CN109995982A - 一种电动镜头自动聚焦的方法、装置及摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动镜头自动聚焦的方法、装置及摄像机，所述电动镜头自动聚焦的方法将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。本发明的装置包括预置位管理模块和自动聚焦模块。本发明的方法及装置，优化了镜头聚焦行程，缩减搜索过程，有效提升电动镜头聚焦速度。

Description

一种电动镜头自动聚焦的方法、装置及摄像机

技术领域

本发明属于摄像器材技术领域，尤其涉及一种电动镜头自动聚焦的方法、装置及摄像机。

背景技术

在远距离安防监控应用中(边防、海防、森林防火等)，大多会采用枪机+电动镜头方案，其中电动镜头焦距可达到500-1500mm，监控覆盖达3-10km范围。

现有技术电动镜头都采用直流电机驱动，镜头的变焦和聚焦是通过加载正向/反向电流的时间来进行控制，无法做到精确的步长和步数，导致自动聚焦算法只能根据图像的变化趋势来寻找最佳聚焦点。

在实际应用中，一般会预设一个监控距离，将镜头聚焦与摄像机后焦调整到最佳，确保在变焦全过程中无需聚焦即可获得最清晰的图像。然而，如图1所示，在后焦调整后，默认物距下其最佳聚焦点位B，但当选择其它距离的监控目标时，图像需要重新聚焦(假设焦点在A)。此时再次变焦到其它焦距时，由于聚焦组仍停留在A处，而在当前焦距下A点有可能位于聚焦曲线末端，如图2所示，距离最佳聚焦点很远，此时聚焦组需要走较多的行程才有可能搜索到最佳聚焦点。

为了解决上述的问题，现有技术采用分级电流控制，即加大搜索时的驱动电流，加快电机速度，缩短搜索时长，当寻找到最佳聚焦点并确定过冲后，减小驱动电流反向搜索最佳聚焦点，由此反复震荡，直到找到最佳位置。

然而由于步长(速度)和精度始终存在矛盾，导致控制策略较为复杂。根本原因是在总体行程不变情况下，只优化搜索策略，其效率提升有限，尤其是长焦镜头的聚焦行程很长，效果改善很有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动镜头自动聚焦的方法、装置及摄像机，用于解决现有技术在变焦后重新聚焦时聚焦行程很长的问题。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种电动镜头自动聚焦的方法，所述电动镜头自动聚焦的方法，包括：

将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置；

在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

进一步地，所述将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，包括：

根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦；

将当前对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置。

进一步地，所述预设监控距离，是摄像机监控场景中监控目标的物距。

本发明还提出了一种电动镜头自动聚焦的装置，应用于摄像机，所述电动镜头自动聚焦的装置，包括：

预置位管理模块，用于将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置；

自动聚焦模块，用于在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

进一步地，所述预置位管理模块将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，执行如下操作：

根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦；

将当前对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置。

进一步地，所述预设监控距离，是摄像机监控场景中监控目标的物距。

本发明还提出了一种摄像机，所述摄像机包括电动镜头，所述电动镜头，包括：

预置位管理模块，用于将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置；

自动聚焦模块，用于在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

进一步地，所述预置位管理模块将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，执行如下操作：

根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦；

将当前对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置。

进一步地，所述预设监控距离，是摄像机监控场景中监控目标的物距。

本发明提出的一种电动镜头自动聚焦的方法、装置及摄像机，通过将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。本发明优化了镜头聚焦行程，缩减搜索过程，有效提升电动镜头聚焦速度。

附图说明

图1为预设监控距离下聚焦曲线；

图2为变更焦距后聚焦曲线；

图3为本发明一种改进直流电机电动镜头自动聚焦的方法流程图；

图4为本发明摄像机电动镜头结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。

本技术方案的总体思路是，针对常见的自动聚焦搜索算法包括曲线拟合算法、爬山算法等，一般是通过计算单位时间内图像变化率来确定电机运动方向是否合理，如果数值明显增高，则说明当前电机方向正确，会继续向此方向运动；如果明显降低，则说明电机方向错误，软件会控制电机反向运动，并同步计算变化率；如果变化值不明显，则仍然会沿当前方向运动，直至超时后才会更换电机方向(由于直流电机无位置反馈，因此软件无法判定是未能搜索到最佳聚焦点还是已经到达机械终点)。传统的技术方案单纯的优化电机控制策略只能减少震荡次数，而本技术方案的目标是减少行程，通过调整摄像机后焦位置后，得到一个聚焦组位置，并记录此位置，当聚焦点位置发生变化且重新变焦后，在触发自动聚焦之前先调用已记录的聚焦组位置，以此来改善搜索行程，提高聚焦速度，以此提高效率。

如图3所示，本技术方案的一种实施例，一种电动镜头自动聚焦的方法，包括：

将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置；

在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

具体地，如图4所示，摄像机包括电动镜头包括主控模块、自动聚焦模块、图像信号评价模块、电机控制模块和预置位管理模块。

其中，主控模块调度各模块执行变焦、对焦的过程，并调整参数的大小。自动聚焦模块通过变化率参数调整电机控制方向，电机控制模块对镜头变倍组、聚焦组进行控制；图像信号评价模块输出图像评价参数，定时计算变化率。与现有技术不同的是，还增加了预置位管理模块，用来记录预置位聚焦组位置信息。

本实施例镜头为直流电机电动镜头，指应用在监控***中，可通过远程控制变焦、聚焦的光学镜头。镜头包括变倍组和聚焦组，变倍组由镜头内多枚镜片组成，改变其行程时镜头焦距会发生变化；聚焦组由镜头内多枚镜片组成，改变其行程时镜头焦点会发生变化。

在摄像机部署到监控场景时，会通过预设的监控距离，调整摄像机后焦位置或镜头后焦点位置，当摄像机后焦与镜头后焦点重合时可获得清晰的监控图像，理论上此时变焦全过程中无需聚焦即可获得最清晰的图像。本实施例预设的监控距离是摄像机监控场景中监控目标的物距，一般情况下对于远距离安防监控应用中的摄像机电动镜头来说，监控覆盖达3-10km范围，基本上相当于无穷远的物距。通过上述的调整，能得到在镜头聚焦与摄像机后焦调整到最佳时对应的聚焦组位置信息。

本技术方案的一种实施例，将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，包括：

根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦；

将当前对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置。

在摄像机部署时，可以调整摄像机后焦，也可以调整镜头后焦点进行对焦，当摄像机后焦与镜头后焦点重合时可获得清晰的监控图像。本实施例采用此时记录的聚焦组位置为预置位聚焦组位置，记录的位置更加准确，便于后续在自动聚焦搜索算法中进行快速的聚焦。

容易理解的是，在摄像机部署完成后，一般只能调整镜头后焦点来进行聚焦。本技术方案同样适用于已经部署完毕的摄像机，此时摄像机后焦位置不能变动，只需在预设监控距离下，进行自动对焦后，记录对焦后的聚焦组位置作为预置位聚焦组位置即可。

本实施例记录此时的聚焦组位置信息，用于在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，进行自动对焦的过程。容易理解的是，在实际的监控场景中，有时候需要跟踪目标物体，或根据需要监控另一个物距的物体时，随着物距的变动，需要重新对焦。在重新对焦后，聚焦组位置信息随之发生变动，在聚焦曲线上最佳聚焦位置偏离原来的最佳聚焦位置，例如如图1所示，从B点偏移到A点。

如果在这之后，摄像机需要拉近或拉远被监控目标时，则涉及到变焦，在变焦后，摄像机需要重新对焦。假设原来的焦距为F1，对应图1的聚焦曲线；在变焦后，焦距变位F2，对应图2的聚焦曲线。会发现A点距离最佳聚焦点D很远。这造成按照传统方法来进行自动对焦时，调整的时间比较长，聚焦组需要走较多的行程才有可能搜索到最佳聚焦点，且在搜索最佳聚焦点的过程中，需要反复振荡。

为此，本实施例先根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦，记录此时的聚焦组位置信息，例如记录在预置位管理模块，将其记为预置位聚焦组位置。

然后，在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

容易理解的是，在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，将使得再次开始自动对焦时的初始位置变为预置位聚焦组位置。而不同焦距下，聚焦曲线的最佳对焦位置比较接近，此时聚焦组位置偏离最佳聚焦位置不会太多，这种情况下电机无论向哪个方向运动，其变化率都会比较明显，由此可以迅速判断出正确的电机运动方向，并快速收敛到最佳聚焦点。这样就大大减少了重新对焦时聚焦组的行程以及聚焦时间。

本实施例技术方案优化了镜头聚焦行程，缩减搜索过程，有效提升电动镜头聚焦速度；并且本实施例的方法可与任意一种聚焦算法组合应用，自动聚焦搜索算法包括曲线拟合算法、爬山算法等等，皆能达到最佳效果。

与上述方法对应的，本技术方案的又一实施例，还提出了一种电动镜头自动聚焦的装置，应用于摄像机，所述电动镜头自动聚焦的装置，包括：

预置位管理模块，用于将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置；

自动聚焦模块，用于在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

对应的，本实施例优选地，所述预置位管理模块将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，执行如下操作：

根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦；

将当前对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置。

本技术方案的又一实施例，还提出了一种摄像机，所述摄像机包括电动镜头，所述电动镜头，包括：

预置位管理模块，用于将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置；

自动聚焦模块，用于在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

本实施例优选地，预置位管理模块将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，执行如下操作：

根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦；

将当前对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动镜头自动聚焦的方法，其特征在于，所述电动镜头自动聚焦的方法，包括：

将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置；

在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

2.如权利要求1所述的电动镜头自动聚焦的方法，其特征在于，所述将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，包括：

根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦；

将当前对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置。

3.如权利要求1或2所述的电动镜头自动聚焦的方法，其特征在于，所述预设监控距离，是摄像机监控场景中监控目标的物距。

4.一种电动镜头自动聚焦的装置，应用于摄像机，其特征在于，所述电动镜头自动聚焦的装置，包括：

预置位管理模块，用于将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置；

自动聚焦模块，用于在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

5.如权利要求4所述的电动镜头自动聚焦的装置，其特征在于，所述预置位管理模块将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，执行如下操作：

根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦；

将当前对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置。

6.如权利要求4或5所述的电动镜头自动聚焦的装置，其特征在于，所述预设监控距离，是摄像机监控场景中监控目标的物距。

7.一种摄像机，其特征在于，所述摄像机包括电动镜头，所述电动镜头，包括：

预置位管理模块，用于将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置；

自动聚焦模块，用于在聚焦点位置发生变化且重新变焦后，将聚焦组位置调整到已记录的预置位聚焦组位置，开始自动聚焦并完成聚焦。

8.如权利要求7所述的摄像机，其特征在于，所述预置位管理模块将预设监控距离下对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置，执行如下操作：

根据预设监控距离，调整摄像机后焦位置与镜头后焦点重合，完成对焦；

将当前对焦后的聚焦组位置记录为预置位聚焦组位置。

9.如权利要求7或8所述的摄像机，其特征在于，所述预设监控距离，是摄像机监控场景中监控目标的物距。