[發(fā)明專利]一種適用于光場相機(jī)的自動(dòng)對焦方法

有效

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• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109068042B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭正華;伍俊龍;陳先鋒;劉文勁;楊平;許冰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/232;G02B7/36
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本發(fā)明公開了一種適用于光場相機(jī)的自動(dòng)對焦方法，首先在任意初始像距下獲取二維圖像并根據(jù)標(biāo)定信息將其解碼為四維光場，采用快速傅里葉變換算法對四維光場進(jìn)行四維傅里葉變換得到光場頻譜；然后利用不同斜率的切片函數(shù)對四維光場頻譜進(jìn)行降維，獲取每一層深度的二維頻譜，提取該二維頻譜的軸上頻譜合成一維曲線，進(jìn)行高頻放大后計(jì)算其高頻與低頻能量的比值；再檢測該比值曲線的局部極大值點(diǎn)，得到取得局部極大值點(diǎn)的斜率，計(jì)算最大與最小斜率的算術(shù)平均值；最后根據(jù)該平均值與0的偏離量改變主鏡頭與微透鏡陣列的間距進(jìn)行對焦調(diào)整。本方法利用頻譜快速計(jì)算存在物體的深度層面，調(diào)節(jié)初始對焦深度使光場相機(jī)景深與實(shí)際場景深度范圍有效重合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于光場相機(jī)的自動(dòng)對焦方法，是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)主鏡與微透鏡陣列間距，以優(yōu)化光場相機(jī)對焦深度使光場相機(jī)景深與實(shí)際場景深度范圍有效重合的優(yōu)化對焦方法。屬于光學(xué)成像系統(tǒng)中自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在光學(xué)成像領(lǐng)域，光場相機(jī)作為一種全新的計(jì)算成像設(shè)備，因其突出的景深拓展和距離探測能力受到廣泛關(guān)注。因光場相機(jī)成像參數(shù)在主鏡與微透鏡陣列間距發(fā)生改變時(shí)難以獲取，無法確定相應(yīng)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，因此多數(shù)光場相機(jī)不支持成像過程中改變對焦。自動(dòng)對焦是光學(xué)成像系統(tǒng)中的重要功能之一，其能夠有效減少拍攝難度并提高對焦準(zhǔn)確度，因此支持調(diào)焦的光場相機(jī)是未來的發(fā)展趨勢。在光場相機(jī)工作時(shí)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)自動(dòng)對焦調(diào)節(jié)，可以針對所拍攝場景的特性優(yōu)化像距，減少拍攝工作量，提高拍攝效率。同時(shí)，光場相機(jī)的自動(dòng)對焦可以降低使用者對光場知識的要求，有利于拍出優(yōu)質(zhì)的光場照片。

在傳統(tǒng)光學(xué)相機(jī)中，常利用當(dāng)前二維圖像的銳度等評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行對焦調(diào)節(jié)。目前，光場相機(jī)的自動(dòng)對焦常采用上述傳統(tǒng)方法，盡管可以保證對焦準(zhǔn)確度，但是常會(huì)出現(xiàn)光場相機(jī)景深與實(shí)際場景深度范圍不能有效重合的情況。究其原因，基于圖像銳度的自動(dòng)對焦方法未充分考慮光場成像的特性，難以充分發(fā)揮光場相機(jī)的最佳性能。光場相機(jī)存在景深拓展能力，僅清晰化初始對焦平面的圖像而不考慮其余深度層面的圖像，不能保證相機(jī)的景深有效覆蓋存在物體的深度區(qū)域，致使其難以充分發(fā)揮最佳的有效景深拓展，出現(xiàn)未重合深度處的物體高頻信息嚴(yán)重丟失的情況。因此需要提出新的方法以適應(yīng)光場相機(jī)自動(dòng)對焦的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決技術(shù)問題為：在光場成像領(lǐng)域，自動(dòng)對焦是未來的發(fā)展趨勢，但是傳統(tǒng)基于單一深度圖像的銳度評價(jià)未能充分考慮光場成像的景深拓展能力，不能充分發(fā)揮光場相機(jī)的優(yōu)勢。針對傳統(tǒng)方法的不足，充分考慮光場相機(jī)的特性，本發(fā)明提供了一種基于四維光場頻譜的適用于光場相機(jī)的自動(dòng)對焦方法，該方法以優(yōu)化光場相機(jī)初始對焦深度使光場相機(jī)景深與實(shí)際場景深度范圍有效重合，可保證最大程度的有效景深拓展范圍，使光場相機(jī)工作在最優(yōu)的采樣模式。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種適用于光場相機(jī)的自動(dòng)對焦方法，該方法利用不同深度層面圖像其光場頻譜具有不同斜率的特性，探測該像距時(shí)存在高頻信息的最近和最遠(yuǎn)的平面，并自動(dòng)調(diào)節(jié)像距使對焦面處于兩平面中間處。該方法可保證相機(jī)實(shí)現(xiàn)最大程度的有效景深拓展，該方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟一、使用任意初始像距對場景成像，并通過標(biāo)定信息將二維圖像解碼為四維光場；

步驟二、采用快速傅里葉變換算法對光場進(jìn)行四維傅里葉變換得到光場頻譜；

步驟三、使用不同斜率的切片函數(shù)對四維光場頻譜進(jìn)行降維，獲取不同深度的圖像二維頻譜，為簡化計(jì)算，提取該二維頻譜的軸上頻譜合成一維頻譜，用線性權(quán)重函數(shù)進(jìn)行高頻成分的放大，再計(jì)算高頻成分與低頻成分的比值；

步驟四、檢測該比值曲線的局部極大值點(diǎn)，得到取得局部極大值點(diǎn)的斜率，計(jì)算最大與最小斜率的算術(shù)平均值；

步驟五、判斷該算術(shù)平均值是否接近于0，接近于0則認(rèn)為對焦良好，結(jié)束對焦。若偏離0超過一定范圍(如0.1)則進(jìn)行對焦調(diào)節(jié)，若該偏離量大于0則減小主鏡與微透鏡陣列的距離，小于0則增加距離，并重復(fù)步驟二至步驟五直至該算術(shù)均值接近于0。