[发明专利]基于嵌入式媒体处理器的视频自动聚焦系统

说明书

技术领域

本发明涉及视频自动聚焦技术领域，尤其是一种视频自动聚焦系统。

背景技术

视频自动聚焦技术是现代机器视觉的关键技术之一。人们通过摄像机进行清晰图像的获取时，往往需要较长时间对着景物进行调焦。由于聚焦环境的复杂性，在调焦过程中难以保证聚焦的平滑性，即图像的清晰程度变化不一致。因此，如何实现快速、精确、平滑的视频自动聚焦显得十分重要。

目前针对于摄像机的视频自动聚焦技术主要有主动聚焦方式和被动聚焦方式。因为基于图像的被动式自动聚焦不需要额外的辅助装置所以被广泛的用于数字摄像机中。比如公开号为101034198(申请号为200710079748.5)的中国专利《自动聚焦方法及使用其的自动聚焦装置》通过设置中心窗口和中心窗口周围的多个外围窗口的多个活动窗口，并向多个活动窗口分配权重来计算每步的自动聚焦值。但是在聚焦过程中还是会出现图像由清晰-模糊的现象，即聚焦过程不平滑。比如公开号为1199869(申请号为98107054.X)的中国专利《自动聚焦摄像机》采用了高通滤波器来提取采集的图像的高频信号并以此为聚焦评价值进行聚焦搜索，但是这种方法易受噪声的影响且没有进行聚焦区域的选择，使得聚焦稳定性不高。

这些传统的被动式聚焦装置和方法在聚焦平稳性和可靠性易受环境影响，而且对于聚焦区域选择上的做法一般采用中心对焦或者全景聚焦等固定的选择策略，但是实际聚焦场景往往比较复杂，因此造成了聚焦的准确性和稳定性低下。同时在聚焦过程中没有考虑到聚焦的平滑性使得人的主观视觉效果较差。这里的聚焦平滑性指的是场景在聚焦过程中只能从模糊变清晰，而不能出现模糊-清晰-模糊这种反复变化的现象。

发明内容

为了克服已有的视频自动聚焦系统的聚焦的准确性和稳定性低、平滑性差的不足，本发明提供一种能有效提高聚焦的准确性和稳定性、改善平滑性的基于嵌入式媒体处理器的视频自动聚焦系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于嵌入式媒体处理器的视频自动聚焦系统，包括：视频采集模块，用以从摄像头获取原始视频图像数据；图像获取处理模块，用于对获取的原始视频图像数据进行噪声处理，并提取其中的Y分量，采用基于区域分割的感应区区域选择算法提取聚焦区域，采用基于Sobel梯度算子的Tenengrad函数进行清晰度计算；聚焦搜索模块，用于确定镜头移动的方向，并根据当前的zoom值(这里的zoom值为镜头参数，用来表征镜头的放大和缩小倍数，反映了可变镜头的焦距长短)来决定搜索的基本步长step读取当前镜头位置图像的清晰度值，设其值记为f₁，和上一帧图像的清晰度值f₂进行比较并计算清晰度变化率：Δf＝(f₁-f₂)/f₂，根据Δf计算步长系数值level，镜头所需移动的步长mov_step＝step×level；比较当前帧与上一帧图像的清晰度值，若清晰度值增加则说明未到峰值区域，若清晰度减少则判定已到峰值区域，最大清晰度值对应的位置作为聚焦位置；聚焦执行模块，用于根据聚焦搜索模块中确定的镜头移动的方向和步长，向驱动镜头的步进电机发送控制信号调整镜头位置。

作为优选的一种方案：所述图像获取处理模块中，基于区域分割的感应区区域选择算法的过程为：将输入的原始视频图像数据划分成4×4小区域。然后计算每个区域的清晰度值w_i，其中i＝1...16，比较16个区域的清晰度值w_i，找出最大值w_max，其所对应区域作为种子记为(x₀，y₀)，以(x₀，y₀)为中心，考虑(x₀，y₀)的4领域区域(x，y)，如果(x，y)满足相似性准则，则将(x，y)与(x₀，y₀)合并作为相似区域，同时将(x，y)压入堆栈，从堆栈中取出一个区域，把它当作种子(x₀，y₀)，继续上述合并步骤，当堆栈为空时，则区域分割结束，所合并的区域即为选择出来的感兴趣区域。

作为优选的另一种方案：所述聚焦搜索模块中，level值计算准则如下表1所示：

表1