DE3903048A1 - Method for controlling the focussing device for an objective of a TV camera or the like - Google Patents
Method for controlling the focussing device for an objective of a TV camera or the likeInfo
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/60—Control of cameras or camera modules
- H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
- H04N23/673—Focus control based on electronic image sensor signals based on contrast or high frequency components of image signals, e.g. hill climbing method
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
Automatische Fokussiereinrichtungen finden bekannterweise bei handels üblichen Spiegelreflex-Kameras Anwendung. Da diese Einrichtungen unab hängig vom Inhalt eines Bildes arbeiten, sind sie z. B. für TV-Kameras unzureichend.Automatic focusing devices are known to be found at trade usual SLR cameras application. Since these facilities are independent depending on the content of an image, they are e.g. B. for TV cameras insufficient.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem eine Regelung der Fokussierein richtung für ein Objektiv einer TV-Kamera oder dergleichen in Abhängig keit der Bildinhalte einer Folge von Bildern möglich ist.The invention is therefore based on the object of a method of the beginning to propose the type with which a regulation of the focusing Direction for a lens of a TV camera or the like depending of the image content of a sequence of images is possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrens schritte von Anspruch 1 gelöst.The object is achieved by the characterizing method resolved steps of claim 1.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das Verfahren infolge seiner bildverarbeitenden Verfahrensschritte und seiner Unempfindlichkeit gegen über Beleuchtungsschwankungen vorzugsweise für Sensoren verwendbar ist, die in Zielverfolgungseinrichtungen Anwendung finden.An advantage of the invention is that the method due to its image processing steps and its insensitivity to can preferably be used for sensors via lighting fluctuations, which are used in tracking facilities.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteran sprüchen 2 bis 12 beschrieben.Embodiments of the inventive method are in the Unteran Proverbs 2 to 12 described.
Zusammenfassend kann ausgeführt werden, daß ein Verfahren vorgestellt wird, das die Fokussiereinrichtung und die Blende des Objektivs einer TV-Kamera steuert. Durch grobe Bildverarbeitung wird der Ort der größten Kanten lokalisiert und dann mit verschiedenen Kantenfindern fokussiert. Die Blende wird über Grauwerthistogramme und Mittelwerte geregelt, wobei eine Korrektur der Grauwerte während der Bewegung der Blende vorgenommen wird. Zusätzlich wird ggf. eine Korrektur der Graudaten vorgenommen, insbesondere, wenn der Datenumfang der Kamera mit Analog-Digitalwandlung anders ist, als der Datenumfang des verarbeitenden Systems (Anzahl bits).In summary it can be said that a method is presented the focusing device and the aperture of the lens TV camera controls. Through rough image processing, the place becomes the largest Edges localized and then focused with different edge finders. The aperture is controlled by gray value histograms and mean values, whereby the gray values were corrected during the movement of the diaphragm becomes. In addition, the gray data may be corrected, especially if the data volume of the camera with analog-digital conversion is different than the data volume of the processing system (number of bits).
In der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens wird als Beispiel von einer Originalbildgröße von 512 × 512 Pixeln ausgegangen. Das Bild ist als Matrix denkbar, wobei sich jedes Pixel als Element g (i, j) darstellen läßt, mit 0 < i < 513 und 0 < i < 513). Dies führt dann zu einer Reduktionstiefe von vier, d. h. es werden vier reduzierte Bilder berechnet. Zur Regelung einer obengenannten Fokussiereinrichtung werden folgende Verfahrens schritte durchgeführt:In the following description of the method, an original image size of 512 × 512 pixels is assumed as an example. The image is conceivable as a matrix, whereby each pixel can be represented as element g (i, j) , with 0 < i <513 and 0 < i <513). This then leads to a reduction depth of four, ie four reduced images are calculated. The following method steps are carried out to control an above-mentioned focusing device:
- a von der TV-Kamera erzeugte Bilder werden jeweils in mindestens zwei Teilfeldern unterteilt, z. B. in acht Teilfelder, die nicht unbe dingt gleich groß sein müssen,a Images generated by the TV camera are each in at least two Subfields divided, e.g. B. in eight subfields that are not unbe things have to be the same size,
- b die Teilfelder jedes Bildes, die die meisten und stärksten Kanten elemente enthalten, werden als Aufmerksamkeitsfelder bestimmt,b the subfields of each image that have the most and strongest edges contain elements are determined as areas of attention,
- c über den für jedes Bild bestimmten Aufmerksamkeitsfeldern werden Kantenoperationen mit unterschiedlichen Basisbreiten geführt, deren Resultate als Histogramme über die Basisbreiten dargestellt werden,c over the attention fields determined for each image Edge operations performed with different base widths, their Results are displayed as histograms over the base widths,
- d das Maximum jedes Histogramms wird bestimmt,d the maximum of each histogram is determined,
- e liegt das Maximum eines Histogramms bei großen Basisbreiten, so wird zur Schärfeneinstellung des Objektives die Fokussiereinrichtung ein geschaltet, mit der Folge, daß die Maxima der Histogramme von Bild zu Bild wandern,e is the maximum of a histogram with large base widths, so to adjust the focus of the lens switched, with the result that the maxima of the histograms of image hike to picture,
- f wandert ein Maximum bei einem nächsten Bild in Richtung großer Basis breiten, so wird die Bewegungsrichtung der Fokussiereinrichtung ge ändert,f moves a maximum in the next frame towards a large base spread, the direction of movement of the focusing device is ge changes
- g die Maxima der Histogramme, bei denen Richtungsänderungen durchge führt wurden, werden als Wendepunkte markiert, mit der Folge, daß zwischen zwei Wendepunkten der Punkt maximaler Schärfe liegt, und g the maxima of the histograms at which changes in direction occur leads are marked as turning points, with the result that the point of maximum sharpness lies between two turning points, and
- h liegt zwischen zwei Wendepunkten ein Maximum bei "Null" oder "Eins", so wird diese Einstellung der Fokussiereinrichtung als Einstellung maximaler Schärfe des Objektives bestimmt.h is a maximum of "zero" or "one" between two turning points, so this adjustment of the focusing device becomes an adjustment maximum sharpness of the lens determined.
Als Aufmerksamkeitsfeld für jedes Bild kann ein die jeweilige Bildmitte umgebendes Feld oder ein für jedes Bild gesetztes Fenster verwendet werden. Das Fenster kann von einem Bediener oder von einer Zielverfolgungsein richtung gesetzt werden.The respective center of the image can be used as a field of attention for each image surrounding field or a window set for each image can be used. The window can be from an operator or from a tracking direction.
Ein automatisches Finden eines Aufmerksamkeitsfeldes eines Bildes kann dadurch erreicht werden, daßAn automatic finding of a field of attention of an image can can be achieved in that
- a dieses Bild in mindestens zwei Felder unterteilt wird, z. B. in acht Felder zu je 128 × 64 Pixeln des Originalbildes. Zu jedem Feld gibt es dann jeweils vier reduzierte Felder mit 64 × 32, 32 × 16, 16 × 8 und 8 × 4 Pixeln,a this picture is divided into at least two fields, e.g. B. in eight Fields of 128 × 64 pixels each of the original image. To every field there then there are four reduced fields with 64 × 32, 32 × 16, 16 × 8 each and 8 × 4 pixels,
- b über das gesamte Bild gleichzeitig verschiedene Raster gelegt werden,b different grids are laid over the entire image at the same time,
- c über die Rasterfelder eine Integration durchgeführt wird, so daß verschiedene, sich durch unterschiedliche Pixelzahl unterscheidende reduzierte Felder entstehen,c an integration is carried out via the grid, so that different, differing by different number of pixels reduced fields arise,
- d auf die reduzierten Felder zur Bestimmung des zugehörenden Maximums ein Maximum-4-Operator angewandt wird,d on the reduced fields to determine the associated maximum a maximum 4 operator is applied
- e die vom Maximum-4-Operator berechneten Ergebnisse pro Feld und pro reduziertem Feld in Histogrammen eingetragen werden, so daß pro Feld mehrere Kantenhistogramme mit verschiedener Auflösung entstehen,e the results calculated by the maximum 4 operator per field and per reduced field in histograms, so that per field several edge histograms with different resolutions are created,
- f in jedem Histogramm die Maximalzahl der Kantenelemente pro Feld errechnet wird, aus der das Maximum über diese Maxima berechnet wird, mit der Maßgabe, daß die Lage dieses Maximums bezogen auf die Größe der Rasterfelder Aufschluß über die Größe der Objekte und die Bild schärfe an dieser Stelle gibt, und daßf the maximum number of edge elements per field in each histogram is calculated from which the maximum is calculated over these maxima, with the proviso that the location of this maximum is related to size the grid information about the size of the objects and the image sharpness at this point, and that
- g dasjenige Feld, bei dem der zum Maximum der Anzahl gehörende Kanten wert am höchsten ist, als Aufmerksamkeitsfeld bestimmt wird.g the field in which the edges belonging to the maximum of the number value is highest as the area of attention is determined.
Von dem Maximum-4-Operator werden Referenzpunkte eines Feldes herange zogen, wobei zwischen einem oberen und einem unteren zu einem Referenz punkt benachbarten Punkt sowie zwischen einem linken seitlichen und einem rechten seitlichen zum Referenzpunkt benachbarten Punkt eine senkrechte und eine waagerechte Grauwertdifferenz berechtnet wird, und wobei das Maximum von zwei Grauwertdifferenzen als berechnetes Ergebnis in ein Histogramm eingetragen wird. Reference points of a field are used by the maximum 4 operator moved, being between an upper and a lower to a reference point adjacent point and between a left side and a right vertical point adjacent to the reference point and a horizontal gray value difference is authorized, and wherein that Maximum of two gray value differences as the calculated result in one Histogram is entered.
Zur Beseitigung von entstehenden Unschärfen wird die Blende der Kamera für mehrere Bilder über Grauwerthistogramme und Grauwertmittelwerte der art geregelt, daß für jedes Bild jeweils ein Histogramm über die Grauwerte des Aufmerksamkeitsfeldes gebildet wird, wobei der Mittelwert und die Steuerung gleichzeitig über die Grauwerte des Aufmerksamkeitsfeldes be rechnet werden, daß für jeden Mittelwert der zugehörende Abstand von der Mitte der Blendenskala berechnet wird, mit der Folge, daß die Blende geöffnet wird, wenn ein Mittelwert oberhalb der Skalenmitte liegt, und die Blende geschlossen wird, wenn ein Mittelwert unterhalb der Skalen mitte liegt, und daß die Bewegungsänderungen der Blende als Wendepunkte anzusehen sind, zwischen denen die Blende nach einem, einem Einschwing vorgang ähnlichen Verhalten eingestellt wird.The aperture of the camera is used to remove any blurring for several images via gray value histograms and gray value mean values of the Art regulated that a histogram of the gray values for each image of the attention field is formed, the mean and the Control simultaneously via the gray values of the attention field are calculated that for each mean the associated distance of the middle of the aperture scale is calculated, with the result that the aperture is opened when an average is above the center of the scale, and the aperture is closed when an average is below the scales middle, and that the changes in movement of the aperture as turning points are to be seen, between which the aperture after one, a settling similar behavior is set.
Eine Korrektur der Grauwerte kann während der Bewegung der Blende vorge nommen werden, ebenso zusätzlich eine Korrektur der Gradation, insbe sondere wenn der Datenumfang der Kamera mit Analog/Digitalwandlung anders ist als der Datenumfang des verarbeitenden Systems. Die Gradation kann so verändert werden, daß die Differenzen an den Rändern immer kleiner werden, wobei von der Lage des Mittelwertes ausgegangen wird (S-förmige Übertragungsfunktion).The gray values can be corrected during the movement of the diaphragm be taken, as well as a correction of the gradation, in particular especially if the data volume of the camera with analog / digital conversion is different is the data volume of the processing system. The gradation can be changed so that the differences at the edges become smaller and smaller based on the position of the mean (S-shaped Transfer function).
Bei einer Veränderung der Blende ändert sich:If the aperture changes:
- 1. der Mittelwert,1. the mean,
- 2. die Verteilung des Histogramms (die Enden sind besetzt, resp. nicht besetzt) außerdem verändert sich die Gestalt des Histogramms,2. the distribution of the histogram (the ends are occupied, respectively not occupied) also changes the shape of the histogram,
- 3. die Streuung (wegen der Veränderung der Regelung der Kamera ver ändert sich das Rauschen),3. the scatter (due to the change in the regulation of the camera ver the noise changes),
-
4. der Kontrast (Differenzen zwischen Grauwerten, Kantenstärken),
weil sich die Gradation verändert.
- 2.1 optimale Regelung der Blende:
- 1. Der Mittelwert liegt in der Mitte der Grauwertskala.
- 2. Das Histogramm ist "symmetrisch" d. h. wenn Stellen am Rand nicht besetzt sind, so sind bei hohen Werten genausoviele Werte nicht besetzt, wie bei niedrigen.
- 3. Die Streuung ist möglichst niedrig.
- 4. Der Kontrast ist möglichst hoch.
- 2. Blende zu groß:
- 1. Der Mittelwert liegt oberhalb der Mitte der Grauwertskala.
- 2. Das Histogramm ist "asymmetrisch" d. h. die Werte liegen im wesent lichen im oberen Teil des Histogramms; die unteren Werte sind kaum besetzt.
- 3. Die Streuung läßt sich schwer vorhersagen.
- 4. Der Kontrast ist niedrig.
- 3. Blende zu klein:
- 1. Der Mittelwert liegt unterhalb der Mitte der Grauwertskala.
- 2. Das Histogramm ist "asymmetrisch" d. h. die Werte liegen im wesent lichen im unteren Teil des Histogramms; die oberen Werte sind kaum besetzt.
- 3. Die Streuung läßt sich schwer vorhersagen.
- 4. Der Kontrast ist niedrig.
- 2.1 optimal control of the aperture:
- 1. The mean lies in the middle of the gray scale.
- 2. The histogram is "symmetrical", ie if there are no spaces on the edge, as many values are not occupied at high values as at low ones.
- 3. The spread is as low as possible.
- 4. The contrast is as high as possible.
- 2. Aperture too large:
- 1. The mean is above the middle of the gray scale.
- 2. The histogram is "asymmetrical" ie the values are essentially in the upper part of the histogram; the lower values are hardly occupied.
- 3. The spread is difficult to predict.
- 4. The contrast is low.
- 3. Aperture too small:
- 1. The mean is below the middle of the gray scale.
- 2. The histogram is "asymmetrical" ie the values are essentially in the lower part of the histogram; the upper values are hardly occupied.
- 3. The spread is difficult to predict.
- 4. The contrast is low.
- 2.1 optimale Regelung der Blende:
Claims (12)
- a von der TV-Kamera erzeugte Bilder werden jeweils in mindestens zwei Teilfelder unterteilt,
- b die Teilfelder jedes Bildes, die die meisten und stärksten Kontaktele mente enthalten, werden als Aufmerksamkeitsfelder bestimmt,
- c über den für jedes Bild bestimmten Aufmerksamkeitsfeldern werden Kantenoperationen mit unterschiedlichen Basisbreiten geführt, deren Resultate als Histogramme über die Basisbreiten dargestellt werden,
- d das Maximum jedes Histogramms wird bestimmt,
- e liegt das Maximum eines Histogramms bei großen Basisbreiten, so wird zur Schärfeneinstellung des Objektives die Fokussiereinrichtung einge schaltet, mit der Folge, daß die Maxima der Histogramme von Bild zu Bild wandern,
- f wandert ein Maximum bei einem nächsten Bild in Richtung großer Basis breiten, so wird die Bewegungsrichtung der Fokussiereinrichtung ge ändert,
- g die Maxima der Histogramme, bei denen Richtungsänderungen durchge führt wurden, werden als Wendepunkte markiert, mit der Folge, daß zwischen zwei Wendepunkten der Punkt maximaler Schärfe liegt, und
- h liegt zwischen zwei Wendepunkten ein Maximum bei "Null" oder "Eins", so wird diese Einstellung der Fokussiereinrichtung als Einstellung maximaler Schärfe des Objektives bestimmt.
- a Images generated by the TV camera are each divided into at least two subfields,
- b the subfields of each image that contain the most and strongest contact elements are determined as attention fields,
- c Edge operations with different base widths are carried out over the attention fields determined for each image, the results of which are presented as histograms over the base widths,
- d the maximum of each histogram is determined,
- e is the maximum of a histogram with large base widths, the focusing device is switched on to focus the lens, with the result that the maxima of the histograms move from image to image,
- f if a maximum moves in the direction of a large base in the case of a next image, the direction of movement of the focusing device is changed,
- g the maxima of the histograms at which changes in direction have been carried out are marked as turning points, with the result that the point of maximum sharpness lies between two turning points, and
- If there is a maximum of "zero" or "one" between two turning points, this setting of the focusing device is determined as the setting for maximum sharpness of the lens.
- a dieses Bild in mindestens zwei Felder unterteilt wird,
- b über das gesamte Bild gleichzeitig verschiedene Raster gelegt werden,
- c über die Rasterfelder eine Integration durchgeführt wird, so daß verschiedene, sich durch unterschiedliche Pixelzahl unterscheidende reduzierte Felder entstehen,
- d auf die reduzierten Felder zur Bestimmung des zugehörenden Maximums ein Maximum-4-Operator angewandt wird,
- e die vom Maximum-4-Operator berechneten Ergebnisse pro Feld und pro reduziertem Feld in Histogrammen eingetragen werden, so daß pro Feld mehrere Kantenhistogramme mit verschiedener Auflösung ent stehen,
- f in jedem Histogramm die Maximalzahl der Kantenelemente pro Feld errechnet wird, aus der das Maximum über diese Maxima berechnet wird, mit der Maßgabe, daß die Lage dieses Maximums bezogen auf die Größe der Rasterfelder Aufschluß über die Größe der Objekte und die Bild schärfe an dieser Stelle gibt, und
- g dasjenige Feld, bei dem der zum Maximum der Anzahl gehörende Kanten wert am höchsten ist, als Aufmerksamkeitsfeld bestimmt wird.
- a this picture is divided into at least two fields,
- b different grids are laid over the entire image at the same time,
- c an integration is carried out via the grid fields, so that different reduced fields differing by different number of pixels arise,
- d a maximum 4 operator is applied to the reduced fields to determine the associated maximum,
- e the results calculated by the maximum 4 operator per field and per reduced field are entered in histograms, so that several edge histograms with different resolutions are created per field,
- f in each histogram, the maximum number of edge elements per field is calculated, from which the maximum is calculated over these maxima, with the proviso that the location of this maximum, based on the size of the grid fields, provides information about the size of the objects and the image sharpness on them Job there, and
- g the field in which the edge value belonging to the maximum of the number is highest is determined as the attention field.
Priority Applications (2)
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DE3903048A DE3903048A1 (en) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Method for controlling the focussing device for an objective of a TV camera or the like |
FR9001184A FR2642596A1 (en) | 1989-02-02 | 1990-02-01 | METHOD FOR ADJUSTING THE FOCUSING DEVICE OF A TARGET OF A TELEVISION CAMERA OR SIMILAR |
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DE3903048A1 true DE3903048A1 (en) | 1990-08-09 |
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
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DE19619734C2 (en) * | 1995-05-16 | 2001-02-01 | Asahi Optical Co Ltd | Electronic endoscope system |
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1990
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Legal Events
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