[發明專利]一種一體化攝像機裝置及自適應自動聚焦方法

有效

• 申請號: 200910096471.6
• 申請日: 2009-03-09
• 公開（公告）號: CN101494737A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 宋其毅;徐鵬
• 申請（專利權）人: 杭州海康威視數字技術股份有限公司
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232;G02B7/28;G03B13/36
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司
• 代理人: 陳繼亮

技術領域

本發明涉及成像領域的自動聚焦裝置與方法，特別是一種一體化攝像機裝置及自適應自動聚焦方法。

背景技術

最近由于通信與信息技術的迅速發展，尤其是寬帶與無線通信技術的發展為具有高分辨率、高清晰度圖像的快速傳輸提供了極大的便利，進一步刺激了圖像采集及視頻娛樂消費類電子的發展，如數碼相機、攝像機及帶攝像頭的移動電話等。

一般的攝像機包括了具有連續采集圖像的模塊，保存圖像與聲音的模塊，發送圖像與聲音的模塊，以及為滿足和提高攝像機在各種條件下的拍攝性能的輔助模塊如自動白平衡、色彩校正和自動曝光等。

在攝像機拍攝圖像時常需要調節鏡頭使其處于聚焦清晰的狀態，調節方式分為主動調焦方式與被動調焦方式。主動調焦方式主要通過向目標發射紅外線或超聲波，然后檢測動目標反射的光或波以測量目標的距離。被動調焦方式不具有發射紅外或超聲波的裝置而是依靠透鏡部分來接受目標發射的光線，并綜合使用目標的亮度及其它信息來判斷測量目標的距離。

在被動調焦方式中又包含了手動和自動兩種調節焦距的實現方式。手動調焦根據人目測是否聚焦并以手工方式調節焦距，手動調焦方式適用于靜止目標并與拍攝者個人經驗相關。

自動調焦方式要求攝像鏡頭對準任意場景時攝像機能驅動鏡頭聚焦電機快速準確的到達焦點位置拍攝出清晰的圖片。傳統的自動聚焦方式如下：當攝像機鏡頭每采集一幀圖像時，對所采集的圖像使用預先設計的能評價圖像清晰程度的一些清晰度評價函數以得出該圖像清晰程度的一些評價值，連續采集得到多幀圖像時這些值即構成了一時間序列曲線，對該曲線搜索其最大值，并驅動鏡頭聚焦電機移至該波峰對應的焦點位置，此方法即所謂的“爬山法”。該曲線上的波峰對應的是該聚焦電機的焦點位置，曲線上的任一點的值為清晰度評價函數對該時刻所采集圖像的運算結果。常用的表征圖像的清晰度的一些函數如：某一幅圖像的梯度之和，一幅圖像所包含的信息熵，一幅圖像的能量之和以及對圖像進行濾波后所得到的圖像頻率成份值等，這些評價函數都利用了對于同一場景如果圖像所包含的細節成分越多則其清晰度越高與其對應的評價函數值越大的原理。

由于攝像機所對準拍攝的場景內容可能千變萬化如運動目標出現，在拍攝過程中拍攝的環境條件也在發生著變化如光照條件，所采用的圖像清晰度評價函數等多種因素致使由連續采集多幀圖像所得到的清晰度評價值曲線并不一定呈連續、單峰性、平滑的曲線。這給傳統的以固定步長、小范圍內“震顫”前進的“爬山法”搜索方式帶來了很多困難，與這種搜索過程對應的則是在一段時間內顯示圖像一直處于模糊狀態或模糊與清晰之間的來回振蕩變化。這是攝像機使用者難以忍受的一種比較糟糕的狀況，即使在相對較好的一種情況下鏡頭馬達能以較小的步長緩慢的走向聚焦點這也是遠離實用所要求的快速、準確、平穩自動聚焦的目標的。

同時在傳統的自動聚焦方法中在各種變倍倍率下常采用相同或相似的聚焦搜索策略，事實上在不同倍率下場景景深差別很大，各種變倍倍率下為達到準確的聚焦其有效搜索的范圍差別很大，即使對準同一場景下步進電機走動相同距離對于觀測到的圖像的模糊程度的改變也是不同的。具體的說，由于在低倍率下圖像的景深較大，圖像在焦點兩側的較大范圍處于較清晰的狀態，與此相對應的聚焦評價值曲線具有平滑、明顯的單峰性特征；而在較高倍率時圖像的景深范圍很小，除焦點附近的很窄區域以外，圖像都處于高度模糊的狀態，與此對應的聚焦評價曲線則在很大的范圍內都表現為無明顯曲線走勢“毛刺”較多的振蕩曲線，因此與采用與傳統相似的聚焦策略對于在不同變倍倍率尤其在較高變倍情況下將難以實現快速、準確、平穩的自動聚焦。

發明內容

本發明的目的正是為了克服上述不足，而提供的一種一體化攝像機裝置及自適應自動聚焦方法，提供了一種清晰度評價準則，通過該準則能夠對同一場景的所采集圖像的清晰程度提供評價；提供了一種根據變倍倍率選擇相應聚焦模式的自適應聚焦方法。

實現本發明目的的技術方案是：本發明設計思路是設計對圖像清晰度評價的評價函數，對連續采集的多幀圖像的清晰度評價值所構成的曲線使用爬山法，根據變倍情況選擇聚焦模式，搜索曲線的波峰并驅動鏡頭到達曲線波峰對應的聚焦位置，在搜索到波峰后對鏡頭場景進行實時的運動檢測，當判定鏡頭場景出現了一定程度的模糊或運動場景發生了變化并且處于非聚焦狀態時則驅動鏡頭電機啟動新一輪的自動聚焦過程。

本發明所述的自適應自動聚焦方法，包括步驟如下：

1)將鏡頭所對應的場景劃分出中心窗口及四周幾個窗口，這幾個窗口在評價圖像清晰度及是否處于聚焦狀態起著不同的作用，通常中心窗口占據了更為主體的作用。