CN106772926A - 一种自动调焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动调焦方法，通过自动调焦方法可以实现机器智能化批量调焦，提高效率降低成本，提高整个调焦的精确度和一致性，使整个产品质量更加稳定。

Description

一种自动调焦方法
技术领域
本发明涉及自动识别行业，特别是涉及一种对摄像镜头自动调焦方法。
背景技术
焦距，是光学***中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离，物体在这个距离时成像最清晰。对于自动识别行业，一般使用固定焦距的镜头，而不同的产品不同的应用所需焦距是不一样的，所以在扫码设备出厂前，就需要做好调焦工作。调焦，是指通过旋转镜头，使之在某个距离上的成像的清晰度最高。
传统条码解码设备的调焦，主要为手动调焦，通过人工旋转镜头，调节焦距，使之达到一定的景深要求，人工调焦不精确容易造成误差，而且每调节一次焦距，就需测量一次景深是否符合要求，如果景深不符合要求，根据景深太远或太近，需向前或向后调节焦距，旋转镜头的角度多少，只能依赖调焦工人的经验，而且只能旋转个大概角度，需要多次反复调节焦距，所以整个调焦过程效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自动调焦方法，通过自动调焦可以实现机器智能化批量调焦，提高效率降低成本，提高整个调焦的精确度和一致性，使整个产品质量更加稳定。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种自动调焦方法，包括：
步骤1：设计棋盘图片，根据不同的镜头和不同的景深要求，通过实际拍照去调整不同棋盘图片的大小和数量；
步骤2：将棋盘图片放置在指定位置，具体为根据不同产品的实际应用，需要有不同的焦距要求，将棋盘图片放置在产品所需焦距所对应的位置；
步骤3：通过调焦设备获取图像，具体为上位机发送取图命令给调焦设备，调焦设备获取图像后上传到上位机进行算法分析；
步骤4：对图像进行清晰度分析，根据获取的图像，对图像进行清晰度分析，即通过当前像素与右边和下边的像素差的平方作为清晰度函数，采用以下公式对图片进行清晰度计算：
其中，x，y为图像的像素坐标，N为截取的棋盘区域图片大小，s则为计算得到的清晰度；
步骤5：采用二分法确定调焦的角度，具体为：
a：预先设定一个比较大的调焦角度W，W需要根据实际多次试验获取；
b：根据当前计算得到的清晰度S_cur，与上一次的清晰度S_pre进行比较；对于上一次清晰度不存在的情况，我们默认S_pre＝0；
c：当|S_cur-S_pre|＜T时，即图像的清晰度最高时，T为经验指定阈值，则完成调焦；如果|S_cur-S_pre|＞T，则进入步骤6：
步骤6：向调节设备发送调焦指令并完成调节；具体为若S_cur＞S_pre，则控制调节设备继续向前调节W度；若S_cur＜S_pre，则控制调节设备向后调焦W度，并且调焦角度W减半，完成一轮调焦，向上位机发送反馈，等待下一次命令。
优选的，步骤1中所述通过实际拍照去调整，具体为调整棋盘的大小和数量，使得调焦成功的镜头的实际成像清晰可辨即可。
优选的，步骤3中所述获取图像的方式为通过所述调节设备镜头在CMOS或CCD上成像。
本发明所要解决的技术问题是提供一种自动调焦方法，能通过自动调焦可以实现机器智能化批量调焦，提高效率降低成本，提高整个调焦的精确度和一致性，使整个产品质量更加稳定。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是棋盘图片示意图；
图2是本发明自动调焦方法流程图。
具体实施方式
为对本发明的目的、特征及功效做更进一步的了解与认识，以下配合附图详述如后。
调焦，是指通过旋转镜头，使之在某个距离上的成像的清晰度最高。而图像清晰度，是指图片上各部分纹理及其边界的清晰程度。所以图像清晰与否主要反映在边界上。而棋盘图片是由许多排列整齐黑白相间的正方形组成的，如图1所示，具有许多边界，对于焦距的变化比较敏感。而棋盘图像中的正方形还具有一定的宽度，可以降低图像噪声对于边界的影响。所以棋盘图像是我们设计自动调焦算法的最佳选择。
如图2所示，步骤101，设计棋盘图片；根据不同的镜头和不同的景深要求，需要设计不同棋盘图片的大小和数量。具体的设计则需要通过实际拍照去调整。具体的调整规则为，调整棋盘的大小和数量，使得调焦成功的镜头的实际成像清晰可辨即可。比如：对于焦距较远的，我们需要正方形大一点，因为相同大小的正方形，放置在越远的地方，成像就越小，也就是说正方形在我们成像的图像上有足够的边界；对于焦距较近的，则反之，需要正方形小一点。以本是实施例为例，我们需要正方形在成像的图像上时能够占据8个像素左右。
步骤102，将棋盘图片放置在指定位置；根据不同产品的实际应用，需要有不同的焦距要求，就需要将棋盘图片放置在产品所需焦距位置。假如某一产品所需焦距为10cm，我们就需要把棋盘图像放置在距离镜头10cm处。
步骤103，通过调焦设备获取图像；上位机发送取图命令给调焦设备，调焦设备拍摄并上传图像。图像的获取方式主要是通过镜头在CMOS、或CCD上成像，成像后上传到上位机进行算法分析。
步骤104，对图像进行清晰度分析；根据获取的图像，对图像进行清晰度分析。图像清晰度，是指图片上各部分纹理及其边界的清晰程度。反应到调焦过程中，就是当图片的位置平面刚好在镜头的焦距上时边界最锐利最清晰。实际中通过当前像素与右边和下边的像素差的平方作为清晰度函数。即采用以下公式对图片进行清晰度计算
其中，x，y为图像的像素坐标，N为截取的棋盘区域图片大小，s则为计算得到的清晰度。
在自动调焦中典型的图像清晰度评价函数有空域方法、频域方法、小波变换方法以及信息学方法等。我们采用的是空域的方法，空域方法的优势是计算速度较快，可以提升我们调焦的效率。其原理是当边界越清晰其边界的灰度差越大，所以我们通过计算棋盘的整体灰度差的平方和，以此标准来衡量图像的清晰度。
步骤105，采用二分法确定调焦的角度；我们采用二分逐渐逼近的方法，去找到清晰度最高的位置。我们先设定一个较大的调焦角度，假设为W，如果当前清晰度比上一次测量到的清晰度下降，W则减半，继续搜索。采用二分法相比等距逐步搜索，可以快速的搜索到清晰度最高的位置。提高整个调焦的效率。二分法的具体步骤如下：
1.预先设定一个比较大的调焦角度W，W需要根据实际多次试验获取；
2.根据当前计算得到的清晰度S_cur，与上一次的清晰度S_pre进行比较；对于上一次清晰度不存在(即第一次测量清晰度)的情况，我们默认S_pre＝0；
3.如果|S_cur-S_pre|＜T时，即图像的清晰度最高时(T为经验指定阈值)，则完成调焦；如果|S_cur-S_pre|＞T，则进入下一步骤。
步骤106、向调节设备发送调焦指令并完成调节；具体为若S_cur＞S_pre，则控制调节设备继续向前调节W度；若S_cur＜S_pre，则控制调节设备向后调焦W度，并且调焦角度W减半，将镜头向前或向后旋转指定角度后，完成一轮调焦，向上位机发送反馈，等待下一次命令。
经过调焦设备取图、图像分析、调焦设备调焦，这个过程我们简称为一轮调焦。那么经过多轮这样的调焦过程后，如果|S_cur-S_pre|＜T，也就是说两次测量计算得到清晰度相差很小(根据经验得到一个阈值T)，我们认为完成一个镜头调焦。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种自动调焦方法，其特征在于，包括：
步骤1：设计棋盘图片，根据不同的镜头和不同的景深要求，通过实际拍照去调整不同棋盘图片的大小和数量；
步骤2：将棋盘图片放置在指定位置，具体为根据不同产品的实际应用，需要有不同的焦距要求，将棋盘图片放置在产品所需焦距所对应的位置；
步骤3：通过调焦设备获取图像，具体为上位机发送取图命令给调焦设备，调焦设备获取图像后上传到上位机进行算法分析；
步骤4：对图像进行清晰度分析，根据获取的图像，对图像进行清晰度分析，即通过当前像素与右边和下边的像素差的平方作为清晰度函数，采用以下公式对图片进行清晰度计算：
S = Σ x = 1 N x - 1 Σ y = 1 N y - 1 { ( f ( x + 1 , y ) - f ( x , y ) ) 2 + ( f ( x , y + 1 ) - f ( x , y ) ) 2 }
其中，x，y为图像的像素坐标，N为截取的棋盘区域图片大小，s则为计算得到的清晰度；
步骤5：采用二分法确定调焦的角度，具体为：
a：预先设定一个比较大的调焦角度W，W需要根据实际多次试验获取；
b：根据当前计算得到的清晰度S_cur，与上一次的清晰度S_pre进行比较；对于上一次清晰度不存在的情况，我们默认S_pre＝0；
c：当|S_cur-S_pre|＜T时，即图像的清晰度最高时，T为经验指定阈值，则完成一个镜头的调焦；如果|S_cur-S_pre|＞T，则进入步骤6；
步骤6：向调节设备发送调焦指令并完成调节；具体为若S_cur＞S_pre，则控制调节设备继续向前调节W度；若S_cur＜S_pre，则控制调节设备向后调焦W度，并且调焦角度W减半，完成一轮调焦，向上位机发送反馈，等待下一次命令。
2.如权利要求1所述自动调焦方法，其特征在于，步骤1中所述通过实际拍照去调整，具体为调整棋盘的大小和数量，使得调焦成功的镜头的实际成像清晰可辨即可。
3.如权利要求1所述自动调焦方法，其特征在于，步骤3中所述获取图像的方式为通过所述调节设备镜头在CMOS或CCD上成像。
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