CN1794032A

CN1794032A - 一种自动对焦方法

Info

Publication number: CN1794032A
Application number: CN200510137406.5A
Authority: CN
Inventors: 温小勇; 王浩; 俞青
Original assignee: Vimicro Corp
Current assignee: Vimicro Corp
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-30
Also published as: CN100492088C

Abstract

本发明公开了一种自动对焦方法，包括以下步骤：a)获取镜头初始位置的图像数据并提取出图像的边缘，统计所述边缘上各点的像素值，得到边界信息值并存储下来，同时存储相应镜头位置；b)移动镜头，并按照步骤a)所述方法得到当前镜头位置所对应图像的边界信息值；c)比较所述当前图像的边界信息值和上一次存储下来的边界信息值，将其中的较大值及其对应的镜头位置保存下来，然后循环执行步骤b)、c)，直至找到最大边界信息值，其对应的镜头位置即为对焦准确的镜头位置。本发明利用了对焦准确性和图像边缘之间的关系，能够更好地实现快速、准确对焦，可以广泛应用于数码相机、摄像机、摄像头等数码摄像装置中。

Description

一种自动对焦方法

技术领域

本发明涉及数码摄像装置，特别涉及一种自动对焦方法。

背景技术

现有技术中数码摄像装置的自动对焦从基本原理来说，可以分成两大类：一类是基于镜头与被拍摄目标之间距离测量的测距自动对焦，第二类是基于对焦屏上成像清晰的聚焦检测自动对焦。

所述第二类方法可以用多种判据判断图像是否清晰，包括：

1)频率法，利用图像的灰度分布信息来自动对焦，当图像各像素的灰度值都集中在较窄范围内时，则；

2)相位法，利用离焦时光线到达对称于光轴的两感光器件的时间有先后，而得到两感光器件输出电信号的相位信息，在相位相同时，则对焦准确；

3)梯度信息，一般具体做法为用一个算子模板遍历整个图像区域，计算出每个像素与周围像素的对比度，并将该值累加，以得到图像的总的对比度，与其它镜头位置所对应的图像的对比度相比，较大值则对应着对焦较清晰的镜头位置，找到最大的对比度值，则其对应的镜头位置就是对焦准确的位置。

另外，在数码摄像装置中一般都有图像处理器，其功能包括图像增强或优化等，在此过程中，会涉及到图像边缘的提取，提取图像边缘其实就是利用了图像的梯度信息。

通过研究所摄取的图像可以发现，对焦越准确的影像，其轮廓就越清晰，即边缘就越突出，反之，离焦的影像，其轮廓或边缘就模糊不清。因此，如果拍摄的是同一个场景，对焦准确得到的图像必然具有更清晰的边缘，即包含有更多的边界信息，如图1(a)、1(b)所示。

由上述内容可知，边缘在对焦和图像处理中都可以用到，但是一般的数码摄像装置却未能将所述两过程中的边缘的提取结合起来，因此造成了系统资源的浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种自动对焦方法，目的在于节省系统资源。

本发明公开了一种自动对焦方法：包括以下步骤：

a)获取镜头初始位置的图像数据并提取出图像的边缘，统计所述边缘上各点的像素值，得到边界信息值并存储下来，同时存储相应镜头位置；

b)移动镜头，并按照步骤a)所述方法得到当前镜头位置所对应图像的边界信息值；

c)比较所述当前图像的边界信息值和上一次存储下来的边界信息值，将其中的较大值及其对应的镜头位置保存下来，然后循环执行步骤b)、c)，直至找到最大边界信息值。

优选地，所述边缘上各点的像素值，为灰度值或亮度值。

优选地，所述统计边缘上各点像素值的具体方法为：对边缘上各点像素值的绝对值取n次方，然后求和，所述n为正整数。

优选地，所述边界信息为图像边缘上各点像素值的平方和。

优选地，镜头每次移动的距离是相等的。

优选地，首先令镜头以较大距离值运动，在找到对焦准确的镜头位置范围后，再令镜头以较小距离值在所述范围内运动，找到对焦准确的镜头位置。

优选地，镜头移动的方向是朝向边界信息值较大的方向，具体实现方法为：在步骤c)比较两边界信息值得到结果后，如果当前图像的边界信息值小于上一次存储的较大边界信息值，则令镜头的移动方向与上一次移动方向相反，否则与上一次移动方向相同。

优选地，判断当前存储的较大边界信息值是否为最大值的方法为：如果镜头在某个位置时的边界信息值先后两次作为较大值被存储下来，则为最大值。

优选地，预先设定整个画面中的若干个小区域为自动对焦区域，只在这些区域中摄取图像进行自动对焦过程。

优选地，所述自动对焦区域为整个画面的中心区域。

本发明利用对焦越清晰的图像其图像边缘也越突出，即边界信息越大的特点，通过提取出图像的边缘并计算出其边界信息，比较从不同镜头位置得到的各幅图像的边界信息，从而找到对焦最为准确的镜头位置。

附图说明

图1(a)中所示的横坐标1～8是指针对同一场景拍摄的8幅对焦位置不同的图像，纵坐标表示其边界信息值，其边界信息为边缘上各点灰度值的绝对值之和。

图1(b)的横坐标意义与图1(a)相同，其纵坐标表示的边界信息具体为边缘上各点灰度值的平方和；

图2是本发明自动对焦方法的流程图；

图3为透镜聚焦示意图。

具体实施方式

由背景技术的描述可知，图像的边缘清晰与否与图像的焦距准确与否是相关的，而且在处理图像和自动对焦过程中，都可以用到图像边缘，因此完全可以将提取图像边缘的过程在自动对焦过程中实现，并且将图像边缘的信息保存下来，在图像处理过程中应用，达到事半功倍的效果。

本发明自动对焦的方法，具体步骤如图2所示：

100、获取镜头初始位置的图像数据并提取出图像的边缘，统计所述边缘上各点的像素值，得到边界信息值并存储下来，同时存储相应镜头位置；

本步骤包括几个分步骤，具体如下：

101、摄取当前第n幅图像；

该分步骤中，也可以只摄取预先设定的自动对焦区域中的图像，即只摄取整个画面中部分区域的图像，这样做可以大大减少所需处理的数据量，提高自动对焦的速度。自动对焦区域可以设置为一个或多个，可由用户选择确定。当只有一个对焦区域时，一般可令对焦区域位于整个画面的中心，以适应绝大多数情况下拍照的需求；若对焦区域为多个，因为是在综合各个区域的信息之后选定镜头位置，所以对焦会更为准确。

102、提取并保存当前图像的边界信息；

所述的边界信息可以由以下方法得到，首先将图像转变为灰度图像，然后提取出图像的边缘，所述边缘上各点的值是灰度值。

在一个实施例中，假设图像传感器所输出的是RGB Bayer格式的数据，那么需要先对输出数据进行插值计算，得到每个像素的RGB值后，再提取图像的边界信息。

另外，有的图像传感器也能直接输出YUV格式的数据，那么可以先提取出每个像素的亮度分量Y，然后直接用亮度分量Y作为图像的灰度值来提取图像边缘。

所述边缘的提取有很多种算法，如可利用二阶导数算子来得到图像的边缘，边缘上每个点的值都是灰度值。这不是本发明的主要内容，在此不予详述。

提取出第n幅图像的边缘后，计算得到其边界信息值B_n，所述边界信息可以为图像边缘上各点灰度值的绝对值和，即B_n＝∑|D_n|，D_n表示图像边缘上第n个像素的灰度值。

边界信息也可以是图像边缘上各个像素灰度值的平方和，即令B_n＝∑|D_n ²|，这样可以更容易得到两幅图像边界信息的比较结果。

除了上述用边缘上各点灰度绝对值之和或平方和作为边界信息之外，也可以用更高次幂，如立方的绝对值等，这样在比较边界信息时会更容易，但是计算高次幂会增加计算的难度，降低运算速度。一般情况下，用平方和来计算即可。

200、移动镜头，并按照步骤100)所述方法得到当前镜头位置所对应图像的边界信息值；

镜头的移动可以遍历整个可移动区域，如果采用这种方式，则在步骤4中所有镜头位置所对应的图像边界信息都会参加比较，每次保存较大值，最后得到最大边界信息及其对应镜头位置，分别记为B和L。

镜头的移动也可以是朝向步骤4中所述边界信息较大的方向，这样做可以提高自动对焦的效率。具体方法如下：如果当前图像的边界信息B_n大于上一次存储的较大值B，则令镜头的移动方向与上一次移动方向相同；否则令镜头的移动方向与上一次移动方向相反。

前面所述每次镜头的移动距离是相等的，除此之外，也可以首先令镜头每次以较大距离d1移动进行粗调，然后再以较小距离d2移动进行微调，以达到迅速、准确对焦的目的。

300、比较所述当前图像的边界信息值和上一次存储下来的边界信息值，将其中的较大值及其对应的镜头位置保存下来，然后循环执行步骤100)、200)，直至找到最大边界信息值。

当前第n幅图像的边界信息值B_n，应该与上一次保存的较大边界信息B相比较，当B_n＞B时，将B的内容修改为B_n，同时记录当前图像所对应的镜头位置L_n为L，否则保持原记录值。

用上述方法得到的最大边界信息对应的镜头位置即为对焦准确的镜头位置，将镜头移动到该位置，就可以进行正常拍摄了。

下面假定镜头的初始位置，具体说明镜头从不同的初始位置到对焦准确位置的移动过程。

假设该相机自动对焦时镜头每次移动的距离固定为d；镜头第一次移动的方向为向前，即图3中所示的左方移动。

(一)设当前镜头位于图3所示的b位置，与准确对焦的镜头位置a相距5*d。

首先得到b位置的边界信息，然后移动镜头。

这是第一次移动镜头，由于事先已设定应向前，即图中所示的左方移动，则镜头向左移动距离d，此时镜头与位置a相距6*d；

由于镜头远离了位置a，因此第一次移动镜头后所得到的边界信息值一定小于未移动镜头时得到的边界信息值；

因此保持B和L值不变，镜头向右移动d的距离，此时镜头与位置a相距5*d，此时回到了起点，则当前的边界信息值B_n等于最大边界信息值B，在这种情况下，令镜头的移动方向与上一次移动方向相同；则镜头再向右移动d的距离，此时镜头与位置a相距4*d，由于镜头趋近对焦准确的镜头位置a，因此得到的边界信息值一定大于上一次保存的较大值，因此令镜头继续向右移动距离d，此时镜头与位置a相距3*d；

同理，再令镜头向右移动三次，就移动到了位置a，位置a对应的边界信息值大于位置a左边与其距离d的位置的边界信息值，因此保存位置a对应的边界信息值及其对应的镜头位置a；

因为上一步中镜头趋近对焦准确的镜头位置a，所以再令镜头向右移动距离d，此时镜头远离了准确对焦的镜头位置a，因此此时得到的边界信息值比位置a的边界信息值小，位置a的边界信息值和相应镜头位置保持不变；

这时位置a的边界信息值大于其两边邻近位置的边界信息值，所以位置a一定是对焦准确的镜头位置，结束自动对焦过程。

(二)设当前镜头位于图3所示的c位置，与准确对焦的镜头位置a相距3*d。

第一次移动镜头仍向图3中所示的左方移动，则镜头向左移动距离d，此时镜头与位置a相距2*d；

之后的步骤与例(一)中同理，只是在此例中，镜头再向左移动三次，此时镜头在位置a的左边并且与a的距离为d的位置，前两次移动之后都是将新位置的镜头位置及其对应的边界信息值记入L和B，第三次移动之后，因为镜头远离了位置a，所以仍保持位置a所对应的边界信息值和镜头位置不变；

这时位置a的边界信息值大于其两边邻近位置的边界信息值，说明位置a一定是对焦准确的镜头位置，结束自动对焦过程。

(三)设当前镜头位于图3所示的a位置，即准确对焦的镜头位置。

第一次移动镜头仍向左方移动，则镜头向左移动距离d，此时镜头与位置a相距d；

因为镜头远离了位置a，所以当前的边界信息值小于移动前的值，保持移动前的边界信息值不变；

同时令镜头向反方向，即右方移动距离d，移动一次后，因为当前边界信息值等于B，所以再次向右移动，此时镜头在a右方与其距离为d的位置；

当前的边界信息值也小于第一次移动前的值，仍保持该边界信息值不变；

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种自动对焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中所述边缘上各点的像素值，为灰度值或亮度值。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述统计边缘上各点像素值的具体方法为：对边缘上各点像素值的绝对值取n次方，然后求和，所述n为正整数。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述边界信息为图像边缘上各点像素值的平方和。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，镜头每次移动的距离是相等的。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，首先令镜头以较大距离值运动，在找到对焦准确的镜头位置范围后，再令镜头以较小距离值在所述范围内运动，找到对焦准确的镜头位置。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，镜头移动的方向是朝向边界信息值较大的方向，具体实现方法为：在步骤c)比较两边界信息值得到结果后，如果当前图像的边界信息值小于上一次存储的较大边界信息值，则令镜头的移动方向与上一次移动方向相反，否则与上一次移动方向相同。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，判断当前存储的较大边界信息值是否为最大值的原则为：如果镜头在某个位置时的边界信息值大于其两边邻近位置的边界信息值，则为最大值。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先设定整个画面中的若干个小区域为自动对焦区域，只在这些区域中摄取图像进行自动对焦过程。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述自动对焦区域为整个画面的中心区域。