CN105573016A - 一种自动对焦窗口调整方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动对焦窗口调整方法及***。由感兴趣区域确定初始对焦窗口，对焦窗口边界上每一点由像高和像距计算得到其视场角，对焦过程中镜头位置改变时由新镜头位置获得新像距，用新像距和初始对焦窗口边界点的视场角计算获得新对焦窗口边界点的像高，形成新的对焦窗口，新对焦窗口边界超出图像接收面边界的部分用所在图像边界代替。本发明解决了数码相机自动对焦过程中放大率变化导致像漂移的问题，能够在未知物距的情况下快速地计算出放大率变化导致的像漂移量，进而调整对焦窗口，实现景物跟随。本方法不受图像模糊程度的影响，计算简单，稳健性好。

Description

一种自动对焦窗口调整方法及***

技术领域

本发明属于数码成像技术领域，涉及一种自动对焦窗口调整方法及***。

背景技术

在数码相机自动对焦过程中，通常由用户在取景窗内选择感兴趣的区域为对焦窗口，然后由相机对对焦窗口内的图像进行对焦评价，从而判断最佳准焦位置。然而，如图1所示，随着对焦过程中相机镜头的前后移动，成像放大率发生改变，导致用户输入的对焦窗口内景物的像发生漂移，从而产生对焦目标不一致、对焦不准确等问题。

传统的自动对焦窗口选择一般不考虑对焦过程中放大率变化所致像的漂移，在静景拍摄中，对焦窗口选定后不再变化。

目前可用于解决对焦窗口内景物的像发生漂移的现有技术之一是运动景物跟踪技术。这类技术首先基于计算机视觉检测出相邻两帧图像中相匹配的自然特征，然后计算出运动景物的位移，进而对对焦窗口做出相应调整，实现运动景物跟踪。这类技术的缺点是一方面计算复杂，另一方面对于模糊量大的图像其稳健性较差，难以实现特征匹配。

因此，现有技术缺少一种有针对性的、快速、稳健的解决方法。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种自动对焦窗口调整方法及***，解决了对焦过程中放大率变化导致目标景物的像漂移的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种放大率变化导致像漂移的自动对焦窗口调整方法，如图4所示包括以下步骤：

1)由感兴趣区域确定初始对焦窗口；

2)对于初始对焦窗口边界上每一点，由各点的像高和像距计算得到其视场角；

3)对焦过程中，镜头位置改变时采用以下方式对对焦窗口进行更新：由新的镜头位置获得新的像距，用新的像距和初始对焦窗口各个边界点的视场角分别计算获得新对焦窗口边界点的像高，连接这些边界点，形成新的对焦窗口，从而实现对漂移的物像的跟随。

所述镜头位置改变是指镜头沿光轴轴向的移动。对焦窗口边界随镜头位置变化，与图像内容本身无关。

若新的对焦窗口边界超出图像接收面的边界，新的对焦窗口边界超出图像接收面边界的部分用所在图像边界代替，即舍弃对焦窗口内超出图像边界部分。

所述的初始对焦窗口形状、大小、位置均根据用户选择变化。

所述步骤2)中任意边界点S₁的视场角θ采用以下公式计算：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{h_1}{d_1}\right)---\left(3\right)$

其中，h₁为边界点S₁的像高，d₁为第一帧图像时边界点的像距，即初始对焦窗口的像距。

所述步骤3)中新对焦窗口边界点S₂的像高h₂采用以下公式计算：

h₂＝d₂·tanθ(4)

其中，d₂为新的像距，θ为初始对焦窗口边界点S₁的视场角。

本发明方法针对的是数码相机自动对焦过程中放大率变化导致像漂移的问题。

二、一种放大率变化导致像漂移的自动对焦窗口调整***：

如图5所示，包括对焦评价模块、相机镜头、镜头驱动模块和搜索模块，还包括分别与对焦评价模块和镜头驱动模块连接的对焦窗口计算模块，用户输入的初始对焦窗口传输到对焦窗口计算模块，对焦窗口计算模块接收镜头驱动模块传输过来的像距数据，并结合初始对焦窗口中的像高处理获得新的对焦窗口，最后将新的对焦窗口输入到对焦评价模块中。

所述的镜头驱动模块为用于驱动镜头沿光轴前后移动的电机。

所述对焦评价模块根据对焦窗口计算模块传送来的新的对焦窗口进行对焦评价，将评价结果发送到搜索模块，由搜索模块确定镜头的位移量，控制镜头驱动模块移动镜头。

现有技术中对焦窗口变化的自动对焦方法流程如图3所示，本发明方法涉及其中对焦窗口的调整。如图1所示，现有的数码相机在对焦时，通过前后移动镜头使对焦目标在固定的图像接收面上成清晰像，这种对焦方式使得在未知物距的情况下无法计算由放大率导致的像漂移量。本发明方法主要针对图1所示镜头沿光轴方向移动变化的对焦模型，简化后获得如图2所示图像接收面移动的模型。本发明图2的简化对焦模型，其主要思路是将对焦模型中镜头的移动替换为图像接收面的移动，依据此模型可以快速的计算出像漂移量，从而对对焦窗口做出调整，实现景物跟随。

本发明的有益效果是：

本发明包括一种简化的对焦模型，基于此模型可以快速、稳健地计算出像漂移量，从而实现对焦窗口跟随目标景物调整。

本发明能够在未知物距的情况下求出像漂移量，进而调整对焦窗口，实现景物跟随。本发明方法跟图像内容本身无关，不受图像模糊程度的影响，具有计算简单，稳健性好等优点。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其他方面、特点和优点将被更清楚地理解，其中：

图1为相机镜头位置改变的对焦模型；

图2为本发明所使用的简化对焦模型；

图3为对焦窗口变化的自动对焦方法流程图；

图4为本发明方法对焦窗口调整流程图；

图5为本发明***模块连接关系图；

图6为本发明实施例当镜头位置连续地改变时的初始对焦窗口；

图7为本发明实施例当镜头位置连续地改变时状态之一的跟随性能图像；

图8为本发明实施例当镜头位置连续地改变时状态之二的跟随性能图像；

图9为本发明实施例当镜头位置连续地改变时状态之三的跟随性能图像；

图10为本发明实施例当镜头位置连续地改变时状态之四的跟随性能图像；

图11为本发明实施例当镜头位置连续地改变时状态之五的跟随性能图像；

图12为本发明实施例当目标景物接近图像边缘时的初始对焦窗口

图13为本发明实施例当目标景物漂移到图像之外时状态之一的跟随性能图像。

图14为本发明实施例当目标景物漂移到图像之外时状态之二的跟随性能图像。

图中：1、图像接收面，2、镜头。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应被解释为限于这里所阐述的实施例。上述不同的形式包括对不同的场景对焦，而不限于实施例中的场景。上述不同的形式还包括不同形状、大小、位置的初始对焦窗口，而不限于实施例中的初始对焦窗口。

本发明实施例如下：

以图6所示对焦窗口为例执行本发明示例性实施例的自动对焦窗口调整，其流程参照图3和图4，***框图参照图5。具体实施步骤为：

1)用户选取图6中感兴趣景物S，对焦窗口为矩形，包含图像第715行到第1100行,第960列到第1330列的像素,对焦窗口有顶点P₁(715,960)、P₂(715,1330)、P₃(1100,960)、P₄(1100,1330)。

2)对于矩形对焦窗口，只需要对其四个顶点进行计算即可得到新的对焦窗口。由公式1依次计算顶点P₁、P₂、P₃、P₄的视场角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄。具体地，d₁为获取图6时的像距50.0mm，即图像接收面1到镜头2的距离，h₁为顶点的像高,即顶点到图像中心的距离。

3)如图7，移动镜头获取下一帧图像，根据此时镜头位置计算新的像距d₂＝42.1mm。再由公式2，用步骤2)计算出的视场角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄依次计算出图6中对焦窗口顶点在图7中对应的像高，进而得出其位置，即P₁'(726,959)、P₂'(726,1387)、P₃'(1172,959)、P₄'(1172,1387)。以P₁'、P₂'、P₃'、P₄'为顶点，确定新的对焦窗口。新的对焦窗口随着S一起移动和放大，实现了景物跟随。由于本发明方法的窗口边界由像距和视场角计算得出，跟图像内容本身无关，所以不受图像模糊程度影响，具有稳健性。

图8示出了根据本发明示例性实施例当图像对焦连续地改变时状态之二的跟随性能。此状态像距为43.8mm,经本方法计算得出对焦窗口为第724行到1157行，第959列到第1375列。

图9示出了根据本发明示例性实施例当图像对焦连续地改变时状态之三的跟随性能。此状态像距为45.4mm,经本方法计算得出对焦窗口为第722行到1142行，第959列到第1363列。

图10示出了根据本发明示例性实施例当图像对焦连续地改变时状态之四的跟随性能。此状态像距为47.0mm,经本方法计算得出对焦窗口为第719行到1127行，第959列到第1352列。

图11示出了根据本发明示例性实施例当图像对焦连续地改变时状态之五的跟随性能。此状态像距为48.6mm,经本方法计算得出对焦窗口为第717行到1112行，第960列到第1340列。

从图7至图11可以看出，由于镜头位置在对焦过程中连续改变，图像散焦时，依据本发明方法可以稳健地跟随目标景物的像。

图12示出了根据本发明示例性实施例当目标景物接近图像边缘时的初始对焦窗口。此状态像距为50.0mm,初始对焦窗口为第660行到880行，第20列到第320列。

图13示出了根据本发明示例性实施例当目标景物漂移到图像之外时状态之一的跟随性能图像。此状态像距为45.7mm,经本方法步骤1)至3)计算得出对焦窗口为第661行到900行，第-62列到第264列。舍去超出图像边界部分后，得到对焦窗口为第661行到900行，第1列到第264列。

图14示出了根据本发明示例性实施例当目标景物漂移到图像之外时状态之一的跟随性能图像。此状态像距为42.1mm,经本方法步骤1)至3)计算得出对焦窗口为第662行到917行，第-129列到第218列。舍去超出图像边界部分后，得到对焦窗口为第662行到917行，第1列到第218列。

从图12至图14可以看到根据本发明示例性实施例的目标景物漂移到图像之外时的跟随性能，由于镜头位置在对焦过程中远离图像接收面，图像放大率增大，以目标景物漂移到图像之外时，依据本发明方法可以跟随目标景物剩余的像。可见本发明技术效果显著突出，可快速、稳健地计算出像漂移量，实现对焦窗口跟随目标景物调整。

Claims (9)

1.一种自动对焦窗口调整方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)由感兴趣区域确定初始对焦窗口；

2)对于初始对焦窗口边界上每一点，由各点的像高和像距计算得到其视场角；

3)对焦过程中，镜头(2)位置改变时采用以下方式对对焦窗口进行调整：由新的镜头位置获得新的像距，用新的像距和初始对焦窗口各个边界点的视场角分别计算获得新对焦窗口边界点的像高，连接获得的边界点，形成新的对焦窗口，从而实现对漂移的物像的跟随。

2.根据权利要求1所述的一种自动对焦窗口调整方法，其特征在于：所述镜头位置改变是指镜头沿光轴轴向的移动。

3.根据权利要求1所述的一种自动对焦窗口调整方法，其特征在于：若新的对焦窗口边界超出图像的边界，新的对焦窗口边界超出图像边界的部分用所在图像边界代替，即舍弃对焦窗口内超出图像边界部分。

4.根据权利要求1所述的一种自动对焦窗口调整方法，其特征在于：所述的初始对焦窗口形状、大小、位置均根据用户选择变化。

5.根据权利要求1所述的一种自动对焦窗口调整方法，其特征在于：所述步骤2)中任意边界点S₁的视场角θ采用以下公式计算：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{h_1}{d_1}\right)---\left(1\right)$

其中，h₁为边界点S₁的像高，d₁为第一帧图像的像距。

6.根据权利要求1所述的一种自动对焦窗口调整方法，其特征在于：所述步骤3)中新对焦窗口边界点S₂的像高h₂采用以下公式计算：

h₂＝d₂·tanθ(2)

其中，d₂为新的像距，θ为初始对焦窗口边界点S₁的视场角。

7.一种自动对焦窗口调整***，包括对焦评价模块、相机镜头、镜头驱动模块和搜索模块，其特征在于：

还包括分别与对焦评价模块和镜头驱动模块连接的对焦窗口计算模块，用户输入的初始对焦窗口传输到对焦窗口计算模块，对焦窗口计算模块接收镜头驱动模块传输过来的像距数据，并结合初始对焦窗口中的像高处理获得新的对焦窗口，最后将新的对焦窗口输入到对焦评价模块中。

8.根据权利要求7所述的一种自动对焦窗口调整***，其特征在于：所述的镜头驱动模块为用于驱动镜头沿光轴前后移动的电机。

9.根据权利要求7所述的一种自动对焦窗口调整***，其特征在于：所述对焦评价模块根据对焦窗口计算模块传送来的新的对焦窗口进行对焦评价，将评价结果发送到搜索模块，由搜索模块确定镜头的位移量，控制镜头驱动模块移动镜头。