CN109005347A - 一种超长焦镜头的辅助聚焦方法 - Google Patents

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CN109005347A CN201810920399.3A CN201810920399A CN109005347A CN 109005347 A CN109005347 A CN 109005347A CN 201810920399 A CN201810920399 A CN 201810920399A CN 109005347 A CN109005347 A CN 109005347A
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方锐涌
张腾腾
黄仝宇
汪刚
宋兵
宋一兵
侯玉清
刘双广
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    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60Control of cameras or camera modules
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Abstract

本发明属于摄像机聚焦技术领域,具体涉及一种超长焦镜头的辅助聚焦方法,主要是通过一个自动测距装置,获取摄像机到目标点的距离,然后通过实验测试出不同distance、不同zoom下的焦距值foucs,然后拟合出相关的计算公式算法。这样程序上根据相关计算公式,在已知的diatance和zoom值下,就可以得出foucs值,这样就能快速地将聚焦镜片拉到相应的位置,而且准确性也得到保障。本方案能够有效解决超长焦镜头,由于焦距范围大导致的相关问题。聚焦速度快速、准确,聚焦成功率高;有效减少聚焦电机的损耗,提高镜头寿命。

Description

一种超长焦镜头的辅助聚焦方法
技术领域
本发明涉及摄像机聚焦技术领域,尤其涉及一种超长焦镜头的辅助聚焦方法。
背景技术
自动聚焦镜头在图像采集过程中,能否自动聚焦得到清晰图像,是对图像进行分析处理的首要步骤,其次是电动镜头执行机构能否快速运行到对应的变焦位置。传统的手动调焦方式,主要依靠人的目测和手调,不仅繁琐、耗时长,调整经度受人的主观影响较大。因此,自动聚焦镜头越来越受到人们的青睐。
目前超长焦镜头(焦距>500mm)的聚焦方式,主要是采用的方法是通过在镜头可以调焦范围内,首先通过电机拉升镜头,通过相关算法来回寻找图像最清晰点。
现有技术的缺点:由于超长焦镜头的焦距比普通镜头长很多,所以传统聚焦方法,在电机来回拉动聚焦镜片时候,聚焦所耗费的时间会比普通镜头长很多,同时由于超长焦镜头的倍率范围大,从最广角变倍到最长焦的时候,聚焦镜片拉升的范围就会变得非常大,再加上最广角的视场角狭小,快速变倍到长焦后的图像特征几乎没有,软件的聚焦算法根据图像计算不出一个高峰值的聚焦点,这时候电机就会来回推动寻找,大大缩短电机寿命,同时聚焦的准确性和成功率大大降低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超长焦镜头的辅助聚焦方法,以解决现有聚焦方法所存在聚焦速度慢,聚焦准确性低等问题,本发明所提供的聚焦方法可有效提高镜头的使用寿命。
本发明通过以下技术方案实现:
一种超长焦镜头的辅助聚焦方法,通过一个自动测距装置,获取摄像机到目标点的距离,然后通过实验测试出不同物距distance和不同倍率zoom下的焦距值foucs,然后拟合出相关的计算公式算法;再根据相关的计算公式,在已知的物距distance和倍率zoom下,得出焦距值foucs,快速地将聚焦镜片拉到相应的位置。
进一步包括,将每个物距distance下的聚焦曲线使用F=a*exp(b*Z)+c*exp(d*Z)的方式进行拟合,得出系数参数:a、b、c、d的值,其中F为聚焦值,Z为zoom值;
获取的实际物距为D0,zoom值为Z0的聚焦值F(Z0)计算步骤如下:
(1)先计算出实际物距D0左右两个邻近的临界物距D1和D2的聚焦值Fx(Z0)和Fy(Z0),D1<D0<D2
Fx(Z0)=a1*exp(b1*Z0)+c1*exp(d1*Z0)
Fy(Z0)=a2*exp(b2*Z0)+c2*exp(d2*Z0)
其中,a1、b1、c1、d1以及a2、b2、c2、d2分别为临界物距D1和D2的系数参数;
(2)利用Fx(Z0)和Fy(Z0)的差值计算出D0处的聚焦值:
F(Z0)=Fx(Z0)+(Fx(Z0)-Fy(Z0))*λ,其中,λ为固定参数,λ=(D0-D1)/(D2-D1)。
优选的,若物距distance大于最大物距即1200米,则直接计算1200米处聚焦值即可。
优选的,通过测距传感器实时获取物距distance。
优选的,通过闭环控制电机***获取倍率zoom和焦距值foucs。
优选的,获取实验测试相关数据,在同一zoom值下,改变物距distance,分别每隔一段距离测试当前焦距值foucs,做好记录。
优选的,不同的焦距的镜头测试的最大距离也有所不同,根据返回的焦距值foucs而定,当foucs不再变化时作为测试临界。
优选的,通过Matlab对实验测试数据进行仿真。
优选的,采用Curve Fitting Tool建立以distance作为X轴,以zoom步数作为Y轴,以focus作为Z轴的三维立体图像。
优选的,相关的测距传感器与镜头并排安装在一起,使镜头与测距传感器的目标物尽量保持一致。
与现有技术相比,本发明至少具有下述的有益效果或优点:
本发明提供的超长焦镜头的辅助聚焦方法,有效解决超长焦镜头,由于焦距范围大导致的相关问题;聚焦速度快速,聚焦准确,聚焦成功率高;有效减少聚焦电机的损耗,提高了镜头的寿命。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明;
图1是本发明的自动测距装置结构图;
图2是本发明的基于Distance、Zoom和Focus的三维空间数据图。
具体实施方式
下面结合具体实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
本方案提供一种超长焦镜头的辅助聚焦方法。主要是通过一种自动测距的装置,获取摄像机到目标点的距离,然后通过实验测试出不同物距(distance)、不同倍率(zoom)下,的焦距值(foucs),然后拟合出相关的计算公式算法。这样程序上根据相关计算公式,在已知的diatance和zoom值下,就可以得出foucs值,这样就能快速地将聚焦镜片拉到相应的位置,而且准确性也得到保障。具体方法如下:
1、实验数据获取:首先可以通过相关的测距传感器并排与镜头安装在一起,将镜头与传感器的目标物尽量保持一致。这样通过传感器实时获取distance,通过闭环控制电机***获取zoom和foucs,测距装置如图1所示。
2、实验测试相关数据:在同一zoom(Z)值下,改变物距distance(D),分别每隔一段距离测试当前foucs(F)值,做好记录。根据不同的焦距的镜头测试的最大距离也有所不同,根据返回foucs值而定,当foucs不再变化作为临界。实验数据如表1、表2、表3、表4所示:
表1
Z\F\D 5300 90000 21000 125000 200000 500000 1200000
17410 3314 3311 3308 3317 3313 3308 3300
17268 3327 3324 3321 3317 3316 3315 3313
16788 3397 3394 3391 3379 3379 3381 3383
16329 3397 3419 3447 3467 3463 3457 3448
15888 3532 3509 3483 3516 3516 3518 3521
15463 3601 3594 3586 3581 3584 3590 3599
15053 3658 3664 3673 3664 3661 3657 3651
14655 3722 3688 3647 3729 3729 3729 3729
14269 3792 3770 3745 3794 3794 3794 3794
13892 3862 3854 3845 3859 3859 3859 3859
13525 3919 3919 3921 3898 3902 3911 3924
13166 3976 3975 3974 3962 3964 3969 3976
12815 4046 4023 3995 4027 4029 4034 4041
12471 4116 4074 4023 4092 4092 4092 4093
12133 4173 4172 4172 4157 4156 4155 4154
11801 4243 4234 4225 4222 4222 4223 4224
表2
Z\F\D 5300 90000 21000 125000 200000 500000 1200000
11476 4313 4306 4298 4287 4285 4284 4282
11156 4370 4355 4338 4365 4363 4360 4356
10843 4445 4433 4420 4430 4426 4421 4413
10535 4510 4500 4488 4495 4493 4491 4488
10233 4575 4568 4561 4560 4557 4552 4545
9937 4627 4621 4614 4625 4619 4610 4595
9647 4709 4703 4696 4690 4686 4681 4672
9363 4779 4759 4735 4755 4751 4744 4733
9085 4823 4820 4818 4809 4811 4816 4824
8813 4901 4887 4871 4861 4862 4864 4868
8547 4984 4960 4931 4926 4930 4939 4952
8288 5075 5038 4993 4991 4995 5004 5017
8034 5088 5073 5055 5043 5047 5056 5069
7786 5168 5145 5117 5112 5115 5123 5134
7543 5235 5219 5200 5177 5176 5175 5173
7305 5302 5273 5239 5255 5251 5246 5238
7071 5369 5344 5314 5294 5297 5305 5316
6841 5408 5387 5363 5376 5372 5365 5355
6614 5488 5465 5438 5441 5439 5437 5433
6388 5546 5519 5487 5480 5474 5463 5446
6162 5624 5596 5562 5542 5542 5543 5544
5936 5702 5670 5633 5604 5602 5601 5598
5706 5767 5735 5698 5687 5680 5669 5652
5472 5832 5789 5737 5726 5727 5729 5732
5232 5910 5873 5828 5791 5789 5787 5784
4982 5962 5930 5893 5856 5859 5865 5875
4720 6079 6030 5971 5947 5941 5930 5914
4443 6157 6108 6049 6012 6013 6015 6018
4148 6248 6181 6101 6090 6084 6073 6057
3832 6326 6265 6192 6142 6140 6138 6135
3490 6456 6378 6283 6233 6227 6216 6200
3119 6560 6464 6348 6285 6281 6275 6265
2890 6599 6497 6374 6298 6296 6294 6291
2549 6703 6578 6426 6311 6307 6301 6291
2167 6768 6614 6426 6324 6320 6314 6304
1798 6846 6645 6400 6233 6227 6216 6226
1652 6846 6633 6374 6207 6201 6190 6200
1516 6846 6616 6335 6155 6135 6099 6109
1392 6846 6598 6296 6090 6065 6021 6031
1277 6846 6575 6244 6025 6000 5956 5966
1171 6846 6551 6192 5947 5922 5878 5888
1074 6833 6521 6140 5856 5836 5800 5810
表3
Z\F\D 5300 90000 21000 125000 200000 500000 1200000
985 6820 6473 6049 5778 5758 5722 5732
903 6807 6448 6010 5713 5684 5631 5641
827 6794 6411 5945 5609 5589 5553 5563
757 6768 6356 5854 5544 5515 5462 5472
693 6742 6313 5789 5440 5415 5371 5381
635 6729 6276 5724 5362 5346 5319 5329
580 6703 6250 5698 5297 5263 5202 5212
530 6677 6189 5594 5193 5164 5111 5121
484 6651 6151 5542 5141 5103 5033 5043
441 6638 6133 5516 5050 5016 4955 4965
401 6612 6089 5451 4972 4938 4877 4887
364 6586 6046 5386 4881 4852 4799 4809
330 6560 6008 5334 4842 4799 4721 4731
298 6521 5963 5282 4777 4743 4682 4692
267 6521 5940 5230 4686 4652 4591 4601
238 6482 5895 5178 4608 4583 4539 4549
211 6482 5871 5126 4543 4518 4474 4484
185 6469 5841 5074 4478 4440 4370 4380
160 6443 5791 4996 4413 4375 4305 4315
136 6417 5771 4983 4361 4314 4227 4237
113 6404 5734 4916 4283 4245 4175 4185
90 6378 5702 4877 4218 4175 4097 4107
69 6365 5669 4819 4153 4110 4032 4042
47 6339 5643 4793 4075 4037 3967 3977
26 6326 5610 4735 4023 3976 3889 3899
6 6300 5567 4673 3958 3911 3824 3834
-15 6274 5535 4633 3880 3851 3798 3808
-35 6261 5498 4566 3815 3763 3668 3678
-54 6235 5492 4585 3763 3702 3590 3600
-74 6222 5429 4461 3711 3641 3512 3522
-93 6183 5378 4395 3594 3542 3447 3457
-112 6170 5379 4414 3542 3481 3369 3379
-131 6157 5318 4294 3464 3408 3304 3314
-150 6131 5276 4232 3360 3304 3200 3210
-168 6105 5240 4184 3295 3234 3122 3132
-186 6079 5195 4115 3191 3130 3018 3028
-204 6053 5161 4072 3100 3039 2927 2937
-221 6040 5129 4016 3035 2974 2862 2872
-238 5988 5063 3933 2957 2901 2797 2807
-255 5988 5043 3890 2866 2791 2654 2664
-271 5975 5011 3834 2749 2688 2576 2586
-287 5949 4972 3778 2671 2601 2472 2482
-302 5923 4932 3722 2619 2544 2407 2417
-316 5897 4898 3679 2515 2436 2290 2300
表4
Z\F\D 5300 90000 21000 125000 200000 500000 1200000
-330 5884 4850 3588 2424 2345 2199 2209
-343 5845 4819 3565 2372 2279 2108 2118
-355 5845 4787 3494 2255 2176 2030 2040
-367 5832 4756 3441 2229 2127 1939 1949
-378 5819 4738 3418 2112 2024 1861 1871
-388 5767 4684 3362 2034 1946 1783 1793
-398 5767 4665 3319 1982 1889 1718 1728
-406 5767 4648 3282 1878 1785 1614 1624
-414 5754 4624 3245 1826 1729 1549 1559
-421 5741 4601 3208 1761 1673 1510 1520
-428 5728 4583 3185 1735 1633 1445 1455
-433 5689 4549 3156 1683 1576 1380 1390
-438 5689 4535 3126 1631 1524 1328 1338
-443 5689 4522 3097 1592 1481 1276 1286
-447 5689 4515 3082 1579 1463 1250 1260
-450 5663 4487 3051 1540 1424 1211 1221
-454 5663 4467 3007 1501 1381 1159 1169
-457 5663 4466 3005 1468 1359 1159 1169
-460 5663 4475 3023 1442 1333 1133 1143
-463 5663 4461 2994 1416 1289 1055 1065
-466 5663 4461 2994 1377 1259 1042 1052
-470 5624 4449 3013 1338 1220 1003 1013
-475 5624 4404 2915 1312 1185 951 961
-480 5624 4402 2910 1260 1142 925 935
-487 5624 4386 2874 1221 1085 834 844
-495 5585 4373 2893 1104 977 743 753
-505 5585 4329 2795 1013 882 639 649
-516 5572 4284 2711 922 768 483 493
-520 5559 4263 2680 857 730 496 506
3、实验数据拟合曲线得出计算公式:将测试出来的实验数据导入到Matlab中,以Distance作为X轴,以Zoom步数作为Y轴,以Focus作为Z轴,使用工具Curve Fitting Tool建立图像,如图2所示。
最后经过拟合得出各个Distance下的公式模型。数据处理如下:
将每个物距下的聚焦曲线使用F=a*exp(b*Z)+c*exp(d*Z)的方式进行拟合,得出系数参数:a、b、c、d的值,其中F为聚焦值(Focus值),Z为Zoom值;
5300mm即5.3米处拟合曲线为:
F1=7671*exp(-4.981e-05*Z)-1367*exp(-0.001027*Z)
9000mm即9米处拟合曲线为:
F2=7565*exp(-4.882e-05*Z)-2013*exp(-0.001048*Z)
21000mm即21米处拟合曲线为:
F3=7436*exp(-4.757e-05*Z)-2801*exp(-0.001061*Z)
125000mm即125米处拟合曲线为:
F4=7229*exp(-4.483e-05*Z)-3350*exp(-0.001221*Z)
200000mm即200米处拟合曲线为:
F5=7210*exp(-4.459e-05*Z)-3381*exp(-0.001234*Z)
500000mm即500米处拟合曲线为:
F6=7176*exp(-4.415e-05*Z)-3438*exp(-0.001259*Z)
1200000mm即1200米处拟合曲线为:
F7=7170*exp(-4.408e-05*Z)-3419*exp(-0.001265*Z)
由于聚焦在5米内存在部分聚焦不清现象(聚焦近限),故可以认为物距在5米以外。
此时,利用这些拟合曲线,由于Distance(测距传感器获得),Zoom(电机控制获得)可以计算出此时应该将Focus控制到相应的值,这时候图像是清晰的。
若要计算Distance为750米,Zoom值为757的聚焦值F(757),步骤如下:
(1)查距可知500<750<1200,故计算500米和1200米处聚焦值分别为:
F6(757)=7176*exp(-4.415e-05*757)-3438*exp(-0.001259*757)≈5615
F7(757)=7170*exp(-4.408e-05*757)-3419*exp(-0.001265*757)≈5622
(2)之后利用差值计算出750米处的聚焦值,如下:
λ=(750-500)/(1200-500)≈0.35
F(757)=F6(757)+(F6(757)-F7(757))*λ≈5615+(5622-5615)*0.35≈5617
若物距大于1200米,则直接计算1200米处聚焦值即可。
4、程序实现:得出相关公式模型后,就可以在程序中实现辅助聚焦的功能了。
综上所述,本方案根据物距、焦距值测试聚焦值的方法以及根据公式模型达到快速、准确聚焦方法,有效减少聚焦电机的损耗,提高镜头寿命。有效解决超长焦镜头,由于焦距范围大导致的相关问题;从而实现聚焦速度快速、聚焦准确,聚焦成功率高的有益效果。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围。在不脱离本发明之精神和范围内,所做的任何修改、等同替换、改进等,同样属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,通过一个自动测距装置,获取摄像机到目标点的距离,然后通过实验测试出不同物距distance和不同倍率zoom下的焦距值foucs,然后拟合出相关的计算公式算法;再根据相关的计算公式,在已知的物距distance和倍率zoom下,得出焦距值foucs,快速地将聚焦镜片拉到相应的位置。
2.根据权利要求1所述的超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,将每个物距distance下的聚焦曲线使用F=a*exp(b*Z)+c*exp(d*Z)的方式进行拟合,得出系数参数:a、b、c、d的值,其中F为聚焦值,Z为zoom值;
获取的实际物距为D0,zoom值为Z0的聚焦值F(Z0)计算步骤如下:
(1)先计算出实际物距D0左右两个邻近的临界物距D1和D2的聚焦值Fx(Z0)和Fy(Z0),D1<D0<D2
Fx(Z0)=a1*exp(b1*Z0)+c1*exp(d1*Z0)
Fy(Z0)=a2*exp(b2*Z0)+c2*exp(d2*Z0)
其中,a1、b1、c1、d1以及a2、b2、c2、d2分别为临界物距D1和D2的系数参数;
(2)利用Fx(Z0)和Fy(Z0)的差值计算出D0处的聚焦值:
F(Z0)=Fx(Z0)+(Fx(Z0)-Fy(Z0))*λ
其中,λ为固定参数,λ=(D0-D1)/(D2-D1)。
3.根据权利要求2所述的超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,若物距distance大于最大物距即1200米,则直接计算1200米处聚焦值即可。
4.根据权利要求2所述的超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,通过测距传感器实时获取物距distance。
5.根据权利要求2所述的超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,通过闭环控制电机***获取倍率zoom和焦距值foucs。
6.根据权利要求2所述的超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,获取实验测试相关数据,在同一zoom值下,改变物距distance,分别每隔一段距离测试当前焦距值foucs,做好记录。
7.根据权利要求6所述的超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,不同的焦距的镜头测试的最大距离也有所不同,根据返回的焦距值foucs而定,当foucs不再变化时作为测试临界。
8.根据权利要求2所述的超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,通过Matlab对实验测试数据进行仿真。
9.根据权利要求7所述的超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,采用CurveFitting Tool建立以distance作为X轴,以zoom步数作为Y轴,以focus作为Z轴的三维立体图像。
10.根据权利要求3所述的超长焦镜头的辅助聚焦方法,其特征在于,相关的测距传感器与镜头并排安装在一起,使镜头与测距传感器的目标物尽量保持一致。
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