CN1928691A

CN1928691A - 一种数字影像撷取装置的自动对焦方法

Info

Publication number: CN1928691A
Application number: CN200610113634.3A
Authority: CN
Inventors: 卢虹
Original assignee: Vimicro Corp
Current assignee: Vimicro Corp
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: CN100458544C

Abstract

一种数字影像撷取装置的自动对焦方法，包含如下步骤：步骤A：选取镜头的初始运动方向，镜头沿该方向运动一个位置；令r＝0，s＝1；步骤B：计算并记录当前镜头位置对应的边界信息值；步骤C：判断是否已找到边界信息值的最大值；若找到边界信息值的最大值则将边界信息值最大值对应的镜头位置确定为对焦准确位置，本方法结束；步骤D：若满足镜头转向条件，则令镜头运动方向为当前运动方向的相反方向，同时令s＝0，r＝r+1：步骤F：若r＞1，则将当前已知的边界信息值中的最大值对应的镜头位置作为对焦准确位置，本方法结束；步骤G：镜头沿预定方向运动一个位置，令s＝s+1；转至步骤B。

Description

一种数字影像撷取装置的自动对焦方法

技术领域

本发明涉及一种影像撷取装置的自动对焦方法，特别涉及一种数字影像撷取装置的自动对焦方法。

背景技术

在公开号为CN1794032的专利文件中公开了一种自动对焦方法，包括以下步骤：a)获取镜头初始位置的图像数据并提取出图像的边缘，统计所述边缘上各点的像素值，得到边界信息值并存储下来，同时存储相应镜头位置；b)移动镜头，并按照步骤a)所述方法得到当前镜头位置所对应图像的边界信息值；c)比较所述当前图像的边界信息值和上一次存储下来的边界信息值，将其中的较大值及其对应的镜头位置保存下来，然后循环执行步骤b)、c)。当边界信息值大于其两边邻近位置的边界信息值，即结束自动对焦过程。

其中，上述边界信息值edge_sum，可以由以下方法得到：

首先，将该帧图像转换为灰度图像，然后提取出图像的边缘，所述边缘上各点的值是灰度值或亮度值。当图像传感器所输出的是RGB Bayer格式的数据时，需要先对输出数据进行插值计算，得到每个像素的RGB值后，再提取出图像的边缘。当图像传感器输出的是YUV格式的数据时，可以先提取出每个像素的亮度分量Y，然后直接用亮度分量Y作为图像的灰度值或亮度值来提取出图像的边缘。

所述边缘的提取有很多种算法，如可利用二阶导数算子来得到图像的边缘，边缘上每个点的值都是灰度值或亮度值。

提取出被检测帧图像的边缘后，计算得到其边界信息值edge_sum，所述边界信息值可以为图像边缘上各点灰度值或亮度值的绝对值之和，即edge_sum＝∑|D_m|，D_m表示图像边缘上第m个像素的灰度值或亮度值。

边界信息值也可以是图像边缘上各个像素灰度值或亮度值的平方和，即令edge_sum＝∑|D_m ²|。

除了上述用边缘上各点灰度绝对值之和或平方和作为边界信息之外，也可以用更高次幂，如立方的绝对值等，但是计算高次幂会增加计算量，降低运算速度。一般情况下，用平方和来计算即可。

但是，该方法仅在理想的状态下适用，即仅在边界信息值曲线只存在一个波峰，即波峰左边单调上升，右边单调下降的情况下才能够准确地找到边界信息值的最大值。而实际应用环境中，边界信息值的曲线存在波动的现象，即边界信息值曲线存在多个波峰，该方法在这种情况下对边界信息值的最大值往往无法准确定位，无法准确地进行对焦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中数字影像撷取装置自动对焦方法的不足，提出一种在边界信息值曲线存在波动的情况下也能准确进行自动对焦的方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种数字影像撷取装置的自动对焦方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：

步骤A：选取镜头的初始运动方向，镜头沿该方向运动一个位置；令r＝0，s＝1；

步骤B：计算并记录当前镜头位置对应的边界信息值；

步骤C：判断是否已找到边界信息值的最大值；若找到边界信息值的最大值则将边界信息值最大值对应的镜头位置确定为对焦准确位置，本方法结束；

步骤D：若满足镜头转向条件，则令镜头运动方向为当前运动方向的相反方向，同时令s＝0，r＝r+1：

步骤F：若r＞1，则将当前已知的边界信息值中的最大值对应的镜头位置作为对焦准确位置，本方法结束；

步骤G：镜头沿预定方向运动一个位置，令s＝s+1；转至步骤B；

其中，r为镜头转向次数，s为镜头运动步数。

此外，镜头的初始运动方向可按如下步骤确定：

A1：当镜头初始位置小于X时，镜头的初始运动方向为使镜头位置值增加的方向；

A2：当镜头初始位置大于或等于X时，镜头的初始运动方向为使镜头位置值减小的方向；

其中，X＝N/2，N为镜头位置总数，当N为奇数时，对X进行向上取整。

此外，所述步骤C中判断是否已找到边界信息值的最大值的操作分为如下子步骤：

C1：若当前镜头位置存在左右各3个镜头位置的边界信息值，而当前镜头位置的边界信息值大于其左边最接近的三个镜头位置的边界信息值和其右边最接近的三个镜头位置的边界信息值，且其左边最接近的三个镜头位置的边界信息值随镜头位置增加单调增加，且其右边最接近的三个镜头位置的边界信息值随镜头位置增加单调减小，则当前镜头位置的边界信息值为最大值，判断结束；

C2：若当前镜头位置为STEP1，且STEP1，STEP2，STEP3中存在一镜头位置满足：

该镜头位置对应的边界信息值比其右边3个镜头位置对应的边界信息值大；且

其右边3个镜头位置对应的边界信息值为随镜头位置增加单调减小；且

若该镜头位置非STEP1，则该镜头位置对应的边界信息值比其左边任何一个镜头位置对应的边界信息值大，且其左边的每个镜头位置对应的边界信息值随镜头位置增加单调增加；

则该镜头位置对应的边界信息值为最大值，判断结束；

C3：若当前镜头位置为STEPN，且STEPN，STEPN-1，STEPN-2中存在一镜头位置满足：

该镜头位置对应的边界信息值比其左边3个镜头位置对应的边界信息值大；且

其左边3个镜头位置对应的边界信息值为随镜头位置增加单调增加；且

若该镜头位置非STEPN，则该镜头位置对应的边界信息值比其右边任何一个镜头位置对应的边界信息值大，且其右边的每个镜头位置对应的边界信息值随镜头位置增加单调减小；

则该镜头位置对应的边界信息值为最大值，判断结束。

此外，所述步骤D中的镜头转向条件为：

D1：s＝4，且镜头运动的每一步结束时对应的镜头位置的边界信息值都比运动前对应的镜头位置的边界信息值小；或

D2：s＝5，且镜头运动的每一步结束时对应的镜头位置的边界信息值的最大值没有更新。

此外，当满足镜头转向条件D2时，若还满足：Vmax＜阈值1且V1+V2+V3+V4+V5＜阈值2，则：

E1：将镜头跳至N/2的位置；

E2：将S5当作镜头初始位置；

E3：令focus_small＝focus_small+1，s＝0；

E4：若focus_small＜2，则转至步骤A；否则将当前已知的边界信息值中的最大值对应的镜头位置作为对焦准确位置，结束本方法；

否则，进行镜头转向操作；

其中，变量focus_small在进行步骤A之前的初始值为0，Vmax为当前已知的边界信息值中的最大值，V1、V2、V3、V4、V5为镜头运动结束时对应的镜头位置的边界信息值，S5为镜头运动的第5步结束时对应的镜头位置。

此外，0＜阈值1≤30；0＜阈值2≤150。

本发明通过选取初始镜头运动方向、确定镜头转向条件和对边界信息值的最大值进行准确地判断，实现了在实际应用环境中，即使边界信息值曲线存在波动，也能准确找到边界信息值的最大值，从而实现了准确地对数字影像撷取装置进行自动对焦的目的。

附图说明

图1是本发明的自动对焦方法的流程图。

具体实施方式

本发明的基本思路是，在数字影像撷取装置镜头的运动过程中计算并记录每个镜头位置的边界信息值，并对与每个镜头位置相邻的多个镜头位置的边界信息值进行判断，当满足特定条件时结束自动对焦操作。

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地描述。

图1是本发明的自动对焦方法的流程图。

如图1所示，本发明的自动对焦方法包含如下步骤：

步骤A：选取镜头的初始运动方向，镜头沿该方向运动一个位置。

在数字影像撷取装置需要进行自动对焦时，首先需要选取镜头的初始运动方向。设数字影像撷取装置的镜头位置总数为N，即镜头位置依次为STEP₁，STEP₂，...，STEP_N，本发明仅考虑N≥5的情况。镜头初始位置为数字影像撷取装置上一次对焦准确的位置。当镜头初始位置小于N/2时，镜头的初始运动方向为右，即镜头位置增加的方向；当镜头初始位置大于或等于N/2时，镜头的初始运动方向为左，即镜头位置减小的方向。当N为奇数时，进行向上取整操作。

步骤B：计算并记录当前镜头位置对应的边界信息值。

在镜头运动到每个位置时，需计算并记录该镜头位置对应的边界信息值。

步骤C：判断是否已找到边界信息值的最大值，若找到边界信息值的最大值则将边界信息值最大值对应的镜头位置确定为对焦准确位置，本方法结束。

判断是否已找到边界信息值的最大值的操作包含如下子步骤：

C1：若当前镜头位置存在左右各3个位置的边界信息值，而当前镜头位置的边界信息值大于其左边最接近的三个镜头位置的边界信息值和其右边最接近的三个镜头位置的边界信息值，且其左边最接近的三个镜头位置的边界信息值为单调增加，且其右边最接近的三个镜头位置的边界信息值为单调减小，则当前镜头位置的边界信息值为最大值。

例如，当前镜头位置为S4，与其最接近的左边三个镜头位置依次为S1，S2，S3；与其最接近的右边三个镜头位置依次为S5，S6，S7；对应的边界信息值分别为：V₄，V₁，V₂，V₃，V₅，V₆，V₇，当满足：V₁＜V₂＜V₃＜V₄，且V₄＞V₅＞V₆＞V₇时，V₄为边界信息值的最大值。

C2：若当前镜头位置为STEP₁，对应的边界信息值为V₁，若：

C21：STEP₂，STEP₃，STEP₄对应的边界信息值V₂，V₃，V₄已知，且满足：V₁＞V₂＞V₃＞V₄，则V₁为边界信息值的最大值；STEP₁为对焦准确位置；

C22：STEP₂，STEP₃，STEP₄，STEP₅对应的边界信息值V₂，V₃，V₄，V₅已知，且满足：V₁＜V₂，且V₂＞V₃＞V₄＞V₅，则V₂为边界信息值的最大值；STEP₂为对焦准确位置；

C23：STEP₂，STEP₃，STEP₄，STEP₅，STEP₆对应的边界信息值V₂，V₃，V₄，V₅，V₆已知，且满足V₁＜V₂＜V₃，且V₃＞V₄＞V₅＞V₆，则V₃为边界信息值的最大值；STEP₃为对焦准确位置；

C3：若当前镜头位置为STEP_N，对应的边界信息值为V_N，若：

C31：STEP_N-1，STEP_N-2，STEP_N-3对应的边界信息值V_N-1，V_N-2，V_N-3已知，且满足：V_N＞V_N-1＞V_N-2＞V_N-3，则V_N为边界信息值的最大值；STEP_N为对焦准确位置；

C32：STEP_N-1，STEP_N-2，STEP_N-3，STEP_N-4对应的边界信息值V_N-1，V_N-2，V_N-3，V_N-4已知，且满足：V_N＜V_N-1，且V_N-1＞V_N-2＞V_N-3＞V_N-4，，则V_N-1为边界信息值的最大值；STEP_N-1为对焦准确位置；

C33：STEP_N-1，STEP_N-2，STEP_N-3，STEP_N-4，STEP_N-5对应的边界信息值V_N-1，V_N-2，V_N-3，V_N-4，V_N-5已知，且满足：V_N＜V_N-1＜V_N-2，且V_N-2＞V_N-3＞V_N-4＞V_N-5，则V_N-2为边界信息值的最大值；STEP_N-2为对焦准确位置。

步骤D：镜头转向判断。

当镜头沿着某一方向运动的过程中，需对镜头是否需要转向进行判断。设s为镜头沿着某一方向运动的步数，r为本次对焦的镜头转向次数。当满足镜头转向条件时，进行镜头转向操作，即令镜头运动方向为当前运动方向的相反方向，同时令s＝0，r＝r+1。镜头转向条件为：

D1：s＝4，而镜头运动的每一步结束时对应的镜头位置的边界信息值都比运动前对应的镜头位置的边界信息值小。

假设镜头从S0运动4步，对应的镜头位置为：S1，S2，S3，S4，对应的边界信息值分别为：V₀，V₁，V₂，V₃，V₄，则当满足：V₀＜V₁＜V₂＜V₃＜V₄时，进行镜头转向操作。

D2：s＝5，而镜头运动的每一步结束时对应的镜头位置的边界信息值的最大值没有更新。

假设当前边界信息值的最大值为V_max，镜头运动5步对应的镜头位置为：S1，S2，S3，S4，S5，对应的边界信息值分别为：V₁，V₂，V₃，V₄，V₅，则当满足：V₁≤V_max且V₂≤V_max且V₃≤V_max且V₄≤V_max且V₅≤V_max时，进行镜头转向操作。

步骤E：在上述步骤D中，若满足D2的同时，还满足：V_max＜阈值1且V₁+V₂+V₃+V₄+V₅＜阈值2，则：

E1：将镜头跳至N/2的位置；

E2：将S5当作镜头初始位置；

E3：令focus_small＝focus_small+1，s＝0；

E4：若focus_small＜2，则转至步骤A；否则将当前已知的边界信息值中的最大值对应的镜头位置作为对焦准确位置，结束本方法。

其中，0＜阈值1≤30；0＜阈值2≤150。

这种情况的出现意味着当前的镜头位置离焦点位置很远，图像很模糊，边界信息值很小。

步骤F：若r＞1，则将当前已知的边界信息值中的最大值对应的镜头位置作为对焦准确位置，结束本方法。

步骤G：镜头沿预定方向运动一个位置；令s＝s+1；转至步骤B。

其中，上述r，s，focus_small的初始值为0。

Claims

1、一种数字影像撷取装置的自动对焦方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：

步骤B：计算并记录当前镜头位置对应的边界信息值；

其中，r为镜头转向次数，s为镜头运动步数。

2、如权利要求1所述的数字影像撷取装置的自动对焦方法，其特征在于，镜头的初始运动方向按如下步骤确定：

3、如权利要求1所述的数字影像撷取装置的自动对焦方法，其特征在于，所述步骤C中判断是否已找到边界信息值的最大值的操作分为如下子步骤：

C2：若当前镜头位置为STEP₁，且STEP₁，STEP₂，STEP₃中存在一镜头位置满足：

若该镜头位置非STEP₁，则该镜头位置对应的边界信息值比其左边任何一个镜头位置对应的边界信息值大，且其左边的每个镜头位置对应的边界信息值随镜头位置增加单调增加；

则该镜头位置对应的边界信息值为最大值，判断结束；

C3：若当前镜头位置为STEP_N，且STEP_N，STEP_N-1，STEP_N-2中存在一镜头位置满足：

若该镜头位置非STEP_N，则该镜头位置对应的边界信息值比其右边任何一个镜头位置对应的边界信息值大，且其右边的每个镜头位置对应的边界信息值随镜头位置增加单调减小；

则该镜头位置对应的边界信息值为最大值，判断结束。

4、如权利要求1所述的数字影像撷取装置的自动对焦方法，其特征在于，所述步骤D中的镜头转向条件为：

5、如权利要求4所述的数字影像撷取装置的自动对焦方法，其特征在于，当满足镜头转向条件D2时，若还满足：V_max＜阈值1且V₁+V₂+V₃+V₄+V₅＜阈值2，则：

E1：将镜头跳至N/2的位置；

E2：将S5当作镜头初始位置；

E3：令focus_small＝focus_small+1，s＝0；

否则，进行镜头转向操作；

其中，变量focus_small在进行步骤A之前的初始值为0，V_max为当前已知的边界信息值中的最大值，V₁、V₂、V₃、V₄、V₅为镜头运动结束时对应的镜头位置的边界信息值，S5为镜头运动的第5步结束时对应的镜头位置。

6、如权利要求5所述的数字影像撷取装置的自动对焦方法，其特征在于，0＜阈值1≤30；0＜阈值2≤150。