[發明專利]一種基于液態鏡頭的快速自動聚焦算法

在審

• 申請號: 201711077450.0
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107870406A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 郭勇軍;高曉陽;周中亞;劉強強;劉敏;宋偉銘;李潤鋒
• 申請（專利權）人: 北京大恒圖像視覺有限公司;中國大恒（集團）有限公司北京圖像視覺技術分公司
• 主分類號: G02B7/36
• 分類號: G02B7/36;H04N5/232;G03B13/36
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙)11457
• 代理人: 黃云鐸

技術領域

本發明專利涉及光學成像領域，具體涉及一種基于液態鏡頭的自動聚焦方法。

背景技術

傳統的馬達鏡頭自動聚焦完成時間長，使用壽命短。美國加利福尼亞大學的科學家發明了液體鏡頭，它通過改變厚度僅為8mm的兩種不同的液體交接處月牙形表面的形狀，實現焦距的變化。這種液體鏡頭相對于傳統的變焦系統而言，兼顧了緊湊的結構和低成本兩方面的優勢。

傳統的變焦鏡頭是通過調整兩個固定焦距的鏡頭之間的距離來實現變焦。液體鏡頭則通過改變液體的壓力來調整焦距。這樣設備可以在一個很小的固定距離范圍內實現變焦系統。根據加利福尼亞大學的科學家的試驗，這種液體鏡頭非常容易批量生產，而且成本將大幅度下降。液態鏡頭的輸入為電壓值，無須使用馬達旋轉鏡頭

無獨有偶，法國的Varioptic公司在2004年年底發布了一項用于手機的采用了電子技術的液體鏡頭專利。使用這種鏡頭的手機，只要在鏡頭中加入幾滴油或者水，就可以讓鏡頭實現自動變焦，并且準確地把焦點放在需要拍照的物體上。

但是，現有的液態鏡頭一般都是基于清晰度評價函數來進行的液態鏡頭聚焦，現有的清晰度評價函數，可以分為灰度變化函數、頻域分析法和圖像灰度熵函數等。

頻域分析法，高頻信息代表噪聲、邊緣和跳躍，低頻分量代表背景區域和慢變區域，該算法會受到噪聲的影響；灰度變化函數，聚焦圖像比離焦圖像圖像包含更多的灰度變化，圖像灰度值的變化可以作為評價函數，如圖像方差函數；圖像灰度熵函數，圖像的灰度熵反映的是圖像的信息豐富程度，圖像灰度熵也可以作為評價函數。

但是，圖像清晰度評價函數需要具有較強的單峰性、較好的無偏性和較高的靈敏度。而在實際實現中，計算量的大小也是一個重要的指標。

因此，現有的用于液態鏡頭的聚焦方法都需要通過復雜的算法來進行聚焦，需要配備高性能的控制芯片，此外，現有的聚焦方法在焦點搜索時的響應速度也難以滿足需求。

發明內容

針對上述問題，本發明設計了一種針對于液態鏡頭的自動聚焦方法。本發明的方法對系統要求低、聚焦速度快、成本低，適合于工業應用。

針對現有技術中存在的問題，本申請的發明人考慮到不同的清晰程度圖像的表現大相徑庭，因此將搜索算法分成了兩個階段，為了減少計算量和提高對噪聲壞點的影響，在兩個搜索階段采用了不同清晰度計算方法。提高了聚焦速度靈敏度和抗噪性、減少了計算量。

具體而言，本發明提供一種基于液態鏡頭的快速自動聚焦方法，其特征在于，所述快速自動聚焦方法包括：

S1：對聚焦范圍進行粗調：基于液態鏡頭的調節范圍，將該調節范圍分為N等份，通過計算每等份分割點的清晰度的趨勢來縮小調節范圍；

S2：對聚焦范圍進行細調：采用黃金搜索算法對粗調后的范圍進行細調。

優選地，進行粗調的步驟S1包括：對調節范圍進行歸一化表示，并對歸一化表示后的調節范圍進行N等分。

優選地，進行粗調的步驟S1還包括：以單位等份的長度為步長，對所等分的每個范圍內的圖像清晰度進行遍歷搜索，每次遍歷的范圍記為a_i(1≤i≤N)如果第i步的時候清晰度出現了下降或相等，縮小清晰度搜索范圍至a_i-2a_i-1a_i。

優選地，進行粗調的步驟S1還包括：如果i＝1，則縮小清晰度搜索范圍至a₀a₁；如果整個調節范圍均未出現下降，則確定a₁₀₀為合焦點。

優選地，進行細調的步驟S2包括：以粗調結束后的搜索范圍作為初始搜索范圍，設定細調初始搜索范圍[V_min，V_max]，按照下式設定第一搜索點V_start＝(V_min+((V_max-V_min)×618+1000))V_maxpoint＝V_start，將該值初始化為最大清晰度處的電壓值，V_max＝V_start。

優選地，進行細調的步驟S2還包括基于下述公式確定第二搜索點：V_Sencod＝(V_min+((V_max-V_min)×382+1000))。

優選地，對于第n個搜索點，n>2，基于清晰度和電壓值進行下一次搜索的判定。