CN113645406B - 一种扫描对焦方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扫描对焦方法及终端，预先基于每一预设步长进行图像拍摄，使用相同的划分方法对每一张图像进行窗口划分，并计算每一张图像每一个窗口的清晰度值；使用每一张图像的相同位置窗口的清晰度值计算窗口清晰度曲线，并计算每一个窗口清晰度曲线的峰值得到窗口对焦位置，因此通过对图像的扫描能够得到每一个窗口的对焦位置，若接收到预设窗口的对焦请求，即可直接基于预设窗口的对焦位置进行对焦，从而能够在不出现焦点震荡的同时实现快速对焦；并且基于预设窗口的位置进行动态对焦，能够根据不同位置自动查找对焦点，提高了对焦的正确性和灵活性。

Description

一种扫描对焦方法及终端

技术领域

本发明涉及成像技术领域，特别涉及一种扫描对焦方法及终端。

背景技术

目前，很多成像系统都是仿照人眼的视觉成像原理设计而来的。人眼对焦靠大脑自动控制上亿个细胞完成，对焦速度非常快，所以主观上几乎感觉不到对焦的过程。对于成像系统而言，为了得到清晰的图像对焦是必不可少的。对焦是通过调节成像系统中的参数，例如：像距、物距和焦距，调节镜头与成像面的距离关系，使成像过程满足物像关系，从而获得最清晰的图像。而实现这一过程的方式有两种：手动对焦(Manual Focus)和自动对焦(Auto Focus)。

早期对焦是依靠人工进行调节成像系统中的参数，但人工操作的速度有限，且时间耗费很大，此外还不一定能够调节到最清晰的图像，受限于操作人员的熟练程度和经验。为了克服以上问题，20世纪中随着机械自动化的发展，人们研究了自动对焦技术，后来提出了很多自动对焦算法和技术，已广泛应用于航空航天、工业自动化、安防监控、显微系统和手机等领域。

虽然自动对焦技术能够实现较快速的对焦，但是这些方法通过统计图像清晰度然后采用爬山搜索算法找到最清晰图像对应的焦距，整个过程系统将驱动马达进行搜索未知的最清晰位置。

故所有基于图像清晰度的对焦全部要经过清晰位置后来回震荡搜索才能找最佳焦点，此过程有两个缺点：

第一、对焦清晰焦面可能并不是期望目标焦面，在多个景深的场景下，不同位置需重新自动对焦查找清晰面，因此对焦过程耗时且灵活性较差。

第二、对焦过程会有焦点附近的震荡，也就是行业内说的“眨眼睛”，会给人的视觉不舒服的感觉；

第三、对焦过程受图像影响较大，会出现误对焦或者需要多次才能对焦清晰。比如一些小信号因受搜索步长限制，搜索步长太大会跳过清晰点，太小会降低对焦速度，因此通过自动对焦很难一次性清晰位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种扫描对焦方法及终端，能够在快速对焦的同时，提高对焦的正确性和灵活性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种扫描对焦方法，包括步骤：

获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像，使用相同的划分方法对每一张所述图像进行窗口划分，计算每一张所述图像的每一个窗口的清晰度值；

使用每一张所述图像的相同位置窗口的清晰度值计算得到对应的窗口清晰度曲线；

计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置；

获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种扫描对焦终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像，使用相同的划分方法对每一张所述图像进行窗口划分，计算每一张所述图像的每一个窗口的清晰度值；

使用每一张所述图像的相同位置窗口的清晰度值计算得到对应的窗口清晰度曲线；

计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置；

获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦。

本发明的有益效果在于：预先基于每一预设步长进行图像拍摄，使用相同的划分方法对每一张图像进行窗口划分，并计算每一张图像每一个窗口的清晰度值；使用每一张图像的相同位置窗口的清晰度值计算窗口清晰度曲线，并计算每一个窗口清晰度曲线的峰值得到窗口对焦位置，因此通过对图像的扫描能够得到每一个窗口的对焦位置，若接收到预设窗口的对焦请求，即可直接基于预设窗口的对焦位置进行对焦，从而能够在不出现焦点震荡的同时实现快速对焦；并且基于预设窗口的位置进行动态对焦，能够根据不同位置自动查找对焦点，提高了对焦的正确性和灵活性。

附图说明

图1为本发明实施例的一种扫描对焦方法的流程图；

图2为本发明实施例的一种扫描对焦终端的示意图；

图3为本发明实施例的一种扫描对焦方法的具体步骤流程图；

图4为本发明实施例的一种扫描对焦方法的统计图像窗口清晰度曲线的流程图；

图5为本发明实施例的一种扫描对焦方法的清晰度FV曲线效果图；

图6为本发明实施例的一种扫描对焦方法的扫描对焦界面效果图；

图7为本发明实施例的一种扫描对焦方法的清晰度曲线示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1、图3至图7，本发明实施例提供了一种扫描对焦方法，包括步骤：

获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像，使用相同的划分方法对每一张所述图像进行窗口划分，计算每一张所述图像的每一个窗口的清晰度值；

使用每一张所述图像的相同位置窗口的清晰度值计算得到对应的窗口清晰度曲线；

计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置；

获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：预先基于每一预设步长进行图像拍摄，使用相同的划分方法对每一张图像进行窗口划分，并计算每一张图像每一个窗口的清晰度值；使用每一张图像的相同位置窗口的清晰度值计算窗口清晰度曲线，并计算每一个窗口清晰度曲线的峰值得到窗口对焦位置，因此通过对图像的扫描能够得到每一个窗口的对焦位置，若接收到预设窗口的对焦请求，即可直接基于预设窗口的对焦位置进行对焦，从而能够在不出现焦点震荡的同时实现快速对焦；并且基于预设窗口的位置进行动态对焦，能够根据不同位置自动查找对焦点，提高了对焦的正确性和灵活性。

进一步地，所述获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像之前包括：

获取镜头的当前位置以及移动的最小位置和最大位置；

判断所述当前位置与所述最小位置的距离是否小于所述当前位置与所述最大位置的距离，若是，则将所述最小位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最小位置，否则，将所述最大位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最大位置。

由上述描述可知，通过判断当前位置与最小位置的距离是否小于当前位置与最大位置的距离，能够选择距离近的一端作为起始位置，以便缩短电机驱动镜头的运动距离，从而提高对焦效率。

进一步地，所述计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值之前包括：

对每一条所述窗口清晰度曲线进行平滑滤波处理，所述滤波处理包括使用高斯核与每一个窗口的清晰度数据进行卷积处理。

由上述描述可知，通过对窗口清晰度曲线进行平滑滤波处理，能够去除掉不合理的数值，保证后续能够准确获取窗口清晰度曲线的峰值，提高扫描对焦的正确性。

进一步地，所述获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦还包括：

若移动到结束位置后仍然未获取到对焦请求，则选择距离所述结束位置最近的窗口对焦位置进行对焦。

由上述描述可知，控制电机移动到结束位置停止后，如果仍然未获取到预设窗口的对焦请求，当前场景图像可能会不清晰，通过控制电机移动到距离结束位置最近的一个清晰的对焦位置，能够使得场景图像有清晰的画面，提升用户使用体验，并且提高扫描对焦的灵活性。

进一步地，所述计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置包括：

根据所述窗口清晰度曲线的实际清晰度峰值y_p及其移动位置x_p，所述实际清晰度峰值左相邻点的清晰度值y₁及其移动位置x₁，以及所述实际清晰度峰值右相邻点的清晰度值y₂及其移动位置x₂，计算所述窗口的对焦位置x：

由上述描述可知，由于窗口清晰度曲线在清晰度峰值附近符合高斯分布，因此可以采用高斯三点求极值的方法计算出每个窗口的对焦位置；相较于现有技术中使用最小步长进行扫描，能够提高扫描对焦的速度。

请参照图2，本发明另一实施例提供了一种扫描对焦终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像，使用相同的划分方法对每一张所述图像进行窗口划分，计算每一张所述图像的每一个窗口的清晰度值；

使用每一张所述图像的相同位置窗口的清晰度值计算得到对应的窗口清晰度曲线；

计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置；

获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦。

由上述描述可知，预先基于每一预设步长进行图像拍摄，使用相同的划分方法对每一张图像进行窗口划分，并计算每一张图像每一个窗口的清晰度值；使用每一张图像的相同位置窗口的清晰度值计算窗口清晰度曲线，并计算每一个窗口清晰度曲线的峰值得到窗口对焦位置，因此通过对图像的扫描能够得到每一个窗口的对焦位置，若接收到预设窗口的对焦请求，即可直接基于预设窗口的对焦位置进行对焦，从而能够在不出现焦点震荡的同时实现快速对焦；并且基于预设窗口的位置进行动态对焦，能够根据不同位置自动查找对焦点，提高了对焦的正确性和灵活性。

进一步地，所述获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像之前包括：

获取镜头的当前位置以及移动的最小位置和最大位置；

判断所述当前位置与所述最小位置的距离是否小于所述当前位置与所述最大位置的距离，若是，则将所述最小位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最小位置，否则，将所述最大位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最大位置。

由上述描述可知，通过判断当前位置与最小位置的距离是否小于当前位置与最大位置的距离，能够选择距离近的一端作为起始位置，以便缩短电机驱动镜头的运动距离，从而提高对焦效率。

进一步地，所述计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值之前包括：

对每一条所述窗口清晰度曲线进行平滑滤波处理，所述滤波处理包括使用高斯核与每一个窗口的清晰度数据进行卷积处理。

由上述描述可知，通过对窗口清晰度曲线进行平滑滤波处理，能够去除掉不合理的数值，保证后续能够准确获取窗口清晰度曲线的峰值，提高扫描对焦的正确性。

进一步地，所述获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦还包括：

若移动到结束位置后仍然未获取到对焦请求，则选择距离所述结束位置最近的窗口对焦位置进行对焦。

由上述描述可知，控制电机移动到结束位置停止后，如果仍然未获取到预设窗口的对焦请求，当前场景图像可能会不清晰，通过控制电机移动到距离结束位置最近的一个清晰的对焦位置，能够使得场景图像有清晰的画面，提升用户使用体验，并且提高扫描对焦的灵活性。

进一步地，所述计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置包括：

根据所述窗口清晰度曲线的实际清晰度峰值y_p及其移动位置x_p，所述实际清晰度峰值左相邻点的清晰度值y₁及其移动位置x₁，以及所述实际清晰度峰值右相邻点的清晰度值y₂及其移动位置x₂，计算所述窗口的对焦位置x：

由上述描述可知，由于窗口清晰度曲线在清晰度峰值附近符合高斯分布，因此可以采用高斯三点求极值的方法计算出每个窗口的对焦位置；相较于现有技术中使用最小步长进行扫描，能够提高扫描对焦的速度。

实施例一

请参照图1、图3至图6，一种扫描对焦方法，包括步骤：

S1、获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像，使用相同的划分方法对每一张所述图像进行窗口划分，计算每一张所述图像的每一个窗口的清晰度值。

其中，所述获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像之前包括：

获取镜头的当前位置以及移动的最小位置和最大位置；

判断所述当前位置与所述最小位置的距离是否小于所述当前位置与所述最大位置的距离，若是，则将所述最小位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最小位置，否则，将所述最大位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最大位置。

具体的，在本实施例中，请参照图3，扫描对焦前预先确定电机驱动镜头或者相机移动的最小位置和最大位置；在软件UI界面中，选择“扫描对焦”，启动自动扫描对焦，获取当前电机的位置，判断当前电机位置与最小位置和最大位置的距离，选择距离近的一端作为起始位置，以便缩短电机运动距离，节省时间；移动过程中，每移动一次固定步长，获取场景图像，对获取的图像进行窗口划分，计算每个窗口的清晰度值，记录当前的位置和每个窗口的清晰度值。

S2、使用每一张所述图像的相同位置窗口的清晰度值计算得到对应的窗口清晰度曲线。

具体的，请参照图4，根据每一张图像中相同窗口的位置和对应的清晰度值统计出清晰度曲线，如果我们将图像分成M*N个窗口，那么就会对应M*N条清晰度曲线，每条曲线横坐标为移动位置，纵坐标为清晰度值。

S3、计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置。

其中，所述计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值之前包括：

对每一条所述窗口清晰度曲线进行平滑滤波处理，所述滤波处理包括使用高斯核与每一个窗口的清晰度数据进行卷积处理。

具体的，在计算每个窗口清晰度FV曲线峰值前，为了消除部分异常清晰度波动对清晰度曲线进行平滑滤波处理。滤波可通过高斯核与清晰度数据进行卷积处理。

在二维XY坐标系中，从左边往右边看曲线，在峰值左边位置的清晰度一定小于峰值位置对应的清晰度，峰值右边位置的清晰度一定小于峰值位置对应的清晰度，原理主要是画面清晰位置对应的图像对比一定比画面模糊位置对应的图像亮暗对比更强，而图像亮暗对比是通过清晰度统计结果体现的，数值越大对比度越强，即图像越清晰。

S4、获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦。

具体的，在本实施例中，算法层将窗口信息和对焦位置回调给UI界面应用层，界面显示实时图像和窗口位置，选择其中一个窗口，电机会自动移动到该窗口内最清晰的位置，此时所看到该窗口的画面即为清晰画面。

其中，获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦还包括：

若移动到结束位置后仍然未获取到对焦请求，则选择距离所述结束位置最近的窗口对焦位置进行对焦。

具体的，控制电机移动到结束位置停止后，未选择对焦窗口，当前场景图像可能不清晰，最后再控制电机移动到距离结束位置最近的一个清晰的对焦位置，使场景图像有清晰的画面，提升使用体验。

在本实施例中，由于将图像分为M*N个窗口，那么电机移动结束后，将得到M*N个窗口图像分别对应最清晰的移动位置，假设移动范围是0到2000，那么从0以一定步长扫描到2000时，将得到0、1、2、……、M*N-1，共M*N个清晰位置，离2000最近的那个窗口位置即为最近的位置，将位置直接移动到该位置，那么本窗口内图像仍然清晰。

因此，扫描后的每一个窗口在对焦范围内都有清晰的位置，对应多层景深的场景总有清晰的图像，避免不同景深场景对焦时每个景深都需单独对焦，通过本实施例只需选择对应景深位置的窗口就可直接对焦，不用再扫描计算清晰度，节省自动对焦的时间；并且可以在用户界面自行选择对焦的窗口位置，提高了对焦的正确性和灵活性。

实施例二

请参照图7，本实施例与实施例一的不同之处在于，进一步限定了如何计算每一个窗口的对焦位置，具体的：

所述计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置包括：

根据所述窗口清晰度曲线的实际清晰度峰值y_p及其移动位置x_p，所述实际清晰度峰值左相邻点的清晰度值y₁及其移动位置x₁，以及所述实际清晰度峰值右相邻点的清晰度值y₂及其移动位置x₂，计算所述窗口的对焦位置x：

在本实施例中，采用高斯三点求极值的方法计算出每一个窗口的清晰度曲线的理论清晰度峰值，三点的选取为实际曲线的清晰度峰值y_p，清晰度峰值对应的移动位置x_p，以及清晰度峰值左边的相邻点清晰度值y₁和其对应的移动位置x₁，和清晰度峰值右边相邻清晰度值y₂和其对应的移动位置x₂。

实施例三

请参照图2，一种扫描对焦终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一或二的一种扫描对焦方法的各个步骤。

综上所述，本发明提供的一种扫描对焦方法及终端，预先获取拍摄装置的当前位置，将拍摄装置移动至拍摄起始位置后，基于每一预设步长进行图像拍摄，使用相同的划分方法对每一张图像进行窗口划分，并计算每一张图像每一个窗口的清晰度值；使用每一张图像的相同位置窗口的清晰度值计算窗口清晰度曲线，并计算每一个窗口清晰度曲线的峰值得到窗口对焦位置，其中，计算峰值之前对窗口清晰度曲线进行平滑滤波处理，能够去除掉不合理的数值，保证后续能够准确获取窗口清晰度曲线的峰值，提高扫描对焦的正确性；因此通过对图像的扫描能够得到每一个窗口的对焦位置，若接收到预设窗口的对焦请求，即可直接基于预设窗口的对焦位置进行对焦，从而能够在不出现焦点震荡的同时实现快速对焦；并且基于预设窗口的位置进行动态对焦，能够根据不同位置自动查找对焦点，如果未获取到预设窗口的对焦请求，通过控制电机移动到距离结束位置最近的一个清晰的对焦位置，能够使得场景图像有清晰的画面，提升用户使用体验，并且提高了对焦的正确性和灵活性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种扫描对焦方法，其特征在于，包括步骤：

获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像，使用相同的划分方法对每一张所述图像进行窗口划分，计算每一张所述图像的每一个窗口的清晰度值；

使用每一张所述图像的相同位置窗口的清晰度值计算得到对应的窗口清晰度曲线；

计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置：

根据所述窗口清晰度曲线的实际清晰度峰值y_p及其移动位置x_p，所述实际清晰度峰值左相邻点的清晰度值y₁及其移动位置x₁，以及所述实际清晰度峰值右相邻点的清晰度值y₂及其移动位置x₂，计算所述窗口的对焦位置x：

获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦。

2.根据权利要求1所述的一种扫描对焦方法，其特征在于，所述获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像之前包括：

获取镜头的当前位置以及移动的最小位置和最大位置；

判断所述当前位置与所述最小位置的距离是否小于所述当前位置与所述最大位置的距离，若是，则将所述最小位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最小位置，否则，将所述最大位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最大位置。

3.根据权利要求1所述的一种扫描对焦方法，其特征在于，所述计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值之前包括：

对每一条所述窗口清晰度曲线进行平滑滤波处理，所述滤波处理包括使用高斯核与每一个窗口的清晰度数据进行卷积处理。

4.根据权利要求1所述的一种扫描对焦方法，其特征在于，所述获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦还包括：

若移动到结束位置后仍然未获取到对焦请求，则选择距离所述结束位置最近的窗口对焦位置进行对焦。

5.一种扫描对焦终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像，使用相同的划分方法对每一张所述图像进行窗口划分，计算每一张所述图像的每一个窗口的清晰度值；

使用每一张所述图像的相同位置窗口的清晰度值计算得到对应的窗口清晰度曲线；

计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值，得到每一个所述窗口所对应的窗口对焦位置：

根据所述窗口清晰度曲线的实际清晰度峰值y_p及其移动位置x_p，所述实际清晰度峰值左相邻点的清晰度值y₁及其移动位置x₁，以及所述实际清晰度峰值右相邻点的清晰度值y₂及其移动位置x₂，计算所述窗口的对焦位置x：

获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦。

6.根据权利要求5所述的一种扫描对焦终端，其特征在于，所述获取镜头每移动一次预设步长所拍摄到的图像之前包括：

获取镜头的当前位置以及移动的最小位置和最大位置；

判断所述当前位置与所述最小位置的距离是否小于所述当前位置与所述最大位置的距离，若是，则将所述最小位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最小位置，否则，将所述最大位置作为拍摄起始位置并控制所述镜头回到所述最大位置。

7.根据权利要求5所述的一种扫描对焦终端，其特征在于，所述计算每一条所述窗口清晰度曲线的峰值之前包括：

对每一条所述窗口清晰度曲线进行平滑滤波处理，所述滤波处理包括使用高斯核与每一个窗口的清晰度数据进行卷积处理。

8.根据权利要求5所述的一种扫描对焦终端，其特征在于，所述获取预设窗口的对焦请求，得到所述预设窗口的对焦位置并进行对焦还包括：

若移动到结束位置后仍然未获取到对焦请求，则选择距离所述结束位置最近的窗口对焦位置进行对焦。

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