[發明專利]一種基于FPGA連續變焦電視觀瞄具的自動聚焦方法

在審

• 申請號: 202210445964.1
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114785952A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 肖明艷;康執璽;王偉良
• 申請（專利權）人: 蘇州蓋德光電科技有限公司
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232;G06T7/13
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于FPGA連續變焦電視觀瞄具的自動聚焦方法，在FPGA上可以實現實時復原離焦圖像的清晰邊緣，由前n幀圖像疊加得到預測清晰度，使用4個方向scharr算子和非極大值抑制可以預測到更精確的清晰圖像梯度；由自適應變焦跟蹤曲線對此時焦面位置進行定位，通過對比電機起始電壓和焦面清晰閾值內電壓的大小，可以使電機直接往清晰處走，在閾值范圍內使用不同速率的爬山算法找到清晰位置，節約了電機在來回轉動尋找最大梯度的時間，這種基于FPGA連續變焦電視觀瞄具的自動聚焦方法從復原離焦圖像邊緣梯度和定位閾值內焦面位置來找聚焦的清晰畫面，節約了電機來回轉動的時間。

技術領域

本發明涉及連續變焦電視觀瞄具的自動聚焦，尤其涉及一種基于FPGA連續變焦電視觀瞄具的自動聚焦方法。

背景技術

連續變焦電視觀瞄具的自動聚焦是電視觀瞄具的基本功能，其目的是在電視觀瞄具面對遠距離不同場景時，通過控制電機來調整鏡頭的焦距，從而使物體位于鏡頭物方焦平面的景深內并成清晰像。

現有基于FPGA連續變焦電視自動聚焦技術方案主要有測距法和基于數字圖像處理的自動聚焦方法兩種。其中測距法是使用紅外、超聲波等來測得距離物體與物方焦平面的距離，根據距離來調整電機改變鏡頭的焦距和物距，使物體位于物方焦平面前后的景深內。但是這種技術方法的主要問題是成本高，需要激光發射器和激光接收器或超聲波發生器來輔助測距。而基于數字圖像處理的自動聚焦方法是從算法上通過比圖像信息來判斷此時圖像是否清晰，再通過得到清晰位置的電壓值來控制電機停在清晰位置。但是這個技術的主要問題是現行的基于FPGA的算法精確度不夠，無法實現快速精確的自動聚焦。

并且，現有技術中對于畫面清晰度的判斷時，Prewitt算子是平均濾波，會丟失部分圖像信息；Sobel算子使加權平均濾波且檢測的圖像邊緣可能大于2個像素；Robert算子是局部差分算子，資源利用率大；Laplace算子是一種各向同性算子，對孤立象素的響應要比對邊緣或線的響應要更強烈，因此只適用于無噪聲圖象。

另外對于清晰位置的快速找尋，現有的爬山算法找最大值容易陷入局部最優，使電機停在梯度之和的極大值；全域范圍遍歷、全域范圍變步長遍歷找最大值時全域范圍內的遍歷會導致時間復雜大，時間長。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種基于FPGA連續變焦電視觀瞄具的自動聚焦方法，從復原離焦圖像邊緣梯度和定位閾值內焦面位置來找聚焦的清晰畫面。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種基于FPGA連續變焦電視觀瞄具的自動聚焦方法，包括以下步驟：

步驟A．開始后，電機隨機起點開始自動聚焦；

步驟B．由4個方向的scharr算子求得邊緣梯度，經非極大值抑制得到新梯度，經中值濾波降噪，得到該幀畫面的清晰度水平，接著采集前n幀圖像，疊加前n幀圖像的二值化圖像，由此復原離焦圖像清晰邊緣，得到預測清晰處邊緣梯度；并且隨機起點開始自動聚焦時由自適應變焦跟蹤曲線，根據此時變倍電機的電壓確定此時的調焦視場和對應的焦面位置，同一視場下焦面附近圖像清晰度和調焦位置近似正態分布，設置拐點為該視場下調焦閾值；

步驟C.判斷此時調焦電機對應的實時位置；

步驟D. 當隨機起點電壓位于拐點之外時，往此視場下焦面方向大步長調焦尋找最大值；當隨機起點電壓位于拐點之間，預測清晰范圍之外時，往此視場下焦面方向中步長調焦尋找最大值；當隨機起點電壓位于預測清晰范圍之內時，往此視場下焦面方向用爬山法小步長調焦尋找最大值；

步驟E.由爬山法判斷電機是否停在畫面清晰處；

步驟F.當電機未停在畫面清晰處時，重新回到步驟C；當電機停在畫面清晰處時，電機停止轉動，結束動作。

進一步地，所述步驟B中4個方向scharr算子求得邊緣梯度的公式為：

。

進一步地，所述步驟B中非極大值抑制處理公式為：