CN109769090A - 一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法及***，该方法包括：获取长焦镜头变焦电机的运动方向；根据所述运动方向确定所述长焦镜头的变倍趋势；根据所述变倍趋势对所述长焦镜头进行初始聚焦控制，以改变所述长焦镜头的聚焦倍数值；在所述聚焦倍数值持续改变的同时，对通过所述长焦镜头获得的画面进行清晰度评估，得出清晰度评估值，并确定所述清晰度评估值的变化曲线；根据所述变化曲线对所述长焦镜头进行修正聚焦控制，以修正所述聚焦倍数值，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值。本发明可以在长焦镜头变倍时对拍摄的物体进行快速的自动聚焦，让长焦镜头在成像的过程中能够时刻保持清晰的画面。

Description

一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法及***

技术领域

本发明涉及摄像机控制技术领域，尤其涉及一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法及***。

背景技术

目前，随着安防监控、电视摄录等技术领域对获取视频的质量要求越来越高，专业长焦镜头应用越来越普及。在长焦镜头的使用过程中，当用长焦镜头拍摄一个高速运动物体时，随着物体与镜头的距离或镜头焦距的变化，物体的成像轮廓会变得模糊，这时需要对图像进行聚焦操作。一般，采用手动调节聚焦过程较为麻烦并且调节效果不理想，而采用自动调节聚焦参数时，长焦镜头的自动聚焦会出现聚焦速度慢、聚焦过程会存在模糊过程和当焦距连续变动时难以及时聚焦等问题。这会影响到使用过程中图像的成像质量，特别需对成像进行图像处理跟踪时，自动聚焦的时而模糊时而清晰的过程会严重影响图像处理跟踪效果。

发明内容

为了在长焦镜头变倍时对拍摄的物体进行快速的自动聚焦，且在成像的过程中能够时刻保持清晰的画面，本发明提供一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法及***。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法，该方法包括如下步骤：

获取长焦镜头变焦电机的运动方向。

根据所述运动方向确定所述长焦镜头的变倍趋势。

根据所述变倍趋势对所述长焦镜头进行初始聚焦控制，以改变所述长焦镜头的聚焦倍数值。

在所述聚焦倍数值持续改变的同时，对通过所述长焦镜头获得的画面进行清晰度评估，得出清晰度评估值，并确定所述清晰度评估值的变化曲线。

根据所述变化曲线对所述长焦镜头进行修正聚焦控制，以修正所述聚焦倍数值，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***，该***包括：

监测模块，用于获取长焦镜头变焦电机的运动方向。

预判模块，用于根据所述运动方向确定所述长焦镜头的变倍趋势。

初控模块，用于根据所述变倍趋势对所述长焦镜头进行初始聚焦控制，以改变所述长焦镜头的聚焦倍数值。

评估模块，用于在所述聚焦倍数值持续改变的同时，对通过所述长焦镜头获得的画面进行清晰度评估，得出清晰度评估值，并确定所述清晰度评估值的变化曲线。

调控模块，用于根据所述变化曲线，通过所述控制单元对所述长焦镜头进行修正聚焦控制，以修正所述聚焦倍数值，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值。

本发明的有益效果是：利用感应设备监测长焦镜头变焦电机的运动方向。根据变焦电机的运动方向，可以分析判断出长焦镜头的变倍趋势是变大还是变小。根据变倍趋势对长焦镜头进行初步控制，即，让聚焦倍数值继续变大还是继续变小。同时，对调节过程中的拍摄到的画面进行清晰度评估，观察图像的清晰度是上升了还是下降了。根据清晰度评估值变化趋势，对长焦镜头进行控制调整，确定变焦电机是沿原方向继续运动还是向反方向回退。通过持续修正，直到画面的清晰度达到最清晰的状态。至此，本轮自动聚焦结束。该方法中，整个聚焦的速度与长焦镜头的变倍速度同步。且由于随时对清晰度进行评估，并及时控制变焦电机的运动方向是继续保持或反方向回退，使得整个成像的过程中能够时刻保持清晰的画面。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法的流程示意图；

图2为本发明又一实施例提供的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法的清晰度评估值与聚焦倍数值变化关系示意图；

图3为本发明另一实施例提供的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法的流程示意图；

图4为本发明一实施例提供的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***的结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***的结构示意图；

图6为本发明又一实施例提供的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、接口、技术之类的具体细节，以便透切理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的***、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法。该方法包括如下步骤：

获取长焦镜头变焦电机的运动方向。

根据所述运动方向确定所述长焦镜头的变倍趋势。

根据所述变倍趋势对所述长焦镜头进行初始聚焦控制，以改变所述长焦镜头的聚焦倍数值。

在所述聚焦倍数值持续改变的同时，对通过所述长焦镜头获得的画面进行清晰度评估，得出清晰度评估值，并确定所述清晰度评估值的变化曲线。

根据所述变化曲线对所述长焦镜头进行修正聚焦控制，以修正所述聚焦倍数值，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值。

具体地，当拍摄静止目标时，在聚焦倍数值从零开始变大的过程中，长焦镜头所拍摄画面的清晰度会经历一个从不清晰到越来清晰到最清晰再到逐渐模糊的过程。如图2所示，示意性地给出了一条清晰度评估值的变化曲线。当拍摄运动目标时，该变化曲线会沿横坐标方向左右平移。这条清晰度评估值的变化曲线在聚焦倍数值的变化域中往往只有一个最值。而随着目标的运动，这个最值对应的横坐标，即，最清晰处对应的聚焦倍数值也会随之变化。我们的目标就是随时确定出这个最佳的聚焦倍数值。而由于，在拍摄过程中随时进行聚焦操作，清晰度少有突变，所以在原最佳的聚焦倍数值的临域内的找到的极值，往往就是清晰度评估值的变化曲线的最值处。

利用感应设备监测长焦镜头变焦电机的运动方向。根据变焦电机的运动方向，可以分析判断出长焦镜头的变倍趋势是变大还是变小。根据变倍趋势对长焦镜头进行初步控制，即，让聚焦倍数值继续变大还是继续变小。同时，对调节过程中的拍摄到的画面进行清晰度评估，观察图像的清晰度是上升了还是下降了。根据清晰度评估值变化趋势，对长焦镜头进行控制调整，确定变焦电机是沿原方向继续运动还是向反方向回退。通过持续修正，直到画面的清晰度达到最清晰的状态。至此，本轮自动聚焦结束。

该方法中，整个聚焦的速度与长焦镜头的变倍速度同步。且由于随时对清晰度进行评估，并及时控制变焦电机的运动方向是继续保持或反方向回退，使得整个成像的过程中能够时刻保持清晰的画面。

在一优选的实施例中，所述在所述聚焦倍数值持续改变的同时，对通过所述长焦镜头获得的画面进行清晰度评估，得出清晰度评估值，确定所述清晰度评估值的变化曲线，具体包括：

在所述聚焦倍数值持续改变的同时，使用边缘检测算法对所述画面进行边缘检测，获得边缘像素点数，将所述边缘像素点数作为所述清晰度评估值。

确定所述清晰度评估值的变化曲线，其中，所述变化曲线包括多个连续交叉排列的上升区间和下降区间。

每当所述聚焦倍数值改变时，便随时使用边缘检测算法对画面进行边缘检测。边缘检测是评估图像清晰度的有效手段，如果检测出来的边缘像素点数量越多，证明画面越清晰；如果检测出来的边缘像素点数量越少，证明画面越模糊。将检测出的边缘像素点数作为所述清晰度评估值记录下来，并将各评估值以例如拟合的方式形成清晰度评估值的变化曲线，可根据清晰度评估值的变化曲线判断清晰度评估值的变化趋势。

在一优选的实施例中，所述根据所述变化曲线对所述长焦镜头进行修正聚焦控制，以修正所述聚焦倍数值的过程包括：

当所述清晰度评估值处于上升区间时，控制所述变焦电机沿所述运动方向继续运动，以继续修正所述聚焦倍数值。

当所述清晰度评估值处于下降区间时，控制所述变焦电机沿所述运动方向的反方向回退，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值处。

随时对清晰度进行评估，并及时根据视频画面清晰度变化曲线，控制变倍趋势继续保持或反方向回退，使得整个成像的过程中能够时刻保持清晰的画面。整个聚焦的速度与长焦镜头的变倍速度同步。

在一优选的实施例中，所述边缘检测算法为Sobel边缘检测算法。

Sobel算子是图像边缘检测中常用的算子,Sobel边缘检测算法是在图像处理和计算机视觉得到广泛应用的一种图像边缘检测算法。利用Sobel算子进行的边缘检测算法对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果更好。

在一优选的实施例中，如图3所示，所述方法还包括如下步骤：

持续获取所述变焦电机的运动情况，其中，所述运动情况包括静止状态、聚焦运动状态和启动状态，所述静止状态为所述变焦电机完全静止的状态，所述聚焦运动状态为对所述长焦镜头进行初始聚焦控制或对所述长焦镜头进行修正聚焦控制时所述变焦电机的持续运动状态，所述启动状态为所述变焦电机从所述静止状态切换到所述聚焦运动状态时的临界状态。

当所述变焦电机处于所述启动状态时，执行所述获取长焦镜头变焦电机的运动方向的步骤。

在一轮聚焦之后，进入监测等待状态，捕捉变焦电机的运动的情况。当所述变焦电机处于所述静止状态时，继续执行所述持续获取所述变焦电机的运动情况的步骤。当所述变焦电机再次启动运动时，开始执行所述获取长焦镜头变焦电机的运动方向的步骤，并执行由这一步所出发的其他步骤，开始下一轮聚焦。如此可保证随时进入聚焦控制过程，保证整个视频拍摄过程中时刻保持清晰的画面。

如图4所示，本发明实施例提供了一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***，该***包括：

监测模块，用于获取长焦镜头变焦电机的运动方向。

预判模块，用于根据所述运动方向确定所述长焦镜头的变倍趋势。

初控模块，用于根据所述变倍趋势对所述长焦镜头进行初始聚焦控制，以改变所述长焦镜头的聚焦倍数值。

评估模块，用于在所述聚焦倍数值持续改变的同时，对通过所述长焦镜头获得的画面进行清晰度评估，得出清晰度评估值，并确定所述清晰度评估值的变化曲线。

调控模块，用于根据所述变化曲线，通过所述控制单元对所述长焦镜头进行修正聚焦控制，以修正所述聚焦倍数值，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值。

监测模块获取到长焦镜头变焦电机的运动方向后，将该方向发送至预判模块。预判模块根据变焦电机的运动方向，可以分析判断出长焦镜头的变倍趋势是变大还是变小。初控模块根据变倍趋势，通过控制单元对长焦镜头进行初步控制，即，让聚焦倍数值继续变大或继续变小。同时，在对长焦镜头进行控制调节的过程中，评估模块随时对画面进行清晰度评估，观察图像的清晰度是上升了还是下降了。调控模块根据清晰度评估值变化曲线，继续对长焦镜头进行控制调整，确定变焦电机是沿原方向继续运动还是向反方向回退。通过持续修正，直到画面的清晰度达到最清晰的状态。至此，本轮自动聚焦结束。该***中，整个聚焦的速度与长焦镜头的变倍速度同步。且由于随时对清晰度进行评估，并及时控制变倍趋势继续保持或反方向回退，使得整个成像的过程中能够时刻保持清晰的画面。

在一优选的实施例中，如图5所示，所述评估模块包括：

图像处理单元,用于在所述聚焦倍数值持续改变的同时，使用边缘检测算法对所述画面进行边缘检测，获得边缘像素点数，将所述边缘像素点数作为所述清晰度评估值。

数值处理单元，用于确定所述清晰度评估值的变化曲线，其中，所述变化曲线包括多个连续交叉排列的上升区间和下降区间。

图像处理单元在聚焦倍数值改变时，便随时使用边缘检测算法对画面进行边缘检测。边缘检测是评估图像清晰度的有效手段，如果检测出来的边缘像素点数量越多，证明画面越清晰；如果检测出来的边缘像素点数量越少，证明画面越模糊。数值处理单元将检测出的边缘像素点数作为所述清晰度评估值记录下来，并将各评估值以例如拟合的方式形成清晰度评估值的变化曲线，可根据清晰度评估值的变化曲线判断清晰度评估值的变化趋势。

在一优选的实施例中，所述调控模块包括：

第一调控单元，用于当所述清晰度评估值处于上升区间时，控制所述变焦电机沿所述运动方向继续运动，以继续修正所述聚焦倍数值。

第二调控单元，用于当所述清晰度评估值处于下降区间时，控制所述变焦电机沿所述运动方向的反方向回退，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值处。

评估模块随时对清晰度进行评估，并及时根据视频画面清晰度变化趋势给调控模块发送指令。调控模块控制变倍趋势继续保持或反方向回退，使得整个成像的过程中能够时刻保持清晰的画面。整个聚焦的速度与长焦镜头的变倍速度同步。

在一优选的实施例中，所述边缘检测算法为Sobel边缘检测算法。

Sobel算子是图像边缘检测中常用的算子,图像处理单元中使用的Sobel边缘检测算法在图像处理和计算机视觉得到广泛应用的一种图像边缘检测算法。利用Sobel算子进行的边缘检测算法对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果更好。

在一优选的实施例中，如图6所示，所述***还包括：

触发模块，用于持续监测所述变焦电机的运动情况，其中，所述运动情况包括静止状态、聚焦运动状态和启动状态，所述静止状态为所述变焦电机完全静止的状态，所述聚焦运动状态为对所述长焦镜头进行初始聚焦控制或对所述长焦镜头进行修正聚焦控制时所述变焦电机的持续运动状态，所述启动状态为所述变焦电机从所述静止状态切换到所述聚焦运动状态时的临界状态；并当所述变焦电机处于所述启动状态时，触发所述监测模块。

在一轮聚焦之后，各模块进入监测等待状态，触发模块捕捉变焦电机的运动的情况，当所述变焦电机再次启动运动时，触发监测模块工作，从而引发其他模块协同工作开始下一轮聚焦。如此可保证随时进入聚焦状态，使得整个视频拍摄过程中时刻保持清晰的画面。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取长焦镜头变焦电机的运动方向；

根据所述运动方向确定所述长焦镜头的变倍趋势；

根据所述变倍趋势对所述长焦镜头进行初始聚焦控制，以改变所述长焦镜头的聚焦倍数值；

在所述聚焦倍数值持续改变的同时，对通过所述长焦镜头获得的画面进行清晰度评估，得出清晰度评估值，并确定所述清晰度评估值的变化曲线；

根据所述变化曲线对所述长焦镜头进行修正聚焦控制，以修正所述聚焦倍数值，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值处。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法，其特征在于，所述在所述聚焦倍数值持续改变的同时，对通过所述长焦镜头获得的画面进行清晰度评估，得出清晰度评估值，确定所述清晰度评估值的变化曲线的过程包括：

在所述聚焦倍数值持续改变的同时，使用边缘检测算法对所述画面进行边缘检测，获得边缘像素点数，将所述边缘像素点数作为所述清晰度评估值；

确定所述清晰度评估值的变化曲线，其中，所述变化曲线包括多个连续交叉排列的上升区间和下降区间。

3.根据权利要求2所述的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法，其特征在于，所述根据所述变化曲线对所述长焦镜头进行修正聚焦控制，以修正所述聚焦倍数值，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值处的过程包括：

当所述清晰度评估值处于所述上升区间时，控制所述变焦电机沿所述运动方向继续运动，以继续修正所述聚焦倍数值；

当所述清晰度评估值处于所述下降区间时，控制所述变焦电机沿所述运动方向的反方向回退，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值处。

4.根据权利要求2所述的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法，其特征在于，所述边缘检测算法为Sobel边缘检测算法。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

持续获取所述变焦电机的运动情况，其中，所述运动情况包括静止状态、聚焦运动状态和启动状态，所述静止状态为所述变焦电机完全静止的状态，所述聚焦运动状态为对所述长焦镜头进行初始聚焦控制或对所述长焦镜头进行修正聚焦控制时所述变焦电机的持续运动状态，所述启动状态为所述变焦电机从所述静止状态切换到所述聚焦运动状态时的临界状态；

当所述变焦电机处于所述启动状态时，执行所述获取长焦镜头变焦电机的运动方向的步骤。

6.一种基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***，其特征在于，所述***包括：

监测模块，用于获取长焦镜头变焦电机的运动方向；

预判模块，用于根据所述运动方向确定所述长焦镜头的变倍趋势；

初控模块，用于根据所述变倍趋势对所述长焦镜头进行初始聚焦控制，以改变所述长焦镜头的聚焦倍数值；

评估模块，用于在所述聚焦倍数值持续改变的同时，对通过所述长焦镜头获得的画面进行清晰度评估，得出清晰度评估值，并确定所述清晰度评估值的变化曲线；

调控模块，用于根据所述变化曲线，通过所述控制单元对所述长焦镜头进行修正聚焦控制，以修正所述聚焦倍数值，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值。

7.根据权利要求6所述的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***，其特征在于，所述评估模块包括：

图像处理单元,用于在所述聚焦倍数值持续改变的同时，使用边缘检测算法对所述画面进行边缘检测，获得边缘像素点数，将所述边缘像素点数作为所述清晰度评估值；

数值分析单元，用于确定所述清晰度评估值的变化曲线，其中，所述变化曲线包括多个连续交叉排列的上升区间和下降区间。

8.根据权利要求6所述的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***，其特征在于，所述调控模块包括：

第一调控单元，用于当所述清晰度评估值处于所述上升区间时，控制所述变焦电机沿所述运动方向继续运动，以继续修正所述聚焦倍数值；

第二调控单元，用于当所述清晰度评估值处于所述下降区间时，控制所述变焦电机沿所述运动方向的反方向回退，直至清晰度评估值达到所述变化曲线的极值处。

9.根据权利要求7所述的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***，其特征在于，所述边缘检测算法为Sobel边缘检测算法。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的基于图像处理的长焦变倍快速聚焦***，其特征在于，所述***还包括：

触发模块，用于持续监测所述变焦电机的运动情况，其中，所述运动情况包括静止状态、聚焦运动状态和启动状态，所述静止状态为所述变焦电机完全静止的状态，所述聚焦运动状态为对所述长焦镜头进行初始聚焦控制或对所述长焦镜头进行修正聚焦控制时所述变焦电机的持续运动状态，所述启动状态为所述变焦电机从所述静止状态切换到所述聚焦运动状态时的临界状态；并当所述变焦电机处于所述启动状态时，触发所述监测模块。