一種自動調(diào)焦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及成像系統(tǒng)的基于圖像處理自動調(diào)焦技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種自 動調(diào)焦方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 清晰的圖像方能正確的反映所觀察事物，使人們得到準(zhǔn)確信息。成像系統(tǒng)是圖像 采集的有效工具，然而成像系統(tǒng)離焦將導(dǎo)致圖像模糊，為此需要調(diào)焦使得系統(tǒng)正焦方能得 到清晰的圖像。手動調(diào)焦由于主觀性強、效率低，催生了自動調(diào)焦的蓬勃發(fā)展。如今，手機相 機、數(shù)碼相機、視頻攝像、顯微鏡、太空望遠(yuǎn)鏡等成像設(shè)備大都需要且應(yīng)用了自動調(diào)焦系統(tǒng)。
[0003] 自動調(diào)焦就是先評價系統(tǒng)的離焦量，然后根據(jù)離焦量控制調(diào)焦單元調(diào)節(jié)到正焦的 過程。一種方式為直接測量離焦量，另一種為通過間接評價量來反映離焦量。后者由于具 有不需要其他輔助的測距之類傳感器，對硬件平臺依賴小，應(yīng)用方便，通用性強等優(yōu)勢，在 各種設(shè)備中得到更廣泛應(yīng)用。
[0004] 基于圖像處理的自動調(diào)焦方法，通過評價圖像清晰度來反映正焦或離焦W及離焦 量的大小，即圖像處理單元獲得系統(tǒng)采集到的圖像，根據(jù)圖像清晰度評價函數(shù)值評估離焦 量的大小，依此發(fā)出相應(yīng)控制信號控制調(diào)焦單元進(jìn)行調(diào)焦。
[0005] 圖像處理的平臺可W是PC或是各種處理器，但都設(shè)及能反映成像系統(tǒng)離焦量的 圖像清晰度評價函數(shù)。圖像清晰度評價函數(shù)值能否準(zhǔn)確、靈敏反映離焦量的大小，關(guān)乎能否 給調(diào)焦單元正確的控制信號實現(xiàn)準(zhǔn)確、快速自動調(diào)焦，是基于圖像處理自動調(diào)焦系統(tǒng)的核 屯、技術(shù)。
[0006] 在自動調(diào)焦中典型的圖像清晰度評價函數(shù)有空域方法、頻域方法、小波變換方法 W及信息學(xué)方法等。頻域方法為重要的一種，圖像的邊緣與細(xì)節(jié)信息對應(yīng)頻域的高頻分量， 正焦時圖片清晰，圖像的邊緣與細(xì)節(jié)信息越豐富高頻分量越多，離焦時圖片相應(yīng)的高頻分 量減少，所W根據(jù)圖像高頻分量的多少來反映正焦與離焦W及離焦量的大小。
[0007] 圖像清晰度評價的典型頻域方法中，對得到的頻譜進(jìn)行中屯、化處理后，頻率分量 按分布的中屯、位置向周圍由低到高分布，中屯、位置處對應(yīng)基頻分量，遠(yuǎn)離中屯、位置處對應(yīng) 高頻分量，離基頻距離相等點的頻率是相等的（W基頻為圓屯、，同一圓環(huán)上的點頻率相 同）。典型的頻域方法圖像清晰度評價函數(shù)值一般取除基頻外的頻率分量幅值的和值，或再 乘上個加權(quán)因子。然而，在數(shù)字圖像中我們只能得到相應(yīng)離散點值，于是在某些頻率處取得 的點數(shù)多，在某些頻率處取得的點數(shù)少，若按上述方法則不能真實的反映高頻成分的變化。 并且，上述方法在圖像嚴(yán)重離焦時，圖像高頻分量很少，高頻分量變化將不明顯，于是在嚴(yán) 重離焦時雖然離焦量變化較大但是圖像清晰度評價函數(shù)值卻變化不大，圖像清晰度評價函 數(shù)值不能很好反映離焦量的變化。因此，經(jīng)典頻域法圖像清晰度評價函數(shù)值在嚴(yán)重離焦處 的靈敏度和準(zhǔn)確度亟待提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種自動調(diào)焦方法，通過提升頻域 法圖像清晰度評價函數(shù)值在嚴(yán)重離焦處的靈敏度和準(zhǔn)確度，進(jìn)而利于實現(xiàn)快速準(zhǔn)確自動調(diào) 焦。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0010] 一種自動調(diào)焦方法，包括：采集圖像，圖像處理單元利用清晰度評價函數(shù)值評估離 焦量，并根據(jù)離焦量控制調(diào)焦單元調(diào)焦，所述圖像清晰度評價函數(shù)值為高頻分量幅值和與 低頻分量幅值和的比值，所述低頻分量的頻率<高頻分量的頻率，所述低頻分量個數(shù)占所 有頻率分量個數(shù)的比例為3-6%。
[0011] 原理；由于在正焦處和離焦處獲得圖像的能量變化不大，可W認(rèn)為是相等的。根據(jù) 帕塞瓦爾定理（Parseval)知，頻域的能量和也可W認(rèn)為近似不變。當(dāng)圖像離焦量增大時， 相應(yīng)高頻分量幅值減小，低頻分量幅值反而增加，為此高頻分量幅值和與低頻分量幅值和 的比值將更明顯的減小。所W，用本發(fā)明的圖像清晰度評價函數(shù)，在圖像嚴(yán)重離焦處仍有較 好區(qū)分度與靈敏性，利于自動調(diào)焦的準(zhǔn)確快速實現(xiàn)。
[0012] 進(jìn)一步，所述高頻分量幅值和為所有高頻分量中的每一頻率分量幅值的加和，所 述頻率分量幅值的計算方法為；在數(shù)字圖像中，該頻率分量單點平均幅值與高頻圓的周長 乘積，所述高頻圓為W零頻對應(yīng)點為圓屯、，該頻率分量對應(yīng)點到零頻點距離為半徑。
[0013] 進(jìn)一步，所述低頻分量幅值和為所有低頻分量中的每一頻率分量幅值的加和，所 述頻率分量幅值的計算方法為；在數(shù)字圖像中，該頻率分量單點平均幅值與低頻圓的周長 乘積，所述低頻圓為W零頻對應(yīng)點為圓屯、，該頻率分量對應(yīng)點到零頻點距離為半徑。
[0014] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0015] 1、本發(fā)明W高頻分量幅值和與低頻分量幅值和的比值作為清晰度評價函數(shù)，能夠 更靈敏區(qū)分嚴(yán)重離焦時的離焦量，同時在圖像正焦到離焦整個過程的區(qū)分性也更靈敏，提 高圖像頻域評價方法實現(xiàn)自動調(diào)焦的準(zhǔn)確度；
[0016] 2、本發(fā)明更合理的表征了高頻分量幅值和與低頻分量幅值和，更準(zhǔn)確的反映了圖 像的真實頻率分量幅值變化。
【附圖說明】
[0017] 圖1為自動調(diào)焦方法流程框圖；
[001引圖2為經(jīng)典方法及本發(fā)明的歸一化圖像清晰度評價函數(shù)值隨相對離焦量變化關(guān) 系圖。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合本發(fā)明的附圖，對 本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。
[0020] 實施例一；
[0021] 如圖1所示，基于圖像處理自動調(diào)焦系統(tǒng)中，調(diào)焦單元為電機，成像單元為鏡頭和 電荷禪合器件（CCD)，圖像處理單元為微型計算機（PC)。成像單元成像后，系統(tǒng)在采集得到 圖像后，輸入PC中，PC調(diào)用圖像清晰度評價函數(shù)，得到圖像清晰度評價函數(shù)值大小來評估 對應(yīng)正焦、離焦W及離焦量的大小，進(jìn)而PC給電機發(fā)送指令，利用爬山法進(jìn)行調(diào)焦，當(dāng)圖像 清晰度評價函數(shù)值取最大值時，系統(tǒng)正焦。
[0022] 圖像清晰度評價函數(shù)為圖像的高頻分量幅值和與低頻分量幅值和的比值。高頻分 量幅值和為所有高頻分量中的每一頻率分量幅值的加和，低頻分量幅值和為所有低頻分量 中的每一頻率分量幅值的加和。各頻率分量幅值的計算方法為；在數(shù)字圖像中，該頻率分量 單點平均幅值與頻率圓的周長的乘積，頻率圓為W零頻對應(yīng)點為圓屯、，該頻率分量對應(yīng)點 到零頻點距離為半徑的。低頻與高頻的劃分方法為；所述低頻分量的頻率<高頻分量的頻 率，所述低頻分量個數(shù)占計算得到的所有頻率分量個數(shù)的比例為3-6 %。所述計算為利用傅 里葉變換進(jìn)行的計算，是頻域方法中的常用方法，在此不細(xì)述。
[0023] 例如，對一NXN像素的圖像作傅里葉變換并頻譜中屯、化后得到NXN矩陣，（i，j) 位置的幅值為F(i，j)。中屯、點對應(yīng)零頻，（ij)點到中屯、點的距離為Ru，則（ij)點對應(yīng) 的頻率為RuX5f(Sf為頻率間隔，依賴于圖像實際尺寸，對后續(xù)計算無影響）。對Ru四 舍五入取整得馬,.，遍歷整個矩陣，則巧值相等的點頻率相等，對相應(yīng)F(i，j)求平均值得 巧J)，進(jìn)而頻率為成/X5/分量的平均幅值F乂，/)=巧Z'，/)X2巧X成'。將成'X從小到大 排列，于是獲得了 ()XfV-，CxA.，…，(CUxS/該些頻率分量化及相應(yīng)的平均幅值。統(tǒng)計 OxSf，...，馬 (馬)該些頻率分量的數(shù)量m，取0x3/，...，成xS/，...，(馬UxS/ 中的前3%Xm~6%Xm個作為低頻，其余則作為高頻。對低頻分量對應(yīng)的平均幅值進(jìn)行 求和得到低頻分量幅值和，對高頻分量對應(yīng)的平均幅值進(jìn)行求和得到高頻分量幅值和。高 頻分量幅值和與低頻分量的幅值和的比值就為圖像清晰度評價函數(shù)值。
[0024] 本實施例中選取前5%Xm作為低頻分量。
[0025]圖2為經(jīng)典方法及本發(fā)明的歸一化圖像清晰度評價函數(shù)值S隨離焦量變化關(guān)系 圖，橫坐標(biāo)為相對離焦量，縱坐標(biāo)為歸一化清晰度評價函數(shù)值S。從圖中可W看到，在離焦量 較大時經(jīng)典方法的圖像清晰度評價函數(shù)值S變化不明顯，靈敏度下降，而本發(fā)明的圖像清 晰度評價函數(shù)值在此種情況下變化更明顯，靈敏度高，本發(fā)明的圖像處理單元給予調(diào)焦單 元更合理的控制信號，提升系統(tǒng)自動調(diào)焦的速度與準(zhǔn)確度。
[0026] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加W描述，但并非每個實施方式僅包 含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的該種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可W經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可W理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1. 一種自動調(diào)焦方法，包括：采集圖像，圖像處理單元利用清晰度評價函數(shù)值評估離 焦量，并根據(jù)離焦量控制調(diào)焦單元調(diào)焦，其特征在于，所述圖像清晰度評價函數(shù)值為高頻分 量幅值和與低頻分量幅值和的比值，所述低頻分量的頻率<高頻分量的頻率，所述低頻分 量個數(shù)占計算得到的所有頻率分量個數(shù)的比例為3-6 %。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述自動調(diào)焦方法，其特征在于，所述高頻分量幅值和為所有高頻 分量中的每一頻率分量幅值的加和，所述頻率分量幅值的計算方法為：在數(shù)字圖像中，該頻 率分量單點平均幅值與高頻圓的周長乘積，所述高頻圓為以零頻對應(yīng)點為圓心，該頻率分 量對應(yīng)點到零頻點距離為半徑。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述自動調(diào)焦方法，其特征在于，所述低頻分量幅值和為所有低頻 分量中的每一頻率分量幅值的加和，所述頻率分量幅值的計算方法為：在數(shù)字圖像中，該頻 率分量單點平均幅值與低頻圓的周長乘積，所述低頻圓為以零頻對應(yīng)點為圓心，該頻率分 量對應(yīng)點到零頻點距離為半徑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動調(diào)焦方法，包括：采集圖像，圖像處理單元利用清晰度評價函數(shù)值評估離焦量，并根據(jù)離焦量控制調(diào)焦單元調(diào)焦，所述圖像清晰度評價函數(shù)值為高頻分量幅值和與低頻分量幅值和的比值，所述低頻分量的頻率＜高頻分量的頻率，所述低頻分量占計算得到的所有頻率分量個數(shù)的比例為3-6％，本發(fā)明的方法提升了圖像清晰度評價函數(shù)值在嚴(yán)重離焦處的靈敏度和準(zhǔn)確度，進(jìn)而利于實現(xiàn)快速準(zhǔn)確自動調(diào)焦。
【IPC分類】H04N5/232
【公開號】CN104917970
【申請?zhí)枴緾N201510339084
【發(fā)明人】劉仁德, 胡東霞, 鄧學(xué)偉, 趙軍普, 楊英, 代萬俊, 張鑫, 袁強, 王德恩, 薛嶠, 張小璐
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月18日