CN116546326A - 一种直播场景下变倍镜头变倍跟随方法 - Google Patents

一种直播场景下变倍镜头变倍跟随方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，可以确保当前场景在拉动过程中是清晰的，且拉动过程中变焦平滑，不出现卡顿现象。本发明包括如下步骤：步骤一、定义变倍镜头各项控制参数；步骤二、获取为慢速校正基础聚焦曲线；步骤三、获取为多条不同物距下的物距聚焦曲线；步骤四、获取多物距下的聚焦差值曲线；步骤五、拟合高阶多项式；步骤六、获得快速校正基础聚焦曲线；步骤七、基于爬山算法搜寻当前倍率下，当前场景图像准焦点对应focus电机点位值FP；步骤八、获取focus电机位置上限值和下限值；步骤九、获取当前聚焦物距下变倍跟踪曲线。

Description

一种直播场景下变倍镜头变倍跟随方法
技术领域
本发明涉及一种直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，用于摄像机领域。
背景技术
近年来，在线直播已经成为社会潮流的重要发展方向，直播带货、直播教育、直播交流等众多方式发展迅速，特别是直播带货领域，推动市场经济的快速运行，人们对直播的需求渐渐加大，直播内容也在不断创新，给人们带来很多不一样的体验。
在线直播环境主要以室内直播为主，直播间长度基本在3-8m左右，为了使直播效果呈现出更加真实和精彩，通常会用到变倍摄像机。
目前室内直播形式主要分为坐立式直播和站立式直播，坐立式直播摄像机到人物距离大约1m左右，站立试直播摄像机到人物距离大约在3-7m左右，变倍镜头主要应用在站立式直播环境中。试想一下，当主播站立在距离摄像机3-7m的位置时，需要展示所持物品或者穿戴衣物饰品细节的时候，可以走进靠近摄像机进行近景拍摄，也可以通过拉动镜头变倍到放大位置用以展示细节，对应大部分直播人员来说在直播场景前后来回走动很影响直播效果，容易造成变倍镜头自动聚焦模糊，反之通过辅助人员通过控制镜头自动变倍到所需位置，通过变倍跟随方式，保持变倍过程中持续清晰，有效提高了聚焦稳定性，且给观者很好的直观画面感受。
无论是直播带货、直播教育，使用到了高倍变焦摄像机，必然会涉及到变焦镜头倍率拉伸，倍率拉伸过程中，就要想办法确保当前场景在拉动过程中是清晰的，且拉动过程中变焦平滑，不出现卡顿现象，给人感官上柔和平稳变化体验。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理的直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，可以确保当前场景在拉动过程中是清晰的，且拉动过程中变焦平滑，不出现卡顿现象。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、定义变倍镜头各项控制参数，确定变倍镜头zoom电机和focus电机运动行程最大值和最小值，zoom电机的点位数，以及驱动电机控制方向；
步骤二、使用校正灯箱进行镜头曲线慢速校正，将变焦镜头对准校正灯箱光口，驱动zoom电机，从近焦端，按照步骤一中定义的点位数，逐个点位运动到远焦端，并在每个zoom电机点位位置，控制focus电机来回搜寻对应该zoom电机点位下镜头准焦点focus电机位置，并记录下来，存储为慢速校正基础聚焦曲线；
步骤三、将变焦镜头紧贴对准增距镜，调整增距镜以模拟不同的物距；在模拟的每个固定物距下，驱动zoom电机，从近焦端按照步骤一中定义的点位数，逐个点位运动到远焦端，并在每个zoom电机点位位置，控制focus电机来回搜寻对应该zoom电机点位下镜头准焦点focus电机位置，记录下来，存储为多条不同物距下的物距聚焦曲线；
步骤四、获取每个物距下的聚焦差值曲线，即利用步骤一中获取的慢速校正基础聚焦曲线分别减去步骤三中不同物距下的聚焦曲线值，得到多物距下的聚焦差值曲线；
步骤五、通过曲线拟合方式，将步骤四中获取的多物距下的聚焦差值曲线，拟合成高阶多项式；
步骤六、使用校正灯箱对镜头重新进行校正，该次校正方式为快速校正，采用指定间隔数均分步骤一中zoom电机点位数，搜寻当前zoom电机点位下镜头准焦点focus电机位置，与间隔的前一个zoom点位focus点位准焦点，然后基于步骤二慢速校正基础聚焦曲线中对应当前zoom位置下和前一个zoom位置下focus电机位置，计算当前zoom点位与前一个zoom电机点位之间zoom点位所对应的focus准焦点位置，以此方式获取步骤一中所有zoom电机点位下对应的focus电机准焦点，即可获得快速校正基础聚焦曲线；
步骤七、基于爬山算法搜寻当前倍率下，当前场景图像准焦点对应focus电机点位值FP；
步骤八、通过当前zoom电机点位，利用步骤五中的各个不同物距的高阶多项式，分别获取该zoom电机倍率对应各个不同物距下图像准焦点下focus电机位置；根据步骤七中计算出的当前场景图像准焦点对应focus电机点位值FP，得到与该点位值最邻近的两个物距聚焦曲线在当前倍率下对应的focus电机点位值，即focus电机位置上限值FPUP和下限值FPDOWN；
步骤九、将步骤八获取的上下位置限值FPUP、FPDOWN进行区间细分，细分后再得到当前focus电机位置，得到focus电机在区间中最近点位置FP'，分别以步骤八中FPUP和FPDOWN所在的两条物距聚焦曲线为基准，以FP'在FPUP、FPDOWN中所占比例，从近焦端到远焦端，逐个点位行进计算调焦电机focus位置，此时即可得到当前聚焦物距下变倍跟踪曲线；变倍过程中，每个zoom电机位置对应一个focus电机位置，即可保证变倍镜头在变倍过程中始终保持在景深范围内清晰图像。
本发明步骤二中，每个点位搜寻准焦点采用来回两次搜寻机制，初始速度为2，反向后调整为1。
本发明步骤三中，分别设置增距镜模拟物距为1m，1.5m，2m，2.5m，3m，3.5m，4m，4.5m，5m，5.5m，6m，6.5m，7m，7.5m，8m。
本发明步骤六中，快速校正中zoom电机点位间隔数为40。
本发明步骤四中，设置高阶多项式为8阶多项式，并记录对应多项式解析式：
δ(x)=ax8+bx7+cx6+dx5+ex4+fx3+gx2+ hx1+i (a≠0)；
其中[a，b，c，d，e，f，g，h，i]为多项式系数，x为zoom电机点位数，δ为对应x的focus电机点位数。
本发明步骤七中，具体步骤为：算法启动前，获取快速校正基础聚焦曲线，根据镜头曲线和图像清晰度设定当前focus电机前进速度，其中focus电机速度与图像清晰度变化趋势正相关，当focus电机沿当前方向，多帧图像清晰度值是上升趋势，则需适当提高focus电机运行速度，若之后出现下降趋势，且连续几帧图像清晰度值出现明显下降趋势，则可判断沿该方向已搜寻到当前场景的最高点，遂调转focus电机方向继续搜寻，若图像清晰度值出现连续上升之后，连续出现几帧图像清晰度值出现明显下降趋势，则可确定搜寻到场景准焦点，focus电机去往场景清晰度最高位置，当前爬山搜寻算法结束，即当前场景图像准焦点位置对应focus电机点位值FP。
本发明步骤九中，对上下位置限值FPUP、FPDOWN采用1：2：3：4进行细分。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果： 1、在实际使用镜头拉伸场景中，能够快速确定当前物距下变倍跟随曲线，避免镜头变倍拉动过程中，曲线变化不平滑导致的画面卡顿，给人顿挫感；2、在同规格产品上有较强的通用性，同款新镜头导入只需要校正一条基础对焦曲线，即可推出其他差值曲线，优化了工程量。3、可事先知道当前物距的聚焦曲线，让电机在按照聚焦曲线平滑运动，倍率驱动电机和调焦电机同时到达确定清晰位置，保证每个点都是清晰的。
附图说明
图1为本发明实施例爬山算法示意图。
图2为本发明实施例中10x变焦镜头实际实测1m-20m物距下对焦曲线图。
图3为本发明实施例中当前倍率下图像最清晰时focus电机位置与其最邻近的物距聚焦曲线对应的Focus电机位置示意图。
图4为本发明实施例基于慢速校正基础曲线获取快速校正基础聚焦曲线的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
本发明实施例包括如下步骤：
步骤一、定义变倍镜头各项控制参数。根据镜头规格书和对应电机步数表，确定变倍镜头zoom电机和focus电机运动行程最大值和最小值，zoom电机的点位数，以及驱动电机控制方向。
步骤二、使用校正灯箱进行镜头曲线慢速校正，将变焦镜头对准校正灯箱光口，驱动zoom电机，从W端（近焦端），按照步骤一中定义的点位数，逐个点位运动到T端（远焦端），并在每个zoom电机点位位置，控制focus电机来回搜寻对应该zoom电机点位下镜头准焦点focus电机位置，并记录下来，存储为慢速校正基础聚焦曲线。本发明在每个点位搜寻准焦点采用来回两次搜寻机制，初始速度为2，反向后调整为1。
步骤三、利用增距镜，将变焦镜头紧贴对准增距镜；调整增距镜以模拟不同的物距；在模拟的每个固定物距下，驱动zoom电机，从W端（近焦端）按照步骤一中定义的点位数，
逐个点位运动到T端（远焦端），并在每个zoom电机点位位置，控制focus电机来回搜寻对应该zoom电机点位下镜头准焦点focus电机位置，记录下来，存储为多条不同物距下的物距聚焦曲线；
本实施例中，分别设置增距镜模拟物距为1m，1.5m，2m，2.5m，3m，3.5m，4m，4.5m，5m，5.5m，6m，6.5m，7m，7.5m，8m。故具有15条不同物距下的物距聚焦曲线。
步骤四、获取每个物距下的聚焦差值曲线，即利用步骤一中获取的慢速校正基础聚焦曲线分别减去步骤三中不同物距下的聚焦曲线值，得到多物距下的聚焦差值曲线。
步骤五、通过曲线拟合方式，将步骤四中获取的多物距下的聚焦差值曲线，拟合成高阶多项式；本发明设置高阶多项式为8阶多项式，并记录对应多项式解析式：
δ(x)=ax8+bx7+cx6+dx5+ex4+fx3+gx2+ hx1+i (a≠0)；
其中[a，b，c，d，e，f，g，h，i]为多项式系数，x为zoom电机点位数，δ为对应x的focus电机点位数。
借助于算法平台，编码求解高阶多项式系数值，通过计算获取该镜头不同物距下的聚焦曲线，通过该聚焦曲线，可以大致计算出当前自动对焦物距，以便获取当前物距聚焦曲线进行变倍跟随。
步骤六、基于步骤二中方式，使用校正灯箱，对镜头重新进行校正，该次校正方式为快速校正，校正方式不同于步骤二，采用指定间隔数均分步骤一中zoom电机点位数，即间隔等zoom点位数进行一次自动对焦，搜寻当前zoom电机点位下镜头准焦点focus电机位置F1，与间隔的前一个zoom点位focus点位准焦点F2，然后基于步骤二慢速校正基础聚焦曲线中对应当前zoom位置下和前一个zoom位置下focus电机位置F3和F4，通过区间极限比例夹逼算法，计算当前zoom点位与前一个zoom电机点位之间zoom点位所对应的focus准焦点位置，以此方式获取步骤一中所有zoom电机点位下对应的focus电机准焦点，即可获得快速校正基础聚焦曲线。
快速校正中zoom电机点位间隔数为40。
步骤七、基于爬山算法搜寻当前倍率下，当前场景图像准焦点对应focus电机点位值FP。其具体实现方式为：算法启动前，获取快速校正的聚焦曲线，即无穷远聚焦曲线数据，根据镜头曲线和图像清晰度设定当前focus电机前进速度，其中focus电机速度与图像清晰度变化趋势正相关，当focus电机沿当前方向，多帧图像清晰度值是上升趋势，则需适当提高focus电机运行速度，若之后出现下降趋势，且连续3帧图像清晰度值出现明显下降趋势，则可判断沿该方向已搜寻到当前场景的最高点，遂调转focus电机方向继续搜寻，若图像清晰度值出现连续上升之后，连续出现2帧图像清晰度值出现明显下降趋势，则可确定搜寻到场景准焦点，focus电机去往场景清晰度最高位置，当前爬山搜寻算法结束，即当前场景图像准焦点位置对应focus电机点位值（FP值）。
步骤八、通过当前zoom电机点位，利用步骤五中的各个不同物距的高阶多项式，分别获取该zoom电机倍率对应各个不同物距下图像准焦点下focus电机位置；根据步骤七中计算出的当前场景图像准焦点对应focus电机点位值FP，得到与该点位值最邻近的两个物距聚焦曲线在当前倍率下对应的focus电机点位值，即focus电机位置上限值FPUP和下限值FPDOWN；如图3所示，在当前zoom电机位置，进行一次自动对焦结束后，获得当前倍率下focus电机准焦点点位值FP，该点位值对应某一个物距，通过步骤五中的各个不同物距的高阶多项式计算当前zoom电机下各个物距聚焦曲线对应的Focus电机位置，找出与FP最近的两个Focus位置，即FPUP、FPDOWN。
步骤九、将步骤八获取的上下位置限值FPUP、FPDOWN采用1：2：3：4进行区间细分；细分后再得到当前focus电机位置，得到focus电机在区间中最近点位置FP'，分别以步骤八中FPUP和FPDOWN所在的两条物距聚焦曲线为基准，以FP'在FPUP、FPDOWN中所占比例，从W端（近焦端）到T端（远焦端），逐个点位行进计算调焦电机focus位置{FP1,FP2,FP3,……,FPn}，n为zoom电机区间总的点位数，此时即可得到当前聚焦物距下变倍跟踪曲线L={FP1,FP2,FP3,……,FPn}，变倍镜头可依据该当前聚焦物距下变倍跟踪曲线进行变倍跟随；变倍过程中，每个zoom电机位置对应一个focus电机位置，即可保证变倍镜头在变倍过程中始终保持在景深范围内清晰图像。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、定义变倍镜头各项控制参数，确定变倍镜头zoom电机和focus电机运动行程最大值和最小值，zoom电机的点位数，以及驱动电机控制方向；
步骤二、使用校正灯箱进行镜头曲线慢速校正，将变焦镜头对准校正灯箱光口，驱动zoom电机，从近焦端，按照步骤一中定义的点位数，逐个点位运动到远焦端，并在每个zoom电机点位位置，控制focus电机来回搜寻对应该zoom电机点位下镜头准焦点focus电机位置，并记录下来，存储为慢速校正基础聚焦曲线；
步骤三、将变焦镜头紧贴对准增距镜，调整增距镜以模拟不同的物距；在模拟的每个固定物距下，驱动zoom电机，从近焦端按照步骤一中定义的点位数，逐个点位运动到远焦端，并在每个zoom电机点位位置，控制focus电机来回搜寻对应该zoom电机点位下镜头准焦点focus电机位置，记录下来，存储为多条不同物距下的物距聚焦曲线；
步骤四、获取每个物距下的聚焦差值曲线，即利用步骤一中获取的慢速校正基础聚焦曲线分别减去步骤三中不同物距下的聚焦曲线值，得到多物距下的聚焦差值曲线；
步骤五、通过曲线拟合方式，将步骤四中获取的多物距下的聚焦差值曲线，拟合成高阶多项式；
步骤六、使用校正灯箱对镜头重新进行校正，该次校正方式为快速校正，采用指定间隔数均分步骤一中zoom电机点位数，搜寻当前zoom电机点位下镜头准焦点focus电机位置，与间隔的前一个zoom点位focus点位准焦点，然后基于步骤二慢速校正基础聚焦曲线中对应当前zoom位置下和前一个zoom位置下focus电机位置，计算当前zoom点位与前一个zoom电机点位之间zoom点位所对应的focus准焦点位置，以此方式获取步骤一中所有zoom电机点位下对应的focus电机准焦点，即可获得快速校正基础聚焦曲线；
步骤七、基于爬山算法搜寻当前倍率下，当前场景图像准焦点对应focus电机点位值FP；
步骤八、通过当前zoom电机点位，利用步骤五中的各个不同物距的高阶多项式，分别获取该zoom电机倍率对应各个不同物距下图像准焦点下focus电机位置；根据步骤七中计算出的当前场景图像准焦点对应focus电机点位值FP，得到与该点位值最邻近的两个物距聚焦曲线在当前倍率下对应的focus电机点位值，即focus电机位置上限值FPUP和下限值FPDOWN；
步骤九、将步骤八获取的上下位置限值FPUP、FPDOWN进行区间细分，细分后再得到当前focus电机位置，得到focus电机在区间中最近点位置FP'，分别以步骤八中FPUP和FPDOWN所在的两条物距聚焦曲线为基准，以FP'在FPUP、FPDOWN中所占比例，从近焦端到远焦端，逐个点位行进计算调焦电机focus位置，此时即可得到当前聚焦物距下变倍跟踪曲线；变倍过程中，每个zoom电机位置对应一个focus电机位置，即可保证变倍镜头在变倍过程中始终保持在景深范围内清晰图像。
2.根据权利要求1所述的直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，其特征在于：步骤二中，每个点位搜寻准焦点采用来回两次搜寻机制，初始速度为2，反向后调整为1。
3.根据权利要求1所述的直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，其特征在于：步骤三中，分别设置增距镜模拟物距为1m，1.5m，2m，2.5m，3m，3.5m，4m，4.5m，5m，5.5m，6m，6.5m，7m，7.5m，8m。
4.根据权利要求1所述的直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，其特征在于：步骤六中，快速校正中zoom电机点位间隔数为40。
5.根据权利要求1所述的直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，其特征在于：步骤四中，设置高阶多项式为8阶多项式，并记录对应多项式解析式：
δ(x)=ax8+bx7+cx6+dx5+ex4+fx3+gx2+ hx1+i (a≠0)；
其中[a，b，c，d，e，f，g，h，i]为多项式系数，x为zoom电机点位数，δ为对应x的focus电机点位数。
6.根据权利要求1所述的直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，其特征在于：步骤七中，具体步骤为：算法启动前，获取快速校正基础聚焦曲线，根据镜头曲线和图像清晰度设定当前focus电机前进速度，其中focus电机速度与图像清晰度变化趋势正相关，当focus电机沿当前方向，多帧图像清晰度值是上升趋势，则需适当提高focus电机运行速度，若之后出现下降趋势，且连续几帧图像清晰度值出现明显下降趋势，则可判断沿该方向已搜寻到当前场景的最高点，遂调转focus电机方向继续搜寻，若图像清晰度值出现连续上升之后，连续出现几帧图像清晰度值出现明显下降趋势，则可确定搜寻到场景准焦点，focus电机去往场景清晰度最高位置，当前爬山搜寻算法结束，即当前场景图像准焦点位置对应focus电机点位值FP。
7.根据权利要求1所述的直播场景下变倍镜头变倍跟随方法，其特征在于：步骤九中，对上下位置限值FPUP、FPDOWN采用1：2：3：4进行细分。
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