CN105959577B - 一种摄像机的聚焦方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摄像机领域，具体涉及一种摄像机的聚焦方法及装置。其中，方法包括：在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置，其中，第一移动位置为聚焦镜片组从聚焦镜片组的当前位置移动后的位置，第二移动位置为变焦镜片组从变焦镜片组的当前位置移动后的位置；将聚焦镜片组移动到第一移动位置，并将变焦镜片组移动到第二移动位置，其中，聚焦镜片组移动到第一移动位置以及变焦镜片组移动到第二移动位置时摄像机的焦距与移动前的焦距相同。通过本发明，使得摄像机的焦距在移动前后不发生变化，保证拍摄的目标的成像大小不变，在不增加摄像机的硬件模块的情况下消除了呼吸效应，降低了成本。

Description

一种摄像机的聚焦方法及装置

技术领域

本发明涉及摄像机领域，具体涉及一种摄像机的聚焦方法及装置。

背景技术

多数摄像机具有变焦和聚焦的能力，如数码DV、监控相机。变焦指通过移动镜头组中的变焦镜片组的位置或者结构实现镜头整体有效焦距EFL的改变，从而使固定距离目标物在成像面上的像放大或者缩小。聚焦通过移动聚焦镜片组的位置或者改变聚焦镜片组的结构从而调整镜头主平面和成像面(通常是CCD、CMOS或者胶片)的距离。从而使成像面上的像达到最清晰，满足采样定理或者达到该镜头在该焦距和环境下的成像分辨能力极限。

目前多数摄像机都具有变焦和自动聚焦功能。自动聚焦是指根据获取到的帧图像的统计信息或者相位差信息，驱动聚焦(focus)电机移动镜头中的聚焦镜片组使拍摄目标物成像达到最清晰。自动聚焦可以分为主动式和被动式两种类型，其中，主动式自动聚焦***通过发出红外线、超声波或其他光波声波测距计算被摄物到镜头的距离，然后根据镜头属性计算该距离对应的聚焦镜片组的位置，驱动聚焦镜片组运动到该位置。被动式自动聚焦通过计算获取到图像的清晰度信息来驱动聚焦电机聚焦。

在理想情况下，镜头的变焦(改变焦距EFL)和聚焦(调整调焦模块使目标成像清晰)是两个独立的过程。然而，实际上聚焦的时候，镜头的焦距也会发生一定程度的变化。由于对固定目标成像的大小和镜头焦距成正比，在输出图像上的体现是拍摄目标的像大小发生了变化，同时视场大小也发生了变化，这种现象被称为“呼吸效应”。

目前，现有技术中通常是通过镜头设计来减小或者消除“呼吸效应”，这种方式会增加镜头的复杂程度，因而增加了镜头的成本，例如专利文献CN102707417A、CN101203789A和US8503102等公开的。专利文献US20140313374A1提供了一种补偿呼吸效应的方法和视频获取装置，其主要是通过获取到的镜头在聚焦时由于聚焦模块变化导致摄像机放大倍数的变化，用图像处理的方法缩小或者放大获取到的图像对摄像机放大倍数的变化进行补偿，从而实现在聚焦过程中输出图像的放大倍数不变，消除了呼吸效应。然而，该方案需要在摄像机上增加一个数字图像处理模块，用于对输出的图像进行缩小或放大，增加了硬件成本，且数字图像缩小或者放大会导致图像分辨率的损失。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于由于需要增加硬件模块来减小或者消除呼吸效应导致摄像机成本高，从而提供一种摄像机的聚焦方法及装置。

本发明的一方面，提供了一种摄像机的聚焦方法，包括：在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置，其中，所述第一移动位置为所述聚焦镜片组从所述聚焦镜片组的当前位置移动后的位置，所述第二移动位置为所述变焦镜片组从所述变焦镜片组的当前位置移动后的位置；将所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置，并将所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置，其中，所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置以及所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置时摄像机的焦距与移动前的焦距相同。

进一步地，在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置包括：确定聚焦调节后的物距；根据当前焦距和所述聚焦调节后的物距计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置。

进一步地，根据所述当前焦距和所述聚焦调节后的物距计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置包括：利用所述当前焦距和所述聚焦调节后的物距从预先建立的镜头信息表上查表计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置，其中，所述镜头信息表中记录了在清晰聚焦的情况下所述变焦镜片组在位置z_i并且物距为d_j时对应的所述聚焦镜片组的位置f_ij和焦距EFL_ij，其中，i取1至n，j取1至m，其中，n和m均为大于1的整数。

进一步地，在将所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置，并将所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置之后，所述方法还包括：计算所述聚焦镜片组在所述第一移动位置以及所述变焦镜片组在所述第二移动位置时的聚焦值，其中，所述聚焦值用于拍摄的图像的清晰度；判断是否找到聚焦值的峰值；如果没有找到所述峰值，则将所述第一移动位置作为所述聚焦镜片组的当前位置，将所述第二移动位置作为所述变焦镜片组的当前位置，将所述聚焦调节后的物距作为当前物距，返回执行确定聚焦调节后的物距的步骤以重新确定聚焦调节后的物距；如果找到所述峰值，则确定出所述峰值对应的所述聚焦镜片组和所述变焦镜片组的位置，将所述聚焦镜片组移动到所述峰值对应的所述聚焦镜片组的位置以及将所述变焦镜片组移动到所述峰值对应的所述变焦镜片组的位置。

进一步地，确定聚焦调节后的物距包括：获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距；利用自动聚焦算法计算出所述聚焦镜片组在聚焦移动后的估计位置；根据所述估计位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到所述聚焦调节后的物距。

进一步地，在确定聚焦调节后的物距之前，所述方法还包括：获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距；计算出最小物距或者最大物距与所述当前焦距对应的所述变焦镜片组的位置和所述聚焦镜片组的位置；其中，确定聚焦调节后的物距包括：由以下公式计算得到所述聚焦调节后的物距：

d₂＝d₁+Δ_d

其中，d₂表示所述聚焦调节后的物距，d₁表示所述当前物距，d₁的初始值为所述最小物距或者所述最大物距，Δ_d表示物距调节量。

进一步地，在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置包括：获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距和当前物距；根据用户输入的聚焦命令计算聚焦调节后的物距；根据所述聚焦调节后的物距和所述当前焦距计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置。

本发明的另一方面提供了一种摄像机的聚焦装置，包括：第一计算单元，用于在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置，其中，所述第一移动位置为所述聚焦镜片组从所述聚焦镜片组的当前位置移动后的位置，所述第二移动位置为所述变焦镜片组从所述变焦镜片组的当前位置移动后的位置；移动单元，用于将所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置，并将所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置，其中，所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置以及所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置时摄像机的焦距与移动前的焦距相同。

进一步地，所述计算单元包括：确定模块，用于确定聚焦调节后的物距；第一计算模块，用于根据当前焦距和所述聚焦调节后的物距计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置。

进一步地，所述计算模块用于利用所述当前焦距和所述聚焦调节后的物距从预先建立的镜头信息表上查表计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置，其中，所述镜头信息表中记录了在清晰聚焦的情况下所述变焦镜片组在位置z_i并且物距为d_j时对应的所述聚焦镜片组的位置f_ij和焦距EFL_ij，其中，i取1至n，j取1至m，其中，n和m均为大于1的整数。

进一步地，所述装置还包括：第二计算单元，用于在将所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置，并将所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置之后，计算所述聚焦镜片组在所述第一移动位置以及所述变焦镜片组在所述第二移动位置时的聚焦值，其中，所述聚焦值用于拍摄的图像的清晰度；判断单元，用于判断是否找到聚焦值的峰值；返回单元，用于如果没有找到所述峰值，则将所述第一移动位置作为所述聚焦镜片组的当前位置，将所述第二移动位置作为所述变焦镜片组的当前位置，将所述聚焦调节后的物距作为当前物距，返回执行确定聚焦调节后的物距的步骤以重新确定聚焦调节后的物距；其中，所述移动单元还用于如果找到所述峰值，则确定出所述峰值对应的所述聚焦镜片组和所述变焦镜片组的位置，将所述聚焦镜片组移动到所述峰值对应的所述聚焦镜片组的位置以及将所述变焦镜片组移动到所述峰值对应的所述变焦镜片组的位置。

进一步地，所述确定模块包括：第一获取子模块，获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；第一计算子模块，用于根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距；第二计算子模块，用于利用自动聚焦算法计算出所述聚焦镜片组在聚焦移动后的估计位置；第三计算子模块，用于根据所述估计位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到所述聚焦调节后的物距。

进一步地，所述装置还包括：第二获取子模块，用于在确定聚焦调节后的物距之前，获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；第四计算子模块，用于根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距；第五计算子模块，用于计算出最小物距或者最大物距与所述当前焦距对应的所述变焦镜片组的位置和所述聚焦镜片组的位置；其中，所述确定模块包括：确定子模块，用于由以下公式计算得到所述聚焦调节后的物距：

d₂＝d₁+Δ_d

其中，d₂表示所述聚焦调节后的物距，d₁表示所述当前物距，d₁的初始值为所述最小物距或者所述最大物距，Δ_d表示物距调节量。

进一步地，所述第一计算单元包括：获取模块，用于获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；第二计算模块，用于根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距和当前物距；第三计算模块，用于根据用户输入的聚焦命令计算聚焦调节后的物距；第四计算模块，用于根据所述聚焦调节后的物距和所述当前焦距计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置。

根据本发明实施例，通过在计算得到聚焦镜片组的移动后的位置时，计算变焦镜片组的移动后的位置，然后将聚焦镜片组和变焦镜片组移动到相应的位置，也即是通过移动变焦镜片组的位置来补偿移动聚焦镜片组时带来的焦距变化，使得摄像机的焦距在移动前后不发生变化，保证拍摄的目标的成像大小不变，在不增加摄像机的硬件模块的情况下消除了呼吸效应，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中摄像机的聚焦方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例1中摄像机的聚焦方法的另一个具体示例的流程图；

图3为本发明实施例1中摄像机的聚焦方法的又一个具体示例的流程图；

图4为本发明实施例1中爬山法搜索的曲线图；

图5为本发明实施例1中摄像机的聚焦方法的又一个具体示例的流程图；

图6为本发明实施例1中全局搜索的曲线图；

图7为本发明实施例2中摄像机的聚焦装置的一个具体示例的原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种摄像机的聚焦方法，该方法可以用于具有电机驱动变焦和聚焦的摄像机，该摄像机包括变焦镜片组(zoom)和聚焦镜片组(focus)、驱动变焦镜片组和聚焦镜片组的电机、图像传感器CMOS/CCD、储存模块(在聚焦过程中记录聚焦相关参数)、插值计算模块以及图像清晰度计算模块，图像清晰度计算模块可以对每帧图像计算出一个聚焦值(Focus Value，简称为FV)，FV越大说明清晰度越高，FV的最大值对应的focus位置既是清晰聚焦的位置。

如图1所示，聚焦方法包括：

步骤S101，在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置。其中，第一移动位置为聚焦镜片组从聚焦镜片组的当前位置移动后的位置，第二移动位置为变焦镜片组从变焦镜片组的当前位置移动后的位置。

在进行聚焦时，需要对聚焦镜片组的位置进行调节，从而实现成像画面的清晰度的调节，因此，在调节过程中需要计算聚焦镜片组的移动后的位置即第一移动位置。然后在如果仅仅移动聚焦镜片组以实现聚焦功能时，通常会使得镜头的焦距也发生改变，对此，本实施例中，在计算聚焦镜片组的第一移动位置的同时，还计算变焦镜片组移动后的位置即第二移动位置，保证聚焦镜片组和变焦镜片组在移动前后，摄像机的焦距不发生变化。

步骤S102，将聚焦镜片组移动到第一移动位置，并将变焦镜片组移动到第二移动位置。其中，聚焦镜片组移动到第一移动位置以及变焦镜片组移动到第二移动位置时摄像机的焦距与移动前的焦距相同。

在计算出第一移动位置和第二移动位置之后，通过驱动聚焦电机将聚焦镜片组移动到第一移动位置，驱动变焦电机将变焦镜片组移动到第二移动位置。

根据本发明实施例，通过在计算得到聚焦镜片组的移动后的位置时，计算变焦镜片组的移动后的位置，然后将聚焦镜片组和变焦镜片组移动到相应的位置，也即是通过移动变焦镜片组的位置来补偿移动聚焦镜片组时带来的焦距变化，使得摄像机的焦距在移动前后不发生变化，保证拍摄的目标的成像大小不变，在不增加摄像机的硬件模块的情况下消除了呼吸效应，降低了成本。

优选地，在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置包括：确定聚焦调节后的物距；根据当前焦距和聚焦调节后的物距计算得到第一移动位置和第二移动位置。

由于聚焦过程是一个逐步搜索调节的过程，在每次调节过程中物距也会发生变化，本实施例中，每次调节先确定聚焦调节后的物距，然后利用该物距和当前焦距计算第一移动位置和第二移动位置。当前焦距为即为聚焦前焦距，在调节的过程中，该焦距不发生变化。

对于任意一个确定的物距d，其对应的z-EFL曲线是单调的，其中，z表示变焦镜片组的位置，EFL表示焦距；对于任意一个确定的z，其d-f曲线是单调的，其中，f表示聚焦镜片组的位置。根据以上性质，每个已知的z和d都可以查找出唯一确定的f和EFL值，可以根据z、f计算唯一对应的物距d，(由于某些镜头固定物距下f-z曲线不单调，所以不可以根据f和d计算z)。可以根据已知的z、d值计算唯一对应的焦距EFL，可以根据d、EFL计算唯一对应的z，可以根据d、EFL计算出唯一确定的f位置和EFL。基于上述原理，可以利用该物距和当前焦距计算第一移动位置和第二移动位置。

进一步地，根据当前焦距和聚焦调节后的物距计算得到第一移动位置和第二移动位置包括：利用当前焦距和聚焦调节后的物距从预先建立的镜头信息表上查表计算得到第一移动位置和第二移动位置，其中，镜头信息表中记录了在清晰聚焦的情况下变焦镜片组在位置z_i并且物距为d_j时对应的聚焦镜片组的位置f_ij和焦距EFL_ij，其中，i取1至n，j取1至m，其中，n和m均为大于1的整数。

镜头信息表如表1所示：

表1

该表中包括z、d、f、EFL四个信息，依次表示变焦镜片组的位置、物距、聚焦镜片组的位置、焦距，表中z₁、z₂、z₃到z_n表示n个变焦镜片组的位置，以单调递增或者递减的方式排列，n为正整数；d₁、d₂、d₃到d_m表示物距，以单调递增或者递减的方式排列，m是物距d的采样个数，为正整数。表中的每个单元有两个独立的数值，分别表示在其对应的z和物距d下的f和焦距EFL。

该镜头信息表可以通过光学模型仿真计算或者测量获取。对于一款镜头可认为该表内容确定，不随时间或场景的改变而变化。根据已知值查表计算其他值的方法是用表中的数据插值，包括邻域插值、线性插值与非线性插值等所有现有的插值方法。通过预先建立的镜头信息表可以快速地计算出所要的数据，提高计算效率。

作为一种可选的实施方式，如图2所示，在将聚焦镜片组移动到第一移动位置，并将变焦镜片组移动到第二移动位置之后，方法还包括：计算聚焦镜片组在第一移动位置以及变焦镜片组在第二移动位置时的聚焦值，其中，聚焦值用于拍摄的图像的清晰度；判断是否找到聚焦值的峰值；如果没有找到峰值，则将第一移动位置作为聚焦镜片组的当前位置，将第二移动位置作为变焦镜片组的当前位置，将聚焦调节后的物距作为当前物距，返回执行确定聚焦调节后的物距的步骤以重新确定聚焦调节后的物距；如果找到峰值，则确定出峰值对应的聚焦镜片组和变焦镜片组的位置，将聚焦镜片组移动到峰值对应的聚焦镜片组的位置以及将变焦镜片组移动到峰值对应的变焦镜片组的位置。

具体地，如图2所示，聚焦方法包括：

步骤S201，确定聚焦调节后的物距。

步骤S202，根据当前焦距和聚焦调节后的物距计算得到第一移动位置和第二移动位置。

步骤S203，将聚焦镜片组移动到第一移动位置，并将变焦镜片组移动到第二移动位置。

步骤S201至S203见上面实施例中的描述，这里不做赘述。

步骤S204，计算聚焦镜片组在第一移动位置以及变焦镜片组在第二移动位置时的聚焦值。

聚焦值(focus value，简称为FV)可以是指拍摄的图像的清晰度值，其值越大表明图像越清晰。本实施例中，每移动调节一次，计算并获取相应的聚焦值，并记录下来，以便于进行峰值判断。

步骤S205，判断是否找到聚焦值的峰值。如果没有找到峰值，则执行步骤S206，反之，则执行步骤S207。在每次计算得到聚焦值之后，进行峰值查询，判断是否能够找到峰值，以便于后续处理。其中，峰值表示图像最清晰的位置，即聚焦所要调节的最终位置。

步骤S206，将第一移动位置作为聚焦镜片组的当前位置，将第二移动位置作为变焦镜片组的当前位置，将聚焦调节后的物距作为当前物距，返回执行步骤S201以重新确定聚焦调节后的物距。当没有找到峰值时，需要再次进行调节，因此，返回执行步骤S201。

步骤S207，确定出峰值对应的聚焦镜片组和变焦镜片组的位置。

步骤S208，将聚焦镜片组移动到峰值对应的聚焦镜片组的位置以及将变焦镜片组移动到峰值对应的变焦镜片组的位置，自动聚焦结束。当找到峰值时，确定出峰值时各镜片组的位置，然后将镜片组移动到该位置，从而实现自动聚焦。

优选地，如图3所示，步骤S201包括：

步骤S2011，获取聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置。

步骤S2012，根据聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距。还可以计算出当前聚焦的物距。

步骤S2013，利用自动聚焦算法计算出聚焦镜片组在聚焦移动后的估计位置。自动聚焦算法包括现有支持自动聚焦镜头的所有现有自动聚焦算法，包括爬山法、全局搜索法等。

步骤S2014，根据估计位置和变焦镜片组的当前位置计算得到聚焦调节后的物距。

优选地，以采用爬山法为例，先获取当前的变焦镜片组的位置z1和当前的聚焦镜片组de位置f1，根据z1和f1计算出当前状态对应的清晰聚焦的物距d1和当前焦距EFL。

然后使用爬山聚焦算法，给出下一步的聚焦镜片组的估计位置f2’，如图4所示。首先查看储存器中记录的FV值即聚焦值个数，如果个数小于一个阈值，达不到判断标准，则维持搜索方向不变；如果个数大于阈值，判断最近数个FV值的趋势，如果FV值呈下降趋势且满足一定条件，则将搜索方向反向；如果在当前方向走到搜索范围的尽头，则将搜索方向反向.根据搜索方向确定下一步聚焦镜片组的估计位置f2’。

接着根据当前变焦镜片组的位置z1和聚焦镜片组的估计位置f2’计算出其对应的下一个物距d2。根据物距d2和当前焦距EFL计算出对应的下一个变焦镜片组的位置z2和聚焦镜片组的位置f2。

然后驱动变焦镜片组和聚焦镜片组分别移动到位置z2和位置f2，并记录当前的变焦镜片组和聚焦镜片组的位置组合及在其位置上获取到的FV值。判断记录的数个FV值中是否有峰值，如果有峰值则取出FV峰值位置对应的变焦镜片组和聚焦镜片组的位置组合z和f。如果没有峰值则分别将z2、f2和d2依次设为当前的变焦镜片组的位置z1、聚焦镜片组的位置f1和物距d1，返回使用爬山聚焦算法，给出下一步的聚焦镜片组的估计位置f2’，重新进行下一轮的计算。

如果找出峰值，则驱动变焦镜片组和聚焦镜片组分别移动到位置z和位置f，过程中需保持焦距EFL不变，结束自动聚焦。

可选地，如图5所示，在确定聚焦调节后的物距之前，方法还包括：

步骤S501，获取聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置。

步骤S502，根据聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距。

步骤S503，计算出最小物距或者最大物距与当前焦距对应的变焦镜片组的位置和聚焦镜片组的位置。

步骤S201包括：步骤S2011，由以下公式计算得到聚焦调节后的物距：

d₂＝d₁+Δ_d

其中，d₂表示聚焦调节后的物距，d₁表示当前物距，d₁的初始值为最小物距或者最大物距，Δ_d表示物距调节量。当从最小物距开始搜索时，Δ_d为正值，反之，但从最大物距开始搜索时，Δ_d为负值。Δ_d可以是固定值，也可以是物距d₁的函数，该函数可以随d₁的增大而增大。

本实施例采用全局搜索法。对于短焦距镜头，焦距EFL小于10毫米左右，在用于监控、视频会议以及日常生活拍摄等场景下，其聚焦搜索范围非常小，此时使用全局搜索FV峰值的方法，可以保持快速完成聚焦搜索。现有的全局搜索扫描整个聚焦搜索范围的focus-FV曲线，然后找到FV的峰值，驱动聚焦镜片组走到该位置。本实施例则将物距d作为搜索变量，如图6所示，在搜索过程中固定焦距EFL不变，驱动聚焦镜片组扫描整个物距范围，同时在扫描过程中移动变焦镜片组作补偿。得到整个物距范围的d-FV曲线，找到FV的峰值时对应的聚焦镜片组和变焦镜片组的位置，驱动聚焦镜片组和变焦镜片组走到该位置。

具体地，先获取当前的变焦镜片组的位置z1和当前的聚焦镜片组de位置f1，根据z1和f1计算出当前状态对应的清晰聚焦的物距d1和当前焦距EFL。

然后从最小物距d_min(如果按照物距从大到小的搜索方向则是从最大物距d_max，d_min从应用需要的最小物距开始，大于镜头支持的最小物距；d_max是实际使用的最大物距，可以用一个较远的距离近似代替无穷远，如100米、200米)开始，计算出焦距EFL和最小物距d_min对应的聚焦镜片组和变焦镜片组的位置，驱动聚焦镜片组和变焦镜片组走到该位置，在走的过程在镜头信息表中查找一条调整聚焦镜片组和变焦镜片组的路径以保持EFL不变。

接着设置下一个物距d₂，d₂＝d₁+Δ_d，d₁的初始值为最小物距d_min或者最大物距d_max，Δ_d是物距的调节量，可以是固定值，也可以是物距d₁的函数，一般随d₁的增大而增大。根据物距d₂和当前焦距EFL计算出对应的下一步聚焦镜片组的位置z₂和变焦镜片组的位置f₂。分别驱动聚焦镜片组和变焦镜片组移动到位置z₂和位置f₂，并记录当前位置的聚焦镜片组和变焦镜片组的位置组合及在其位置上获取到的FV值。

然后判断是否走完整个物距搜索范围(如果按照物距从小到大搜索则需走到d_max，如果按照从大到小搜索则是走到d_min)，如果走完搜索范围则取出FV峰值位置对应的聚焦镜片组和变焦镜片组的位置组合z和f。如果没有走完整个物距范围则分别将z2、f2和d2依次设为当前的变焦镜片组的位置z1、聚焦镜片组的位置f1和物距d1，并返回重新搜索下一个物距。

如果找出峰值，则驱动变焦镜片组和聚焦镜片组分别移动到位置z和位置f，过程中需保持焦距EFL不变，结束自动聚焦。整个聚焦搜索过程中焦距EFL保持不变。

可选地，本发明实施例的聚焦方法还可以用于手动聚焦，其中，在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置包括：获取聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置；根据聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距和当前物距；根据用户输入的聚焦命令计算聚焦调节后的物距；根据聚焦调节后的物距和当前焦距计算得到第一移动位置和第二移动位置。

手动聚焦与自动聚焦的区别主要在于调节后的物距的确定方式，在手动聚焦的过程中，调节后的物距是由用户输入的聚焦命令得到的，而自动聚焦则是利用自动聚焦算法计算出的。在手动聚焦的过程中，用户操作聚远或者聚近时，首先计算出当前的焦距EFL，以及当前变焦镜片组和聚焦镜片的位置对应的物距d₁，根据用户输入的命令计算出下一个物距d₂，保持焦距不变，从镜头信息表中查找出对应的下一个变焦镜片组和聚焦镜片的位置，然后驱动变焦镜片组和聚焦镜片分别移动到相应的位置。

根据本发明上述实施例的描述可以看出，本发明可以达到如下技术效果：

1、对于现有的支持聚焦和变焦的摄像机，不增加或者修改任何硬件，无需图像处理模块，通过聚焦过程补偿焦距变化，即可实现固定焦距不变的情况下进行聚焦搜索，从而消除“呼吸效应”。

2.由于无数字缩放，输出图像无分辨率损失。

实施例2

本施例提供一种摄像机的聚焦装置，如图7所示，该装置包括：第一计算单元10和移动单元20。

第一计算单元10用于在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置，其中，第一移动位置为聚焦镜片组从聚焦镜片组的当前位置移动后的位置，第二移动位置为变焦镜片组从变焦镜片组的当前位置移动后的位置。

在进行聚焦时，需要对聚焦镜片组的位置进行调节，从而实现成像画面的清晰度的调节，因此，在调节过程中需要计算聚焦镜片组的移动后的位置即第一移动位置。然后在如果仅仅移动聚焦镜片组以实现聚焦功能时，通常会使得镜头的焦距也发生改变，对此，本实施例中，在计算聚焦镜片组的第一移动位置的同时，还计算变焦镜片组移动后的位置即第二移动位置，保证聚焦镜片组和变焦镜片组在移动前后，摄像机的焦距不发生变化。

移动单元20用于将聚焦镜片组移动到第一移动位置，并将变焦镜片组移动到第二移动位置，其中，聚焦镜片组移动到第一移动位置以及变焦镜片组移动到第二移动位置时摄像机的焦距与移动前的焦距相同。

在计算出第一移动位置和第二移动位置之后，通过驱动聚焦电机将聚焦镜片组移动到第一移动位置，驱动变焦电机将变焦镜片组移动到第二移动位置。

根据本发明实施例，通过在计算得到聚焦镜片组的移动后的位置时，计算变焦镜片组的移动后的位置，然后将聚焦镜片组和变焦镜片组移动到相应的位置，也即是通过移动变焦镜片组的位置来补偿移动聚焦镜片组时带来的焦距变化，使得摄像机的焦距在移动前后不发生变化，保证拍摄的目标的成像大小不变，在不增加摄像机的硬件模块的情况下消除了呼吸效应，降低了成本。

优选地，计算单元包括：确定模块，用于确定聚焦调节后的物距；第一计算模块，用于根据当前焦距和聚焦调节后的物距计算得到第一移动位置和第二移动位置。

由于聚焦过程是一个逐步搜索调节的过程，在每次调节过程中物距也会发生变化，本实施例中，每次调节先确定聚焦调节后的物距，然后利用该物距和当前焦距计算第一移动位置和第二移动位置。当前焦距为即为聚焦前焦距，在调节的过程中，该焦距不发生变化。

对于任意一个确定的物距d，其对应的z-EFL曲线是单调的，其中，z表示变焦镜片组的位置，EFL表示焦距；对于任意一个确定的z，其d-f曲线是单调的，其中，f表示聚焦镜片组的位置。根据以上性质，每个已知的z和d都可以查找出唯一确定的f和EFL值，可以根据z、f计算唯一对应的物距d，(由于某些镜头固定物距下f-z曲线不单调，所以不可以根据f和d计算z)。可以根据已知的z、d值计算唯一对应的焦距EFL，可以根据d、EFL计算唯一对应的z，可以根据d、EFL计算出唯一确定的f位置和EFL。基于上述原理，可以利用该物距和当前焦距计算第一移动位置和第二移动位置。

进一步地，计算模块用于利用当前焦距和聚焦调节后的物距从预先建立的镜头信息表上查表计算得到第一移动位置和第二移动位置，其中，镜头信息表中记录了在清晰聚焦的情况下变焦镜片组在位置z_i并且物距为d_j时对应的聚焦镜片组的位置f_ij和焦距EFL_ij，其中，i取1至n，j取1至m，其中，n和m均为大于1的整数。

该镜头信息表可以通过光学模型仿真计算或者测量获取。对于一款镜头可认为该表内容确定，不随时间或场景的改变而变化。根据已知值查表计算其他值的方法是用表中的数据插值，包括邻域插值、线性插值与非线性插值等所有现有的插值方法。通过预先建立的镜头信息表可以快速地计算出所要的数据，提高计算效率。

作为一种可选的实施方式，装置还包括：

第二计算单元，用于在将聚焦镜片组移动到第一移动位置，并将变焦镜片组移动到第二移动位置之后，计算聚焦镜片组在第一移动位置以及变焦镜片组在第二移动位置时的聚焦值，其中，聚焦值用于拍摄的图像的清晰度。聚焦值(focus value，简称为FV)可以是指拍摄的图像的清晰度值，其值越大表明图像越清晰。本实施例中，每移动调节一次，计算并获取相应的聚焦值，并记录下来，以便于进行峰值判断。

判断单元，用于判断是否找到聚焦值的峰值；

返回单元，用于如果没有找到峰值，则将第一移动位置作为聚焦镜片组的当前位置，将第二移动位置作为变焦镜片组的当前位置，将聚焦调节后的物距作为当前物距，返回执行确定聚焦调节后的物距的步骤以重新确定聚焦调节后的物距。在每次计算得到聚焦值之后，进行峰值查询，判断是否能够找到峰值，以便于后续处理。其中，峰值表示图像最清晰的位置，即聚焦所要调节的最终位置。

移动单元还用于如果找到峰值，则确定出峰值对应的聚焦镜片组和变焦镜片组的位置，将聚焦镜片组移动到峰值对应的聚焦镜片组的位置以及将变焦镜片组移动到峰值对应的变焦镜片组的位置。当找到峰值时，确定出峰值时各镜片组的位置，然后将镜片组移动到该位置，从而实现自动聚焦。

优选地，确定模块包括：

第一获取子模块，获取聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置；

第一计算子模块，用于根据聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距；还可以用于计算出当前聚焦的物距。

第二计算子模块，用于利用自动聚焦算法计算出聚焦镜片组在聚焦移动后的估计位置；自动聚焦算法包括现有支持自动聚焦镜头的所有现有自动聚焦算法，包括爬山法、全局搜索法等。

第三计算子模块，用于根据估计位置和变焦镜片组的当前位置计算得到聚焦调节后的物距。

可选地，装置还包括：

第二获取子模块，用于在确定聚焦调节后的物距之前，获取聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置；

第四计算子模块，用于根据聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距；

第五计算子模块，用于计算出最小物距或者最大物距与当前焦距对应的变焦镜片组的位置和聚焦镜片组的位置；

其中，确定模块包括：确定子模块，用于由以下公式计算得到聚焦调节后的物距：

d₂＝d₁+Δ_d

其中，d₂表示聚焦调节后的物距，d₁表示当前物距，d₁的初始值为最小物距或者最大物距，Δ_d表示物距调节量。当从最小物距开始搜索时，Δ_d为正值，反之，但从最大物距开始搜索时，Δ_d为负值。Δ_d可以是固定值，也可以是物距d₁的函数，该函数可以随d₁的增大而增大。

本实施例采用全局搜索法。对于短焦距镜头，焦距EFL小于10毫米左右，在用于监控、视频会议以及日常生活拍摄等场景下，其聚焦搜索范围非常小，此时使用全局搜索FV峰值的方法，可以保持快速完成聚焦搜索。现有的全局搜索扫描整个聚焦搜索范围的focus-FV曲线，然后找到FV的峰值，驱动聚焦镜片组走到该位置。本实施例则将物距d作为搜索变量，如图6所示，在搜索过程中固定焦距EFL不变，驱动聚焦镜片组扫描整个物距范围，同时在扫描过程中移动变焦镜片组作补偿。得到整个物距范围的d-FV曲线，找到FV的峰值时对应的聚焦镜片组和变焦镜片组的位置，驱动聚焦镜片组和变焦镜片组走到该位置。

可选地，本发明实施例的聚焦方法还可以用于手动聚焦，其中，第一计算单元包括：

获取模块，用于获取聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置；

第二计算模块，用于根据聚焦镜片组的当前位置和变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的当前焦距和当前物距；

第三计算模块，用于根据用户输入的聚焦命令计算聚焦调节后的物距；

第四计算模块，用于根据聚焦调节后的物距和当前焦距计算得到第一移动位置和第二移动位置。

手动聚焦与自动聚焦的区别主要在于调节后的物距的确定方式，在手动聚焦的过程中，调节后的物距是由用户输入的聚焦命令得到的，而自动聚焦则是利用自动聚焦算法计算出的。在手动聚焦的过程中，用户操作聚远或者聚近时，首先计算出当前的焦距EFL，以及当前变焦镜片组和聚焦镜片的位置对应的物距d₁，根据用户输入的命令计算出下一个物距d₂，保持焦距不变，从镜头信息表中查找出对应的下一个变焦镜片组和聚焦镜片的位置，然后驱动变焦镜片组和聚焦镜片分别移动到相应的位置。

根据本发明上述实施例的描述可以看出，本发明可以达到如下技术效果：

1、对于现有的支持聚焦和变焦的摄像机，不增加或者修改任何硬件，

无需图像处理模块，通过聚焦过程补偿焦距变化，即可实现固定焦距不

变的情况下进行聚焦搜索，从而消除“呼吸效应”。

2.由于无数字缩放，输出图像无分辨率损失。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种摄像机的聚焦方法，其特征在于，包括：

在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置，其中，所述第一移动位置为所述聚焦镜片组从所述聚焦镜片组的当前位置移动后的位置，所述第二移动位置为所述变焦镜片组从所述变焦镜片组的当前位置移动后的位置；

将所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置，并将所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置，其中，所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置以及所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置时摄像机的焦距与移动前的焦距相同；

在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置包括：

确定聚焦调节后的物距；

根据当前焦距和所述聚焦调节后的物距计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述当前焦距和所述聚焦调节后的物距计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置包括：

利用所述当前焦距和所述聚焦调节后的物距从预先建立的镜头信息表上查表计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置，其中，所述镜头信息表中记录了在清晰聚焦的情况下所述变焦镜片组在位置z_i并且物距为d_j时对应的所述聚焦镜片组的位置f_ij和焦距EFL_ij，其中，i取1至n，j取1至m，其中，n和m均为大于1的整数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在将所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置，并将所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置之后，所述方法还包括：

计算所述聚焦镜片组在所述第一移动位置以及所述变焦镜片组在所述第二移动位置时的聚焦值，其中，所述聚焦值用于拍摄的图像的清晰度；

判断是否找到聚焦值的峰值；

如果没有找到所述峰值，则将所述第一移动位置作为所述聚焦镜片组的当前位置，将所述第二移动位置作为所述变焦镜片组的当前位置，将所述聚焦调节后的物距作为当前物距，返回执行确定聚焦调节后的物距的步骤以重新确定聚焦调节后的物距；

如果找到所述峰值，则确定出所述峰值对应的所述聚焦镜片组和所述变焦镜片组的位置，将所述聚焦镜片组移动到所述峰值对应的所述聚焦镜片组的位置以及将所述变焦镜片组移动到所述峰值对应的所述变焦镜片组的位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定聚焦调节后的物距包括：

获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；

根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的焦距；

利用自动聚焦算法计算出所述聚焦镜片组在聚焦移动后的估计位置；

根据所述估计位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到所述聚焦调节后的物距。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

在确定聚焦调节后的物距之前，所述方法还包括：

获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；

根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的焦距；

计算出最小物距与计算得到的焦距对应的所述变焦镜片组的位置和所述聚焦镜片组的位置,或者计算出最大物距与计算得到的焦距对应的所述变焦镜片组的位置和所述聚焦镜片组的位置；

其中，确定聚焦调节后的物距包括：由以下公式计算得到所述聚焦调节后的物距：

d₂＝d₁+Δ_d

其中，d₂表示所述聚焦调节后的物距，d₁表示所述当前物距，d₁的初始值为所述最小物距或者所述最大物距，Δ_d表示物距调节量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定聚焦调节后的物距包括：

获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；

根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的焦距和当前物距；

根据用户输入的聚焦命令计算聚焦调节后的物距。

7.一种摄像机的聚焦装置，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于在计算得到聚焦镜片组的第一移动位置时，计算变焦镜片组的第二移动位置，其中，所述第一移动位置为所述聚焦镜片组从所述聚焦镜片组的当前位置移动后的位置，所述第二移动位置为所述变焦镜片组从所述变焦镜片组的当前位置移动后的位置；

移动单元，用于将所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置，并将所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置，其中，所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置以及所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置时摄像机的焦距与移动前的焦距相同；

所述计算单元包括：

确定模块，用于确定聚焦调节后的物距；

第一计算模块，用于根据当前焦距和所述聚焦调节后的物距计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块用于利用所述当前焦距和所述聚焦调节后的物距从预先建立的镜头信息表上查表计算得到所述第一移动位置和所述第二移动位置，其中，所述镜头信息表中记录了在清晰聚焦的情况下所述变焦镜片组在位置z_i并且物距为d_j时对应的所述聚焦镜片组的位置f_ij和焦距EFL_ij，其中，i取1至n，j取1至m，其中，n和m均为大于1的整数。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二计算单元，用于在将所述聚焦镜片组移动到所述第一移动位置，并将所述变焦镜片组移动到所述第二移动位置之后，计算所述聚焦镜片组在所述第一移动位置以及所述变焦镜片组在所述第二移动位置时的聚焦值，其中，所述聚焦值用于拍摄的图像的清晰度；

判断单元，用于判断是否找到聚焦值的峰值；

返回单元，用于如果没有找到所述峰值，则将所述第一移动位置作为所述聚焦镜片组的当前位置，将所述第二移动位置作为所述变焦镜片组的当前位置，将所述聚焦调节后的物距作为当前物距，返回执行确定聚焦调节后的物距的步骤以重新确定聚焦调节后的物距；

其中，所述移动单元还用于如果找到所述峰值，则确定出所述峰值对应的所述聚焦镜片组和所述变焦镜片组的位置，将所述聚焦镜片组移动到所述峰值对应的所述聚焦镜片组的位置以及将所述变焦镜片组移动到所述峰值对应的所述变焦镜片组的位置。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

第一获取子模块，获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；

第一计算子模块，用于根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的焦距；

第二计算子模块，用于利用自动聚焦算法计算出所述聚焦镜片组在聚焦移动后的估计位置；

第三计算子模块，用于根据所述估计位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到所述聚焦调节后的物距。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二获取子模块，用于在确定聚焦调节后的物距之前，获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；

第四计算子模块，用于根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的焦距；

第五计算子模块，用于计算出最小物距与计算得到的焦距对应的所述变焦镜片组的位置和所述聚焦镜片组的位置，或者计算出最大物距与计算得到的焦距对应的所述变焦镜片组的位置和所述聚焦镜片组的位置；

其中，所述确定模块包括：确定子模块，用于由以下公式计算得到所述聚焦调节后的物距：

d₂＝d₁+Δ_d

其中，d₂表示所述聚焦调节后的物距，d₁表示所述当前物距，d₁的初始值为所述最小物距或者所述最大物距，Δ_d表示物距调节量。

12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

获取模块，用于获取所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置；

第二计算模块，用于根据所述聚焦镜片组的当前位置和所述变焦镜片组的当前位置计算得到在清晰聚焦的情况下的焦距和当前物距；

第三计算模块，用于根据用户输入的聚焦命令计算聚焦调节后的物距。