所述变焦镜头移动所述变焦变化量，到达后一个变焦位置。

16.如权利要求11所述的变焦跟踪系统，其特征在于，还包括：

对焦位置传感器，用于获取当前对焦位置；

所述处理单元获取所述像距对应的对焦位置与所述当前对焦位置之间的对焦变化量；

对焦镜头驱动单元，驱动所述对焦镜头移动所述对焦变化量，到达所述像距对应的对焦位置。

17.如权利要求11所述的变焦跟踪系统，其特征在于，所述多个变焦位置依次包括：起始变焦位置、至少一个中间变焦位置、以及目标变焦位置。

18.如权利要求11所述的变焦跟踪系统，其特征在于，所述处理单元还根据标定系数对所述像距对应的对焦位置进行修正；

所述对焦镜头移动至修正后的对焦位置。

19.如权利要求11所述的变焦跟踪系统，其特征在于，所述处理单元将所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距代入所述成像公式，计算出所述变焦位置处的像距。

20.如权利要求11所述的变焦跟踪系统，其特征在于，所述处理单元读取物距、焦距与像距的对应关系表，所述对应关系表根据所述成像公式确定，查找所述对应关系表，确定与所述变焦位置对应的焦距、实时测量的所述物距对应的所述变焦位置处的像距。

21.一种镜头，其特征在于，包括：权利要求11至20任一项所述的变焦跟踪系统。

22.一种成像装置，其特征在于，包括成像装置机身、以及权利要求21所述的镜头，所述镜头固定或可拆卸地安装于所述成像装置机身。

23.一种无人机，其特征在于，包括：无人机机身、动力装置、以及权利要求22所述的成像装置。

24.如权利要求23所述的无人机，其特征在于，还包括：云台；所述云台安装于所述无人机机身，所述成像装置安装于所述云台。

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