CN102883103B - 一种自动对焦方法和摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动对焦方法和摄像装置。该自动对焦方法包括：在摄像装置内置模拟对焦***和数字对焦***；在摄像或拍照时采用模拟对焦***和数字对焦***中的至少一种进行对焦。本发明通过对摄像或拍照时的图像进行模拟滤波和数字滤波，能够巧妙地结合两种对焦***的优点，快速、准确地确定对焦目标，从而快速、准确的实现自动对焦。
Description
技术领域
本发明涉及摄像技术领域，具体而言涉及一种自动对焦方法和摄像装置。
背景技术
为了使镜头能够实现自动对焦，现有技术中一般采用摄像或拍照时的图像自身的信号所产生的一个清晰度评价值(Evaluation)作为自动对焦判断的依据，此清晰度评价值是根据图像的信号通过频滤波器(PassFilter)后产生的高低频分量计算而获得。在变焦镜头移动时，对应于各个对焦位置上的高低频分量值会构成一函数曲线，且此函数曲线上存在一相对最大峰值，对应此最大峰值的对焦位置即为摄像装置的焦点，此函数曲线即为清晰度评价函数曲线。
当今摄像装置的自动对焦方式有两种：模拟对焦和数字对焦。模拟对焦是通过对图像的信号进行高频模拟滤波，选取高频分量计算构建清晰度评价值函数。数字对焦是通过对图像的信号进行高频和低频数字滤波，选取高频分量和低频分量计算构建清晰度评价值函数。两者的不同之处就在于清晰度评价函数的不同。
然而，自然界有千姿百态的场景，在光线柔和的场景中，模拟对焦时图像信号过低，不能准确的选取高频分量计算构建清晰度评价值函数，进而不能准确的自动对焦。在低照度场景中，数字对焦时高频分量和低频分量的差值梯度很小，不能准确判断清晰度评价值函数的最大峰值，进而不能准确的自动对焦。
综上所述，在实际应用中，单一使用模拟对焦或数字对焦不能准确的完成自动对焦。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种自动对焦方法和摄像装置，以解决现有技术存在的单一使用模拟对焦或数字对焦不能准确、快速的完成自动对焦的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种自动对焦方法，包括以下步骤：在摄像装置内置模拟对焦***和数字对焦***；在摄像或拍照时采用模拟对焦***和数字对焦***中的至少一种进行对焦；其中，同时采用模拟对焦***和数字对焦***进行对焦时，对获取的图像进行数字滤波和模拟滤波，以分别获取对应的数字清晰度评价函数曲线的至少第一峰值以及模拟清晰度评价函数曲线的第二峰值，若判断第二峰值位于第一峰值所在的频段，则将频段作为对焦目标进行对焦。
其中，对图像进行模拟滤波，获取模拟清晰度评价函数曲线，判断模拟清晰度评价函数曲线的第二峰值是否位于第一峰值所在的频段的步骤进一步包括：若第二峰值不在第一峰值所在的频段，则重新选取第一峰值和第二峰值，直至第二峰值位于第一峰值所在的频段。
其中，对图像进行模拟滤波，获取模拟清晰度评价函数曲线，判断模拟清晰度评价函数曲线的第二峰值是否位于第一峰值所在的频段的步骤进一步包括：若直至选取结束第一峰值和第二峰值仍不在相同频段，则以第二峰值所在的频段作为对焦目标，进行对焦。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种摄像装置，包括：自动对焦镜头；图像获取模块，用于在摄像或拍照时获取图像；模拟对焦***和数字对焦***，用于根据获取的图像获取对焦频段，并发出对焦指令，其中数字对焦***具体用于对获取的图像进行数字滤波，获取数字清晰度评价函数曲线中的至少第一峰值，模拟对焦***具体用于对图像进行模拟滤波，获取模拟清晰度评价函数曲线中的第二峰值；判断模块，用于在同时采用模拟对焦***和数字对焦***进行对焦时，判断第二峰值是否位于第一峰值所在的频段，若是，则将频段作为对焦频段，并使模拟对焦***和数字对焦***发出对焦指令；驱动模块，用于接收对焦指令，并控制自动对焦镜头的移动进行对焦。
其中，若判断模块判定第二峰值不在第一峰值所在的频段，则使数字对焦***重新选取第一峰值，使模拟对焦***重新选取第二峰值，直至第二峰值位于第一峰值所在的频段。
其中，若直至选取结束判断模块判定第一峰值和第二峰值仍不在相同频段，则将第二峰值所在的频段作为对焦频段，并使模拟对焦***和数字对焦***发出对焦指令。
本发明的有益效果是：本发明通过对摄像或拍照时的图像进行模拟滤波和数字滤波，能够巧妙地结合两种对焦***的优点，快速、准确地确定对焦目标，从而快速、准确的实现自动对焦。
附图说明
图1是本发明自动对焦方法一实施方式的流程图；
图2是本发明自动对焦方法一实施方式中清晰度函数曲线实施方式的示意图；
图3是本发明摄像装置一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
图1是本发明自动对焦方法一实施方式的流程图。如图1所示，该自动对焦方法包括以下步骤：
步骤S101：在摄像装置内置模拟对焦***和数字对焦***；
其中，数字对焦***采用高频滤波器和低频滤波器，在摄像或拍照时，判断高频、低频的个数，取高频、低频数值的最高点，并且对焦时有两个对焦窗口，一个为全屏对焦窗口，另一个为在全屏对焦窗口的正中间较小的对焦窗口，此对焦窗口可通过软件设置大小，实现更精确的对焦。
模拟对焦***采用高频滤波器，在摄像或拍照时，过滤掉低频分量、取出高频分量，并且对焦时只有全屏的对焦窗口，只能整屏对焦。
步骤S102：在摄像或拍照时，采用模拟对焦***和数字对焦***中的至少一种进行对焦。
在步骤S102中，在使用摄像装置进行摄像或拍照时，通过自动对焦镜头等距离前进或后退(即连续调焦)，每移动一个步距，拍摄一幅图像的方式，获取清晰度各不相同的多帧图像，此时多帧图像的质量经历了从模糊到清晰再到模糊的过程。
对获取的多帧图像进行分析计算获得该图像的图像信号，对图像信号进行数字滤波，获取图形信号中的高频分量，结合算法计算得出高频分量对应的清晰度评价值，通过选取合适的清晰度评价函数，获得数字清晰度评价函数曲线。
另一方面，还可以对图像信号进行模拟滤波，获取图像信号中的高频分量和低频分量，结合算法计算得出高频分量和低频分量对应的清晰度评价值，通过选取合适的清晰度评价函数，获得模拟清晰度评价函数曲线。
由于图像的质量经历了从模糊到清晰再到模糊的过程，对于采用的清晰度评价函数应呈现从小到大再减小的变化规律。依据清晰度评价函数，获取数字清晰度评价函数曲线中的至少第一峰值以及模拟清晰度评价函数曲线的第二峰值。其中，根据调焦需要，可以选取多个第一峰值。
若第二峰值位于第一峰值所在的频段，即该频段的图像清晰度最大，将该频段作为对焦目标，进行对焦。
若第二峰值不在第一峰值所在的频段，则在数字清晰度评价函数曲线中重新选取第一峰值，在模拟清晰度评价函数曲线中重新选取第二峰值，直至所选取的第二峰值位于第一峰值所在的频段；若直至选取结束第一峰值和第二峰值仍不在相同频段，则以第二峰值所在的频段作为对焦目标，进行对焦。
具体而言，在拍照或摄像时，采取合适的清晰度评价函数，获得图像的数字清晰度函数曲线。图2是本发明自动对焦方法一实施方式中清晰度函数曲线实施方式的示意图，如图2所示，横向坐标轴x为图像序列，对应自动对焦镜头的位置，纵向坐标轴y为清晰度值，L1为数字清晰度评价函数曲线，L2为模拟清晰度评价函数曲线。由于图像的质量经历了从模糊到清晰再到模糊的过程，对于采用的清晰度评价函数应呈现从小到大再减小的变化规律。然而，由于调焦过程中不可避免的人为操作，数字清晰度函数曲线L1和模拟清晰度评价函数曲线L2并不是严格的平滑、单峰的曲线，其可能会具有多个假峰。
在调焦过程中，随着图像从模糊到清晰的阶段，数字清晰度评价函数曲线L1出现第一峰值a，此时自动对焦镜头的位置为x1，模拟清晰度评价函数曲线L2在x1位置上并没有出现峰值，即系所述第二峰值不在第一峰值所在的频段，此时则需在数字清晰度评价函数曲线中重新选取第一峰值，在模拟清晰度评价函数曲线中重新选取第二峰值。
在x2对应数字清晰度评价函数曲线L1上出现第一峰值b，模拟清晰度评价函数曲线L2在x2位置出现第二峰值c。则判定x2频段为对焦频段，进而控制自动对焦镜头的移动进行对焦，完成对焦。
本实施方式的自动对焦方法结合数字对焦和模拟对焦，在调焦过程中只需找到第二峰值位于第一峰值所在的频段，不需要获得全部的数字清晰度函数曲线和模拟清晰度函数曲线，计算量小，比单一使用数字对焦或模拟对焦所用时间少，并且对焦目标准确。
在本实施方式中，对于选取的合适的清晰度评价函数，优选其具有运算量小、能反应图像的整体特性，现有的清晰度评价函数有两种：空域的清晰度评价函数和频域的清晰度评价函数，基于空域的清晰度评价函数运算量相对较小，但抗噪性差。基于频域的清晰度评价函数利用图像的整体特性，对焦准确但计算量较大。本实施方式的清晰度评价函数优选TenenGrad函数(能量梯度函数)、方差函数、加窗梯度函数、熵函数以及平方梯度函数中的任一一种。
在本实施方式中，同时采用模拟对焦***和数字对焦***进行对焦，在本发明的其它实施方式中，也可以采用模拟对焦***和数字对焦***的任意一种对焦***进行对焦。
图3是本发明摄像装置一实施方式的结构示意图。如图3所示，摄像装置300为相机、监控摄像机或具有摄像镜头的手机，包括：自动对焦镜头310、图像获取模块320、模拟对焦***331、数字对焦***332、判断模块333以及驱动模块340。
在本实施方式中，图像获取模块320与自动对焦镜头310连接用于在摄像或拍照时获取图像。模拟对焦***331和数字对焦***332分别与图像获取模块320连接，用于获取对焦频段，并发出对焦指令。驱动模块340分别与模拟对焦***331和数字对焦***332连接，用于接收对焦指令并控制自动对焦镜头310的移动进行对焦。
其中，图像获取模块320与模拟对焦***331和数字对焦***332、判断模块333与模拟对焦***331和数字对焦***332、模拟对焦***331和数字对焦***332与驱动模块340之间可以为电连接，也可以为近场通信连接或其它能够实现信息传输交换的连接方式。
本实施方式的摄像装置300的工作原理为：在摄像或拍照时，摄像装置300通过图像获取模块320获取所要拍摄物体或景象的图像，并根据获取的图像分析获得该图像的图像信号并输出。模拟对焦***331和数字对焦***332分别接收该图像信号。模拟对焦***331和数字对焦***332根据该图像信号计算得出相应的清晰度评价函数，继而得出对焦频段。数字对焦***332对获取图像的图像信号进行数字滤波，获取数字清晰度评价函数曲线中的第一峰值，模拟对焦***331对获取图像的图像信号进行模拟滤波，获取模拟清晰度评价函数曲线中的第二峰值。判断模块333判断模拟清晰度评价函数曲线的第二峰值是否位于第一峰值所在的频段，若判断模块333判定第二峰值位于第一峰值所在的频段，模拟对焦***331和数字对焦***332将频段作为对焦频段，并发出对焦指令，若判断模块333判定第二峰值不在第一峰值所在的频段，则使数字对焦***332重新选取第一峰值、使模拟对焦***331重新选取第二峰值，直至判断模块333判断第二峰值位于第一峰值所在的频段，若直至选取结束判断模块333判定第一峰值和第二峰值仍不在相同频段，则将第二峰值所在的频段作为对焦频段，并使模拟对焦***331和数字对焦***332发出对焦指令。
模拟对焦***331和数字对焦***332依据判断模块333得出的对焦频段发出对焦指令，驱动模块340分别与模拟对焦***331和数字对焦***332连接，接收该对焦指令，并控制自动对焦镜头310的移动，完成对焦。
在本实施方式中，图像获取模块320、判断模块333以及驱动模块340可由摄像装置300内设置的硬件模块配合软件控制代码实现，具体而言，图像获取模块320可由摄像装置300内的写入有对应控制代码的光学传感芯片或其它图像传感器来实现，判断模块333可由摄像装置300内的写入有对应控制代码的处理芯片或其它微型计算设备来实现，驱动模块340可由摄像装置300内的写入有对应控制代码的步进电机或步进马达来实现。
由于本实施方式中，模拟对焦***331和数字对焦***332可为上述模拟对焦***和数字对焦***或现有摄像装置技术中所采用的对焦***，其具体结构和对焦方法可参考上述说明或相关现有技术中的记载，在此不再赘述。
综上所述，本发明通过对摄像或拍照时的图像进行模拟滤波和数字滤波，能够巧妙地结合两种对焦***的优点，快速、准确地确定对焦目标，从而快速、准确的实现自动对焦。
以上所述仅为本发明的实施方式，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效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种自动对焦方法，其特征在于，该自动对焦的方法包括：
在摄像装置内置模拟对焦***和数字对焦***；
在摄像或拍照时采用所述模拟对焦***和数字对焦***中的至少一种进行对焦；
其中，同时采用所述模拟对焦***和所述数字对焦***进行对焦时，对获取的图像进行数字滤波和模拟滤波，以分别获取对应的数字清晰度评价函数曲线的至少第一峰值以及模拟清晰度评价函数曲线的第二峰值，若判断所述第二峰值位于所述第一峰值所在的频段，则将所述频段作为对焦目标进行对焦。
2.根据权利要求1所述的自动对焦方法，其特征在于，所述对所述图像进行模拟滤波，获取模拟清晰度评价函数曲线，判断所述模拟清晰度评价函数曲线的第二峰值是否位于所述第一峰值所在的频段的步骤进一步包括：
若所述第二峰值不在所述第一峰值所在的频段，则重新选取所述第一峰值和第二峰值，直至所述第二峰值位于所述第一峰值所在的频段，并将所述频段作为对焦目标，进行对焦。
3.根据权利要求2所述的自动对焦方法，其特征在于，所述对所述图像进行模拟滤波，获取模拟清晰度评价函数曲线，判断所述模拟清晰度评价函数曲线的第二峰值是否位于所述第一峰值所在的频段的步骤进一步包括：
若直至选取结束第一峰值和第二峰值仍不在相同频段，则以所述第二峰值所在的频段作为对焦目标，进行对焦。
4.一种摄像装置，其特征在于，该摄像装置包括：
自动对焦镜头；
图像获取模块，用于在摄像或拍照时获取图像；
模拟对焦***和数字对焦***，用于根据所述获取的图像获取对焦频段，并发出对焦指令，其中所述数字对焦***具体用于对所述获取的图像进行数字滤波，获取数字清晰度评价函数曲线中的至少第一峰值，所述模拟对焦***具体用于对所述图像进行模拟滤波，获取模拟清晰度评价函数曲线中的第二峰值；
判断模块，用于在同时采用所述模拟对焦***和所述数字对焦***进行对焦时，判断所述第二峰值是否位于所述第一峰值所在的频段，若是，则将所述频段作为对焦频段，并使所述模拟对焦***和所述数字对焦***发出所述对焦指令；
驱动模块，用于接收所述对焦指令，并控制所述自动对焦镜头的移动进行对焦。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其特征在于，若所述判断模块判定所述第二峰值不在所述第一峰值所在的频段，则使所述数字对焦***重新选取所述第一峰值，使所述模拟对焦***重新选取第二峰值，直至所述第二峰值位于所述第一峰值所在的频段。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，若直至选取结束所述判断模块判定所述第一峰值和第二峰值仍不在相同频段，则将所述第二峰值所在的频段作为对焦频段，并使所述模拟对焦***和数字对焦***发出对焦指令。
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